技术领域

本发明涉及半导体位置探测器。

技术背景

半导体位置探测器(PSD，Position-Sensing Detector)，人们知道它 是一种用所谓的三角测量原理测定被测定物的距离的器件。PSD作为 有源方式的距离测定器被装载于摄象机等的摄象机器内，在摄象机器 中根据由PSD测定的被测定物的距离进行摄象透镜的聚焦。

倘采用PSD，虽然可以得到与光斑的入射位置对应的连续输出， 但在远距离测定等的信号光量弱的情况下，S/N比将极端地降低。为 此，在使用PSD的距离测定系统中，不能提高在远距离一侧处的测距 精度。对此，在使用2分割光敏二极管(PD)等的多分割光敏二极管 时，虽然不能象PSD那样得到与入射位置对应的连续输出，但即便是 信号光量弱S/N也几乎不降低，因而可以提高探测灵敏度。

于是，在日本专利杂志特开平4-313279号公报中报道了把PSD 和2分割PD组合起来的半导体光位置探测器。

图14是这样的半导体位置探测器的平面图。该半导体位置探测器 具备设于半导体衬底1上边的半导体导电层形成区域20和由设于其两 端的一对信号取出电极5构成的PSD和设于信号光量变弱的远距离一 侧的2分割PD21。在该半导体位置探测器中，在可以从PSD得到与 信号光的入射位置对应的连续输出的同时，在信号光弱的位置处还可 以用2分割PD精度良好地进行位置探测。

发明的公开

但是，若使用该构造，则芯片的面积会变大的同时，由于向PSD 和2分割PD的隔离部分上照射光，故只能把一部分的信号光用于位 置探测，在所照射的信号光的光斑直径小时就不可能提高探测灵敏度。 本发明的就是有鉴于这样的课题而发明的，目的是提供与现有技术比 较起来小型且可以提高探测灵敏度的半导体位置探测器。

为解决上述课题，本发明的半导体位置探测器，在根据受光面上 边的入射光位置使从半导体导电层2的两个端部分别输出的电流值可 变的半导体位置探测器中，其特征是：在半导体导电层的途中设置可 以断开两个端部间的电传导的门控装置。本半导体位置探测器，在借 助于门控装置使得半导体导电层两个端部间的电传导成为可能时，起 着PSD的作用，在断开了它们之间的电传导时则起着多分割或单一PD 的作用。

该门控装置，理想的是具备配置在半导体导电层上边的绝缘膜和 配置在绝缘膜上边的栅极电极。采用对加到栅极电极上的电位进行控 制的办法，就可以对通过绝缘膜在栅极电极的正下边形成沟道进行控 制。该沟道，在栅极电极的电位变成为规定值的情况下消失，从而断 开半导体导电层两个端部间的电传导。

为了朝向半导体导电层且效率良好地收集与射向受光面的光的入 射相对应地发生的电荷，本发明的半导体位置探测器理想的是具备从 半导体导电层延伸出来的多个分支导电层。为减少对分支导电层的探 测精度的影响，虽然理想的是提高其杂质浓度以降低电阻率，但是， 在分支导电层与半导体导电层的电阻率大体上相同的情况下，由于可 以在同一工序中制造它们，故可以缩短制造时间。

此外，在本发明的半导体位置探测器中，栅极电极正下边的半导 体导电层，理想的是具有与上述两个端部不同的杂质浓度，借助于该 杂质浓度，可以设定在发生沟道时所必须的栅极电位。

另外，上述门控装置，也可以具备配置在半导体导电层上边的绝 缘膜和分别配置在绝缘膜上边的多个栅极电极。在这种情况下，可以 使多分割光敏二极管的各个光敏二极管的面积变成为可变。

附图的简单说明

图1是实施例1的半导体位置探测器的平面图。

图2是图1所示的半导体位置探测器I-I箭头剖面图。

图3是图1所示的半导体位置探测器II-II箭头剖面图。

图4是实施例2的半导体位置探测器的平面图。

图5是图4所示的半导体位置探测器I-I箭头剖面图。

图6是图4所示的半导体位置探测器II-II箭头剖面图。

图7是实施例3的半导体位置探测器的平面图。

图8是图7所示的半导体位置探测器I-I箭头剖面图。

图9是图7所示的半导体位置探测器II-II箭头剖面图。

图10是实施例4的半导体位置探测器的平面图。

图11是图10所示的半导体位置探测器I-I箭头剖面图。

图12是图10所示的半导体位置探测器II-II箭头剖面图。

图13是图10所示的半导体位置探测器III-III箭头剖面图。

图14是现有的半导体位置探测器的平面图。

优选实施例

以下，对实施例的半导体位置探测器进行说明。对于同一或具有 同一功能的要素使用同一标号而省略重复说明。

实施例1

图1是实施例1的半导体位置探测器的平面图，图2是图1所示 的半导体位置探测器I-I箭头剖面图，图3是图1所示的半导体位置探 测器II-II箭头剖面图。另外在说明中使用的半导体位置探测器的剖面 图示出了其端面。

本实施例的半导体位置探测器，具备由低浓度n型Si构成的半导 体衬底1和在半导体衬底1的背面上形成的由高浓度n型Si构成的背 面一侧n型半导体层8。半导体衬底1的表面是长方形。在以下的说 明中，把从背面一侧n型半导体层8朝向n型半导体衬底1的方向定 为上方向，把n型半导体衬底1的长方形表面的长边的延伸方向定为 长度方向(长边方向)X，把短边的延伸方向定为宽度方向Y，把与 长度方向X和宽度方向Y垂直的方向定为深度方向(厚度方向)Z。 就是说，方向X、Y、Z互相垂直相交。

本半导体位置探测器，具备由在半导体衬底1内形成，且沿着长 度方向X整齐排列起来延伸的2个导电层2-1、2-2构成的基干导电层 2。基干导电层2由p型Si构成，基干导电层2的电阻率比半导体衬 底1的电阻率还低。此外，基干导电层2在n型半导体衬底1内形成。 各个基干导电层2-1、2-2，虽然在其边界处具有隔离部分，但在各层 2-1、2-2内则沿着长度方向X连续不断而中间不存在插入区域。构成 基干导电层2的电阻区域，沿着X、Y和Z方向实质上具有同一杂质 浓度，即电阻率ρ，从n型半导体衬底1的表面沿着厚度方向Z实质 上延伸到同一深度。 

本半导体位置探测器，具备在半导体位置探测器的表面两个端部 形成、且分别取出来自基干导电层的两端的输出电流的一对信号取出 电极5。

本半导体位置探测器，具备由从基干导电层2-1、2-2开始分别沿 着受光面延伸的多个导电层3-1、3-2构成的分支导电层3。分支导电 层3的杂质浓度大体上与基干导电层2的杂质浓度是相同的，沿着分 支导电层3的宽度方向Y的长度，比入射光光斑的直径长。

另外，分支导电层3也可以由高浓度p型Si构成。在这种情况下， 各个基干导电层2-1、2-2构成为使多个p型电阻区域的中间存在着杂 质浓度不同的分支导电层的一个端部沿着长度方向X连续不断，分支 导电层3的杂质浓度比基干导电层2的杂质浓度高，此外，分支导电 层3的电阻率比基干导电层2的电阻率低。

本半导体位置探测器，具备分别连接在基于导电层2的两端，在 半导体衬底1内形成的一对高浓度信号取出用半导体层4。高浓度信 号取出用半导体层4从半导体衬底1的表面开始沿着厚度方向Z延伸， 一直到比基干导电层2的深度还深的位置为止。

本半导体位置探测器，具备在半导体衬底1的长方形表面的外周 部分内形成的外框半导体层6。外框半导体层6是高浓度n型Si。外 框半导体层6在半导体衬底1的长方形表面的外缘区域内形成且呈口 字形，把已形成了基干导电层2、分支导电层3、和高浓度信号取出用 半导体层4的衬底表面区域包围起来，从n型半导体衬底1的表面开 始沿着厚度方向Z一直延伸到规定的深度为止。

本半导体位置探测器，具备在半导体衬底1内形成的分支导电层 隔离用半导体层6’。分支导电层隔离用半导体层6’，是高浓度n型Si。 分支导电层隔离用半导体层6’，由从口字形的外框半导体层6的一方 的长边的内侧开始沿着宽度方向Y，在基干导电层2方向上延伸的多 个n型的分支区域构成。各个分支区域从n型半导体衬底1的表面开 始沿着厚度方向Z一直延伸到规定的深度为止。该n型的分支区域比 p型的分支导电层3还深，存在于分支导电层3之间和分支导电层3 与高浓度信号取出用半导体层4之间，使他们进行电隔离。就是说， 分支区域阻止在相邻接的分支导电层3彼此间和分支导电层3与高浓 度信号取出用半导体层4间沿着长度方向X流动的电流。

本半导体位置探测器，具备覆盖n型半导体衬底1的长方形表面 的钝化膜(绝缘膜)10。另外在图1以及以下的实施例的半导体位置 探测器的平面图中，省略了钝化膜。钝化膜10在长度方向两个端部具 有信号取出电极的一对长方形开口，在外周部分具有外框电极用的口 字形开口。钝化膜10由SiO2构成。信号取出电极5分别通过钝化膜10 的信号取出电极用一对开口，分别在高浓度信号取出用半导体层4上 边形成，与高浓度信号取出用半导体层4进行欧姆接触。另外信号取 出电极5的表面形状，与高浓度信号取出用半导体层4的形状是同一 形状。

本半导体位置探测器具备通过钝化膜10的外框电极用的开口，在 n型外框半导体层6上边形成的外框电极7。外框电极7阻止光向半导 体衬底1外周部分的入射。此外，也可以在外框电极7与信号取出电 极5之间加上规定的电压。

本半导体位置探测器，具备在背面一侧n型半导体层8的下表面 上形成的下表面电极9。下表面电极9与背面一侧n型半导体层8进 行欧姆接触。

本半导体位置探测器，在基干导电层2-1、2-2之间的边界上边的 钝化膜(绝缘膜)10上边具备栅极电极11。栅极电极11电连接到钝 化膜10上边的键合焊盘11’上，当通过键合焊盘11’把规定电位提供给 栅极电极11时，在作为栅极电极11正下边的隔离部分的基干导电层2 相当部位上形成沟道。当给栅极电极11提供负电位时，由于正电荷在 这里聚集，沟道的导电类型将变成为p型，本半导体位置探测器将作 为PSD起作用。

另一方面，当给栅极电极11提供零电位或正电位时，由于p沟道 消失，基干导电层2-1、2-2间，就是说基干导电层2的两个端部间的 电传导被断开，本半导体位置探测器就起着2分割PD的作用。

在半导体位置探测器作为PSD起作用的情况下，当在给在一对信 号取出电极5与下表面电极9之间，提供给由p分支导电层3和n型 半导体衬底1构成的pn结二极管加上反向偏置电压那样的电压的状态 下，入射光作为光斑光向在已形成了分支导电层3的n型半导体衬底 1的表面区域内规定的受光面入射时，在半导体位置探测器内部，将 与该入射光对应地产生电子空穴对(电荷)、进行扩散并顺着半导体位 置探测器内部的电场，其一方流入分支导电层3内。该电荷在分支导 电层3内传导，流入基干导电层2的规定位置，把该电荷分配为相应与 基干导电层2的长度方向X的位置与到基干导电层2的两端的电阻值 成反比，分配后的电荷分别通过基干导电层2的两端从各自的信号取 出电极5取出。

另一方面，在半导体位置探测器作为2分割PD起作用的情况下， 当在给在一对信号取出电极5与下表面电极9之间，提供给由p分支 导电层3和n型半导体衬底1构成的pn结二极管加上反向偏置电压 那样的电压的状态下，入射光作为光斑光向受光面入射时，在半导体 位置探测器内部，将与该入射光对应地产生电子空穴对(电荷)、进行 扩散并顺着半导体位置探测器内部的电场，其一方通过分支导电层3 按照与入射位置对应的比率流入基干导电层2-1、2-2内。这样地分配 后的电荷分别通过基干导电层2的两端从各自的信号取出电极5取出。

如上所述，本实施例的半导体位置探测器，在根据受光面上边的 入射光位置使从半导体导电层2的两个端部分别输出的电流值可变的 半导体位置探测器中，设有在半导体导电层2的途中可以断开两个端 部间的电传导的门控装置10、11。半导体位置探测器，在借助于门控 装置使得半导体导电层两个端部间的电传导成为可能时，起着PSD的 作用，在断开了它们之间的电传导时则起着多分割或单一PD的作用。 因此，在本实施例中，由于不再需要除PSD之外的多分割PD，故可 以使装置本身小型化，此外由于可以向受光面照射全入射光，故可以 提高探测灵敏度。

该门控装置，具备配置在半导体导电层2上边的绝缘膜10的一部 分区域和配置在绝缘膜上边的栅极电极11。采用对加到栅极电极11 上的电位进行控制的办法，就可以对中间存在着绝缘膜10地在栅极电 极11的正下边形成的沟道进行控制。该沟道，在栅极电极11的电位 变成为规定值的情况下消失，从而断开半导体导电层2两个端部间的 电传导。

此外，为减少对分支导电层3的探测精度的影响，虽然理想的是 提高其杂质浓度以降低电阻率，但是，在本实施例中，使分支导电层 与半导体导电层的电阻率大体上相同，使得在同一工序中制造它们， 以缩短制造时间。

实施例2

图4是实施例2的半导体位置探测器的平面图，图5是图4所示 的半导体位置探测器I-I箭头剖面图，图6是图4所示的半导体位置探 测器II-II箭头剖面图。

本实施例的半导体位置探测器，与实施例1的半导体位置探测器 比较，仅仅在栅极电极11的正下边的半导体衬底1的表面区域就是说 在基干导电层2-1、2-2之间的隔离部分上，还具备把基干导电层2-1、 2-2连接起来的沟道形成电位调整用的半导体层17这一点上不同。半 导体层17具有与基干导电层2-1、2-2同一导电类型，在本例中是p 型。在对于阴极来说把零电位或负电位提供给栅极电极11的情况下， 半导体层17保持为p型不变，本半导体位置探测器作为PSD起作用。 当给栅极电极11加上正电位时，由于在半导体层17内将形成与p型 半导体17的导电类型相反的n型沟道，故基干导电层2-1、2-2进行 电隔离，本半导体位置探测器作为2分割PD起作用。

就是说，在本半导体位置探测器中，栅极电极11正下边的半导体 导电层17具有与其两个端部不同的杂质浓度，借助于该区域的杂质浓 度就可以决定在发生沟道时所必须的栅极电位。

实施例3

图7是实施例3的半导体位置探测器的平面图，图8是图7所示 的半导体位置探测器I-I箭头剖面图，图9是图7所示的半导体位置探 测器II-II箭头剖面图。

本实施例的半导体位置探测器，与实施例1的半导体位置探测器 比较，仅仅在下述一点上不同：把基干导电层2分离成4个形成导电 层2-1、2-2、2-3、2-4，在各自的隔离部分上边设置栅极电极11-1、11-2、 11-3和键合焊盘11-1’、11-2’、11-3’。就是说，在本实施例中，具备 在绝缘膜上边配置有上述的门控装置的绝缘膜10和分别配置在该绝缘 膜上边的多个栅极电极11-1、11-2、11-3。在本实施例中，采用对加 到栅极电极11-1、11-2、11-3上的电位进行控制以控制隔离部分的断 开/连接状态的办法，就可以使多分割PD的各个光敏二极管的面积比 可变。另外，在本发明的半导体位置探测器中，也可以设置实施例2 中的半导体层17。

实施例4

图10是实施例4的半导体位置探测器的平面图，图11是图10所 示的半导体位置探测器I-I箭头剖面图，图12是图10所示的半导体位 置探测器II-II箭头剖面图，图13是图10所示的半导体位置探测器 III-III箭头剖面图。如上所述，在实施例2的半导体位置探测器中， 如果使基干导电层2和高浓度信号取出用半导体层4保持为半导体导 电层，则门控装置10、11就可以在其大体上的中央部分处设置。

本实施例的半导体位置探测器，与实施例2的半导体位置探测器 比较，图4到图6所示的门控装置10、11的设置位置不同。本实施例 的门控装置10、11，在该半导体导电层2、4的一个端部附近，换句 话说，在紧挨着信号取出电极5前边断开通过高浓度信号取出用半导 体层4和信号取出电极5取出的电流(载流子)的位置上设置。本半 导体位置探测器，在借助于门控装置10、11使得半导体导电层2、4 两个端部间的电传导成为可能时，起着PSD的作用，在断开了它们之 间的电传导时则起着多分割或单一PD的作用。以下，进行详细说明。

半导体位置探测器，具备在半导体衬底1内形成，沿着长度方向 X延伸的一个基干导电层2、从基干导电层2开始沿着Y方向延伸的 多个分支导电层3、和分别连接在基干导电层2的两端在半导体衬底1 内形成的一对高浓度信号取出用半导体层4。一方的高浓度信号取出 用半导体层4(在图中为右侧)被分割为沿着Y方向变成为不连续， 中间存在着绝缘膜10地把栅极电极11配置在该分割位置上边。

在分割后的高浓度信号取出用半导体层4之内，把位于基干导电 层2一侧的设为源一侧高浓度信号取出用半导体层4-1，把中间存在着 栅极电极11相向的设为漏一侧高浓度信号取出用半导体层4-2。源一 侧高浓度信号取出用半导体层4-1和漏一侧高浓度信号取出用半导体 层4-2之间的边界构成上述分割位置，该分割位置通过绝缘膜10位于 栅极电极11的正下边。在这里，在该分割位置上，设置有沟道形成电 位调整用的半导体层17，它起着与实施例2的半导体层17同样的作 用。

在源一侧高浓度信号取出用半导体层4-1上边，设置电流旁路用 电极55，用来使从基干导电层2的右端部输出的电流，在紧挨着上述 分割位置的前边进行传导。

就是说，电流旁路用电极55，电阻率比源一侧高浓度信号取出用 半导体层4-1充分地低，从基干导电层2的右端部输出的电流几乎全 部都在电流旁路用电极55中流过而不是在源一侧高浓度信号取出用半 导体层4-1中流过。

另外，由于基干导电层2、分支导电层3和高浓度信号取出用半 导体层4可以用同一掺杂工序形成，故其电阻率相等，但是如果用不 同的工序形成，且把高浓度信号取出用半导体层4形成为使电阻率比 基干导电层2还低，则就电流的导电来说，高浓度信号取出用半导体 层4与电流旁路用电极55起着同样的作用。另外，在本例中，电流旁 路用电极55用遮光性的材料构成，故将抑制光向高浓度信号取出用半 导体层4的入射。

栅极电极11电连接到钝化膜10上边键合焊盘11’上。当通过键合 焊盘11’把规定电位提供给栅极电极11时，就可以对在作为栅极电极 11正下边的隔离部分的上述分割位置、沟道形成电位调整用的半导体 层17内形成的沟道进行控制。在把零电位或负电位提供给栅极电极11 的情况下，沟道的导电类型为p型，源一侧高浓度信号取出用半导体 层4-1和漏一侧高浓度信号取出用半导体层4-2导通，本半导体位置 探测器作为与实施例2同样的PSD起作用。

另一方面，当规定值以上的正电位提供给栅极电极11时，由于p 型沟道将消失，故由源一侧高浓度信号取出用半导体层4-1和漏一侧 高浓度信号取出用半导体层4-2之间，换句话说，图中的左方的高浓 度信号取出用半导体层4和漏一侧高浓度信号取出用半导体层4-2之 间规定的半导体导电层两个端部之间的电传导被断开，半导体位置探 测器，作为单一的PD起作用。

在半导体位置探测器作为单一的PD起作用的情况下，当在给在 一对信号取出电极5与下表面电极9之间，提供给由p分支导电层3 和n型半导体衬底1构成的pn结二极管加上反向偏置电压那样的电 压的状态下，入射光作为光斑光向在已形成了分支导电层3的n型半 导体衬底1的表面区域内规定的受光面入射时，在半导体位置探测器 内部，将与该入射光对应地产生电子空穴对(电荷)、进行扩散并顺着 半导体位置探测器内部的电场，其一方几乎全部都流入单方的高浓度 信号取出用半导体层4(图中为左侧)内，并从在其上边设置的信号 取出电极5取出。

如上所述，在本实施例在半导体位置探测器中，也设置有在根据 受光面上边的入射光位置使分别从由半导体层2、4构成的半导体导电 层的两个端部(电极5、5正下边的区域)输出的电流值可变的半导体 位置探测器中，可以在该半导体层的途中断开两个端部之间的电传导 的门控装置10、11，采用在半导体层4区域内设置门控装置的办法， 就可以从单方的信号取出电极得到几乎全部的信号输出。换句话说， 也可以作为单一的PD起作用。

如上所述，倘采用本半导体位置探测器，由于不需要除PSD之外 的PD，故可以使装置本身小型化，此外，由于可以向受光面照射全信 号光，故可以提高探测灵敏度。

工业上利用的可能性

本半导体位置探测器，可以作为距离测定器装载于摄象仪器中。