JP2009010267A

JP2009010267A - 受光素子の製造方法及び受光素子

Info

Publication number: JP2009010267A
Application number: JP2007171968A
Authority: JP
Inventors: Jun Higuchi; 潤樋口
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】受光部の内部抵抗を増加させることなく、特に、短波長である４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度が向上可能な受光素子の製造方法及び受光素子を提供する。
【解決手段】第１導電型の半導体基板１上に設けられた第１導電型のエピタキシャル層２の表面に絶縁層３を形成し、この絶縁層にエピタキシャル層を露出させる開口部４を形成し、この開口部を覆ってエピタキシャル層と接触すると共に第２導電型のドーパントを含む導電性のポリシリコン層６を形成し、上記半導体基板を加熱することにより、上記ドーパントを開口部に対応する範囲におけるエピタキシャル層の表面を含む表面近傍部に拡散させて、第２導電型の受光領域８を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、受光素子の製造方法及び受光素子に係り、特に、短波長例えば４０５ｎｍ帯の青色波長の光に対しても高感度を有する受光素子の製造方法及び受光素子に関する。

現在、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスクにレーザ光を照射し、その反射光を受光して光電変換することによって、光ディスクに記録されている情報を電気信号として再生する光ディスク再生装置が普及している。
光ディスクに照射されるレーザ光の発光波長は再生する光ディスクによって異なり、例えば、ＣＤに用いられるレーザ光の発振波長は７８０ｎｍ帯の近赤外波長であり、ＤＶＤに用いられるレーザ光の発振波長は６３５ｎｍ帯または６５０ｎｍ帯の赤色波長である。
通常、光ディスク再生装置は、これら各種光ディスクに対応できるように、上記各発振波長のレーザ光をそれぞれ照射する複数の半導体レーザ素子と、上記各発振波長に対して高感度を有する受光素子とを備えている。
このような受光素子の一例が特許文献１に記載されている。
特開平９−２３７９１２号公報

ところで、近年、ＣＤやＤＶＤよりもさらに情報記録容量の大きい次世代光ディスクとしてBlu-ray Disc（以下、ＢＤと称す）が着目されている。
ＢＤに用いられるレーザ光の発振波長は、ＣＤやＤＶＤに用いられるレーザ光の発振波長よりもさらに短い４０５ｎｍ帯の青色波長である。
しかしながら、発明者が鋭意実験した結果、特許文献１に記載されているような受光素子では、４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度が、上述の７８０ｎｍ帯の近赤外波長や６３５ｎｍ帯または６５０ｎｍ帯の赤色波長における受光感度と比較して低いことが確認されており、この４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度の向上が望まれている。

上記受光素子において、４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度が低い原因について説明する。
受光素子に照射されるレーザ光の発振波長が短いほど、その受光領域は受光素子の表面を含むより浅い領域となる。この表面を含むより浅い領域に高ドーパント濃度の拡散層が存在すると、この拡散層中での少数キャリアの再結合が発生する。この少数キャリアの再結合によって光電変換効率が悪化するため、受光感度が低くなる。

また、高ドーパント濃度の拡散層の領域を削減して受光感度の低下を防止しようとすると、受光部の内部抵抗が増加するため、応答速度が悪化する場合がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、受光部の内部抵抗を増加させることなく、特に、短波長である４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度が向上可能な受光素子の製造方法及び受光素子を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願各発明は次の手段を有する。
１）第１導電型の半導体基板（１）上に設けられた第１導電型のエピタキシャル層（２）の表面に絶縁層（３）を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層形成工程後に、前記絶縁層に、前記エピタキシャル層を露出させる開口部（４）を形成する開口部形成工程と、前記開口部形成工程後に、前記開口部を覆って前記エピタキシャル層と接触すると共に第２導電型のドーパントを含む導電性のポリシリコン層（６）を形成するポリシリコン層形成工程と、前記ポリシリコン層形成工程後に、前記半導体基板を加熱することにより、前記ドーパントを、前記開口部に対応する範囲における前記エピタキシャル層の表面を含む表面近傍部に拡散させて、第２導電型の受光領域（８）を形成する受光領域形成工程と、を有する受光素子（２０）の製造方法である。
２）前記受光領域形成工程後に、前記ポリシリコン層上に、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層構造の反射防止膜（１１）を形成することを特徴とする１）項記載の受光素子の製造方法である。
３）第１導電型の半導体基板（１）と、前記半導体基板上に設けられた第１導電型のエピタキシャル層（２）と、前記エピタキシャル層上に形成されて、当該エピタキシャル層を露出させる開口部（４）を有する絶縁層（３）と、前記開口部を覆うと共に前記エピタキシャル層と接触して、第２導電型のドーパントを含む導電性のポリシリコン層（６）と、前記開口部に対応する範囲における前記エピタキシャル層の表面を含む表面近傍部に形成されて、前記ドーパントを含む受光領域（８）と、を有する受光素子（２０）である。
４）前記ポリシリコン層上に形成されて酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層構造の反射防止膜（８）を有する３）項記載の受光素子である。

本発明によれば、受光部の内部抵抗を増加させることなく、特に、４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度が向上するという効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図５を用いて説明する。
図１〜図５は本発明の受光素子の製造方法及び受光素子の実施例を説明するための模式的断面図である。

＜実施例＞
実施例の受光素子の製造方法及び受光素子を、製造過程毎に第１工程〜第５工程として、図１〜図５を用いて順次説明する。

［第１工程］（図１参照）
高いドーパント濃度を有するｐ^＋型半導体基板であるｐ^＋型シリコン（Ｓｉ）基板１上に形成されてｐ^＋型シリコン基板１よりも低いドーパント濃度を有するｐ型エピタキシャル層２に、熱酸化処理を行って、ｐ型エピタキシャル層２の表面を含む表面近傍部を酸化させて酸化絶縁層３を形成する。
実施例では、ｐ型エピタキシャル層２の比抵抗が４０Ω・cmとなるようにｐ型エピタキシャル層２のドーパント濃度を１Ｅ１４／ｃｍ^３とし、その厚さを１０μｍとした。また、酸化絶縁層３の厚さを１２ｎｍとした。

［第２工程］（図２参照）
酸化絶縁層３を、フォトリソグラフィ法を用いて部分的にエッチングすることによって、ｐ型エピタキシャル層２が露出してなる開口部４を形成する。

［第３工程］（図３参照）
まず、ｐ型エピタキシャル層２及び酸化絶縁層３上に、開口部４を覆うように、光透過性及び電気導電性を有するリン（Ｐ）ドープされたポリシリコン膜５を成膜する。
次に、このポリシリコン膜５を、フォトリソグラフィ法を用いて部分的にエッチングすることにより、光透過性を有する導電部６を形成する。
リンドープされたポリシリコン膜５は、例えば、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法を用いて形成することができる。

実施例では、導電部６（ポリシリコン膜５）のリンドープ濃度を１Ｅ２０ｃｍ^−３とし、その厚さを５０ｎｍとした。

ところで、ポリシリコンは、半導体プロセスにおいて一般的に用いられる材料であり、例えば薄膜トランジスタのゲート電極材料として用いられている。
従って、後述する受光部Ａで光電変換された信号電荷を増幅するための薄膜トランジスタを形成する場合、この薄膜トランジスタのゲート電極と上述の導電部６とを同じ工程で一括して形成することができる。

［第４工程］（図４参照）
第３工程を経たｐ^＋型シリコン基板１に、例えば８５０℃で３０分の熱処理を施して、導電部６中のリン原子を、開口部４が形成されている範囲に対応する範囲におけるｐ型エピタキシャル層２の表面を含む表面近傍部に拡散させることにより、ｎ⁻型領域８を形成する。
このｎ⁻型領域８は、後述する受光素子２０における受光領域８となる。

実施例では、ｎ⁻型領域８のリンドープ濃度を５Ｅ１８ｃｍ^−３とし、その深さ方向の厚さを５０ｎｍとした。また、熱処理後の導電部６の比抵抗は約１０ｍΩ・ｃｍである。

［第５工程］（図５参照）
酸化絶縁層３及び導電部６上に、少なくとも、ＳｉＯやＳｉＯ_２等からなる酸化シリコン膜と、ＳｉＮやＳｉ_３Ｎ_４等からなる窒化シリコン膜と、が積層された積層膜１０を、例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法を用いて成膜する。
次に、この積層膜１０を、フォトリソグラフィ法を用いて部分的にエッチングすることにより、反射防止膜１１を形成する。
反射防止膜１１は、上述した受光領域８に外部から光が入射される際に、この光の反射を低減して受光領域８に効率的に入射させるための膜である。
この反射防止膜１１により、後述する受光素子２０の受光感度を向上させることができる。

その後、所定の工程を行って、受光素子２０を得る。

上述した受光素子２０によれば、受光領域８に高いドーパント濃度の拡散層が存在しないため、例えば４０５ｎｍ帯の青色波長における受光感度を従来よりも向上させることができる。

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、実施例では、受光領域８のリンドープ濃度を５Ｅ１８ｃｍ^−３とし、その深さ方向の厚さを５０ｎｍとしたが、これに限定されるものではない。
発明者が鋭意実験した結果、受光領域８のリンドープ濃度を１Ｅ１８ｃｍ^−３〜１Ｅ１９ｃｍ^−３の範囲内とし、その深さ方向の厚さと導電部６の厚さとの合計の厚さを１００ｎｍ以下とすることにより、実施例と同様の効果が得られることを見出した。

また、実施例では、シリコン基板１及びエピタキシャル層２をｐ（ｐ^＋）型とし、受光領域８をｎ（ｎ⁻）型としたが、シリコン基板１及びエピタキシャル層２をｎ（ｎ^＋）型とし、受光領域８をｐ（ｐ⁻）型としてもよい。
この場合、受光領域８におけるドーパントをリンに替えてボロン（Ｂ）とし、受光領域８のボロンドープ濃度を１Ｅ１８ｃｍ^−３〜１Ｅ１９ｃｍ^−３の範囲内とし、その深さ方向の厚さと導電部６の厚さとの合計の厚さを１００ｎｍ以下とすることにより、実施例と同様の効果を得ることができる。

熱処理後の導電部６の比抵抗を約１０ｍΩ・ｃｍとしたが、これに限定されるものではなく、発明者が鋭意実験した結果、上記比抵抗を２０ｍΩ・ｃｍ以下とすることにより、導電部６の導通抵抗を低減して受光領域８で光電変換された電気信号を所定の回路部に伝送するための引き出し電極として用いることができる。

本発明の受光素子の製造方法及び受光素子の実施例における第１工程を説明するための模式的断面図である。本発明の受光素子の製造方法及び受光素子の実施例における第２工程を説明するための模式的断面図である。本発明の受光素子の製造方法及び受光素子の実施例における第３工程を説明するための模式的断面図である。本発明の受光素子の製造方法及び受光素子の実施例における第４工程を説明するための模式的断面図である。本発明の受光素子の製造方法及び受光素子の実施例における第５工程を説明するための模式的断面図である。

符号の説明

１ｐ^＋型シリコン基板、２ｐ型エピタキシャル層、３酸化絶縁層、４開口部、５ポリシリコン膜、６導電部、８受光領域（ｎ⁻型領域）、１０積層膜、１１反射防止膜、２０受光素子

Claims

第１導電型の半導体基板上に設けられた第１導電型のエピタキシャル層の表面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層形成工程後に、前記絶縁層に、前記エピタキシャル層を露出させる開口部を形成する開口部形成工程と、
前記開口部形成工程後に、前記開口部を覆って前記エピタキシャル層と接触すると共に第２導電型のドーパントを含む導電性のポリシリコン層を形成するポリシリコン層形成工程と、
前記ポリシリコン層形成工程後に、前記半導体基板を加熱することにより、前記ドーパントを、前記開口部に対応する範囲における前記エピタキシャル層の表面を含む表面近傍部に拡散させて、第２導電型の受光領域を形成する受光領域形成工程と、
を有する受光素子の製造方法。
前記受光領域形成工程後に、前記ポリシリコン層上に、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層構造の反射防止膜を形成することを特徴とする請求項１記載の受光素子の製造方法。
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた第１導電型のエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層上に形成されて、当該エピタキシャル層を露出させる開口部を有する絶縁層と、
前記開口部を覆うと共に前記エピタキシャル層と接触して、第２導電型のドーパントを含む導電性のポリシリコン層と、
前記開口部に対応する範囲における前記エピタキシャル層の表面を含む表面近傍部に形成されて、前記ドーパントを含む受光領域と、
を有する受光素子。
前記ポリシリコン層上に形成されて酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層構造の反射防止膜を有する請求項３記載の受光素子。