半导体光检测元件的制作方法
【专利说明】半导体光检测元件
[0001 ] 本申请是申请日为2010年2月15日、申请号为201080009099.1、发明名称为半导体光检测元件的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种半导体光检测元件。
【背景技术】
[0003]作为在近红外光的波长区域具有较高的光谱灵敏度特性的光电二极管，已知使用有化合物半导体的光电二极管(例如参照专利文献I)。专利文献I中所记载的光电二极管包括:第I受光层，其由InGaAsNUnGaAsNSb及InGaAsNP中的任一者构成；及第2受光层，其具有比第I受光层的吸收端更长波长的吸收端，且包含量子阱结构。
[0004]先前技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2008-153311号公报
【发明内容】
[0007]发明所要解决的问题
[0008]然而，这种使用有化合物半导体的光电二极管的价格依然较高，且制造工序也复杂。因此，要求实用化一种便宜且容易制造的硅光电二极管，其在近红外光的波长区域具有充分的光谱灵敏度。关于硅光电二极管，一般而言，在光谱灵敏度特性的长波长侧的极限为IlOOnm左右，但在100nm以上的波长区域中的光谱灵敏度特性并不充分。
[0009]本发明的目的在于提供一种使用硅的半导体光检测元件，且在近红外光的波长区域具有充分的光谱灵敏度特性。
[0010]解决问题的技术手段
[0011]本发明的半导体光检测元件具备硅基板，该硅基板具有由第I导电类型的半导体区域与第2导电类型的半导体区域所形成的pn结，在硅基板上，在该硅基板的一个主面侧形成有第I导电类型的累积层，并且在上述一个主面上的至少与Pn结相对的区域上形成有不规则的凹凸，硅基板的一个主面上的与pn结相对的区域光学性露出(opticalexposure)。
[0012]本发明的半导体光检测元件中，在硅基板的一个主面上的至少与pn结相对的区域上形成有不规则的凹凸。因此，入射至半导体光检测元件的光经该区域而发生反射、散射或扩散，从而在硅基板内行进较长的距离。由此，入射至半导体光检测元件的光的大部分并未穿透半导体光检测元件(硅基板)，而会被硅基板吸收。因此，上述半导体光检测元件中，入射至半导体光检测元件的光的行进距离变长，光被吸收的距离也变长，故在近红外光的波长区域的光谱灵敏度特性提高。
[0013]本发明的半导体光检测元件中，在硅基板的一个主面侧形成有第I导电类型的累积层。因此，使在一个主面侧并非由光而产生的无用载流子再结合，从而可减少暗电流。第I导电类型的上述累积层会抑制在硅基板的一个主面附近由光所产生的载流子被该一个主面捕获。因此，由光所产生的载流子可朝pn结有效率地移动，从而可提高半导体光检测元件的光检测灵敏度。
[0014]本发明的光电二极管具备硅基板，该硅基板由第I导电类型的半导体构成，且具有彼此相对的第I主面及第2主面，并且在第I主面侧形成有第2导电类型的半导体区域，在硅基板上，在第2主面侧形成有具有比硅基板更高的杂质浓度的第I导电类型的累积层，并且在第2主面上的至少与第2导电类型的半导体区域相对的区域上形成有不规则的凹凸，硅基板的第2主面上的与第2导电类型的半导体区域相对的区域光学性露出。
[0015]本发明的光电二极管中，如上所述，入射至光电二极管的光的行进距离变长，光被吸收的距离也变长，因此在近红外光的波长区域的光谱灵敏度特性提高。通过形成于硅基板的第2主面侧的第I导电类型的累积层，可减少暗电流，并且可提高光电二极管的光检测灵敏度。
[0016]优选为硅基板中，从第2主面侧起薄化与第2导电类型的半导体区域对应的部分，并保留该部分的周边部分。此时，可获得将硅基板的第I主面及第2主面侧分别作为光入射面的光电二极管。
[0017]优选为第I导电类型的累积层的厚度大于不规则的上述凹凸的高低差。此时，如上所述，可确保累积层的作用效果。
[0018]发明的效果
[0019]根据本发明，可提供一种使用硅的半导体光检测元件，且在近红外光的波长区域具有充分的光谱灵敏度特性。
【附图说明】
[0020]图1为用于说明第I实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0021]图2为用于说明第I实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0022]图3为用于说明第I实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0023]图4为用于说明第I实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0024]图5为用于说明第I实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0025]图6为用于说明第I实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0026]图7为用于说明第I实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0027]图8为用于说明第I实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0028]图9为用于说明第I实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0029]图10为用于说明第I实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0030]图11为表示第I实施方式的光电二极管的结构的图。
[0031]图12为表示实施例1及比较例I中的光谱灵敏度相对于波长的变化的图表。
[0032]图13为表示实施例1及比较例I中的温度系数相对于波长的变化的图表。
[0033]图14为用于说明第2实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0034]图15为用于说明第2实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0035]图16为用于说明第2实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0036]图17为用于说明第3实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0037]图18为用于说明第3实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0038]图19为用于说明第3实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0039]图20为用于说明第3实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0040]图21为用于说明第3实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0041]图22为用于说明第4实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0042]图23为用于说明第4实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0043]图24为用于说明第4实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0044]图25为用于说明第5实施方式的光电二极管阵列的构成的图。
[0045]图26为表示第6实施方式的半导体光检测元件的立体图。
[0046]图27为用于说明第6实施方式的半导体光检测元件的剖面结构的图。
[0047]图28为用于说明第7实施方式的光电二极管的构成的图。
[0048]图29为用于说明第8实施方式的光电二极管阵列的构成的图。
[0049]图30为概略性地表不第9实施方式的光电二极管阵列的俯视图。
[0050]图31为表示沿图30中的XXX1-XXXI线的剖面结构的图。
[0051]图32为用于概略性地说明各光检测通道与信号导线及电阻的连接关系的图。
[0052]图33为概略性地表示第10实施方式的MOS影像传感器的俯视图。
[0053]图34为表示沿图33中的XXXIV-XXXIV线的剖面结构的图。
[0054]图35为放大表示第10实施方式的MOS影像传感器中的一个像素的俯视图。
[0055]图36为表示沿图35中的XXXV1-XXXVI线的剖面结构的图。
【具体实施方式】
[0056]以下，参照附图，详细地说明本发明的优选实施方式。再者，在以下说明中，对于相同要素或具有相同功能的要素，使用相同符号而省略其重复的说明。
[0057](第I实施方式)
[0058]参照图1?图10，说明第I实施方式的光电二极管的制造方法。图1?图10为用于说明第I实施方式的光电二极管的制造方法的图。
[0059]首先，准备η型半导体基板1，其由硅(Si)结晶构成，且具有彼此相对的第I主面Ia及第2主面Ib (参照图1)。η型半导体基板I的厚度为300 μ m左右，比电阻为IkQ -cm左右。在本实施方式中，所谓「高杂质浓度」，是指例如杂质浓度为约I X 117Cm 3以上，对其导电类型附上「+」来表示。所谓「低杂质浓度」，是指例如杂质浓度为约IXlO15Cm3以下，对其导电类型附上「_」来表示。作为η型杂质，有锑(Sb)或砷(As)等，作为P型杂质，有硼⑶等。
[0060]其次，在η型半导体基板I的第I主面Ia侧，形成ρ +型半导体区域3及η +型半导体区域5 (参照图2)。ρ+型半导体区域3以如下方法形成:使用中央部设有开口的掩模等，在η型半导体基板I内自第I主面Ia侧使ρ型杂质高浓度地扩散。η +型半导体区域5以如下方法形成:使用周边部区域设有开口的另一掩模等，以包围P+型半导体区域3的方式，在η型半导体基板I内从第I主面Ia侧使η型杂质以比η型半导体基板I更高浓度地扩散。P+型半导体区域3的厚度例如为0.55 μ m左右，薄片电阻例如为44 Ω/sq.。η +型半导体区域5的厚度例如为1.5 μ??左右，薄片电阻例如为12Q/sq.。
[0061]接着，在η型半导体基板I的第I主面Ia侧形成绝缘层7 (参照图3)。绝缘层7由S12构成，且通过将η型半导体基板I热氧化而形成。绝缘层7的厚度例如为0.1 μm左右。继而，在P+型半导体区域3上的绝缘层7中形成接触孔Hl，在η+型半导体区域5上的绝缘层7中形成接触孔Η2。也可代替绝缘层7而形成由SiN的抗反射(AR，ant1-reflective)层。
[0062]然后，在η型半导体基板I的第2主面Ib上及绝缘层7上，形成钝化层9 (参照图
4)ο钝化层9由SiN构成，且通过例如等离子CVD (Chemical Vapor Deposit1n，化学气相沉积)法而形成。钝化层9的厚度例如为0.1 μ m。而且，为了使η型半导体基板I的厚度成为所期望的厚度，从第2主面Ib侧对η型半导体基板I进行研磨(参照图5)。由此，形成于η型半导体基板I的第2主面Ib上的钝化层9被去除，露出η型半导体基板I。此处，经研磨而露出的面也可作为第2主面lb。所期望的厚度例如为270 μm。
[0063]接下来，对η型半导体基板I的第2主面Ib照射脉冲激光PL，形成不规则的凹凸10 (参照图6)。此处，如图7所示，将η型半导体基板I配置于腔室C内，从配置于腔室C外侧的脉冲激光产生装置PLD将脉冲激光PL向η型半导体基板I照射。腔室C含有气体导入部Gin及气体排出部Gtw，将惰性气体(例如氮气或氩气等)从气体导入部Gin导入后从气体排出部G.排出，由此，在腔室C内形成有惰性气体流G f0照射脉冲激光PL时所产生的尘埃等会通过惰性气体流Gf而排出至腔室C外，从而能防止加工肩或尘埃等附着于η型半导体基板I上。
[0064]本实施方式中，使用皮秒?飞秒脉冲激光产生装置作为脉冲激光产生装置PLD，且遍及第2主面Ib的整个表面而照射皮秒?飞秒脉冲激光。第2主面Ib被皮秒?飞秒脉冲激光破坏后，如图8所示，在第2主面Ib的整个表面上形成有不规则的凹凸10。不规则的凹凸10含有与第I主面Ia正交的方向交差的面。凹凸10的高低差例如为0.5?10 μ m左右，凹凸10中的凸部之间隔为0.5?10 μ m左右。皮秒?飞秒脉冲激光的脉冲时间宽度(time width)例如为50fs?2ps左右，强度例如为4?16GW左右，脉冲能量例如为200?800 μ J/pulse左右。更一般而言，峰值强度为3X 111?2.5X10 13(W/cm2)，通量为0.1?1.3(J/cm2)左右。图8为对形成于第2主面Ib上的不规则的凹凸10观察所得的SEM(Scanning Electron Microscope，扫描式电子显微镜)图像。
[0065]其次，在η型半导体基板I的第2主面Ib侧，形成累积层11 (参照图9)。此处，在η型半导体基板I内使η型杂质从第2主面Ib侧起，以成为比η型半导体基板I更高的杂质浓度的方式进行离子注入或扩散，由此形成累积层11。累积层11的厚度例如为Iym左右。