半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體光檢測(cè)元件
[0001 ] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年2月15日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080009099.1、發(fā)明名稱(chēng)為半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體光檢測(cè)元件。
【背景技術(shù)】
[0003]作為在近紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域具有較高的光譜靈敏度特性的光電二極管，已知使用有化合物半導(dǎo)體的光電二極管(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。專(zhuān)利文獻(xiàn)I中所記載的光電二極管包括:第I受光層，其由InGaAsNUnGaAsNSb及InGaAsNP中的任一者構(gòu)成；及第2受光層，其具有比第I受光層的吸收端更長(zhǎng)波長(zhǎng)的吸收端，且包含量子阱結(jié)構(gòu)。
[0004]先前技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2008-153311號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0008]然而，這種使用有化合物半導(dǎo)體的光電二極管的價(jià)格依然較高，且制造工序也復(fù)雜。因此，要求實(shí)用化一種便宜且容易制造的硅光電二極管，其在近紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域具有充分的光譜靈敏度。關(guān)于硅光電二極管，一般而言，在光譜靈敏度特性的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的極限為IlOOnm左右，但在100nm以上的波長(zhǎng)區(qū)域中的光譜靈敏度特性并不充分。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種使用硅的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件，且在近紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域具有充分的光譜靈敏度特性。
[0010]解決問(wèn)題的技術(shù)手段
[0011]本發(fā)明的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件具備硅基板，該硅基板具有由第I導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體區(qū)域與第2導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體區(qū)域所形成的pn結(jié)，在硅基板上，在該硅基板的一個(gè)主面?zhèn)刃纬捎械贗導(dǎo)電類(lèi)型的累積層，并且在上述一個(gè)主面上的至少與Pn結(jié)相對(duì)的區(qū)域上形成有不規(guī)則的凹凸，硅基板的一個(gè)主面上的與pn結(jié)相對(duì)的區(qū)域光學(xué)性露出(opticalexposure)。
[0012]本發(fā)明的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件中，在硅基板的一個(gè)主面上的至少與pn結(jié)相對(duì)的區(qū)域上形成有不規(guī)則的凹凸。因此，入射至半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的光經(jīng)該區(qū)域而發(fā)生反射、散射或擴(kuò)散，從而在硅基板內(nèi)行進(jìn)較長(zhǎng)的距離。由此，入射至半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的光的大部分并未穿透半導(dǎo)體光檢測(cè)元件(硅基板)，而會(huì)被硅基板吸收。因此，上述半導(dǎo)體光檢測(cè)元件中，入射至半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的光的行進(jìn)距離變長(zhǎng)，光被吸收的距離也變長(zhǎng)，故在近紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域的光譜靈敏度特性提高。
[0013]本發(fā)明的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件中，在硅基板的一個(gè)主面?zhèn)刃纬捎械贗導(dǎo)電類(lèi)型的累積層。因此，使在一個(gè)主面?zhèn)炔⒎怯晒舛a(chǎn)生的無(wú)用載流子再結(jié)合，從而可減少暗電流。第I導(dǎo)電類(lèi)型的上述累積層會(huì)抑制在硅基板的一個(gè)主面附近由光所產(chǎn)生的載流子被該一個(gè)主面捕獲。因此，由光所產(chǎn)生的載流子可朝pn結(jié)有效率地移動(dòng)，從而可提高半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的光檢測(cè)靈敏度。
[0014]本發(fā)明的光電二極管具備硅基板，該硅基板由第I導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有彼此相對(duì)的第I主面及第2主面，并且在第I主面?zhèn)刃纬捎械?導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體區(qū)域，在硅基板上，在第2主面?zhèn)刃纬捎芯哂斜裙杌甯叩碾s質(zhì)濃度的第I導(dǎo)電類(lèi)型的累積層，并且在第2主面上的至少與第2導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體區(qū)域相對(duì)的區(qū)域上形成有不規(guī)則的凹凸，硅基板的第2主面上的與第2導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體區(qū)域相對(duì)的區(qū)域光學(xué)性露出。
[0015]本發(fā)明的光電二極管中，如上所述，入射至光電二極管的光的行進(jìn)距離變長(zhǎng)，光被吸收的距離也變長(zhǎng)，因此在近紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域的光譜靈敏度特性提高。通過(guò)形成于硅基板的第2主面?zhèn)鹊牡贗導(dǎo)電類(lèi)型的累積層，可減少暗電流，并且可提高光電二極管的光檢測(cè)靈敏度。
[0016]優(yōu)選為硅基板中，從第2主面?zhèn)绕鸨』c第2導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體區(qū)域?qū)?yīng)的部分，并保留該部分的周邊部分。此時(shí)，可獲得將硅基板的第I主面及第2主面?zhèn)确謩e作為光入射面的光電二極管。
[0017]優(yōu)選為第I導(dǎo)電類(lèi)型的累積層的厚度大于不規(guī)則的上述凹凸的高低差。此時(shí)，如上所述，可確保累積層的作用效果。
[0018]發(fā)明的效果
[0019]根據(jù)本發(fā)明，可提供一種使用硅的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件，且在近紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域具有充分的光譜靈敏度特性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0021]圖2為用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0022]圖3為用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0023]圖4為用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0024]圖5為用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0025]圖6為用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0026]圖7為用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0027]圖8為用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0028]圖9為用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0029]圖10為用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0030]圖11為表示第I實(shí)施方式的光電二極管的結(jié)構(gòu)的圖。
[0031]圖12為表示實(shí)施例1及比較例I中的光譜靈敏度相對(duì)于波長(zhǎng)的變化的圖表。
[0032]圖13為表示實(shí)施例1及比較例I中的溫度系數(shù)相對(duì)于波長(zhǎng)的變化的圖表。
[0033]圖14為用于說(shuō)明第2實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0034]圖15為用于說(shuō)明第2實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0035]圖16為用于說(shuō)明第2實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0036]圖17為用于說(shuō)明第3實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0037]圖18為用于說(shuō)明第3實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0038]圖19為用于說(shuō)明第3實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0039]圖20為用于說(shuō)明第3實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0040]圖21為用于說(shuō)明第3實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0041]圖22為用于說(shuō)明第4實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0042]圖23為用于說(shuō)明第4實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0043]圖24為用于說(shuō)明第4實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0044]圖25為用于說(shuō)明第5實(shí)施方式的光電二極管陣列的構(gòu)成的圖。
[0045]圖26為表示第6實(shí)施方式的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的立體圖。
[0046]圖27為用于說(shuō)明第6實(shí)施方式的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0047]圖28為用于說(shuō)明第7實(shí)施方式的光電二極管的構(gòu)成的圖。
[0048]圖29為用于說(shuō)明第8實(shí)施方式的光電二極管陣列的構(gòu)成的圖。
[0049]圖30為概略性地表不第9實(shí)施方式的光電二極管陣列的俯視圖。
[0050]圖31為表示沿圖30中的XXX1-XXXI線的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0051]圖32為用于概略性地說(shuō)明各光檢測(cè)通道與信號(hào)導(dǎo)線及電阻的連接關(guān)系的圖。
[0052]圖33為概略性地表示第10實(shí)施方式的MOS影像傳感器的俯視圖。
[0053]圖34為表示沿圖33中的XXXIV-XXXIV線的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0054]圖35為放大表示第10實(shí)施方式的MOS影像傳感器中的一個(gè)像素的俯視圖。
[0055]圖36為表示沿圖35中的XXXV1-XXXVI線的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056]以下，參照附圖，詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。再者，在以下說(shuō)明中，對(duì)于相同要素或具有相同功能的要素，使用相同符號(hào)而省略其重復(fù)的說(shuō)明。
[0057](第I實(shí)施方式)
[0058]參照?qǐng)D1?圖10，說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法。圖1?圖10為用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的光電二極管的制造方法的圖。
[0059]首先，準(zhǔn)備η型半導(dǎo)體基板1，其由硅(Si)結(jié)晶構(gòu)成，且具有彼此相對(duì)的第I主面Ia及第2主面Ib (參照?qǐng)D1)。η型半導(dǎo)體基板I的厚度為300 μ m左右，比電阻為IkQ -cm左右。在本實(shí)施方式中，所謂「高雜質(zhì)濃度」，是指例如雜質(zhì)濃度為約I X 117Cm 3以上，對(duì)其導(dǎo)電類(lèi)型附上「+」來(lái)表示。所謂「低雜質(zhì)濃度」，是指例如雜質(zhì)濃度為約IXlO15Cm3以下，對(duì)其導(dǎo)電類(lèi)型附上「_」來(lái)表示。作為η型雜質(zhì)，有銻(Sb)或砷(As)等，作為P型雜質(zhì)，有硼⑶等。
[0060]其次，在η型半導(dǎo)體基板I的第I主面Ia側(cè)，形成ρ +型半導(dǎo)體區(qū)域3及η +型半導(dǎo)體區(qū)域5 (參照?qǐng)D2)。ρ+型半導(dǎo)體區(qū)域3以如下方法形成:使用中央部設(shè)有開(kāi)口的掩模等，在η型半導(dǎo)體基板I內(nèi)自第I主面Ia側(cè)使ρ型雜質(zhì)高濃度地?cái)U(kuò)散。η +型半導(dǎo)體區(qū)域5以如下方法形成:使用周邊部區(qū)域設(shè)有開(kāi)口的另一掩模等，以包圍P+型半導(dǎo)體區(qū)域3的方式，在η型半導(dǎo)體基板I內(nèi)從第I主面Ia側(cè)使η型雜質(zhì)以比η型半導(dǎo)體基板I更高濃度地?cái)U(kuò)散。P+型半導(dǎo)體區(qū)域3的厚度例如為0.55 μ m左右，薄片電阻例如為44 Ω/sq.。η +型半導(dǎo)體區(qū)域5的厚度例如為1.5 μ??左右，薄片電阻例如為12Q/sq.。
[0061]接著，在η型半導(dǎo)體基板I的第I主面Ia側(cè)形成絕緣層7 (參照?qǐng)D3)。絕緣層7由S12構(gòu)成，且通過(guò)將η型半導(dǎo)體基板I熱氧化而形成。絕緣層7的厚度例如為0.1 μm左右。繼而，在P+型半導(dǎo)體區(qū)域3上的絕緣層7中形成接觸孔Hl，在η+型半導(dǎo)體區(qū)域5上的絕緣層7中形成接觸孔Η2。也可代替絕緣層7而形成由SiN的抗反射(AR，ant1-reflective)層。
[0062]然后，在η型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib上及絕緣層7上，形成鈍化層9 (參照?qǐng)D
4)ο鈍化層9由SiN構(gòu)成，且通過(guò)例如等離子CVD (Chemical Vapor Deposit1n，化學(xué)氣相沉積)法而形成。鈍化層9的厚度例如為0.1 μ m。而且，為了使η型半導(dǎo)體基板I的厚度成為所期望的厚度，從第2主面Ib側(cè)對(duì)η型半導(dǎo)體基板I進(jìn)行研磨(參照?qǐng)D5)。由此，形成于η型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib上的鈍化層9被去除，露出η型半導(dǎo)體基板I。此處，經(jīng)研磨而露出的面也可作為第2主面lb。所期望的厚度例如為270 μm。
[0063]接下來(lái)，對(duì)η型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib照射脈沖激光PL，形成不規(guī)則的凹凸10 (參照?qǐng)D6)。此處，如圖7所示，將η型半導(dǎo)體基板I配置于腔室C內(nèi)，從配置于腔室C外側(cè)的脈沖激光產(chǎn)生裝置PLD將脈沖激光PL向η型半導(dǎo)體基板I照射。腔室C含有氣體導(dǎo)入部Gin及氣體排出部Gtw，將惰性氣體(例如氮?dú)饣驓鍤獾?從氣體導(dǎo)入部Gin導(dǎo)入后從氣體排出部G.排出，由此，在腔室C內(nèi)形成有惰性氣體流G f0照射脈沖激光PL時(shí)所產(chǎn)生的塵埃等會(huì)通過(guò)惰性氣體流Gf而排出至腔室C外，從而能防止加工肩或塵埃等附著于η型半導(dǎo)體基板I上。
[0064]本實(shí)施方式中，使用皮秒?飛秒脈沖激光產(chǎn)生裝置作為脈沖激光產(chǎn)生裝置PLD，且遍及第2主面Ib的整個(gè)表面而照射皮秒?飛秒脈沖激光。第2主面Ib被皮秒?飛秒脈沖激光破壞后，如圖8所示，在第2主面Ib的整個(gè)表面上形成有不規(guī)則的凹凸10。不規(guī)則的凹凸10含有與第I主面Ia正交的方向交差的面。凹凸10的高低差例如為0.5?10 μ m左右，凹凸10中的凸部之間隔為0.5?10 μ m左右。皮秒?飛秒脈沖激光的脈沖時(shí)間寬度(time width)例如為50fs?2ps左右，強(qiáng)度例如為4?16GW左右，脈沖能量例如為200?800 μ J/pulse左右。更一般而言，峰值強(qiáng)度為3X 111?2.5X10 13(W/cm2)，通量為0.1?1.3(J/cm2)左右。圖8為對(duì)形成于第2主面Ib上的不規(guī)則的凹凸10觀察所得的SEM(Scanning Electron Microscope，掃描式電子顯微鏡)圖像。
[0065]其次，在η型半導(dǎo)體基板I的第2主面Ib側(cè)，形成累積層11 (參照?qǐng)D9)。此處，在η型半導(dǎo)體基板I內(nèi)使η型雜質(zhì)從第2主面Ib側(cè)起，以成為比η型半導(dǎo)體基板I更高的雜質(zhì)濃度的方式進(jìn)行離子注入或擴(kuò)散，由此形成累積層11。累積層11的厚度例如為Iym左右。