(57)【要約】【課題】特に青色光を中心とした短波長光に対し、受光面における反射率を低減して、高受光感度特性を有する受光素子を実現する。【解決手段】光半導体装置は、半導体基板１０１に形成された受光素子と、受光素子上に形成され、少なくとも一層のシリコン窒化膜１０４を含む単層又は積層構造の反射防止膜とを備え、シリコン窒化膜１０４の屈折率が不純物の導入によって変化されていることにより、反射防止膜の反射率が低減されており、シリコン窒化膜１０４の厚さ方向について、不純物の分布のピーク位置が反射防止膜全体の中心よりも表面に近い側に設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された受光素子と、
前記受光素子上に形成され、少なくとも一層のシリコン窒化膜を含む単層又は積層構造の反射防止膜とを備え、
前記シリコン窒化膜の屈折率が不純物の導入によって変化されていることにより、前記反射防止膜の反射率が低減されており、
前記シリコン窒化膜の厚さ方向について、前記不純物の分布のピーク位置が前記反射防止膜全体の中心よりも表面に近い側に設定されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記反射防止膜は、前記受光素子上に形成されたシリコン酸化膜の上に前記シリコン窒化膜が形成された積層膜であることを特徴とする光半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記不純物のピーク濃度が１ｘ１０20atoms/cm3 以上であることを特徴とする光半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つにおいて、
前記不純物がＳｂであることを特徴とする光半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一つにおいて、
前記不純物がＮｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ及びＲｎのうちの少なくとも１つの不活性元素であることを特徴とする光半導体装置。
【請求項６】
半導体基板に受光素子を形成する工程（ａ）と、
前記受光素子上に、少なくとも一層のシリコン窒化膜を含む単層又は積層構造の反射防止膜を形成する工程（ｂ）と、
前記シリコン窒化膜に不純物を導入することにより、前記シリコン窒化膜の屈折率を変化させる工程（ｃ）とを備え、
前記工程（ｃ）において、前記シリコン窒化膜の厚さ方向について、前記不純物の分布のピーク位置を前記反射防止膜全体の中心よりも表面に近い側に設定することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記工程（ｂ）は、前記受光素子上にシリコン酸化膜を形成する工程を含み、前記シリコン酸化膜上に前記シリコン窒化膜を形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７において、
前記工程（ｃ）において、前記不純物のピーク濃度を１ｘ１０20atoms/cm3 以上とすることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一つにおいて、
前記不純物がＳｂであることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜８のいずれか一つにおいて、
前記不純物がＮｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ及びＲｎのうちの少なくとも１つの不活性元素であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ装置等に用いられる光を電気に変換する受光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光半導体装置の代表的な素子である受光素子は、光信号を電気信号に変換する素子であり、様々な分野で用いられている。中でもＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスク分野において、光ディスク上に記録されている信号を読み書きする光ピックアップ装置のキーデバイスとして重要である。ここで、受光素子には、高受光感度、高速及び低ノイズの特性が要求されている。
【０００３】
近年、光ディスクに対する大容量化に従って、青色レーザ（波長４０５ｎｍ）を光源として採用した、Blu-ray （ＢＤ）又はＨＤ−ＤＶＤの製品化が開始され、青色レーザ対応した短波長領域において高速・高受光感度特性を有する受光素子が要請されている。また、高性能化・高集積化の要請により、受光素子であるフォトダイオードと、バイポーラトランジスタ、抵抗、容量等の各種電子素子とを同一基板上に混載したいわゆる光電子集積回路（ＯＥＩＣ）として構成される場合も多い。
【０００４】
以下、従来の第１の光半導体装置について図面を参照して説明する。図８は、従来構造の光半導体装置のひとつである受光素子の概略断面図である。図示の例は、半導体基板１としてＰ型のシリコン基板を用い、受光素子としてＰＮ型フォトダイオードが設けられている場合である。
【０００５】
図８に示す通り、低濃度Ｐ型のシリコン基板１上の別々の領域に、カソード層２及びアノードコンタクト層３とが形成されている。カソード層２及びアノードコンタクト層３を覆うように、シリコン基板１上にはシリコン窒化膜４が形成されている。シリコン窒化膜４上には絶縁膜５が形成され、絶縁膜５とシリコン窒化膜４とを貫通して、アノードコンタクト層３に達するアノード電極６と、カソード層２に達するカソード電極７とが形成されている。更に、絶縁膜５はカソード層２上において選択的に除去された開口を有し、該開口においてシリコン窒化膜４の露出された部分が受光面８となっている。
【０００６】
以上のように構成された受光素子について、その動作を以下に説明する。
【０００７】
受光面８から入射した光はカソード層２及びアノードであるシリコン基板１によって吸収され、その結果として電子・正孔対が発生する。このとき、アノード電極６とカソード電極７との間に逆バイアスを印加すると、低不純物濃度であるＰ型のシリコン基板１の側に空乏層が広がる。空乏層付近において発生した電子・正孔対のうち、電子はカソード層２に、正孔はアノードコンタクト層３に拡散又はドリフトによりそれぞれ分離されて到達し、キャリアがそれぞれカソード電極７及びアノード電極６より光電流として取り出される。
【０００８】
また、受光感度を向上するため、いわゆる反射防止膜がしばしば用いられる。図８に示す従来例においても、シリコン窒化膜４の膜厚及び屈折率を調整して反射防止膜として用いることにより、受光面８の反射率を低減している。
【０００９】
ここで、シリコン窒化膜４の膜厚をｄ、屈折率をｎとすると、入射光の波長λに対し、次の式を満たす場合に受光面８における反射率が最も低くなる。
【００１０】
ｄ・ｎ  ＝  λ（２ｍ＋１）／４  （ｍ＝０，１，２……）        （１）式
このような（１）式を満たす薄膜は１／４波長膜と呼ばれ、１／４波長膜を採用することにより反射率を低減することができる。
【００１１】
また、垂直光に対する１／４波長膜の反射率Ｒは次式で表される。ここで、１／４波長膜による光の吸収は無いものと仮定する。
【００１２】
Ｒ  ＝  （ｎ０・ｎ２−ｎ１2 ）2 ／（ｎ０・ｎ２＋ｎ１2 ）2     （２）式
ここで、空気入射の場合、ｎ０は空気の屈折率、ｎ１はシリコン窒化膜４の屈折率、ｎ２はシリコン基板１の屈折率である。例えば、ＤＶＤにおいて用いられる赤色光（波長６５０ｎｍ）の光に対し、ｎ０＝１．００、ｎ２＝３．８５である。このため、シリコン窒化膜４の屈折率を２．００とすると、（２）式から反射率は０．０４％となり、ほとんど全ての光がシリコン窒化膜４を透過する。
【００１３】
しかしながら、ＢＤにおいて用いられる青色光（波長４０５ｎｍ）について、同じシリコン窒化膜４はｎ２＝５．４２となり、反射率は約２．３％に増大する。反射率を最小にするためには、（２）式から、シリコン窒化膜４の屈折率ｎ１＝２．３３とするのが良いと求められる。
【００１４】
以上のようなことから、シリコン窒化膜４について、屈折率を向上させることにより反射率を低減する技術が提案されている。
【００１５】
このような従来技術として、特許文献２に開示がある。これによると、シリコン窒化膜４に不純物を注入することにより屈折率を向上してる。例えば、砒素（Ａｓ）を加速エネルギー１０ｋｅＶで且つドーズ量１×１０18ｃｍ-2の条件によりイオン注入すると、屈折率が２．２５まで向上する。その結果、青色光（波長４０５ｎｍ）に対する反射率が１．２％にまで低減し、受光感度の向上を実現できる。
【特許文献１】特開平９−２９８３０８号公報
【特許文献２】特開２００７−０３５９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、屈折率向上のためにシリコン窒化膜にＡｓが導入された特許文献２の構造において、リーク電流（暗電流）の増加が見られる。そのため、この解決が一つの課題となっている。
【００１７】
また、導入されたＡｓは、カソード層２の不純物分布を変動させる。特に青色光はシリコンに対する吸収係数が大きいことから、シリコン基板１の表面付近において多数のキャリアが吸収される。この点の解決も課題となっている。
【００１８】
更に、シリコン窒化膜４に不純物としてＡｓを注入する特許文献２によると、高ドーズ量条件（１×１０16ｃｍ-2 ）であるにもかかわらず、注入後の屈折率は２．２５であり、最適値である２．３３まで達していない。しかし、これ以上ドーズ量を増加すると、屈折率は増加するが、注入時間が長くなって生産性の悪化につながる。また、Ａｓを不純物として用いると、他の不純物を注入した場合に比べ、シリコン窒化膜４中のＮ−Ｈ結合数が低下して屈折率向上の抑制につながる。この点についても解決が課題となっている。
【００１９】
以上の課題に鑑み、本発明の目的は、青色光に対して高受光感度・高速である受光素子を備える光半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本願発明者等は、特許文献２の構造におけるリーク電流の増加理由について検討した結果、次のようなことを見出した。つまり、特許文献２において、屈折率向上のためのＡｓの不純物分布については規定されてない。そのため、不純物分布のピーク位置がシリコン窒化膜４の中にある場合、シリコン基板１とシリコン窒化膜４との界面に不純物が高濃度で存在することになる。この結果、注入ダメージによるダングリングボンド増加によって界面準位が増大し、リーク電流が増加する。
【００２１】
そこで、本願発明者等は、リーク電流の増加を防ぐため、シリコン窒化膜に導入する不純物の不純物分布を規定することを一つの着想として得た。
【００２２】
前記の目的を達成するための本発明に係る光半導体装置は、半導体基板に形成された受光素子と、受光素子上に形成され、少なくとも一層のシリコン窒化膜を含む単層又は積層構造の反射防止膜とを備え、シリコン窒化膜の屈折率が不純物の導入によって変化されていることにより、反射防止膜の反射率が低減されており、シリコン窒化膜の厚さ方向について、不純物の分布のピーク位置が反射防止膜全体の中心よりも表面に近い側に設定されてる。
【００２３】
本発明の光半導体装置によると、シリコン窒化膜の屈折率を変えるための不純物の分布のピークが表面に近い側にあるため、シリコン窒化膜と半導体基板との界面における不純物の濃度低くなっている。この結果、該界面における注入ダメージが低減し、ダングリングボンドの増加が抑制されるため、リーク電流の低減が実現する。
【００２４】
また、本発明の光半導体装置は、反射防止膜は、受光素子上に形成されたシリコン酸化膜の上に前記シリコン窒化膜が形成された積層膜であることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、半導体基板上に直接シリコン窒化膜を設けた場合に比べ、半導体基板と反射防止膜との界面における応力を低減することができる。その結果、該界面付近における界面準位に起因した再結合を低減し、受光素子の感度低下を抑制することができる。
【００２６】
また、不純物のピーク濃度が１ｘ１０20atoms/cm3 以上であることが好ましい。
【００２７】
このようなピーク濃度となるように不純物が導入されていることにより、シリコン窒化膜の屈折率が変化し、反射防止膜の反射率が効果的に低減される。尚、この濃度は、シリコン窒化膜中におけるＳｉ−Ｎ結合数（５〜１０×１０21atoms/ｃｍ3 ）の数％に相当する値である。
【００２８】
また、不純物がＳｂであることが好ましい。
【００２９】
屈折率の変化のためにシリコン窒化膜に導入する不純物の原子量が大きいほど、シリコン窒化膜におけるＳｉ−Ｎ結合の切断の割合が増加し、屈折率の変動も大きくなる。よって、シリコン窒化膜の屈折率変更に関する自由度が高まり、少ないドーズ量によっても必要な屈折率を実現することができる。また、半導体プロセスにおいて標準的に用いられる不純物の中では、Ｓｂが最も原子量が大きく且つ簡便である。
【００３０】
更に、Ａｓを不純物として用いた場合にはＮ−Ｈ結合の切断が見られ、これによって屈折率の向上が妨げられていたのに対し、Ｓｂを不純物とするとＮ−Ｈ結合の切断が少なく、屈折率向上に有利である。以上のような点から、不純物としてＳｂを用いるのがよい。
【００３１】
また、不純物がＮｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｘｅ（キセノン）、Ｋｒ（クリプトン）及びＲｎ（ラドン）のうちの少なくとも１つの不活性元素であることが好ましい。
【００３２】
これらの不活性元素を用いると、シリコン窒化膜の屈折率を変化させるための不純物導入によって受光素子における不純物分布が影響されるのを防ぐことができる。これにより、光半導体装置の高速・高受光感度特性の安定した確保が可能となる。
【００３３】
次に、前記の目的を達成するため、本願にかかる光半導体装置の製造方法は、半導体基板に受光素子を形成する工程（ａ）と、受光素子上に、少なくとも一層のシリコン窒化膜を含む単層又は積層構造の反射防止膜を形成する工程（ｂ）と、シリコン窒化膜に不純物を導入することにより、シリコン窒化膜の屈折率を変化させる工程（ｃ）とを備え、工程（ｃ）において、シリコン窒化膜の厚さ方向について、不純物の分布のピーク位置を反射防止膜全体の中心よりも表面に近い側に設定する。
【００３４】
このようにすると、反射防止膜と半導体基板との界面における注入ダメージを低減してダングリングボンドの増加を抑制することができ、リーク電流が低減された光半導体装置を製造することができる。
【００３５】
尚、工程（ｂ）は、受光素子上にシリコン酸化膜を形成する工程を含み、該シリコン酸化膜上に前記シリコン窒化膜を形成することが好ましい。
【００３６】
このようにすると、半導体基板と反射防止膜との界面における応力が低減され、それによってリーク電流が低減された光半導体装置を製造することができる。
【００３７】
また、工程（ｃ）において、不純物のピーク濃度を１ｘ１０20atoms/cm3 以上とすることが好ましい。
【００３８】
このようにすると、シリコン窒化膜の屈折率を確実に変化させ、反射防止膜の反射率を低くすることができる。
【００３９】
また、不純物がＳｂであることが好ましい。
【００４０】
半導体プロセスにおいて標準的に用いられる不純物の中では最も原子量が大きいＳｂを用いることにより、少ないドーズ量によってもシリコン窒化膜の屈折率を変化させることができる。この際、Ｎ−Ｈ結合の切断についてはＡｓを用いた場合よりも少なくなり、この点も屈折率の向上に有利である。
【００４１】
また、不純物がＮｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ及びＲｎのうちの少なくとも１つの不活性元素であることも好ましい。
【００４２】
このような不活性元素を用いると、受光素子における不純物分布に影響を与えることなくシリコン窒化膜の屈折率を変化させることができる。これにより、高速・高受光感度特性の安定した光半導体装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によると、反射防止膜と半導体基板との界面における注入ダメージを低減することにより、リーク電流を抑制しながら反射防止膜の反射率を低減することができる。これにより、光半導体装置の高速・高受光感度特性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
（第１の実施形態）
――光半導体装置の構造――
以下、本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の光半導体装置１００の要部の構造を模式的に示す断面図である。
【００４５】
図１に示すように、光半導体装置１００は低濃度Ｐ型のシリコンからなる基板１０１を用いて形成されている。基板１０１上の別々の領域に、Ｎ型のカソード層１０２と、Ｐ型のアノードコンタクト層１０３とが選択的に形成されている。カソード層１０２とアノードコンタクト層１０３とを覆うように、基板１０１上にはシリコン窒化膜１０４が形成されている。シリコン窒化膜１０４上には絶縁膜１０５が形成され、シリコン窒化膜１０４と絶縁膜１０５とを貫通して、アノードコンタクト層１０３に達するアノード電極１０６と、カソード層１０２に達するカソード電極１０７とが形成されている。更に、絶縁膜１０５はカソード層１０２上において選択的に除去された開口を有しており、該開口においてシリコン窒化膜１０４の露出された部分が受光面１０８となっている。尚、シリコン窒化膜１０４は不純物が導入され、これによって屈折率を変化されている。
【００４６】
以上のように構成された本実施形態の光半導体装置１００について、以下にその動作を説明する。
【００４７】
受光面１０８から光が入射すると、該光はカソード層１０２及びアノードである基板１０１によって吸収され、その結果として電子・正孔対が発生する。このとき、アノード電極１０６とカソード電極１０７との間に逆バイアスを印加すると、カソード層１０２と基板１０１との界面に対し、特に、低不純物濃度であるＰ型の基板１０１の側に空乏層が広がる。該空乏層付近において発生した電子・正孔対のうち、電子はカソード層１０２に、正孔はアノードコンタクト層１０３に、それぞれ分離されて到達し、これらのキャリアがそれぞれカソード電極１０７及びアノード電極１０６によって光電流として取り出される。
【００４８】
ここで、シリコン窒化膜１０４の膜厚ｄ、屈折率ｎとして（１）式を満たす１／４波長膜を採用すると、受光面１０８における反射率を低減することができる。更に、シリコン窒化膜１０４は不純物を導入することにより導入前に比べて屈折率を変化させているため、入射光と、基板材料及び受光面１０８上の媒質とに応じて最適な反射防止膜を実現することができる。
【００４９】
例えば、ＢＤ用の青色光（波長４０５ｎｍ）に対しては、不純物としてＳｂを注入する（加速エネルギー４０ｋｅＶで且つドーズ量５×１０15ｃｍ-2）と、屈折率が２．３５、反射率が約０．２％となり、受光感度を向上させることができる。
【００５０】
図２に、本実施形態の光半導体装置１００における不純物濃度プロファイルを示す。横軸の深さ方向について、範囲１０４ｘがシリコン窒化膜１０４に相当し、範囲１０１ｘシリコン窒化膜１０４の下の部分（基板１０１及びカソード層１０２）に相当する部分である。また、縦軸の不純物濃度に関し、不純物分布１１１は基板１０１における低濃度のＰ型アノード層としての不純物の分布、不純物分布１１２は高濃度Ｎ型のカソード層１０２形成のための不純物の分布、不純物分布１１３はシリコン窒化膜１０４に対して屈折率変化のために導入された不純物の分布である。
【００５１】
屈折率変化用不純物の不純物分布１１３のピーク位置は、シリコン窒化膜１０４の膜厚に相当する範囲１０４ｘの１／２よりも表面側に位置するように設定されている。この結果、基板１０１とシリコン窒化膜１０４との界面と、不純物分布１１３とが分離される。このため、注入ダメージの低減により、リーク電流の増加を抑制することができる。
【００５２】
ここで、注入される不純物量が大きいほど屈折率の変動量が大きく、また、注入後にシリコン窒化膜１０４のＳｉ−Ｎ結合数が減少する。このことから、シリコン窒化膜１０４に不純物を注入することにより屈折率が変動するメカニズムは、シリコン窒化膜１０４中のＳｉ−Ｎ結合が注入された不純部によって切断されるため、Ｓｉ原子及びＮ原子について分極状態が変動し、その結果として屈折率が変化するものと思われる。
【００５３】
従って、不純物分布１１３のピーク濃度を高くすることにより屈折率の変化量は大きくなり、シリコン窒化膜１０４中のＳｉ−Ｎ結合数（５〜１０ｘ１０21atoms/ｃｍ-3）の数％に相当する１×１０20atoms/ｃｍ-3以上の濃度とすると、屈折率の顕著な変化が見られる。尚、前記に例示した注入条件の場合、ピーク濃度は２ｘ１０21atoms/ｃｍ-3程度となる。
【００５４】
また、原子量の大きい不純物を屈折率変化用の不純物として採用することにより、Ｓｉ−Ｎ結合の切断の割合が増加し、屈折率の変動量も大きくなる。半導体プロセスにおいて標準的に用いられる不純物の中では、Ｓｂが最も原子量が大きく且つ簡便に用いることができる。更に、Ｓｂを不純物として採用すると、Ａｓと不純物とした場合には見られたシリコン窒化膜１０４中におけるＮ−Ｈ結合数の減少も小さい。このようなことから、シリコン窒化膜１０４の屈折率を変化させるためにはＳｂを不純物として用いるのが望ましい。
【００５５】
また、屈折率変化用の不純物としてＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎのような不活性元素を用いると、アノード層である基板１０１の低濃度Ｐ型不純物の不純物分布１１１及びカソード層１０２の高濃度Ｎ型不純物の不純物分布１１２に影響を与えない。よって、注入による特性の変動を防止できるから、受光素子の高速・高受光感度特性の安定した確保が可能となる。このような観点から、屈折率変化用の不純物として前記のような不活性元素を用いることも好ましい。
【００５６】
以上に説明した光半導体装置１００に関し、受光面１０８における反射率の波長依存性を図３に例示する。ここでは、不純物の注入をしていない場合の屈折率が２．００であるシリコン窒化膜と、Ｓｂの注入により屈折率が２．３５となったシリコン窒化膜とについて、それぞれ受光面１０８における反射率スペクトルを示している。図３に示す通り、青色光（波長４０５ｎｍ）に関する反射率は、不純物の導入により、２．３％から０．２％に改善している。
【００５７】
――光半導体装置の製造方法――
次に、本実施形態の光半導体装置１００の製造方法について、図面を参照して説明する。図４（ａ）〜（ｄ）には、製造工程の模式的な断面を示している。
【００５８】
まず、図４（ａ）に示すように、低濃度Ｐ型でありアノード層として機能する基板１０１に対してイオン注入等を行ない、Ｎ型のカソード層１０２及び高濃度Ｐ型のアノードコンタクト層１０３を選択的に形成する。
【００５９】
次に、図４（ｂ）示すように、基板１０１上にシリコン窒化膜１０４をＣＶＤ法等により形成する。このとき、例えば膜厚４０ｎｍとし、屈折率は２．００となる。続いて、シリコン窒化膜１０４の少なくともカソード層１０２上の部分について、不純物をイオン注入する。例えば、Ｓｂを不純物として用い、加速エネルギー４０ｋｅＶで且つドーズ量５×１０15ｃｍ-2とする。この際、シリコン窒化膜１０４の厚さ方向の中心の位置（ここでは、シリコン窒化膜１０４表面から膜厚の半分である２０ｎｍの位置）よりも表面側に不純物のピークが位置するように注入条件（イオン注入の加速エネルギー条件等）を設定する。
【００６０】
このような不純物の導入により、シリコン窒化膜１０４の屈折率が２．００から２．３５に増加する。
【００６１】
次に、図４（ｃ）に示す工程を行なう。つまり、シリコン窒化膜１０４上にＣＶＤ法により第１の絶縁膜１０５を形成する。例えば、ＢＰＳＧ（boro-phospho-silicate glass）膜を膜厚６００ｎｍに形成する。その後、絶縁膜１０５及びシリコン窒化膜１０４に対し、それぞれカソード層１０２及びアノードコンタクト層１０３に達する開口を形成する。更に、該開口にスパッタ法等によってアノード電極１０６及びカソード電極１０７を選択的に形成する。例えば、Ａｌを材料として、膜厚８００ｎｍ（絶縁膜１０５の表面から電極の上面までの寸法）に形成する。
【００６２】
次に、図４（ｄ）に示す工程を行なう。ここでは、第１の絶縁膜１０５上にＣＶＤ法等により第２の絶縁膜１２１（例えばＰ−ＳｉＮ（プラズマＳｉＮ）、膜厚１０００ｎｍ）を形成した後、カソード層１０２上の部分の第１及び第２の絶縁膜１０５及び１２１をシリコン窒化膜１０４が表面に露出するまで選択的に除去する。これにより、受光面１０８が形成される。
【００６３】
以上のようにして、本実施形態の光半導体装置１００が製造される。
【００６４】
（第２の実施形態）
――光半導体装置の構造――
以下、本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態の光半導体装置１００ａの要部の構造を模式的に示す断面図である。ここで、図５の光半導体装置１００ａは、第１の実施形態の光半導体装置１００（図１に示す）において基板１０１とシリコン窒化膜１０４との間にシリコン酸化膜１１４を追加した構造である。その他の点については同様であるから、図５において図１と同様の符号を用いることにより、同様である点についての詳しい説明は省略する。
【００６５】
このように、図１の光半導体装置１００はシリコン窒化膜１０４を単層構造の反射防止膜として有していたのに対し、本実施形態の光半導体装置１００ａはシリコン酸化膜１１４とその上に積層されたシリコン窒化膜１０４との積層構造の反射防止膜を有している。
【００６６】
図６には、光半導体装置１００ａにおける不純物濃度プロファイルを示す。図６は、図２に示す第１の実施形態における不純物濃度プロファイルに対し、横軸の深さ方向においてシリコン酸化膜１１４に相当する範囲１１４ｘを示したものとなっている。他の点については、図６において図２と同様の符号を用いて示す。
【００６７】
図６に示す通り、光半導体装置１００ａにおいて、カソード層１０２形成のための不純物は、基板１０１とその上のシリコン酸化膜１１４とに導入されている。また、屈折率変化用不純物の不純物分布１１３のピーク位置は、反射防止膜の膜厚、つまり、それぞれシリコン酸化膜１１４及びシリコン窒化膜１０４に対応する範囲１１４ｘ及び範囲１０４ｘの和の１／２よりも表面側に位置するように設定されている。
【００６８】
この結果、反射防止膜（より細かくは、シリコン酸化膜１１４）と基板１０１との界面と、不純物分布１１３とが分離されていることにより、第１の実施形態と同様にリーク電流の増加を抑制することができる。
【００６９】
また、シリコン酸化膜１１４の存在により、基板１０１とシリコン窒化膜１０４とが直接に接していないため応力が低減する。更に、一般に、シリコン酸化膜１１４を熱酸化により形成すると、基板１０１とシリコン窒化膜１０４との界面（第１の実施形態の場合）に比べて、基板１０１とシリコン酸化膜１１４との界面におけるダングリングボンドは少ないようになる。このことからも、リーク電流（暗電流）の低減を実現することができる。
【００７０】
また、以上に説明した構成において、反射防止膜としてシリコン酸化膜１１４とシリコン窒化膜１０４との積層膜を用いているため、シリコン窒化膜１０４を薄くすることができる。この結果、シリコン窒化膜１０４において不純物の導入されていない領域が少なくなるため、シリコン窒化膜１０４全体としての屈折率の変化量が大きくなり、屈折率の自由度がより大きくなる。
【００７１】
――光半導体装置の製造方法――
次に、本実施形態の光半導体装置１００の製造方法について、図面を参照して説明する。図７（ａ）〜（ｅ）には、製造工程の模式的な断面を示している。
【００７２】
まず、図７（ａ）に示す通り、低濃度Ｐ型でありアノード層として機能する基板１０１に対してイオン注入等を行ない、アノードコンタクト層１０３を選択的に形成する。
【００７３】
次に、図７（ｂ）に示す通り、基板１０１上にシリコン酸化膜１１４（例えば、膜厚１０ｎｍで且つ屈折率１．４５）を熱酸化等により形成する。この後、イオン注入等により不純物（例えばＡｓ）を基板１０１に導入し、カソード層１０２を選択的に形成する。このように、シリコン酸化膜１１４を形成した後にカソード層１０２を形成するため、カソード層１０２形成のための不純物はシリコン酸化膜１１４にも分布することになる（図６を参照）。
【００７４】
次に、図７（ｃ）の工程を行なう。まず、シリコン酸化膜１１４上に、シリコン窒化膜１０４を形成する。例えば、膜厚３５ｎｍに形成し、屈折率は２．００となる。続いて、シリコン窒化膜１０４のうち、少なくともカソード層１０２上の部分（全面であっても良い）に対し、不純物をイオン注入により導入する。例えば、不純物としてＳｂを用い、加速エネルギー４０ｋｅＶで且つドーズ量５×１０15ｃｍ-2とする。
【００７５】
ここで、シリコン窒化膜１０４に注入する不純物について、反射防止膜全体の厚さ方向の中心（シリコン窒化膜１０４の表面から、シリコン窒化膜１０４及びシリコン酸化膜１１４の膜厚の和の半分の位置）よりも表面側に分布のピークが位置するように、注入の条件を設定する（例えば、最適な加速エネルギーを選ぶ）。これにより、シリコン窒化膜１０４の屈折率が約２．３５に増加する。
【００７６】
次に、図７（ｄ）に示す工程として、まず、シリコン窒化膜１０４上にＣＶＤ法により第１の絶縁膜１０５を形成する。例えば、ＢＰＳＧ膜を膜厚６００ｎｍに形成する。その後、絶縁膜１０５、シリコン窒化膜１０４及びシリコン酸化膜１１４に対し、それぞれカソード層１０２及びアノードコンタクト層１０３に達する開口を形成する。更に、該開口にスパッタ法等によってアノード電極１０６及びカソード電極１０７を選択的に形成する。例えば、Ａｌを材料として、膜厚８００ｎｍに形成する。
【００７７】
次に、図７（ｅ）の工程を行なう。ここでは、第１の絶縁膜１０５上にＣＶＤ法等により第２の絶縁膜１２１（例えばＰ−ＳｉＮ、膜厚１０００ｎｍ）を形成した後、カソード層１０２上の部分の第１及び第２の絶縁膜１０５及び１２１をシリコン窒化膜１０４が表面に露出するまで選択的に除去する。これにより、受光面１０８が形成される。
【００７８】
以上のようにして、本実施形態の光半導体装置１００が製造される。
【００７９】
尚、第１の実施形態及び第２の実施形態において、基板１０１としてシリコン基板を用いているが、これに限定されるわけではない。例えば、長波長域において広く用いられているゲルマニウム基板を用いても良いし、化合物半導体基板であっても良い。
【００８０】
また、アノード層として機能する基板１０１とカソード層１０２とを有するＰＮ型フォトダイオードを受光素子として用いたが、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード等を用いる他の受光素子にも適用が可能である。
【００８１】
また、基板１０１がＰ型である構成を用いているが、Ｎ型の基板を用い、それぞれ導電型が逆になっている構成とすることも当然可能である。
【００８２】
更に、各構成要素について、形成方法及び寸法等はいずれも例示するものであって、記載内容に限定はされない。
【００８３】
また、受光素子が形成された受光領域についてのみ図示及び説明を行なっているが、受光領域に加えてトランジスタ、抵抗及び容量等の回路素子を同一基板上に形成した、いわゆるＯＥＩＣに適用することも可能である。更に、レーザ素子などの発光素子を同一基板上に形成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、高速・高受光感度特性を有し、特に、青色光を中心とした短波長域における受光感度を向上した光半導体装置及びその製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る光半導体装置１００を示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る光半導体装置１００の不純物濃度プロファイルである。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る光半導体装置１００の受光面の反射率の波長依存性を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態に係る光半導体装置１００の製造方法を示す断面図である
【図５】図５は、第２の実施形態に係る光半導体装置１００ａを示す断面図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る光半導体装置１００ａの不純物濃度プロファイルである。
【図７】図７（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施形態に係る光半導体装置１００ａの製造方法を示す断面図である。
【図８】図８は、従来の光半導体装置１００を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１００          光半導体装置
１００ａ        光半導体装置
１０１          基板
１０１ｘ        範囲（基板に対応）
１０２          カソード層
１０３          アノードコンタクト層
１０４          シリコン窒化膜
１０４ｘ        範囲（シリコン窒化膜に対応）
１０５          第１の絶縁膜
１０６          アノード電極
１０７          カソード電極
１０８          受光面
１１１          不純物分布
１１２          不純物分布
１１３          不純物分布
１１４          シリコン酸化膜
１１４ｘ        範囲（シリコン酸化膜に対応）
１２１          第２の絶縁膜
【図１】
2008244314.tif 000003
【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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