JP3516552B2 - 受光素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、受光素子及びその
製造方法に関しており、特に、波長の短い光に対して高
い感度で応答することのできる受光素子及びその製造方
法に関する。特に、本発明は、デジタルビデオディスク
（ＤＶＤ）再生装置の光ピックアップに適した受光素子
及びその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】受光素子は、光エネルギーを受けて、そ
れを電気エネルギーに変換する素子である。このような
受光素子は、様々な装置に用いられている。近年、Ｃ
Ｄ、ＭＯ、ＰＤ、及びＤＶＤ等の光学記録媒体の需要が
増大するにつれ、光ピックアップに用いられる受光素子
の研究開発が積極的に進められている。光学記録媒体の
記録密度は、記録媒体に集光される光ビームのスポット
サイズが小さいほど高くなる。光ビームのスポットサイ
ズは、光の波長の二乗に比例するので、光源である半導
体レーザ素子の発振波長を短くすることが検討されてい
る。ＤＶＤの再生装置では、まず、波長６５０ｎｍまた
は６３５ｎｍのレーザ光が使用され、将来的には、波長
４３０ｎｍ前後のレーザ光が使用される。 【０００３】受光素子による光電変換は、半導体中に形
成されたＰＮ接合に逆バイアスを印加し、それによって
形成した空乏層及びその近傍に、光を照射することによ
って行われる。光の照射は半導体中にキャリアを励起
（生成）し、励起されたキャリア（光キャリア）は拡散
層及び空乏層に生じた電位勾配に従って移動し、ＰＮ接
合に到達することによって光起電力（光電流）が生まれ
る。 【０００４】半導体表面に照射された光は、半導体に吸
収されながら内部に侵入してゆくので、半導体中の光の
強度は、半導体表面からの距離（深さ）に応じて指数関
数的に減少する。上記キャリアは半導体に吸収された光
によって生成されるため、吸収係数αの大きな光ほど、
半導体表面の近傍にキャリアを生成することになる。光
の吸収係数αは、光の波長と半導体の種類によって異な
る。 【０００５】半導体内部に侵入した光の強度が、半導体
表面における強度の１０％に低下する位置の半導体表面
から計測した距離（深さ）を、本願明細書では、「侵入
長（侵入深さ）」と呼ぶことにする。図９は、シリコン
における光の強度（表面における光の強度を１とした場
合の、光強度の割合）が、シリコン表面からの深さに依
存してどのように変化するかを示すグラフである。図９
からわかるように、例えば、波長が７８０ｎｍの光の
「侵入長」は、約２０μｍである。 【０００６】以下に、図１０（ａ）〜（ｄ）を参照しな
がら、従来の受光素子の製造方法を説明する。 【０００７】まず、図１０（ａ）に示されるように、公
知のエピタキャル成長法を用いて、Ｎ型単結晶シリコン
基板１０１の主面の上、全面に、Ｎ型エピタキシャル成
長層１０２を形成する。次に、酸化性雰囲気中で熱処理
を行うことによって、Ｎ型エピタキシャル成長層１０２
の表面を熱酸化し、ＳｉＯ₂膜１０４を形成する。 【０００８】次に、図１０（ｂ）に示すように、公知の
リソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、絶縁膜
１０４に開口部１０５を設け、Ｎ型エピタキシャル成長
層１０２の表面１０６を部分的に露出させる。この開口
部１０５の形状及び位置は、フォトダイオードを形成す
べき領域を規定する。 【０００９】次に、図１０（ｃ）に示されるように、Ｎ
型エピタキシャル成長層１０２の表面１０６のうち、開
口部１０５で露出する領域に、Ｐ型不純物イオンを注入
する。イオン注入直後の不純物濃度プロファイルのピー
クは、エピタキシャル成長層１０２の内部に位置する。 【００１０】次に、不純物活性化のための熱処理を行
う。この熱処理によって、不純物が活性化されるととも
に、不純物が拡散し、図１０（ｄ）に示されるように、
不純物拡散領域１０３が形成される。このようして形成
された受光素子のフォトダイオードは、図１１に示すよ
うな不純物濃度プロファイルを有している。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術によれ
ば、比較的に波長の短い光に対して感度が極めて低く、
高いＳ／Ｎ比が得られないという問題がある。 【００１２】例えば、従来の光ピックアップに用いられ
る受光素子では、せいぜい、波長が７８０ｎｍ程度のレ
ーザ光を検出できれば良かったが、今後は、更に短い波
長の光、例えば、４３０ｎｍ程度のレーザ光を高い感度
で検出することが強く望まれるようになってくる。この
ような短い波長の光は、図９から明らかなように、シリ
コン表面から約１μｍの範囲内でほとんど吸収される。 【００１３】従来の受光素子に形成されたフォトダイオ
ードは、図１１に示すような不純物濃度プロファイルを
有している。図１１から明らかなように、表面近傍で不
純物濃度の低下がみられる。この不純物濃度の低下は、
従来の製造方法を採用している限り、避けられない現象
である。特に、不純物イオンの注入後にシリコン表面を
熱酸化して、清浄なシリコン／酸化膜界面を形成する場
合、シリコン中の不純物が熱酸化膜中に取り込まれ（パ
イルアップ）、シリコン表面の不純物濃度が低下する
（偏析現象）。このため、従来の製造方法を実施する限
り、図１１に示されるように、シリコン表面近傍で不純
物濃度が低下してしまう。 【００１４】波長が７８０ｎｍまたはそれ以上の光に対
して用いられる受光素子では、このような表面近傍での
不純物濃度の低下は、ほとんど問題になることなく、特
に重要視されない現象であった。それは、波長が７８０
ｎｍまたはそれ以上の光に対しては、シリコンにおける
光の侵入長が約２０μｍを越える大きさを持ち、シリコ
ン表面から深い位置まで光が到達していたため、表面近
傍（深さが約０．５μｍ以下の領域）でのキャリアの振
る舞いが、受光素子の感度にほとんど影響を与えていな
かったからである。 【００１５】しかし、シリコンにおける光の侵入長は、
波長が青色領域（例えば、４３０ｎｍまたはそれ以下）
の光に対しては約１μｍを下回るため、シリコン表面か
ら深い位置まで光が到達しない。このため、受光素子が
青色領域の光を受けた場合は、表面近傍（例えば、深さ
が約０．５μｍ以下の領域）でのキャリアの振る舞い
が、受光素子の感度に重要な影響を与えると考えられ
る。 【００１６】より詳細に述べれば、図１１に示すような
不純物濃度プロファイルを持つフォトダイオードでは、
ＰＮ接合に逆バイアスを印加した場合、光の照射によっ
て発生したキャリアのうち半導体表面の近傍で発生した
ものは、表面より内部にピークを持つＰ型拡散層のポテ
ンシャル分布によって、表面側に移動し、表面再結合に
よって消滅することになる。 【００１７】従来のような不純物プロファイルを持つ受
光素子において、このような表面再結合（界面再結合）
によって消滅する光キャリアの割合は、波長が４３０ｎ
ｍの光の場合、全体の最大６０％にも達すると考えられ
る。このため、光電変換効率は、理論的には、０．３５
Ａ／Ｗ程度になるが、現実には、０．１５Ａ／Ｗ程度に
しかならないと計算される。 【００１８】本願発明者は、デジタルビデオディスク
（ＤＶＤ）等の光情報記録媒体から青色レーザ光を用い
て高密度情報を再生する場合において、上記現象が光ピ
ックアップの感度を著しく低下させると予測する。 【００１９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、光の入射に
よって半導体中に発生したキャリア（光キャリア）のう
ち、半導体表面で再結合して消滅するものの割合を低減
し、侵入長の比較的短い光に対して高い感度で光電変換
を達成できる受光素子及びその製造方法を提供すること
にある。 【００２０】 【課題を解決するための手段】本発明による受光素子の
製造方法は、開口部を有する絶縁膜を第１導電型の半導
体層の上に形成する工程と、該絶縁膜の開口部内で露出
する該半導体層の表面を覆うように、多層構造を有する
反射防止膜を構成する幾つかの層を堆積する工程と、該
反射防止膜を構成する幾つかの層を介して第２導電型不
純物イオンを該半導体層に注入し、該絶縁膜の開口部の
直下にフォトダイオードのための第２導電型の不純物拡
散層を形成する工程と、該反射防止膜を構成する幾つか
の層の上に該反射防止膜の残りの層を堆積する工程とを
包含し、該不純物拡散層を形成する工程は、不純物濃度
プロファイルのピークが該反射防止膜中に位置するよう
に該第２導電型不純物イオンを注入する工程を包含し、
該反射防止膜の厚さは、該第２導電型不純物イオンの注
入による該反射防止膜の屈折率変化を考慮して設定さ
れ、これにより上記目的を達成する。 【００２７】 【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。 【００２８】本発明による受光素子は、第１導電型の半
導体層と、この半導体層内に形成された第２導電型の不
純物拡散層とを備えている。不純物拡散層の不純物濃度
は、第１導電型半導体層の表面近傍において半導体層の
内部よりも高く、そのことによって、光の入射によって
半導体層の表面近傍に発生したキャリアが半導体層の内
部に流れる。 【００２９】（参考例） 以下、図面を参照しながら、本発明による受光素子の参
考例を説明する。 【００３０】まず、図１を参照する。図１に示す受光素
子は、Ｎ型単結晶シリコン基板１と、その上に形成され
たＮ型エピタキシャル成長層（単結晶シリコン層）２
と、Ｎ型エピタキシャル成長層２の受光部内に形成され
た複数のＰ型不純物拡散層３とを備えている。Ｎ型エピ
タキシャル成長層２の表面は、凹部を有する絶縁膜（Ｓ
ｉＯ₂膜）４によって覆われている。本願明細書におい
ては、絶縁膜４の「凹部」とは、絶縁膜４の他の部分よ
りも厚さの薄い部分を指し、不純物拡散層３は、この凹
部の直下に形成されている。 【００３１】なお、図１には受光素子の受光部だけが示
されているが、エピタキシャル成長層２の不図示の部分
（非受光部）に、例えば、受光部からの信号を処理する
ための周辺回路が形成されてもよい。このような信号処
理回路は、バイポーラトランジスタ等によって形成され
ることが好ましい。 【００３２】Ｎ型単結晶シリコン基板１としては、例え
ば、面方位が（１１１）で、比抵抗が０．０１〜０．１
Ω・ｃｍの基板が用いられる。本参考例のＮ型エピタキ
シャル成長層２は、厚さが１．０〜１０μｍで、不純物
濃度は例えば１×１０¹⁵ｃｍ^-3である。 【００３３】Ｐ型不純物拡散層３は、Ｎ型エピタキシャ
ル成長層２の選択された領域の表面からＰ型不純物が拡
散され、導電型がＮ型からＰ型へ反転した領域であり、
エピタキシャル成長層２のＮ型領域との間でＰＮ接合を
形成している。受光素子が動作するとき、このＰＮ接合
には逆バイアス電圧が印加され、それによって空乏層が
形成される。空乏層及びその近傍（空乏層端から拡散長
程度の距離内）で光照射によって生じたキャリアは、光
の強度に応じた大きさを持つ電流を形成する。この電流
（または電圧）を測定することによって、受けた光の強
度を検出することができる。 【００３４】なお、Ｎ型エピタキシャル成長層２をシリ
コン基板１の上に形成することなく、Ｐ型不純物拡散層
３を、直接、Ｎ型シリコン基板１内に形成しても良い。
本実施例で、Ｎ型エピタキシャル成長層２をシリコン基
板１の上に形成している理由は、周辺回路のバイポーラ
トランジスタをＮ型エピタキシャル成長層２に形成する
ことを念頭に置いているからである。一般に、バイポー
ラトランジスタを形成するためには、エピタキシャル成
長層の形成が必要となる。 【００３５】図２は、本参考例の受光素子の受光部にお
いて、Ｎ型エピタキシャル成長層２の表面から深さ方向
に沿って計測した不純物濃度のプロファイル（Depth Pr
ofile）を示している。図２から明らかなように、エピ
タキシャル成長層２の表面（深さ：０μｍ）から内部に
向かって、Ｐ型不純物の濃度は単調に減少している。言
い換えると、エピタキシャル成長層２の表面近傍で不純
物濃度は低下しておらず、表面に近づくにつれ不純物濃
度は高くなる。図１に示す例では、表面で不純物濃度
は、約２×１０¹⁸ｃｍ^-3という値を示している。 【００３６】このような不純物濃度プロファイルの不純
物拡散領域は、光キャリアが半導体表面に向かって移動
するときのポテンシャルバリアとなる。そのため、光の
照射を受けて不純物拡散層３の表面近傍に生じたキャリ
アは、不純物拡散層３の表面側にではなく、内部側に移
動することができる。 【００３７】このような不純物プロファイルを持つ受光
素子においては、表面再結合（界面再結合）によって消
滅する光キャリアの割合は、波長が４３０ｎｍの光の場
合、全体の約１０％以下に減少すると考えられる。この
ため、フォトダイオードの光感度は、エピタキシャル層
の再結合による光キャリアの消滅が支配的となり、光電
変換効率は、０．２５〜０．３Ａ／Ｗにまで向上する。 【００３８】次に、図３（ａ）〜（ｄ）を参照しなが
ら、上記受光素子の製造方法を説明する。 【００３９】まず、図３（ａ）に示されるように、公知
のエピタキャル成長法を用いて、Ｎ型単結晶シリコン基
板１の主面の全面に、Ｎ型エピタキシャル成長層２を形
成する。次に、酸化性雰囲気（例えば、酸素や水蒸気）
中で熱処理を行い、Ｎ型エピタキシャル成長層２の表面
を熱酸化することによって、第１の絶縁膜（ＳｉＯ
₂膜）４ａを形成する（第１の熱酸化工程）。例えば、
水蒸気雰囲気で、約５０分間、温度１０００〜１１００
℃の熱処理を行えば、３００〜６００ｎｍの厚さを持っ
た熱酸化膜が得られる。本参考例では、厚さ約５００ｎ
ｍの熱酸化膜を形成している。この第１の熱酸化膜４ａ
は、あとの不純物イオン注入工程でマスクとして機能す
る。従って、その厚さは、注入された不純物イオンがＮ
型エピタキシャル成長層２の表面に到達しないように設
定される。 【００４０】次に、図３（ｂ）に示すように、公知のリ
ソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第１の絶
縁膜４ａに開口部５を設け、Ｎ型エピタキシャル成長層
２の表面６を部分的に露出させる。この開口部５の形状
及び位置は、フォトダイオードを形成すべき領域、言い
換えると、不純物拡散層３を形成すべき領域の形状及び
位置を規定する。開口部５の形成は、開口部５のパター
ンを持ったレジスト層７を第１の絶縁膜４ａ上に形成し
た後、第１の絶縁膜４ａのレジスト層７に覆われていな
い部分をエッチングすることにより行われる。エッチン
グは、ドライエッチングまたはウェットエッチングの何
れであっても良い。また、一般に、ウェットエッチング
はドライエッチングに比較して表面６に損傷を与えにく
いので、ドライエッチングで第１の絶縁膜４ａを薄膜化
した後、引き続いてウェットエッチングで薄膜化した部
分を除去するという２段階エッチングを行っても良い。 【００４１】なお、受光素子が、光ピックアップ用に用
いられるとき、受光部には複数のフォトダイオードが形
成されるので、当然、第１の絶縁膜４ａに設けられる開
口部５の数は複数である。 【００４２】レジスト層７を除去した後、第２の熱酸化
工程を行う。この工程は、前記第１の熱酸化工程と同様
の方法で行われ得る。図３（ｃ）に示されるように、こ
の熱酸化工程によって、第１の絶縁膜４ａの開口部５内
で露出していたエピタキシャル成長層２の表面６を酸化
し、そこに比較的に薄い第２の熱酸化膜（例えば、５０
ｎｍ）４ｂを形成することができる。この熱酸化工程に
よって、第１の熱酸化膜４ａの厚さも増加する。なお、
厳密に言えば、この熱酸化によって、エピタキシャル成
長層２の表面６の位置はエピタキシャル成長層２の内部
に向かって僅かに移動する。本参考例では、第１の熱酸
化膜４ａ及び第２の熱酸化膜４ｂによって、「凹部を有
する絶縁膜４」が構成されている。 【００４３】次に、公知のイオン注入法によって、Ｐ型
不純物（本参考例では「ボロン（Ｂ）」）をエピタキシ
ャル成長層２に注入する。このイオン注入は、注入の投
影飛程（Ｒｐ）が第２の熱酸化膜４ｂの厚さ以下になる
条件で行われる。このようにする理由は、イオン注入直
後の不純物濃度プロファイルのピークを、エピタキシャ
ル成長層２の内部ではなく、第２の熱酸化膜４ｂの内部
に位置させるためである。第２の熱酸化膜４ｂの厚さが
５０ｎｍの場合、例えば、加速エネルギーを１５ｋｅＶ
にすれば良い。この場合、第２の熱酸化膜４ｂの中にあ
って、エピタキシャル成長層２の表面６から約１０ｎｍ
程度離れた位置に不純物濃度プロファイルのピーク（極
大値）が位置する。 【００４４】次に、不純物活性化のため、非酸化性雰囲
気（例えば 窒素ガス）中で、例えば、３０分間、９０
０〜１０００℃の熱処理を行う。この熱処理によって、
不純物が活性化されるとともに、不純物が拡散し、不純
物拡散領域３が形成される（図３（ｄ））。この熱処理
によって不純物が深く拡散することを避けるため、ラン
プアニール法などによって比較的に高温で短時間の熱処
理を行ってもよい。 【００４５】上記工程によって、図２に示す不純物濃度
分布を持った不純物拡散領域３が得られる。 【００４６】なお、図３（ｄ）では、第２の熱酸化膜４
ｂの大部分が除去され、不純物拡散領域３の表面が露出
している状態が示されている。この工程は必ずしも必要
ない。 【００４７】次に、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して、上
記製造工程の間に生じる不純物の再分布を説明する。 【００４８】まず、図４（ａ）は、不純物イオンの注入
直後の濃度分布を模式的に示している。不純物濃度のピ
ークは、エピタキシャル成長層２の表面６と第２の熱酸
化膜４ｂの表面３６との間に位置している。 【００４９】図４（ｂ）は、不純物活性化のための熱処
理後における不純物イオンの濃度分布を模式的に示して
いる。不純物濃度のピークは、なおも、エピタキシャル
成長層２の表面６と第２の熱酸化膜４ｂの表面３６との
間に位置している。この例では、浅い接合を形成するた
め、不純物の拡散（不純物の再分布）が大きく進行しな
いように熱処理を行っている。もし、熱処理の温度が高
く、また、時間が長いと、不純物が深く拡散してしまう
ため、拡散層のプロファイルがなだらかになり、不純物
拡散層３の内蔵電界が弱まる。このため、拡散層中のキ
ャリアの移動時間が長くなり、不純物拡散層３中で発生
したキャリアが再結合により消滅してしまう問題があ
る。従って、不純物活性化のための熱処理条件は、図２
のグラフに示すような不純物の濃度プロファイルが失わ
れないように選択されなければならない。 【００５０】図４（ｃ）は、第２の熱酸化膜４ｂを除去
し、反射防止膜８を堆積した後における不純物イオンの
濃度分布を模式的に示している。この場合、反射防止膜
８の中には、ほとんど不純物は拡散していない。このた
め、不純物濃度のピークは、エピタキシャル成長層２の
表面６（反射防止膜８とエピタキシャル成長層２との界
面）に位置している。 【００５１】不純物活性化のための熱処理は、第２の熱
酸化膜４ｂを除去する前に行っても、あるいは、反射防
止膜８を堆積した後に行っても良い。 【００５２】また、第２の熱酸化膜４ｂを開口部５内に
形成する代わりに、第２の熱酸化膜４ｂと同様の厚さを
持つ絶縁膜を基板上にＣＶＤ法やスパッタリング法によ
って堆積しても良い。ただし、一般に、そのような方法
で堆積された絶縁膜とエピタキシャル成長層２との界面
に比較して、熱酸化膜（４ｂ）とエピタキシャル成長層
２との界面は清浄である。そのため、熱酸化膜（第２の
熱酸化膜４ｂ）を形成する方が、表面再結合（界面再結
合）の原因となる表面準位（界面準位）が形成されにく
いので好ましいといえる。 【００５３】なお、図５に示すように、不純物拡散層３
の表面を覆っている第２の熱酸化膜４ｂを除去して、開
口部を有する絶縁膜４’を形成した後、例えばシリコン
ナイトライド膜からなる反射防止膜８を基板上に堆積し
ても良い。反射防止膜８の厚さは、受光素子の受ける光
の波長に応じて適宜選択される。レーザ光等の単色性の
強い光のための受光素子である場合は、反射防止膜８の
厚さは、λ／（４ｎ）の奇数倍に等しくなるように設定
される。なお、λは光の波長、ｎは反射防止膜８の屈折
率である。反射防止膜８は、単層構造の代わりに多層構
造を有していても良い。 【００５４】また、反射防止膜８は、不純物拡散層３の
表面を覆っている第２の熱酸化膜４ｂを除去することな
く、その上に形成しても良い。その場合、反射防止膜８
の厚さは、第２の熱酸化膜４ｂの存在を考慮して最適化
される。 【００５５】（実施例１） 次に、図６（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、本発明に
よる受光素子の他の製造方法を説明する。 【００５６】まず、参考例で説明した方法と同様の方法
を用いて、図６（ａ）に示される構成を得る。図６
（ａ）では、Ｎ型単結晶シリコン基板１１の上にＮ型エ
ピタキシャル成長層１２が形成されており、Ｎ型エピタ
キシャル成長層１２の表面１６が、開口部１５を有する
絶縁膜（厚さ：３００〜６００ｎｍ）１４で覆われてい
る。開口部１５の形状及び位置は、フォトダイオードを
形成すべき領域、言い換えると、不純物拡散層を形成す
べき領域の形状及び位置を規定する。 【００５７】次に、図６（ｂ）に示されるように、シリ
コンナイトライドからなる反射防止膜（厚さ：約３０〜
２００ｎｍ）１８を絶縁膜１４上に堆積した後、イオン
注入法によってＰ型不純物（本実施例では「ボロン
（Ｂ）」）をエピタキシャル成長層１２に注入する。こ
のイオン注入は、注入の投影飛程（Ｒ_p）が反射防止膜
１８の厚さ以下になる条件で行われる。このようにする
理由は、イオン注入直後の不純物濃度プロファイルのピ
ークを、エピタキシャル成長層１２の内部ではなく、反
射防止膜１８の内部に位置させるためである。 【００５８】反射防止膜１８の厚さが約５０ｎｍの場
合、例えば、加速エネルギーを１７ｋｅＶにすれば良
い。この場合、反射防止膜１８の中にあって、エピタキ
シャル成長層１２の表面から約３０〜４０ｎｍ程度離れ
た位置に不純物濃度プロファイルのピークが位置する。 【００５９】次に、不純物活性化のため、非酸化性雰囲
気（例えば 窒素ガス）中で、例えば、約３０分間、９
００〜１０００℃の熱処理を行う。この熱処理によっ
て、不純物が活性化されるとともに、不純物が拡散し、
不純物拡散領域１３が形成される。 【００６０】上記工程によって、図２に示す不純物濃度
分布を持った不純物拡散領域１３が得られる。 【００６１】このように本実施例では、フォトダイオー
ドのための不純物イオン注入を、反射防止膜１８を堆積
した後に行っており、しかも、注入直後の不純物濃度プ
ロファイルのピークが反射防止膜１８中に位置するよう
にしている。 【００６２】反射防止膜１８は、単層構造の代わりに多
層構造を有していてもよい。反射防止膜が多層構造を有
している場合、まず、反射防止膜を構成する幾つかの層
を基板上に堆積した後に上記不純物イオン注入を行い、
その後に、残りの層を堆積することによって反射防止膜
１８の形成を完了してもよい。 【００６３】なお、反射防止膜１８に不純物イオンの一
部が注入された結果、反射防止膜１８の屈折率が変化す
る可能性がある。そのような屈折率の変化が大きい場合
は、その屈折率の変化を考慮したうえで、反射防止膜１
８の厚さを決定することが好ましい。 【００６４】上記参考例及び実施例１の何れの場合も、
不純物拡散層３を形成するために、絶縁膜（熱酸化膜や
シリコンナイトライド膜）を透過するようにして不純物
イオンを注入する方法を採用した。特に、不純物の濃度
プロファイルのピークがその絶縁膜の内部に位置するよ
うに、不純物イオンの注入加速エネルギや絶縁膜の厚さ
を調整した。そうすることによって、図２に示すような
不純物濃度プロファイルを持つフォトダイオードが形成
できた。 【００６５】なお、不純物イオン注入時に、不純物拡散
層３または１３の形成領域を覆う膜は、上記参考例及び
実施例１で用いた膜に限定されない。また、上記実施例
では、何れも、不純物拡散層３及び１３の導電型をＰ型
とし、これらの不純物拡散層３または１３が形成される
半導体層の導電型をＮ型としているが、これらの導電型
を反転させた構造を用いても良い。Ｐ型の不純物拡散層
３及び１３を形成するために使用する不純物イオンとし
ては、Ｂ以外にＢＦ₂等を使用しても良いし、また、他
のIII族元素のイオンを用いても良い。Ｎ型の不純物拡
散層を形成するためには、Ｖ族元素のイオン（例えば砒
素（Ａｓ））を用いる。 【００６６】本願発明は、比較的に波長の短い光（例え
ば、４３０ｎｍ）に対して高い感度（高い量子効率）で
応答できる受光素子を提供することを目的としているの
で、不純物拡散層の３及び１３の厚さ（接合深さ）は、
そのような波長の短い光の侵入長程度以下に設定される
ことが好ましい。 【００６７】（実施例２）参考例 及び実施例１では、イオン注入法を用いて不純物
拡散領域３及び１３をそれぞれ形成した。本実施例で
は、イオン注入法に代えて、固相拡散法を用いる。 【００６８】図７を参照して、本実施例の製造方法を説
明する。 【００６９】まず、参考例で説明した方法と同様の方法
を用いて、図６（ａ）に示される構成を得る。図７で
は、Ｎ型単結晶シリコン基板２１の上にＮ型エピタキシ
ャル成長層２２が形成されており、Ｎ型エピタキシャル
成長層２２の表面２６が、開口部２５を有する絶縁膜
（厚さ：３００〜６００ｎｍ）２４で覆われている。開
口部２５の形状及び位置は、フォトダイオードを形成す
べき領域、言い換えると、不純物拡散層を形成すべき領
域の形状及び位置を規定する。 【００７０】次に、図７に示されるように、Ｐ型不純物
（本実施例では「ボロン（Ｂ）」）のドープされた絶縁
膜（拡散ソース膜）２９を絶縁膜２４上に堆積する。絶
縁膜２９は、絶縁膜２４の開口部２５を介してＮ型単結
晶シリコン基板２１の表面２６に接触する。Ｐ型不純物
がドープされた絶縁膜２９として、本実施例では、ボロ
ンを２０重量％含むボロシリケートガラス（ＢＳＧ、厚
さ：約５０〜５００ｎｍ）を用いた。 【００７１】この後、例えば、９００〜１０５０℃で、
５〜１０秒間の熱処理を行す。この熱処理によって、絶
縁膜２９から不純物（ボロン）をＮ型単結晶シリコン基
板２１に熱拡散し、不純物拡散層２３を形成する。熱処
理の温度及び時間を調節することにより、前述の実施例
の場合よりも、浅い接合を形成することができる。な
お、絶縁膜２４の厚さは、絶縁膜（拡散ソース膜）２９
からの不純物拡散のバリアとして十分に機能する厚さや
膜質を持つように選択される。 【００７２】絶縁膜２９を除去した後、シリコンナイト
ライドからなる反射防止膜を堆積しても良い。また、絶
縁膜２９の厚さを調整することによって、この絶縁膜２
９をそのまま反射防止膜として使用しても良い。 【００７３】（実施例３） 次に、受光部が形成されている基板上に信号処理回路部
を一体的に内蔵した受光素子の実施例を説明する。この
実施例は、複数のフォトダイオードが配置された受光部
と、ＮＰＮトランジスタを主要な回路素子として含む信
号処理回路部とを、同一半導体基板上に有している。 【００７４】以下、図８を参照し、製造工程の順序に従
いながら本実施例の構成を説明する。 【００７５】まず、Ｐ型単結晶シリコン基板４１の主面
のうち、その上にＮＰＮトランジスタが形成されるべき
領域とフォトダイオードが形成されるべき領域とに、Ｎ
型埋込拡散層４２を形成する。また、受光部に形成され
る各フォトダイオードを分離する領域と、信号処理回路
部に形成される各回路素子を分離する領域に、Ｐ型埋込
拡散層（不純物：ボロン、不純物濃度：４×１０¹⁷ｃｍ
^-3）４４を形成する。 【００７６】次に、Ｐ型単結晶シリコン基板４１上にＮ
型エピタキシャル成長層（厚さ：約３μｍ）４３を形成
する。この後、Ｎ型エピタキシャル成長層４３のうちＰ
型埋込拡散層４４に対応した領域に、表面からＰ型不純
物を拡散し、それによってＰ型埋込拡散層４５を形成す
る。Ｐ型埋込拡散層４５は、Ｐ型埋込拡散層４４の上部
にまで到達し、Ｐ型埋込拡散層４４及び４５は、各フォ
トダイオードや回路素子を相互に電気的に分離する。 【００７７】次に、ＮＰＮトランジスタを形成するため
に、周知の工程によって、Ｐ型ベース拡散層（不純物：
ボロン、不純物濃度：２×１０¹⁸ｃｍ^-3）４６、Ｎ型エ
ミッタ拡散層（不純物：ヒ素、不純物濃度：１×１０¹⁹
ｃｍ^-3）４８、Ｎ型コレクタ取り出し用拡散層（不純
物：ヒ素、不純物濃度：１×１０¹⁹ｃｍ^-3）４７を順次
形成する。Ｎ型エミッタ拡散層４８及びＮ型コレクタ取
り出し用拡散層４７は、Ｐ型ベース拡散層４６を形成し
た後、Ｎ型エピタキシャル成長層４３上に形成した絶縁
膜に開口部を設け、その開口部からＮ型不純物を拡散す
ることによって形成される。 【００７８】一方、フォトダイオードが形成される領域
に対しては、上記絶縁膜の開口部を介して、Ｐ型不純物
が拡散されＰ型不純物拡散層４６’が形成される。この
Ｐ型不純物拡散層４６’は、前述の方法によって形成さ
れ、図２に示すような濃度プロファイルを持つ。なお、
ＮＰＮトランジスタのＰ型ベース拡散層４６と、フォト
ダイオードのＰ型不純物拡散層４６’とは、同一工程に
よって形成されても良い。ただし、ＮＰＮトランジスタ
のＰ型ベース拡散層４６は、図２のような不純物プロフ
ァイルを持つ必要がないので、Ｐ型不純物拡散層４６’
を形成する工程とは異なる工程によって形成されてもよ
い。 【００７９】次に、シリコンナイトライドからなる反射
防止膜（厚さ：５０ｎｍ）を形成する。その後、Ｐ型ベ
ース拡散層４６、Ｎ型コレクタ取り出し用拡散層４７及
びＮ型エミッタ拡散層４８のそれぞれに接触するよう
に、ベース用電極５０、コレクタ用電極４９及びエミッ
タ用電極５１を形成する。これらの電極の形成には、公
知のメタライゼーション技術が用いられる。 【００８０】本実施例では。フォトダイオードの分割領
域に光が照射された場合の応答速度を改善するために、
フォトダイオードの下方にもＮ型埋込拡散層（不純物：
アンチモン、不純物濃度：１×１０¹⁹ｃｍ^-3）４２を形
成している。 【００８１】上記実施例としては、何れの場合も、シリ
コンからなる半導体層を用いた例を説明してきたが、本
発明はシリコン以外の半導体層を用いた場合にも適用で
きるのは言うまでもない。 【００８２】また、図２に示すような不純物濃度プロフ
ァイルを得るには、図１１に示す不純物濃度プロファイ
ルを持つシリコン層（又はシリコン基板）を形成した
後、その表面の一部をエッチングや研磨等によって除去
してもよい。 【００８３】 【発明の効果】本発明によれば、光の入射によって半導
体中に発生したキャリア（光キャリア）が、半導体表面
から遠ざかる方向にドリフトし、それによって効率的に
電気信号が生成される。このため、半導体表面で再結合
して消滅する光キャリアが減少し、侵入長の比較的短い
光に対して高い感度で光電変換が達成される。 【００８４】本発明によれば、これから実用化されるで
あろう短波長レーザ光（例えば波長４３０ｎｍのレーザ
光）に対して、シリコンを材料として極めて高い感度を
持った受光素子を提供できるので、短波長レーザ素子を
光源とする光情報媒体再生装置（例えばＤＶＤ装置）の
光ピックアップを小型化・低消費電力化することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による受光素子の参考例の断面図。 【図２】本発明による受光素子の参考例における不純物
濃度プロファイルを示すグラフ。 【図３】（ａ）から（ｄ）は、本発明による受光素子製
造方法の参考例を示す工程断面図。 【図４】（ａ）から（ｃ）は、製造工程の間に生じる不
純物の再分布を示すグラフ。 【図５】本発明による受光素子の他の参考例の断面図。 【図６】（ａ）及び（ｂ）は、本発明による受光素子製
造方法の実施例を示す工程断面図。 【図７】本発明による受光素子製造方法の他の実施例を
示す工程断面図。 【図８】本発明による受光素子の更に他の実施例の断面
図。 【図９】シリコンにおける光の吸収量（表面における光
の強度を１とした場合の、光強度の割合）の深さ依存性
を示すグラフ。 【図１０】（ａ）から（ｄ）は、受光素子製造方法の従
来例を示す工程断面図。 【図１１】受光素子の従来例における不純物濃度プロフ
ァイルを示すグラフ。 【符号の説明】 １、１１、２１ Ｎ型単結晶シリコン基板 ２、１２、２２ Ｎ型エピタキシャル成長層（単結晶シ
リコン層） ３、１３、２３ Ｐ型不純物拡散層 ４、１４ 絶縁膜（ＳｉＯ₂膜） ４ａ 第１の絶縁膜 ４ｂ 第２の熱酸化膜 ５、１５、２５ 開口部 ６、１６、２６ エピタキシャル成長層２の表面 ７ レジスト層 ８、１８ 反射防止膜 ２９ 絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−240534（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−283731（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−163971（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−26593（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−20073（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−284481（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−94470（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−151085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−157490（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 31/10 - 31/119

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】開口部を有する絶縁膜を第１導電型の半導
   体層の上に形成する工程と、 該絶縁膜の開口部内で露出する該半導体層の表面を覆う
   ように、多層構造を有する反射防止膜を構成する幾つか
   の層を堆積する工程と、 該反射防止膜を構成する幾つかの層を介して第２導電型
   不純物イオンを該半導体層に注入し、該絶縁膜の開口部
   の直下にフォトダイオードのための第２導電型の不純物
   拡散層を形成する工程と、 該反射防止膜を構成する幾つかの層の上に該反射防止膜
   の残りの層を堆積する工程とを包含し、 該不純物拡散層を形成する工程は、不純物濃度プロファ
   イルのピークが該反射防止膜中に位置するように該第２
   導電型不純物イオンを注入する工程を包含し、 該反射防止膜の厚さは、該第２導電型不純物イオンの注
   入による該反射防止膜の屈折率変化を考慮して設定され
   る、受光素子の製造方法。