JP2004039998A - 受光素子部を備える半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】応答速度および受光感度の優れる受光素子部を備える半導体装置。
【解決手段】半導体装置３０は、光エネルギを電気エネルギに変換する受光素子部Ａと、ＮＰＮトランジスタ部Ｂとを備える。受光素子部Ａの受光領域における半導体基板３１の表面には、酸化シリコン膜１０と窒化シリコン膜１１との２層からなる反射防止膜１２が形成される。前記受光領域のＮ型およびＰ型不純物拡散層３２，３３は、反射防止膜１２を通して不純物元素をイオン注入することによって形成される。このようにして形成されるＮ型およびＰ型不純物拡散層３２，３３の厚み方向における不純物濃度プロファイルは、キャリアの発生と移動とに好適なように形成されるので、応答速度と受光感度とに優れる受光素子部Ａを備える半導体装置３０が実現される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光素子部を備える半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
受光素子は、光エネルギを電気エネルギに変換する素子である。このような受光素子として機能する受光素子部を備える半導体装置は、たとえばコンパクトディスク（ＣＤ）やデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）などの光記録媒体に対して情報を記録または再生する光ピックアップ装置などに用いられている。
【０００３】
受光素子部を備える半導体装置は、受光素子であるフォトダイオードとともに、信号処理に用いられるトランジスタ、抵抗および容量などを、集積回路（ＩＣ）製造プロセスいわゆるＩＣプロセスを利用して、１つのチップ上に集積したものである。
【０００４】
図６〜図１１は従来の受光素子部を備える半導体装置１の製造の概略を示す図である。図６〜図１１を参照して従来の受光素子部を備える半導体装置１の製造について説明する。
【０００５】
図６中に示すＡ部は、受光素子が形成されるべき部位であり、Ｂ部は、ＮＰＮトランジスタが形成されるべき部位である。まず約５００Ωｃｍの比抵抗を有するＰ型シリコン基板２に、ＮＰＮトランジスタのコレクタ抵抗を低減させるためのＮ＋埋込み層３を形成するとともに、素子分離部、受光素子の分割部および基板電極を形成するべき位置にＰ＋埋込み層４を形成する。
【０００６】
次に、図７に示すように、約１Ωｃｍの比抵抗を有するＮ型エピタキシャル層５を厚みが約２μｍになるように成長させる。その後、受光素子の分割部および基板電極を形成するべき位置のＰ＋埋込み層４に重畳するようにＰウェル６を形成する。さらに素子分離のためにＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）処理を施し、厚みが約１μｍの酸化シリコン膜を成長させて素子分離部７を形成する。
【０００７】
図８に示す工程では、受光素子部ＡのＮ型エピタキシャル層５のカソード電極を形成するべき領域に、ドナー不純物として第Ｖ族元素であるリンをイオン注入によって所定濃度に導入し、Ｎ型不純物拡散層８を形成する。このＮ型不純物拡散層８は、受光素子のカソード部を構成する。また受光素子の分割部を形成するべき位置に形成された前述のＰウェル６に、アクセプタ不純物として第ＩＩＩ族元素であるボロンをイオン注入によって所定濃度に導入し、Ｐ型不純物拡散層９を形成する。このＰ型不純物拡散層９は、前述のＰ＋埋込み層４およびＰウェル６とともに受光素子の分割部を構成する。
【０００８】
図９に示す工程では、受光素子部ＡおよびＮＰＮトランジスタ部Ｂにわたる基板の表面に、熱酸化法によって酸化シリコン膜１０を約３０ｎｍの厚みに形成し、さらに酸化シリコン膜１０の外層に化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法によって窒化シリコン膜１１を約５５ｎｍの厚みに形成する。この酸化シリコン膜１０および窒化シリコン膜１１が、反射防止膜１２を構成する。
【０００９】
反射防止膜１２は、受光素子部Ａに入射される光の反射損失を低減し、光エネルギの電気エネルギへの変換効率を向上、すなわち受光素子の受光感度を高めるために設けられる。反射防止膜１２の膜厚は、検出するべき光の波長に対して適正な値になるように厳密に設定され、積層される膜同志で形成される界面において反射波が干渉することによって反射損失を低減している。前述の厚み：約３０ｎｍの酸化シリコン膜１０および厚み：約５５ｎｍの窒化シリコン膜１１からなる反射防止膜１２は、ＣＤの記録または再生に用いられる赤外光を対象とする１例である。
【００１０】
図１０に示す工程では、ＮＰＮトランジスタが形成されるべき部位の活性領域と基板電極が形成されるべき部位の窒化シリコン膜１１のみを、フォトリソグラフィ法によってエッチング除去する。すなわち、受光素子部Ａの受光領域のみには窒化シリコン膜１１が残り、酸化シリコン膜１０とともに反射防止膜１２としての機能を有するように前述のエッチング除去処理が行われる。
【００１１】
窒化シリコン膜１１が除去された後、ＮＰＮトランジスタ部Ｂのベースとなるべき部位に、酸化シリコン膜１０を通してボロンをイオン注入法によって導入し、Ｐ型ベース拡散層１３を形成し、ＮＰＮトランジスタ部Ｂのコレクタとなるべき部位およびエミッタとなるべき部位に、酸化シリコン膜１０を通してヒ素をイオン注入法によって導入し、Ｎ型コレクタ拡散層１４およびＮ型エミッタ拡散層１５をそれぞれ形成する。また受光素子部Ａのカソード電極を形成するべき部位のＮ型不純物拡散層８に、酸化シリコン膜１０を通してヒ素をイオン注入法によってさらに導入しＮ型不純物拡散層１６を形成する。
【００１２】
図１１に示す工程では、基板の表面に酸化膜１７をＣＶＤ法によって形成し、コンタクトホール１８を開口した後、第１配線層１９を形成する。次いで配線層間膜２０を形成した後、スルーホールを開口し第２配線層２１を形成する。さらに保護膜２２をＣＶＤ法によって形成した後、受光素子部Ａの受光領域の保護膜をエッチング除去して反射防止膜１２を露出させる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようにして製造される受光素子部を備える半導体装置１には、以下のような問題がある。半導体装置１に形成されるＮ型不純物拡散層８およびＰ型不純物拡散層９が有する基板厚み方向に対する不純物元素の濃度プロファイルは、受光素子の応答速度および感度に大きな影響を及ぼす因子であり、受光素子の応答速度および受光感度を良好なものとするために次のような条件が求められる。
【００１４】
（ａ）不純物拡散層中に含まれる不純物の濃度が高いと、価電子が光エネルギを受けて発生する伝導電子と正孔とからなるキャリアは、ライフタイムが低下する。キャリアのライフタイムが低下すると、電流として取出せるキャリアの量が減少し感度が低下するので、濃度プロファイルは、キャリアのライフタイムを低下させない程度に低い濃度であること。
（ｂ）受光素子部の等価回路は、たとえばフォトダイオードに直列に抵抗Ｒが接続され、並列にコンデンサＣが接続される構成とみなすことができる。このフォトダイオードの応答速度は、コンデンサＣ×抵抗Ｒによって定まり、抵抗Ｒが小さくなるのに伴い大きくなる。抵抗Ｒは不純物濃度の高い方が小さくなるので、不純物濃度が必要とされる応答速度を満足するような高い濃度であること。
（ｃ）キャリア移動の高速化に有効な内蔵電界を得るために、基板の厚み方向内方に向って単調に減少する濃度プロファイルであること。
【００１５】
従来の半導体装置１では、不純物元素のイオン注入によってＮ型不純物拡散層８およびＰ型不純物拡散層９が形成された後、熱酸化処理が行われて反射防止膜１２のうちの１層である熱酸化シリコン膜１０が形成される。熱酸化処理は、基板を酸化雰囲気中でたとえば８００〜１１００℃程度の高温に加熱して酸化膜を成長させるので、高温加熱時に、前述のＮ型不純物拡散層８およびＰ型不純物拡散層９中の不純物元素が移動して偏析する。不純物元素が偏析することによって、酸化膜付近の基板表面の不純物濃度が低下もしくは上昇するので、前述の（ａ）〜（ｃ）のような濃度プロファイルに求められる条件を満足することができなくなるという問題がある。また不純物元素の偏析に伴って、酸化速度にばらつきが発生するので、熱酸化処理によって形成される酸化膜の厚みがばらつき、反射防止膜の膜厚制御による反射損失の低減効果を充分に得ることができないという問題がある。
【００１６】
このような問題に対処する方法として、酸化シリコン膜１０を熱酸化法に代えてＣＶＤ法により形成させることが考えられる。しかしながら、熱酸化法では、酸化膜が基板の厚み方向内方へも成長することによって形成されるので、酸化膜との界面における基板の化学的安定性が優れるのに対して、ＣＶＤ法では、基板とは異なる組成からなる反応生成物を基板表面に堆積させて膜を形成し、基板の酸化膜との界面は酸化膜生成前の状態がそのまま残されるので、化学的安定性に劣る。このようなＣＶＤ法による酸化膜では、基板の酸化膜との界面においてキャリアの再結合が起こりやすいので、光エネルギの電気エネルギへの変換効率が低下するという問題がある。またＣＶＤ法は、熱酸化法に比べて酸化膜の膜厚制御の精度が劣るので、反射損失を精度よく抑制し受光素子の感度を向上させることが困難であるという問題がある。
【００１７】
本発明の目的は、応答速度および受光感度の優れる受光素子部を備える半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光エネルギを電気エネルギに変換する受光素子部を備える半導体装置であって、
半導体基板の表面に形成される反射防止膜と、
前記反射防止膜を通して不純物元素がイオン導入されて形成される不純物拡散層とを含むことを特徴とする受光素子部を備える半導体装置である。
【００１９】
本発明に従えば、受光素子部を備える半導体装置は、半導体基板の表面に形成される反射防止膜と、反射防止膜を通して不純物元素がイオン注入されて形成される不純物拡散層とを含む。このようにして形成される不純物拡散層は、不純物元素がイオン注入された後に、反射防止膜を形成するための熱酸化処理を施されることがないので、イオン注入された状態での基板厚み方向の濃度プロファイルが維持され、不所望な不純物元素の偏析等が発生しない。したがって、不純物拡散層の基板厚み方向の濃度プロファイルが、受光素子の応答速度および受光感度を良好なものとするための条件、すなわちキャリアのライフタイムを低下させない程度に低い濃度であり、かつ必要とされる応答速度を満足する程度に高い濃度であり、また基板の厚み方向内方に向って単調に減少することを満足するように、不純物元素のイオン注入によって形成され得る。
【００２０】
さらに反射防止膜を形成した後に不純物拡散層を形成することができるので、反射防止膜のうち熱酸化法によって形成される熱酸化膜を、未だ不純物拡散層の形成されていない、たとえば不純物濃度が低く均一なエピタキシャル層の表面に形成することが可能になる。このことによって、不純物元素の偏析による異常酸化を抑制できるとともに、酸化膜厚のばらつきも回避することができるので、精度のよい酸化膜の膜厚制御を実現することができる。
【００２１】
また本発明は、前記反射防止膜は、複数層からなり、
前記不純物拡散層は、
複数層からなる反射防止膜のうち少なくとも２層を通して不純物元素がイオン注入されて形成されることを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、不純物拡散層は、複数層からなる反射防止膜のうち少なくとも２層を通して不純物元素がイオン注入されて形成される。不純物元素のイオン注入に際しては、イオン注入を必要としない領域の反射防止膜の表面にマスク材が設けられ、不純物元素のイオン注入後には、マスク材は除去剤を用いて反射防止膜表面から除去される。反射防止膜のマスク材の除去剤に対する耐溶解性が劣ると、反射防止膜の膜厚減少いわゆる膜べりが生じる。このようなとき、反射防止膜を少なくとも２層で構成し、マスク材の除去剤に曝される側の膜を、マスク材の除去剤に対する耐溶解性に優れる素材からなる膜で構成することによって、反射損失を低減することができ、前述の膜べりを生じることのない反射防止膜を得ることができる。
【００２３】
また本発明は、前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板に最も近接して形成される層が、熱酸化シリコン膜であることを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板に最も近接して形成される層が、熱酸化シリコン膜によって構成される。熱酸化法によって形成される酸化シリコン膜は、基板との界面の化学的安定性に優れ、膜形成時における膜厚制御の精度にも優れるので、反射損失を低減し受光素子の受光感度を高めることの可能な反射防止膜を得ることができる。
【００２５】
また本発明は、前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成される層は、酸化シリコンよりもフッ酸に対する耐溶解性に優れる素材からなる層であることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成される層は、窒化シリコン膜であることを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成される層は、酸化チタン膜であることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成される層は、アモルファスカーボン膜であることを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成される層は、酸化シリコンよりもフッ酸に対する耐溶解性に優れる素材からなり、窒化シリコン膜、窒化チタン膜およびアモルファスカーボン膜のいずれかによって実現される。不純物元素のイオン注入に際しては、イオン注入を必要としない領域の反射防止膜の表面にマスク材が設けられ、不純物元素のイオン注入後には、マスク材はたとえばフッ酸を含む溶液（以後、フッ酸溶液と呼ぶ）を用いて反射防止膜表面から除去される。反射防止膜の半導体基板から最も離隔して形成される層、すなわちイオン注入後のマスク材除去時においてフッ酸溶液に曝される層が、フッ酸溶液に対する耐溶解性に優れる窒化シリコン膜、窒化チタン膜およびアモルファスカーボン膜のいずれかによって形成されるので、反射損失を低減することができ、膜べりを生じることのない反射防止膜を得ることができる。
【００３０】
また本発明は、光エネルギを電気エネルギに変換する受光素子部を備える半導体装置の製造方法であって、
半導体基板の表面に複数層からなる反射防止膜を形成し、
前記複数層からなる反射防止膜を通して半導体基板にイオン注入することによって不純物拡散層を形成し、
前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成されている層を除去し、
除去された層に代えて反射防止膜の層を再度形成することを特徴とする受光素子部を備える半導体装置の製造方法である。
【００３１】
本発明に従えば、たとえば半導体基板上に形成される各種の集積素子との関係で、半導体基板から最も離隔して形成される層が膜べりを生じるようなマスク材の除去工程を採らざるを得ないとき、反射防止膜を通してイオン注入することによって不純物拡散層を形成した後、半導体基板から最も離隔して形成されている層を一旦除去し、その後除去された層に代えて反射防止膜の層を再度形成する。このように、半導体基板から最も離隔して形成される層の再成膜によって、その膜厚精度を高くすることができるので、受光素子の反射損失を低減し受光感度を高くすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である受光素子部を備える半導体装置３０の構成を簡略化して示す概略断面図である。図１に示す受光素子部を備える半導体装置３０（以後、単に半導体装置３０と呼ぶ）は、前述の受光素子部を備える半導体装置１に類似するので、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略することがある。
【００３３】
光エネルギを電気エネルギに変換する受光素子部Ａと、ＮＰＮトランジスタ部Ｂとを備える半導体装置３０は、半導体基板３１の表面に形成される複数層からなる反射防止膜１２と、反射防止膜１２を通して不純物元素がイオン注入されて形成される不純物拡散層であるＮ型不純物拡散層３２およびＰ型不純物拡散層３３とを含む構成である。ここで半導体基板３１とは、Ｐ型シリコン基板２と、Ｐ型シリコン基板２上に形成されるＮ＋およびＰ＋埋込み層３，４、Ｎ型エピタキシャル層５、Ｐウェル６および前述のＮ型不純物拡散層３２、Ｐ型不純物拡散層３３等とを含む意味に用いられる。
【００３４】
図２〜図４は、図１に示す半導体装置３０の製造の概略を示す図である。図２〜図４を参照して半導体装置３０の製造の概略について説明する。なお半導体装置３０の製造工程の初期部分は、前述の受光素子部を備える半導体装置１製造の概略について示す図６〜図７に同じであるので、説明を省略する。図２に示すように、半導体装置３０において注目すべきは、Ｎ型不純物拡散層３２およびＰ型不純物拡散層３３を形成するべく不純物元素がイオン注入されるよりも先に、半導体基板３１上に酸化シリコン膜１０と窒化シリコン膜１１との２層からなる反射防止膜１２が形成されることである。
【００３５】
酸化シリコン膜１０は、Ｎ型エピタキシャル層５を主たる露出表面とする半導体基板３１上に熱酸化法によって、厚みが約３０ｎｍになるように形成される。エピタキシャル層は、低圧雰囲気中で種結晶上に結晶成長させて形成されるものであり、Ｐ型シリコン基板２、Ｎ＋埋込み層３上に形成される本実施の形態のＮ型エピタキシャル層５は、不純物拡散層に比べて不純物濃度が低くまた不純物濃度分布が比較的均一に形成される。このようなＮ型エピタキシャル層５の表面に、熱酸化によって形成される酸化シリコン膜１０は、不純物元素の偏析による異常酸化が抑制されるとともに、酸化膜厚のばらつきも回避されるので、精度のよい酸化膜の膜厚制御が実現される。窒化シリコン膜１１は、酸化シリコン膜上にＣＶＤ法によって、厚みが約５５ｎｍになるように形成される。
【００３６】
本実施の形態では、前述のように反射防止膜１２は、半導体基板３１に最も近接して形成される酸化シリコン膜１０と、半導体基板３１から最も離隔して形成される窒化シリコン膜１１との２層で構成されるので、以後、酸化シリコン膜１０を内層と呼び、窒化シリコン膜１１を外層と呼ぶことがある。
【００３７】
不純物元素をイオン注入する前に、受光素子部のカソードを形成するべき領域および分割部を形成するべき領域以外の領域には、図示を省くけれどもイオンの注入を阻止するマスク材（レジストといわれることもある）を塗布する。マスク材を塗布後、図３に示すようにカソードを形成するべき領域に、イオン注入装置を用いて加速電圧：１００ｋｅＶ、イオン注入量：１ｅ１４／ｃｍ^２のリンを導入して、Ｎ型不純物拡散層３２を形成する。また分割部を形成するべき領域には、加速電圧：１００ｋｅＶ、イオン注入量：１ｅ１４／ｃｍ^２のボロンを導入して、Ｐ型不純物拡散層３３を形成する。なおイオン注入量は、本実施の形態に示す量に限定されるものではなく、所望の不純物濃度および濃度プロファイルを得るために適宜選択される。
【００３８】
図５は、反射防止膜１２を通してイオン注入されて形成されたＮ型不純物拡散層３２の不純物濃度プロファイルを示す図である。Ｎ型不純物拡散層３２を例示し、反射防止膜１２を通してイオン注入された不純物元素の濃度プロファイルについて説明する。
【００３９】
イオン注入法では、半導体中に注入された不純物元素の厚み（＝深さ）方向における濃度のピークは、半導体表面ではなく半導体表面から少し厚み方向内方の部位に形成される。したがって、反射防止膜１２を通すことなく、たとえばＮ型エピタキシャル層５の表面に直接不純物元素をイオン注入すると、表面から濃度ピークの部位までは、厚み方向内方へ向うにつれて不純物濃度が高くなる領域（以後、便宜上不純物濃度逆転層と呼ぶ）が形成される。光が照射されて発生するキャリアのうち、不純物濃度逆転層において発生したキャリアは、不純物濃度逆転層のポテンシャル分布に従い表面に向って移動し再結合して消滅するので、不純物濃度逆転層の形成された不純物拡散層を有する受光素子は、光電変換効率が低くなる。
【００４０】
しかしながら、反射防止膜１２を通してＮ型エピタキシャル層５に不純物元素をイオン注入することによって、図５中のライン３４に示すように厚み方向における不純物元素の濃度のピークは、反射防止膜１２の中に形成され、Ｎ型不純物拡散層３２では、厚み方向に単調に不純物濃度が減少する濃度プロファイルを形成することができる。また不純物元素のイオン注入後に酸化膜生成のための加熱処理が施されないので、イオン注入量の制御によって、キャリアのライフタイムを低下させない程度に低い濃度であり、かつ受光素子の応答速度を満足するような高い濃度を、精度よく容易に満足させることが可能になる。
【００４１】
半導体装置３０では、反射防止膜を通して不純物元素をイオン注入するので、イオン注入による反射防止膜の屈折率の変化が懸念されるけれども、通常の半導体装置の製造に用いられるイオン注入条件における反射防止膜の屈折率変化率は５％以下であるので、反射防止膜の反射特性はほとんど影響されることがなく、受光素子の受光感度低下を生じることはない。
【００４２】
不純物元素のイオン注入後には、フッ酸溶液を用いてマスク材が除去される。このとき、反射防止膜１２の外層である窒化シリコン膜１１は、フッ酸溶液に対する耐溶解性に優れるので、膜べりを生じることがない。なお、イオン注入するべき不純物元素の種類に応じた材質のマスク材が使用され、またマスク材の材質に対応する除去剤が使用されるので、除去剤の種類によっては、窒化シリコン膜に膜べりを生じることもある。窒化シリコン膜が膜べりを生じた場合、窒化シリコン膜を一旦除去した後、再度ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を成膜し、次の工程に進んでもよい。このように、窒化シリコン膜を再成膜することによって、その膜厚精度を高くすることができるので、受光素子の反射損失を低減し受光感度を高くすることができる。
【００４３】
Ｎ型およびＰ型不純物拡散層３２，３３をイオン注入によって形成した後、図４に示すように、受光領域以外の領域の窒化シリコン膜１１をエッチングによって除去し、パターニングする。窒化シリコン膜１１が除去されて１層のみとなった酸化シリコン膜１０を通して、ＮＰＮトランジスタ部Ｂのベースとなるべき部位に、酸化シリコン膜１０を通してボロンをイオン注入法によって導入し、Ｐ型ベース拡散層１３を形成し、ＮＰＮトランジスタ部Ｂのコレクタとなるべき部位およびエミッタとなるべき部位に、酸化シリコン膜１０を通してヒ素をイオン注入法によって導入し、Ｎ型コレクタ拡散層１４およびＮ型エミッタ拡散層１５をそれぞれ形成する。また受光素子部Ａのカソード電極を形成するべき部位のＮ型不純物拡散層３２に、酸化シリコン膜１０を通してイオン注入によってさらにヒ素を導入しＮ型不純物拡散層１６を形成する。
【００４４】
以降の工程は、従来の受光素子部を備える半導体装置１と同様に、基板に酸化膜１７をＣＶＤ法によって形成し、コンタクトホール１８を開口した後、第１配線層１９を形成する。次いで配線層間膜２０を形成した後、スルーホールを開口し第２配線層２１を形成する。さらに保護膜２２をＣＶＤ法によって形成した後、受光素子部Ａの受光領域の保護膜をエッチング除去して反射防止膜１２を露出させて、前述の図１に示す半導体装置３０が形成される。
【００４５】
このようにして形成される半導体装置３０では、反射防止膜１２を通して不純物元素をイオン注入することによって、受光領域に形成されるＮ型およびＰ型不純物拡散層３２，３３の厚み方向における不純物濃度プロファイルが、好適に形成されるので、応答速度および受光感度に優れる受光素子部Ａが実現される。
【００４６】
以上に述べたように、本実施の形態では、反射防止膜１２の外層は、窒化シリコン膜１１であるけれども、これに限定されることなく、窒化チタン膜であってもよく、またアモルファスカーボン膜であってもよい。また反射防止膜は、２層で構成されるけれども、これに限定されることなく、３層以上で構成されてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、受光素子部を備える半導体装置は、半導体基板の表面に形成される反射防止膜と、反射防止膜を通して不純物元素がイオン注入されて形成される不純物拡散層とを含む。このようにして形成される不純物拡散層は、不純物元素がイオン注入された後に、反射防止膜を形成するための熱酸化処理を施されることがないので、イオン注入された状態での基板厚み方向の濃度プロファイルが維持され、不所望な不純物元素の偏析等が発生しない。したがって、不純物拡散層の基板厚み方向の濃度プロファイルが、受光素子の応答速度および受光感度を良好なものとするための条件、すなわちキャリアのライフタイムを低下させない程度に低い濃度であり、かつ必要とされる応答速度を満足する程度に高い濃度であり、また基板の厚み方向内方に向って単調に減少することを満足するように、不純物元素のイオン注入によって形成され得る。
【００４８】
さらに反射防止膜を形成した後に不純物拡散層を形成することができるので、反射防止膜のうち熱酸化法によって形成される熱酸化膜を、未だ不純物拡散層の形成されていない、たとえば不純物濃度が低く均一なエピタキシャル層の表面に形成することが可能になる。このことによって、不純物元素の偏析による異常酸化を抑制できるとともに、酸化膜厚のばらつきも回避することができるので、精度のよい酸化膜の膜厚制御を実現することができる。
【００４９】
また本発明によれば、不純物拡散層は、複数層からなる反射防止膜のうち少なくとも２層を通して不純物元素がイオン注入されて形成される。不純物元素のイオン注入に際しては、イオン注入を必要としない領域の反射防止膜の表面にマスク材が設けられ、不純物元素のイオン注入後には、マスク材は除去剤を用いて反射防止膜表面から除去される。反射防止膜のマスク材の除去剤に対する耐溶解性が劣ると、反射防止膜の膜厚減少いわゆる膜べりが生じる。このようなとき、反射防止膜を少なくとも２層で構成し、マスク材の除去材に曝される側の膜を、マスク材の除去剤に対する耐溶解性に優れる素材からなる膜で構成することによって、反射損失を低減することができ、前述の膜べりを生じることのない反射防止膜を得ることができる。
【００５０】
また本発明によれば、複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成される層は、酸化シリコンよりもフッ酸に対する耐溶解性に優れる素材からなり、窒化シリコン膜、窒化チタン膜およびアモルファスカーボン膜のいずれかによって実現される。不純物元素のイオン注入に際しては、イオン注入を必要としない領域の反射防止膜の表面にマスク材が設けられ、不純物元素のイオン注入後には、マスク材はたとえばフッ酸を含む溶液（以後、フッ酸溶液と呼ぶ）を用いて反射防止膜表面から除去される。反射防止膜の半導体基板から最も離隔して形成される層、すなわちイオン注入後のマスク材除去時においてフッ酸溶液に曝される層が、フッ酸溶液に対する耐溶解性に優れる窒化シリコン膜、窒化チタン膜およびアモルファスカーボン膜のいずれかによって形成されるので、反射損失を低減することができ、膜べりを生じることのない反射防止膜を得ることができる。
【００５１】
また本発明によれば、たとえば半導体基板上に形成される各種の集積素子との関係で、半導体基板から最も離隔して形成される層が膜べりを生じるようなマスク材の除去工程を採らざるを得ないとき、反射防止膜を通してイオン注入することによって不純物拡散層を形成した後、半導体基板から最も離隔して形成されている層を一旦除去し、その後除去された層に代えて反射防止膜の層を再度形成する。このように、半導体基板から最も離隔して形成される層の再成膜によって、その膜厚精度を高くすることができるので、受光素子の反射損失を低減し受光感度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である受光素子部を備える半導体装置３０の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置３０の製造の概略を示す図である。
【図３】図１に示す半導体装置３０の製造の概略を示す図である。
【図４】図１に示す半導体装置３０の製造の概略を示す図である。
【図５】反射防止膜１２を通してイオン注入されて形成されたＮ型不純物拡散層３２の不純物濃度プロファイルを示す図である。
【図６】従来の受光素子部を備える半導体装置１の製造の概略を示す図である。
【図７】従来の受光素子部を備える半導体装置１の製造の概略を示す図である。
【図８】従来の受光素子部を備える半導体装置１の製造の概略を示す図である。
【図９】従来の受光素子部を備える半導体装置１の製造の概略を示す図である。
【図１０】従来の受光素子部を備える半導体装置１の製造の概略を示す図である。
【図１１】従来の受光素子部を備える半導体装置１の製造の概略を示す図である。
【符号の説明】
１，３０　受光素子部を備える半導体装置
２　Ｐ型シリコン基板
３　Ｎ＋埋込み層
４　Ｐ＋埋込み層
５　Ｎ型エピタキシャル層
６　Ｐウェル
７　素子分離部
８，３２　Ｎ型不純物拡散層
９，３３　Ｐ型不純物拡散層
１０　酸化シリコン膜
１１　窒化シリコン膜
１２　反射防止膜
１３　Ｐ型ベース拡散層
１４　Ｎ型コレクタ拡散層
１５　Ｎ型エミッタ拡散層
１６　Ｎ型不純物拡散層
３１　半導体基板

Claims (8)

1. 光エネルギを電気エネルギに変換する受光素子部を備える半導体装置であって、
   半導体基板の表面に形成される反射防止膜と、
   前記反射防止膜を通して不純物元素がイオン注入されて形成される不純物拡散層とを含むことを特徴とする受光素子部を備える半導体装置。
2. 前記反射防止膜は、複数層からなり、
   前記不純物拡散層は、
   複数層からなる反射防止膜のうち少なくとも２層を通して不純物元素がイオン注入されて形成されることを特徴とする請求項１記載の受光素子部を備える半導体装置。
3. 前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板に最も近接して形成される層が、熱酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項２記載の受光素子部を備える半導体装置。
4. 前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成される層は、
   酸化シリコンよりもフッ酸に対する耐溶解性に優れる素材からなる層であることを特徴とする請求項２または３記載の受光素子部を備える半導体装置。
5. 前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成される層は、
   窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項４記載の受光素子部を備える半導体装置。
6. 前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成される層は、
   酸化チタン膜であることを特徴とする請求項４記載の受光素子部を備える半導体装置。
7. 前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成される層は、
   アモルファスカーボン膜であることを特徴とする請求項４記載の受光素子部を備える半導体装置。
8. 光エネルギを電気エネルギに変換する受光素子部を備える半導体装置の製造方法であって、
   半導体基板の表面に複数層からなる反射防止膜を形成し、
   前記複数層からなる反射防止膜を通して半導体基板にイオン注入することによって不純物拡散層を形成し、
   前記複数層からなる反射防止膜のうち半導体基板から最も離隔して形成されている層を除去し、
   除去された層に代えて反射防止膜の層を再度形成することを特徴とする受光素子部を備える半導体装置の製造方法。

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