JP3471394B2 - 半導体紫外線センサ - Google Patents
半導体紫外線センサInfo
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- JP3471394B2 JP3471394B2 JP30936393A JP30936393A JP3471394B2 JP 3471394 B2 JP3471394 B2 JP 3471394B2 JP 30936393 A JP30936393 A JP 30936393A JP 30936393 A JP30936393 A JP 30936393A JP 3471394 B2 JP3471394 B2 JP 3471394B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、紫外線に対しては高感
度，可視光から赤外線に対しては感度が無い半導体紫外
線センサに関するものである。
度，可視光から赤外線に対しては感度が無い半導体紫外
線センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の代表的な紫外線センサと
しては、断面構造が図７に示されるものがある。
しては、断面構造が図７に示されるものがある。
【０００３】このセンサはＮ型シリコン（Ｓｉ）基板１
に形成されており、この基板１には、紫外（ＵＶ）域に
高感度を出すため、Ｓｉ−Ｓｉ酸化膜の界面にいわゆる
界面準位が少ない（１００）ウエハが一般的に使用され
る。このＳｉ基板１の所定領域にボロン（Ｂ）がイオン
注入され、Ｐ+ 型不純物層２が形成されている。ＵＶ高
感度とするためには、このＰ+ 型不純物層２は出来る限
り薄いことが望ましく、イオン注入技術によって約０．
３μｍと浅く形成されている。Ｓｉ基板１およびＰ+ 型
不純物層２の表面にはＳｉ酸化膜３が形成されており、
Ｓｉ酸化膜３の一部を貫通してＰ+ 型不純物層２に電気
的に接触したアルミニウム（Ａｌ）電極４が形成されて
いる。また、Ｓｉ酸化膜３の他の部分を貫通してＡｌ電
極５が形成されており、電極５とＳｉ基板１との接触部
には、オーミックコンタクトをとるためのＮ+ 型拡散層
６が形成されている。
に形成されており、この基板１には、紫外（ＵＶ）域に
高感度を出すため、Ｓｉ−Ｓｉ酸化膜の界面にいわゆる
界面準位が少ない（１００）ウエハが一般的に使用され
る。このＳｉ基板１の所定領域にボロン（Ｂ）がイオン
注入され、Ｐ+ 型不純物層２が形成されている。ＵＶ高
感度とするためには、このＰ+ 型不純物層２は出来る限
り薄いことが望ましく、イオン注入技術によって約０．
３μｍと浅く形成されている。Ｓｉ基板１およびＰ+ 型
不純物層２の表面にはＳｉ酸化膜３が形成されており、
Ｓｉ酸化膜３の一部を貫通してＰ+ 型不純物層２に電気
的に接触したアルミニウム（Ａｌ）電極４が形成されて
いる。また、Ｓｉ酸化膜３の他の部分を貫通してＡｌ電
極５が形成されており、電極５とＳｉ基板１との接触部
には、オーミックコンタクトをとるためのＮ+ 型拡散層
６が形成されている。
【０００４】図８はこのように形成された上記ホトダイ
オードの分光感度特性を示すグラフであり、同グラフの
横軸は入射光の波長［ｎｍ］，縦軸は放射感度［Ａ／
Ｗ］を示している。同グラフに示すように、上記ホトダ
イオードは近赤外域まで感度があり、感度のピークは９
００［ｎｍ］になっている。これはＳｉウエハの厚みが
５００μｍ程度あるため、近赤外域までの入射光を吸収
するからである。従って、上記ホトダイオードをそのま
まＵＶセンサに用いると、紫外域以外の光に対しても反
応してしまう。よって、このホトダイオードをＵＶセン
サとして使用するためには、可視域から近赤外域までの
感度を何等かの方法でカットする必要がある。このた
め、従来においては、ホトダイオードの入射面前面にＵ
Ｖ透過フィルタ７を設け、このＵＶ透過フィルタ７によ
って入射光の長波長光をカットしていた。この結果、紫
外光だけが上記ホトダイオードに照射され、ホトダイオ
ードの出力はＵＶ光だけに感応するものとなり、半導体
ＵＶセンサとして使用されていた。
オードの分光感度特性を示すグラフであり、同グラフの
横軸は入射光の波長［ｎｍ］，縦軸は放射感度［Ａ／
Ｗ］を示している。同グラフに示すように、上記ホトダ
イオードは近赤外域まで感度があり、感度のピークは９
００［ｎｍ］になっている。これはＳｉウエハの厚みが
５００μｍ程度あるため、近赤外域までの入射光を吸収
するからである。従って、上記ホトダイオードをそのま
まＵＶセンサに用いると、紫外域以外の光に対しても反
応してしまう。よって、このホトダイオードをＵＶセン
サとして使用するためには、可視域から近赤外域までの
感度を何等かの方法でカットする必要がある。このた
め、従来においては、ホトダイオードの入射面前面にＵ
Ｖ透過フィルタ７を設け、このＵＶ透過フィルタ７によ
って入射光の長波長光をカットしていた。この結果、紫
外光だけが上記ホトダイオードに照射され、ホトダイオ
ードの出力はＵＶ光だけに感応するものとなり、半導体
ＵＶセンサとして使用されていた。
【０００５】しかしながら、このような半導体ＵＶセン
サには幾つかの問題点があった。まず、ＵＶ透過フィル
タ７のコストがホトダイオードのチップ単価よりも高い
ことである。さらに、フィルタ７をホトダイオードに貼
るための組み立て工賃を考慮すると、ＵＶセンサとして
の製品価格はどうしても高いものとなってしまった。さ
らに、ＵＶ透過フィルタ７は使用中にＵＶ光によって劣
化を生じ、次第に透過率が低下してしまうといった問題
もあった。
サには幾つかの問題点があった。まず、ＵＶ透過フィル
タ７のコストがホトダイオードのチップ単価よりも高い
ことである。さらに、フィルタ７をホトダイオードに貼
るための組み立て工賃を考慮すると、ＵＶセンサとして
の製品価格はどうしても高いものとなってしまった。さ
らに、ＵＶ透過フィルタ７は使用中にＵＶ光によって劣
化を生じ、次第に透過率が低下してしまうといった問題
もあった。
【０００６】このため、従来このような不都合を解消す
るため、ＵＶ透過フィルタを用いることなく、ＵＶ光だ
けに感度を持つ半導体ＵＶセンサを実現させる技術が、
例えば特開平１−３０９３８７号公報に開示されてい
る。同公報においては、ＳＩＭＯＸ（サイモクス：Sepa
ration by Implanted Oxygen) ウエハを用いてＵＶセン
サが形成されている。つまり、Ｎ型Ｓｉ基板に酸素イオ
ンが１５０ＫｅＶの加速電圧、１．２×１０18ｃｍ-2の
ドーズ量でイオン注入されてＳｉ酸化膜が形成され、Ｓ
ＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）構造が形成さ
れている。また、この基板表面のＳｉ層上にはエピタキ
シャル成長法によって厚さ１μｍのＮ型Ｓｉ層が形成さ
れ、Ｓｉ層が上乗せされている。このＮ型Ｓｉ層の表層
部の一部には、アクセプタ不純物が選択的にイオン注入
されてＰ+ 層が形成されている。このＰ+ 層とＮ型半導
体層とはＰＮ接合を形成し、ホトダイオードを構成して
いる。同公報では、このようなホトダイオードの厚さは
１μｍ程度であるため、短波長の紫外線がここで吸収さ
れ、紫外線にだけ感度を持つ半導体ＵＶセンサが実現さ
れる旨が記載されている。
るため、ＵＶ透過フィルタを用いることなく、ＵＶ光だ
けに感度を持つ半導体ＵＶセンサを実現させる技術が、
例えば特開平１−３０９３８７号公報に開示されてい
る。同公報においては、ＳＩＭＯＸ（サイモクス：Sepa
ration by Implanted Oxygen) ウエハを用いてＵＶセン
サが形成されている。つまり、Ｎ型Ｓｉ基板に酸素イオ
ンが１５０ＫｅＶの加速電圧、１．２×１０18ｃｍ-2の
ドーズ量でイオン注入されてＳｉ酸化膜が形成され、Ｓ
ＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）構造が形成さ
れている。また、この基板表面のＳｉ層上にはエピタキ
シャル成長法によって厚さ１μｍのＮ型Ｓｉ層が形成さ
れ、Ｓｉ層が上乗せされている。このＮ型Ｓｉ層の表層
部の一部には、アクセプタ不純物が選択的にイオン注入
されてＰ+ 層が形成されている。このＰ+ 層とＮ型半導
体層とはＰＮ接合を形成し、ホトダイオードを構成して
いる。同公報では、このようなホトダイオードの厚さは
１μｍ程度であるため、短波長の紫外線がここで吸収さ
れ、紫外線にだけ感度を持つ半導体ＵＶセンサが実現さ
れる旨が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同公報
で提案されている上記従来の構成をした半導体ＵＶセン
サにおいては、ホトダイオードを構成するＰＮ接合は基
板の縦方向、つまり、基板の厚さ方向に形成されてお
り、ＰＮ接合部に形成される空乏層は縦方向に伸びる構
造になっている。一方、ＳＩＭＯＸウエハにおけるＳｉ
酸化膜上のＳｉ層の厚さは数千Åしかない。従って、こ
の薄いＳｉ層に熱拡散法やイオン注入法といった通常の
方法を用いて縦方向にＰＮ接合を形成することは不可能
である。このため、上記従来のように、Ｓｉ酸化膜上の
Ｓｉ層上にさらに約１μｍのＳｉ層をエピタキシャル成
長し、ＳＩＭＯＸウエハ表面のＳｉ厚の上乗せを行う必
要がある。
で提案されている上記従来の構成をした半導体ＵＶセン
サにおいては、ホトダイオードを構成するＰＮ接合は基
板の縦方向、つまり、基板の厚さ方向に形成されてお
り、ＰＮ接合部に形成される空乏層は縦方向に伸びる構
造になっている。一方、ＳＩＭＯＸウエハにおけるＳｉ
酸化膜上のＳｉ層の厚さは数千Åしかない。従って、こ
の薄いＳｉ層に熱拡散法やイオン注入法といった通常の
方法を用いて縦方向にＰＮ接合を形成することは不可能
である。このため、上記従来のように、Ｓｉ酸化膜上の
Ｓｉ層上にさらに約１μｍのＳｉ層をエピタキシャル成
長し、ＳＩＭＯＸウエハ表面のＳｉ厚の上乗せを行う必
要がある。
【０００８】よって、上記従来の半導体ＵＶセンサにお
いては、Ｓｉ酸化膜上のＳｉ層の厚さは全体として１μ
ｍ以上になってしまう。この程度のＳｉ膜厚があると、
ＵＶセンサはＵＶ光から青色、緑色の光までを有効に吸
収するようになり、ＵＶ光から青色、緑色の光までに感
度を持つようになる。従って、波長１８０〜４００ｎｍ
程度のＵＶ光だけに感度を有する半導体ＵＶセンサにす
るには、やはり前述のＵＶ透過フィルタが必要になり、
前述した問題が再び生じる。
いては、Ｓｉ酸化膜上のＳｉ層の厚さは全体として１μ
ｍ以上になってしまう。この程度のＳｉ膜厚があると、
ＵＶセンサはＵＶ光から青色、緑色の光までを有効に吸
収するようになり、ＵＶ光から青色、緑色の光までに感
度を持つようになる。従って、波長１８０〜４００ｎｍ
程度のＵＶ光だけに感度を有する半導体ＵＶセンサにす
るには、やはり前述のＵＶ透過フィルタが必要になり、
前述した問題が再び生じる。
【０００９】また、ＳＩＭＯＸウエハ上にＳｉ層を上乗
せするため、このウエハ上に良質なエピタキシャル成長
層を形成することが非常に困難な点も問題であった。つ
まり、ＳＩＭＯＸウエハにおけるＳｉ酸化膜上のＳｉ層
には酸素イオン注入時の残留欠陥がある程度残されてお
り、また、エピタキシャル成長は非常に高温で行われ、
この欠陥層を核としてさらに欠陥層が増長されるからで
ある。
せするため、このウエハ上に良質なエピタキシャル成長
層を形成することが非常に困難な点も問題であった。つ
まり、ＳＩＭＯＸウエハにおけるＳｉ酸化膜上のＳｉ層
には酸素イオン注入時の残留欠陥がある程度残されてお
り、また、エピタキシャル成長は非常に高温で行われ、
この欠陥層を核としてさらに欠陥層が増長されるからで
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するためになされたもので、絶縁層上に櫛形に
形成された第１導電領域と、この絶縁層上にこの第１導
電領域と空乏層形成領域をはさんで噛み合う櫛形に形成
された第２導電領域と、を有し、厚さ２０００〜３００
０Åの単結晶シリコンからなる半導体層と、第１導電領
域および第２導電領域にそれぞれ電気的に接続される第
１の電極および第２の電極と、を備えている
題を解決するためになされたもので、絶縁層上に櫛形に
形成された第１導電領域と、この絶縁層上にこの第１導
電領域と空乏層形成領域をはさんで噛み合う櫛形に形成
された第２導電領域と、を有し、厚さ２０００〜３００
０Åの単結晶シリコンからなる半導体層と、第１導電領
域および第２導電領域にそれぞれ電気的に接続される第
１の電極および第２の電極と、を備えている
【００１１】
【００１２】また、上記第２導電領域の不純物濃度が、
その表面および底面において高く、これらの中間部にお
いて低く形成されているものである。
その表面および底面において高く、これらの中間部にお
いて低く形成されているものである。
【００１３】また、上記第１導電領域の不純物濃度が、
その表面および底面において高く、これらの中間部にお
いて低く形成されているものである。
その表面および底面において高く、これらの中間部にお
いて低く形成されているものである。
【００１４】また、上記絶縁層が、Ｓｉ半導体基板に酸
素原子がイオン注入されて形成された酸化Ｓｉ層である
ものである。
素原子がイオン注入されて形成された酸化Ｓｉ層である
ものである。
【００１５】
【作用】絶縁層上において横方向に並ぶ第１導電領域お
よび第２導電領域によってＰＮ接合が形成され、受光素
子を構成するこのＰＮ接合は基板の横方向、つまり基板
の面方向に形成される。従って、従来のようにＰ層とＮ
層とを縦方向に積層する必要はなく、入射光を受光する
半導体層は紫外線だけを吸収する厚さに薄く形成され
る。また、従来のようにＰＮ接合を縦方向に薄く形成す
るため、エピタキシャル成長法を用いてＰＮ接合を形成
する必要もなくなる。
よび第２導電領域によってＰＮ接合が形成され、受光素
子を構成するこのＰＮ接合は基板の横方向、つまり基板
の面方向に形成される。従って、従来のようにＰ層とＮ
層とを縦方向に積層する必要はなく、入射光を受光する
半導体層は紫外線だけを吸収する厚さに薄く形成され
る。また、従来のようにＰＮ接合を縦方向に薄く形成す
るため、エピタキシャル成長法を用いてＰＮ接合を形成
する必要もなくなる。
【００１６】また、各導電領域が櫛形に形成されること
により、各導電領域の対向部分が長くなり、基板横方向
に形成される空乏領域は拡大する。
により、各導電領域の対向部分が長くなり、基板横方向
に形成される空乏領域は拡大する。
【００１７】また、第２導電領域の不純物濃度が、その
表面および底面において高く、これらの中間部において
低く形成されていると、この中間部のエネルギ障壁は低
くなり、この中間部を谷とするポテンシャル井戸が形成
される。従って、第２導電領域に入射した光によって生
じた光電荷は一旦このポテンシャル井戸に集められ、集
められた光電荷はこのポテンシャル井戸内を基板横方向
に移動して空乏領域に到達する。
表面および底面において高く、これらの中間部において
低く形成されていると、この中間部のエネルギ障壁は低
くなり、この中間部を谷とするポテンシャル井戸が形成
される。従って、第２導電領域に入射した光によって生
じた光電荷は一旦このポテンシャル井戸に集められ、集
められた光電荷はこのポテンシャル井戸内を基板横方向
に移動して空乏領域に到達する。
【００１８】また、第１導電領域の不純物濃度が、その
表面および底面において高く、これらの中間部において
低く形成されていると、第１導電領域に入射した光によ
って生じた光電荷もこの中間部に形成されたポテンシャ
ル井戸に一旦集められ、ポテンシャル井戸内を基板横方
向に移動して空乏領域に到達する。
表面および底面において高く、これらの中間部において
低く形成されていると、第１導電領域に入射した光によ
って生じた光電荷もこの中間部に形成されたポテンシャ
ル井戸に一旦集められ、ポテンシャル井戸内を基板横方
向に移動して空乏領域に到達する。
【００１９】
【実施例】図１は本発明に類似する半導体ＵＶセンサ
（比較例）を示しており、同図（ａ）は断面図，同図
（ｂ）は平面図を示している。
（比較例）を示しており、同図（ａ）は断面図，同図
（ｂ）は平面図を示している。
【００２０】絶縁基板１１上には非常に薄くＮ型の半導
体層１２が形成されている。この絶縁基板１１はガラ
ス，石英，またはサファイヤ等からなる。Ｎ型半導体層
１２は、単結晶，ポリ，またはアモルファス相のいずれ
かの結晶構造層によって形成されており、Ｎ型の不純物
が添加されている。また、絶縁基板１１上にＮ型半導体
層１２が形成されたこの構造は、前述したＳＩＭＯＸウ
エハや、酸化膜を介してＳｉを貼り合わせた貼り合わせ
ウエハ等のＳＯＩ構造であっても構わない。また、Ｎ型
半導体層１２の厚みは、例えばこのＮ型半導体層１２が
Ｓｉ単結晶によって形成されている場合には、２０００
〜３０００Åの厚さに形成される。つまり、Ｎ型半導体
層１２の厚みは、ＵＶ光の吸収は起こるが、青や緑の光
に関しては透過してしまう程度の厚みに形成されてい
る。３０００〜４０００Åの厚さにもなれば、青色にも
感度を示すようになると考えられる。
体層１２が形成されている。この絶縁基板１１はガラ
ス，石英，またはサファイヤ等からなる。Ｎ型半導体層
１２は、単結晶，ポリ，またはアモルファス相のいずれ
かの結晶構造層によって形成されており、Ｎ型の不純物
が添加されている。また、絶縁基板１１上にＮ型半導体
層１２が形成されたこの構造は、前述したＳＩＭＯＸウ
エハや、酸化膜を介してＳｉを貼り合わせた貼り合わせ
ウエハ等のＳＯＩ構造であっても構わない。また、Ｎ型
半導体層１２の厚みは、例えばこのＮ型半導体層１２が
Ｓｉ単結晶によって形成されている場合には、２０００
〜３０００Åの厚さに形成される。つまり、Ｎ型半導体
層１２の厚みは、ＵＶ光の吸収は起こるが、青や緑の光
に関しては透過してしまう程度の厚みに形成されてい
る。３０００〜４０００Åの厚さにもなれば、青色にも
感度を示すようになると考えられる。
【００２１】Ｎ型半導体層１２の面方向の内側にはＰ+
型拡散層１３が形成されている。このＰ+ 型拡散層１３
は、Ｎ型半導体層１２の所定領域にＰ型の不純物が例え
ばイオン注入されることによって形成される。このイオ
ン注入はＰ型不純物が絶縁基板１１の表面に達する深さ
まで行われ、Ｐ+ 型拡散層１３が絶縁基板１１に接して
形成されている。ただし、もともとＮ型半導体層１２は
非常に薄いので、通常どうりに熱拡散やイオン注入を行
えば、上記構造は容易に形成することができる。絶縁基
板１１に接して形成されたこのＰ+ 型拡散層１３は、絶
縁基板１１上に形成されたＮ型半導体層１２と基板横方
向に並んで形成されている。このＮ型半導体層１２とＰ
+ 型拡散層１３との境界線は四角形をなしており、この
境界にはＰＮ接合が形成されている。
型拡散層１３が形成されている。このＰ+ 型拡散層１３
は、Ｎ型半導体層１２の所定領域にＰ型の不純物が例え
ばイオン注入されることによって形成される。このイオ
ン注入はＰ型不純物が絶縁基板１１の表面に達する深さ
まで行われ、Ｐ+ 型拡散層１３が絶縁基板１１に接して
形成されている。ただし、もともとＮ型半導体層１２は
非常に薄いので、通常どうりに熱拡散やイオン注入を行
えば、上記構造は容易に形成することができる。絶縁基
板１１に接して形成されたこのＰ+ 型拡散層１３は、絶
縁基板１１上に形成されたＮ型半導体層１２と基板横方
向に並んで形成されている。このＮ型半導体層１２とＰ
+ 型拡散層１３との境界線は四角形をなしており、この
境界にはＰＮ接合が形成されている。
【００２２】また、このＰＮ接合面から一定距離離れて
Ｎ+ 型拡散層１４が形成されており、このＮ+ 型拡散層
１４上にアルミ（Ａｌ）金属配線１５ａが形成されてい
る。このＮ+ 型拡散層１４は、アルミ金属配線１５ａと
Ｎ型半導体層１２との間でオーミックコンタクトをとる
ために形成されているものである。また、このＰＮ接合
面から遠ざかった位置のＰ+ 型拡散層１３上には、アル
ミ金属配線１５ｂが形成されている。
Ｎ+ 型拡散層１４が形成されており、このＮ+ 型拡散層
１４上にアルミ（Ａｌ）金属配線１５ａが形成されてい
る。このＮ+ 型拡散層１４は、アルミ金属配線１５ａと
Ｎ型半導体層１２との間でオーミックコンタクトをとる
ために形成されているものである。また、このＰＮ接合
面から遠ざかった位置のＰ+ 型拡散層１３上には、アル
ミ金属配線１５ｂが形成されている。
【００２３】このような構造において、Ｎ型半導体層１
２に電気的に接して形成された金属配線１５ａには正極
性の電圧が印加され、Ｐ+ 型拡散層１３に電気的に接し
て形成された金属配線１５ｂには負極性の電圧が印加さ
れる。この電圧印加によってＮ型半導体層１２とＰ+ 型
拡散層１３との間には図示の空乏層１６が形成される。
通常のホトダイオードでは空乏層は基板の深さ方向に広
がる構造であるが、本実施例によるホトダイオードでは
空乏層１６は基板の横方向に広がる構造になっている。
すなわち、本実施例においては、絶縁基板１１上におい
て横方向に並ぶＮ型半導体層１２およびＰ+ 型拡散層１
３によってＰＮ接合が形成され、ホトダイオードを構成
するこのＰＮ接合は基板の横方向、つまり基板の面方向
に形成されている。従って、従来のようにＰ層とＮ層と
を縦方向に積層する必要はなく、入射光を受光する、Ｎ
型半導体層１２およびＰ+ 型拡散層１３からなる半導体
層は数１０００Å程度に薄く形成される。このため、本
実施例によるＵＶセンサ構造によれば、光を吸収して光
電荷を発生する半導体層の厚みは、ＵＶ光のみが半導体
層に吸収される厚さになる。よって、青色，緑色を始
め、黄色、赤色および赤外光には感度を持たなくなり、
ＵＶ光だけに感度を持つ半導体ＵＶセンサが実現され
る。
２に電気的に接して形成された金属配線１５ａには正極
性の電圧が印加され、Ｐ+ 型拡散層１３に電気的に接し
て形成された金属配線１５ｂには負極性の電圧が印加さ
れる。この電圧印加によってＮ型半導体層１２とＰ+ 型
拡散層１３との間には図示の空乏層１６が形成される。
通常のホトダイオードでは空乏層は基板の深さ方向に広
がる構造であるが、本実施例によるホトダイオードでは
空乏層１６は基板の横方向に広がる構造になっている。
すなわち、本実施例においては、絶縁基板１１上におい
て横方向に並ぶＮ型半導体層１２およびＰ+ 型拡散層１
３によってＰＮ接合が形成され、ホトダイオードを構成
するこのＰＮ接合は基板の横方向、つまり基板の面方向
に形成されている。従って、従来のようにＰ層とＮ層と
を縦方向に積層する必要はなく、入射光を受光する、Ｎ
型半導体層１２およびＰ+ 型拡散層１３からなる半導体
層は数１０００Å程度に薄く形成される。このため、本
実施例によるＵＶセンサ構造によれば、光を吸収して光
電荷を発生する半導体層の厚みは、ＵＶ光のみが半導体
層に吸収される厚さになる。よって、青色，緑色を始
め、黄色、赤色および赤外光には感度を持たなくなり、
ＵＶ光だけに感度を持つ半導体ＵＶセンサが実現され
る。
【００２４】また、従来のようにＰＮ接合を縦方向に薄
く形成するため、エピタキシャル成長法を用いてＰＮ接
合を形成する必要もなくなる。このため、ＳＩＭＯＸウ
エハの酸化Ｓｉ層を形成するためのイオン注入で生じた
結晶欠陥が、エピタキシャル成長工程において増長する
といった従来の問題は生じない。よって、本実施例によ
れば、上述したように、熱拡散やイオン注入といった通
常の方法を用いて、良質なＰＮ接合を簡易に形成するこ
とが可能になる。
く形成するため、エピタキシャル成長法を用いてＰＮ接
合を形成する必要もなくなる。このため、ＳＩＭＯＸウ
エハの酸化Ｓｉ層を形成するためのイオン注入で生じた
結晶欠陥が、エピタキシャル成長工程において増長する
といった従来の問題は生じない。よって、本実施例によ
れば、上述したように、熱拡散やイオン注入といった通
常の方法を用いて、良質なＰＮ接合を簡易に形成するこ
とが可能になる。
【００２５】次に、本発明の第１の実施例による半導体
ＵＶセンサについて説明する。
ＵＶセンサについて説明する。
【００２６】図２および図３はこの第１実施例による半
導体ＵＶセンサの製造方法を示す工程断面図であり、以
下これら各図を用いて第１実施例によるＵＶセンサの製
造方法について説明する。
導体ＵＶセンサの製造方法を示す工程断面図であり、以
下これら各図を用いて第１実施例によるＵＶセンサの製
造方法について説明する。
【００２７】まず、面方位が（１００）方向、比抵抗が
１Ω−ｃｍ、厚さが５００μｍのＮ型単結晶Ｓｉ半導体
基板２１に酸素原子がイオン注入される。このイオン注
入は、ドーズ量が０．４×１０18ｃｍ-2、加速電圧が１
２０ｋｅＶで行われる。このイオン打ち込み後、１３２
０℃の温度で基板２１に熱処理が加えられることによ
り、打ち込まれた酸素原子と基板２１とが反応し、Ｓｉ
基板内部にＳｉ酸化膜層２２が形成される（図２（ａ）
参照）。上記した条件で形成されたＳｉ酸化膜層２２の
厚みは８００Å、このＳｉ酸化膜層２２上にあるＳｉ半
導体層２３の厚みは２０００Åであった。この技術は前
述したＳＩＭＯＸと呼ばれる技術である。Ｓｉ半導体層
２３の表面の比抵抗は、元のＳｉ半導体基板２１の比抵
抗に等しい。
１Ω−ｃｍ、厚さが５００μｍのＮ型単結晶Ｓｉ半導体
基板２１に酸素原子がイオン注入される。このイオン注
入は、ドーズ量が０．４×１０18ｃｍ-2、加速電圧が１
２０ｋｅＶで行われる。このイオン打ち込み後、１３２
０℃の温度で基板２１に熱処理が加えられることによ
り、打ち込まれた酸素原子と基板２１とが反応し、Ｓｉ
基板内部にＳｉ酸化膜層２２が形成される（図２（ａ）
参照）。上記した条件で形成されたＳｉ酸化膜層２２の
厚みは８００Å、このＳｉ酸化膜層２２上にあるＳｉ半
導体層２３の厚みは２０００Åであった。この技術は前
述したＳＩＭＯＸと呼ばれる技術である。Ｓｉ半導体層
２３の表面の比抵抗は、元のＳｉ半導体基板２１の比抵
抗に等しい。
【００２８】比抵抗については、デバイスによってはさ
らに低抵抗の方が好ましい場合があるが、実用的には、
１Ω−ｃｍより低抵抗なウエハをＳＩＭＯＸとすること
は、Ｎ型，Ｐ型に関わらず出来ない。つまり、上述した
ように、打ち込んだ酸素原子の活性化は１３２０℃とい
う非常に高い温度で行われるので、使用する熱処理炉は
通常の石英のものでは適当でなく、シリコン・カーバイ
ドで作られた管が用いられる。ところが、この管は洗浄
が非常に困難なので、一旦汚染されると、高価なのにも
関わらず使い捨てにせざるを得ない。また、熱処理する
基板の不純物濃度が高いと、熱処理中にそれがアウト・
ディフュージョンして管内壁を汚染し、管の寿命を縮め
てしまう。こういった理由により、比抵抗の低減には限
度がある。
らに低抵抗の方が好ましい場合があるが、実用的には、
１Ω−ｃｍより低抵抗なウエハをＳＩＭＯＸとすること
は、Ｎ型，Ｐ型に関わらず出来ない。つまり、上述した
ように、打ち込んだ酸素原子の活性化は１３２０℃とい
う非常に高い温度で行われるので、使用する熱処理炉は
通常の石英のものでは適当でなく、シリコン・カーバイ
ドで作られた管が用いられる。ところが、この管は洗浄
が非常に困難なので、一旦汚染されると、高価なのにも
関わらず使い捨てにせざるを得ない。また、熱処理する
基板の不純物濃度が高いと、熱処理中にそれがアウト・
ディフュージョンして管内壁を汚染し、管の寿命を縮め
てしまう。こういった理由により、比抵抗の低減には限
度がある。
【００２９】次に、形成したＳＩＭＯＸウエハ上にバッ
ファ酸化膜２４が形成される（同図（ｂ）参照）。酸化
を行うとＳｉと酸素とが反応し、表面のＳｉ半導体層２
３の厚さも徐々に薄くなる。ＳＩＭＯＸウエハでは表面
のＳｉ半導体層２３の厚さが２０００Åしかないので、
バッファ酸化膜２４の膜厚は１０００Åとし、Ｓｉ半導
体層２３は１５００Åにして出来る限り厚いままに残し
ておく。なお、酸化によって酸化膜になるＳｉ半導体層
の量は酸化膜厚のおよそ１／２である。
ファ酸化膜２４が形成される（同図（ｂ）参照）。酸化
を行うとＳｉと酸素とが反応し、表面のＳｉ半導体層２
３の厚さも徐々に薄くなる。ＳＩＭＯＸウエハでは表面
のＳｉ半導体層２３の厚さが２０００Åしかないので、
バッファ酸化膜２４の膜厚は１０００Åとし、Ｓｉ半導
体層２３は１５００Åにして出来る限り厚いままに残し
ておく。なお、酸化によって酸化膜になるＳｉ半導体層
の量は酸化膜厚のおよそ１／２である。
【００３０】このバッファ酸化膜２４は次の役割をす
る。つまり、後述する工程で受光面を構成するＰ+ 領域
をＳｉ半導体層２３に形成するが、このＰ+ 領域の不純
物プロファイルがＵＶ感度に大きく影響する。不純物プ
ロファイルは、Ｓｉ半導体層２３と基板表面のバッファ
酸化膜２４との界面が不純物濃度のピーク点になり、以
降、深くなるに従って徐々に不純物濃度が下がるのが望
ましい。基板表面に酸化膜のないベア−なＳｉ基板にイ
オン注入を行うと、加速電圧で決められる飛程のところ
が不純物濃度のピーク点になり、いわゆるハイ・ロー・
ジャンクションを形成する。このため、ピーク濃度より
浅い基板表面側の部分は、デッド・レイヤーになり、光
電変換に寄与できなくなる。ボロン（Ｂ）を３０ｋｅＶ
でイオン注入したときの飛程はおよそ１０００Åである
から、これをベア−なＳｉ基板にイオン注入すると、基
板表面から１０００Å入ったところに不純物濃度のピー
クができる。従って、ベア−なＳｉ基板にそのまま不純
物をイオン注入した場合には、不純物ピーク点より浅い
ところで生じた光電荷はＰＮ接合方面に移動できず、表
面Ｓｉ層−Ｓｉ酸化膜の界面方向に移動し、光電荷は界
面準位を介して再結合し、消滅する。例えば、波長２０
０ｎｍ〜３００ｎｍのＵＶ光のシリコン中の吸収長は約
１００Åであるから、入射光のほとんどはデッド・レイ
ヤーで吸収されることになる。従って、このような不純
物プロファイルのホトダイオードではＵＶ光に対して感
度を出すことが不可能になる。すなわち、バッファ酸化
膜２４の役割は、１０００Åのこのバッファ酸化膜２４
を通してイオン注入することにより、Ｐ+ 領域における
不純物濃度のピークを入射面表面に一致させることにあ
り、受光感度のないデッド・レイヤーを形成しないよう
にすることにある。
る。つまり、後述する工程で受光面を構成するＰ+ 領域
をＳｉ半導体層２３に形成するが、このＰ+ 領域の不純
物プロファイルがＵＶ感度に大きく影響する。不純物プ
ロファイルは、Ｓｉ半導体層２３と基板表面のバッファ
酸化膜２４との界面が不純物濃度のピーク点になり、以
降、深くなるに従って徐々に不純物濃度が下がるのが望
ましい。基板表面に酸化膜のないベア−なＳｉ基板にイ
オン注入を行うと、加速電圧で決められる飛程のところ
が不純物濃度のピーク点になり、いわゆるハイ・ロー・
ジャンクションを形成する。このため、ピーク濃度より
浅い基板表面側の部分は、デッド・レイヤーになり、光
電変換に寄与できなくなる。ボロン（Ｂ）を３０ｋｅＶ
でイオン注入したときの飛程はおよそ１０００Åである
から、これをベア−なＳｉ基板にイオン注入すると、基
板表面から１０００Å入ったところに不純物濃度のピー
クができる。従って、ベア−なＳｉ基板にそのまま不純
物をイオン注入した場合には、不純物ピーク点より浅い
ところで生じた光電荷はＰＮ接合方面に移動できず、表
面Ｓｉ層−Ｓｉ酸化膜の界面方向に移動し、光電荷は界
面準位を介して再結合し、消滅する。例えば、波長２０
０ｎｍ〜３００ｎｍのＵＶ光のシリコン中の吸収長は約
１００Åであるから、入射光のほとんどはデッド・レイ
ヤーで吸収されることになる。従って、このような不純
物プロファイルのホトダイオードではＵＶ光に対して感
度を出すことが不可能になる。すなわち、バッファ酸化
膜２４の役割は、１０００Åのこのバッファ酸化膜２４
を通してイオン注入することにより、Ｐ+ 領域における
不純物濃度のピークを入射面表面に一致させることにあ
り、受光感度のないデッド・レイヤーを形成しないよう
にすることにある。
【００３１】バッファ酸化膜２４の形成後、次に、Ｎ+
領域２５が形成される（同図（ｃ）参照）。このＮ+ 領
域２５は単にＳｉ基板２１とのコンタクトをとる目的の
ために形成されるのではない。つまり、同図（ｃ）の平
面図を表す同図（ｄ）に示すように、Ｎ+ 領域２５は櫛
形に形成され、後に形成するＰ+ 領域との対向長を可能
な限り長くするためにも形成されている。このようなＮ
+ 領域２５は次のように形成される。まず、バッファ酸
化膜２４上にレジスト２６が塗布され、このレジスト２
６が「Ｅ］字状に選択的に除去されて「Ｅ」字状にバッ
ファ酸化膜２４が露出する。その後、この露出したバッ
ファ酸化膜２４がエッチングされる。次に、レジスト２
６を残したまま、燐（Ｐ）または砒素（Ａｓ）がイオン
注入され、Ｎ+ 領域２５が形成される。この際、レジス
ト２６がある部分は注入原子がレジスト２６内でストッ
プするため、Ｓｉ層内にＮ+ 層は形成されない。例え
ば、注入原子が燐ならば、５０ｋｅＶから１００ｋｅＶ
程度の加速電圧でイオン注入すればよい。イオン注入
後、レジスト２６が除去されて熱処理が行われ、イオン
注入層のダメージの回復と注入原子の活性化が行われ
る。このようにバッファ酸化膜２４を介さずにイオン注
入するのは、バッファ酸化膜２４をエッチングすること
によって基板表面に段差を設け、Ｎ+ 領域２５がどこに
存在するのかが目視出来るようにするためである。
領域２５が形成される（同図（ｃ）参照）。このＮ+ 領
域２５は単にＳｉ基板２１とのコンタクトをとる目的の
ために形成されるのではない。つまり、同図（ｃ）の平
面図を表す同図（ｄ）に示すように、Ｎ+ 領域２５は櫛
形に形成され、後に形成するＰ+ 領域との対向長を可能
な限り長くするためにも形成されている。このようなＮ
+ 領域２５は次のように形成される。まず、バッファ酸
化膜２４上にレジスト２６が塗布され、このレジスト２
６が「Ｅ］字状に選択的に除去されて「Ｅ」字状にバッ
ファ酸化膜２４が露出する。その後、この露出したバッ
ファ酸化膜２４がエッチングされる。次に、レジスト２
６を残したまま、燐（Ｐ）または砒素（Ａｓ）がイオン
注入され、Ｎ+ 領域２５が形成される。この際、レジス
ト２６がある部分は注入原子がレジスト２６内でストッ
プするため、Ｓｉ層内にＮ+ 層は形成されない。例え
ば、注入原子が燐ならば、５０ｋｅＶから１００ｋｅＶ
程度の加速電圧でイオン注入すればよい。イオン注入
後、レジスト２６が除去されて熱処理が行われ、イオン
注入層のダメージの回復と注入原子の活性化が行われ
る。このようにバッファ酸化膜２４を介さずにイオン注
入するのは、バッファ酸化膜２４をエッチングすること
によって基板表面に段差を設け、Ｎ+ 領域２５がどこに
存在するのかが目視出来るようにするためである。
【００３２】次に、前述したＰ+ 領域を形成するための
レジスト２７が基板表面に塗布され、このレジスト２７
が所定形状にパターニングされる。引き続いて、このレ
ジスト２７をマスクにし、バッファ酸化膜２４を通して
ボロンがイオン注入される。このイオン注入によって前
述したＰ+ 領域２８が形成される（図３（ｅ）参照）。
同図（ｆ）はこの図３（ｅ）の平面図を示しており、Ｐ
+ 領域２８は図２（ｄ）に示されるＮ+ 領域２５に噛み
合う櫛形に形成されている。このＰ+ 領域２８の不純物
プロファイルは前述したようにＵＶ感度を高める上で非
常に重要である。今、バッファ酸化膜２４の膜厚が１０
００Åで、Ｐ型不純物としてボロンを用いるならば、３
０〜３５ｋｅＶの加速電圧でイオン注入すれば、デッド
・レイヤーなしでＰ+ 領域２８を形成することができ、
高いＵＶ感度を得ることが可能となる。イオン注入後レ
ジスト２７が除去され、イオン注入層のダメージの回復
と、注入原子の活性化のための熱処理が行われる。
レジスト２７が基板表面に塗布され、このレジスト２７
が所定形状にパターニングされる。引き続いて、このレ
ジスト２７をマスクにし、バッファ酸化膜２４を通して
ボロンがイオン注入される。このイオン注入によって前
述したＰ+ 領域２８が形成される（図３（ｅ）参照）。
同図（ｆ）はこの図３（ｅ）の平面図を示しており、Ｐ
+ 領域２８は図２（ｄ）に示されるＮ+ 領域２５に噛み
合う櫛形に形成されている。このＰ+ 領域２８の不純物
プロファイルは前述したようにＵＶ感度を高める上で非
常に重要である。今、バッファ酸化膜２４の膜厚が１０
００Åで、Ｐ型不純物としてボロンを用いるならば、３
０〜３５ｋｅＶの加速電圧でイオン注入すれば、デッド
・レイヤーなしでＰ+ 領域２８を形成することができ、
高いＵＶ感度を得ることが可能となる。イオン注入後レ
ジスト２７が除去され、イオン注入層のダメージの回復
と、注入原子の活性化のための熱処理が行われる。
【００３３】最後に、露出したＮ+ 領域２５に電気的に
接してアルミ金属配線２９ａが形成される。また、バッ
ファ酸化膜２４が選択的に除去され、露出したＰ+ 領域
２５に電気的に接してアルミ金属配線２９ｂが形成され
る（同図（ｇ）参照）。同図（ｈ）はこの同図（ｇ）の
平面図を表しており、Ｎ+ 領域２５の櫛形とＰ+ 領域２
８の櫛形とが噛み合った状態が示されている。
接してアルミ金属配線２９ａが形成される。また、バッ
ファ酸化膜２４が選択的に除去され、露出したＰ+ 領域
２５に電気的に接してアルミ金属配線２９ｂが形成され
る（同図（ｇ）参照）。同図（ｈ）はこの同図（ｇ）の
平面図を表しており、Ｎ+ 領域２５の櫛形とＰ+ 領域２
８の櫛形とが噛み合った状態が示されている。
【００３４】このような構造の半導体ＵＶセンサにおい
て、金属配線２９ａに正極性の電圧が印加され、金属配
線２９ｂに負極性の電圧が印加される。この電圧印加に
よってＮ+ 領域２５とＰ+ 領域２８との間には空乏領域
３０（同図（ｇ），（ｈ）参照）が形成される。本実施
例においても、ＰＮ接合部に形成される空乏層１６は基
板の横方向に広がる構造になっている。
て、金属配線２９ａに正極性の電圧が印加され、金属配
線２９ｂに負極性の電圧が印加される。この電圧印加に
よってＮ+ 領域２５とＰ+ 領域２８との間には空乏領域
３０（同図（ｇ），（ｈ）参照）が形成される。本実施
例においても、ＰＮ接合部に形成される空乏層１６は基
板の横方向に広がる構造になっている。
【００３５】すなわち、本実施例においても、Ｓｉ酸化
膜層２２上において横方向に並ぶＮ+ 領域２５およびＰ
+ 領域２８によってＰＮ接合が形成される。これによ
り、Ｎ+ 領域２５およびＰ+ 領域２８からなる光電面は
薄く形成され、ＵＶ光のみを吸収する厚さに形成され
る。よって、本実施例によってもＵＶ光だけに感度を持
つ半導体ＵＶセンサが実現される。また、ＰＮ接合はイ
オン注入法や熱拡散法といった通常の方法を用いて形成
され、従来のように、エピタキシャル成長法を用いて形
成する必要はない。このため、本実施例においても、良
質なＰＮ接合が簡易に形成される。
膜層２２上において横方向に並ぶＮ+ 領域２５およびＰ
+ 領域２８によってＰＮ接合が形成される。これによ
り、Ｎ+ 領域２５およびＰ+ 領域２８からなる光電面は
薄く形成され、ＵＶ光のみを吸収する厚さに形成され
る。よって、本実施例によってもＵＶ光だけに感度を持
つ半導体ＵＶセンサが実現される。また、ＰＮ接合はイ
オン注入法や熱拡散法といった通常の方法を用いて形成
され、従来のように、エピタキシャル成長法を用いて形
成する必要はない。このため、本実施例においても、良
質なＰＮ接合が簡易に形成される。
【００３６】さらに、本実施例においては、Ｎ+ 領域２
５およびＰ+ 領域２８がそれぞれ櫛形に形成され、各導
電領域が噛み合わさった構造になっている。このため、
この実施例によれば各導電領域の対向長が長くなり、基
板横方向に形成される空乏層３０は、上述した比較例に
おける空乏層１６（図１参照）に比較して格段に拡大す
る。上述の比較例の構造においては、Ｐ+ 領域１３内に
生じた光電荷の寿命が十分に長ければ問題はないが、実
際には光電荷の寿命は有限であり、光電荷の移動距離が
余り長ければ再結合して失われ、信号出力として寄与し
なくなることがある。信号電荷の再結合の割合を減少さ
せるには、空乏領域内で光が吸収されるか、Ｐ+ 領域２
８内で吸収されたとしても、短い距離を移動するだけで
空乏層３０に到達できれる構造であればよい。本実施例
による櫛形構造はこのような構造を実現したものであ
り、Ｎ+ 領域２５を形成する櫛形は空乏層３０の広がり
を妨げない程度にＰ+ 領域２８に近接して配置されてお
り、ホトダイオードの直列インピーダンスが小さくなっ
ている。このため、空乏層３０に入射光が吸収される確
率は高くなり、また、空乏領域以外に入射光が吸収され
ても、光電荷は短い距離を移動するだけで空乏層３０に
到達できる。よって、光入射によって生じる光電荷が再
結合によって失われる率は低下し、ＵＶ光の検出感度は
向上する。
５およびＰ+ 領域２８がそれぞれ櫛形に形成され、各導
電領域が噛み合わさった構造になっている。このため、
この実施例によれば各導電領域の対向長が長くなり、基
板横方向に形成される空乏層３０は、上述した比較例に
おける空乏層１６（図１参照）に比較して格段に拡大す
る。上述の比較例の構造においては、Ｐ+ 領域１３内に
生じた光電荷の寿命が十分に長ければ問題はないが、実
際には光電荷の寿命は有限であり、光電荷の移動距離が
余り長ければ再結合して失われ、信号出力として寄与し
なくなることがある。信号電荷の再結合の割合を減少さ
せるには、空乏領域内で光が吸収されるか、Ｐ+ 領域２
８内で吸収されたとしても、短い距離を移動するだけで
空乏層３０に到達できれる構造であればよい。本実施例
による櫛形構造はこのような構造を実現したものであ
り、Ｎ+ 領域２５を形成する櫛形は空乏層３０の広がり
を妨げない程度にＰ+ 領域２８に近接して配置されてお
り、ホトダイオードの直列インピーダンスが小さくなっ
ている。このため、空乏層３０に入射光が吸収される確
率は高くなり、また、空乏領域以外に入射光が吸収され
ても、光電荷は短い距離を移動するだけで空乏層３０に
到達できる。よって、光入射によって生じる光電荷が再
結合によって失われる率は低下し、ＵＶ光の検出感度は
向上する。
【００３７】次に、本発明の第２の実施例による半導体
ＵＶセンサについて図４を用いて説明する。
ＵＶセンサについて図４を用いて説明する。
【００３８】ＵＶ感度を高めるには、前述したように、
基板表面にあるＳｉ酸化膜とＰ+ 型不純物層との界面に
不純物濃度のピークを設定する必要がある。この第２実
施例ではＵＶ感度をさらに高めるため、Ｐ+ 型不純物層
の不純物濃度が、結晶内部の酸化膜との界面に近付くほ
ど高くなるようにも形成してある。つまり、図４に示す
ように、Ｓｉ半導体基板４１の一部にＳｉ酸化膜層４２
が形成されたＳＩＭＯＸウエハにおいて、Ｎ領域４３お
よびＰ+ 領域４４は共にＳｉ酸化膜層４２上に並んで形
成されている。このＰ+ 領域４４はバッファＳｉ酸化層
４５を通したイオン注入法によって形成されており、こ
のイオン注入法は高い加速電圧と低い加速電圧との２回
の工程に別けて行われている。このイオン注入により、
Ｐ+ 領域４４の不純物プロファイルは図５に示すプロフ
ァイルに形成されている。ここで、同グラフの横軸は基
板表面からの距離、縦軸はボロン濃度［ｃｍ-3］を示し
ている。また、同プロファイルは、図４のＡ−ａ線に沿
った断面におけるプロファイルを示している。同グラフ
に示されるように、Ｐ+ 領域４４の不純物濃度は、バッ
ファＳｉ酸化層４５に接する基板表面側および基板内部
のＳｉ酸化膜層４２に接する底面側において高く、これ
らの中間部において低く形成されている。つまり、基板
表面と内側の両方でハイ・ロー・ジャンクションが形成
され、Ｐ+ 領域４４の深さ方向でみて中央付近に不純物
濃度の低い部分が出来ている。この低不純物濃度部分に
はポテンシャルの井戸が形成されている。また、Ｎ領域
４３およびＰ+ 領域４４に電気的に接し、アルミ金属配
線４６ａおよび４６ｂが形成されている。アルミ金属配
線４６ａはＮ+ 領域４８を介してＮ領域４３に接触して
いる。
基板表面にあるＳｉ酸化膜とＰ+ 型不純物層との界面に
不純物濃度のピークを設定する必要がある。この第２実
施例ではＵＶ感度をさらに高めるため、Ｐ+ 型不純物層
の不純物濃度が、結晶内部の酸化膜との界面に近付くほ
ど高くなるようにも形成してある。つまり、図４に示す
ように、Ｓｉ半導体基板４１の一部にＳｉ酸化膜層４２
が形成されたＳＩＭＯＸウエハにおいて、Ｎ領域４３お
よびＰ+ 領域４４は共にＳｉ酸化膜層４２上に並んで形
成されている。このＰ+ 領域４４はバッファＳｉ酸化層
４５を通したイオン注入法によって形成されており、こ
のイオン注入法は高い加速電圧と低い加速電圧との２回
の工程に別けて行われている。このイオン注入により、
Ｐ+ 領域４４の不純物プロファイルは図５に示すプロフ
ァイルに形成されている。ここで、同グラフの横軸は基
板表面からの距離、縦軸はボロン濃度［ｃｍ-3］を示し
ている。また、同プロファイルは、図４のＡ−ａ線に沿
った断面におけるプロファイルを示している。同グラフ
に示されるように、Ｐ+ 領域４４の不純物濃度は、バッ
ファＳｉ酸化層４５に接する基板表面側および基板内部
のＳｉ酸化膜層４２に接する底面側において高く、これ
らの中間部において低く形成されている。つまり、基板
表面と内側の両方でハイ・ロー・ジャンクションが形成
され、Ｐ+ 領域４４の深さ方向でみて中央付近に不純物
濃度の低い部分が出来ている。この低不純物濃度部分に
はポテンシャルの井戸が形成されている。また、Ｎ領域
４３およびＰ+ 領域４４に電気的に接し、アルミ金属配
線４６ａおよび４６ｂが形成されている。アルミ金属配
線４６ａはＮ+ 領域４８を介してＮ領域４３に接触して
いる。
【００３９】各金属配線４６ａ，ｂを介してＮ領域４３
およびＰ+ 領域４４からなるＰＮ接合に逆バイアスを与
えると、Ｐ+ 領域４４の周囲には空乏層４７が形成され
る。光入射によってＰ+ 領域４４に生じた光電子は、図
４の縦方向の矢印に示すように、ポテンシャル井戸に集
められる。そして、同図の横方向の矢印に示すように、
ポテンシャル井戸内を横方向に移動してＰＮ接合界面の
空乏層４７に到達する。Ｓｉ層−Ｓｉ酸化膜の界面は結
晶が不連続になるため、界面準位が存在し、界面準位の
近くに光電荷がいくと捕獲されて失われる。しかし、本
実施例によるＵＶセンサによれば、光入射によって生じ
た光電子はポテンシャル井戸内を移動するため、界面準
位にほとんど捕獲されることなく空乏層４７まで到達す
る。従って、光入射によって生じた光電荷は再結合しに
くく、効率良く検出される。このため、半導体ＵＶセン
サの検出効率は向上し、ＵＶ感度は高くなる。
およびＰ+ 領域４４からなるＰＮ接合に逆バイアスを与
えると、Ｐ+ 領域４４の周囲には空乏層４７が形成され
る。光入射によってＰ+ 領域４４に生じた光電子は、図
４の縦方向の矢印に示すように、ポテンシャル井戸に集
められる。そして、同図の横方向の矢印に示すように、
ポテンシャル井戸内を横方向に移動してＰＮ接合界面の
空乏層４７に到達する。Ｓｉ層−Ｓｉ酸化膜の界面は結
晶が不連続になるため、界面準位が存在し、界面準位の
近くに光電荷がいくと捕獲されて失われる。しかし、本
実施例によるＵＶセンサによれば、光入射によって生じ
た光電子はポテンシャル井戸内を移動するため、界面準
位にほとんど捕獲されることなく空乏層４７まで到達す
る。従って、光入射によって生じた光電荷は再結合しに
くく、効率良く検出される。このため、半導体ＵＶセン
サの検出効率は向上し、ＵＶ感度は高くなる。
【００４０】次に、本発明の第３の実施例による半導体
ＵＶセンサについて図６を用いて説明する。なお、同図
において、図４と同一部分には同一符号を付してその説
明は省略する。
ＵＶセンサについて図６を用いて説明する。なお、同図
において、図４と同一部分には同一符号を付してその説
明は省略する。
【００４１】上述の第２実施例では、ＵＶ感度を高める
ためにＰ+ 型領域４４の不純物濃度が、結晶表面のバッ
ファ酸化膜４５との界面、および結晶内部のＳｉ酸化膜
４２との界面に近付くほど高くなるように形成してあっ
たが、本実施例による半導体ＵＶセンサでは、Ｎ型領域
５１の不純物濃度も、結晶表面のバッファ酸化膜４５と
の界面、および結晶内部のＳｉ酸化膜４２との界面に近
付くほど高くなるように形成してある。プロセス上は、
Ｎ型領域５１を形成するためのイオン注入が高い加速電
圧と低い加速電圧との２回に別けて行われる。つまり、
高い加速電圧のイオン注入により、結晶内部のＳｉ酸化
膜４２との界面に不純物濃度のピークが形成され、低い
加速電圧のイオン注入により、結晶表面のバッファ酸化
膜４５との界面に不純物濃度のピークが形成される。従
って、Ｐ+ 領域４４と同様に半導体層の中間に低不純物
濃度領域が形成され、ポテンシャル井戸が構成される。
なお、図４の断面構造には空乏領域４７を図示して説明
したが、図６の本実施例の断面構造には空乏領域は図示
していない。しかし、この空乏領域は現実には必ず存在
する。
ためにＰ+ 型領域４４の不純物濃度が、結晶表面のバッ
ファ酸化膜４５との界面、および結晶内部のＳｉ酸化膜
４２との界面に近付くほど高くなるように形成してあっ
たが、本実施例による半導体ＵＶセンサでは、Ｎ型領域
５１の不純物濃度も、結晶表面のバッファ酸化膜４５と
の界面、および結晶内部のＳｉ酸化膜４２との界面に近
付くほど高くなるように形成してある。プロセス上は、
Ｎ型領域５１を形成するためのイオン注入が高い加速電
圧と低い加速電圧との２回に別けて行われる。つまり、
高い加速電圧のイオン注入により、結晶内部のＳｉ酸化
膜４２との界面に不純物濃度のピークが形成され、低い
加速電圧のイオン注入により、結晶表面のバッファ酸化
膜４５との界面に不純物濃度のピークが形成される。従
って、Ｐ+ 領域４４と同様に半導体層の中間に低不純物
濃度領域が形成され、ポテンシャル井戸が構成される。
なお、図４の断面構造には空乏領域４７を図示して説明
したが、図６の本実施例の断面構造には空乏領域は図示
していない。しかし、この空乏領域は現実には必ず存在
する。
【００４２】このような本実施例による構造において
も、Ｐ+ 領域４４で生じた光電子は不純物濃度差による
ハイ・ロー・ジャンクションのビルトインポテンシャル
で図示の縦向きの矢印の方向に移動し、ポテンシャル井
戸に集められる。ポテンシャル井戸内に集められた光電
子はさらに横向きの矢印の方向に移動し、Ｐ+ 領域４４
とＮ領域５１とからなるＰＮ接合部に生じた空乏領域に
到達する。さらに、本実施例による構造においては、Ｎ
領域５１にもポテンシャル井戸が形成されているため、
Ｎ領域５１で生じた正孔も不純物濃度差によるハイ・ロ
ー・ジャンクションのビルトイン・ポテンシャルで同領
域の縦向きの矢印の方向に移動してポテンシャル井戸に
集められ、さらに、横向きの矢印の方向に移動して空乏
領域に注入される。前述したように、Ｓｉ層−Ｓｉ酸化
膜の界面には界面準位が存在し、界面準位の近くに光電
荷がいくと捕獲されて失われるが、ビルトイン・ポテン
シャルによってＰ+ 領域４４およびＮ領域５１の双方で
生じた信号電荷が一旦各ポテンシャル井戸に集められ、
これら井戸内を横に移動してＰＮ接合界面の空乏領域に
それぞれ到達する。このため、本実施例においてはＰ+
領域４４およびＮ領域５１の双方で生じた信号電荷が再
結合しにくい状態で空乏層に注入されるため、上述の第
２の実施例の構造よりもさらに高いＵＶ感度を持つ半導
体ＵＶセンサが実現される。
も、Ｐ+ 領域４４で生じた光電子は不純物濃度差による
ハイ・ロー・ジャンクションのビルトインポテンシャル
で図示の縦向きの矢印の方向に移動し、ポテンシャル井
戸に集められる。ポテンシャル井戸内に集められた光電
子はさらに横向きの矢印の方向に移動し、Ｐ+ 領域４４
とＮ領域５１とからなるＰＮ接合部に生じた空乏領域に
到達する。さらに、本実施例による構造においては、Ｎ
領域５１にもポテンシャル井戸が形成されているため、
Ｎ領域５１で生じた正孔も不純物濃度差によるハイ・ロ
ー・ジャンクションのビルトイン・ポテンシャルで同領
域の縦向きの矢印の方向に移動してポテンシャル井戸に
集められ、さらに、横向きの矢印の方向に移動して空乏
領域に注入される。前述したように、Ｓｉ層−Ｓｉ酸化
膜の界面には界面準位が存在し、界面準位の近くに光電
荷がいくと捕獲されて失われるが、ビルトイン・ポテン
シャルによってＰ+ 領域４４およびＮ領域５１の双方で
生じた信号電荷が一旦各ポテンシャル井戸に集められ、
これら井戸内を横に移動してＰＮ接合界面の空乏領域に
それぞれ到達する。このため、本実施例においてはＰ+
領域４４およびＮ領域５１の双方で生じた信号電荷が再
結合しにくい状態で空乏層に注入されるため、上述の第
２の実施例の構造よりもさらに高いＵＶ感度を持つ半導
体ＵＶセンサが実現される。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、絶
縁層上において横方向に並ぶ第１導電領域および第２導
電領域によってＰＮ接合が形成され、受光素子を構成す
るこのＰＮ接合は基板の横方向に形成される。従って、
従来のようにＰ層とＮ層とを縦方向に積層する必要はな
く、入射光を受光する半導体層は紫外線だけを吸収する
厚さに薄く形成される。このため、ＵＶ光のみが半導体
層に吸収されるようになり、青色，緑色といった必要の
ない光に対しては感度を持たなくなる。つまり、可視域
から近赤外域に感度を持たない半導体ＵＶセンサがＵＶ
透過フィルタ等を用いずに実現することが可能になる。
また、従来のようにＰＮ接合を縦方向に薄く形成するた
め、エピタキシャル成長法を用いてＰＮ接合を形成する
必要もなくなる。このため、ＳＩＭＯＸウエハを形成す
るためのイオン注入で生じた結晶欠陥が、エピタキシャ
ル成長工程において増長するといったことはない。よっ
て、熱拡散やイオン注入といった通常の方法を用いて、
良質なＰＮ接合を簡易に形成することが可能になり、安
価で劣化のない半導体ＵＶセンサが得られる。
縁層上において横方向に並ぶ第１導電領域および第２導
電領域によってＰＮ接合が形成され、受光素子を構成す
るこのＰＮ接合は基板の横方向に形成される。従って、
従来のようにＰ層とＮ層とを縦方向に積層する必要はな
く、入射光を受光する半導体層は紫外線だけを吸収する
厚さに薄く形成される。このため、ＵＶ光のみが半導体
層に吸収されるようになり、青色，緑色といった必要の
ない光に対しては感度を持たなくなる。つまり、可視域
から近赤外域に感度を持たない半導体ＵＶセンサがＵＶ
透過フィルタ等を用いずに実現することが可能になる。
また、従来のようにＰＮ接合を縦方向に薄く形成するた
め、エピタキシャル成長法を用いてＰＮ接合を形成する
必要もなくなる。このため、ＳＩＭＯＸウエハを形成す
るためのイオン注入で生じた結晶欠陥が、エピタキシャ
ル成長工程において増長するといったことはない。よっ
て、熱拡散やイオン注入といった通常の方法を用いて、
良質なＰＮ接合を簡易に形成することが可能になり、安
価で劣化のない半導体ＵＶセンサが得られる。
【００４４】また、各導電領域が櫛形に形成されること
により、各導電領域の対向部分が長くなり、基板横方向
に形成される空乏領域は拡大する。このため、空乏領域
に入射光が吸収される確率は高くなり、また、空乏領域
以外に入射光が吸収されても、光電荷は短い距離を移動
するだけで空乏領域に到達できる。よって、光入射によ
って生じる光電荷が再結合によって失われる率は低下
し、ＵＶ光の検出感度は向上する。
により、各導電領域の対向部分が長くなり、基板横方向
に形成される空乏領域は拡大する。このため、空乏領域
に入射光が吸収される確率は高くなり、また、空乏領域
以外に入射光が吸収されても、光電荷は短い距離を移動
するだけで空乏領域に到達できる。よって、光入射によ
って生じる光電荷が再結合によって失われる率は低下
し、ＵＶ光の検出感度は向上する。
【００４５】また、第２導電領域の不純物濃度が、その
表面および底面において高く、これらの中間部において
低く形成されていると、この中間部のエネルギ障壁は低
くなり、この中間部を谷とするポテンシャル井戸が形成
される。従って、第２導電領域に入射した光によって生
じた光電荷は一旦このポテンシャル井戸に集められ、集
められた光電荷はこのポテンシャル井戸内を基板横方向
に移動して空乏領域に到達する。このため、光入射によ
って生じた光電荷は、半導体層の表面に生じる表面準位
に捕獲されることなく、空乏領域まで輸送される。従っ
て、光入射によって生じた光電荷は効率良く検出され、
半導体ＵＶセンサの検出効率は向上する。
表面および底面において高く、これらの中間部において
低く形成されていると、この中間部のエネルギ障壁は低
くなり、この中間部を谷とするポテンシャル井戸が形成
される。従って、第２導電領域に入射した光によって生
じた光電荷は一旦このポテンシャル井戸に集められ、集
められた光電荷はこのポテンシャル井戸内を基板横方向
に移動して空乏領域に到達する。このため、光入射によ
って生じた光電荷は、半導体層の表面に生じる表面準位
に捕獲されることなく、空乏領域まで輸送される。従っ
て、光入射によって生じた光電荷は効率良く検出され、
半導体ＵＶセンサの検出効率は向上する。
【００４６】また、さらに第１導電領域の不純物濃度
が、その表面および底面において高く、これらの中間部
において低く形成されていると、第１導電領域に入射し
た光によって生じた光電荷もこの中間部に形成されたポ
テンシャル井戸に集められ、再結合することなく基板横
方向を移動して空乏領域に到達する。このため、第１導
電領域および第２導電領域の各領域に生じた光電荷がよ
り効率良く検出され、半導体ＵＶセンサの検出効率はよ
り向上する。
が、その表面および底面において高く、これらの中間部
において低く形成されていると、第１導電領域に入射し
た光によって生じた光電荷もこの中間部に形成されたポ
テンシャル井戸に集められ、再結合することなく基板横
方向を移動して空乏領域に到達する。このため、第１導
電領域および第２導電領域の各領域に生じた光電荷がよ
り効率良く検出され、半導体ＵＶセンサの検出効率はよ
り向上する。
【図１】本発明に対する比較例となる半導体ＵＶセンサ
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例による半導体ＵＶセンサ
の製造工程の前半を示す工程断面図である。
の製造工程の前半を示す工程断面図である。
【図３】第１の実施例による半導体ＵＶセンサの製造工
程の後半を示す工程断面図である。
程の後半を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例による半導体ＵＶセンサ
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図５】第２の実施例による半導体ＵＶセンサにおける
Ｐ+ 領域の不純物プロファイルを示すグラフである。
Ｐ+ 領域の不純物プロファイルを示すグラフである。
【図６】本発明の第３の実施例による半導体ＵＶセンサ
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図７】従来の半導体ＵＶセンサを示す断面図である。
【図８】従来の半導体ＵＶセンサを構成するホトダイオ
ードの分光感度特性を示すグラフである。
ードの分光感度特性を示すグラフである。
１１…単結晶Ｓｉ半導体基板、１２…Ｎ型半導体層、１
３…Ｐ+ 型拡散層、１４…Ｎ+ 型拡散層、１５ａ、ｂ…
アルミ配線金属、１６…空乏領域。
３…Ｐ+ 型拡散層、１４…Ｎ+ 型拡散層、１５ａ、ｂ…
アルミ配線金属、１６…空乏領域。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平１−309387（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−2377（ＪＰ，Ａ)
特開 昭51−64886（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−102282（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−231776（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/00- 31/12
Claims (4)
- 【請求項１】 絶縁層上に櫛形に形成された第１導電領
域と、前記絶縁層上にこの第１導電領域と空乏層形成領
域をはさんで噛み合う櫛形に形成された第２導電領域
と、を有し、厚さ２０００〜３０００Åの単結晶シリコ
ンからなる半導体層と、前記第１導電領域および前記第
２導電領域にそれぞれ電気的に接続される第１の電極お
よび第２の電極と、を備える半導体紫外線センサ。 - 【請求項２】 前記第２導電領域の不純物濃度は、その
表面および底面において高く、これらの中間部において
低く形成されていることを特徴とする請求項１記載の半
導体紫外線センサ。 - 【請求項３】 前記第１導電領域の不純物濃度は、その
表面および底面において高く、これらの中間部において
低く形成されていることを特徴とする請求項２記載の半
導体紫外線センサ。 - 【請求項４】 前記絶縁層は、シリコン半導体基板に酸
素原子がイオン注入されて形成された酸化シリコン層で
あることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
半導体紫外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30936393A JP3471394B2 (ja) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | 半導体紫外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30936393A JP3471394B2 (ja) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | 半導体紫外線センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07162024A JPH07162024A (ja) | 1995-06-23 |
| JP3471394B2 true JP3471394B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=17992106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30936393A Expired - Fee Related JP3471394B2 (ja) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | 半導体紫外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3471394B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7791156B2 (en) | 2007-04-23 | 2010-09-07 | Oki Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor device, optical measuring and detecting device, and method of manufacturing the same |
| CN101447527B (zh) * | 2007-11-30 | 2012-07-18 | Oki半导体株式会社 | 光电二极管的制造方法及使用其而形成的光电二极管 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP4232814B2 (ja) | 2006-11-14 | 2009-03-04 | 沖電気工業株式会社 | フォトダイオードおよびそれを備えたフォトｉｃ |
| US7709920B2 (en) | 2006-11-14 | 2010-05-04 | Oki Semiconductor Co., Ltd. | Photodiode arrangement |
| JP2008235477A (ja) | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Oki Electric Ind Co Ltd | フォトダイオードおよびそれを用いたフォトｉｃ |
| JP4324685B2 (ja) | 2007-03-29 | 2009-09-02 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | 紫外線受光素子およびその製造方法、並びに紫外線量測定装置 |
| JP4302751B2 (ja) | 2007-03-29 | 2009-07-29 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | 半導体光センサ |
| JP4503060B2 (ja) * | 2007-09-21 | 2010-07-14 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | 紫外線センサ、紫外線センサの設定方法 |
| JP2009170614A (ja) | 2008-01-15 | 2009-07-30 | Oki Semiconductor Co Ltd | 光センサおよびそれを備えたフォトｉｃ |
| JP2009170615A (ja) * | 2008-01-15 | 2009-07-30 | Oki Semiconductor Co Ltd | 光センサおよびそれを備えたフォトｉｃ |
| JP4530180B2 (ja) * | 2008-01-22 | 2010-08-25 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | 紫外線センサおよびその製造方法 |
| JP5189391B2 (ja) | 2008-03-27 | 2013-04-24 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 光センサ |
| JP5214329B2 (ja) * | 2008-05-19 | 2013-06-19 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | Ｕｖセンサ及びその製造方法 |
| JP2009278037A (ja) * | 2008-05-19 | 2009-11-26 | Oki Semiconductor Co Ltd | 光電流推定方法及びそれを用いた半導体ｕｖセンサのスクリーニング方法 |
| JP5530083B2 (ja) * | 2008-08-08 | 2014-06-25 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 光センサ |
| JP2012109603A (ja) * | 2012-02-08 | 2012-06-07 | Lapis Semiconductor Co Ltd | 半導体装置、光測定装置、光検出装置、及び半導体装置の製造方法 |
| CN113937174B (zh) | 2021-10-14 | 2023-12-12 | 南京大学 | 一种基于选区离子注入的碳化硅基横向pn结极紫外探测器及其制备方法 |
-
1993
- 1993-12-09 JP JP30936393A patent/JP3471394B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7791156B2 (en) | 2007-04-23 | 2010-09-07 | Oki Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor device, optical measuring and detecting device, and method of manufacturing the same |
| CN101447527B (zh) * | 2007-11-30 | 2012-07-18 | Oki半导体株式会社 | 光电二极管的制造方法及使用其而形成的光电二极管 |
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|---|---|
| JPH07162024A (ja) | 1995-06-23 |
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