JPS632387A

JPS632387A - 受光素子

Info

Publication number: JPS632387A
Application number: JP61144861A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kaneko; 聡金子
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-06-23
Filing date: 1986-06-23
Publication date: 1988-01-07

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〕本発明は受光素子、特に微弱な光をも検出することので
きる量子効率の高い受光素子に関する。

〔従来の技術〕

光通信等に使用される受光素子としては各種の構造のも
のが知られている。゛また、これらの受光素子にあって
は、受光面に反射防止膜が設けられている。反射防止膜
が設けられている受光素子の例としては、特開昭５８−
１７００７８号公報記載の技術、あるいは特開昭５８−
５７７６０号公報記載の技術がある。前者は、反射防止
膜としてナイトライド膜を設けたシリコン・アバランシ
ェ・ホトダイオードの例であり、後者は、反射防止膜と
してｓｔｏｗ膜またはナイトライド膜を用いたＩｎＰ系
の受光素子の例である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

受光素子の特性を示すパラメータの一つとして、量子効
率ηがある。この量子効率の低減を抑止するために、−
般に前述のように受光素子の受光面に反射防止膜が設け
られている。

シリコン・アバランシェ・ホトダイオードにあって１よ
、前記文献に記載されているように、反射防止膜は反射
率の低減が図れる屈折率の高いナイトライド膜が使用さ
れている。

しかし、ナイトライド膜をシリコン板に直接接触させる
構造は、ナイトライド膜とシリコンとの熱膨張係数の違
いに基づいて応力が境界面に作用し、素子特性が損なわ
れるということが本発明者によってあきらかにされた。

本発明の目的は量子効率の高い受光素子を提供すること
にある。

本発明の他の目的は反射防止膜とシリコン板との境界面
に応力が作用しない構造の受光素子を提供することにあ
る。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のシリコン・アバランシェ・ホトダイオードは、
受光面にナイトライド膜からなる反射防止膜が設けられ
ているが、この反射防止膜とシリコン板との間には、応
力緩和膜として、１００Å〜２００人の厚さのシリコン
酸化膜が設けられている。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明の受光素子は反射防止膜
として屈折率の高いナイトライド膜が使用されているこ
とから、反射率が低くなり量子効率が高くなる。したが
って、本発明の受光素子は微弱な光を正確確実に検出で
きるようになり特性が向上する。また、本発明の受光素
子は反射防止膜としてのナイトライド膜とシリコン板と
の間に屈折率に影響を与えない程度の薄い応力緩和膜と
してのシリコン酸化膜が介在されていることから、反射
防止膜とシリコン板との間に応力が発生せず、特性が安
定する。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例によるシリコン・アバランシ
ェ・ホトダイオードを示す断面図、第２図〜第１０図は
シリコン・アバランシェ・ホトダイオードの製造方法を
示す断面図であって、第２図はウェハを示す断面図、第
３図はｐ形層が設けられた状態のウェハを示す断面図、
第４図はチャネルストッパーが設けられた状態のウェハ
を示す断面図、第５図はガードリングが設けられた状態
のウェハを示す断面図、第６図はバフシベーションが設
けられた状態のウェハを示す断面図、第７図はｐｎ接合
が設けられた状態のウェハを示す断面図、第８図は応力
緩和膜が設けられた状態のウェハを示す断面図、第９図
は反射防止膜が設けられた状態のウェハを示す断面図、
第１Ｏ図は電極が設けられた状態のウェハを示す断面図
、第１１図は受光面に光が入射する状態を示す模式図で
ある。

この実施例の受光素子１は、第１図に示されるように、
シリコンからなるｐ十形のシリコン基板２の主面（上面
）に設けられたエピタキシャル成長によって形成された
ｐ−形のπ層３を有している。このπ層３の表層部には
円形状にｐ形層４が数μｍの深さに設けられているとと
もに、このｐ形層４の上にはｎ形層５が設けられ、ｐｎ
接合６が形成されている。また、前記ｐ形層４およびｎ
形層５の周縁には、エツジブレークダウンを防止するた
めに、ｎ形のガードリング７が設けられている。また、
受光素子１の主面周縁には、暗電流を減少させるための
ｐ十形からなるチャネルストッパー８が設けられている
。また、前記ｎ形層５の外周部から外側の受光素子ｌの
主面には酸化膜９．１０が設けられているとともに、ｎ
形層５の内周部から内側の受光素子１の主面には反射防
止膜１１が設けられている。この反射防止膜１１はナイ
トライド膜（Ｓｔ、ＩＮ、膜）で構成され、たとえば、
入射光波長（λが７８０ｎｍ〜８８０ｎｍ）を考慮して
、１ｏｏｏ人の厚さとなっている。

また、前記反射防止膜１１と前記ｎ形層５　（シリコン
板）との間には、応力緩和膜１２が設けられている。こ
れは、シリコン上にシリコンとは異なる物質であるナイ
トライド膜を直接設けると、境界面に応力が作用し、特
性が劣化することから、シリコン上に薄いシリコン酸化
膜からなる応力緩和膜１２を設けることによって、応力
を吸収させ、反射防止膜１１に実質的に応力が加わらな
いようになっている。前記応力緩和膜１２は１００人程
度の厚さとなり、入射光の取り込みに悪い影響を与えな
いようになっている。また、前記酸化膜１０と反射防止
膜１１との間の受光素子１の主面には、Ａｌｌからなる
電極１３が設けられている。

つぎに、受光素子１の製造方法について、第２図乃至第
１０図を参照しながら説明する。

最初に、第２図に示されるように、ウェハ１４が用意さ
れる。このウェハ１４は、ｐ十形のシリコン基板２を主
構成部材となり、その主面にｐ−形の１層３が設けられ
ている。前記π層３はエピタキシャル成長によって形成
され、たとえば、比抵抗が３１６Ωｃｍと成るように形
成されている。

このようなウェハ１４は、その主面にシリコン酸化膜か
らなる酸化膜９が、たとえば、６７００人の厚さに形成
される。なお、ウェハ１４の主面上に設けられるものを
も含めて、以後、単にウェハ１４と称する。

つぎに、常用のホトエツチング技術によって、受光素子
１の受光面（光吸収層）形成領域に対応する前記酸化膜
９が除去される。その後、残留する酸化膜９をマスクと
して、１層３の表層部にミたとえば、ボロン（Ｂ＋）が
４．５ｘｌＱ”Ｃｍ４程度注入される。ついで、ウェハ
１４は熱処理が施され、引き延ばし拡散が行われる。こ
の熱処理によって注入されたボロンが拡散し、ｐ形層４
が形成される。なお、この熱処理時、前記ｐ形層４上に
は酸化膜１５が形成される。

つぎに、第４図に示されるように、暗電流を減少させる
ためのチャネルストッパー８が形成される。このチャネ
ルストッパー８の形成にあっては、最初にチャネルスト
ッパー形成部分に対応する酸化膜９が除去され、その後
、ボロンが注入されるとともに、熱処理によって引き延
ばし拡散が行われる。また、この熱処理時、前記チャネ
ルストッパー８上には酸化膜１６が形成される。

つぎに、第５図に示されるように、エツジブレークダウ
ンを防止するためのガードリング７が、前記ｐ形層４の
周りに形成される。このガードリング７の形成にあって
は、最初にガードリング形成領域に対応する酸化膜９が
除去され、その後、燐が２．０ＸＩＯ”ｃｍ−”程度イ
オン注入される。

イオン注入後、熱処理によって引き延ばし拡散が行われ
る。また、この熱処理時、前記ガードリング７上には酸
化膜１７が形成される。

つぎに、第６図に示されるように、表面保護膜としての
バフシベーション膜（酸化膜）１０が形成される。

つぎに、第７図に示されるように、前記ｐ形層４の表層
部にはｎ形層５が形成される。このｎ形層５は砒素を１
　ｘ　１０層４ｃｍ−”程度イオン注入するとともに、
熱処理することによって形成される。

この結果、ｐ形層４とｎ形層５との間にはｐｎ接合６が
形成されるつぎに、第８図に示されるように、前記ｎ形層５上には
１００人程度の厚さにシリコン酸化膜（Ｓｉｎ、膜）か
らなる応力緩和膜１２が形成される。

つぎに、第９図に示されるように、前記応力緩和膜１２
上にはナイトライド膜からなる反射防止膜１１が形成さ
れる。前記反射防止膜１１は１０００人の厚さに形成さ
れる。

つぎに、第１０図に示されるように、ウェハ１４の主面
にＡｆＬが部分的に設けられ、電極１３が形成される。

つぎに、このようなウェハ１４は縦横に分断され、第１
図に示されるような受光素子１が製造される。

このような受光素子１にあっては、反射防止膜１１はナ
イトライド膜となり、シリコン基板２およびこのシリコ
ン基板２上にエピタキシャル成長によって形成されるシ
リコンからなる１層３とは、相互に熱膨張係数が異なる
が、１層３と反射防止膜１１との間にシリコン酸化膜か
らなる応力緩和膜１２が介在されているため、１層３と
反射防止膜１１との間に応力が発生し難くなり、特性の
劣化は防止できるようになる。

一方、反射防止膜１１はナイトライド膜で構成されてい
るため、シリコン酸化膜を使用した場合に比較して量子
効率は向上する。すなわち、量子効率ηは次式で与えら
れる。

η＝　（１−Ｒ）（１−ｅ−”’）　・・・・　（１）
また、反射率Ｒは次式で与えられる。

Ｒ＝　１　４ｎ０　ｎｌ　”　ｎ”　／　（ｎＩ　”　
　（ｎｚ　＋ｎ０）２−（ｎ、ｔ−ｎ、り（ｎ、２　　
　ｎ、２　）ｓｉｎ”　　δ／２〕　・　・　・　（２
）ここで、ｄｌ　：反射防止膜厚 λ　：入射光波長ｎｏ　：シリコンの屈折率ｎＩ　：反射防止膜の屈折率ｎ２　：空気の屈折率 α　：吸収係数 δ　：４πｎ＋ｄ＋／λ これらの式から、屈折率１．４３のシリコン酸化膜を反
射防止膜として使用した場合、λが８３Ｑｎｍ、ｄ、が
１４３５人のとき、Ｒは０．０６５となり、ηは８６％
となる。

これに対して、屈折率が２のナイトライド膜を反射防止
膜として用いた場合、システム使用状態における入射光
波長（λ＝７８０ｎｍ、８８０ｎｍ）を考慮し、ナイト
ライド牌の厚さを１０００人とした場合、λが８３０ｎ
ｍのときは、量子効率は９１．４％となり、シリコン酸
化膜を反射防止膜として使用した場合に比較して、０．
２６ｄＢ程度向上する。

なお、シリコンとナイトライド膜間に１００人程度の厚
さのシリコン酸化膜を設けた構造では、入射光波長に対
し厚さ１００人のシリコン酸化膜は無視できる。

このような実施例によれば、っぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明のシリコン・アバランシェ・ホトダイオー
ドにあって、反射防止膜は、シリコン酸化膜よりも屈折
率の高いナイトライド膜が用いられていることから、反
射率が小さくなり、量子効率が大きくなるという効果が
得られる。

（２）上記（１）により、本発明の受光素子は量子効率
が高くなることによって、微弱な光をも正確かつ確実に
検出できるようになり、特性の向上が達成できるという
効果が得られる。

（３）本発明の受光素子にあっては、シリコン上に設け
られる反射防止膜は、異質なナイトライド膜が用いられ
ているが、このナイトライド膜とシリコンとの間には、
シリコン酸化膜からなる薄い応力緩和膜が設けられてい
ることから、シリコンとナイトライド膜との間に応力が
発生せず、特性が安定するという効果が得られる。

（４）上記（１）〜（３）により、本発明によれば、信
頬性が高くかつ特性が高い受光素子を提供することがで
きるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、応力緩和膜と
しては、他の膜を用いても前記実施例同様な効果が得ら
れる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるシリコン・アバラン
シェ・ホトダイオードに適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、たとえば、シリコ
ン・ピンホトダイオードなどにも適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明のシリコン・アバランシェ・ホトダイオードは、
受光面に屈折率の高いナイトライド膜からなる反射防止
膜が設けられていることから反射率が低くなり量子効率
が高くなる。したがって、本発明の受光素子は微弱な光
をも正確確実に検出できるようになり特性が向上する。

また、前記反射防止膜の下には入射光に悪い影響を与え
ない薄い応力緩和膜が設けられていることから、反射防
止膜とシリコン板との間に応力が発生せず、受光素子の
特性が安定する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるシリコン・アバランシ
ェ・ホトダイオードを示す断面図、第２図は同じくシリ
コン・アバランシェ・ホトダイオードの製造におけるウ
ェハを示す断面図、第３図は同じ（ｐ形層が設けられた
状態のウェハを示す断面図、第４図は同じくチャネルストッパーが設けられた状態の
ウェハを示す断面図、第５図は同じくガードリングが設けられた状態のウェハ
を示す断面図、第６図は同じくパッシベーションが設けられた状態のウ
ェハを示す断面図、第７図は同じ＜ｐｎ接合が設けられた状態のウェハを示
す断面図、第８図は同じく応力緩和膜が設けられた状態のウェハを
示す断面図、第９図は同じく反射防止膜が設けられた状態のウェハを
示す断面図、第１０図は同じく電極が設けられた状態のウェハを示す
断面図、第１１図は同じく受光面に光が入射する状態を示す模式
図である。１・・・受光素子、２・・・シリコン基板、３・・・π
層、４・・・ｐ形層、５・・・ｎ形層、６・・・ｐｎ接
合、７・・・ガードリング、８・・・チャネルス）７パ
ー、９．１０・・・酸化膜、１１・・・反射防止膜、１
２・・・応力緩和膜、１３・・・電極、１４・・・ウェ
ハ、Ｌ５．１６゜１７・・・酸化膜。代理人　弁理士　小川勝馬ｒ′ニー°′１、第　　３　
　図　　　　　　　　　第　　４　　図第　　８　　図
　　　　　　　　第　　９　　同第１０図　　　第１１
７

Claims

【特許請求の範囲】１、シリコン板の主面に反射防止膜が設けられた受光素
子であって、前記反射防止膜は窒化シリコン膜からなっ
ているとともに、この窒化シリコン膜とシリコン板との
間には応力緩和膜が介在されていることを特徴とする受
光素子。２、前記応力緩和膜は１００Å〜２００Å程度のシリコ
ン酸化膜で構成されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の受光素子。