JP2010232509A - 光半導体および光半導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体層上に形成された光センサと、半導体層を透過した光を受光する光センサとの出力差をとることで特定波長帯域の光成分を検出する光半導体および光半導体の製造法を提供する。
【解決手段】デバイス１０には絶縁層１４上のシリコン半導体層１６に第１のフォトダイオード２０が設けられている。第１のフォトダイオード２０は受光部２１にて光Ｌ１を受光する。光Ｌ１は紫外線、可視光線、および赤外線など、光Ｌ１に含まれる種々の波長の光を受光する。絶縁層１４の下に第２のフォトダイオード３０が設けられている。絶縁層１４の直下にＮ型不純物を低濃度に拡散させたＮ−層３２が設けられ、Ｎ−層３２中にイオン等を注入して形成された第２のＰ＋領域３４および第２のＮ＋領域３６が形成され、第２のフォトダイオード３０とされている。シリコン半導体層１６は第２のフォトダイオード３０に光Ｌ１の紫外線に対するフィルタとして作用する。
【選択図】図３

Description

本発明は光半導体および光半導体の製造方法に関する。

紫外線は、波長４００ｎｍ以下の紫外線領域の視認できない光のことをいうが、太陽光には、紫外線の他に可視光や赤外線が含まれているため、紫外線を検出するフォトダイオードには、紫外線のみを分離して検出することが求められる。

このため、一般にフォトダイオードの上面に紫外線のみを透過させる紫外線透過フィルタを設けて紫外線のみを分離し検出しているが、この紫外線透過フィルタは種々の原因による劣化によって紫外線の透過量が低下するため、従来のフォトダイオードは、シリコン基板上に埋込み酸化膜を挟んでシリコン半導体層を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造の半導体ウェハのＮ型不純物を低濃度に拡散させたシリコン半導体層に、Ｎ型不純物を高濃度に拡散させ「Ｅ」字状の櫛型に形成したＮ＋拡散層と、Ｐ型不純物を高濃度に拡散させ「π」字状の櫛型に形成したＰ＋拡散層との櫛歯部を噛合わせ、これらを対向配置して横型のフォトダイオードを形成し、そのシリコン半導体層の厚さを１５０ｎｍ程度の厚さとして、可視光を通過させ、紫外線のみを吸収している（例えば、特許文献１参照）。

また、特定の波長帯域の光を検出する際、光センサの露光面にフィルタを設けるかわりに、分光特性の異なる２個の光センサを同一基板上に設け、両者の出力差をとることで被検出光のうち特定波長帯域の光成分を検出する構成が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、上記特許文献１のような構成ではＳＯＩ構造の半導体ウェハの埋込み酸化膜上にシリコン半導体層を形成し、そのシリコン半導体層の厚さを１５０ｎｍ程度の厚さとして、可視光を通過させ、紫外線のみを吸収するフォトダイオードを形成しているため、シリコン半導体層と埋込み酸化膜との界面での反射の影響を避けることができず、波長４００ｎｍ以下の紫外線領域の紫外線の総量を正確に検出することができないという問題がある。

これに対しては出願人が既に特開２００８−２３５４７７等において提案しているように、シリコンの膜厚を３ｎｍ〜３６ｎｍの領域に抑えることで上記のサブピーク発生を防止することができる。

しかし上記特許文献のような構成では４００ｎｍより長い波長の光に対しても幾らかの光吸収を起こすという問題があった。光吸収が起こると、それは４００ｎｍ以上の光にも感度を持つことを意味し、上記特許文献の構造で根本的な解決を図ることは難しい。

また特許文献２の構成では一枚の基板において同一面上に分光特性の異なる２個の光センサを設ける必要があるため、それぞれの光センサについて製造工程、素材を必要とするので工数やコストの増加が問題となる虞がある。
特開平７−１６２０２４号公報 特開平２−２４０５２７号公報

本発明は、半導体層に形成された光センサと、半導体層を透過した光を受光する光センサとの出力差をとることで特定波長帯域の光成分を検出する光半導体および光半導体の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光半導体は、支持基板と、前記支持基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された厚さ３ｎｍ以上３６ｎｍ以下のシリコン半導体層と、前記シリコン半導体層内に形成された第１の感光素子と、前記第１の感光素子が形成されていない前記絶縁層直下の前記シリコン基板中にＮ型不純物を低濃度に拡散させた低濃度拡散層と、前記低濃度拡散層内に設けられ、前記シリコン半導体層および前記絶縁層を透過した光を受光する第２の感光素子と、を備えたことを特徴とする。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、感光素子上に別途フィルタを設けず、シリコン半導体層をフィルタとして（絶縁層はＵＶの吸収特性を持たないため）単純な構成で２個の感光素子の出力差から特定波長帯域の光成分を検出することができる。

請求項２に記載の光半導体は、請求項１に記載の構成において、前記低濃度拡散層の深さは３７ｎｍ未満であることを特徴とする。

上記の発明によれば、請求項１に規定するシリコン半導体層の厚さ範囲３ｎｍ以上３６ｎｍ以下において、低濃度拡散層の深さを抑えることで第１の感光素子の出力が第２の感光素子の出力より大きく保つことができ、検出結果が常にプラスの範囲となるので正しく光量検出を行うことができる。

請求項３に記載の光半導体は、前記第２の感光素子の受光部面積は前記第１の感光素子の受光部面積の０．００６％以上１００％未満であり、前記低濃度拡散層の深さは７２５μｍ以下であることを特徴とする。

上記の発明によれば、第１の感光素子が第２の感光素子よりも受光面積が大きいとき、一般的に用いられる８インチウエハの厚さ（７２５μｍ）範囲内で検出結果が常にプラスの範囲となり、正しく光量検出を行うことができる。

請求項４に記載の光半導体の製造方法は、支持基板と、前記支持基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたシリコン半導体層と、からなる基板上に、前記絶縁層直下の前記支持基板にイオンを注入し、低濃度拡散層を形成する低濃度拡散層生成工程と、前記低濃度拡散層にイオンを注入し、第２のＰ型高濃度拡散領域および第２のＮ型高濃度拡散領域を形成し第２の半導体とする第２の感光素子形成工程と、平面視で前記第２の感光素子と重ならない前記シリコン半導体層にイオンを注入し、第１のＰ型高濃度拡散領域、第１のＰ型低濃度拡散領域および第１のＮ型高濃度拡散領域を形成し第１の感光素子とする第１の感光素子形成工程と、前記第１の感光素子を研磨する薄膜化工程と、前記シリコン半導体層および前記第１の感光素子上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、前記層間絶縁膜に表面から前記第１のＰ型高濃度拡散領域、前記第１のＮ型高濃度拡散領域、前記第２のＰ型高濃度拡散領域、および前記第２のＮ型高濃度拡散領域まで連通するコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、前記コンタクトホールに導電材料を充填し、前記層間絶縁膜の表面に露出した電極を形成する電極形成工程と、を含むことを特徴とする。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、半導体層に形成された光センサと、半導体層を透過した光を受光する光センサとを備えた光半導体を効率よく製造することができる。

請求項５に記載の光半導体の製造方法は、前記低濃度拡散層生成工程と前記第２の感光素子形成工程の少なくとも一方の終了後に熱処理工程を行うことを特徴とする。

上記の発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、イオン注入時のイオン衝突で生じる結晶構造ダメージを修復し所望の特性を得ることができる。

以上説明したように本発明は、半導体層に形成された光センサと、半導体層を透過した光を受光する光センサとの出力差をとることで特定波長帯域の光成分を検出する光半導体および光半導体の製造方法を提供する。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る光半導体の一例を図１、図２に示す。なお、示されている寸法等の数値、あるいは素材などは例であり、実施に際してはこれらに何ら限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る光半導体であるデバイス１０は、シリコン（Ｓｉ）からなる支持基板１２上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などからなる絶縁層１４を挟んで薄い単結晶シリコンなどからなるシリコン半導体層１６を形成した、いわゆるＳＯＩ構造の半導体ウェハ上に形成されている。

デバイス１０には絶縁層１４上に第１のフォトダイオード（ＰＤ１）２０が設けられている。第１のフォトダイオード２０は受光部２１にて光Ｌ１を受光する。光Ｌ１は波長４００ｎｍ未満の紫外線、波長４００〜７００ｎｍの可視光線、および波長７００ｎｍ以上の赤外線など、光Ｌ１に含まれる種々の波長の光を受光する。第１のフォトダイオード２０は所謂ＰＮ型のダイオードであっても、他の形式であってもよい。

また絶縁層１４を挟んで支持基板１２上に設けられたシリコン半導体層１６の厚さａは第１のフォトダイオード２０の受光部２１の厚さａ’と等しく、光Ｌ１の紫外線（波長４００ｎｍ未満）に対するフィルタとして作用する。

一方、第１のフォトダイオード２０が設けられていない部分において絶縁層１４の下に第２のフォトダイオード（ＰＤ２）３０が設けられている。すなわち絶縁層１４の直下にＮ型不純物を低濃度に拡散させたＮ−層（低濃度拡散層）３２が設けられ、Ｎ−層３２中にイオン等を注入して形成された第２のＰ＋領域（Ｐ型不純物高濃度拡散領域）３４および第２のＮ＋領域（Ｎ型不純物高濃度拡散領域）３６が形成され、第２のフォトダイオード（ＰＤ２）３０とされている。

第２のフォトダイオード３０はシリコン半導体層１６を透過することで光Ｌ１より紫外線（波長４００ｎｍ未満）の成分を吸収された光Ｌ２を受光する。絶縁層１４を形成する酸化シリコン（ＳｉＯ２）は一般的に紫外域に吸収をもたないため、このフィルタ効果には寄与しない。

デバイス１０を含む回路は図２に示すような構成とされている。

図２に示すように、第１のフォトダイオード２０が光Ｌ１を受光することで発生する光電流１と、第２のフォトダイオード３０が波長４００ｎｍ未満の紫外線を除去された光Ｌ２を受光することで発生する光電流２との差分をアンプ５０で増幅し、出力５２とすることで、デバイス１０が受光した光Ｌ１に含まれる波長４００ｎｍ未満の紫外線量を検出する構成とされている。

＜第１実施形態の効果＞
図１に示すようにフォトダイオード２０に光Ｌ１を照射した際、光Ｌ１は以下に示すベールの法則に従いフォトダイオード２０の中を吸収されながら進入していく。すなわち、

φ(x)=φ_０exp(-αx)

φ(x)：シリコン表面から深さx地点での光の強さ
φ_０ ：シリコン表面における光の強さ
α ：シリコンの光吸収係数
ｘ ：シリコン表面からの距離

さらにシリコン半導体素子に吸収される光の量となるは以下のとおり求められる。

シリコンの光吸収量＝(１-φ_０exp(−αｘ))×((ｈν−１．１２)／ｈν)×光の照度
ｈ：プランク定数
ν：照射する光の振動数

以上のことから第１のフォトダイオード２０が吸収する光の量φ(a)は、以下の式で表される。

φ(a)=(1-φ_０exp(-αa))×((hν-１．１２)/hν)×光の照度

また第２のフォトダイオード３０が吸収する光の量φ(b)は、以下の式で表される。

φ(b)=((1-φ_０exp(-α(a+b)))-(1-φ_０exp(-αa))×((hν-１．１２)/hν)×光の照度

ここで、例としてシリコンの表面から深さ３０ｎｍ進んだ時点で吸収される光の分光特性を図３に示す。図３に示されているように深さ３０ｎｍのシリコンは波長４００ｎｍ近傍から短波長側の光に対しては極めて急峻なカットオフ特性を示す。

さらに高度４２度の太陽光に相当するＡＭ１．５の分光強度分布を図４に示す。日本において標準的な太陽光の一例として用いられるＡＭ１．５の分光強度分布をもつ光を厚さ３０ｎｍのシリコンを透過させた際の分光吸収を図５に示す。発明者らは計算の結果、全吸収量において波長４００ｎｍ以上の光（可視光）が占める率は約２４％であるという知見を得た。

上記の構成とされたことにより、互いに受光部面積が等しい第１のフォトダイオード２０と第２のフォトダイオード３０には異なる分光強度分布の光、すなわち光Ｌ１と光Ｌ２とが照射されるような素子構造を持つ。

本実施形態ではそれぞれのフォトダイオードに異なる分光強度分布の光である光Ｌ１と光Ｌ２とを照射し、それぞれのフォトダイオードにおける光吸収量の差を取ることで結果として４００ｎｍ以上の光による影響を受けにくく、紫外線領域の強度を正確に検出することのできる素子構造としている。

図１において第１のフォトダイオード２０には紫外線、可視光を含む光Ｌ１が照射され第１のフォトダイオード２０により吸収される。一方で第２のフォトダイオード３０の上には第１のフォトダイオード２０の受光部２１と同じ厚さのシリコン半導体層１６が形成されている。

この第２のフォトダイオード３０の上に形成されるシリコン半導体層１６には第１のフォトダイオード２０は形成されておらず、上記のようにこのシリコン半導体層１６により照射された光の４００ｎｍ未満の波長の大部分が吸収される（ＵＶフィルタ効果）。よって第２のフォトダイオード３０には４００ｎｍ未満の波長が相当量、吸収された後の光Ｌ２が照射される。その結果、第２のフォトダイオード３０に吸収される光Ｌ２は第１のフォトダイオード２０に吸収される光Ｌ１と比較して４００ｎｍ以上の可視光が占める割合が大きくなる。

また下記のように第２のフォトダイオード３０が形成されるＮ−層３２の深さを調整することにより可視光、赤外光領域の光（波長４００ｎｍ以上の光）が第２のフォトダイオード３０に吸収され過ぎないように調整することができる。

図６にはシリコン半導体層１６の膜厚が３０ｎｍで、第１のフォトダイオード２０と第２のフォトダイオード３０の受光部面積が等しい時にＮ−層３２の深さを変えた時の両者の光の吸収量の差分の計算結果を示す。

第２のフォトダイオード３０の形成されるＮ−層３２の深さを深くするにつれ、波長４００ｎｍ以上の可視光領域で、図６中の矢印のように光の吸収量が減少することを発明者らは模擬実験（シミュレーション）により確認している。

例としてＮ−層３２の深さが３０ｎｍの時は全体の光の吸収量に占める４００ｎｍ以上の光の吸収量は約３.３%まで減少した。一方でＮ−層の深さを深くし過ぎると第２のフォトダイオード３０における可視光、赤外光（波長４００ｎｍ以上の光）の吸収量が増加して第１のフォトダイオード２０での可視光、赤外光の吸収量を上回り、両者の差をとると結果としてマイナスの（第１のフォトダイオード２０＜第２のフォトダイオード３０）吸収量となり、正しく紫外線領域の強度を検出できなくなる虞がある。

本実施形態に用いたシリコン等の素材は膜厚が厚くなるほど、より多くの長波長の光を吸収することがわかっている。そのためＮ−層３２の深さはシリコン半導体層１６の膜厚が厚くなるにつれ厚くする必要が生じる。

前述のようにシリコン半導体層１６と絶縁層１４（埋込み酸化膜）との界面での反射の影響によるサブピークの発生を避けるため、本実施形態においてはシリコン半導体層１６の厚さを３〜３６ｎｍに限定している。

すなわちシリコン半導体層１６の厚さは最大で３６ｎｍとなる。厚さ３６ｎｍのシリコン半導体層１６を用いた際、第１のフォトダイオード２０と第２のフォトダイオード３０の面積が等しい時、両者の光吸収量の差が始めてマイナスとなる波長は計算の結果、λ=５７２ｎｍの時であることが模擬実験（シミュレーション）でわかっている。

図１０にはλ=５７２ｎｍの光を用いてＮ−層３２の深さを変化させた時の、第１のフォトダイオード２０と第２のフォトダイオード３０の光吸収量の差の計算結果が示されている。

図１０に示すように、Ｎ−層３２の深さが３７ｎｍ以上となると第２のフォトダイオード３０の光吸収量が第１のフォトダイオード２０のそれを超えてしまい、正しい検出を行うことができない。よってＮ−層３２の深さは最大でも３７ｎｍ未満とする必要がある。

またシリコン半導体層１６の膜厚が３６ｎｍのとき、第１のフォトダイオード２０単体では光吸収量全体に占める４００ｎｍ以上の光の吸収量は約２６.４%であるが、仮にＮ−層３２を１ｎｍ形成すると４００ｎｍ以上の光の吸収量は約２６%へと０.４%減少する。（Ｎ−層３２の深さが３６ｎｍの時は約４.４%へ減少する。）以上のことからシリコン半導体層１６の膜厚が３６ｎｍの時のＮ−層３２の深さは３７ｎｍ未満とすればよいことがわかる。

一方、シリコン半導体層１６の膜厚が最も薄い３ｎｍにおいては第１のフォトダイオード２０単体では光吸収量全体に占める４００ｎｍ以上の光の吸収量は約１１.１%であり、Ｎ−層３２が仮に１ｎｍ形成されると４００ｎｍ以上の光の吸収量の割合は約１０.３%へと減少する。よって、シリコン半導体層１６の膜厚が３ｎｍの時にも本構成で同様の効果が得られることを発明者らは確認した。よってシリコン半導体層１６の膜厚が３ｎｍ以上３６ｎｍ以下の範囲で問題なく上記の条件を適用可能である。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る光半導体の一例を図７、図８に示す。なお、示されている寸法等の数値、あるいは素材などは例であり、実施に際してはこれらに何ら限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る点は第１実施形態と同様である。

図７に示すように、本発明の第２実施形態に係る光半導体であるデバイス１１０は、シリコン（Ｓｉ）からなる支持基板１２上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などからなる絶縁層１４を挟んで薄い単結晶シリコンなどからなるシリコン半導体層１６を形成した、いわゆるＳＯＩ構造の半導体ウェハ上に形成されている点は第１実施形態と同様である。

デバイス１１０には絶縁層１４上に第１のフォトダイオード（第１のフォトダイオード１２０）１２０が設けられている。第１のフォトダイオード１２０は受光部１２１にて光Ｌ１を受光する。光Ｌ１は波長４００ｎｍ未満の紫外線、波長４００〜７００ｎｍの可視光線、および波長７００ｎｍ以上の赤外線など、光Ｌ１に含まれる種々の波長の光を受光する。第１のフォトダイオード１２０は所謂ＰＮ型のダイオードであっても、他の形式であってもよい。

また絶縁層１４を挟んで支持基板１２上に設けられたシリコン半導体層１６の厚さａは第１実施形態と同様、第１のフォトダイオード１２０の受光部２１の厚さａ’と等しく、光Ｌ１の紫外線（波長４００ｎｍ未満）に対するフィルタとして作用する。

一方、第１のフォトダイオード１２０が設けられていない部分において絶縁層１４の下に第２のフォトダイオード（ＰＤ２）１３０が設けられている。すなわち絶縁層１４の直下にＮ型不純物を低濃度に拡散させたＮ−層（低濃度拡散層）１３２が設けられ、Ｎ−層１３２中にイオン等を注入して形成された第２のＰ＋領域（Ｐ型不純物高濃度拡散領域）１３４および第２のＮ＋領域（Ｎ型不純物高濃度拡散領域）１３６が形成され、第２のフォトダイオード（第２のフォトダイオード３０）１３０とされている。

第２のフォトダイオード１３０はシリコン半導体層１６を透過することで光Ｌ１より紫外線（波長４００ｎｍ未満）の成分を吸収された光Ｌ２を受光する点は第１実施形態と同様である。また、第２のフォトダイオード１３０は第１のフォトダイオード１２０と比較して受光面積が小さく、両者の受光面積の比率はＳで表される。

デバイス１１０を含む回路は図８に示すような構成とされている。

図８に示すように、第１のフォトダイオード１２０が光Ｌ１を受光することで発生する光電流１と、第２のフォトダイオード１３０が波長４００ｎｍ未満の紫外線の大部分が吸収された光Ｌ２を受光することで発生する光電流２との差分をアンプ５０で増幅し、出力５２とすることで、デバイス１１０が受光した光Ｌ１に含まれる波長４００ｎｍ未満の紫外線量を検出する構成である点は第１実施形態と同様であるが、第２のフォトダイオード１３０は第１のフォトダイオード１２０と比較して受光面積が小さいため、両者の面積比Ｓが光電流１と光電流２の差に影響する構成とされている。

＜第２実施形態の効果＞
第１実施形態と同様、フォトダイオード１２０に光Ｌ１を照射した際、光Ｌ１はベールの法則に従いフォトダイオード１２０の中を吸収されながら進入していく。すなわち、シリコン半導体素子に吸収される光の量となるは以下のとおり求められる。

シリコンの光吸収量＝(１-φ_０exp(−αｘ))×((ｈν−１．１２)／ｈν)×光の照度
ｈ：プランク定数
ν：照射する光の振動数

以上のことから第１のフォトダイオード１２０が吸収する光の量φ(a)は、以下の式で表される。

φ(a)=(1-φ_０exp(-αa))×((hν-1.12)/hν)×光の照度

また第２のフォトダイオード１３０が吸収する光の量φ(b)は、以下の式で表される。

φ(b)=((1-φ_０exp(-α(a+b)))-(1-φ_０exp(-αa))×((hν-1.12)/hν)×光の照度×ｓ

ここでＳは前述のように第２のフォトダイオード１３０と第１のフォトダイオード１２０との受光面積の比を示す。

シリコン半導体層１６の膜厚を３６ｎｍとしたとき、第２のフォトダイオード１３０の受光部面積が第１のフォトダイオード１２０の受光部面積の５％であり、Ｎ−層１３２の深さを変えた時の、第１のフォトダイオード１２０と第２のフォトダイオード１３０の光の吸収量の差分（光電流１−光電流２）の計算結果を図９に示す。

図９に示されるように、第２のフォトダイオード１３０のＮ−層１３２の深さを深くするにつれ、図中の矢印の方向に波長４００ｎｍ以上（可視光、赤外光）で光の吸収量が減少することを発明者らは確認した。

Ｎ−層１３２の深さが７２０ｎｍの時は全体の光の吸収量に占める４００ｎｍ以上の光の吸収量は約１６.６%まで減少した。（第１のフォトダイオード１２０単体の時の４００ｎｍ以上の光の吸収量は約２６.４%である。）

本実施形態は第１のフォトダイオード１２０と第２のフォトダイオード１３０の受光部面積が等しい第１実施形態と比較して、４００ｎｍ以上の光の吸収量の減少量は少なくなっているため検出時に得られる光電流の差は小さいが、第２のフォトダイオード１３０の受光部面積を小さくすることでチップサイズを小さく出来るという利点がある。

一方でＮ−層１３２の深さを深くし過ぎると第２のフォトダイオード１３０における可視光、赤外光の吸収量が増加して、第１のフォトダイオード１２０の可視光、赤外光の吸収量を上回り、両者の差をとると結果としてマイナスの吸収量となり正しく光量を検出できなくなる虞がある。

すなわち第２のフォトダイオード１３０の面積はＮ−層１３２の深さに応じて縮小できるが、素材であるシリコンウエハ（一般的には８インチサイズ）の厚さに収める必要がある。第２のフォトダイオード１３０の面積を減少させた時に両者の差をとり、結果としてマイナスの吸収量にならないようなＮ−層１３２の最大深さを図１３に示す。

本発明等の用途に一般に用いられている８インチウエハの厚さは７２５μｍである。よって、図１１に示すようにＮ−層１３２の最大深さがウエハ厚（７２５μｍ）未満の範囲に収まるのは、第２のフォトダイオード１３０の受光面積が第１のフォトダイオード１２０の受光面積に対して０.００６％以上の時となることがわかる。

以上の点から第２のフォトダイオード１３０の受光面積は第１のフォトダイオード１２０の受光面積の０.００６％以上１００％未満となり、この時のＮ−層１３２の最大深さは一般的な８インチウエハ厚と等しい７２５μｍ未満となる。

Ｎ−層１３２の深さと、第１のフォトダイオード１２０の受光面積と第２のフォトダイオード１３０の受光面積の比が上記の範囲に収まっていれば本実施形態のデバイス１１０は正しく紫外線領域の光量を検出することができる。

＜製造工程例＞
図１２〜図１４には本発明に係る光半導体の一例であるデバイスの形成過程の一例が示されている。なお、示されている材料および数値は例であり、実施に際してはこれらに何ら限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

まず図１２（Ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）からなる支持基板１２上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などからなる絶縁層１４を挟んで薄い単結晶シリコンなどからなるシリコン半導体層１６を形成した、いわゆるＳＯＩ構造の半導体ウェハを用意する。

支持基板１２中に、数十ｋｅｖ〜数Ｍｅｖ程度の電圧でＮ型不純物（燐イオンなど）を低濃度で注入する。このときイオン注入により絶縁層１４の下にＮ−層（低濃度拡散層）３２が形成されるように電圧を調整する。またこのとき必要に応じてアニールのため加熱処理を行ってもよい。

次いで図１２（Ｂ）に示すようにＮ−層３２中に硼素イオンなどのＰ型不純物、燐イオンなどのＮ型不純物を数十ｋｅｖ〜数Ｍｅｖ程度の電圧で高濃度で注入する。これによりＮ−層３２中にＰ＋領域（Ｐ型不純物高濃度拡散領域）３４、Ｎ＋領域（Ｎ型不純物高濃度拡散領域）３６が形成され、第２のフォトダイオード３０となる。このとき必要に応じてアニールのため加熱処理を行ってもよい。

さらに図１２（Ｃ）に示すように、表層のシリコン半導体層１６中に硼素イオンなどのＰ型不純物を高濃度で数十ｋｅｖ程度の電圧で注入し、隣接する箇所に同じく低濃度でＰ型不純物を数十ｋｅｖ程度の電圧で注入する。さらに隣接する箇所に燐イオンなどのＮ型不純物を数十ｋｅｖ程度の電圧で注入する。

これによりシリコン半導体層１６中にＰ＋領域（Ｐ型不純物高濃度拡散領域）２２、Ｐ−領域（Ｐ型不純物低濃度拡散領域）２４、Ｎ＋領域（Ｎ型不純物高濃度拡散領域）２６が形成され、第１のフォトダイオード２０となる。

次いで図１３（Ａ）に示すように第１のフォトダイオード２０をエッチング等により所望の厚さまで薄膜化する。

同時に、第２のフォトダイオード３０上のシリコン半導体層１６を研磨しする。これにより第２のフォトダイオード３０上のシリコン半導体層１６の厚さを第１のフォトダイオード２０と同等の厚さまで薄膜化する。

さらに図１３（Ｂ）に示すようにシリコン半導体層１６、第１のフォトダイオード２０上をカバーするように層間絶縁膜６０を形成する。

次いで図１３（Ｃ）に示すようにＰ＋領域２２、Ｐ−領域２４上に、これと連通するように層間絶縁膜６０をエッチング等で貫通してコンタクトホール６２を形成する。同様に

Ｐ＋領域３４、Ｎ＋領域３６上にこれと連通するように層間絶縁膜６０、シリコン半導体層１６、絶縁層１４をエッチング等で貫通してコンタクトホール６２を形成する。

最後に図１４に示すように、ＣＶＤ法やスパッタ法等を用いてコンタクトホール６２内に導電材料を埋め込んでコンタクトプラグ６４を形成し、上端を平面処理化して層間絶縁膜６０の上面に露出させる。

これらの工程により、図１に示すようにシリコン半導体層１６に設けられた第１のフォトダイオード２０と、絶縁層１４の下に設けられた第２のフォトダイオード３０とを備えた光半導体の構造とすることができる。

＜まとめ＞
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら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種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

すなわち、上記の実施形態においては二つのフォトダイオードを用いて紫外線量を検出する光半導体の構成とされているが、これに限定されず例えば他の波長領域の光検出に用いられる構成とされていてもよいし、あるいは三つ以上の感光部を備えた構成とされていてもよい。

本発明の第１形態に係る光半導体の構造を示す概念図である。 本発明の第１形態に係る光半導体の作用を示す概念図である。 厚さ３０ｎｍのシリコンの分光吸収を示す図である。 ＡＭ１．５の分光分布を示す図である。 図４に示す光の、図３に示すシリコンによる分光吸収を示す図である。 本発明の第１形態に係る光半導体のＮ−層深さによる二つのフォトダイオードの光吸収量の変化を示す図である。 本発明の第２形態に係る光半導体の構造を示す概念図である。 本発明の第２形態に係る光半導体の作用を示す概念図である。 本発明の第２形態に係る光半導体のＮ−層深さによる二つのフォトダイオードの光吸収量の変化を示す図である。 波長５７２ｎｍにおけるＮ−層深さと二つのフォトダイオードの光吸収量の差の変化を示す図である。 本発明の第２形態に係る光半導体の二つのフォトダイオードの受光面積比とＮ−層最大深さの関係を示す図である。 本発明の第１形態に係る光半導体の製造工程を示す断面図である。 本発明の第１形態に係る光半導体の製造工程を示す断面図である。 本発明の第１形態に係る光半導体の製造工程を示す断面図である。

１０ デバイス（光半導体）
１２ 支持基板
１４ 絶縁層
１６ シリコン半導体層
２０ フォトダイオード（第１のフォトダイオード）
２１ 受光部
３０ フォトダイオード（第２のフォトダイオード）
６０ 層間絶縁膜
６２ コンタクトホール
６４ コンタクトプラグ
１１０ デバイス（光半導体）
１２０ フォトダイオード（第１のフォトダイオード）
１２１ 受光部
１３０ フォトダイオード（第２のフォトダイオード）
Ｌ１ 光
Ｌ２ 光

Claims (5)

1. 支持基板と、
   前記支持基板上に形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上に形成された厚さ３ｎｍ以上３６ｎｍ以下のシリコン半導体層と、
   前記シリコン半導体層内に形成された第１の感光素子と、
   前記第１の感光素子が形成されていない前記絶縁層直下の前記シリコン基板中にＮ型不純物を低濃度に拡散させた低濃度拡散層と、
   前記低濃度拡散層内に設けられ、前記シリコン半導体層および前記絶縁層を透過した光を受光する第２の感光素子と、
   を備えた光半導体。
2. 前記低濃度拡散層の深さは３７ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体。
3. 前記第２の感光素子の受光部面積は前記第１の感光素子の受光部面積の０．００６％以上１００％未満であり、
   前記低濃度拡散層の深さは７２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体。
4. 支持基板と、
   前記支持基板上に形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上に形成されたシリコン半導体層と、からなる基板上に、
   前記絶縁層直下の前記支持基板にイオンを注入し、低濃度拡散層を形成する低濃度拡散層生成工程と、
   前記低濃度拡散層にイオンを注入し、第２のＰ型高濃度拡散領域および第２のＮ型高濃度拡散領域を形成し第２の半導体とする第２の感光素子形成工程と、
   平面視で前記第２の感光素子と重ならない前記シリコン半導体層にイオンを注入し、第１のＰ型高濃度拡散領域、第１のＰ型低濃度拡散領域および第１のＮ型高濃度拡散領域を形成し第１の感光素子とする第１の感光素子形成工程と、
   前記第１の感光素子を研磨する薄膜化工程と、
   前記シリコン半導体層および前記第１の感光素子上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
   前記層間絶縁膜に表面から前記第１のＰ型高濃度拡散領域、前記第１のＮ型高濃度拡散領域、前記第２のＰ型高濃度拡散領域、および前記第２のＮ型高濃度拡散領域まで連通するコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、
   前記コンタクトホールに導電材料を充填し、前記層間絶縁膜の表面に露出した電極を形成する電極形成工程と、を含むことを特徴とする光半導体の製造方法。
5. 前記低濃度拡散層生成工程と前記第２の感光素子形成工程の少なくとも一方の終了後に熱処理工程を行うことを特徴とする請求項４に記載の光半導体の製造方法。

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