JP2007123554A

JP2007123554A - 紫外線センサ

Info

Publication number: JP2007123554A
Application number: JP2005313682A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Honma; 運也本間
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】紫外線の感度を上昇させることが可能な紫外線センサを提供する。
【解決手段】紫外線センサ１００は、シリコン基板１と、シリコン基板１上に、水平方向に所定の間隔を隔てて配置されるｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５と、ｐ型ポリシリコン層４とｎ型ポリシリコン層５との間の部分に埋め込むように配置される紫外線を検知可能なシリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層７とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、紫外線センサに関し、特に、シリコンナノ粒子層を備えた紫外線センサに関する。

従来、４００ｎｍよりも長い波長を有する可視光には反応せずに、４００ｎｍ以下の波長を有する紫外線を検知する紫外線センサとして、シリコンナノ粒子層を備えた紫外線センサが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

図２１は、特許文献１に開示された従来の紫外線センサを示した断面図である。図２２は、従来の紫外線センサの電極として用いられるＡｕおよびＩＴＯの光の波長に対する光の透過率を示したグラフである。まず、図２１および図２２を参照して、従来の一例による紫外線センサ２００の構造について説明する。

従来の一例による紫外線センサ２００は、図２１に示すように、シリコン基板２０１と、シリコン基板２０１に形成されるＳｉＯ_２からなる絶縁層２０２とを備えている。そして、絶縁層２０２には、シリコン基板２０１に達する開口部２０２ａが形成されており、その開口部２０２ａには、シリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層２０３が埋め込まれるように配置されている。また、絶縁層２０２およびシリコンナノ粒子層２０３の上面側には、Ａｕ、Ａｌ、ＰｔまたはＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）薄膜からなる金属製の電極２０４が形成されている。また、シリコン基板２０１の下面上にも、金属製の電極２０５が形成されている。

なお、４ｎｍの厚みを有するＡｕからなる金属薄膜は、図２２に示すように、２００ｎｍ〜８００ｎｍの光に対しては、約６０％〜約８０％の透過率を有しており、特に、４００ｎｍ以下の波長を有する紫外線に対しては、約６０％程度の透過率を有している。また、ＩＴＯからなる金属薄膜も、４００ｎｍ以下の波長を有する紫外線に対しては、約６０％以下の透過率を有している。

米国特許出願公開第２００３／０１７８５７１Ａ１号明細書

しかしながら、図２１に示した特許文献１の紫外線センサ２００では、紫外線は、Ａｕ、Ａｌ、ＰｔまたはＩＴＯ薄膜からなる電極２０４を通過してシリコンナノ粒子層２０３に到達する。したがって、受光面側の電極２０４としてＡｕ薄膜を用いた場合には、４００ｎｍ以下の波長の紫外線は、約６０％程度しか透過しないので、紫外線がＡｕ薄膜により約４０％程度吸収されるという不都合がある。また、同様に、受光面側の電極２０４としてＩＴＯ薄膜を用いた場合には、４００ｎｍ以下の波長の紫外線は、約６０％以下しか透過しないので、紫外線がＩＴＯ薄膜により約４０％以上吸収されるという不都合がある。さらに、ＡｌおよびＰｔについても同様の不都合が生じる。その結果、紫外線センサ２００では、電極２０４により吸収された紫外線の分だけ、紫外線センサの感度が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、紫外線の感度を上昇させることが可能な紫外線センサを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による紫外線センサは、基板と、基板上に、基板の表面に沿う方向に所定の間隔を隔てて配置される第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極との間の部分に埋め込むように配置される紫外線を検知可能な半導体層とを備えた。

この一の局面による紫外線センサでは、上記のように、基板上に、基板の表面に沿う方向に所定の間隔を隔てて配置される第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極との間の部分に埋め込むように配置される紫外線を検知可能な半導体層とを設けることによって、第１電極および第２電極が基板の表面に沿う方向に配置されるので、半導体層の紫外線を受光する受光面（上面）上に、紫外線を吸収する電極を配置する必要がなくなる。これにより、半導体層に紫外線を直接受光させることができる。その結果、半導体層の受光面側から入射した紫外線の全てを受光することができるので、紫外線の感度を上昇させることができる。

上記一の局面による紫外線センサにおいて、好ましくは、半導体層は、シリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層を含む。このように構成すれば、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子が紫外線を受光した場合には、シリコンナノ粒子は、その紫外線のエネルギを得て電子およびホールを励起するので、紫外線のみを検知する紫外線センサを容易に形成することができる。

上記シリコンナノ粒子層を備えた構成において、好ましくは、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子は、３．１ｅＶ以上のバンドギャップを有することが可能な粒子径を有する。このようなシリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層を用いることにより、４００ｎｍよりも長い波長（３．１ｅＶ未満のエネルギ）の可視光によって、シリコンナノ粒子から電子が励起されるのを抑制しながら、４００ｎｍ以下の波長（３．１ｅＶ以上のエネルギ）の紫外線によって、シリコンナノ粒子から電子を励起させることができる。その結果、４００ｎｍ以下の波長の紫外線を受光した場合のみ、シリコンナノ粒子から３．１ｅＶ以上のバンドギャップを超えて電子を励起させることができるので、紫外線のみを検知する紫外線センサを容易に形成することができる。

上記一の局面による紫外線センサにおいて、好ましくは、第１電極は、ｐ型半導体層からなり、第２電極は、ｎ型半導体層からなる。このように構成すれば、伝導帯に電子が少ないｐ型半導体層から電流の担い手となる電子を励起させるためには、ｐ型半導体層の価電子帯からシリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位まで電子を励起させる必要がある。したがって、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までｐ型半導体の価電子帯の電子を励起させるためには、ｐ型半導体層のバンドギャップ分のエネルギと、シリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までのエネルギとをｐ型半導体の価電子帯の電子に与える必要がある。そのため、紫外線よりも波長が長い（エネルギが小さい）可視光が入射した場合に、ｐ型半導体層から電子が励起されるのを抑制することができる。また、ｐ型半導体層で励起した電子はホールと再結合しやすいので、電流に寄与する部分は少ない。これにより、可視光によって励起された電子が電流として検知されるのを抑制することができる。その結果、紫外線によってシリコンナノ粒子層で励起された電子とホールとを電流として検知することができるので、紫外線を検知する精度を上昇させることができる。これに対して、２つのｎ型ポリシリコン層を電極とする構成では、伝導帯に電子が多いｎ型半導体層から電流の担い手となる電子を励起させるためには、ｎ型半導体層の伝導帯からシリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位まで電子を励起させるだけでよい。この場合、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までｎ型半導体の伝導帯の電子を励起させるためには、シリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までのエネルギのみをｎ型半導体の伝導帯の電子に与えるだけでよい。そのため、伝導帯に電子が多いｎ型半導体層に、紫外線よりも波長が長い（エネルギが小さい）可視光が入射した場合には、可視光によって与えられた小さいエネルギにより、容易に、電子が励起してしまうという不都合がある。したがって、２つのｎ型半導体層から電極を形成するよりも、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とから電極を形成するほうが好ましい。

上記ｐ型半導体層からなる第１電極とｎ型半導体層からなる第２電極とを備えた紫外線センサにおいて、好ましくは、ｐ型半導体層からなる第１電極には、第１電圧が印加され、ｎ型半導体層からなる第２電極には、第１電圧よりも大きい第２電圧が印加される。このように構成すれば、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子から励起された電子をｐ型半導体層側からｎ型半導体層側に引き寄せることができる。これにより、シリコンナノ粒子から励起された電子をｐ型半導体層とｎ型半導体層との間を流れる電流として検知することにより、容易に、紫外線の量を検知することができる。また、上述したように、ｐ型半導体層では、受光した可視光の小さいエネルギにより電子が励起されるのを抑制することができるので、可視光によって励起された電子が高電位側のｎ型半導体側に引き寄せられることに起因して、電流として検知されるのを抑制することができる。

上記一の局面による紫外線センサにおいて、好ましくは、第１電極および第２電極は、それぞれ、複数の電極部を含み、第１電極の複数の電極部と第２電極の複数の電極部とが、互いに、所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。このように構成すれば、第１電極の電極部と第２電極の電極部との間の領域を複数形成することができるので、その複数形成された領域に配置されるシリコンナノ粒子層の紫外線の受光面積を大きくすることができる。その結果、シリコンナノ粒子層が受光する紫外線の量を増加させることができるので、紫外線の感度をより上昇させることができる。

この場合、好ましくは、第１電極および第２電極は、それぞれ、複数の電極部を含む櫛状に一体的に形成されている。このように構成すれば、第１電極の複数の電極部および第２電極の複数の電極部に対して、それぞれ、１個所ずつ電圧印加のための電極を形成すればよいので、構造を簡素化することができる。

上記一の局面による紫外線センサにおいて、好ましくは、基板は、導電性基板を含み、導電性基板と、第１電極および第２電極との間に形成された絶縁層をさらに備えている。このように構成すれば、導電性基板の上側に第１電極および第２電極を形成した場合でも、第１電極と第２電極との間の絶縁層により、第１電極および第２電極と、導電性基板とが電気的に接続されるのを抑制することができる。その結果、第１電極と第２電極との間に電圧を印加することにより、容易に、シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子から励起された電子とホールとを第１電極と第２電極との間を流れる電流として検知することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態による紫外線センサの平面図であり、図２は、図１の３００−３００線に沿った断面図である。図３は、図１に示した一実施形態による紫外線センサから絶縁層および電極を省略した平面図である。図４は、図１の４００−４００線に沿った断面図であり、図５は、図１の５００―５００線に沿った断面図である。図６は、光の波長に対する光のエネルギを示したグラフである。図７および図８は、図１に示した一実施形態による紫外線センサのｎ型ポリシリコン層、ｐ型ポリシリコン層およびシリコンナノ粒子層のバンドギャップ図である。まず、図１〜図８を参照して、本発明の一実施形態による紫外線センサ１００の構造について説明する。

本実施形態による紫外線センサ１００は、図２に示すように、ｎ型またはｐ型のシリコン基板１を備えている。なお、シリコン基板１は、本発明の「基板」および「導電性基板」の一例である。また、図１および図２に示すように、シリコン基板１の表面の所定領域には、素子形成領域を取り囲むように、シリコン基板１に形成された素子分離溝１ａに絶縁膜２ａが埋め込まれた構造を有するＳＴＩ（ＳｈａｌｌｏｗＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）からなる素子分離領域２が形成されている。素子分離領域２によって取り囲まれた素子形成領域のシリコン基板１の表面上の所定領域には、約２ｎｍ〜約１０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_２からなる絶縁層３が形成されている。この絶縁層３は、後述するｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５の形成領域に対応する領域に設けられており、ｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５と、シリコン基板１とを絶縁するために設けられている。

また、本実施形態では、絶縁層３の上面上には、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５が水平方向に所定の間隔を隔てて形成されている。このｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５は、電極としての機能を有している。なお、ｐ型ポリシリコン層４は、本発明の「第１電極」および「ｐ型半導体層」の一例であり、ｎ型ポリシリコン層５は、本発明の「第２電極」および「ｎ型半導体層」の一例である。そして、図３に示すように、ｐ型ポリシリコン層４は、２つの電極部４ａと、２つの電極部４ａを連結する１つの連結部４ｂとを含んでいる。このため、ｐ型ポリシリコン層４は、電極部４ａと連結部４ｂとにより、平面的に見てコの字形状（櫛型形状）に形成されている。また、ｎ型ポリシリコン層５も同様に、２つの電極部５ａと、２つの電極部５ａを連結する１つの連結部５ｂとを含んでおり、平面的に見てコの字形状（櫛型形状）に形成されている。また、ｐ型ポリシリコン層４の電極部４ａおよびｎ型ポリシリコン層５の電極部５ａは、それぞれ、約０．１μｍ〜約０．５μｍの幅Ｗ１およびＷ２を有している。そして、ｐ型ポリシリコン層４の電極部４ａと、ｎ型ポリシリコン層５の電極部５ａとは、互いに、約０．１μｍ〜約１．０μｍの間隔Ｄを隔てて対向するように配置されている。つまり、ｐ型ポリシリコン層４の電極部４ａとｎ型ポリシリコン層５の電極部５ａとの間には、約０．１μｍ〜約１．０μｍの幅（間隔Ｄ）を有する３つの溝部１０が設けられる。また、ｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５には、それぞれ、アルミニウム製の電圧供給用電極８および９（図１参照）を電気的に接続するためのコンタクト部４ｃおよび５ｃが設けられている。

そして、図１および図２に示すように、ｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５の上面上には、約５ｎｍ〜約５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_２からなる絶縁層６が設けられている。この絶縁層６は、ｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５の表面を絶縁するために設けられている。また、図４に示すように、絶縁層６のｐ型ポリシリコン層４のコンタクト部４ｃに対応する領域には、電圧供給用電極８をｐ型ポリシリコン層４に電気的に接続するためのコンタクトホール６ａが設けられている。また、図５に示すように、絶縁層６のｎ型ポリシリコン層５のコンタクト部５ｃに対応する領域には、電圧供給用電極９をｎ型ポリシリコン層５に電気的に接続するためのコンタクトホール６ｂが設けられている。また、ｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５には、それぞれ、約０Ｖおよび約５Ｖの電圧が印加されるように構成されている。

ここで、本実施形態では、図１および図２に示すように、水平方向に所定の間隔を隔てて配置されたｐ型ポリシリコン層４の電極部４ａとｎ型ポリシリコン層５の電極部５ａとの間の溝部１０には、シリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層７が埋め込まれている。なお、シリコンナノ粒子層７は、本発明の「半導体層」の一例である。このシリコンナノ粒子層７のシリコンナノ粒子は、約３．１ｅＶ以上のバンドギャップを有することが可能な粒子径（約１ｎｍ）を有している。なお、約１ｎｍの粒子径で約３ｅＶのバンドギャップを有しているというのは、たとえば、“ＴｈｉｎＦｉｌｍＳｉｌｉｃｏｎＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅＵＶＰｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ”，Ｏ．Ｍ．Ｎａｙｆｅｈ，他，ＰＨＯＴＯＮＩＣＳＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＬＥＴＴＥＲ，ＶＯＬ．１６，ＮＯ．８，ＡＵＧＵＳＴ２００４，Ｐ．Ｐ．１９２７−１９２９に開示されている。したがって、約３．１ｅＶのバンドギャップを有するシリコンナノ粒子に、約３．１ｅＶ以上のエネルギを有する光が照射された場合、シリコンナノ粒子から電子が励起される。具体的には、図６に示すように、光のエネルギＥは、プランク定数ｈ、光速度ｃおよび波長λにより定義されており、約４００ｎｍ以下の紫外線は、約３．１ｅＶ以上のエネルギを有しているので、シリコンナノ粒子層７に紫外線が受光された場合には、シリコンナノ粒子から電子が励起される。一方、約４００ｎｍよりも長い波長の可視光は、約３．１ｅＶよりも小さいエネルギを有しているので、シリコンナノ粒子層７に可視光が受光された場合には、シリコンナノ粒子から電子は励起されない。

また、本実施形態では、ｐ型ポリシリコン層４に、約０Ｖを印加するとともに、ｎ型ポリシリコン層５に、約５Ｖを印加する構造では、図７に示すように、伝導帯に電子が少ないｐ型ポリシリコン層４から電流の担い手となる電子を励起させるためには、ｐ型ポリシリコン層４の価電子帯からシリコンナノ粒子層７のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位まで電子を励起させる必要がある。したがって、シリコンナノ粒子層７のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までｐ型ポリシリコン層４の価電子帯の電子を励起させるためには、ｐ型ポリシリコン層４のバンドギャップ分のエネルギ（約１．１ｅＶ）と、シリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までのエネルギ（約１．０ｅＶ）とをｐ型ポリシリコン層４の価電子帯の電子に与える必要がある。そのため、紫外線よりも波長が長い（エネルギが小さい）可視光が入射した場合には、ｐ型ポリシリコン層４から電子が励起されるのを抑制することが可能となる。これにより、可視光によって励起された電子が高電位（約５Ｖ）のｎ型ポリシリコン層５に引き寄せられることにより、電流として検知されるのを抑制することが可能となる。その結果、紫外線によって励起された電子のみを電流として検知することができるので、紫外線を検知する精度を上昇させることが可能となる。これに対して、比較例として、図８に示すように、２つのｎ型ポリシリコン層を電極とする構成では、伝導帯に電子が多いｎ型ポリシリコン層から電流の担い手となる電子を励起させるためには、ｎ型ポリシリコン層の伝導帯からシリコンナノ粒子層７のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位まで電子を励起させるだけでよい。この場合、シリコンナノ粒子層７のシリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までｎ型ポリシリコン層の伝導帯の電子を励起させるためには、シリコンナノ粒子の伝導帯のエネルギ準位までのエネルギ（約１．０ｅＶ）のみを、ｎ型ポリシリコン層の伝導帯の電子に与えるだけでよい。そのため、伝導帯に電子が多いｎ型ポリシリコン層に、紫外線よりも波長が長い（エネルギが小さい）可視光が入射した場合には、可視光によって与えられた小さいエネルギにより、容易に、電子が励起してしまうという不都合がある。したがって、比較例のように２つのｎ型ポリシリコン層から電極を形成するよりも、本実施形態のように、ｐ型ポリシリコン層４とｎ型ポリシリコン層５とから電極を形成するほうが好ましい。

図９〜図１９は、本発明の一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図９〜図１９を参照して、一実施形態による紫外線センサ１００の製造プロセスについて説明する。

まず、図９に示すように、ｎ型またはｐ型のシリコン基板１を準備する。そして、図１０に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、シリコン基板１の表面の所定領域に素子形成領域を取り囲むように、素子分離溝１ａを形成する。そして、熱酸化またはＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法およびＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて、シリコン基板１の素子分離溝１ａを埋め込むように素子分離絶縁膜２ａを形成することによって、ＳＴＩからなる素子分離領域２を形成する。

次に、図１１に示すように、熱酸化またはＣＶＤ法を用いて、シリコン基板１の上面に、約２ｎｍ〜約１０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_２からなる絶縁層３を形成する。そして、ＣＶＤ法を用いて、絶縁層３の上に、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するノンドープポリシリコン層４０を形成する。その後、ＣＶＤ法を用いて、ノンドープポリシリコン層４０の上面上に、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_２からなる絶縁層６を形成する。

その後、図１２に示すように、絶縁膜６を介してノンドープポリシリコン層４０（図１１参照）に、注入エネルギ：約５０ｋｅＶ、ドーズ量（注入量）：約１×１０^−１５ｃｍ^−２〜約５×１０^−１５ｃｍ^−２の条件下でボロン（Ｂ）をイオン注入する。これにより、ノンドープポリシリコン層４０がｐ型化されてｐ型ポリシリコン層４が形成される。

次に、図１３および図１４に示すように、平面的に見てコの字形状のレジスト膜１２を形成する。そして、レジスト膜１２をマスクとして、注入エネルギ：約５０ｋｅＶ、ドーズ量（注入量）：約３×１０^−１５ｃｍ^−２〜約５×１０^−１５ｃｍ^−２の条件下で、ｐ型ポリシリコン層４に燐（Ｐ）をイオン注入する。これにより、平面的に見てコの字形状のｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５とが、互いに接するように形成される。この後、レジスト膜１２を除去する。

次に、図１５および図１６に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、図１および図２に示したｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５の形成される領域を覆うようにレジスト膜１３を形成する。その後、レジスト膜１３をマスクとして、絶縁層３、ｐ型ポリシリコン層４、ｎ型ポリシリコン層５および絶縁層６をエッチングすることによりパターニングする。これにより、図１７に示すように、コの字形状のｐ型ポリシリコン層４の２つの電極部４ａと、ｎ型ポリシリコン層５の２つの電極部５ａとが、互いに、水平方向に約０．１μｍ〜約１．０μｍの間隔Ｄ（図３参照）を隔てて形成される。すなわち、ｐ型ポリシリコン層４の電極部４ａとｎ型ポリシリコン層５の電極部５ａとの間に、水平方向に約０．１μｍ〜約１．０μｍの幅を有する３つの溝部１０が設けられる。この後、レジスト膜１３を除去する。

次に、図１８に示すように、クラスタービーム法を用いて、約１ｎｍの粒径を有するシリコンナノ粒子を溝部１０に埋め込むように約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ堆積する。なお、クラスタービーム法とは、Ｓｉからなる固体試料に対してレーザー光を照射することにより蒸気化されたＳｉを、ヘリウムガスなどの不活性ガス中で凝集させることにより、クラスター粒子を生成して、そのクラスター粒子を目的の試料に蒸着させる方法である。この際、蒸気化したＳｉとヘリウムガス中に発生する衝撃波とを衝突させることにより、Ｓｉ蒸気がヘリウムガス中の所定の位置で停止する。これにより、Ｓｉ蒸気は、一定条件下で、クラスター粒子に成長するので、サイズや内部構造の均一なクラスター粒子が生成される。

そして、ＣＭＰ技術を用いて、ｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５上に堆積したシリコンナノ粒子を除去して、シリコンナノ粒子層７の上面と、ｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５上の絶縁層６の上面とが一致するように、平坦化する。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、不要なシリコンナノ粒子が堆積した部分を除去する。これにより、ｎ型ポリシリコン層５とｐ型ポリシリコン層４との間の溝部１０に、シリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層７が形成される。これにより、図１９に示した状態になる。この後、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、絶縁層６にコンタクトホール６ａおよび６ｂ（図４および図５参照）を形成した後、そのコンタクトホール６ａおよび６ｂを介してｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５に接続するように、それぞれ、Ａｌからなる電圧供給用電極８および９を形成する。このようにして、図１に示した本実施形態による紫外線センサ１００が形成される。

本実施形態では、上記のように、シリコン基板１上に、水平方向に約０．１μｍ〜約１．０μｍの間隔を隔てて配置されるｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５と、ｐ型ポリシリコン層４とｎ型ポリシリコン層５との間の溝部１０に埋め込むように配置されるシリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層７とを設けることによって、ｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５とが水平方向に配置されるので、シリコンナノ粒子層７の紫外線を受光する受光面（上面）上に、紫外線を吸収する電極を配置する必要がなくなる。これにより、シリコンナノ粒子層７に紫外線を直接受光させることができる。これにより、シリコンナノ粒子層７の受光面側から入射した紫外線の全てを受光することができるので、紫外線の感度を上昇させることができる。

また、本実施形態では、ｐ型ポリシリコン層４の２つの電極部４ａと、ｎ型ポリシリコン層５の２つの電極部５ａとが、互いに、水平方向に約０．１μｍ〜約１．０μｍの間隔を隔てて対向するように配置することによって、ｐ型ポリシリコン層４の電極部４ａとｎ型ポリシリコン層５の電極部５ａとの間に３つの溝部１０を形成することができるので、その３つの溝部１０に配置されるシリコンナノ粒子層７の紫外線の受光面積を大きくすることができる。その結果、シリコンナノ粒子層７が受光する紫外線の量が増加するので、紫外線の感度をより上昇させることができる。

また、本実施形態では、約３．１ｅＶ以上のバンドギャップを有することが可能な粒子径（約１ｎｍ）を有するシリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層７を用いることによって、約４００ｎｍよりも長い波長（約３．１ｅＶ未満のエネルギ）の可視光によって、シリコンナノ粒子から電子を励起されるのを抑制しながら、約４００ｎｍ以下の波長（約３．１ｅＶ以上のエネルギ）の紫外線によって、シリコンナノ粒子から電子を励起させることができる。その結果、約４００ｎｍ以下の波長の紫外線を受光した場合のみ、シリコンナノ粒子から約３．１ｅＶ以上のバンドギャップを超えて電子を励起させることができるので、紫外線のみを検知する紫外線センサを容易に形成することができる。

また、本実施形態では、シリコン基板１と、ｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５との間にＳｉＯ_２からなる絶縁層３を設けることによって、シリコン基板１の上側にｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５を形成した場合でも、ｐ型ポリシリコン層４とｎ型ポリシリコン層５との間の絶縁層３により、ｐ型ポリシリコン層４およびｎ型ポリシリコン層５と、シリコン基板１とが電気的に接続されるのを抑制することができる。その結果、ｐ型ポリシリコン層４とｎ型ポリシリコン層５との間に電圧を印加することにより、容易に、シリコンナノ粒子層７のシリコンナノ粒子から励起された電子をｐ型ポリシリコン層４とｎ型ポリシリコン層５との間を流れる電流として検知することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、ｎ型ポリシリコン層の電極部とｐ型ポリシリコン層の電極部との間にシリコンナノ粒子層を埋め込む例を示したが、本発明はこれに限らず、紫外線を検知可能な半導体層として、ダイヤモンドなどのシリコンナノ粒子層以外の半導体層を用いてもよい。

また、上記実施形態では、ｎ型ポリシリコン層の電極部とｐ型ポリシリコン層の電極部とが、互いに、水平方向に所定の間隔を隔てて配置される例を示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型ポリシリコン層の電極部とｐ型ポリシリコン層の電極部との間のシリコンナノ粒子層の受光面（上面）側を覆わないように、ｎ型ポリシリコン層の電極部とｐ型ポリシリコン層の電極部とをシリコン基板の表面に沿う方向に所定の間隔を隔てて配置してもよい。

また、上記実施形態では、極性が異なるｎ型ポリシリコン層およびｐ型ポリシリコン層の間にシリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、極性が同じｎ型ポリシリコン層の間にシリコンナノ粒子層を設けてもよいし、ｐ型ポリシリコン層の間にシリコンナノ粒子層を設けてもよい。

また、上記実施形態では、平面的に見てコの字形状のｐ型ポリシリコン層およびｎ型ポリシリコン層との間の溝部にシリコンナノ粒子層を形成する例について説明したが、本発明はこれに限らず、図２０に示した変形例による紫外線センサ１５０のように、複数の電極部１０４ａ（図２０の変形例では、４つ）を有する櫛型形状のｐ型ポリシリコン層１０４と、複数の電極部１０５ａ（図２０の変形例では、４つ）を有する櫛型形状のｎ型ポリシリコン層１０５との間の７つの溝部１１０にシリコンナノ粒子層１０７を設けてもよい。この場合、シリコンナノ粒子層１０７の紫外線の受光面積が増加するので、紫外線を受光する量を増加させることができる。その結果、紫外線の感度をより向上させることができる。また、図２０に示した変形例では、上記実施形態と同様に、素子形成領域を取り囲むように形成される素子分離領域１０２と、後述する電圧供給用電極１０８をｐ型ポリシリコン層１０４に接続させるためのコンタクトホール１０６ａと、後述する電圧供給用電極１０９をｎ型ポリシリコン層１０５に接続させるためのコンタクトホール１０６ｂと、ｐ型ポリシリコン層１０４に電圧を印加するための電圧供給用電極１０８と、ｎ型ポリシリコン層１０５に電圧を印加するための電圧供給用電極１０９とが設けられている。

また、上記実施形態では、電極としてｐ型ポリシリコン層およびｎ型ポリシリコン層を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、ポリシリコン以外の単結晶シリコンやアモルファスシリコンなどを電極として用いてもよい。また、シリコン以外の半導体や半導体以外の金属を用いてもよい。

また、上記実施形態では、ｎ型またはｐ型のシリコン基板と、ｐ型ポリシリコン層およびｎ型ポリシリコン層との間に絶縁層を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、絶縁性の基板上に、直接ｐ型ポリシリコン層およびｎ型ポリシリコン層を設けてもよい。

本発明の一実施形態による紫外線センサの平面図である。図１の３００−３００線に沿った断面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサから絶縁層および電極を省略した平面図である。図１の４００−４００線に沿った断面図である。図１の５００−５００線に沿った断面図である。光の波長に対する光のエネルギを示したグラフである。図１に示した一実施形態による紫外線センサのｎ型ポリシリコン層、ｐ型ポリシリコン層およびシリコンナノ粒子層のバンドギャップ図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの比較例によるｎ型ポリシリコン層およびシリコンナノ粒子層のバンドギャップ図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための断面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための断面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための断面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための断面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための断面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための平面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための断面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための平面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための断面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための断面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの製造プロセスを説明するための断面図である。図１に示した一実施形態による紫外線センサの変形例を示した平面図である。従来の一例による紫外線センサの断面図である。従来の一例による紫外線センサの電極として用いられるＡｕおよびＩＴＯの光の波長に対する光の透過率を示したグラフである。

符号の説明

１００紫外線センサ
１シリコン基板（基板、絶縁性基板）
３絶縁層
４ｐ型ポリシリコン層（第１電極、ｐ型半導体層）
４ａ電極部
５ｎ型ポリシリコン層（第２電極、ｎ型半導体層）
５ａ電極部
７シリコンナノ粒子層

Claims

基板と、
前記基板上に、前記基板の表面に沿う方向に所定の間隔を隔てて配置される第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間の部分に埋め込むように配置される紫外線を検知可能な半導体層とを備えた、紫外線センサ。
前記半導体層は、シリコンナノ粒子からなるシリコンナノ粒子層を含む、請求項１に記載の紫外線センサ。
前記シリコンナノ粒子層のシリコンナノ粒子は、３．１ｅＶ以上のバンドギャップを有することが可能な粒子径を有する、請求項２に記載の紫外線センサ。
前記第１電極は、ｐ型半導体層からなり、前記第２電極は、ｎ型半導体層からなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の紫外線センサ。
前記ｐ型半導体層からなる第１電極には、第１電圧が印加され、
前記ｎ型半導体層からなる第２電極には、前記第１電圧よりも大きい第２電圧が印加される、請求項４に記載の紫外線センサ。
前記第１電極および前記第２電極は、それぞれ、複数の電極部を含み、
前記第１電極の複数の電極部と前記第２電極の複数の電極部とが、互いに、所定の間隔を隔てて対向するように配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の紫外線センサ。
前記第１電極および前記第２電極は、それぞれ、前記複数の電極部を含む櫛状に一体的に形成されている、請求項６に記載の紫外線センサ。
前記基板は、導電性基板を含み、
前記導電性基板と、前記第１電極および前記第２電極との間に形成された絶縁層をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の紫外線センサ。