(57)【要約】【課題】  短波長光を含めた広い波長領域の入射光に対して受光面での反射を低減し、受光感度を向上させるとともに、製造工程が簡単で、製造コストを低く抑えることができる光半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。  【解決手段】  一導電型の半導体層中に逆導電型の半導体層が形成されてなる受光素子と別の半導体素子とを備え、半導体層表面に窒化シリコン膜からなる保護膜を備えた光半導体装置において、受光素子の受光面表面に、凹凸形状の窒化シリコン膜からなる反射防止膜を備えている。この凹凸形状は、窒化シリコン膜を等方性エッチングすることで形成する。【選択図】図２
2006229098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型の半導体層中に逆導電型の半導体層が形成されてなる受光素子と別の半導体素子とを備え、前記半導体層表面に窒化シリコン膜からなる保護膜を備えた光半導体装置において、
前記受光素子の受光面表面に、凹凸形状の前記窒化シリコン膜からなる反射防止膜を備えていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
一導電型の半導体層中に逆導電型の半導体層が形成されてなる受光素子と別の半導体素子とを形成した後、前記半導体層表面に窒化シリコン膜からなる保護膜を形成する工程を備えた光半導体装置の製造方法において、
前記半導体層表面に窒化シリコン膜からなる保護膜を形成する工程と、
前記受光素子の受光面表面の前記窒化シリコン膜上に、マトリックス状にエッチングマスクを形成する工程と、
該エッチングマスクを使用して露出する前記窒化シリコン膜の表面の一部を等方的にエッチングし、表面が凹凸形状の反射防止膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする光半導体装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体装置及びその製造方法に関し、特に受光面に損失の少ない反射防止膜を備えた光半導体装置および簡便な光半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号を電気信号に変換する機能をもったフォトダイオード等の受光素子は、高性能化および小型化の要求に伴い、トランジスタ、抵抗素子、容量素子などの半導体素子で構成される信号処理回路等と同一の半導体装置上に集積化されている。このような光半導体装置では、信号処理回路用の半導体素子と受光素子が、同時に形成されるのが一般的である。たとえばフォトダイオードは、バイポーラトランジスタの形成に適した不純物濃度の半導体層界面のＰＮ接合で形成され、入射光を効率よく電気信号に変換するとともに、接合部における空乏層幅を十分に広げ、接合容量を低減させる構造となっている。
【０００３】
一方、入射光の短波長化に伴い、半導体層表面の反射が大きくなり、半導体層内部に侵入する入射光の強度が弱くなっている。そのため、短波長の受光感度を増加させるため、受光面に反射防止膜を形成する必要がでてきた。一般的に、反射防止膜は、受光素子の表面に種類の異なる誘電体膜を積層して形成していた。
【０００４】
図６は、この種の光半導体装置の断面図を示したもので、ｐ型半導体基板１上の半導体素子形成領域２ａ、受光素子形成領域２ｂに、それぞれバイポーラトランジスタとフォトダイオードが形成されている。このような構造の光半導体装置は、次のように形成される。
【０００５】
まずｐ型半導体基板１上に、バイポーラトランジスタのコレクタの一部を構成するｎ型埋込コレクタ領域３と、フォトダイオードのアノード領域の一部を構成するｐ型埋込領域４を形成する。ｎ型エピタキシャル層５を成長させ、素子分離のための酸化膜６を形成した後、先に形成したｎ型埋込コレクタ領域３に接続するｎ型コレクタ領域７、ｐ型埋込領域４に接続するｐ型不純物領域８を形成する。続いて、ｐ型ベース領域９を形成した後、ｎ型エミッタ領域１０とｎ型カソード領域１１を同時に形成する。
【０００６】
次に、ｎ型カソード領域１１表面に、複数の誘電体膜を積層した反射防止膜１２を形成し、表面を層間絶縁膜１３で被覆した後、カソード電極１４、アノード電極１５、エミッタ電極１６、ベース電極１７、コレクタ電極１８を形成する。その後、全面に保護膜として窒化シリコン膜（図示せず）を形成し、光半導体装置を完成する。
【０００７】
このような構造の光半導体装置において、反射防止膜１２は、ｎ型カソード領域１１表面を熱酸化して形成した熱酸化膜や別の誘電体膜（たとえば窒化シリコン膜）などの積層膜から形成するため、半導体装置全面に反射防止膜を形成するための積層膜を形成後、エッチングしてパターニングする必要があった。
【０００８】
その他反射防止膜として、ｐｎ接合部を有する半導体基板の表面に第一の反射膜（窒化シリコン膜）と第二の反射膜（フッ化マグネシウム膜）を順次形成し、第二の反射膜の表面部分を反応性イオンエッチング法（以下ＲＩＥ法という）によって粗面化した例が特許文献１に開示されている。また特許文献２では、前述のＲＩＥ法などにより半導体基板の表面に微細な突起を形成して、その表面に逆導電型半導体不純物を拡散し、その上に反射防止膜を形成した例が開示されている。
【特許文献１】特開平７−３２６７８４号公報
【特許文献２】特開２００３−１５２２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の反射防止膜は、誘電体膜の短波長領域における光学定数が、波長によって変化するため、効果的な反射防止膜を形成するには、積層膜にして波長領域を広げる必要があった。しかし積層膜の形成は、工程が複雑になり製造コストが嵩むという問題が生じる。一方、単層の誘電体膜では、低反射となる波長領域は狭く、受光感度も低いため、反射防止膜としては好ましいものではなかった。
【００１０】
さらに、従来提案されているＲＩＥ法などにより多層反射防止膜の最上層またはシリコン結晶表面を粗面化（ピラミッド構造）することによって入射光を多重反射させ光の吸収率を高める方法では、積層膜形成と同様に、製造工程が複雑で、結果としてコストが嵩んでしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は上記のような問題点を解決し、特に短波長光を含めた広い波長領域の入射光に対して受光面での反射を低減し、受光感度を向上させるとともに、製造工程が簡単で、製造コストを低く抑えることができる光半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、一導電型の半導体層中に逆導電型の半導体層が形成されてなる受光素子と別の半導体素子とを備え、前記半導体層表面に窒化シリコン膜からなる保護膜を備えた光半導体装置において、前記受光素子の受光面表面に、凹凸形状の前記窒化シリコン膜からなる反射防止膜を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
本願請求項２に係る発明は、一導電型の半導体層中に逆導電型の半導体層が形成されてなる受光素子と別の半導体素子とを形成した後、前記半導体層表面に窒化シリコン膜からなる保護膜を形成する工程を備えた光半導体装置の製造方法において、前記半導体層表面に窒化シリコン膜からなる保護膜を形成する工程と、前記受光素子の受光面表面の前記窒化シリコン膜上に、マトリックス状にエッチングマスクを形成する工程と、該エッチングマスクを使用して露出する前記窒化シリコン膜の表面の一部を等方的にエッチングし、表面が凹凸形状の反射防止膜を形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、光半導体素子の保護膜である窒化シリコン膜を用いて受光面の反射防止膜として構成したもので、反射防止膜のための特別な成膜工程を省略することができる。特に、受光素子および受光素子以外の半導体素子を集積した光半導体装置においては、製造工程に多用されている窒化シリコン膜をそのまま利用することができ、その効果は大きい。
【００１５】
また本発明の反射防止膜の製造方法は、通常の半導体装置の製造工程のみで構成され、特に凹凸形状は、通常の窒化シリコン膜の等方性エッチングにより形成することができ、簡便な製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、反射防止膜を形成するために特別な成膜工程を追加する必要がないように、この種の半導体装置の保護膜として一般的に用いられている窒化シリコン膜を利用するものである。以下半導体基板上に、フォトダイオードとバイポーラトランジスタを集積化した光半導体装置を例にとり、従来例と対比しつつ、本発明について説明する。図１、図２は本発明の光半導体装置の断面図である。図２に示すように、本発明の光半導体装置では、積層構造の反射防止膜１２の代わりに、保護膜として用いられる窒化シリコン膜をそのまま利用し、受光面開口領域２０の窒化シリコン膜の表面のみを凹凸形状とし、広い波長領域にわたって入射効率の高い高感度の反射防止膜２２を形成したものである。以下、本発明について、製造工程に従い、詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
本発明の実施例を製造工程順に説明する。まず図１に示すように、抵抗率５００Ωｃｍ程度の不純物濃度の低いｐ型半導体基板１の半導体素子形成領域２ａの表面にイオン注入法によりｎ型埋込コレクタ領域３を形成し、光半導体素子形成領域２ｂの表面には同様に、ｐ型埋込領域４を形成する。続いて通常のエピタキシャル成長法を用いて抵抗率２０Ωｃｍで厚さ１.０μｍ程度のｎ型エピタキシャル層５を成長させる。
【００１８】
次に、熱酸化法により素子分離のための厚さ０.８μｍ程度の酸化膜６を形成し、イオン注入によりバイポーラトランジスタのｎ型コレクタ領域７、フォトダイオードのｐ型不純物領域８、ｐ型ベース領域９をそれぞれ形成する。その後、ｎ型エミッタ領域１０とｎ型カソード領域１１を０.１μｍ程度の深さとなるように同時に形成する。
【００１９】
続いて、層間絶縁膜１３を全面に形成した後、所定の領域の層間絶縁膜１３を選択的に除去し、フォトダイオードのカソード電極１４、アノード電極１５、バイポーラトランジスタのエミッタ電極１６、ベース電極１７、コレクタ電極１８を形成する（図１）。
【００２０】
次に、フォトダイオードの受光面開口領域２０の層間絶縁膜１３を選択的にエッチング除去し、全面に保護膜として使用される窒化シリコン膜２１を厚さ０.８μｍ程度に形成する。次に、フォトダイオード及びバイポーラトランジスタの各電極上の窒化シリコン膜２１をエッチング除去する。次に反射防止膜を形成するため、受光面開口部２０の窒化シリコン膜上に、図３に模式的に示すように、大きさ０.５μｍ□、ピッチ１μｍのレジストパターン２３をマトリックス状に形成する。その後、レジストパターン２３をエッチングマスクとして使用し、等方性エッチング（等方性ドライエッチングあるいはウエットエッチング）によって露出する窒化シリコン膜２１をエッチングする。図４に図３のＡ−Ａ’線での等方性エッチング後の断面図を模式的に示している。図４に示すように、レジストパターン２３の下部は凸形状、開口部分２４は凹形状となり、凹凸形状の窒化シリコンからなる反射防止膜２２を形成することができた。ここで、レジストパターン２３の大きさ、ピッチ、エッチング時間を適宜選択することにより、所望の波長の入射光の反射を抑制する形状の凹凸形状を形成することができる。なお、本発明により形成した光半導体装置をパッケージする際使用するエポキシ樹脂からなる封止樹脂の光学定数は、酸化シリコン膜の光学定数と同等の値となり、窒化シリコン膜とは異なる。その後、レジストパターン２３を除去し、光半導体装置を完成する。
【００２１】
図５はシリコンからなるフォトダイオードの波長に対する相対的な受光感度について、本発明の凹凸形状をもつ窒化シリコン（ＳｉＮ）膜からなる反射防止膜と、従来の平面的な窒化シリコンからなる反射防止膜と、反射防止膜を設けないシリコン基板のみの場合とで比較したものである。図５に示すように、従来形状の窒化シリコンからなる反射防止膜を用いたフォトダイオードの感度（図中△で表示）は波長に対してある周期をもって増減している。これは入射光が窒化シリコン膜内部で干渉することにより、窒化シリコン膜表面での反射率が変化するためである。これに対して本発明の凹凸形状をもつ窒化シリコンからなる反射防止膜を備えたフォトダイオードの受光感度（図中■で表示）は、波長に依存せず、ほぼ全ての波長に対して従来の構造（図中○で表示）を上回り、本発明の反射防止膜の反射防止特性が優れていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例における製造工程を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施例における製造工程を説明する断面図である。
【図３】本発明の反射防止膜の製造工程を説明する図である。
【図４】図３のＡ−Ａ’面の断面図である。
【図５】受光素子の波長に対する受光感度特性を示す図である。
【図６】従来例のこの種の光半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１；ｐ型半導体基板、２ａ；半導体素子形成領域、２ｂ；光半導体素子形成領域、
３；ｎ型埋込コレクタ領域、４；ｐ型埋込領域、５；ｎ型エピタキシャル層、
６；酸化膜、７；ｎ型コレクタ領域、８；ｐ型不純物領域、９；ｐ型ベース領域、
１０；ｎ型エミッタ領域、１１；ｎ型カソード領域、
１２；反射防止膜、１３；層間絶縁膜、１４；カソード電極、１５；アノード電極、
１６；エミッタ電極、１７；ベース電極、１８；コレクタ電極、
２０；受光面開口領域、２１；窒化シリコン膜、２２；反射防止膜、
２３；レジストパターン、２４；開口部分
【図１】
2006229098.tif 000003
【図２】
2006229098.tif 000004
【図３】
2006229098.tif 000005
【図４】
2006229098.tif 000006
【図５】
2006229098.tif 000007
【図６】
2006229098.tif 000008