JPH0393280A - ホトダイオードの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はホトダイオードの製造方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

高速応答、信頼性などの点で、シリコンホトダイオード
が広く用いられている。このホトダイオードはバンドギ
ャップエネルギー等の点から、波長λ−５８０ｎｍ近傍
に高い分光感度を有している。ホトダイオードに光が入
射すると、光キャリアはホトダイオードの表面（受光面
）近傍で生成する。従って、検出感度を向上させるため
には、ホトダイオードのｐｎ接合を受光面の浅い位置に
形成すること、受光面近傍のトラップ準位を出来るだけ
少なくすること等の工夫が必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来はこれらの必要性が一般的に検討さ
れるだけであったため、優れた検出感度を有するシリコ
ンホトダイオードは得られなかった。また、ホトダイオ
ードにおいては暗電流の低減が重要となるが、従来の製
造方法ではこれを実現することは容易でなかった。

本発明はかかる課題を解決することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者はシリコンホトダイオードに関し、特にシリコ
ン基板とその上の熱酸化膜との界面での熱的歪みの低減
に着目しながら種々の検討を行なった結果、本発明を完
成するに至った。

すなわち本発明の第１の製造方法は、少なくとも表面側
が第１導電型にされたシリコン基板の表面に熱酸化膜を
形成する第１の工程と、受光領域形成部に開口を有し、
熱酸化膜以上の厚さを有するポリシリコンマスクを熱酸
化膜上゛に形或する第２の工程と、ポリシリコンマスク
をマスクとして砒素等の不純物をドーピングし、マスク
の開口部のシリコン基板にドーピング層を形戊する第３
の工程とを備えることを特徴とする。

また、オ発明の第２の製造方法は、上記第１および第２
の工程に加えて、注入保護膜としての上記熱酸化膜を介
して砒素イオンをスルー注入し、上記マスクの開口部の
シリコン基板にイオン注入層を形成する第３の工程と、
所定温．庫メ熱処理によってイオン注入層を活性化する
第４の工程とを備えることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の第１の製造方法によれば、熱酸化膜からなる注
入保護膜の上には、比較的厚いポリシリコンマスクが形
成されているので、熱処理工程を経ても熱膨脹率の差に
よるストレスが抑えられ、従って暗電流の発生を大幅に
低減できる。

〔実施例〕

以下、添付図面に従って本発明を詳細に説明する。

第１図は実施例の製造工程を示す素子断面図である。ま
ず、比抵抗が１〜５０Ω国のｐ型シリコン基板１を用意
し、その（１００）面を鏡面に仕上げる。なお、シリコ
ン基板上にｐ型エピタキシャル層を形成したものをｐ型
シリコン基板１としてもよい。次に、このｐ型シリコン
基板１上に厚さｔ　の熱酸化膜２を形成し、その上に厚
さｔ　ｐｏＯｘ のボリシリコン膜３を形成する（第１図（ａ）図示）。

熱酸化膜はｐ型シリコン基板１を９００〜１０５０℃の
酸素中で熱処理することで形成される。なお、上記のポ
リシリコン膜３は同一の基板１上に集積されるＭＯＳ｝
ランジスタ等のゲート電極（図示せず）と共用してもよ
い。

ここで問題となるのは、熱酸化膜厚とポリシリコン膜厚
の関係である。ホトダイオードの製造方法としては、シ
リコン基板の表面に厚い熱酸化膜を形成した後、受光部
形或領域の熱酸化膜を選択的に除去してシリコン基板を
露出させ、残存した熱酸化膜をマスクとしてイオン注入
するものがある。しかし、この方法によると基板（Ｓ１
）とマスク（８１　０２）の間には熱膨脹率に差がある
ため、後の熱処．理工程で界面に歪みが生じ、これが欠
陥を生成させてホトダイオードの暗電流が増加する。そ
こで、シリコン基板とポリシリコン膜は略同一の熱膨脹
率を有していることに着目し、熱酸化膜の上にポリシリ
コン膜を形成することで上記の界面における歪みの発生
を緩和させる。すなわち、熱酸化膜をある程度以下の厚
さとし、ポリシリコン膜をある程度以上の厚さとし、熱
酸化膜をいわばサンドイッチ状に挟むことで、熱膨脹率
差によるストレスがシリコン基板に加わらないようにす
る。実験によれば、ポリシリコン膜の膜厚を熱酸化膜の
膜厚以上とすれば、暗電流を著しく低減できることがわ
かった。

次に、フォトリソグラフィによりポリシリコン膜３をパ
ターンニングし、受光部４に開口を有するポリシリコン
マスク３１を形成する（第１図（ｂ）図示）。次に、ポ
リシリコンマスク３１を注入マスクとして、熱酸化膜２
を介して砒素イオンをスルー注入する。この注入エネル
ギーの制御により、受光部４のｐ型シリコン基板１中に
形成されるｎ型注入層５は所望の深さＸＪに設定される
（第１図（ｃ）図示））。

次に、上記のｐ型シリコン基板１を熱処理炉にセットし
、１０２５℃で３０〜６０分間の熱処理を行なう。なお
、この熱処理は９５０℃程度で行なってもよいが、逆方
向リーク電流を低減するためにはより高温（一例として
１０２５℃程度）がより望ましい。これにより、本実施
例のホトダイオードが得られる。

第２図は上記実施例を変形した製造工程の要部を示す素
子断面図である。この例では、第１図（ｂ）に示した段
階でポリシリコンマスク３１を介して熱酸化膜２を少し
エッチングする。エッチングの手法としては、弗酸を含
むウエットエツチャントを用いてもよいし、プラズマエ
ッチングなどを用いてもよい。これにより、厚さｔ　の
熱酸Ｏｘ 化膜２は厚さｔ　　’（ｔ　　＞ｔ　　’）まで薄くさ
ｏｘ　　　−　　　　　ｏｘ　　　　　　ｏｘれる（第
２図（ａ）図示）。次に、この薄くなった熱酸化膜（注
入保護膜）２１を介して砒素イオンをスルー注入し、ｎ
型注入層５を形成する（第２図（ｂ）図示）。

本発明者は上記の第１図の製造工程により試料を作製し
、次のような実験を行なった。なお、ｐ型シリコ゛ン基
板１としては比抵抗が１０Ω０のものを用いた。

アニール条件を１０２５℃、３０〜６０分に固定して、
逆方向バイアス時の暗電流を測定した。

なお、ホトダイオードへの印加電圧は５ｖとし、１　ｃ
ｊの面積当りの暗電流を調べた。

熱酸化膜厚ｔ　とポリシリコン膜厚ｔ　との比ｏｘ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｐｏｔ　
　７ｔ　　に対する暗電流の変化を調べた結果をｐｏ　
　　　　ｏｘ 第３図に示す。図示の通り、熱酸化膜厚ｔ。Ｘをポリシ
リコン膜厚ｔ　を以下としたときに、暗電流ｐＯ を２〜３ｎＡ以下に抑えることができた。

〔発明の効果〕

以上の通り本発明の第１の製造方法によれば、熱酸化膜
上の比較的厚いポリシリコン膜によって熱膨脹率の差に
よるストレスの発生が防止され、暗電流が大幅に低減さ
れる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例に係るホトダイオードの製造方
法を示す工程別の素子断面図、第２図は実施例を変形し
た工程別の素子断面図、第３図は熱酸化膜およびポリシ
リコン膜厚と暗電流の関係を示す図である。 １・・・ｐ型シリコン基板、２・・・熱酸化膜、３・・
・ポリシリコン膜、３１・・・ポリシリコンマスク、４
・・・受光部、５・・・ｎ型注入層。 コ 爽づ艇ｆｌＪの工崖乳 第 ｌ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも表面側が第１導電型にされたシリコン基
   板の表面に熱酸化膜を形成する第１の工程と、 受光領域形成部に開口を有し、前記熱酸化膜以上の厚さ
   を有するポリシリコンマスクを前記熱酸化膜上に形成す
   る第２の工程と、 前記ポリシリコンマスクをマスクとして第２導電型の不
   純物をドーピングし、前記マスクの開口部の前記シリコ
   ン基板に不純物ドーピング層を形成する第３の工程と を備えることを特徴とするホトダイオードの製造方法。 ２、少なくとも表面側がｐ型にされたシリコン基板の表
   面に熱酸化膜を形成する第１の工程と受光領域形成部に
   開口を有し、前記熱酸化膜以上の厚さを有するポリシリ
   コンマスクを前記熱酸化膜上に形成する第２の工程と、 前記熱酸化膜を介して砒素イオンをスルー注入し、前記
   マスクの開口部の前記シリコン基板にイオン注入層を形
   成する第３の工程と、 所定温度の熱処理によって前記イオン注入層を活性化す
   る第４の工程と を備えることを特徴とするホトダイオードの製造方法。 ３、前記第３の工程は、前記熱酸化膜をエッチングによ
   り薄くした後に砒素イオンをスルー注入する工程である
   ことを特徴とする請求項２記載のホトダイオードの製造
   方法。