JP3069631B2 - 光電変換半導体装置の製造方法 - Google Patents
光電変換半導体装置の製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光電変換半導体装置とそ
の製造方法に関するもので、光電変換半導体装置とは波
長１００ｎｍから１２００ｎｍまでの光はもとよりＸ線
や放射線および荷電粒子の測定に用いられるものを指
す。
の製造方法に関するもので、光電変換半導体装置とは波
長１００ｎｍから１２００ｎｍまでの光はもとよりＸ線
や放射線および荷電粒子の測定に用いられるものを指
す。
【０００２】一般にはフォトダイオード、ＰＩＮダイオ
ード、アバランシェ・フォト・ダイオード、フォトダイ
オードアレイ、フォトセンサ、マイクロストリップセン
サ、両面マイクロストリップセンサ、放射線センサ、半
導体フォトセンサ、半導体イメージセンサ装置、半導体
撮像装置等と称される半導体装置全般を指す。
ード、アバランシェ・フォト・ダイオード、フォトダイ
オードアレイ、フォトセンサ、マイクロストリップセン
サ、両面マイクロストリップセンサ、放射線センサ、半
導体フォトセンサ、半導体イメージセンサ装置、半導体
撮像装置等と称される半導体装置全般を指す。
【０００３】本発明はこれら半導体装置の性能向上実現
のための構成とそれを達成するための製造方法に関する
ものである。
のための構成とそれを達成するための製造方法に関する
ものである。
【０００４】
【従来の技術】従来、このような分野の半導体装置とし
ては、まず始めに図７に模式的断面図として図示するご
とく、Ｎ-型半導体基板１にＰ+型不純物領域２を持つも
のがられている。
ては、まず始めに図７に模式的断面図として図示するご
とく、Ｎ-型半導体基板１にＰ+型不純物領域２を持つも
のがられている。
【０００５】今、図示するごとくＰ+型不純物領域２の
存在する面を表面と称するなら裏面には基板より高い濃
度のＮ型である裏面のＮ+型不純物領域３がありＰ+−Ｎ
-よりなるＰＮ接合を形成しＰＩＮダイオードと称され
る半導体装置である。Ｎ-型半導体基板１の不純物濃度
が１×１０12ａｔｍｓ／ｃｍ3から１×１０ａｔｍｓ／
ｃｍ3（以降濃度と言う場合ａｔｍｓ／ｃｍ3は略する、
また１×１12を１Ｅ１２の様に表示する）程度のものを
さしてイントリンシック（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ、真性半
導体）のｉをとってＰＩＮと称されるものである。
存在する面を表面と称するなら裏面には基板より高い濃
度のＮ型である裏面のＮ+型不純物領域３がありＰ+−Ｎ
-よりなるＰＮ接合を形成しＰＩＮダイオードと称され
る半導体装置である。Ｎ-型半導体基板１の不純物濃度
が１×１０12ａｔｍｓ／ｃｍ3から１×１０ａｔｍｓ／
ｃｍ3（以降濃度と言う場合ａｔｍｓ／ｃｍ3は略する、
また１×１12を１Ｅ１２の様に表示する）程度のものを
さしてイントリンシック（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ、真性半
導体）のｉをとってＰＩＮと称されるものである。
【０００６】ここでＮ-、Ｎ+、Ｐ+などはそれぞれの導
電型不純物においてＮあるいはＰり−は不純物濃度が低
いことを、＋は高いことを意味している。ｉ層は濃度が
低くまた厚さとしては数１０から数１００μｍであり、
ＰＮ接合に逆バイアスを加えた時の空乏層の伸びが大き
く、検出する光や放射線のエネルギーの範囲が大きく取
れることや、比較的大きなバイアスを加えることがで
き、その時の接合容量が少ないという点から高速応答に
適しており広く使われている。
電型不純物においてＮあるいはＰり−は不純物濃度が低
いことを、＋は高いことを意味している。ｉ層は濃度が
低くまた厚さとしては数１０から数１００μｍであり、
ＰＮ接合に逆バイアスを加えた時の空乏層の伸びが大き
く、検出する光や放射線のエネルギーの範囲が大きく取
れることや、比較的大きなバイアスを加えることがで
き、その時の接合容量が少ないという点から高速応答に
適しており広く使われている。
【０００７】入射してくる光や放射線により空乏層で生
成した電子正孔対による電流が主に信号として寄与す
る。例えば、Ｐ+型不純物領域側から入射させた場合、
波長５００ｎｍ以下とエネルギーの高いとき、Ｐ+型不
純物領域は大部分、入射線を吸収するが信号電流の生成
には寄与せず入射光の空乏層への透過を妨げ、この厚み
は大きな問題となってくる。すなわちＰ+型不純物領域
はできるだけ浅いことが必要となる。
成した電子正孔対による電流が主に信号として寄与す
る。例えば、Ｐ+型不純物領域側から入射させた場合、
波長５００ｎｍ以下とエネルギーの高いとき、Ｐ+型不
純物領域は大部分、入射線を吸収するが信号電流の生成
には寄与せず入射光の空乏層への透過を妨げ、この厚み
は大きな問題となってくる。すなわちＰ+型不純物領域
はできるだけ浅いことが必要となる。
【０００８】空乏層はできるだけ伸びていることが容量
を小さくするので好ましく、Ｘ線やその他高エネルギー
物理・宇宙物理分野での検出器としては空乏層の厚みが
厚い（深い）もの、特に２００μｍ以上の厚みでかつ空
乏層が飽和したものが望ましい、すなわち空乏層が深く
かつ、また低電圧で空乏層が飽和することがこれましい
が、この場合には特に基板の比抵抗を１ｋΩ・ｃｍ以上
の高抵抗にする必要がある。
を小さくするので好ましく、Ｘ線やその他高エネルギー
物理・宇宙物理分野での検出器としては空乏層の厚みが
厚い（深い）もの、特に２００μｍ以上の厚みでかつ空
乏層が飽和したものが望ましい、すなわち空乏層が深く
かつ、また低電圧で空乏層が飽和することがこれましい
が、この場合には特に基板の比抵抗を１ｋΩ・ｃｍ以上
の高抵抗にする必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の光電変換半導体
装置は前述してきたような不純物の少ない高抵抗シリコ
ン基板を使用しているためプロセス条件により基板抵抗
が変化し空乏層を深く伸ばすことは困難であり、特に厚
みの厚いものほど基板抵抗が低下しやすかった。
装置は前述してきたような不純物の少ない高抵抗シリコ
ン基板を使用しているためプロセス条件により基板抵抗
が変化し空乏層を深く伸ばすことは困難であり、特に厚
みの厚いものほど基板抵抗が低下しやすかった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明では以下の手段を取った。第１の手段として、イ
オン注入によるＰ型不純物領域形成工程においてＢＦ2
のドーズ量を１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下とす
る。
本発明では以下の手段を取った。第１の手段として、イ
オン注入によるＰ型不純物領域形成工程においてＢＦ2
のドーズ量を１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下とす
る。
【００１１】第２の手段として、イオン注入によるＰ型
不純物領域形成工程においてＢＦ2の注入エネルギーを
８０ｋｅＶ以下にする。第３の手段として、イオン注入
によるＰ型不純物領域形成工程においてＢＦ2の注入後
のアニール温度を９００℃以上とする。
不純物領域形成工程においてＢＦ2の注入エネルギーを
８０ｋｅＶ以下にする。第３の手段として、イオン注入
によるＰ型不純物領域形成工程においてＢＦ2の注入後
のアニール温度を９００℃以上とする。
【００１２】第４の手段として、酸化雰囲気で行うプロ
セスを９５０℃以下で行う。第５の手段として、イオン
注入によるＰ型不純物領域形成工程の前に非酸化性雰囲
気で９５０℃以上での熱処理を行う。第６の手段とし
て、Ｐ型不純物領域形成の工程において、熱拡散法によ
るＰ型不純物領域の形成工程のあとＰ型不純物領域へＢ
Ｆ2を１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下イオン注入す
る。
セスを９５０℃以下で行う。第５の手段として、イオン
注入によるＰ型不純物領域形成工程の前に非酸化性雰囲
気で９５０℃以上での熱処理を行う。第６の手段とし
て、Ｐ型不純物領域形成の工程において、熱拡散法によ
るＰ型不純物領域の形成工程のあとＰ型不純物領域へＢ
Ｆ2を１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下イオン注入す
る。
【００１３】第７の手段として、前記熱拡散法によるＰ
型不純物領域の形成工程として半導体基板表面の自然酸
化膜を除去し化学的に活性な表面を露出させ、この活性
な表面にガス状のボロン元素を含む化合物を供給し、ボ
ロン元素あるいはボロン化合物層を形成し、このボロン
元素あるいはボロン化合物層を不純物拡散源とした固相
拡散及び不純物の活性化を行う。
型不純物領域の形成工程として半導体基板表面の自然酸
化膜を除去し化学的に活性な表面を露出させ、この活性
な表面にガス状のボロン元素を含む化合物を供給し、ボ
ロン元素あるいはボロン化合物層を形成し、このボロン
元素あるいはボロン化合物層を不純物拡散源とした固相
拡散及び不純物の活性化を行う。
【００１４】第８の手段として、基板の厚みを２００μ
ｍ以上とする。第９の手段として、ＢＦ2イオン注入に
よるＰ型不純物領域形成工程において同一基板内でイオ
ン注入条件を変えることにより不純物領域により周辺基
板領域の比抵抗を異ならせる。
ｍ以上とする。第９の手段として、ＢＦ2イオン注入に
よるＰ型不純物領域形成工程において同一基板内でイオ
ン注入条件を変えることにより不純物領域により周辺基
板領域の比抵抗を異ならせる。
【００１５】
【作用】前記第１から第８の手段を取ることでプロセス
の影響による基板抵抗が大きくかつ基板厚みの厚い半導
体基板の基板比抵抗の低下が防げ、あるいは希望する比
抵抗とすることができる。
の影響による基板抵抗が大きくかつ基板厚みの厚い半導
体基板の基板比抵抗の低下が防げ、あるいは希望する比
抵抗とすることができる。
【００１６】第９の手段を取ることで同一基板内で空乏
層の伸びの異なるＰＮ接合あるいは素子を形成すること
ができる。
層の伸びの異なるＰＮ接合あるいは素子を形成すること
ができる。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１の（ａ）〜（ｃ）は本発明にかかる半
導体装置の不純物領域の形成工程を示す模式的断面図で
ある。
に説明する。図１の（ａ）〜（ｃ）は本発明にかかる半
導体装置の不純物領域の形成工程を示す模式的断面図で
ある。
【００１８】まず図１の（ａ）に示すように高抵抗のシ
リコンのＮ-型半導体基板１の表面に水蒸気中での１０
００℃での熱酸化により第１酸化膜８を形成し、次に図
１の（ｂ）に示すように所定の部分の酸化膜を除去し、
Ｎ+型不純物領域４と裏面のＮ+型不純物領域３を形成す
る。
リコンのＮ-型半導体基板１の表面に水蒸気中での１０
００℃での熱酸化により第１酸化膜８を形成し、次に図
１の（ｂ）に示すように所定の部分の酸化膜を除去し、
Ｎ+型不純物領域４と裏面のＮ+型不純物領域３を形成す
る。
【００１９】Ｎ+型不純物領域の形成はＰの熱拡散法で
あり、ＰＯＣｌ3によるプレデポジョン、引き続き酸化
雰囲気でのアニール（ドライブイン）にする。次に所定
の部分にイオン注入によりＰ+型不純物領域２を形成す
る。すなわち図１の（ｃ）に示すように酸化膜を除去し
てから、酸素中での９２０℃での酸化により１５０Ａか
ら２５０Ａの薄いＳｉＯ2膜９を形成しＢＦ2をイン注入
し、Ｎ2雰囲気でアニールを行うことによりＰ+型不純物
領域を形成した
あり、ＰＯＣｌ3によるプレデポジョン、引き続き酸化
雰囲気でのアニール（ドライブイン）にする。次に所定
の部分にイオン注入によりＰ+型不純物領域２を形成す
る。すなわち図１の（ｃ）に示すように酸化膜を除去し
てから、酸素中での９２０℃での酸化により１５０Ａか
ら２５０Ａの薄いＳｉＯ2膜９を形成しＢＦ2をイン注入
し、Ｎ2雰囲気でアニールを行うことによりＰ+型不純物
領域を形成した
【００２０】なおイオン注入はＢＦ2を用いる方が浅い
不純物領域の形成と残留ダメージの減少、リーク電流の
安定的低減に特に効果がある。このようにして図７に示
すようなＰＩＮダイオードを製作する。Ｐ+型不純物領
域直上にはＳｉＯ2膜５を形成する。このＳｉＯ2膜はで
きるけ反射の少ない厚みにする。つまり反射防止膜をか
ね、ＳｉＨ4とＮ2Ｏを使用た化学的気相成長法により形
成する。
不純物領域の形成と残留ダメージの減少、リーク電流の
安定的低減に特に効果がある。このようにして図７に示
すようなＰＩＮダイオードを製作する。Ｐ+型不純物領
域直上にはＳｉＯ2膜５を形成する。このＳｉＯ2膜はで
きるけ反射の少ない厚みにする。つまり反射防止膜をか
ね、ＳｉＨ4とＮ2Ｏを使用た化学的気相成長法により形
成する。
【００２１】アノード電極６、カソード電極７はＡｌ−
１％Ｓｉのスパッタリングを行いパターニングを行って
から合金化を行うことによりを形成した。図２はドーズ
量が５×１０15atoms／ｃｍ2でのＢＦ2イオン注入の条
件を変たときの基板抵抗−アニール温度特性図であり、
曲線２１は注入エネルギーが１００ｋＥＶ、曲線２２は
８０ｋｅＶ、曲線２３は３０ｋＥＶのときのアニール温
度特性曲線であ。
１％Ｓｉのスパッタリングを行いパターニングを行って
から合金化を行うことによりを形成した。図２はドーズ
量が５×１０15atoms／ｃｍ2でのＢＦ2イオン注入の条
件を変たときの基板抵抗−アニール温度特性図であり、
曲線２１は注入エネルギーが１００ｋＥＶ、曲線２２は
８０ｋｅＶ、曲線２３は３０ｋＥＶのときのアニール温
度特性曲線であ。
【００２２】図３は注入エネルギーが８０ｋＥＶでのＢ
Ｆ2イオン注入の条件を変えたときの基板抵抗−アニー
ル温度特性図であり、曲線３１はドーズ量が５×１０15
atoms／ｃｍ2、曲線３２はドーズ量が１×１０15atoms
／ｃｍ2、曲線３３はドーが５×１０14atoms／ｃｍ2、
曲線３４はドーズ量が１×１０14atoms／ｃｍ2きのアニ
ール温度特性曲線である。
Ｆ2イオン注入の条件を変えたときの基板抵抗−アニー
ル温度特性図であり、曲線３１はドーズ量が５×１０15
atoms／ｃｍ2、曲線３２はドーズ量が１×１０15atoms
／ｃｍ2、曲線３３はドーが５×１０14atoms／ｃｍ2、
曲線３４はドーズ量が１×１０14atoms／ｃｍ2きのアニ
ール温度特性曲線である。
【００２３】ドーズ量が少ないほど、アニール温度が高
いほど、注入エネルギーが小さいほど基板抵抗は大きく
なりドーズ量が１×１０15atoms／ｃｍ2以下、アニール
温９００℃以上、注入エネルギーが８０ｋＥＶ以下で顕
著になってくる。以上では、Ｎ+型不純物領域の形成の
際のアニール温度は９５０℃であり、プロセス前の基板
抵抗は１０〜２０ｋΩで厚みは５００μｍである。
いほど、注入エネルギーが小さいほど基板抵抗は大きく
なりドーズ量が１×１０15atoms／ｃｍ2以下、アニール
温９００℃以上、注入エネルギーが８０ｋＥＶ以下で顕
著になってくる。以上では、Ｎ+型不純物領域の形成の
際のアニール温度は９５０℃であり、プロセス前の基板
抵抗は１０〜２０ｋΩで厚みは５００μｍである。
【００２４】図４はＢＦ2のイオン注入を８０ｋｅＶ、
ドーズ量が５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、アニールを
９５０℃で行ったときのＮ+型不純物領域の形成の際の
アニル温度を変えたときの基板抵抗−アニール温度特性
図である。この場合はアニール温度が低いほうが基板抵
抗は大きくなり、９５０℃以下で顕著になってくる。
ドーズ量が５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、アニールを
９５０℃で行ったときのＮ+型不純物領域の形成の際の
アニル温度を変えたときの基板抵抗−アニール温度特性
図である。この場合はアニール温度が低いほうが基板抵
抗は大きくなり、９５０℃以下で顕著になってくる。
【００２５】また第１酸化膜の形成を水蒸気中での９５
０℃での熱酸化とＣＶＤで行うと、水蒸気中での１００
０℃での熱酸化と同じ厚みの酸化膜を形成しても９５０
℃での熱酸化とＣＶＤの場合の方が１０００℃での熱酸
化より基板抵抗は大きくなる。
０℃での熱酸化とＣＶＤで行うと、水蒸気中での１００
０℃での熱酸化と同じ厚みの酸化膜を形成しても９５０
℃での熱酸化とＣＶＤの場合の方が１０００℃での熱酸
化より基板抵抗は大きくなる。
【００２６】このように酸化雰囲気での高温熱処理は基
板抵抗を下げる傾向があり、非酸化雰囲気での高温熱処
理は基板抵抗を上げる傾向がある。そこでイオン注入の
前に窒素雰囲気中で熱処理を行った。図５はこのときの
基板抵抗−熱処理温度特性図である。
板抵抗を下げる傾向があり、非酸化雰囲気での高温熱処
理は基板抵抗を上げる傾向がある。そこでイオン注入の
前に窒素雰囲気中で熱処理を行った。図５はこのときの
基板抵抗−熱処理温度特性図である。
【００２７】窒素雰囲気中で熱処理温度が高いほど基板
抵抗は大きくなり、９５０℃以上で顕著になる。この熱
処理はＮ+型不純物領域の形成の前に行っても同様の効
果が得られた。図９は厚み３５０μｍで、ＢＦ2のイオ
ン注入を１００ｋｅＶ、ドーズ量が５×１０15ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ2、アニールを９５０℃で行ったときのプロセ
ス前後の基板抵抗の変化を示す図であるがプロセス前の
基板抵抗が１ｋΩ以上でプロセス後の基板抵抗が大きく
低下することがわかる。本発明はこのような基板抵抗が
１ｋΩ以上の場合特に有効である。
抵抗は大きくなり、９５０℃以上で顕著になる。この熱
処理はＮ+型不純物領域の形成の前に行っても同様の効
果が得られた。図９は厚み３５０μｍで、ＢＦ2のイオ
ン注入を１００ｋｅＶ、ドーズ量が５×１０15ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ2、アニールを９５０℃で行ったときのプロセ
ス前後の基板抵抗の変化を示す図であるがプロセス前の
基板抵抗が１ｋΩ以上でプロセス後の基板抵抗が大きく
低下することがわかる。本発明はこのような基板抵抗が
１ｋΩ以上の場合特に有効である。
【００２８】図８はＢＦ2のイオン注入を１００ｋｅ
Ｖ、ドーズ量が５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、アニー
ルを９５０℃で行ったときの基板厚みとプロセス前後の
基板抵抗の変化の関係を示す図であるが厚み２００以下
ではプロセス後の基板抵抗が大きく低下することがわか
る。本発明はこのような場合にも有効であり、基板の厚
みが３５０μｍ、５００μｍと厚くなるにしたがって、
おなじ抵抗値を得るためにはアニール温度をあげるか注
入エネルギーあるいはドーズ量を下げる必要があるが、
特にドーズ量とアニール温度が効果がある。
Ｖ、ドーズ量が５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、アニー
ルを９５０℃で行ったときの基板厚みとプロセス前後の
基板抵抗の変化の関係を示す図であるが厚み２００以下
ではプロセス後の基板抵抗が大きく低下することがわか
る。本発明はこのような場合にも有効であり、基板の厚
みが３５０μｍ、５００μｍと厚くなるにしたがって、
おなじ抵抗値を得るためにはアニール温度をあげるか注
入エネルギーあるいはドーズ量を下げる必要があるが、
特にドーズ量とアニール温度が効果がある。
【００２９】Ｐ+型不純物領域の形成方法としては熱拡
散法も利用できる。特に浅いダメージの少ないＰ+型不
純物領域が得る方法としてつぎのような方法がある。す
なわち半導体基板表面の自然酸化膜を除去し化学的に活
性な表面を露出させる工程と、この活性な表面にガス状
のボロン元素を含む化合物を供給し、ボロン元素あるい
はボロン化合物層を形成する工程と、この層を不純物拡
散源とした固相拡散及び不純物の活性化を行う工程とか
ら成る製造方法をとる。
散法も利用できる。特に浅いダメージの少ないＰ+型不
純物領域が得る方法としてつぎのような方法がある。す
なわち半導体基板表面の自然酸化膜を除去し化学的に活
性な表面を露出させる工程と、この活性な表面にガス状
のボロン元素を含む化合物を供給し、ボロン元素あるい
はボロン化合物層を形成する工程と、この層を不純物拡
散源とした固相拡散及び不純物の活性化を行う工程とか
ら成る製造方法をとる。
【００３０】図６（ａ）から（ｅ）はこのような本発明
にかかるＰ+型不純物領域の形成工程を示す模式的断面
図である。Ｎ-型半導体基板１はバックグラウンド圧力
が１０-4Ｐａ以下の真空チャンバーの中央部にセットさ
れ、基板温度が例えば８５０℃において水素ガスを、例
えばチャンバー内部の圧力が１．３×１０-2Ｐａになる
ような条件で一定時間導入する。これによってＮ-型半
導体基板１上に形成されていた自然酸化膜６１が除去さ
れ化学的に活性なシリコン表面が露出する［図６
（ｂ）］。
にかかるＰ+型不純物領域の形成工程を示す模式的断面
図である。Ｎ-型半導体基板１はバックグラウンド圧力
が１０-4Ｐａ以下の真空チャンバーの中央部にセットさ
れ、基板温度が例えば８５０℃において水素ガスを、例
えばチャンバー内部の圧力が１．３×１０-2Ｐａになる
ような条件で一定時間導入する。これによってＮ-型半
導体基板１上に形成されていた自然酸化膜６１が除去さ
れ化学的に活性なシリコン表面が露出する［図６
（ｂ）］。
【００３１】次に活性表面に対しＢ2Ｈ6ガスなどのボロ
ンの化合物ガスを導入し、ボロンるいはボロンシリサイ
ド膜を形成する。基板温度を例えば８２５℃に設定し、
その設定温度に到達後シリコン基板表面にボロンを含む
化合物であるジボラン（Ｂ2Ｈ6）を、例えばチャンバー
内の圧が１．３×１０-2Ｐａとなるような条件で一定時
間導入することによって、前記ボロンあるいはボロンシ
リサイド膜６２を形成［図６（ｃ）］する。
ンの化合物ガスを導入し、ボロンるいはボロンシリサイ
ド膜を形成する。基板温度を例えば８２５℃に設定し、
その設定温度に到達後シリコン基板表面にボロンを含む
化合物であるジボラン（Ｂ2Ｈ6）を、例えばチャンバー
内の圧が１．３×１０-2Ｐａとなるような条件で一定時
間導入することによって、前記ボロンあるいはボロンシ
リサイド膜６２を形成［図６（ｃ）］する。
【００３２】この工程では、Ｂ2Ｈ6ガスの導入圧力と導
入時間の積が４．３Ｐａ・ｓｅｃ上となるようにガスを
導入すると制御性の高いドーピングができる。Ｂ2Ｈ6ガ
ス導入時の基板温度が３００℃から７００℃の場合に
は、ボロンのが、７００℃以上ではボロンシリサイドの
膜が形成される。
入時間の積が４．３Ｐａ・ｓｅｃ上となるようにガスを
導入すると制御性の高いドーピングができる。Ｂ2Ｈ6ガ
ス導入時の基板温度が３００℃から７００℃の場合に
は、ボロンのが、７００℃以上ではボロンシリサイドの
膜が形成される。
【００３３】ボロン膜、ボロンシリサイド膜ともに１０
ｎｍ以上形成すると、それらの拡散源から基板への拡散
は、拡散温度での固溶限で決まる表面濃度一定の拡散と
なり、均一で制御性の高いドーピングが可能になる。ま
た、ボロン膜の堆積は熱ＣＶＤであるが、ボロンシリサ
イドの形成はＢ2Ｈガス中のボロンとＳｉとの反応によ
るもので通常のＣＶＤとは異なる。
ｎｍ以上形成すると、それらの拡散源から基板への拡散
は、拡散温度での固溶限で決まる表面濃度一定の拡散と
なり、均一で制御性の高いドーピングが可能になる。ま
た、ボロン膜の堆積は熱ＣＶＤであるが、ボロンシリサ
イドの形成はＢ2Ｈガス中のボロンとＳｉとの反応によ
るもので通常のＣＶＤとは異なる。
【００３４】ボロンシリサイド膜はボロン膜より安定で
あり、ボロンシリサイド膜の方が、より制御性の高い拡
散をおこなえる。［図６（ｄ）］。アニールは該不純物
導入の装置から一度半導体基板を取り出し別の装置で行
ってもよい。
あり、ボロンシリサイド膜の方が、より制御性の高い拡
散をおこなえる。［図６（ｄ）］。アニールは該不純物
導入の装置から一度半導体基板を取り出し別の装置で行
ってもよい。
【００３５】アニール工程後表面に残ったボロンシリサ
イド層はエッチングや酸化によって、除去しＰ+型不純
物領域表面安定化もしくは保護のためＣＶＤによりＳｉ
Ｏ2膜などを形成した後、その先の工程へとすすむ。こ
の方法によればボロンシリサイド膜あるいはボロン膜の
形成条件や活性化のための熱処理条件の方法の影響を受
けずに基板のプロセス前の基板比抵抗が容易に、かつ浅
いＰ+型不純物領域が得られる。図１１は上記本発明の
熱拡散法によりＰ+型不純物領域を形成したときのプロ
セス後の基板比抵抗変化を示すものであり、１ｋΩ以上
の高比抵抗でもほとんど基板比抵抗の低下が見られな
い。この他の熱拡散法によるＰ+型不純物領域の形成方
法としてはＢＢr3を酸化雰囲気で導入してボロン化合物
層を形成する方法、ＢＮを固相拡散層とする方法などが
あるが、この場合基板抵抗の大きなシリコン基板を使用
してもプロセス後の空乏層の伸びの大きいもの、すなわ
ち基板抵抗の大きいものを得ることは難しい。
イド層はエッチングや酸化によって、除去しＰ+型不純
物領域表面安定化もしくは保護のためＣＶＤによりＳｉ
Ｏ2膜などを形成した後、その先の工程へとすすむ。こ
の方法によればボロンシリサイド膜あるいはボロン膜の
形成条件や活性化のための熱処理条件の方法の影響を受
けずに基板のプロセス前の基板比抵抗が容易に、かつ浅
いＰ+型不純物領域が得られる。図１１は上記本発明の
熱拡散法によりＰ+型不純物領域を形成したときのプロ
セス後の基板比抵抗変化を示すものであり、１ｋΩ以上
の高比抵抗でもほとんど基板比抵抗の低下が見られな
い。この他の熱拡散法によるＰ+型不純物領域の形成方
法としてはＢＢr3を酸化雰囲気で導入してボロン化合物
層を形成する方法、ＢＮを固相拡散層とする方法などが
あるが、この場合基板抵抗の大きなシリコン基板を使用
してもプロセス後の空乏層の伸びの大きいもの、すなわ
ち基板抵抗の大きいものを得ることは難しい。
【００３６】このような熱拡散法の場合はＰ+型不純物
領域の形成後、ドーズ量５×１０15toms／ｃｍ2以下で
ＢＦ2を浅くイオン注入し９００℃から９５０℃の比較
的低温度で活性化のアニール処理を行うことで空乏層を
伸び易くすることができる。図１０は本発明の実施例を
示す模式断面図であり、ＢＦ2イオン注入によるＰ型不
純物領域形成工程において同一基板内でイオン注入条件
を変えることにより不純物領域により周辺基板領域の比
抵抗を異ならせ、したがって空乏層の伸びの異なるＰＮ
接合を形成した例である。
領域の形成後、ドーズ量５×１０15toms／ｃｍ2以下で
ＢＦ2を浅くイオン注入し９００℃から９５０℃の比較
的低温度で活性化のアニール処理を行うことで空乏層を
伸び易くすることができる。図１０は本発明の実施例を
示す模式断面図であり、ＢＦ2イオン注入によるＰ型不
純物領域形成工程において同一基板内でイオン注入条件
を変えることにより不純物領域により周辺基板領域の比
抵抗を異ならせ、したがって空乏層の伸びの異なるＰＮ
接合を形成した例である。
【００３７】図１０に示すように当初は比抵抗が４ｋΩ
・ｃｍの同一チップ上にＰＮ接合部ＡとＰＮ接合部Ｂの
２つのＰＮ接合部つまりフォトダイオードの受光領域と
なる部分が形成されている。この場合ＰＮ接合部ＡはＢ
Ｆ2をドーズ量５×１０14atoms／ｃｍ2でイオン入しＰ
Ｎ接合部Ｂは５×１０15atoms／ｃｍ2でイオン注入し
た。
・ｃｍの同一チップ上にＰＮ接合部ＡとＰＮ接合部Ｂの
２つのＰＮ接合部つまりフォトダイオードの受光領域と
なる部分が形成されている。この場合ＰＮ接合部ＡはＢ
Ｆ2をドーズ量５×１０14atoms／ｃｍ2でイオン入しＰ
Ｎ接合部Ｂは５×１０15atoms／ｃｍ2でイオン注入し
た。
【００３８】この結果図１０のように同一逆バイアス電
圧での空乏層の伸びをＰＮ接合部Ａの空乏層１１、ＰＮ
接合部Ｂの空乏層１２として示すように低ドーズ量のＰ
Ｎ接合部Ａの空乏層１１が伸びやすい。空乏層ののびは
検出できる電離放射線のエネルギーと相関があるためこ
のような素子によってエネルギーの異なるＸ線あるいは
荷電粒子の分離検出が可能となる。
圧での空乏層の伸びをＰＮ接合部Ａの空乏層１１、ＰＮ
接合部Ｂの空乏層１２として示すように低ドーズ量のＰ
Ｎ接合部Ａの空乏層１１が伸びやすい。空乏層ののびは
検出できる電離放射線のエネルギーと相関があるためこ
のような素子によってエネルギーの異なるＸ線あるいは
荷電粒子の分離検出が可能となる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の製造
方法によれば、プロセス条件の影響をうけずに空乏層の
深い光電変換半導体装置を実現できる。
方法によれば、プロセス条件の影響をうけずに空乏層の
深い光電変換半導体装置を実現できる。
【図１】本発明にかかる半導体装置のＰ+型不純物領域
の形成工程を示す模式的断面図である。
の形成工程を示す模式的断面図である。
【図２】基板抵抗−アニール温度特性図である。
【図３】基板抵抗−アニール温度特性図である。
【図４】基板抵抗−アニール温度特性図である。
【図５】基板抵抗−イオン注入前熱処理温度特性図であ
る。
る。
【図６】本発明にかかる半導体装置の別のＰ+型不純物
領域の形成工程を示す模式的断面図である。
領域の形成工程を示す模式的断面図である。
【図７】ＰＩＮフォトダイオードを示す模式的断面図で
ある。
ある。
【図８】基板厚みとプロセス前後の基板抵抗の変化の関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図９】プロセス前後の基板抵抗の変化を示す図であ
る。
る。
【図１０】本発明の実施例を示す模式断面図である。
【図１１】本発明の方法によるプロセス前後の基板比抵
抗の変化の関係を示す図である。
抗の変化の関係を示す図である。
１ Ｎ-型半導体基板 ２ Ｐ+型不純物領域 ３、４ Ｎ+型不純物領域 ５ ＳｉＯ2膜 ６ アノード電極 ７ カソード電極 ８ 第１酸化膜 ９ 薄いＳｉＯ2膜 １１、１２ 空乏層 ２１ 注入エネルギー１００ｋｅＶのアニール温度特性
曲線 ２２ 注入エネルギー８０ｋｅＶのアニール温度特性曲
線 ２３ 注入エネルギー３０ｋｅＶのアニール温度特性曲
線 ３１ ドーズ量５×１０15atoms／ｃｍ2のアニール温度
特性曲線 ３２ ドーズ量１×１０15atoms／ｃｍ2のアニール温度
特性曲線 ３３ ドーズ量５×１０14atoms／ｃｍ2のアニール温度
特性曲線 ３４ ドーズ量１×１０14atoms／ｃｍ2のアニール温度
特性曲線 ６１ 自然酸化膜 ６２ ボロンあるいはボロンシリサイド膜
曲線 ２２ 注入エネルギー８０ｋｅＶのアニール温度特性曲
線 ２３ 注入エネルギー３０ｋｅＶのアニール温度特性曲
線 ３１ ドーズ量５×１０15atoms／ｃｍ2のアニール温度
特性曲線 ３２ ドーズ量１×１０15atoms／ｃｍ2のアニール温度
特性曲線 ３３ ドーズ量５×１０14atoms／ｃｍ2のアニール温度
特性曲線 ３４ ドーズ量１×１０14atoms／ｃｍ2のアニール温度
特性曲線 ６１ 自然酸化膜 ６２ ボロンあるいはボロンシリサイド膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 豊 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株式会社エスアイアイ・アールディセン ター内 (72)発明者 山中 順子 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株式会社エスアイアイ・アールディセン ター内 (72)発明者 赤嶺 忠男 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株式会社エスアイアイ・アールディセン ター内 (72)発明者 井上 昌宏 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株式会社エスアイアイ・アールディセン ター内 (56)参考文献 特開 平２−246168（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−45583（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−254379（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−63228（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−38140（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/10 H01L 31/00
Claims (7)
- 【請求項１】 ダイオード構造を有する光電変換半導体
装置の製造方法において、比抵抗が１ｋΩ・ｃｍ以上のＮ型半導体基板に、酸化雰
囲気での９５０℃以下の熱処理により第一酸化膜を形成
する工程と、 前記第一酸化膜を選択的に除去して、酸化雰囲気での９
５０℃以下のアニールによりＮ + 型不純物領域を形成す
る工程と、 前記Ｎ型半導体基板の表面に、１×１０ 15 ａｔｏｍｓ／
ｃｍ 2 以下のドーズ量で、かつ、８０ｋｅＶ以下の注入
エネルギーで、ＢＦ 2 をイオン注入し、非酸化雰囲気で
９００℃以上の熱処理を行うことによりＰ型不純物領域
を形成する工程と、を有する ことを特徴とする光電変換
半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 ダイオード構造を有する光電変換半導体
装置の製造方法において、比抵抗が１ｋΩ・ｃｍ以上のＮ型半導体基板を非酸化雰
囲気で９５０℃以上の熱処理を行う工程と、 前記Ｎ型半導体基板の 表面にＢＦ2 をイオン注入してＰ
型不純物領域を形成する工程と、を有することを特徴と
する光電変換半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 ダイオード構造を有する光電変換半導体
装置の製造方法において、比抵抗が１ｋΩ・ｃｍ以上のＮ型半導体基板に、酸化雰
囲気での９５０℃以下の熱処理により第一酸化膜を形成
する工程と、 前記第一酸化膜を選択的に除去して、酸化雰囲気での９
５０℃以下のアニールによりＮ + 型不純物領域を形成す
る工程と、 前記Ｎ型半導体基板を非酸化雰囲気で９５０℃以上の熱
処理を行う工程と、 前記Ｎ型半導体基板の表面に、１×１０ 15 ａｔｏｍｓ／
ｃｍ 2 以下のドーズ量で、かつ、８０ｋｅＶ以下の注入
エネルギーで、ＢＦ 2 をイオン注入し、非酸化雰囲気で
９００℃以上の熱処理を行うことによりＰ型不純物領域
を形成する工程と、を有する ことを特徴とする光電変換
半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記Ｎ型半導体基板の厚みが２００μｍ
以上であることを特徴とする請求項３に記載の光電変換
半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 Ｎ型半導体基板にＰ型不純物領域を形成
したダイオード構造を有する光電変換半導体装置の製造
方法において、 前記Ｐ型不純物領域の形成工程が、 基板抵抗１ｋΩ・ｃｍ以上のＮ型半導体基板の 表面の自
然酸化膜を除去して化学的に活性な表面を露出させる工
程と、 前記活性な表面にガス状のボロン元素を含む化合物を供
給し、ボロンとボロン化合物から選ばれる層を形成する
工程と、 前記ボロンとボロン化合物から選ばれる層を不純物拡散
源とした固相拡散と不純物の活性化を行う工程と、を有
することを特徴とする光電変換半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記Ｐ型不純物領域の形成工程の前に、
前記Ｎ型半導体基板を非酸化雰囲気で９５０℃以上の熱
処理を行う工程を備えることを特徴とする請求項５に記
載の光電変換半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 Ｎ型半導体基板の表面へのＢＦ2 のイオ
ン注入によるＰ型不純物領域形成工程において、同一基
板内でイオン注入条件を変えることにより不純物領域の
周辺基板領域の比抵抗を異ならせることを特徴とする光
電変換半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7203601A JP3069631B2 (ja) | 1994-08-24 | 1995-08-09 | 光電変換半導体装置の製造方法 |
| EP95305984A EP0700102A1 (en) | 1994-08-24 | 1995-08-24 | Method for making opto-electronic conversion semiconductor device |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19988994 | 1994-08-24 | ||
| JP17381095 | 1995-07-10 | ||
| JP6-199889 | 1995-07-10 | ||
| JP7-173810 | 1995-07-10 | ||
| JP7203601A JP3069631B2 (ja) | 1994-08-24 | 1995-08-09 | 光電変換半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0983009A JPH0983009A (ja) | 1997-03-28 |
| JP3069631B2 true JP3069631B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=27323851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7203601A Expired - Fee Related JP3069631B2 (ja) | 1994-08-24 | 1995-08-09 | 光電変換半導体装置の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0700102A1 (ja) |
| JP (1) | JP3069631B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013035817A1 (ja) * | 2011-09-08 | 2013-03-14 | 富士電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7586108B2 (en) * | 2007-06-25 | 2009-09-08 | Asml Netherlands B.V. | Radiation detector, method of manufacturing a radiation detector and lithographic apparatus comprising a radiation detector |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54122973A (en) * | 1978-03-16 | 1979-09-22 | Fujitsu Ltd | Manufacture for semiconductor device |
| JPS6484719A (en) * | 1987-09-28 | 1989-03-30 | Matsushita Electronics Corp | Manufacture of semiconductor device |
| US4968634A (en) * | 1988-05-20 | 1990-11-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Fabrication process for photodiodes responsive to blue light |
| JP2717839B2 (ja) * | 1989-03-20 | 1998-02-25 | 松下電子工業株式会社 | 光半導体装置 |
| JP2906260B2 (ja) * | 1989-12-01 | 1999-06-14 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | Ｐｎ接合素子の製造方法 |
| GB9025837D0 (en) * | 1990-11-28 | 1991-01-09 | De Beers Ind Diamond | Light emitting diamond device |
| JPH04254379A (ja) * | 1991-02-06 | 1992-09-09 | Sony Corp | 固体撮像装置の製法 |
| JPH0563228A (ja) * | 1991-09-03 | 1993-03-12 | Sharp Corp | フオトトランジスタの製造方法 |
| JP3159557B2 (ja) * | 1992-03-11 | 2001-04-23 | 松下電子工業株式会社 | 半導体装置の製造方法と固体撮像装置およびその製造方法 |
| JPH07240534A (ja) * | 1993-03-16 | 1995-09-12 | Seiko Instr Inc | 光電変換半導体装置及びその製造方法 |
| JPH0738140A (ja) * | 1993-07-19 | 1995-02-07 | Hamamatsu Photonics Kk | アバランシェホトダイオード |
-
1995
- 1995-08-09 JP JP7203601A patent/JP3069631B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-08-24 EP EP95305984A patent/EP0700102A1/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013035817A1 (ja) * | 2011-09-08 | 2013-03-14 | 富士電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JPWO2013035817A1 (ja) * | 2011-09-08 | 2015-03-23 | 富士電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| US9059325B2 (en) | 2011-09-08 | 2015-06-16 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
| US9412832B2 (en) | 2011-09-08 | 2016-08-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
| US9496151B2 (en) | 2011-09-08 | 2016-11-15 | Fuji Electric Co.,Ltd. | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0700102A1 (en) | 1996-03-06 |
| JPH0983009A (ja) | 1997-03-28 |
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