JP2006269891A - 集積化受光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 受光素子部の受光感度がばらつくことなく、また、良好な受光感度が得られる集積化受光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体基板１に受光素子部ＣとＭＯＳトランジスタ部Ｄとを集積化した集積化受光素子２０の製造方法において、受光部１１上の絶縁層５ａを除去する前に、受光素子部Ｃの受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部を完全に覆うように多結晶シリコン層１２を形成する。また、受光部１１上の絶縁層５ａを除去した後に反射防止膜１７を形成する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ＤＶＤ等の光デイスクに対して記録／再生を行う光ディスク装置の光ピックアップに用いられ、受光素子部とＭＯＳトランジスタ部とを１チップに集積した、集積化受光素子の製造方法に関する。

ＤＶＤ（Digital Versatile Disk），ＣＤ（Compact Disk）等の光ディスクに対して記録／再生を行う光ディスク装置の光ピックアップの受光素子として用いられ、受光素子部とこの受光素子部を駆動するＭＯＳトランジスタ部とを集積化した集積化受光素子は、高速動作が可能であり、Ｓ／Ｎ比（情報信号／雑音信号）比が向上するなどの利点があることから活発に開発が行われている。
このような集積化受光素子の製造方法の一例が、特許文献１に記載されている。

図７〜図９を用いて、従来の集積化受光素子の１例である特許文献１に記載の集積化受光素子の製造方法について説明する。図７は、その集積化受光素子の製造方法における第１工程を説明するための断面模式図である。図８は、その集積化受光素子の製造方法における第２工程を説明するための断面模式図である。図９は、その集積化受光素子の製造方法における第３工程を説明するための断面模式図であり、従来の集積化受光素子の構造例を示す断面模式図である。

（第１工程）［図７参照］
半導体基板２１表面に、所定の間隔を有して、３つのフィールド酸化膜２２ａ，２２ｂ，２２ｃを形成し、これらのフィールド酸化膜２２ａ，２２ｂ，２２ｃ間に位置する第１領域Ｅ及び第２領域Ｆの表面に絶縁層２３ａ，２３ｂを形成する。
第１領域Ｅにおける半導体基板２１の表面近傍部に第１拡散層２４ａ及び第２拡散層２４ｂを形成し、第２領域Ｆにおける半導体基板２１の表面近傍部に第３拡散層２４ｃ及び第４拡散層２４ｄをそれぞれ互いに隔離して形成する。
その後、これらの拡散層２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを活性化するために熱処理炉中で熱処理を行う。この熱処理により、第１領域Ｅは、第１拡散層２４ａ及び第２拡散層２４ｂと、これらの拡散層２４ａ，２４ｂに隣接する半導体基板２１部とによってｐｎ接合が形成された受光素子２５ａ，２５ｂ及び受光部２６を有する受光素子部Ｇとなる。
次に、第２領域Ｆにおける絶縁層２３ｂの表面にゲート２７を形成し、第１領域Ｅにおける絶縁層２３ａ表面を覆うように多結晶シリコン層２８を形成する。
第２領域Ｆは、上述の第１拡散層２４ｃ、第２拡散層２４ｄ、及びゲート２７を有するＭＯＳトランジスタ部Ｈとなる。

（第２工程）［図８参照］
多結晶シリコン層２８、フィールド酸化膜２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、及びＭＯＳトランジスタ部Ｈの表面に、層間絶縁層２９を形成する。フォトリソ法によりレジストマスク３０を受光素子部Ｇに相当する領域以外の層間絶縁層２９表面に形成し、その後、受光素子部Ｇ上の層間絶縁層２９を除去する。
（第３工程）［図９参照］
多結晶シリコン層２８を除去後、レジストマスク３０を除去する。次に、受光素子部Ｇ及び層間絶縁層２９を覆うように反射防止膜３１を形成する。
上述の工程により、同一の半導体基板２１上に、受光素子部ＧとＭＯＳトランジスタ部Ｈとを集積化した集積化受光素子４０を得る。
特許第３５０６３１４号公報

ところで、上述の集積化受光素子４０の受光素子部Ｇ上には、絶縁層２３ａ及び反射防止膜３１からなる２層の保護膜が形成されている。例えば、絶縁層２３ａが膜厚２５０ｎｍの酸化シリコン膜からなり、反射防止膜３１が膜厚８０ｎｍの窒化シリコン膜からなる。
しかしながら、このような保護膜においては、ＤＶＤに用いられるレーザ光の波長６５０ｎｍにおけるその反射率は２４％と大きく、ＣＤに用いられるレーザ光の波長７８０ｎｍにおける反射率も２１％と大きい。受光素子部Ｇ上の保護膜の反射率が大きいと、受光素子部Ｇの受光感度が低下するため、この反射率を下げて受光感度を向上させる方向への改善の余地がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、良好な受光感度が得られる集積化受光素子の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の手順を有する。
即ち、請求項１に係る発明は、半導体基板（１）上に、ｐｎ接合部を有する受光素子（１０ａ，１０ｂ）を含む受光素子部（Ｃ）である第１の領域（Ａ）と、前記受光素子（１０ａ，１０ｂ）の出力を増幅しゲート（６）を有するトランジスタ部（Ｄ）である第２の領域（Ｂ）とを有する集積化受光素子（２０）を製造する、集積化受光素子の製造方法において、前記半導体基板（１）の一面に、第１の絶縁層（５ａ，５ｂ）を、前記第１の領域（Ａ）及び前記第２の領域（Ｂ）としてそれぞれ独立に形成する第１絶縁層形成工程と、前記第２の領域（Ｂ）における前記第１の絶縁層（５ｂ）の表面の一部に、前記ゲート（６）を形成するゲート形成工程と、前記半導体基板（１）の前記第１の領域（Ａ）内の所定の範囲における前記一面を含む内部に、前記受光素子（１０ａ，１０ｂ）を形成する受光素子形成工程と、この受光素子形成工程の後に、前記第１絶縁層（５ａ）の表面の前記受光素子（１０ａ，１０ｂ）の前記ｐｎ接合部に対応する範囲に、この範囲を完全に覆う多結晶シリコン層（１２）を形成するシリコン層形成工程と、前記ゲート（６）の近傍における前記半導体基板（１）の前記一面を含む内部に、互いに離隔する第１及び第２のイオン注入部（１５ａ，１５ｂ）を形成する注入部形成工程と、この注入部形成工程の後に、前記第１の領域（Ａ）及び前記第２の領域（Ｂ）を完全に覆う第２の絶縁層（１６）を形成する第２絶縁層形成工程と、この第２絶縁層形成工程の後に、前記第１の領域（Ａ）における、前記第２の絶縁層（１６）及び前記多結晶シリコン層（１２）で覆われていない範囲の前記第１の絶縁層（５ａ）を除去する除去工程と、前記除去工程の後に、少なくとも前記第１の領域（Ａ）を覆う反射防止膜（１７）を形成する反射防止膜形成工程と、を有することを特徴とする集積化受光素子（２０）の製造方法である。

本発明によれば、受光素子部において、受光素子のｐｎ接合部を多結晶シリコン層で覆い、受光部の表面を反射防止膜のみで覆うことにより、受光素子部の受光感度が安定し、良好な受光感度が得られるという効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例及び変形例により図１〜図６，図１０，及び図１１を用いて説明する。
図１は、本発明の集積化受光素子の製造方法例における第１工程を説明するための断面模式図である。
図２は、本発明の集積化受光素子の製造方法例における第２工程を説明するための断面模式図である。
図３は、本発明の集積化受光素子の製造方法例における第３工程を説明するための断面模式図である。
図４は、本発明の集積化受光素子の製造方法例における第４工程を説明するための断面模式図である。
図５は、本発明の集積化受光素子の製造方法例における第５工程を説明するための断面模式図である。
図６は、本発明の集積化受光素子の製造方法例における第６工程を説明するための断面模式図であり、本発明の集積化受光素子の構造例を表す断面模式図である。
図１０は、本発明の集積化受光素子の製造方法の実施例で製造した集積化受光素子における反射防止膜の膜厚に対する反射率の関係をシミュレーションにより表したグラフである。

以下に、ＤＶＤ及びＣＤの光ディスクに対応できるコンボドライブタイプの光ディスク装置の光ピックアップ用の受光素子として用いられる集積化受光素子２０の製造方法について説明する。この集積化受光素子２０は、ＤＶＤ及びＣＤの双方に対して好適に共用できるものである。
（第１工程）［図１参照］
ｎ型シリコン基板１の一面側に形成されたｎ型シリコンエピタキシャル層２の表面に、所定の間隔を有した３つのフィールド酸化膜３ａ，３ｂ，３ｃと、この３つのフィールド酸化膜３ａ，３ｂ，３ｃ間に位置する第１領域Ａ及び第２領域Ｂに犠牲酸化膜４ａ，４ｂと、を予め一体化させて形成したものを用意する。
なお、ｐ型シリコン基板の一面側にｐ型シリコンエピタキシャル層が形成されたものを用いても構わない。

（第２工程）［図２参照］
犠牲酸化膜４ａ，４ｂをエッチングで除去した後、ｎ型シリコン基板１を９００℃に加熱した酸素雰囲気の熱処理炉中で熱酸化させて、第１領域Ａ及び第２領域Ｂに絶縁層５ａ，５ｂを形成する。
次に、フィールド酸化膜３ａ，３ｂ，３ｃ及び絶縁層５ａ，５ｂ表面に、リン（Ｐ）を拡散した多結晶シリコン膜を形成した後、フォトリソ法によるエッチングを行って、絶縁層５ｂ上にゲート６を形成する。

（第３工程）［図３参照］
フォトリソ法により、絶縁層５ａ上の所定位置に開口部７ａ，７ｂが形成されるように、フィールド酸化膜３ａ，３ｂ，３ｃ、絶縁層５ａ，５ｂ、及びゲート６表面にレジストパターン８を形成する。
次に、絶縁層５ａ側からｎ型シリコンエピタキシャル層２の表面近傍部に向かってボロン（Ｂ）をイオン注入し、第１領域Ａにおけるｎ型シリコンエピタキシャル層２の表面近傍部にｐ型第１注入部９ａ及びｐ型第２注入部９ｂを形成する。
このとき、ボロン（Ｂ）は、絶縁層５ａを透過してｎ型シリコンエピタキシャル層２の表面近傍部にイオン注入される。こうして、ｐ型の第１及び第２注入部９ａ，９ｂと、この第１及び第２注入部９ａ，９ｂに隣接するｎ型のシリコンエピタキシャル層２部との境界面でｐｎ接合が形成されることで、ｐｎ接合部を有する受光素子１０ａ，１０ｂを得る。また、受光素子１０ａ，１０ｂ以外の第１領域Ａは受光部１１となる。
上述により、第１領域Ａは、受光素子１０ａ，１０ｂと受光部１１とを有する受光素子部Ｃとなる。
なお、本実施例では、２つの受光素子１０ａ，１０ｂを形成したが、これに限定されるものではなく、形成する受光素子は、単一でもよいし、複数でもよい。
しかしながら、外部の発光素子と組み合わせて用いる際、発光素子の光出力が常に一定となるように制御を行うためには、複数個の受光素子を形成することが望ましい。

（第４工程）［図４参照］
レジストパターン８を除去した後、フィールド酸化膜３ａ，３ｂ，３ｃ、絶縁層５ａ，５ｂ、及びゲート６表面に、多結晶シリコン膜を形成する。その後、フォトリソ法によるエッチングを行って、少なくとも絶縁層５ａと接する受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部を完全に覆うように絶縁層５ａ表面に多結晶シリコン層１２を形成する。
より詳しくは、後述する絶縁層５ａのエッチング除去によって、絶縁層５ａと接する受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部がダメージを受けないように、絶縁層５ａと接する受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部において、その絶縁層５ａ表面を完全に覆うように、その絶縁層５ａ表面に多結晶シリコン層１２を形成する。本実施例では、受光素子１０ａ，１０ｂ形成領域よりも広い領域に多結晶シリコン層１２を絶縁層５ａ表面に形成した。
なお、受光部１１上に多結晶シリコン層１２が存在すると、外部のレーザ光を多結晶シリコン層１２が遮断して受光部１１がレーザ光を受光できなくなってしまうため、受光部１１上には多結晶シリコン層１２を形成しないようにする。

次に、フォトリソ法により、ゲート６の両側近傍の絶縁層５ｂ上に開口部１３ａ，１３ｂが形成されるように、フィールド酸化膜３ａ，３ｂ，３ｃ、絶縁層５ａ、多結晶シリコン層１２、及びゲート６の表面にレジストパターン１４を形成する。
さらに、絶縁層５ｂ側からｎ型シリコンエピタキシャル層２の表面近傍部に向かってイオン注入を行い、第２領域Ｂにおけるｎ型シリコンエピタキシャル層２の表面近傍部のゲート６の両側近傍位置に第３注入部１５ａ及び第４注入部１５ｂを形成する。本実施例では、第３注入部１５ａにはＡｓを、第４注入部１５ｂにはＢＦ₂をイオン注入した。
上述により、第２領域Ｂは、第３及び第４注入部１５ａ，１５ｂとゲート６とを有するＭＯＳトランジスタ部Ｄとなる。

（第５工程）［図５参照］
レジストパターン１４を除去した後、第３及び第４注入部１５ａ，１５ｂを活性化させるために熱処理炉を用いて、熱処理を行う。
次に、フィールド酸化膜３ａ，３ｂ，３ｃ、受光素子部Ｃ、及びＭＯＳトランジスタ部Ｄ表面に層間絶縁層１６を形成する。
さらに、フォトリソ法によるエッチングを行って、受光素子部Ｃ上の層間絶縁層１６と、多結晶シリコン層１２で覆われていない部分の受光素子部Ｃ上の絶縁層５ａとを連続して除去する。このとき、絶縁層５ａと接する受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部は、多結晶シリコン層１２によって保護されているため、エッチングによるダメージを受けない。即ち、受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部がダメージを受けると、受光素子１０ａ，１０ｂの受光感度がばらつく場合があるが、多結晶シリコン層１２でｐｎ接合部を保護することによって、このような問題が発生しないようにしている。
したがって、受光素子１０ａ，１０ｂは、安定した受光感度を得ることができる。

（第６工程）［図６参照］
受光素子部Ｃ及び層間絶縁層１６の表面に、窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。この窒化シリコン膜は、受光素子部Ｃにおける反射防止膜１７として機能する。本実施例で作製する集積化受光素子は、ＤＶＤ及びＣＤの双方に対して好適に共用できるものであるため、ＤＶＤ及びＣＤそれぞれに用いられるレーザ光の波長６５０ｎｍ及び７８０ｎｍにおけるそれぞれの反射率が十分に小さくなるように、反射防止膜１７の膜厚を設定する必要がある。そこで、波長６５０ｎｍ及び７８０ｎｍにおいて、反射防止膜１７の膜厚に対する反射率の関係をシミュレーションしたグラフを図１０に示す。図１０から、波長６５０ｎｍ及び７８０ｎｍにおいて、反射防止膜１７の反射率が共に小さくなるように、本実施例では、反射防止膜１７の膜厚を８７ｎｍとした。

上述の工程により、同一のシリコン基板１上に、受光素子１０ａ，１０ｂを有する受光素子部Ｃと、この受光素子１０ａ，１０ｂの出力を増幅するＭＯＳトランジスタ部Ｄとを集積化した集積化受光素子２０を得る。

以上、詳述したように、絶縁層５ａをエッチング除去するときに、多結晶シリコン層１２が絶縁層５ａと接する受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部において、その絶縁層５ａ表面を完全に覆うように保護しているため、ｐｎ接合部はエッチングによるダメージを受けない。
よって、受光素子１０ａ，１０ｂは、安定した受光感度が得られる。また、受光部１１上には低反射率の反射防止膜１７のみが形成されているため、その膜厚を最適化することで良好な受光感度を有する集積化受光素子２０を得ることができる。
また、第３及び第４注入部１５ａ，１５ｂ中の不純物が熱処理によって飛散する場合があったとしても、多結晶シリコン層１２は受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部を完全に覆うように保護しているため、この飛散した不純物が受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部に入り込めない。従って、受光素子の受光感度に悪影響を及ぼすことを防止できる。
同様に、多結晶シリコン層１２は、第１及び第２注入部９ａ，９ｂ中の不純物が熱処理によって飛散することを防止できるため、ＭＯＳトランジスタ部ＤのＭＯＳトランジスタは、安定したしきい値電圧を得ることができる。

一般的に、集積化受光素子の受光部上の反射防止膜の反射率は１０％以下が好ましく、より好ましくは７％以下である。
上述により作製した集積化受光素子２０の受光部１１上の反射防止膜１７の反射率は、その膜厚が８７ｎｍのとき、ＤＶＤに用いられるレーザ光の波長６５０ｎｍに対して４％、ＣＤに用いられるレーザ光の波長７８０ｎｍに対して４％と、図１０に示すシミュレーション結果と合致する、良好な結果を得た。
本実施例では反射防止膜１７の膜厚をこのように８７ｎｍとしたが、図１０に示すように、好ましい条件である反射率が１０％以下となるためには、その膜厚は７６〜９６ｎｍの範囲であればよい。また、より好ましい条件である反射率が７％以下となるためには、その膜厚は８１〜９２ｎｍの範囲であればよい。

また、図１０からもわかるように、受光するレーザ光の波長に応じて、反射防止膜１７の膜厚を最適化することにより、低反射率の良好な反射防止膜を得ることが可能である。本実施例では、ＤＶＤ及びＣＤの双方に対して好適に共用できるように、その膜厚を８７ｎｍとしたが、例えば、ＤＶＤに用いられるレーザ光の波長６５０ｎｍのみを受光する場合、その膜厚を特性における最小反射率となる８０ｎｍに設定すればよいし、また、ＣＤに用いられるレーザ光の波長７８０ｎｍのみを受光する場合、その膜厚を特性における最小反射率となる９６ｎｍに設定すればよい。また、次世代光ディスクに用いられるレーザ光の波長４０５ｎｍに対しても、同様に膜厚を最適化することにより、低反射率の良好な反射防止膜を得ることが可能である。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
例えば、図１１を用いて、本実施例の変形例について説明する。図１１は、本発明の集積化受光素子の変形例を表す断面模式図である。
＜変形例＞［図１１参照］
本変形例の集積化受光素子６０は、上述した実施例における多結晶シリコン層１２を、絶縁層５ａと接する受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部のみを完全に覆うように形成したことを特徴とする。

この集積化受光素子６０の製造方法について、以下に説明する。
まず、上述の第３工程までは、実施例と同様である。
次に、第４工程において、フオトリソ法によるエッチングを行って、多結晶シリコン層１２ａを、絶縁層５ａと接する受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部のみを完全に覆うように形成する。それ以外は実施例と同様である。
以降、実施例と同様に、第５工程及び第６工程を行う。
以上により、本変形例の集積化受光素子６０を得る。

集積化受光素子６０の受光素子１０ａ，１０ｂのｐｎ接合部は、多結晶シリコン層１２ａによって保護されているため、上述のエッチングによるダメージを受けない。よって、受光素子１０ａ，１０ｂは安定した受光感度が得られる。

本発明の集積化受光素子の製造方法例における第１工程を説明するための断面模式図である。 本発明の集積化受光素子の製造方法例における第２工程を説明するための断面模式図である。 本発明の集積化受光素子の製造方法例における第３工程を説明するための断面模式図である。 本発明の集積化受光素子の製造方法例における第４工程を説明するための断面模式図である。 本発明の集積化受光素子の製造方法例における第５工程を説明するための断面模式図である。 本発明の集積化受光素子の製造方法例における第６工程を説明するための断面模式図であり、本発明の集積化受光素子の構造例を表す断面模式図である。 従来の集積化受光素子の製造方法における第１工程を説明するための断面模式図である。 従来の集積化受光素子の製造方法における第２工程を説明するための断面模式図である。 従来の集積化受光素子の製造方法における第３工程を説明するための断面模式図であり、従来の集積化受光素子の構造例を示す断面模式図である。 本発明の集積化受光素子の製造方法の実施例で製造した集積化受光素子における反射防止膜の膜厚に対する反射率の関係をシミュレーションにより表したグラフである。 本発明の集積化受光素子の変形例を表す断面模式図である。

符号の説明

１ ｎ型シリコン基板 ， ２ ｎ型シリコンエピタキシャル層 ， ３ａ，３ｂ，３ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ フィールド酸化膜 ， ４ａ，４ｂ 犠牲酸化膜 ， ５ａ，５ｂ，２３ａ，２３ｂ 絶縁層 ， ６，２７ ゲート ， ７ａ，７ｂ，１３ａ，１３ｂ 開口部 ， ８，１４ レジストパターン ， ９ａ 第１注入部 ， ９ｂ 第２注入部 ， １０ａ，１０ｂ，２５ａ，２５ｂ 受光素子 ， １１，２６ 受光部 ， １２，２８ 多結晶シリコン層 ， １５ａ 第３注入部 ， １５ｂ 第４注入部 ， １６，２９ 層間絶縁層 ， １７，３１ 反射防止膜 ， ２０，４０ 集積化受光素子 ， ２１ 半導体基板 ， ２４ａ 第１拡散層 ， ２４ｂ 第２拡散層 ， ２４ｃ 第３拡散層 ， ２４ｄ 第４拡散層 ， Ａ，Ｅ 第１領域 ， Ｂ，Ｆ 第２領域 ， Ｃ，Ｇ 受光素子部 ， Ｄ，Ｈ ＭＯＳトランジスタ部

Claims (1)

1. 半導体基板上に、ｐｎ接合部を有する受光素子を含む受光素子部である第１の領域と、前記受光素子の出力を増幅しゲートを有するトランジスタ部である第２の領域とを有する集積化受光素子を製造する、集積化受光素子の製造方法において、
   前記半導体基板の一面に、第１の絶縁層を、前記第１の領域及び前記第２の領域としてそれぞれ独立に形成する第１絶縁層形成工程と、
   前記第２の領域における前記第１の絶縁層の表面の一部に、前記ゲートを形成するゲート形成工程と、
   前記半導体基板の前記第１の領域内の所定範囲における前記一面を含む内部に、前記受光素子を形成する受光素子形成工程と、
   この受光素子形成工程の後に、前記第１の絶縁層の表面の前記受光素子の前記ｐｎ接合部に対応する範囲に、この範囲を完全に覆う多結晶シリコン層を形成するシリコン層形成工程と、
   前記ゲートの近傍における前記半導体基板の前記一面を含む内部に、互いに離隔する第１及び第２のイオン注入部を形成する注入部形成工程と、
   この注入部形成工程の後に、前記第１の領域及び前記第２の領域を完全に覆う第２の絶縁層を形成する第２絶縁層形成工程と、
   この第２絶縁層形成工程の後に、前記第１の領域における、前記第２の絶縁層及び前記多結晶シリコン層で覆われていない範囲の前記第１の絶縁層を除去する除去工程と、
   前記除去工程の後に、少なくとも前記第１の領域を覆う反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、
   を有することを特徴とする集積化受光素子の製造方法。
   
   

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