JP5214329B2 - UV sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は、SOI基板を用いたUVセンサ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a UV sensor using an SOI substrate and a manufacturing method thereof.
SOI(Silicon On Insulator)デバイスは、第1半導体層(以下、半導体基板層と称する)と、その上に形成される第2半導体層(以下、SOI層と称する)とが埋め込み酸化膜で絶縁分離される構造を有する。これにより、隣接する素子間の絶縁分離を容易に行うことができ、また、半導体基板層を介して寄生サイリスタが形成されることがないためラッチアップ現象を防ぐことが可能となる。また、トランジスタを絶縁膜上のSOI層に作り込むことが、トランジスタの微細化に伴って消費電力が増大するいわゆる短チャンネル効果の抑制に有効となる。更に、SOI構造で形成されたトランジスタの接合容量は、バルク構造のトランジスタに比べて小さいため、高速動作が可能である。このようにSOI構造のトランジスタは、優れた特性を有し、従来のバルク基板に形成された半導体素子と比べ高速化、低消費電力化を図ることができるデバイスとして期待されている。 In an SOI (Silicon On Insulator) device, a first semiconductor layer (hereinafter referred to as a semiconductor substrate layer) and a second semiconductor layer (hereinafter referred to as an SOI layer) formed thereon are insulated and separated by a buried oxide film. Has a structure. As a result, the isolation between adjacent elements can be easily performed, and a parasitic thyristor is not formed through the semiconductor substrate layer, so that a latch-up phenomenon can be prevented. In addition, forming a transistor in an SOI layer over an insulating film is effective in suppressing a so-called short channel effect in which power consumption increases with miniaturization of the transistor. Furthermore, since the junction capacitance of a transistor formed with an SOI structure is smaller than that of a transistor with a bulk structure, high-speed operation is possible. As described above, a transistor having an SOI structure has excellent characteristics and is expected as a device capable of achieving higher speed and lower power consumption than a semiconductor element formed on a conventional bulk substrate.
このSOI構造を有するウエハ(以下、SOI基板と称する)をUVセンサに適応する試みがなされている。従来のUVセンサは、窒化ガリウム等の化合物半導体を用いていたため、同一チップ上に周辺回路を搭載することが困難であった。また、シリコン基板を用いたUVセンサの場合、広い波長範囲の光に対して感度を有するため可視光を遮断するための光学フィルタが必要となり製造コストが高く、感度が低いという問題点があった。SOI基板を用いたUVセンサは、基板を介したノイズの影響が低減されるため、オペアンプ等の周辺回路を同一チップ内に内蔵するような高密度レイアウトを採用することが可能となる。また、SOI基板を用いたUVセンサは、SOI層の薄膜化によりUV光にのみ感度を有するフォトダイオードを形成することができ、光学フィルタを使用することなく良好な分光感度特性を得ることができるため、低コストで携帯性の高い小型化を図ることができるといったメリットもある。 Attempts have been made to adapt a wafer having this SOI structure (hereinafter referred to as an SOI substrate) to a UV sensor. Since the conventional UV sensor uses a compound semiconductor such as gallium nitride, it is difficult to mount a peripheral circuit on the same chip. In addition, in the case of a UV sensor using a silicon substrate, since it has sensitivity to light in a wide wavelength range, an optical filter for blocking visible light is required, resulting in high manufacturing cost and low sensitivity. . Since the influence of noise through the substrate is reduced, the UV sensor using the SOI substrate can adopt a high-density layout in which peripheral circuits such as an operational amplifier are built in the same chip. In addition, a UV sensor using an SOI substrate can form a photodiode having sensitivity only to UV light by thinning the SOI layer, and can obtain good spectral sensitivity characteristics without using an optical filter. Therefore, there is a merit that it is possible to achieve downsizing with high portability at low cost.
特許文献1及び2には、SOI基板を用いることによって透過フィルタを用いることなく、UV光のみに感度を有するUVセンサが開示されている。
従来から知られているUVセンサにおいて、所定の波長領域の紫外線のみを検出可能とするため、SOI層の厚さを薄く設計し又はUVセンサの受光領域となるSOI層の厚さをその他の部分より薄くする方法が知られていた。 In a conventionally known UV sensor, in order to detect only ultraviolet rays in a predetermined wavelength region, the thickness of the SOI layer is designed to be thin or the thickness of the SOI layer serving as the light receiving region of the UV sensor is set to other portions. There was a known way to make it thinner.
しかしながら、SOI層の厚さが薄い部分に高いドーズ量でイオン注入すると、一定の厚み以下のSOI層においては、その層全体がアモルファス化してしまい、その後の加熱工程において再結晶化がランダムに発生してしまう問題がある。特に、厚さの薄い受光領域においては結晶欠陥が頻繁に発生してしまい、UVセンサの受光感度の低下が起こる等の致命的な特性劣化となる問題点があった。 However, if ions are implanted at a high dose into a thin SOI layer, the entire SOI layer becomes amorphous in the SOI layer with a certain thickness or less, and recrystallization occurs randomly in the subsequent heating process. There is a problem. In particular, crystal defects frequently occur in a light-receiving region with a small thickness, and there has been a problem that fatal characteristics are deteriorated, such as a decrease in light-receiving sensitivity of the UV sensor.
また、UVセンサに所定の電圧を印加することによって、受光領域に形成されるPN接合による空乏層が受光領域以外にまで伸びることがあり、空乏層が受光領域以外にまで伸びてしまうとUVセンサの受光感度の低下が起こる等の致命的な特性劣化となる問題点もあった。 Further, when a predetermined voltage is applied to the UV sensor, the depletion layer formed by the PN junction formed in the light receiving region may extend to other than the light receiving region, and when the depletion layer extends to other than the light receiving region, the UV sensor. There is also a problem that fatal characteristic deterioration such as a decrease in light receiving sensitivity occurs.
本発明は、以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、受光感度の低下を防止することができるUVセンサ及びその製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and provides a UV sensor capable of preventing a decrease in light receiving sensitivity and a method for manufacturing the same.
上述した課題を解決するために、本発明に係るUVセンサは、埋め込み酸化膜上に半導体層を積層したSOI基板上に形成されるUVセンサであって、前記埋め込み酸化膜上に沿って互いに並置されてPN接合した低濃度N型領域及び低濃度P型領域を含む受光領域と、前記低濃度N型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度N型領域と、前記低濃度P型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度P領域と、を前記半導体層内に含み、前記低濃度N型領域と前記低濃度P型領域との少なくとも一部を被覆する少なくともUV光を透過せしめる透過性透明保護膜を更に有する。 In order to solve the above-described problems, a UV sensor according to the present invention is a UV sensor formed on an SOI substrate in which a semiconductor layer is stacked on a buried oxide film, and is juxtaposed along the buried oxide film. A light-receiving region including a low-concentration N-type region and a low-concentration P-type region that are PN-junctioned, a high-concentration N-type region in contact with a portion of the low-concentration N-type region excluding a bonding surface that forms the PN junction, A high-concentration P region in contact with a portion of the low-concentration P-type region excluding the junction surface forming the PN junction, and at least one of the low-concentration N-type region and the low-concentration P-type region. parts that further having a least permeability transparent protective film allowed to transmit UV light to cover the.
また、前記低濃度N型領域及び前記低濃度P型領域の厚さは、前記高濃度N型領域及び前記高濃度P型領域の少なくとも一部の厚さより薄くても良い。 The thicknesses of the low-concentration N-type region and the low-concentration P-type region may be thinner than at least a part of the thickness of the high-concentration N-type region and the high-concentration P-type region.
また、上述した課題を解決するために、SOI基板を準備する準備工程と、前記SOI基板の半導体層にエッチングを施すことによって溝部を形成する溝部形成工程と、前記溝部の一部に低濃度N型領域をイオン注入によって形成する低濃度N型領域形成工程と、前記濃度N型領域と接してこれとPN接合を形成する低濃度P型領域をイオン注入によって形成する低濃度P型領域形成工程と、前記低濃度N型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度N型領域をイオン注入によって形成する高濃度N型領域形成工程と、前記低濃度P型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度P領域域をイオン注入によって形成する高濃度P型領域形成工程と、を有し、前記低濃度N型領域形成工程において、所定の設定値によって算出される前記PN接合による空乏層が前記溝部以外に到達することがない位置に前記低濃度N型領域を形成することを特徴とするUVセンサの製造方法が提供される。 In order to solve the above-described problems, a preparation step of preparing an SOI substrate, a groove portion forming step of forming a groove portion by etching a semiconductor layer of the SOI substrate, and a low concentration N in a part of the groove portion A low concentration N type region forming step for forming a mold region by ion implantation, and a low concentration P type region forming step for forming a low concentration P type region in contact with the concentration N type region and forming a PN junction therewith by ion implantation A high-concentration N-type region forming step of ion-implanting a high-concentration N-type region in contact with a portion of the low-concentration N-type region excluding the bonding surface forming the PN junction, and the low-concentration P-type region A high-concentration P-type region forming step of forming a high-concentration P-type region in contact with a portion excluding the bonding surface forming the PN junction by ion implantation, and in the low-concentration N-type region forming step, Wherein the position-depletion by the PN junction which is calculated not to reach the other than the groove by setting value method for producing a UV sensor, which comprises forming a lightly doped N-type region is provided.
また、前記所定の設定値は、前記溝部の層厚、前記低濃度N型領域を形成するためのイオン注入のドーズ量及び前記半導体層に印加される印加電圧であっても良い。更に、前記印加電圧は、当該製造方法によって製造されたUVセンサの使用時における最大印加電圧であっても良い。 The predetermined set value may be a layer thickness of the groove, a dose of ion implantation for forming the low concentration N-type region, and an applied voltage applied to the semiconductor layer. Furthermore, the applied voltage may be a maximum applied voltage when the UV sensor manufactured by the manufacturing method is used.
また、上述した課題を解決するために、SOI基板を準備する準備工程と、前記SOI基板の半導体層にエッチングを施すことによって溝部を形成する溝部形成工程と、前記溝部の一部に低濃度N型領域をイオン注入によって形成する低濃度N型領域形成工程と、前記濃度N型領域と接してこれとPN接合を形成する低濃度P型領域をイオン注入によって形成する低濃度P型領域形成工程と、前記低濃度N型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度N型領域をイオン注入によって形成する高濃度N型領域形成工程と、前記低濃度P型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度P領域域をイオン注入によって形成する高濃度P型領域形成工程と、を有し、前記低濃度N型領域形成工程において、前記溝部の層厚によって算出される前記低濃度N型領域におけるアモルファス化が起きないイオン注入のドーズ量によって前記低濃度N型領域を形成することを特徴とするUVセンサの製造方法。 In order to solve the above-described problems, a preparation step of preparing an SOI substrate, a groove portion forming step of forming a groove portion by etching a semiconductor layer of the SOI substrate, and a low concentration N in a part of the groove portion A low concentration N type region forming step for forming a mold region by ion implantation, and a low concentration P type region forming step for forming a low concentration P type region in contact with the concentration N type region and forming a PN junction therewith by ion implantation A high-concentration N-type region forming step of ion-implanting a high-concentration N-type region in contact with a portion of the low-concentration N-type region excluding the bonding surface forming the PN junction, and the low-concentration P-type region A high-concentration P-type region forming step of forming a high-concentration P-type region in contact with a portion excluding the bonding surface for forming a PN junction by ion implantation. In the low-concentration N-type region forming step, Method for producing a UV sensor, which comprises forming the low-concentration N-type region by ion dose implantation amorphization does not occur in the low-concentration N-type region which is calculated by the layer thickness of the groove.
また、前記低濃度N型領域形成工程において、前記アモルファス化が起きないイオン注入のドーズ量、前記溝部の層厚及び前記半導体層に印加される電圧によって算出される前記PN接合による空乏層が前記溝部以外に到達することがない位置前記低濃度N型領域を形成することとしても良い。 In the low-concentration N-type region forming step, a depletion layer due to the PN junction calculated by a dose amount of ion implantation that does not cause amorphization, a layer thickness of the groove, and a voltage applied to the semiconductor layer The low-concentration N-type region may be formed at a position that does not reach other than the groove.
また、前記印加電圧は、当該製造方法によって製造されたUVセンサの使用時における最大印加電圧であっても良い。 Further, the applied voltage may be a maximum applied voltage when the UV sensor manufactured by the manufacturing method is used.
SOI基板の半導体層内に形成された低濃度N型領域と、前記低濃度N型領域と接してこれとPN接合を形成する低濃度P型領域と、を前記低濃度N型領域及び前記低濃度P型領域の各々よりも高濃度の高濃度N型領域及び高濃度P型領域によって挟む故、UV光を受光する部分のアモルファス化による結晶欠陥を防止して、UVセンサの受光感度の低下を防止することができる。 A low-concentration N-type region formed in a semiconductor layer of an SOI substrate, and a low-concentration P-type region that is in contact with the low-concentration N-type region and forms a PN junction with the low-concentration N-type region and the low-concentration region Since it is sandwiched between the high-concentration N-type region and the high-concentration P-type region having a higher concentration than each of the concentration P-type regions, crystal defects due to amorphization of the portion that receives UV light are prevented, and the light receiving sensitivity of the UV sensor is reduced. Can be prevented.
また、SOI基板を準備する準備工程と、前記SOI基板の半導体層にエッチングを施すことによって溝部を形成する溝部形成工程と、前記溝部の一部に低濃度N型領域をイオン注入によって形成する低濃度N型領域形成工程と、前記濃度N型領域と接してこれとPN接合を形成する低濃度P型領域をイオン注入によって形成する低濃度P型領域形成工程と、前記低濃度N型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度N型領域をイオン注入によって形成する高濃度N型領域形成工程と、前記低濃度P型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度P領域域をイオン注入によって形成する高濃度P型領域形成工程と、を有し、前記低濃度N型領域形成工程において、所定の設定値によって算出される前記PN接合による空乏層が前記溝部以外に到達することがない位置に前記低濃度N型領域を形成する故、UVセンサの受光感度の低下を防止することができる。 Also, a preparatory step for preparing an SOI substrate, a groove forming step for forming a groove by etching the semiconductor layer of the SOI substrate, and a low concentration N-type region formed by ion implantation in a part of the groove. A concentration N-type region forming step, a low-concentration P-type region forming step of forming a low-concentration P-type region in contact with the concentration N-type region to form a PN junction by ion implantation, and the low-concentration N-type region A high-concentration N-type region forming step for forming a high-concentration N-type region in contact with a portion excluding the joint surface for forming the PN junction by ion implantation, and a joint surface for forming the PN junction in the low-concentration P-type region are excluded. A high-concentration P-type region forming step of forming a high-concentration P-region region in contact with the portion by ion implantation, and in the low-concentration N-type region forming step, before calculation with a predetermined set value Because the depletion layer due to a PN junction to form the low concentration N-type region at the position does not reach the other than the groove, it is possible to prevent a reduction in light-receiving sensitivity of the UV sensor.
また、SOI基板を準備する準備工程と、前記SOI基板の半導体層にエッチングを施すことによって溝部を形成する溝部形成工程と、前記溝部の一部に低濃度N型領域をイオン注入によって形成する低濃度N型領域形成工程と、前記濃度N型領域と接してこれとPN接合を形成する低濃度P型領域をイオン注入によって形成する低濃度P型領域形成工程と、前記低濃度N型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度N型領域をイオン注入によって形成する高濃度N型領域形成工程と、前記低濃度P型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度P領域域をイオン注入によって形成する高濃度P型領域形成工程と、を有し、前記低濃度N型領域形成工程において、前記溝部の層厚によって算出される前記低濃度N型領域におけるアモルファス化が起きないイオン注入のドーズ量によって前記低濃度N型領域を形成する故、UVセンサの受光感度の低下を防止することができる。 Also, a preparatory step for preparing an SOI substrate, a groove forming step for forming a groove by etching the semiconductor layer of the SOI substrate, and a low concentration N-type region formed by ion implantation in a part of the groove. A concentration N-type region forming step, a low-concentration P-type region forming step of forming a low-concentration P-type region in contact with the concentration N-type region to form a PN junction by ion implantation, and the low-concentration N-type region A high-concentration N-type region forming step for forming a high-concentration N-type region in contact with a portion excluding the joint surface for forming the PN junction by ion implantation, and a joint surface for forming the PN junction in the low-concentration P-type region are excluded. A high-concentration P-type region forming step of forming a high-concentration P-region region in contact with the portion by ion implantation, and in the low-concentration N-type region forming step, the thickness is calculated by the layer thickness of the groove Serial Because of forming the lightly doped N-type region by ion dose implantation amorphization in the low concentration N-type region does not occur, it is possible to prevent a reduction in light-receiving sensitivity of the UV sensor.
以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
先ず、図1を参照しつつ、本発明の実施例としてのUVセンサ10の構造について詳細に説明する。
First, the structure of a
図1に示されているように、UVセンサ10の構造は、第1半導体層である半導体基板層11、半導体基板層11上に形成された埋め込み酸化膜12、埋め込み酸化膜12上に積層された第2半導体層であるSOI層13及びSOI層13を被覆する透明保護膜14から構成されている。また、半導体基板層11、埋め込み酸化膜12及びSOI層13からSOI基板15が形成されている。
As shown in FIG. 1, the structure of the
SOI層13は、その中央部分の層厚が周囲よりも薄くなっており、SOI層13の表面には溝部13aが形成されている。溝部13aには、低濃度N型領域16(以下、N-領域16と称する)及び低濃度P型領域17(以下、P-領域17と称する)が形成されている。また、N-領域16とP-領域17とは接しているためPN接合を形成し、PN接合されたN-領域16とP-領域17とによってフォトダイオードが形成されている。N-領域16及びP-領域17が形成された領域が受光領域18となる。溝部13aのSOI層13の厚さはUV領域の波長のみに感度を発生する所定の厚さであるため、UVセンサ10は照射される光のうちUV領域の波長のみに感度を有することが可能となる。例えば、溝部13aのSOI層13の厚さは、30nmであることが望ましい。
The
受光領域18の周囲には、高濃度N型領域19(以下、N+領域19と称する)及び高濃度P型領域20(以下、P+領域20と称する)が形成されている。具体的には、N-領域16のPN接合面を除く部分にN+領域19が接して形成され、P-領域17のPN接合面を除く部分にP+領域20が接して形成されている。すなわち、PN接合を形成するN-領域16及び低濃度P型領域17をN+領域19とP+領域20とによって挟んでいる。N+領域19とP+領域20には、アルミ電極等のコンタクト(図示せず)が形成され、かかるコンタルトを介してSOI層13に所望のマイナス電圧を印加させる。かかる電圧印加のために受光領域18を挟んで受光領域18よりも不純物濃度の高いN+領域19及びP+領域20が形成されることとなる。また、高濃度の不純物をイオン注入した場合においても、その領域全体のアモルファス化を防止する観点から、N+領域19及びP+領域20は、受光領域18よりも厚くなっている。例えば、N+領域19及びP+領域20の層厚は、50nmであることが望ましい。
Around the
なお、P+領域20は、受光領域18(すなわち、溝部13a)に部分的に形成されても良いが、N+領域19は、受光領域18に形成されることはない。N+領域19が層厚の薄い部分に形成されると、かかる部分が層の厚み方向において完全にアモルファス化してしまい、その後の熱処理で結晶欠陥を生じることとなるからである。
The P + region 20 may be partially formed in the light receiving region 18 (that is, the
また、透明保護膜14は、少なくともUV光を透過せしめる透過性の透明保護膜である。透明保護膜14は、SOI層13全体を被覆せずに、N-領域16及びP-領域17を部分的に被覆しても良い。かかる場合には、透明保護膜14で被覆された部分が受光領域となる。
The transparent
上述した構成から、SOI層13には、N+領域19、N-領域16、P-領域17及びN+領域20からなるラテラルダイオードが形成されていることとなる。
From the above-described configuration, the
次に、N-領域16のドーズ量の具体的な量について図2(a)を参照しつつ説明する。 Next, a specific amount of the dose of the N − region 16 will be described with reference to FIG.
図2(a)は、N-領域16におけるドーズ量とPN接合によって生じる全空乏層との関係を示したグラフである。また、受光領域18の層厚は30nmである。グラフの横軸はN-領域16におけるドーズ量であり、縦軸は空乏層の幅である。グラフ内には、N+領域19及びN+領域20に形成されるコンタクトにかかる電圧が0V及び−3.6Vの結果が示されている。
FIG. 2A is a graph showing the relationship between the dose in the N − region 16 and the total depletion layer generated by the PN junction. The layer thickness of the
グラフに示されているように、ドーズ量が少ないと空乏層幅の変動が大きくなることが判る。UVセンサ10の受光感度は空乏層の体積によって決定されることから、空乏層幅が変動するとUVセンサ10の受光感度が変動することとなる。従って、空乏層幅の変化が少なく(例えば、変化率を1%以内)するために、受光領域18の層厚は30nmである場合においては、ドーズ量が2.5×1013(cm-2)以上でイオン注入を行うことが望ましい。また、N-領域16の層全体がアモルファス化しないためにも、ドーズ量が1.0×1014(cm-2)以下でイオン注入を行うことが望ましい。
As shown in the graph, it can be seen that the fluctuation of the depletion layer width increases when the dose amount is small. Since the light reception sensitivity of the
次に、PN接合面の溝部13aにおける位置について、図2(b)を参照しつつ説明する。
Next, the position of the PN junction surface in the
図2(b)は、N-領域16におけるドーズ量とPN接合によって生じるN-領域16に生じる空乏層との関係を示したグラフである。また、受光領域18の層厚は30nmである。グラフの横軸はN-領域16におけるドーズ量であり、縦軸はN-領域16に生じる空乏層の幅である。グラフ内には、N+領域19及びN+領域20に形成されるコンタクトにかかる電圧が0V及び−3.6Vの結果が示されている。
2 (b) is, N - caused by a dose of the PN junction in the area 16 N - is a graph showing the relationship between the depletion layer generated in the
図2(a)に示された結果から、N-領域16におけるドーズ量は、2.5×1013(cm-2)以上1.0×1014(cm-2)以下であることが望ましく、かかるドーズ量でイオン注入を行うと、図2(b)の結果から、N-領域16に生じる空乏層は最大で約9.0nmとなる。すなわち、PN結合面がN+領域19から9.0nm以下であると、空乏層が受光領域18以外のN+領域19まで到達することとなる。空乏層が受光領域18以外のSOI層13まで伸びてしまうと、半導体基板層11と埋め込み酸化膜12との境界及び埋め込み酸化膜12とSOI層13との境界の反射成分により、UV光だけでなく可視光(波長が400nm以上)にも感度が発生してしまい、UVセンサ10の特性が失われるおそれがある。従って、空乏層が受光領域18内のみに生じるように、上述した場合においてはPN接合面をN+領域19から9nm以上離間した位置に設けることが望ましい。
From the result shown in FIG. 2A, the dose amount in the N − region 16 is desirably 2.5 × 10 13 (cm −2 ) or more and 1.0 × 10 14 (cm −2 ) or less. When ion implantation is performed with such a dose, the maximum depletion layer in the N − region 16 is about 9.0 nm from the result of FIG. That is, when the PN coupling surface is 9.0 nm or less from the N + region 19, the depletion layer reaches the N + region 19 other than the
なお、上述した具体例におけるその他のSOI層13のドーズ量は、N+領域19及びP+領域20が5.0×1015(cm-2)、P-領域17が2.2×1012(cm-2)であることが望ましい。 The doses of the other SOI layers 13 in the specific examples described above are 5.0 × 10 15 (cm −2 ) for the N + region 19 and the P + region 20 and 2.2 × 10 12 for the P − region 17. (Cm −2 ) is desirable.
次に、図3を参照しつつ、本発明の実施例としてのUVセンサ10の製造方法について詳細に説明する。
Next, a method for manufacturing the
先ず、半導体基板層11、埋め込み酸化膜12及びSOI層13からなるSOI基板15を準備する(図3(a))。SOI基板15は、貼り合わせ法又はSIMOX(Silicon Implanted Oxide)法等の方法で形成されていても良い。因みにSIMOX法で、プライムウエハ表面から高エネルギー且つ高濃度の酸素をイオン注入し、その後熱処理で注入酸素とシリコンを反応させ、ウエハ表面近傍の内部にSiO2からなる絶縁層を形成する。一方、貼り合わせ法では、表面にSiO2膜を形成したウエハと、かかるウエハとは別のウエハを熱と圧力で接着し、片側のウエハを途中まで研削除去することによってSOI基板を形成する。なお、SOI層13はP型及びN型のいずれの半導体基板であっても良い。
First, an
次に、SOI層13をエッチングによってその一部を削り、UV光を受光するイオン注入後に受光領域18となる溝部13aを形成する(図3(b))。ここで溝部13aの層厚は、受光するUV光の波長のみに感度を発生する厚さまでエッチングを行う必要があり、例えば、エッチング後の層厚が30nmであることが望ましい。
Next, a part of the
次に、溝部13aの端部から所定の幅の開口を有するフォトマスクをSOI基板15上に形成した後、かかる開口を介してリンをイオン注入することによりSOI層13にN-領域16を形成する(図3(c))。N-領域16の形成位置及びその幅は、予めUVセンサ10の受光領域18(すなわち、溝部13a)のSOI層13の層厚、N-領域16におけるイオン注入のドーズ量及びSOI層13に印加される印加電圧(例えば、UVセンサ10の使用時における最大印加電圧)の関係からN-領域16における空乏層の伸びについてのシミュレーションを行い、かかるシミュレーションの結果から空乏層がSOI層13の溝部13a以外に到達しない範囲内で決定される。例えば、イオン注入のドーズ量は、2.5×1013(cm-2)以上1.0×1014(cm-2)以下の場合においては、リンの注入幅(すなわち、フォトマスクん開口幅)は、SOI層13に形成された溝部13aの端部から9nm以上と設定することとなる。このようなN-領域16の形成位置及びその幅の決定方法により、空乏層がSOI層13の溝部13a以外にまで伸びることがなくなり、受光感度の低下を防止することが可能となる。
Next, after forming a photomask having an opening with a predetermined width on the
次に、N-領域16を形成するためフォトマスクを除去後、SOI層13の溝部13aであって上述した工程におけるリンが注入されていない部分に開口を有するフォトマスクを形成し、かかる開口を介してボロンをイオン注入してP-領域17を形成する(図3(d))。すなわち、N-領域16及びP-領域17は、SOI層13の表面に沿って並置されるように形成され、これにより、PN接合が形成される。例えば、本工程におけるイオン注入のドーズ量は、約2.2×1012(cm-2)であっても良い。
Next, after removing the photomask to form the N − region 16, a photomask having an opening is formed in the
次に、P-領域17を形成するためフォトマスクを除去後、N-領域16のPN接合面を除く部分と接する位置であって、層厚が30nm以上の部分に開口を有するフォトマスクを形成し、かかる開口を介してリンをイオン注入することによりSOI層13にN+領域19を形成する。また、N+領域19を形成するためフォトマスクを除去後、P-領域17のPN接合面を除く部分と接する位置であって、層厚が30nm以上の部分に開口を有するフォトマスクを形成し、かかる開口を介してボロンをイオン注入することによりSOI層13にP+領域20を形成する。(図3(e))。
Next, after removing the photomask to form the P − region 17, a photomask having an opening in a portion where the layer thickness is 30 nm or more is in contact with the portion except the PN junction surface of the N − region 16. Then, phosphorus is ion-implanted through the opening to form an N + region 19 in the
SOI層13にN+領域19、N-領域16、P-領域17及びP+領域20からなるラテラルダイオードが形成れた後、SOI層13を被覆すべく透明保護膜14を形成する(図3(f))。なお、透明保護膜14は、SOI層13の溝部13aの一部分のみに形成しても良い。
After the lateral diode composed of the N + region 19, the N − region 16, the P − region 17 and the P + region 20 is formed on the
更に、スパッタ法等により、N+領域19及びP+領域20に電気的に接続されたアルミ電極等のコンタクトを形成する。以上の工程を経ることによりUVセンサ10が完成する。
Further, a contact such as an aluminum electrode electrically connected to the N + region 19 and the P + region 20 is formed by sputtering or the like. The
以上のように、本実施例によるUVセンサによれば、SOI基板15のSOI層13に形成されたN-領域16と、N-領域16と接してこれとPN接合を形成するP-領域17と、をN-領域16及びP-領域17の各々よりも高濃度のN+領域19及びP+領域20によって挟む故、UV光を受光する部分のアモルファス化による結晶欠陥を防止してUVセンサの受光感度の低下を防止することができる。
As described above, according to the UV sensor of the present embodiment, the N − region 16 formed in the
また、N-領域16の形成工程において、所定の設定値であるUVセンサ10の受光領域18のSOI層13の層厚、N-領域16におけるイオン注入のドーズ量及びSOI層13に印加される印加電圧の関係からによって算出される、PN接合による空乏層が溝部13a以外に到達することがない位置にN-領域16を形成する故、UVセンサ10の受光感度の低下を防止することができる。
Also, N - in the step of forming the
上記した実施例においては、P+領域、P-領域及びN+領域、N-領域の表示濃度においてP+>P-であり且つN+>N-であること意味し、濃度の絶対値を基準にしてはいない。 In the embodiment described above, the display density of the P + region, P − region, N + region, and N − region means that P + > P − and N + > N − , and the absolute value of the concentration is Not a standard.
第1の実施例においては、PN接合による空乏層がSOI層13の溝部13a以外に伸びることがないように設定することで、受光感度の低下の防止を図ってUVセンサ10の特性劣化を防ぐ製造方法が記載されている。受光感度の低下を防止する異なる方法として受光領域18のアモルファス化の防止の観点から受光感度の低下を防止する製造方法について説明する。なお、UVセンサ10としての構造は第1の実施例と同様であるためその説明は省略する。
In the first embodiment, the depletion layer due to the PN junction is set so as not to extend beyond the
先ず、図3(a)から図3(b)までの製造方法は第1の実施例と同様であるためその説明は省略する。 First, since the manufacturing method from FIG. 3A to FIG. 3B is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
次に受光領域18となる溝部13aの形成後、溝部13aの端部から所定の幅の開口を有するフォトマスクをSOI基板15上に形成した後、かかる開口を介してリンをイオン注入することによりSOI層13にN-領域16を形成する(図3(c))。ここで、受光領域18となる溝部13aのSOI層13の層厚は、UV光のいずれの波長に感度をもたせるかによってその厚さが決定されることから、その厚さは予め決定されている。例えば、溝部13aのSOI層13の厚さは30nmである。従って、溝部13aのSOI層13の層厚においてアモルファス化が起きないイオン注入のドーズ量を予め算出しておき、かかる算出結果に応じたイオン注入のドーズ量にてN-領域16を形成することとする。このようなN-領域16におけるイオン注入のドーズ量を決定することによって、受光領域18でのアモルファス化の発生を防ぎ受光感度の低下を防止することが可能となる。
Next, after forming the
その後のUVセンサ10の完成までの製造方法については、第1の実施例と同様であるため、その説明は省略することとする。
The subsequent manufacturing method up to the completion of the
以上のように、本実施例によるUVセンサの製造方法によれば、溝部13aの層厚によって算出されるN-領域16におけるアモルファス化が起きないイオン注入のドーズ量によってN-領域16を形成する故、UVセンサ10の受光感度の低下を防止することができる。
As described above, according to the manufacturing method of the UV sensor according to the present embodiment, the N − region 16 is formed by the dose amount of ion implantation that does not cause amorphization in the N − region 16 calculated by the layer thickness of the
第2の実施例においては、N-領域16の形成時においてアモルファス化が起きないイオン流入のドーズ量にてN-領域16を形成することで、受光感度の低下の防止を図ってUVセンサ10の特性劣化を防ぐ製造方法が記載されている。しかしながら、アモルファス化が起きないイオン注入のドーズ量は、従来よりもイオン注入のドーズ量が少なくなり、図2(a)、(b)に示されているようにPN接合による空乏層の幅が長くなることが判る。従って、アモルファス化を防止するイオン注入のドーズ量でN-領域16を形成するとPN接合による空乏層がSOI層13の溝部13a以外にまで伸びる可能性が高くなる。
In the second embodiment, the N − region 16 is formed with the dose of ion inflow that does not cause amorphization when the N − region 16 is formed, thereby preventing the light receiving sensitivity from decreasing and the
このような問題点を解決する方法として、アモルファス化を防止するイオン注入のドーズ量を決定後、かかるドーズ量、受光領域18のSOI層13の厚さ及びUVセンサ10の印加電圧の関係からN-領域16における空乏層の伸びについてのシミュレーションを行い、かかるシミュレーションの結果から空乏層がSOI層13の溝部13a以外に到達しない範囲内でN-領域16の形成位置及び幅を決定する。すなわち、第2の実施例の特徴であるアモルファス化を防止するイオン注入のドーズ量の決定後、かかるドーズ量を用いて第1の実施例の特徴である空乏層の伸びのシミュレーションを行うことで最適なN-領域16の形成位置及びその幅を決定する。
As a method for solving such a problem, after determining the dose amount of ion implantation for preventing amorphization, N is determined from the relationship between the dose amount, the thickness of the
以上のように、本実施例によるUVセンサの製造方法によってN-領域16のアモルファス化を防止しつつPN接合による空乏層の伸びをSOI層13の溝部13a以外に到達しない範囲内で決定することができる故、UVセンサ10の受光感度の低下を防止することができる。
As described above, the method of manufacturing the UV sensor according to the present embodiment determines the elongation of the depletion layer due to the PN junction within a range that does not reach other than the
10 UVセンサ
11 半導体基板層(第1半導体層)
12 埋め込み酸化膜
13 SOI層(第2半導体層)
14 透明保護膜
15 SOI基板
16 低濃度N型領域(N-領域)
17 低濃度P型領域(P-領域)
18 受光領域
19 高濃度N型領域(N+領域)
20 高濃度P型領域(P+領域)
10
12 buried
14 Transparent
17 Low-concentration P-type region (P - region)
18 Light-receiving
20 High-concentration P-type region (P + region)
Claims (8)
前記埋め込み酸化膜上に沿って互いに並置されてPN接合した低濃度N型領域及び低濃度P型領域を含む受光領域と、
前記低濃度N型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度N型領域と、
前記低濃度P型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度P領域と、を前記半導体層内に含み、
前記低濃度N型領域と前記低濃度P型領域との少なくとも一部を被覆する少なくともUV光を透過せしめる透過性透明保護膜を更に有することを特徴とするUVセンサ。 A UV sensor formed on an SOI substrate in which a semiconductor layer is stacked on a buried oxide film,
A light-receiving region including a low-concentration N-type region and a low-concentration P-type region juxtaposed to each other along the buried oxide film, and a PN junction;
A high-concentration N-type region that is in contact with a portion of the low-concentration N-type region excluding a bonding surface that forms the PN junction;
A high-concentration P region in contact with a portion of the low-concentration P-type region excluding a bonding surface that forms the PN junction;
The UV sensor further comprising a transparent transparent protective film that transmits at least UV light that covers at least a part of the low-concentration N-type region and the low-concentration P-type region.
前記SOI基板の半導体層にエッチングを施すことによって溝部を形成する溝部形成工程と、
前記溝部の一部に低濃度N型領域をイオン注入によって形成する低濃度N型領域形成工程と、
前記濃度N型領域と接してこれとPN接合を形成する低濃度P型領域をイオン注入によって形成する低濃度P型領域形成工程と、
前記低濃度N型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度N型領域をイオン注入によって形成する高濃度N型領域形成工程と、
前記低濃度P型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度P領域域をイオン注入によって形成する高濃度P型領域形成工程と、を有し、
前記低濃度N型領域形成工程において、所定の設定値によって算出される前記PN接合による空乏層が前記溝部以外に到達することがない位置に前記低濃度N型領域を形成することを特徴とするUVセンサの製造方法。 A preparation step of preparing an SOI substrate;
A groove forming step of forming a groove by etching the semiconductor layer of the SOI substrate;
A low-concentration N-type region forming step of forming a low-concentration N-type region in a part of the groove by ion implantation;
A low-concentration P-type region forming step of forming a low-concentration P-type region in contact with the concentration N-type region and forming a PN junction therewith by ion implantation;
A high-concentration N-type region forming step of forming a high-concentration N-type region in contact with a portion of the low-concentration N-type region excluding the bonding surface forming the PN junction by ion implantation;
A high-concentration P-type region forming step of forming, by ion implantation, a high-concentration P-region region that is in contact with a portion of the low-concentration P-type region excluding the bonding surface that forms the PN junction,
In the low-concentration N-type region forming step, the low-concentration N-type region is formed at a position where a depletion layer due to the PN junction calculated based on a predetermined set value does not reach other than the trench. Manufacturing method of UV sensor.
前記SOI基板の半導体層にエッチングを施すことによって溝部を形成する溝部形成工程と、
前記溝部の一部に低濃度N型領域をイオン注入によって形成する低濃度N型領域形成工程と、
前記濃度N型領域と接してこれとPN接合を形成する低濃度P型領域をイオン注入によって形成する低濃度P型領域形成工程と、
前記低濃度N型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度N型領域をイオン注入によって形成する高濃度N型領域形成工程と、
前記低濃度P型領域の前記PN接合を形成する接合面を除く部分に接する高濃度P領域域をイオン注入によって形成する高濃度P型領域形成工程と、を有し、
前記低濃度N型領域形成工程において、前記溝部の層厚によって算出される前記低濃度N型領域におけるアモルファス化が起きないイオン注入のドーズ量によって前記低濃度N型領域を形成することを特徴とするUVセンサの製造方法。 A preparation step of preparing an SOI substrate;
A groove forming step of forming a groove by etching the semiconductor layer of the SOI substrate;
A low-concentration N-type region forming step of forming a low-concentration N-type region in a part of the groove by ion implantation;
A low-concentration P-type region forming step of forming a low-concentration P-type region in contact with the concentration N-type region and forming a PN junction therewith by ion implantation;
A high-concentration N-type region forming step of forming a high-concentration N-type region in contact with a portion of the low-concentration N-type region excluding the bonding surface forming the PN junction by ion implantation;
A high-concentration P-type region forming step of forming, by ion implantation, a high-concentration P-region region that is in contact with a portion of the low-concentration P-type region excluding the bonding surface that forms the PN junction,
In the low-concentration N-type region forming step, the low-concentration N-type region is formed by a dose amount of ion implantation that does not cause amorphization in the low-concentration N-type region calculated by a layer thickness of the groove. A method for manufacturing a UV sensor.
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