JPH06163967A - Ultraviolet radiation detecting device and its manufacture - Google Patents

Ultraviolet radiation detecting device and its manufacture

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JPH06163967A
JPH06163967A JP4317318A JP31731892A JPH06163967A JP H06163967 A JPH06163967 A JP H06163967A JP 4317318 A JP4317318 A JP 4317318A JP 31731892 A JP31731892 A JP 31731892A JP H06163967 A JPH06163967 A JP H06163967A
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porous
ultraviolet
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ultraviolet radiation
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Akinobu Satou
倬暢 佐藤
Mikio Hashimoto
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Fujikura Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain an ultraviolet radiation detecting device wherein sensitivity to ultraviolet radiation is excellent, formation together with a signal processing circuit in an Si semiconductor chip is possible, and miniaturization and cost reduction are enabled. CONSTITUTION:A porous Si region 8 is formed by anodizing a specified region of the epitaxial layer 4. By controlling the processing condition in the case of anodizing, the porous Si region 8 outputs light (visible light) of photoluminescence, when ultraviolet radiation is absorbed. N-type impurities diffusion layers 3, 6 are formed under the region 8 and in the side part of the region 8. A P-N photodiode is constituted of the N-type impurities diffusion regions 3, 6 and P-type regions (a substrate 1 and the epitaxial layer 4).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は紫外線検知素子とこの紫
外線検知素子から出力される信号を処理する回路とを同
一の半導体チップに形成することを可能とした紫外線検
知装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultraviolet ray detecting device and a method of manufacturing the same which can form an ultraviolet ray detecting element and a circuit for processing a signal output from the ultraviolet ray detecting element on the same semiconductor chip.

【0002】[0002]

【従来の技術】紫外域はその対象とする波長(エネルギ
ー)域が広く、また光学的に応用する場合に、フィルタ
ー、窓材及び光源等に十分満足できる特性を有するもの
が少ない。このため、特に紫外線を定量的に評価する技
術は可視光の場合に比して遅れている。
2. Description of the Related Art The ultraviolet region has a wide target wavelength (energy) region, and when it is optically applied, there are few that have sufficiently satisfactory properties for filters, window materials, light sources and the like. For this reason, the technique for quantitatively evaluating ultraviolet rays is particularly delayed as compared with the case of visible light.

【0003】従来、紫外線検知素子としては、化合物半
導体を使用した光導電素子及び管球状光電面を備えた光
電式検知素子がある。紫外線検出用光導電素子には、Z
nS、Cd4 SiS6 及びCd4 GeS6 等の化合物半
導体が使用されている。ZnSはエネルギーバンドギャ
ップが3.7eVであり、波長の感度ピークが約340
nmのところにある。また、Cd4 SiS6 及びCd4
GeS6 の波長の感度ピークは夫々約430nm及び約
470nmのところにある。
Conventionally, as the ultraviolet ray detecting element, there are a photoconductive element using a compound semiconductor and a photoelectric type detecting element having a tube-shaped photoelectric surface. For the photoconductive element for detecting ultraviolet rays, Z
Compound semiconductors such as nS, Cd 4 SiS 6 and Cd 4 GeS 6 have been used. ZnS has an energy band gap of 3.7 eV and a wavelength sensitivity peak of about 340.
nm. In addition, Cd 4 SiS 6 and Cd 4
The wavelength sensitivity peaks of GeS 6 are at about 430 nm and about 470 nm, respectively.

【0004】一方、光電式の紫外線検知素子において
は、管球状光電面に主にアルカリ・ハライド化合物を中
心としたCsI、KBr、LiF、CsTe及びMgF
2 等が使用されており、高い量子効率を得ている。ま
た、窓材としては、MgF2 、シリカガラス(Fused Si
kica)及びUVガラス等が使用されている。図12に、
各種紫外光電面の分光感度特性及び窓材の透過特性の一
例を示す。但し、この図12において、実線は量子効
率、破線は厚さが1mmの場合の各窓材の透過率、
[O]は不透明(Opeque type )、[T]は半透明(Se
mi-Transmitting type)を示す。
On the other hand, in the photoelectric type ultraviolet detecting element, CsI, KBr, LiF, CsTe and MgF mainly containing an alkali halide compound are mainly formed on the tube-shaped photocathode.
Second grade is used, and high quantum efficiency is obtained. Further, as the window material, MgF 2 , silica glass (Fused Si)
kica) and UV glass are used. In FIG.
An example of the spectral sensitivity characteristics of various ultraviolet photocathodes and the transmission characteristics of window materials will be shown. However, in FIG. 12, the solid line indicates the quantum efficiency, the broken line indicates the transmittance of each window material when the thickness is 1 mm,
[O] is opaque (Opeque type), [T] is semi-transparent (Se
mi-Transmitting type) is shown.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
紫外線検知装置には以下に示す問題点がある。即ち、近
年、紫外線検出装置以外の各種検出装置においては、検
知素子と、この検知素子から出力される信号を増幅した
り又はアナログ信号を処理が容易なディジタル信号に変
換する等の処理を行なう信号処理回路とが同一の半導体
チップに形成される傾向にある。このように検知素子及
び信号処理回路を同一半導体チップに形成する技術は、
検知装置全体の体積を縮小し装置の小型化を促進すると
共に、高感度且つ高信頼性を得るために極めて重要であ
る。一方、従来の紫外線検知装置は、化合物半導体で信
号処理回路を集積化するのは極めて困難であるため、い
ずれも単体の素子として形成されている。従って、紫外
線検知素子とは別に信号処理を行なうための回路が必要
であり、装置の小型化が阻害される。また、化合物半導
体を用いた紫外線検知装置の場合は、資源として見た場
合に化合物半導体はSiに比して極めて少ないため、必
然的に製品コストが高くなるという欠点もある。
However, the conventional ultraviolet ray detecting device has the following problems. That is, in recent years, in various detection devices other than the ultraviolet detection device, a detection element and a signal for performing processing such as amplification of a signal output from the detection element or conversion of an analog signal into a digital signal that can be easily processed. The processing circuit tends to be formed on the same semiconductor chip. In this way, the technology for forming the sensing element and the signal processing circuit on the same semiconductor chip is
This is extremely important in order to reduce the volume of the entire detection device, promote miniaturization of the device, and obtain high sensitivity and high reliability. On the other hand, since it is extremely difficult to integrate the signal processing circuit with the compound semiconductor in the conventional ultraviolet ray detecting device, all of them are formed as a single element. Therefore, a circuit for performing signal processing is required separately from the ultraviolet ray detecting element, which hinders downsizing of the device. Further, in the case of an ultraviolet ray detection device using a compound semiconductor, the compound semiconductor is extremely smaller than Si when viewed as a resource, so that there is a drawback that the product cost is inevitably high.

【0006】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、紫外線に対する感度が良好であり、信号処
理回路と共にSi半導体チップに形成することができ
て、装置の小型化及び低コスト化が可能な紫外線検知装
置及びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, has a good sensitivity to ultraviolet rays, can be formed on a Si semiconductor chip together with a signal processing circuit, and can reduce the size and cost of the device. It is an object of the present invention to provide an ultraviolet ray detection device and a manufacturing method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る紫外線検知
装置は、Si半導体基板の表面を選択的に陽極化成処理
して形成され紫外線を受光するとホトルミネッセンスに
より発光する多孔質Si領域と、この多孔質Si領域を
囲んで前記半導体基板に形成された光電変換素子とを有
することを特徴とする。
An ultraviolet detector according to the present invention comprises a porous Si region which is formed by selectively anodizing the surface of a Si semiconductor substrate and which emits light by photoluminescence when receiving ultraviolet light. And a photoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate so as to surround the porous Si region.

【0008】本発明に係る紫外線検知装置の製造方法
は、Si半導体基板の表面の所定領域を囲んで光電変換
素子を形成する工程と、前記所定領域を陽極化成処理し
て多孔質Si領域を形成する工程とを有することを特徴
とする。
The method of manufacturing an ultraviolet detector according to the present invention comprises a step of forming a photoelectric conversion element by surrounding a predetermined region on the surface of a Si semiconductor substrate, and anodizing the predetermined region to form a porous Si region. And a step of performing.

【0009】[0009]

【作用】多孔質Siは紫外線を吸収して可視光を放出す
るというホトルミネッセンスを示す。本発明に係る紫外
線検知装置においては、陽極化成処理により形成された
多孔質Si領域の周囲にホトダイオード等の光電変換素
子が配置されており、多孔質Si領域が紫外線を吸収し
可視光を放出すると、この可視光が光電変換素子に検出
されて電気信号に変換される。従って、本発明に係る紫
外線検知装置は、紫外線を良好な感度で検出することが
できると共に、装置の小型化が容易である。
The porous Si exhibits photoluminescence, which absorbs ultraviolet rays and emits visible light. In the ultraviolet detector according to the present invention, a photoelectric conversion element such as a photodiode is arranged around the porous Si region formed by the anodization treatment, and when the porous Si region absorbs ultraviolet rays and emits visible light. The visible light is detected by the photoelectric conversion element and converted into an electric signal. Therefore, the ultraviolet ray detecting device according to the present invention can detect the ultraviolet ray with good sensitivity and can easily reduce the size of the device.

【0010】また、本発明方法においては、Si半導体
基板の表面の所定領域を囲んで光電変換素子を形成し、
その後前記所定領域を陽極化成処理してホトルミネッセ
ンスを示す多孔質Si領域を形成する。本願発明者等
は、種々実験研究の末、Si基板に陽極化成処理を施す
場合に、処理条件を適正に制御することにより、陽極化
成層がホトルミネッセンス特性を示すとの知見を得た。
図13は横軸に陽極化成処理時の電流密度をとり、縦軸
にHF濃度をとって、陽極化成層がホトルミネッセンス
特性を示すときの処理条件を示すグラフ図である。例え
ば結晶方位が(100)のSi基板を図13にで示す
範囲内の条件(HF濃度が20〜50体積%、電流密度
が1〜10mA/cm2 、処理温度が10±0.5℃)
で陽極化成処理すると、波長が230〜300nmの紫
外線領域に2つの吸収帯をもち、波長が590〜600
nmの可視光(赤色)を放出する陽極化成層を得ること
ができる。また、図13にで示す範囲内の条件(HF
濃度が数〜30体積%、電流密度が1〜700mA/c
2 、処理温度が10±0.5℃)でSi基板を陽極化
成処理すると、波長が230〜300nmの紫外線領域
に1つの吸収帯をもち、波長が600〜630nmの可
視光(赤色〜オレンジ色)を放出する陽極化成層を得る
ことができる。更に、図13にで示す範囲内の条件で
Si基板を陽極化成処理すると、陽極化成層はホトルミ
ネッセンスを示さなくなる。
Further, in the method of the present invention, a photoelectric conversion element is formed by surrounding a predetermined region on the surface of the Si semiconductor substrate,
After that, the predetermined region is subjected to anodization treatment to form a porous Si region exhibiting photoluminescence. After various experimental studies, the inventors of the present application have found that when anodizing the Si substrate, the anodized layer exhibits photoluminescence characteristics by appropriately controlling the treatment conditions.
FIG. 13 is a graph showing the treatment conditions when the anodized layer shows the photoluminescence characteristics, with the horizontal axis representing the current density during the anodizing treatment and the vertical axis representing the HF concentration. For example, a Si substrate having a crystal orientation of (100) is subjected to conditions within the range shown in FIG. 13 (HF concentration is 20 to 50% by volume, current density is 1 to 10 mA / cm 2 , processing temperature is 10 ± 0.5 ° C.).
When the anodization process is carried out at, it has two absorption bands in the ultraviolet region with a wavelength of 230 to 300 nm and a wavelength of 590 to 600.
It is possible to obtain an anodized layer that emits visible light (red) of nm. In addition, the condition (HF) within the range shown in FIG.
Concentration is several to 30% by volume, current density is 1 to 700 mA / c
When the Si substrate is subjected to anodization treatment at m 2 and a treatment temperature of 10 ± 0.5 ° C., it has one absorption band in the ultraviolet region of wavelength 230 to 300 nm and visible light of wavelength 600 to 630 nm (red to orange). It is possible to obtain an anodized layer that emits color). Further, when the Si substrate is anodized under the conditions shown in FIG. 13, the anodized layer does not show photoluminescence.

【0011】図14(a),(b)は、夫々図13に
,で示す範囲内の条件で形成された陽極化成層の紫
外線吸収特性の一例を示すグラフ図である。また。図1
5(a),(b)は、夫々図13に,で示す範囲内
の条件で形成された陽極化成層から放出される光の波長
と強度との関係の一例を示すグラフ図である。
FIGS. 14 (a) and 14 (b) are graphs showing an example of the ultraviolet absorption characteristics of the anodized layer formed under the conditions shown in FIG. Also. Figure 1
FIGS. 5A and 5B are graphs showing an example of the relationship between the wavelength and the intensity of the light emitted from the anodized layer formed under the conditions shown in FIG.

【0012】このように、陽極化成処理により形成した
多孔質Siから出力される光の半値巾(FWHM)は、
約65〜85nm(図13のに示す範囲内の条件で形
成した多孔質Siの場合)及び約90〜130nm(図
13のに示す範囲内の条件で形成した場合)となる。
特に、図13のに示す範囲内の条件で形成した多孔質
Siは、従来方法により形成された多孔質Siから出力
される光の半値巾に比して幅が狭いという特長がある。
図13ので示す範囲内の条件で形成した多孔質Siは
紫外線に対する感度が図13ので示す範囲内の条件で
形成した多孔質Siに比して高いが、用途に応じていず
れか一方の条件で陽極化成処理を行なえばよい。
The full width at half maximum (FWHM) of the light output from the porous Si formed by the anodizing treatment is
The thickness is about 65 to 85 nm (in the case of porous Si formed under the conditions shown in FIG. 13) and about 90 to 130 nm (when formed under the conditions shown in FIG. 13).
In particular, the porous Si formed under the conditions shown in FIG. 13 has a feature that the width is narrower than the half-value width of the light output from the porous Si formed by the conventional method.
The porous Si formed under the conditions within the range shown in FIG. 13 has a higher sensitivity to ultraviolet rays than the porous Si formed under the conditions within the range shown in FIG. 13, but depending on the application, either Anodization treatment may be performed.

【0013】本発明方法においては、陽極化成処理を除
けば通常のIC(集積回路)の製造工程と略同様の工程
で紫外線検知素子を形成するため、紫外線検知素子と信
号処理回路とを同一の半導体チップに形成することがで
きる。
In the method of the present invention, the ultraviolet ray detecting element is formed in a process substantially the same as the ordinary IC (integrated circuit) manufacturing process except for the anodizing treatment, so that the ultraviolet ray detecting element and the signal processing circuit are the same. It can be formed on a semiconductor chip.

【0014】[0014]

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

【0015】図1は本発明の実施例に係る紫外線検知装
置を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an ultraviolet ray detecting device according to an embodiment of the present invention.

【0016】p型Si基板1上にはp型エピタキシャル
層4が形成されており、このエピタキシャル層4の所定
領域には、エピタキシャル層4を陽極化成処理すること
により形成された多孔質Si領域8が設けられている。
また、この多孔質Si領域8の下方及び側方には夫々n
型不純物拡散領域3,6が形成されており、多孔質Si
領域8はこれらのn型不純物拡散領域3,6により囲ま
れている。
A p-type epitaxial layer 4 is formed on the p-type Si substrate 1, and a porous Si region 8 formed by anodizing the epitaxial layer 4 is formed in a predetermined region of the epitaxial layer 4. Is provided.
Further, n is provided below and to the side of the porous Si region 8, respectively.
Type impurity diffusion regions 3 and 6 are formed, and porous Si
Region 8 is surrounded by these n-type impurity diffusion regions 3 and 6.

【0017】エピタキシャル層4上にはSi34 膜7
が形成されており、多孔質Si領域8はこのSi34
膜7に設けられた開口部7aから露出している。また、
Si34 膜7にはコンタクト孔7bが選択的に形成さ
れており、Al電極9はこのコンタクト孔7bを埋め込
みSi34 膜7上に延出して形成されている。
A Si 3 N 4 film 7 is formed on the epitaxial layer 4.
Are formed, and the porous Si region 8 is formed by this Si 3 N 4
It is exposed from the opening 7a provided in the film 7. Also,
A contact hole 7b is selectively formed in the Si 3 N 4 film 7, and the Al electrode 9 is formed by extending the contact hole 7b onto the embedded Si 3 N 4 film 7.

【0018】n型不純物拡散領域3,6とこのn型不純
物拡散領域3,6に接触するp型不純物領域(エピタキ
シャル層4及び基板1)とはp−n接合により光感受性
を有するPNホトダイオードを構成する。つまり、Al
電極9は、このPNホトダイオードの電極である。多孔
質Si領域8は、紫外線を受光するとホトルミネッセン
スにより可視光を出力する。この多孔質Si領域8から
出力された可視光は、上述のPNホトダイオードに受光
され、電気信号に変換される。
The n-type impurity diffusion regions 3 and 6 and the p-type impurity regions (epitaxial layer 4 and substrate 1) contacting the n-type impurity diffusion regions 3 and 6 are PN photodiodes having photosensitivity due to a pn junction. Constitute. That is, Al
The electrode 9 is an electrode of this PN photodiode. When the porous Si region 8 receives ultraviolet rays, it outputs visible light by photoluminescence. The visible light output from the porous Si region 8 is received by the above-mentioned PN photodiode and converted into an electric signal.

【0019】多孔質Si領域8は陽極化成処理時の処理
条件により紫外線に対する感度が変化するが、処理条件
を適正に制御することにより良好な感度を得ることがで
きる。また、本実施例においては、多孔質Si領域8が
ホトダイオードに囲まれて形成されているため、多孔質
Si領域8から出力された可視光を高効率で検出するこ
とができる。従って、本実施例に係る紫外線検知装置
は、良好な感度で紫外線を検出することができる。
Although the sensitivity of the porous Si region 8 to ultraviolet rays varies depending on the processing conditions during the anodizing treatment, good sensitivity can be obtained by appropriately controlling the processing conditions. Further, in this embodiment, since the porous Si region 8 is formed surrounded by the photodiodes, the visible light output from the porous Si region 8 can be detected with high efficiency. Therefore, the ultraviolet ray detection device according to this embodiment can detect ultraviolet rays with good sensitivity.

【0020】図2乃至図10は本実施例に係る紫外線検
知装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
2 to 10 are sectional views showing a method of manufacturing the ultraviolet ray detecting device according to this embodiment in the order of steps.

【0021】先ず、材料として、図2に示すように、結
晶方位が(100)、電気抵抗率が2乃至6Ω・cmの
p型Si基板1を用意する。
First, as a material, as shown in FIG. 2, a p-type Si substrate 1 having a crystal orientation (100) and an electric resistivity of 2 to 6 Ω · cm is prepared.

【0022】次に、図3に示すように、基板1の表面に
SiO2 膜2を形成した後、このSiO2 膜2を選択的
に除去して開口部2aを形成する。そして、この開口部
2aから基板1の表面にn型不純物を導入し拡散させ
て、拡散深さが約3μmのn型不純物拡散領域3を形成
する。
Next, as shown in FIG. 3, after the SiO 2 film 2 is formed on the surface of the substrate 1, the SiO 2 film 2 is selectively removed to form the opening 2a. Then, an n-type impurity is introduced into the surface of the substrate 1 through the opening 2a and diffused to form an n-type impurity diffusion region 3 having a diffusion depth of about 3 μm.

【0023】次に、図4に示すように、基板1上のSi
2 膜2を除去し、図5に示すように、基板1上にp型
エピタキシャル層4を約10μmの厚さに形成する。
Next, as shown in FIG. 4, Si on the substrate 1
The O 2 film 2 is removed, and a p-type epitaxial layer 4 is formed on the substrate 1 to a thickness of about 10 μm, as shown in FIG.

【0024】次に、図6に示すように、エピタキシャル
層4上にSiO2 膜5を形成し、n型不純物拡散領域3
の縁部に対応する部分のSiO2 膜5を選択的に除去し
て、開口部5aを形成する。その後、図7に示すよう
に、開口部5aからエピタキシャル層4にn型不純物を
導入し、n型不純物拡散領域3に連絡するn型不純物拡
散領域6を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, a SiO 2 film 5 is formed on the epitaxial layer 4, and the n-type impurity diffusion region 3 is formed.
The portion of the SiO 2 film 5 corresponding to the edge portion is removed selectively to form the opening 5a. Thereafter, as shown in FIG. 7, an n-type impurity is introduced into the epitaxial layer 4 through the opening 5a to form an n-type impurity diffusion region 6 which is in communication with the n-type impurity diffusion region 3.

【0025】次に、図8に示すように、SiO2 膜5を
除去した後、エピタキシャル層4の全面にSi34
7を約150nmの厚さで形成し、n型不純物拡散領域
6に囲まれた部分に対応する領域のSi34 膜7を選
択的に除去して、開口部7aを形成する。
Next, as shown in FIG. 8, after removing the SiO 2 film 5, a Si 3 N 4 film 7 is formed to a thickness of about 150 nm on the entire surface of the epitaxial layer 4, and the n-type impurity diffusion region 6 is formed. The Si 3 N 4 film 7 in a region corresponding to the portion surrounded by is selectively removed to form an opening 7a.

【0026】次に、図9に示すように、濃度が50体積
%のHF液を処理液とし、液温が10±0.5℃、電流
密度が1mA/cm2 、電荷量が1200C(クーロ
ン)の条件でエピタキシャル層4を陽極化成処理し、多
孔質Si領域8を形成する。なお、陽極化成処理時に
は、アルカリ性電解液としてNH4 OH等を使用しても
よい。
Next, as shown in FIG. 9, an HF liquid having a concentration of 50% by volume was used as a processing liquid, the liquid temperature was 10 ± 0.5 ° C., the current density was 1 mA / cm 2 , and the charge amount was 1200 C (coulomb). The epitaxial layer 4 is subjected to anodization treatment under the condition (1) to form the porous Si region 8. Note that NH 4 OH or the like may be used as the alkaline electrolyte during the anodization treatment.

【0027】次いで、図10に示すように、Si34
膜7に選択的にコンタクト孔7bを形成し、このコンタ
クト孔を埋め込むようにしてAl電極を形成する。これ
により、図1に示す本実施例に係る紫外線検知装置が完
成する。
Then, as shown in FIG. 10, Si 3 N 4
A contact hole 7b is selectively formed in the film 7, and an Al electrode is formed so as to fill the contact hole. As a result, the ultraviolet detector according to this embodiment shown in FIG. 1 is completed.

【0028】多孔質Si領域8は、その孔径及び酸化状
態を制御することにより、深さ方向に発光強度を制御す
ることができる。多孔質Si領域8の深い部分(即ち、
ホトダイオードに近い部分)における発光強度が高くな
るように多孔質Si領域8の孔径及び酸化状態を制御す
ることにより、多孔質Si領域8から出力される光をホ
トダイオードで検出するときの感度を向上できる。ま
た、図13ので示す範囲内の条件で陽極化成処理を行
なうことにより、多孔質Si領域は紫外線領域に2つの
ピーク感度をもつようになり、紫外線に対する良好な感
度を得ることができる。
The emission intensity of the porous Si region 8 can be controlled in the depth direction by controlling the pore size and oxidation state. The deep portion of the porous Si region 8 (that is,
By controlling the pore diameter and the oxidation state of the porous Si region 8 so that the emission intensity in the portion close to the photodiode) becomes high, the sensitivity when detecting the light output from the porous Si region 8 with the photodiode can be improved. . Further, by performing anodization under the conditions shown in FIG. 13, the porous Si region has two peak sensitivities in the ultraviolet region, and good sensitivity to ultraviolet rays can be obtained.

【0029】本実施例方法によれば、Si基板への不純
物の導入及びエピタキシャル層の形成等、通常のIC製
造工程と略同様の工程を経て紫外線検知装置を製造す
る。つまり、本実施例方法によれば、紫外線検知素子と
この紫外線検知素子から出力される信号を処理する回路
とを同一半導体チップに形成することができる。
According to the method of the present embodiment, the ultraviolet detector is manufactured through the steps substantially similar to the normal IC manufacturing steps such as the introduction of impurities into the Si substrate and the formation of the epitaxial layer. That is, according to the method of this embodiment, the ultraviolet ray detecting element and the circuit for processing the signal output from this ultraviolet ray detecting element can be formed on the same semiconductor chip.

【0030】なお、可視光検知には、一般的に、図11
(a)に示すp−n接合により光を検知するPNダイオ
ード、図11(b)に示すp−i(真性半導体)−n接
合により光を検知するPINダイオード、図11
(c),(d)に夫々示す電子なだれ現象(アバランシ
ェ現象)を利用して光を検知するアバランシェダイオー
ド及びリーチスルーアバランシェダイオード等が使用さ
れている。上述の実施例においては、PNホトダイオー
ドにより多孔質Si領域から出力される光を電気信号に
変換する場合について説明したが、本発明に係る紫外線
検知装置の光電変換素子としては、PINダイオード、
アバランシェダイオード及びリーチスルーアバランシェ
ダイオード等であってもよいことは勿論である。
For visible light detection, FIG.
A pn diode for detecting light by the pn junction shown in FIG. 11A, a PIN diode for detecting light by the pi (intrinsic semiconductor) -n junction shown in FIG. 11B, FIG.
An avalanche diode and a reach-through avalanche diode that detect light by using the electron avalanche phenomenon (avalanche phenomenon) shown in (c) and (d) are used. In the above-described embodiments, the case where the light output from the porous Si region is converted into an electric signal by the PN photodiode is described, but as the photoelectric conversion element of the ultraviolet ray detection device according to the present invention, a PIN diode,
Of course, it may be an avalanche diode, a reach through avalanche diode, or the like.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る紫外線
検出装置は、紫外線を吸収するとホトルミネッセンスに
より発光する多孔質Si領域とこの多孔質Si領域を囲
んで形成された光電変換素子とを備えているから、紫外
線を高感度で検出できる。また、本発明に係る紫外線検
出装置は、信号処理回路と共に同一の半導体チップに形
成することが可能であり、装置全体の小型化及び製品コ
ストの低減を達成できる。
As described above, the ultraviolet ray detecting device according to the present invention includes the porous Si region which emits light by photoluminescence when absorbing the ultraviolet ray, and the photoelectric conversion element formed surrounding the porous Si region. Therefore, ultraviolet rays can be detected with high sensitivity. Further, the ultraviolet ray detecting device according to the present invention can be formed on the same semiconductor chip together with the signal processing circuit, so that it is possible to reduce the size of the entire device and reduce the product cost.

【0032】一方、本発明方法においては、Si基板の
表面の所定領域を囲んでホトダイオード等の光電変換素
子を形成し、前記所定領域を陽極化成処理して多孔質S
i領域を形成するから、同一半導体チップに紫外線を検
知する素子と信号処理回路とを形成することができる。
また、陽極化成処理時の処理条件を制御することによ
り、前記多孔質Si領域の紫外線に対する感度特性を制
御することができる。
On the other hand, in the method of the present invention, a photoelectric conversion element such as a photodiode is formed so as to surround a predetermined region on the surface of the Si substrate, and the predetermined region is subjected to anodization to obtain the porous S.
Since the i region is formed, it is possible to form an element that detects ultraviolet rays and a signal processing circuit on the same semiconductor chip.
Further, by controlling the processing conditions during the anodizing treatment, it is possible to control the sensitivity characteristic of the porous Si region to ultraviolet light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係る紫外線検知装置を示す断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an ultraviolet ray detection device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one step of the same manufacturing method.

【図3】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing one step of the same manufacturing method.

【図4】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one step of the same manufacturing method.

【図5】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing one step of the same manufacturing method.

【図6】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing one step of the same manufacturing method.

【図7】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing one step of the same manufacturing method.

【図8】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing one step of the same manufacturing method.

【図9】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing one step of the same manufacturing method.

【図10】同じくその製造方法の一工程を示す断面図で
ある。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing one step of the same manufacturing method.

【図11】(a)乃至(d)はいずれも光電変換素子を
示す断面図である。
11A to 11D are cross-sectional views each showing a photoelectric conversion element.

【図12】各種紫外光電面の分光感度特性及び窓材の透
過特性の一例を示すグラフ図である。
FIG. 12 is a graph showing an example of spectral sensitivity characteristics of various ultraviolet photocathodes and transmission characteristics of window materials.

【図13】ホトルミネッセンスを示す陽極化成層を得る
ことができる陽極化成処理時の処理条件を示すグラフ図
である。
FIG. 13 is a graph showing treatment conditions during anodization treatment capable of obtaining an anodized layer exhibiting photoluminescence.

【図14】(a),(b)は夫々図13に,で示す
範囲内の条件で形成された陽極化成層の紫外線吸収特性
の一例を示すグラフ図である。
14A and 14B are graphs showing an example of ultraviolet absorption characteristics of an anodized layer formed under the conditions shown in FIG.

【図15】(a),(b)は夫々図13に,で示す
範囲内の条件で形成された陽極化成層から放出される光
の波長と強度との関係の一例を示すグラフ図である。
15 (a) and 15 (b) are graphs each showing an example of the relationship between the wavelength and the intensity of light emitted from the anodized layer formed under the conditions shown in FIG. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;Si基板 2,5;SiO2 膜 3,6;n型不純物拡散領域 7;Si34 膜 8;多孔質Si領域 9;Al電極1; Si substrate 2, 5; SiO 2 film 3, 6; n-type impurity diffusion region 7; Si 3 N 4 film 8; porous Si region 9; Al electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Si半導体基板の表面を選択的に陽極化
成処理して形成され紫外線を受光するとホトルミネッセ
ンスにより発光する多孔質Si領域と、この多孔質Si
領域を囲んで前記半導体基板に形成された光電変換素子
とを有することを特徴とする紫外線検知装置。
1. A porous Si region which is formed by selectively anodizing the surface of a Si semiconductor substrate and emits light by photoluminescence when receiving ultraviolet light, and the porous Si region.
An ultraviolet detector comprising a photoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate so as to surround a region.
【請求項2】 Si半導体基板の表面の所定領域を囲ん
で光電変換素子を形成する工程と、前記所定領域を陽極
化成処理して多孔質Si領域を形成する工程とを有する
ことを特徴とする紫外線検知装置の製造方法。
2. A step of forming a photoelectric conversion element surrounding a predetermined region on the surface of a Si semiconductor substrate, and a step of anodizing the predetermined region to form a porous Si region. Ultraviolet detector manufacturing method.
【請求項3】 前記陽極化成処理は、濃度が20乃至5
0体積%のHF液を処理液とし、処理温度が10±0.
5℃、電流密度が1乃至10mAの条件で実施すること
を特徴とする請求項2に記載の紫外線検知装置の製造方
法。
3. The concentration of the anodizing treatment is 20 to 5
The treatment temperature is 10 ± 0.
The method for manufacturing an ultraviolet detector according to claim 2, wherein the method is carried out under conditions of 5 ° C. and a current density of 1 to 10 mA.
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WO2001015241A1 (en) * 1999-08-21 2001-03-01 Mat Science Tech Co., Ltd. Ultraviolet-ray detecting device
JP2006245535A (en) * 2005-02-04 2006-09-14 Sony Corp Solid-state imaging sensor, method of manufacturing the same, and imaging apparatus

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