(57)【要約】【課題】可視光感度を抑えた紫外線受光素子を提供する。【解決手段】半導体基板の第１の領域に配置され、第１導電型の第１のウェル注入層と、第１のウェル注入層内に設けられた第２導電型の第１の埋め込み注入層と、第１の埋め込み注入層内の半導体基板表面に設けられた第１導電型の第１の表面注入層とを含み、紫外線に対して感度を有する第１のフォトダイオードと、半導体基板の第２の領域に配置され、第１導電型の第２のウェル注入層と、第２のウェル注入層内に設けられた第２導電型の第２の埋め込み注入層と、第２の埋め込み注入層内の半導体基板表面に設けられた第１導電型の第２の表面注入層とを含み、紫外線に対して感度を持たない第２のフォトダイオードとを備え、第２のウェル注入層のピーク濃度位置が、半導体基板表面から第２の表面注入層のピーク濃度位置までの深さと同等の深さ分、第１のウェル注入層のピーク濃度位置よりも深い。【選択図】図１
2019062024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の第１の領域に配置され、第１導電型の第１のウェル注入層と、前記第１のウェル注入層内に設けられた第２導電型の第１の埋め込み注入層と、前記第１の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第１導電型の第１の表面注入層とを含み、紫外線に対して感度を有する第１のフォトダイオードと、
前記半導体基板の第２の領域に配置され、第１導電型の第２のウェル注入層と、前記第２のウェル注入層内に設けられた第２導電型の第２の埋め込み注入層と、前記第２の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第１導電型の第２の表面注入層とを含み、紫外線に対して感度を持たない第２のフォトダイオードとを備え、
前記第２のウェル注入層のピーク濃度位置が、前記半導体基板表面から前記第２の表面注入層のピーク濃度位置までの深さと同等の深さ分、前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置よりも深いことを特徴とする紫外線受光素子。
【請求項２】
半導体基板の第１の領域に配置され、第１導電型の第１のウェル注入層と、前記第１のウェル注入層内に設けられた第２導電型の第１の埋め込み注入層と、前記第１の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第１導電型の第１の表面注入層とを含み、紫外線に対して感度を有する第１のフォトダイオードと、
前記半導体基板の第２の領域に配置され、第１導電型の第２のウェル注入層と、前記第２のウェル注入層内に設けられた第２導電型の第２の埋め込み注入層と、前記第２の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第１導電型の第２の表面注入層とを含み、紫外線に対して感度を持たない第２のフォトダイオードとを備え、
前記半導体基板表面から前記第２の表面注入層のピーク濃度位置までの深さをｄｓ、前記半導体基板表面から前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置までの深さをｘｐ、前記半導体基板における光の吸収係数をαとし、αｘｐがゼロとみなせない場合、
【数１】
2019062024.tif 000013
により算出されるｄｐ分、前記第２のウェル注入層のピーク濃度位置が前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置よりも深いことを特徴とする紫外線受光素子。
【請求項３】
第１の導電型の半導体基板の第１の領域に、第２導電型の第１のウェル注入層と、前記第１のウェル注入層内に設けられた第１導電型の第１の埋め込み注入層と、前記第１の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第２導電型の第１の表面注入層とを含む紫外線に対して感度を有する第１のフォトダイオードを形成する工程と、
前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２のウェル注入層と、前記第２のウェル注入層内に設けられた第１導電型の第２の埋め込み注入層と、前記第２の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第２導電型の第２の表面注入層とを含む紫外線に対して感度を持たない第２のフォトダイオードを形成する工程とを備え、
前記第２のウェル注入層のピーク濃度位置が、前記半導体基板表面から前記第２の表面注入層のピーク濃度位置までの深さと同等の深さ分、前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置よりも深くなるように前記第２のウェル注入層を形成することを特徴とする紫外線受光素子の製造方法。
【請求項４】
第１の導電型の半導体基板の第１の領域に、第２導電型の第１のウェル注入層と、前記第１のウェル注入層内に設けられた第１導電型の第１の埋め込み注入層と、前記第１の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第２導電型の第１の表面注入層とを含む紫外線に対して感度を有する第１のフォトダイオードを形成する工程と、
前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２のウェル注入層と、前記第２のウェル注入層内に設けられた第１導電型の第２の埋め込み注入層と、前記第２の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第２導電型の第２の表面注入層とを含む紫外線に対して感度を持たない第２のフォトダイオードを形成する工程とを備え、
前記半導体基板表面から前記第２の表面注入層のピーク濃度位置までの深さをｄｓ、前記半導体基板表面から前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置までの深さをｘｐ、前記半導体基板における光の吸収係数をαとし、αｘｐがゼロとみなせない場合、
【数１】
2019062024.tif 000014
により算出されるｄｐ分、前記第２のウェル注入層のピーク濃度位置が前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置よりも深くなるように前記第２のウェル注入層を形成することを特徴とする紫外線受光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線受光素子及び紫外線受光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
普段、地上において太陽から照射されている光には幅広い波長の光が含まれており、その範囲は３００ｎｍから２５００ｎｍの紫外線、可視光、及び赤外線を含んでいる。その光のうち、紫外線は、人体に日焼けや皮膚がんなどの影響を及ぼすことが知られている。
【０００３】
近年、その紫外線による影響を測定するため、紫外線の強度を検出することができるセンサーの開発に期待が寄せられている。
【０００４】
紫外線のみに選択的に感度を持たせるため、半導体による受光素子において、紫外線に感度を持つフォトダイオードと紫外線に感度を持たないフォトダイオードとを設け、各フォトダイオードから得られる出力電流の差分を算出することにより紫外線を検出する紫外線受光素子が提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００５】
このような従来の紫外線受光素子では、半導体基板に二つのフォトダイオードを設け、各フォトダイオードにおいて、各ウェル注入層内の半導体基板表面に浅い不純物注入層を形成し、その二つの不純物注入層の半導体基板表面からのピーク濃度位置をそれぞれ異なった位置にすることによって、一方を紫外線に対して感度を有するフォトダイオード、他方を紫外線に対して感度を持たないフォトダイオードとしている。
【０００６】
なお、従来の紫外線受光素子においては、紫外線に感度を有するフォトダイオードにおけるウェル注入層の半導体表面からのピーク濃度位置に対し、紫外線に感度を持たないフォトダイオードにおけるウェル注入層の半導体表面からのピーク濃度位置は、同等、もしくはより深く設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１５１１９８号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｙ．  Ｒ．  Ｓｉｐａｕｂａ  Ｃａｒｖａｌｈｏ  ｄａ  Ｓｉｌｖａ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ａｎ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ”，  ２０１５  ＩＥＥＥ  ＳＥＮＳＯＲＳ，  ｐｐ．  １−４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の紫外線受光素子では、紫外線に感度を持たないフォトダイオードにおけるウェル注入層の半導体表面からのピーク濃度位置をどのように決定すればよいかについては提案されておらず、単純に、上述のように、紫外線に感度を有するフォトダイオードにおけるウェル注入層の半導体表面からのピーク濃度位置と同等、もしくはより深くするだけでは、可視光領域における分光感度が増大してしまう場合がある。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、可視光領域における分光感度を低減することが可能な紫外線受光素子及び紫外線受光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様による紫外線受光素子は、半導体基板の第１の領域に配置され、第１導電型の第１のウェル注入層と、前記第１のウェル注入層内に設けられた第２導電型の第１の埋め込み注入層と、前記第１の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第１導電型の第１の表面注入層とを含み、紫外線に対して感度を有する第１のフォトダイオードと、前記半導体基板の第２の領域に配置され、第１導電型の第２のウェル注入層と、前記第２のウェル注入層内に設けられた第２導電型の第２の埋め込み注入層と、前記第２の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第１導電型の第２の表面注入層とを含み、紫外線に対して感度を持たない第２のフォトダイオードとを備え、前記第２のウェル注入層のピーク濃度位置が、前記半導体基板表面から前記第２の表面注入層のピーク濃度位置までの深さと同等の深さ分、前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置よりも深いことを特徴とする。
【００１２】
本発明の別の態様による紫外線受光素子は、半導体基板の第１の領域に配置され、第１導電型の第１のウェル注入層と、前記第１のウェル注入層内に設けられた第２導電型の第１の埋め込み注入層と、前記第１の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第１導電型の第１の表面注入層とを含み、紫外線に対して感度を有する第１のフォトダイオードと、前記半導体基板の第２の領域に配置され、第１導電型の第２のウェル注入層と、前記第２のウェル注入層内に設けられた第２導電型の第２の埋め込み注入層と、前記第２の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第１導電型の第２の表面注入層とを含み、紫外線に対して感度を持たない第２のフォトダイオードとを備え、前記半導体基板表面から前記第２の表面注入層のピーク濃度位置までの深さをｄｓ、前記半導体基板表面から前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置までの深さをｘｐ、前記半導体基板における光の吸収係数をαとし、αｘｐがゼロとみなせない場合、
【数１】
2019062024.tif 000003
により算出されるｄｐ分、前記第２のウェル注入層のピーク濃度位置が前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置よりも深いことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様による紫外線受光素子の製造方法は、第１の導電型の半導体基板の第１の領域に、第２導電型の第１のウェル注入層と、前記第１のウェル注入層内に設けられた第１導電型の第１の埋め込み注入層と、前記第１の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第２導電型の第１の表面注入層とを含む紫外線に対して感度を有する第１のフォトダイオードを形成する工程と、前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２のウェル注入層と、前記第２のウェル注入層内に設けられた第１導電型の第２の埋め込み注入層と、前記第２の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第２導電型の第２の表面注入層とを含む紫外線に対して感度を持たない第２のフォトダイオードを形成する工程とを備え、前記第２のウェル注入層のピーク濃度位置が、前記半導体基板表面から前記第２の表面注入層のピーク濃度位置までの深さと同等の深さ分、前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置よりも深くなるように前記第２のウェル注入層を形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明の別の態様による紫外線受光素子の製造方法は、第１の導電型の半導体基板の第１の領域に、第２導電型の第１のウェル注入層と、前記第１のウェル注入層内に設けられた第１導電型の第１の埋め込み注入層と、前記第１の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第２導電型の第１の表面注入層とを含む紫外線に対して感度を有する第１のフォトダイオードを形成する工程と、前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２のウェル注入層と、前記第２のウェル注入層内に設けられた第１導電型の第２の埋め込み注入層と、前記第２の埋め込み注入層内の前記半導体基板表面に設けられた第２導電型の第２の表面注入層とを含む紫外線に対して感度を持たない第２のフォトダイオードを形成する工程とを備え、前記半導体基板表面から前記第２の表面注入層のピーク濃度位置までの深さをｄｓ、前記半導体基板表面から前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置までの深さをｘｐ、前記半導体基板における光の吸収係数をαとし、αｘｐがゼロとみなせない場合、
【数１】
2019062024.tif 000004
により算出されるｄｐ分、前記第２のウェル注入層のピーク濃度位置が前記第１のウェル注入層のピーク濃度位置よりも深くなるように前記第２のウェル注入層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、紫外線に対して感度を有するフォトダイオードと、紫外線に対して感度を持たないフォトダイオードとの両者において、可視光感度をほぼ一致させることができる。したがって、可視光感度を抑えた紫外線受光素子及び紫外線受光素子の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る紫外線受光素子の構成を示す断面図である。
【図２】半導体基板として単結晶シリコン基板を用いた場合における深さ方向の光強度の減衰の様子を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る紫外線受光素子の製造方法における製造工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る紫外線受光素子の製造方法における製造工程を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る紫外線受光素子の製造方法における製造工程を説明するための断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る紫外線受光素子における分光感度特性及び二つのウェル注入層のピーク濃度位置を同一とした場合の分光感度特性を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る紫外線受光素子の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る紫外線受光素子の製造方法における製造工程を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る紫外線受光素子の製造方法における製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る紫外線受光素子における分光感度特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る紫外線受光素子１００の構成を示す断面図である。
【００１９】
本実施形態の紫外線受光素子１００は、半導体基板１１の領域Ａに設けられた紫外線に対して感度を有するフォトダイオード１２ａと、半導体基板１１の領域Ｂに設けられた紫外線に対して感度を持たないフォトダイオード１２ｂと、半導体基板１１の表面上に設けられたスルー酸化膜１６とを備えている。
【００２０】
フォトダイオード１２ａは、Ｐ型（第１導電型）のウェル注入層１３ａと、ウェル注入層１３ａ内に設けられたＮ型（第２導電型）の埋め込み注入層１４ａと、埋め込み注入層１４ａ内の半導体基板１１表面に設けられたＰ型の表面注入層１５ａとを含んで構成されている。なお、表面注入層１５ａのピーク濃度位置は最表面にある。また、１７ａは、ウェル注入層１３ａのピーク濃度位置を示している。
【００２１】
フォトダイオード１２ｂは、Ｐ型のウェル注入層１３ｂと、ウェル注入層１３ｂ内に設けられたＮ型の埋め込み注入層１４ｂと、埋め込み注入層１４ｂ内の半導体基板１１表面に設けられたＰ型の表面注入層１５ｂとを含んで構成されている。なお、１７ｂは、ウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置を示し、１８は、表面注入層１５ｂのピーク濃度位置を示している。
【００２２】
そして、本実施形態の紫外線受光素子１００では、図１に示すように、ウェル注入層１３ａのピーク濃度位置１７ａからウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置１７ｂまでの深さｄｐが半導体基板１１表面から表面注入層１５ｂのピーク濃度位置１８までの深さｄｓと同等の深さとなっている。
【００２３】
ここで、本実施形態の紫外線受光素子１００において、フォトダイオード１２ｂのＰ型のウェル注入層１３ｂにおけるピーク濃度位置１７ｂを決定する方法について以下に説明する。
【００２４】
本実施形態によるピーク濃度位置１７ｂの決定方法は、フォトダイオードにおける分光感度特性が、半導体基板結晶中において、吸収された光によって生成されるキャリアを収集することができる領域、すなわち、表面注入層１５ｂのピーク濃度位置１８とウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置１７ｂとに挟まれた領域の位置及び深さ方向の幅によって変化することに着目したことにより得られたものである。
【００２５】
受光素子表面に強度Ｉｏの光が入射されている場合、受光素子を構成する半導体基板中における深さｘでの光の強度Ｉｓは、半導体として用いた結晶の種類と光の波長によって決定される吸収係数αを用いると、下式（１）として表される。
【００２６】
【数２】
2019062024.tif 000005
【００２７】
上記式（１）によって、結晶中の深さｘにおいて吸収される光量が分かるため、その地点において生成される光電流Ｉは、素電荷ｑ、波長λ、光速ｃ、プランク定数ｈを用いると、下式（２）として表される。
【００２８】
【数３】
2019062024.tif 000006
【００２９】
半導体基板１１表面からある深さｘｄの間で生成される光電流の総和を出力電流として取り出せるとすると、出力電流Ｉｐｈは、下式（３）として表すことができる。
【００３０】
【数４】
2019062024.tif 000007
【００３１】
上記式（１）〜（３）より、半導体基板１１表面からウェル注入層１３ａのピーク濃度位置１７ａまでの深さをｘｐ、半導体基板１１表面から表面注入層１５ｂのピーク濃度位置１８までの深さをｄｓ、ウェル注入層１３ａのピーク濃度位置１７ａからウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置までの深さをｄｐとすると、フォトダイオード１２ａ及びフォトダイオード１２ｂそれぞれにおける、ある波長に対する出力電流Ｉｐｈ―ＨＳ及び出力電流Ｉｐｈ―ＬＳは、それぞれ下式（４）及び（５）として表すことができる。
【００３２】
【数５】
2019062024.tif 000008
【００３３】
上記式（４）及び（５）から、フォトダイオード１２ａ及びフォトダイオード１２ｂの出力電流の差分Ｉｐｈ―ＤＩＦＦは、下式（６）として表すことができる。
【００３４】
【数６】
2019062024.tif 000009
【００３５】
可視光領域における光感度を抑えるためには、波長λにおいて、出力電流の差分Ｉｐｈ―ＤＩＦＦがゼロとなるような条件が必要である。つまり、下式（７）を満たすようなｄｐを求める必要がある。
【００３６】
【数７】
2019062024.tif 000010
【００３７】
ここで、例えば、太陽光に含まれる可視光に対する感度を低減することを考えると、もっとも強度が強い、波長λが５００ｎｍよりも大きい光を考慮する必要がある。通常、半導体においては紫外線よりも波長の長い光に対する吸収係数αは小さくなる。すなわち、式（７）において、αｄｐ＜＜１、αｄｓ＜＜１とみなせる。また、αｋ＜＜１であるとき、ｅｘｐ（-αｋ）は、下式（８）のように近似することができる。
【００３８】
【数８】
2019062024.tif 000011
【００３９】
よって、上記式（７）及び（８）から、下式（９）を得ることができる。
【００４０】
【数９】
2019062024.tif 000012
【００４１】
上述したように、太陽光に含まれる可視光に対する感度を低減することを考えると、波長λが５００ｎｍよりも大きい光を考慮する必要がある。一例として、半導体基板１１として単結晶シリコン基板を用いた場合、波長５００ｎｍの光に対する吸収係数αは、１．１１Ｅ＋０６［１／ｍ］である。この場合の単結晶シリコン基板中における深さｘと光の強度Ｉｓとの関係を上記式（１）に従ってグラフにしたものを図２に示す。
【００４２】
単結晶シリコンを用いた場合、波長５００ｎｍの光は、より波長の短い紫外線と比較して吸収係数が１００倍ほど小さく、図２からわかるように、単結晶シリコン基板における浅い領域では光強度の減衰は小さいため、光の強度は深さによって大きく変化しない。特に、深さｘが１００ｎｍより小さい領域においては、光の強度Ｉｓは１０％程度しか変化せず、ほぼ減衰しないとみなせる。
【００４３】
したがって、図２において、光の強度Ｉｓがほぼ減衰しないとみなせる領域においては、深さｘｐが１００ｎｍより小さいため、上記式（９）において、αｘｐ＜＜１とみなすことができる。よって、ｄｐとｄｓとが同じ値となるように紫外線受光素子１００を形成することによって、フォトダイオード１２ａと１２ｂの可視光領域における感度を同等にできる。すなわち、フォトダイオード１２ａと１２ｂの出力電流の差分を抑えることが可能となる。
【００４４】
以上のことから、本実施形態の紫外線受光素子１００においては、上述のとおり、半導体基板１１表面から表面注入層１５ｂのピーク濃度位置１８までの深さｄｓとウェル注入層１３ａのピーク濃度位置１７ａからウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置１７ｂまでの深さｄｐとを図１に示すように同等の深さとしている。これにより、可視光領域における分光感度を低減した紫外線受光素子１００を得ることができる。
【００４５】
次に、本実施形態の紫外線受光素子１００の製造方法について説明する。
図３〜５は、本実施形態に係る紫外線受光素子１００の製造方法における製造工程を説明するための工程断面図である。
【００４６】
まず、図３に示すように、半導体基板１１に対して熱酸化を行い、表面にスルー酸化膜１６を形成する。スルー酸化膜１６の膜厚は、６ｎｍから１０ｎｍ程度が好ましい。
【００４７】
次に、図４に示すように、領域Ａ及びＢそれぞれに選択的にＰ型不純物としてＢＦ２＋をイオン注入し、ウェル注入層１３ａ及びウェル注入層１３ｂを形成する。
【００４８】
このとき、注入エネルギー及び不純物注入量は、ウェル注入層１３ａのピーク濃度位置１７ａからウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置１７ｂまでの深さｄｐが、あらかじめ定めておいた半導体基板１１表面から表面注入層１５ｂ（図１参照）のピーク濃度位置１８までの深さｄｓと同等の深さとなるよう設定する。例えば、ウェル注入層１３ａ形成のための注入エネルギーを１００ｋｅＶ、ウェル注入層１３ｂ形成のための注入エネルギーを１２０ｋｅＶとし、不純物注入量をいずれも５．０Ｅ１２とする。
【００４９】
次に、図５に示すように、ウェル注入層１３ａ及びウェル注入層１３ｂ内それぞれに選択的にＮ型不純物としてＡｓ＋をイオン注入し、埋め込み注入層１４ａ及び埋め込み注入層１４ｂを形成する。
【００５０】
このとき、例えば、埋め込み注入層１４ａ及び１４ｂ形成のための注入エネルギーをいずれも４０ｋｅＶ、不純物注入量をいずれも１．０Ｅ１３とする。
【００５１】
そして、半導体基板１１に対してアニーリングを行い、注入した不純物を電気的に活性化させる。ここでは、注入した不純物の拡散を抑えるため、９５０℃、１秒のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を行う。
【００５２】
次に、図１に示すように、埋め込み注入層１４ａ及び埋め込み注入層１４ｂ内それぞれに選択的にＰ型不純物としてＢＦ２＋をイオン注入し、表面注入層１５ａ及び表面注入層１５ｂを形成する。ここで、表面注入層１５ｂは、半導体基板１１表面から表面注入層１５ｂのピーク濃度位置１８までの深さｄｓが、上述のとおり、あらかじめ定めておいた深さ、すなわち深さｄｐと同等の深さとなるように形成される。
【００５３】
このとき、注入エネルギー及び不純物注入量は、例えば、表面注入層１５ａ形成のための注入エネルギーを１ＫｅＶ、不純物注入量を１．５Ｅ１４とし、表面注入層１５ｂ形成のための注入エネルギーを１０ＫｅＶ、不純物注入量を９．０Ｅ１３とする。
【００５４】
そして、半導体基板１１に対して、高温短時間（例えば、１０００℃、１秒）のＲＴＡを行うことで、表面注入層１５ａ及び表面注入層１５ｂの不純物を電気的に活性化させる。
【００５５】
以上のようにして、図１に示す第１の実施形態の紫外線受光素子１００が製造される。
【００５６】
図６に、上述の製造方法によって形成された紫外線受光素子１００の分光感度特性及びウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置１７ｂまでの深さｄｐをゼロとした場合、すなわち、ウェル注入層１３ａのピーク濃度位置１７ａとウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置１７ｂとを同一の深さとした場合の紫外線受光素子の分光感度特性を示す。図６から、ｄｐをゼロとした場合の紫外線受光素子の分光感度特性は、波長が４５０ｎｍを超えた辺りにも感度が残っているのに対し、ｄｐとｄｓとが同じ値となるよう形成された紫外線受光素子１００の分光感度特性は、波長が４５０ｎｍ以上の領域においては、感度がほぼゼロとなっている。このように、本実施形態の紫外線受光素子１００によれば、紫外線領域に感度を持ち、可視光感度を低く抑えた分光感度特性を得ることができる。
【００５７】
［第２の実施形態］
図７は、本発明の第２の実施形態に係る紫外線受光素子２００の構成を示す断面図である。なお、図１に示す第１の実施形態の紫外線受光素子１００と同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００５８】
本実施形態の紫外線受光素子２００と第１の実施形態の紫外線受光素子１００との大きな相違点は、半導体基板１１表面から表面注入層１５ｂのピーク濃度位置１８までの深さｄｓとウェル注入層１３ａのピーク濃度位置１７ａからウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置１７ｂまでの深さｄｐとが異なっている点である。
【００５９】
かかる相違点、すなわち、本実施形態の紫外線受光素子２００において、フォトダイオード１２ｂのＰ型のウェル注入層１３ｂにおけるピーク濃度位置１７ｂを決定する方法について以下に説明する。
【００６０】
本実施形態によるピーク濃度位置１７ｂの決定方法も、上記第１の実施形態と同様、フォトダイオードにおける分光感度特性が、半導体基板結晶中において、吸収された光によって生成されるキャリアを収集することができる領域の位置及び深さ方向の幅によって変化することに着目したことにより得られたものである。
【００６１】
ここで、上記第１の実施形態と同様、波長λが５００ｎｍよりも大きい光を考慮するために、半導体基板１１として波長５００ｎｍの光に対する吸収係数αが１．１１Ｅ＋０６［１／ｍ］の単結晶シリコン基板を用いた場合の単結晶シリコン基板中における深さｘと光の強度Ｉｓとの関係を上記式（１）に従ってグラフにした図２を再度参照する。
【００６２】
上述のとおり、単結晶シリコン基板における浅い領域では光強度の減衰は小さいため、光の強度は深さによって大きく変化せず、深さｘが１００ｎｍより小さい領域においては、光の強度Ｉｓは、１０％程度しか変化せず、ほぼ一定とみなせる。
【００６３】
一方、深さｘが１００ｎｍを超えると、波長５００ｎｍの光は入射光に対して９０％以下の強度まで減衰し、以降、深さが大きくなるにしたがって減衰はより大きくなる。
【００６４】
したがって、図２において、光の強度Ｉｓが大きく減衰する領域においては、深さｘｐが１００ｎｍを超えるため、上記式（９）において、αｘｐ＜＜１とはみなせない。
【００６５】
よって、本実施形態では、上記式（９）から求めることができるｄｐを用いて紫外線受光素子２００を形成する。これにより、フォトダイオード１２ａと１２ｂの可視光領域における感度を同等にできる。すなわち、フォトダイオード１２ａと１２ｂの出力電流の差分を抑えることが可能となる。
【００６６】
本実施形態において、ウェル注入層１３ａのピーク濃度位置１７ａからウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置１７ｂまでの深さｄｐは、例えば、以下のようにして決定される。
【００６７】
一具体例として、表面注入層１５ｂの半導体基板１１表面からのピーク濃度位置ｄｓを５０ｎｍ、ウェル注入層１３ａの半導体基板１１表面からのピーク濃度位置ｘｐを４００ｎｍとして、半導体基板１１として波長５００ｎｍの光に対する吸収係数αが１．１１Ｅ＋０６［１／ｍ］の単結晶シリコン基板を用いた場合、上記式（９）から、深さｄｐは、７８ｎｍと算出される。したがって、この場合、ウェル注入層１３ａのピーク濃度位置１７ａからウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置までの深さｄｐが７８ｎｍとなるように設定することにより、可視光領域における分光感度を低減した紫外線受光素子２００を得ることができる。
【００６８】
次に、本実施形態の紫外線受光素子２００の製造方法について説明する。
【００６９】
図８及び９は、本実施形態に係る紫外線受光素子２００の製造方法における製造工程を説明するための工程断面図である。なお、以下では、上述の一具体例として記載した、半導体基板１１として波長５００ｎｍの光に対する吸収係数αが１．１１Ｅ＋０６［１／ｍ］の単結晶シリコン基板を用い、表面注入層１５ｂの半導体基板１１表面からのピーク濃度位置ｄｓが５０ｎｍ、ウェル注入層１３ａの半導体基板１１表面からのピーク濃度位置ｘｐが４００ｎｍ、ウェル注入層１３ａのピーク濃度位置１７ａからウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置までの深さｄｐが７８ｎｍである構成の紫外線受光素子２００を製造する方法について説明する。
【００７０】
まず、第１の実施形態の紫外線受光素子１００の製造方法と同様、図３示すように、半導体基板１１に対して熱酸化を行い表面にスルー酸化膜１６を形成する。膜厚としては６ｎｍから１０ｎｍ程度が好ましい。
【００７１】
次に、図８に示すように、領域Ａ及びＢそれぞれに選択的にＰ型不純物としてＢ＋をイオン注入し、ウェル注入層１３ａ及びウェル注入層１３ｂを形成する。
【００７２】
このとき、注入エネルギー及び不純物注入量は、ウェル注入層１３ａのピーク濃度位置１７ａからウェル注入層１３ｂのピーク濃度位置１７ｂまでの深さｄｐが上記式（９）により求められる深さ、すなわち、本例では７８ｎｍとなるよう設定する。本例では、ウェル注入層１３ａ形成のための注入エネルギーを１１０ｋｅＶ、ウェル注入層１３ｂ形成のための注入エネルギーを１２０ｋｅＶとし、不純物注入量をいずれも５．０Ｅ１２とする。
【００７３】
次に、図９に示すように、ウェル注入層１３ａ及びウェル注入層１３ｂ内それぞれに選択的にＮ型不純物としてＰ＋をイオン注入し、埋め込み注入層１４ａ及び埋め込み注入層１４ｂを形成する。
【００７４】
このとき、本例では、埋め込み注入層１４ａ形成のための注入エネルギーを３６ＫｅＶ、埋め込み注入層１４ｂ形成のための注入エネルギーを１２０ＫｅＶとし、不純物注入量を埋め込み注入層１４ａ及び１４ｂのいずれも９．０Ｅ１２とする。
【００７５】
そして、半導体基板１１に対してアニーリングを行い、注入した不純物を電気的に活性化させる。ここでは、注入した不純物の拡散を抑えるため、９５０℃、５秒のＲＴＡを行う。
【００７６】
次に、図７に示すように、埋め込み注入層１４ａ及び埋め込み注入層１４ｂ内それぞれに選択的にＰ型不純物としてＢＦ２＋をイオン注入し、表面注入層１５ａ及び表面注入層１５ｂを形成する。ここで、本例では、表面注入層１５ｂは、半導体基板１１表面から表面注入層１５ｂのピーク濃度位置１８までの深さｄｓが５０ｎｍとなるように形成される。
【００７７】
このとき、本例では、表面注入層１５ａ形成のための注入エネルギーを８ＫｅＶ、不純物注入量を５．０Ｅ１３とし、表面注入層１５ｂ形成のための注入エネルギーを３５ＫｅＶ、不純物注入量を４．５Ｅ１３とする。
【００７８】
そして、半導体基板１１に対して、高温短時間（例えば、１０００℃、１秒）のＲＴＡを行うことで、表面注入層１５ａ及び表面注入層１５ｂの不純物を電気的に活性化させる。
【００７９】
以上のようにして、図７に示す第２の実施形態の紫外線受光素子２００が製造される。
【００８０】
図１０に、本実施形態の上記一具体例として示した紫外線受光素子２００の製造方法により得られた紫外線受光素子２００の分光感度特性を示す。図１０から、波長が４５０ｎｍを超えた辺りから、フォトダイオード１２ａの出力電流とフォトダイオード１２ｂの出力電流とがほぼ一致していることがわかる。このように、本実施形態の紫外線受光素子２００によれば、二つのフォトダイオード１２ａ、１２ｂの出力電流の差分を算出することにより、紫外線領域に感度を持ち、可視光感度を低く抑えた分光感度特性を得ることができる。
【００８１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【００８２】
例えば、上記実施形態において、紫外線に感度を持たないフォトダイオード１２ｂの表面注入層１５ｂの表面付近の浅い領域に、上記非特許文献１に記載されているように、表面注入層１５ｂとは逆の導電型の表面注入層をさらに設け、紫外線によって生成された電流を効果的に無効とするような構造とすることも可能である。
【００８３】
また、上記実施形態においては、半導体基板として単結晶シリコン基板を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、ＧａＡｓ基板等、他の半導体基板を用いることも可能である。
【００８４】
また、上記実施形態においては、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型として説明したが、導電型を入れ替えて、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型としても構わない。
【符号の説明】
【００８５】
１００、２００  紫外線受光素子
１１  半導体基板
１２ａ  紫外線に感度を有するフォトダイオード
１２ｂ  紫外線に感度を持たないフォトダイオード
１３ａ、１３ｂ  ウェル注入層
１４ａ、１４ｂ  埋め込み注入層
１５ａ、１５ｂ  表面注入層
１６  スルー酸化膜
１７ａ、１７ｂ  ウェル注入層のピーク濃度位置
１８  表面注入層のピーク濃度位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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