DE3705173A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung mit einem Schaltungsteil, der eine Lichtabschirmung erforderlich macht, und insbesondere auf eine Halbleitervorrichtung, bei der das Eindringen von Licht in einen Schaltungsteil verhin­ dert wird, um damit die Funktion der Schaltung zu stabilisie­ ren.

Zunächst sei eine Fotosensorvorrichtung betrachtet, bei der auf einem einzelnen Substrat ein Fotosensor und eine peri­ phere Schaltung wie ein Verstärker ausgebildet sind.

Die Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Fotosensorvorrich­ tung nach dem Stand der Technik, die grundlegend in der JP-OS 61 457/1986 beschrieben ist.

In einem P-Halbleitersubstrat 1 sind eine Fotodiode PD, ein Metalloxidhalbleiter-Transistor MOS und ein bipolarer Transi­ stor BI ausgebildet, wobei zwischen diesen P⁺-Zonen gebildet sind.

In der Fotodiode PD ist in einer N^--Zone 2 eine P⁺-Zone 3 ausgebildet, welche eine P⁺-N^--Fotodiode bilden. In dem Tran­ sistor MOS sind in einer N^--Zone 4 P⁺-Zonen 5 als Source- und Drainzone ausgebildet, während in dem bipolaren Transistor BI in einer N^--Zone 6 eine P⁺-Zone 7 als Basiszone ausgebildet ist.

Auf dem Substrat 1 wird ein Gate-Oxidationsfilm in einer Dicke von 50 nm geformt, aus dem Bereiche weggeätzt werden, in denen N⁺-Zonen auszubilden sind. Dann wird mit Phosphor dotiertes Polysilicium aufgebracht und zu einem derartigen Muster geformt, daß dadurch eine Elektrode 8 der Fotodiode, eine Gate-Elektrode 9 des Transistors MOS sowie eine Emitter­ elektrode 10 und eine Kollektorelektrode 11 des bipolaren Transistors gebildet werden. Danach wird durch thermische Oxidation ein Oxidfilm 12 in einer Dicke von 150 bis 200 nm gebildet, wonach aus dem Polysilicium der Dotierungsphosphor in das Substrat 1 eindiffundiert wird, um eine N⁺-Zone 13, eine N⁺-Emitterzone 14 und eine N⁺-Zone 15 zu bilden.

Auf dem Oxidfilm 12 wird durch chemische Vakuumablagerung ein PSG-Film 16 in einer Dicke von 600 nm ausgebildet, wonach in dem Oxidfilm 12 und dem PSG-Film 16 Kontaktöffnungen geformt werden und an den jeweiligen Elementen Al-Leitungsverbindun­ gen 17 gebildet werden. Dann werden ein Plasma-Nitridfilm 18, eine Al-Lichtabfangschicht 19 und ein Plasma-Nitridfilm 20 für die Passivierung aufgebracht. Dann werden an der Foto­ diode PD die Plasma-Nitridfilme 20 und 18 sowie die Lichtab­ fangschicht 19 durch Plasmaätzung entfernt, um eine Lichtauf­ nahmefläche 21 zu bilden.

Bei dieser Gestaltung fällt das Außenlicht nur über die Lichtaufnahmefläche 21 auf die Fotodiode PD, während es an den anderen Bereichen von der Lichtabfangschicht 19 abgefan­ gen wird.

Für starken Außenlichteinfall wird außer an der Lichtaufnah­ mefläche 21 ein abschirmendes Harz aufgeschichtet, um eine doppelte Einkapselung zu erreichen.

Falls jedoch auf diese Halbleitervorrichtung starkes Licht schräg auftrifft, kann das Licht auf den gegenüber Licht abzuschirmenden Vorrichtungsteil fallen, so daß die Ausgangs­ eigenschaften beeinflußt werden.

Fig. 2 ist eine Ansicht eines Schnitts durch einen Rand einer Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik. Wenn Licht 22 schräg einfällt, wird es zwischen einer Grenzfläche des Substrats 1 und einer Grenzfläche der Lichtabfangschicht 19 mehrfach reflektiert, so daß es schließlich die Halbleiter­ vorrichtung wie einen Transistor erreicht. Normalerweise wird die Lichtstärke durch die mehrmalige Reflexion stark herabge­ setzt, jedoch erreicht das Licht bei hoher Lichtstärke nach der Mehrfachreflexion die Halbleitervorrichtung noch in einer derartigen Stärke, daß die Ausgangseigenschaften der Halblei­ tervorrichtung beeinträchtigt werden. Eine derartige Mehr­ fachreflexion tritt auch zwischen Grenzflächen auf, die bei dem Übereinanderschichten von Isolierschichten mit unter­ schiedlichen Brechungskoeffizienten entstehen.

Die Ausgangseigenschaften werden auch dann beeinträchtigt, wenn das Licht schräg von der Lichtaufnahmefläche 21 her einfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervor­ richtung zu schaffen, bei der die Beeinträchtigung der Eigen­ schaften durch einfallendes Licht verhindert ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Halbleitervorrich­ tung gelöst, die eine Vorrichtung zum Abschirmen eines Schal­ tungsteils gegen schräg einfallendes Licht aufweist.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Aufgabe erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß schräg einfallendes Licht mittels einer Lichtstreuvorrichtung in einer Isolierschicht in der Nähe des Schaltungsteils abgefangen wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird schräg einfal­ lendes Licht dadurch abgefangen, daß Ränder einer Isolier­ schicht mittels einer Lichtabfangschicht im wesentlichen abgedeckt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Fotosensorvorrichtung nach dem Stand der Technik (gemäß der japanischen Patentanmeldung 1 83 149/1984).

Fig. 2 ist eine Ansicht eines Schnitts durch einen Rand der Vorrichtung nach dem Stand der Technik.

Fig. 3(A) zeigt in Draufsicht eine erfindungsgemäße Fotosen­ sorvorrichtung als erstes Ausführungsbeispiel.

Fig. 3(B) ist eine Schnittansicht eines Umfangrands derselben.

Fig. 4(A) zeigt in Draufsicht eine erfindungsgemäße Halblei­ tervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel.

Fig. 4(B) ist eine Schnittansicht eines Umfangrands derselben.

Fig. 5 ist eine Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Fig. 6 ist eine Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung gemäß einem vierten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Fig. 7 ist eine Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung gemäß einem fünften Ausfüh­ rungsbeispiel.

Fig. 8(A) ist eine Draufsicht auf eine Fotosensorvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

Fig. 8(B) ist eine Ansicht eines Schnitts durch die Fotosen­ sorvorrichtung nach Fig. 8(A) längs einer Linie I-I.

Die Fig. 3(A) ist eine Draufsicht auf eine Fotosensorvorrich­ tung als erstes Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrich­ tung, während die Fig. 3(B) eine Ansicht eines Schnitts durch einen Umfangsrand der Fotosensorvorrichtung ist.

Auf einem Halbleitersubstrat 101 sind eine Fotodiode PD und ein Schaltungsteil C mit MOS-Transistoren und bipolaren Tran­ sistoren ausgebildet; ein Ausgangssignal der Fotodiode PD wird dem Schaltungsteil C über Al-Leiter 102 zugeführt. Auf das Substrat 101 sind eine Isolierschicht 103 und eine Licht­ abfangschicht 104 aufgeschichtet. Die Isolierschicht 103 entspricht den Isolierschichten 12, 16 und 18 der Vorrichtung nach dem Stand der Technik. An dem Umfang des Substrats 101 sind in der Isolierschicht 103 zwei Linien aus Polysilicium­ schichten 105 als Lichtstreuvorrichtung angeordnet, während zwischen der Fotodiode PD und dem Schaltungsteil C eine einzelne Linie aus einer Polysiliciumschicht 105 gebildet ist.

Die Polysiliciumschicht 105 kann gleichzeitig mit Polysili­ ciumelektroden der Fotodiode PD und des Schaltungsteils C ausgebildet werden (die der Elektrode 8, der Gate-Elektrode 9 und den Elektroden 10 und 11 der Vorrichtung nach dem Stand der Technik entsprechen).

Da die Polysiliciumschicht 105 vorgesehen ist, wird durch diese schräg einfallendes Licht 106 gestreut und dadurch derart abgeschwächt, daß keine Mehrfachreflexions-Ausbreitung auftritt. Infolgedessen erreicht das Licht nicht den Schal­ tungsteil C, so daß dessen Ausgangseigenschaften nicht beein­ flußt werden.

Die Polysiliciumschicht 105 kann als einzelne Linie ausgebil­ det werden, jedoch wird eine stärkere Wirkung erreicht, wenn mehrere Linien in willkürlich gewählten Abständen vorgesehen werden.

Die Lichtstreuvorrichtung muß nicht aus Polysilicium beste­ hen, sondern kann aus Al gebildet werden, das in dem Schal­ tungsteil C als Leitermaterial benutzt wird. Es kann irgend­ ein beliebiges Material verwendet werden, sofern die Licht­ streuvorrichtung gleichzeitig mit den Elektroden und Lei­ tungsverbindungen des Schaltungsteils C gebildet wird, so daß für das Ausbilden der Lichtstreuvorrichtung die Anzahl der Herstellungsschritte nicht erhöht wird.

Die Fig. 4(A) ist eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrich­ tung als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, während die Fig. 4(B) die Ansicht eines Schnitts durch einen Umfangs­ rand der Halbleitervorrichtung ist.

Gemäß Fig. 4(A) und 4(B) ist auf einem Halbleitersubstrat 107 ein Schaltungsteil C ausgebildet, über dem eine Isolier­ schicht 108 und eine Lichtabfangschicht 109 gebildet sind. Um den Schaltungsteil C herum sind abwechselnd Polysilicium­ schichten 110 und Al-Schichten 111 angeordnet. Die Polysili­ ciumschicht 110 wird gleichzeitig mit Gate-Elektroden von MOS-Transistoren des Schaltungsteils C gebildet, während die Al-Schichten 111 gleichzeitig mit Al-Leitungsverbindungen gebildet werden.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Polysiliciumschichten 110 und die Al-Schichten 111 als Lichtstreuvorrichtung in voneinander verschiedenen Lagen in der zum Substrat senkrech­ ten Richtung angeordnet werden, wird die Mehrfachreflexion wirkungsvoller unterdrückt. Die Unterdrückung der Mehrfachre­ flexion wird auch durch die Lichtabschwächung unterstützt, die durch die diffuse Reflexion an den Oberflächen der Poly­ siliciumschichten 110 und der Al-Schichten 111 entsteht.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Lichtstreuvorrichtung um den Schaltungsteil herum angeordnet ist, wird das schräg einfallende Licht nicht als paralleles Licht reflektiert, sondern in der Isolierschicht um den Schaltungsteil herum stark gedämpft bzw. abgeschwächt. Infolgedessen wird selbst bei dem schrägen Einfall von starkem Licht eine Beeinträchti­ gung des Schaltungsteils durch das Außenlicht völlig verhin­ dert. Somit ist die Funktion der Halbleitervorrichtung nicht durch das Außenlicht beeinträchtigt und stabil.

Die Fig. 5 ist eine Teilschnittansicht einer Halbleitervor­ richtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

Ein Schaltungsteil mit Transistoren wird an einem P-Halblei­ tersubstrat 201 ausgebildet, wonach auf dem Substrat 201 eine dünne Isolierschicht 202 mit einer Dicke von ungefähr 150 nm gebildet wird, die als Gate-Isolierfilm für MOS-Transistoren dient. Darüber werden dicke Isolierschichten 203 und 204 ausgebildet, wonach auf der Isolierschicht 204 und an den Rändern der Isolierschichten 203 und 204 eine Al-Lichtabfang­ schicht 205 für das Abschirmen des Schaltungsteils gegen Licht gebildet wird.

Die Gesamtdicke der Isolierschichten 203 und 204 beträgt 1400 bis 1800 nm, so daß diese Schichten ausreichend dicker als die Isolierschicht 202 sind. Infolgedessen kann die Einwir­ kung von schräg einfallendem Licht dadurch verhindert werden, daß die Enden bzw. Ränder der Isolierschichten 203 und 204 mittels der Lichtabfangschicht 205 abgedeckt werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Lichtabfangschicht 205 aus leitendem Material wie Al, welches aber elektrisch ohne Verbindung ist, da es von dem Substrat 201 durch die Isolierschicht 202 isoliert ist. Die Lichtabfangschicht 205 kann jedoch durch eine Kontaktöffnung hindurch mit dem Sub­ strat 201 verbunden werden, um sie auf Massepegel festzule­ gen.

Die Fig. 6 ist eine Teilansicht eines vierten Ausführungsbei­ spiels.

Bei diesem Ausführungsbeispiel stößt ein Schaltungsteil gegen eine Reißlinie einer Halbleiterscheibe, während Ränder von Isolierschichten 202, 203 und 204 durch eine Lichtabfang­ schicht 205 vollständig abgedeckt sind. Infolgedessen wird schräg einfallendes Licht noch besser gesperrt bzw. abgehal­ ten.

Die Fig. 7 ist eine Teilschnittansicht eines fünften Ausfüh­ rungsbeispiels.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind eine mit einem Lichtauf­ nahmebereich versehene Fotodiode 206 und ein Schaltungsteil 207 elektrisch durch eine Einheiten-Trennzone 208 voneinander isoliert. Schräg einfallendes Licht könnte von einer Seiten­ wand des Lichtaufnahmebereichs her durch Mehrfachreflexion den Schaltungsteil 207 erreichen.

Um dies zu verhindern, werden die Ränder der Isolierschichten 202, 203 und 204 über dem Schaltungsteil 207 auf der P⁺- Trennzone 208 ausgebildet und mit der Lichtabfangschicht 205 abgedeckt, wodurch das Eindringen von Licht in den Schal­ tungsteil 207 verhindert wird.

Da die Lichtabfangschicht 205 an die P⁺-Trennzone 208 mit der hohen Fremdstoffkonzentration angeschlossen ist, wird sie immer auf einem festen Potential gehalten, wobei eine parasi­ täre Kapazität zwischen der Lichtabfangschicht 205 und dem Substrat 201 verringert und stabilisiert ist. Dadurch sind die Schaltungseigenschaften verbessert.

Die Fig. 8(A) ist eine Draufsicht auf einen Fotosensor als weiteres Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrichtung, wäh­ rend die Fig. 8(B) die Ansicht eines Schnitts längs einer Linie I-I in Fig. 8(A) ist.

Gemäß Fig. 8(A) und 8(B) sind eine Fotodiode 206 und ein Schaltungsteil 207 elektrisch voneinander durch eine P⁺- Trennzone 208 isoliert.

Die Fotodiode 206 und der Schaltungsteil 207 werden folgen­ dermaßen aufgebaut: Über versenkte bzw. tiefliegende N⁺- Schichten 209 werden jeweils eine N-Zone 210 und eine Kollek­ torzone 211 gebildet, wonach auf der N-Zone 210 eine P-Zone 212 zum Formen der Fotodiode 206 ausgebildet wird. In der Kollektorzone 211 wird eine Basiszone 213 gebildet. In der Basiszone 213 wird eine Emitterzone 214 gebildet, während in der Kollektorzone 211 zum Herstellen der ohmschen Verbindung mit einer Kollektorelektrode eine N⁺-Zone 215 ausgebildet wird.

Auf die Fotodiode 206 und den Schaltungsteil 207 werden Isolierschichten 202, 203 und 204 sowie Leiter 216 aufge­ bracht, wonach um den Umfang des Schaltungsteils 207 herum die Isolierschichten 203 und 204 entfernt werden. Danach werden außer über einem Lichtaufnahmebereich 217 der Foto­ diode 206 Lichtabfangschichten 205 und 205′ aus leitendem Material wie Al aufgebracht. Die Lichtabfangschicht 205′ ist eine Teilschicht, die in Stufen geformt ist, welche die Enden bzw. Ränder der Isolierschichten 203 und 204 sind. Da die Lichtabfangschicht 205′ die Ränder der Isolierschichten ab­ deckt, wird selbst bei schrägem Lichteinfall das Eindringen von Licht in den Schaltungsteil verhindert, so daß die Schal­ tungseigenschaften stabilisiert sind.

Da ein Teil der Lichtabfangschicht 205′ an den Stufen über der Trennzone 208 ausgebildet ist, kann diese durch Entfernen der Isolierschicht 202 an dieser Stelle mit der Lichtabfang­ schicht 205′ in Verbindung gebracht werden, um die Lichtab­ fangschicht 205 auf konstantem Potential zu halten. Damit wird eine Änderung der parasitären Kapazität zwischen der Lichtabfangschicht 205 und dem Substrat 201 unterdrückt und die Stabilität des Schaltungsteils 207 weiter verbessert. Infolgedessen kann ein von der Fotodiode 206 abgegebenes schwaches Signal ohne Beeinträchtigung durch das Außenlicht auf stabile Weise verstärkt oder umgesetzt werden.

Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbei­ spiel die Ränder der Isolierschichten mit der Lichtabfang­ schicht abgedeckt werden, wird eine beständige Funktion ohne Beeinträchtigung durch das Außenlicht erreicht.

Für das Abdecken der Ränder der Isolierschichten mit der Lichtabfangschicht ist kein besonderer Schritt erforderlich, da die Ränder bei dem Schritt für das Ausbilden der Lichtab­ fangschicht abgedeckt werden.

Es wird eine Halbleitervorrichtung angegeben, die einen auf einem Substrat ausgebildeten Schaltungsteil, eine auf das Substrat unter Zwischensetzen einer Isolierschicht aufge­ schichtete Lichtabfangschicht für das Abschirmen des Schal­ tungsteils gegen Licht und eine Vorrichtung für das Abschir­ men des Schaltungsteils gegen schräg einfallendes Licht auf­ weist.

Claims (9)

1. Halbleitervorrichtung mit einem an einem Substrat ausge­ bildeten Schaltungsteil und einer unter Zwischensetzung einer Isolierschicht auf das Substrat aufgeschichteten Lichtabfang­ schicht für das Abschirmen des Schaltungsteils gegen Licht, gekennzeichnet durch eine Abschirmvorrichtung (105; 110, 111) für das Abschirmen des Schaltungsteils (C) gegen schräg ein­ fallendes Licht (106).

2. Halbleitervorrichtung mit einem auf einem Substrat ausge­ bildeten Schaltungsteil und einer unter Zwischensetzung einer Isolierschicht auf das Substrat aufgeschichteten Lichtabfang­ schicht für das Abschirmen des Schaltungsteils gegen Licht, gekennzeichnet durch eine in der Isolierschicht (103, 104; 108) um den Schaltungsteil (C) herum ausgebildete Lichtstreu­ vorrichtung (105; 110, 111).

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtstreuvorrichtung (105; 110, 111) eine Linie oder zwei Linien aus Streuungsflächen aufweist.

4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Linien der Streuungsflächen (105; 110, 111) willkürlich beabstandet sind.

5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuungsflächen (111) aus dem glei­ chen Material wie Leitungsverbindungen des Schaltungsteils (C) bestehen.

6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuungsflächen (105; 110) aus dem gleichen Material wie Gate-Elektroden des Schaltungsteils (C) bestehen.

7. Halbleitervorrichtung mit einem auf einem Substrat ausge­ bildeten Schaltungsteil und einer unter Zwischensetzung einer Isolierschicht auf das Substrat aufgeschichteten Lichtabfang­ schicht für das Abschirmen des Schaltungsteils gegen Licht, dadurch gekennzeichnet, daß Ränder der Isolierschicht (202, 203, 204) im wesentlichen durch die Lichtabfangschicht (205) abgedeckt sind.

8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtabfangschicht (205) leitend und auf konstantem Potential gehalten ist.

9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtabfangschicht (205) mit dem Substrat (210) verbunden ist.