(57)【要約】 【課題】  スパイクによる短絡などを生じさせることなく、不純物拡散層の深さを低減することができ、波長がたとえば４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下と短い光に対して優れた感度を有する受光素子を安定して製造することのできる受光素子の製造方法を提供する。【解決手段】  Ｎ型不純物拡散層２７として、受光部４０に深さｄ２の受光用半導体層２６を形成し、電極部４１に受光用半導体層２６の深さｄ２よりも大きい深さｄ１（ｄ１＞ｄ２）の補償拡散層２５を形成した後、補償拡散層２５に電気的に接続されるようにＮ側電極３８を形成する。これによって、Ｎ側電極３８を形成する際にスパイクが生じた場合であっても、Ｎ側電極３８とＰ型エピタキシャル層２２との短絡を防ぐことができるので、受光に使用される受光用半導体層２６の深さｄ２を、スパイクによる短絡などを生じさせることなく低減することができる。【選択図】      図１
2007059630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層に第２導電型不純物が拡散されて形成される第２導電型半導体層と、第２導電型半導体層に電気的に接続される電極とを有し、第２導電型半導体層の厚み方向一方側から入射する光を受光し、該光のエネルギを電気エネルギに変換する受光素子の製造方法であって、
第１導電型半導体層の第２導電型半導体層を形成するべく予め定められる部分のうち、受光に使用される受光部となるべく予め定められる部分に受光用半導体層を形成するとともに、電極が形成される電極部となるべく予め定められる部分に、厚み方向一方側の表面部からの深さｄ１が受光用半導体層の前記表面部からの深さｄ２よりも大きい（ｄ１＞ｄ２）補償用半導体層を形成することによって、第２導電型半導体層を形成する第２導電型半導体層形成工程と、
形成された補償用半導体層の厚み方向一方側の表面部に電気的に接続されるように電極を形成する電極形成工程とを含むことを特徴とする受光素子の製造方法。
【請求項２】
第２導電型半導体層形成工程は、
第１導電型半導体層の少なくとも受光用半導体層を形成するべく予め定められる部分を覆うように反射防止膜を形成する工程と、
形成された反射防止膜を通して、第１導電型半導体層の受光用半導体層を形成するべく予め定められる部分に第２導電型不純物を注入して拡散させることによって、受光用半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の受光素子の製造方法。
【請求項３】
受光用半導体層を形成する工程では、
ドーズ量を１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下として、第２導電型不純物を注入することを特徴とする請求項２記載の受光素子の製造方法。
【請求項４】
受光用半導体層を形成する工程では、
イオン注入エネルギを５０ｋｅＶ以上１００ｋｅＶ以下として、第２導電型不純物を注入することを特徴とする請求項２または３記載の受光素子の製造方法。
【請求項５】
第２導電型半導体層形成工程は、反射防止膜を形成する工程の前に、
第１導電型半導体層の補償用半導体層を形成するべく予め定められる部分に第２導電型不純物を注入して拡散させることによって、補償用半導体層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の受光素子の製造方法。
【請求項６】
補償用半導体層は、前記深さｄ１が受光用半導体層の前記深さｄ２よりも１μｍ以上大きくなるように形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の受光素子の製造方法。
【請求項７】
第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層に接するように設けられ第２導電型不純物を含む第２導電型半導体層と、第２導電型半導体層に電気的に接続される電極とを有し、第２導電型半導体層の厚み方向一方側から入射する光を受光し、該光のエネルギを電気エネルギに変換するフォトダイオードであって、
第２導電型半導体層は、受光に使用される受光部に設けられる受光用半導体層と、電極が形成される電極部に設けられる補償用半導体層とを含み、
補償用半導体層の厚み方向一方側の表面部からの深さｄ１は、受光用半導体層の前記表面部からの深さｄ２よりも大きい（ｄ１＞ｄ２）ことを特徴とするフォトダイオード。
【請求項８】
受光用半導体層に含まれる第２導電型不純物の濃度は、受光用半導体層の厚み方向一方側の表面部から厚み方向一方に向かって減少することを特徴とする請求項７記載のフォトダイオード。
【請求項９】
請求項７または８記載のフォトダイオードを含むことを特徴とする受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオードおよびそれを含む受光素子、ならびに該受光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
受光素子は、光エネルギを電気エネルギに変換する素子である。受光素子は、たとえばデジタルビデオディスク(略称ＤＶＤ)などの光記録媒体に情報を記録するまたは光記録媒体に記録された情報を再生する光記録再生装置などに搭載される光ピックアップ装置などに用いられている。
【０００３】
受光素子は、たとえば以下のようにして製造される。図１３〜図１８は、従来技術による受光素子の製造における各工程の状態を簡略化して示す切断端面図である。図１３に示すように、まずＰ型シリコン基板１の厚み方向一方側の表面部にＰ型エピタキシャル層２を成長させた後、酸化させて酸化シリコン膜３を形成する。Ｐ＋ストッパー部４を形成するべく予め定められる部分に形成された酸化シリコン膜３を除去した後、酸化シリコン膜３をマスクとしてＰ型エピタキシャル層２にＰ型不純物を導入して拡散させ、Ｐ＋ストッパー部４を形成する。
【０００４】
残存する酸化シリコン膜３を除去した後、Ｐ＋ストッパー部４が形成されたＰ型エピタキシャル層２の表面全体に再度酸化シリコン膜５を形成する。次いで、図１４に示すようにＮ型不純物拡散層６を形成するべく予め定められる部分に形成された酸化シリコン膜５を除去する。残存する酸化シリコン膜５をマスクとして、Ｐ型エピタキシャル層２にＮ型不純物を導入して拡散させ、後述する図１５に示すＮ型不純物拡散層６を形成する。なお図１４では、Ｎ型不純物を「○」で表している。不純物の導入方法としては、イオン注入法などが用いられる（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
残存する酸化シリコン膜５およびイオン注入時に形成された酸化シリコン膜７を除去した後、Ｐ型エピタキシャル層２の表面全体に再度酸化シリコン膜８を形成する。次いで、図１５に示すように、Ｐ＋ストッパー部４とＮ型不純物拡散層６との間のフィールド部９ａに形成された酸化シリコン膜８を除去する。残存する酸化シリコン膜８をマスクとしてＰ型エピタキシャル層２にＰ型不純物を注入して拡散させ、図１６に示す反転防止部９を形成する。なお図１５では、Ｐ型不純物を「×」で表している。
【０００６】
残存する酸化シリコン膜８およびイオン注入時に形成された酸化シリコン膜１０を除去した後、反転防止部９が形成されたＰ型エピタキシャル層２の表面全体に再度酸化シリコン膜１１を形成し、さらに酸化シリコン膜１１の表面に層間絶縁膜１２を形成する。次いで、図１６に示すように、受光に使用される受光部１３ａおよび後述する図１８に示すＮ側電極１６が形成される電極部１３ｂとなるべく予め定められる部分に形成された酸化シリコン膜１１および層間絶縁膜１２を除去した後、Ｎ型不純物拡散層６の露出した部分に図１７に示すように反射防止膜１４を形成する。
【０００７】
図１８に示すように、電極部１３ｂとなるべく予め定められる部分の反射防止膜１４にコンタクトホール１５を形成した後、コンタクトホール１５に充填されるように電極膜を形成する。形成された電極膜のうち、不要な部分の電極膜を除去した後、オーミック接触を形成するためのシンタリングと呼ばれる加熱処理を行ない、Ｎ側電極１６を形成する。次いで、Ｐ型シリコン基板１の厚み方向他方側の表面部にＰ側電極１７を形成する。このようにして、受光素子であるフォトダイオード１８が得られる。
【０００８】
光ピックアップ装置では、光記録媒体にレーザ光などの光を照射し、該光記録媒体で反射される光を受光素子で検出して情報の記録または再生を行なう。近年、光記録媒体には記録密度の向上が求められており、これに対応して情報の記録および再生に使用する光の波長の短波長化が要求されている。たとえば、従来のＤＶＤ再生装置では、記録および再生用の光として波長６５０ｎｍまたは６３５ｎｍの赤色レーザ光が使用されているけれども、最近では、それよりも短い波長の光、たとえば波長４００〜４５０ｎｍ程度の青紫色レーザ光で記録または再生を行なうことのできる装置が求められるようになっている。この要求に対応して、波長４００〜４５０ｎｍ程度という短波長の光を高い感度で検出することのできる受光素子が求められている。
【０００９】
受光素子では、半導体中に形成されたＰＮ接合の空乏層およびその近傍への光照射によってキャリアが生成され、このキャリアがＰＮ接合の空乏層中の電位勾配に従って移動することによって光電流が生じ、電気信号として出力される。半導体表面に照射された光は、キャリアを生成するエネルギとして半導体に吸収されながら内部に侵入していくので、光の強度は、半導体表面からの深さの増加に伴って減少する。たとえば、波長６５０ｎｍの光の場合、半導体内部に侵入した光の強度は、半導体表面からの深さが約１０μｍの地点で、半導体表面における強度の１０％に低下する。
【００１０】
この半導体内部に侵入した光の強度が半導体表面における強度の１０％に低下する地点の半導体表面からの深さ（以後、「侵入長」と称する）は、光の波長が短くなるほど小さくなることが知られている。たとえば波長４１０ｎｍの光の場合、半導体内部に侵入した光の強度が半導体表面における強度の１０％に低下する地点は、半導体表面からの深さが約１μｍの地点である。このため、波長４１０ｎｍの光は、半導体表面から深さが約１μｍまでの部分でほとんどが吸収される。このように、波長が４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下という短波長の光を半導体に照射した場合、半導体表面からの深さが１μｍ程度以下の部分でほとんどの光が吸収されることになる。したがって、このような短波長の光を検出するための受光素子では、ＰＮ接合を構成する不純物拡散層における不純物の濃度分布が問題となる。
【００１１】
図１９は、図１８に示す受光素子１８の受光部１３ａの深さ方向における不純物の濃度プロファイルの一例を示す図である。図１９において、横軸はＮ型不純物拡散層６の一方の表面部からの深さ（μｍ）を示し、縦軸は不純物濃度（ｉｏｎｓ／ｃｍ２）を示す。図１９では、Ｐ型エピタキシャル層２（不純物濃度３×１０１２個／ｃｍ３）に対して、注入エネルギを１００ｋｅＶ、ドーズ量を３×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２としてリンイオンを注入してＮ型不純物拡散層６を形成した場合の不純物濃度プロファイルを示す。図１９に示すように、従来技術による受光素子１８では、光が照射される受光部１８における不純物の濃度は、Ｎ型不純物拡散層６の表面よりも深い位置にピークを有しており、Ｎ型不純物拡散層６の表面付近ではピークにおける濃度よりも不純物濃度が低下している。すなわち、表面から濃度ピークの位置までの部分には、厚み方向一方に向かって不純物濃度が増加する領域（以後、便宜上、不純物濃度逆転層と称する）が形成されている。このため、光が照射されて生成されるキャリアのうち、不純物濃度逆転層において生成されたキャリアは、不純物濃度逆転層のポテンシャル分布に従ってＮ型不純物拡散層６の表面に向かって移動し、表面再結合によって消滅することになる。したがって、不純物濃度逆転層が形成された不純物拡散層を有する受光素子は、光電変換効率すなわち受光感度が、波長によって定まる理論的な値よりも低くなる。
【００１２】
不純物濃度逆転層は、図１９に示すように不純物拡散層の表面から深さが０．５μｍ以下程度までの部分に生じるので、不純物濃度逆転層の発生およびそれによる受光感度の低下は、波長６５０ｎｍ程度以上の光を受光する場合にはほとんど問題にならない。たとえば、波長６５０ｎｍの光の場合、侵入長は前述のように１０μｍと大きく、不純物拡散層の表面近傍での光の吸収は少ないので、不純物濃度逆転層でのキャリアの生成は少なく、受光感度は不純物濃度逆転層の発生による影響をほとんど受けない。
【００１３】
これに対し、波長が４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下である短波長の光の場合、不純物拡散層の表面から深さが１μｍ程度以下までの部分でほとんどの光が吸収されるので、不純物濃度逆転層で多量のキャリアが生成される。このため、短波長の光に対する受光素子の受光感度（以後、単に感度とも称する）は、理論的な値から著しく低下することになる。たとえば、波長４１０ｎｍの光に対する感度は、理論的には約０．３２Ａ／Ｗであるけれども、実際には約０．１Ａ／Ｗとなる。
【００１４】
不純物濃度逆転層の発生およびそれによる感度の低下の問題を解決するための技術として、本件出願人は、不純物拡散層における不純物の濃度を、表面に近づくほど高くなるようにし、不純物濃度逆転層の発生を防ぐことを先に提案した（特許文献２参照）。
【００１５】
【特許文献１】特開平５−６３２２９号公報（第２−３頁，第１図）
【特許文献２】特開平９−２９８３０８号公報（第４−５頁，第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献２に開示の技術によれば、受光素子の感度を向上させることができるけれども、波長が４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下である短波長の光に対する感度を向上させるという観点からは、特許文献２に開示の受光素子にも改良の余地がある。
【００１７】
前述のように、波長が４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下である光が照射される場合、半導体表面からの深さが１μｍ程度以下までの部分で大部分の光が吸収され、キャリアが発生するので、これらのキャリアを光電流として取出し、受光感度をさらに向上させるためには、不純物拡散層の深さを小さく、具体的には１μｍ以下程度にすることが必要である。
【００１８】
しかしながら、不純物拡散層の深さを１μｍ以下程度と小さくすると、以下のような問題が生じる。前述の図１８に示すＮ側電極１６を形成する工程では、シンタリングの際の加熱によって、Ｎ側電極１６を構成する電極材料が図２０に示すようにＮ型不純物拡散層６にスパイク状に侵入するスパイクと呼ばれる現象が生じることがある。特に、電極材料としてアルミニウムを用いる場合にはスパイクが発生しやすい。Ｎ型不純物拡散層６の深さＤがたとえば１μｍ程度と小さい場合にスパイクが発生すると、図２１に示すようにアルミニウムなどの電極材料がＮ型不純物拡散層６を突き抜けてＰ型エピタキシャル層２に達し、Ｎ側電極１６とＰ型エピタキシャル層２との短絡（ショート）が生じる。このため、Ｎ型不純物拡散層６の深さＤは、短絡が生じない程度にする必要があり、１μｍ以下程度にすることは困難である。
【００１９】
本発明の目的は、スパイクによる短絡などを生じさせることなく、不純物拡散層の深さを低減することができ、波長がたとえば４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下と短い光に対して優れた感度を有する受光素子を安定して製造することのできる受光素子の製造方法、ならびに該方法によって製造されるフォトダイオードおよび該フォトダイオードを含む受光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層に第２導電型不純物が拡散されて形成される第２導電型半導体層と、第２導電型半導体層に電気的に接続される電極とを有し、第２導電型半導体層の厚み方向一方側から入射する光を受光し、該光のエネルギを電気エネルギに変換する受光素子の製造方法であって、
第１導電型半導体層の第２導電型半導体層を形成するべく予め定められる部分のうち、受光に使用される受光部となるべく予め定められる部分に受光用半導体層を形成するとともに、電極が形成される電極部となるべく予め定められる部分に、厚み方向一方側の表面部からの深さｄ１が受光用半導体層の前記表面部からの深さｄ２よりも大きい（ｄ１＞ｄ２）補償用半導体層を形成することによって、第２導電型半導体層を形成する第２導電型半導体層形成工程と、
形成された補償用半導体層の厚み方向一方側の表面部に電気的に接続されるように電極を形成する電極形成工程とを含むことを特徴とする受光素子の製造方法である。
【００２１】
また本発明は、第２導電型半導体層形成工程は、
第１導電型半導体層の少なくとも受光用半導体層を形成するべく予め定められる部分を覆うように反射防止膜を形成する工程と、
形成された反射防止膜を通して、第１導電型半導体層の受光用半導体層を形成するべく予め定められる部分に第２導電型不純物を注入して拡散させることによって、受光用半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、受光用半導体層を形成する工程では、
ドーズ量を１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下として、第２導電型不純物を注入することを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、受光用半導体層を形成する工程では、
イオン注入エネルギを５０ｋｅＶ以上１００ｋｅＶ以下として、第２導電型不純物を注入することを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、第２導電型半導体層形成工程は、反射防止膜を形成する工程の前に、
第１導電型半導体層の補償用半導体層を形成するべく予め定められる部分に第２導電型不純物を注入して拡散させることによって、補償用半導体層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、補償用半導体層は、前記深さｄ１が受光用半導体層の前記深さｄ２よりも１μｍ以上大きくなるように形成されることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層に接するように設けられ第２導電型不純物を含む第２導電型半導体層と、第２導電型半導体層に電気的に接続される電極とを有し、第２導電型半導体層の厚み方向一方側から入射する光を受光し、該光のエネルギを電気エネルギに変換するフォトダイオードであって、
第２導電型半導体層は、受光に使用される受光部に設けられる受光用半導体層と、電極が形成される電極部に設けられる補償用半導体層とを含み、
補償用半導体層の厚み方向一方側の表面部からの深さｄ１は、受光用半導体層の前記表面部からの深さｄ２よりも大きい（ｄ１＞ｄ２）ことを特徴とするフォトダイオードである。
【００２７】
また本発明は、受光用半導体層に含まれる第２導電型不純物の濃度は、受光用半導体層の厚み方向一方側の表面部から厚み方向一方に向かって減少することを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記本発明のフォトダイオードを含むことを特徴とする受光素子である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、受光素子は、第２導電型半導体層形成工程と電極形成工程とを経て製造される。第２導電型半導体層形成工程では、第１導電型半導体層の第２導電型半導体層を形成するべく予め定められる部分のうち、受光部となるべく予め定められる部分に受光用半導体層を形成するとともに、電極部となるべく予め定められる部分に、厚み方向一方側の表面部からの深さ（以後、単に深さと称する）ｄ１が受光用半導体層の深さｄ２よりも大きい（ｄ１＞ｄ２）補償用半導体層を形成する。電極形成工程では、第２導電型半導体層形成工程で形成された補償用半導体層の厚み方向一方側の表面部（以後、単に一方の表面部とも称する）に電気的に接続されるように電極を形成する。ここで、第１導電型半導体層とは、第１導電型半導体基板を含む。
【００３０】
電極が形成される電極部に設けられる補償用半導体層は、深さｄ１が受光用半導体層の深さｄ２よりも大きくなるように形成されるので、電極形成工程において電極を形成する際にスパイクが発生しても、電極を形成する電極材料の先端部が補償用半導体層の内部に存在するようにし、電極材料が第１導電型半導体層まで達することを防ぐことができる。たとえば、スパイクによって電極材料が受光用半導体層の深さｄ２を超える深さまで補償用半導体層に侵入した場合であっても、電極材料の先端部が第１導電型半導体層に達することを防ぐことができるので、電極部における電極と第１導電型半導体層との短絡の発生を防止することができる。すなわち、本発明の受光素子の製造方法では、電極部での短絡などを考慮することなく、受光用半導体層の深さｄ２を選択することができる。したがって、製造歩留を低下させることなく、受光用半導体層の深さｄ２を、検出するべき光の波長に適した値に設計することができる。たとえば、電極部での短絡を生じさせることなく、受光用半導体層の深さｄ２を１μｍ程度以下と小さくすることができるので、波長が４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下である短波長の光の吸収効率を向上させ、該光に対して優れた感度を示す受光素子を安定して歩留良く製造することができる。
【００３１】
また本発明によれば、受光用半導体層は、第１導電型半導体層の少なくとも受光用半導体層を形成するべく予め定められる部分（以後、受光用半導体層形成予定部と称する）を覆うように反射防止膜を形成した後、該反射防止膜を通して、第１導電型半導体層の受光用半導体層形成予定部に第２導電型不純物を注入して拡散させることによって形成される。このように、反射防止膜を通して第２導電型不純物を注入することによって、受光用半導体層における第２導電型不純物の濃度分布を、受光用半導体層の厚み方向一方側の表面部（以後、単に一方の表面部とも称する）から厚み方向一方に向かって単調に減少するような分布にすることができる。これによって、受光用半導体層の一方の表面部近傍で生成されたキャリアが受光用半導体層の一方の表面部に向かって移動することを防ぐことができるので、表面再結合によって消滅するキャリアの割合を低減することができる。したがって、光の吸収効率を向上させ、受光素子の受光感度を向上させることができる。
【００３２】
また本発明によれば、受光用半導体層を形成する工程において、第１導電型半導体層に第２導電型不純物を注入する際のドーズ量は、１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下である。ドーズ量を前記範囲に選択することによって、受光用半導体層における第２導電型不純物の濃度を好適なものとし、濃度が過多である場合のキャリアのライフタイムの減少およびそれによる感度の低下、ならびに濃度が過少である場合の応答速度の低下を抑えることができる。したがって、感度および応答速度のいずれにも優れる受光素子を容易に得ることができる。
【００３３】
また本発明によれば、受光用半導体層を形成する工程において、第１導電型半導体層に第２導電型不純物を注入する際のイオン注入エネルギは、５０ｋｅＶ以上１００ｋｅＶ以下である。イオン注入エネルギを前記範囲に選択することによって、受光用半導体層における第２導電型不純物の濃度分布を、より確実に、受光用半導体層の厚み方向一方に向かって単調に減少するような分布にすることができる。
【００３４】
また本発明によれば、第２導電型半導体層形成工程では、第１導電型半導体層の補償用半導体層を形成するべく予め定められる部分に第２導電型不純物を注入して拡散させることによって補償用半導体層を形成した後に、反射防止膜を形成して受光用半導体層の形成を行なう。このように補償用半導体層を形成した後に受光用半導体層を形成することによって、受光用半導体層を形成した後に、受光用半導体層に注入された第２導電型不純物が拡散されるような温度での加熱を行なう必要がなくなるので、受光用半導体層中の第２導電型不純物が再び拡散されることを防ぐことができる。したがって、受光用半導体層における第２導電型不純物の濃度分布および前記深さｄ２が、受光用半導体層を形成したときの状態に維持することができるので、所望の不純物濃度分布および深さｄ２を有する受光用半導体層を容易に形成することができる。
【００３５】
また本発明によれば、補償用半導体層は、深さｄ１が、受光用半導体層の深さｄ２よりも１μｍ以上大きくなるように形成される。このことによって、スパイクによる電極と第１導電型半導体層との短絡をより確実に防ぐことができる。
【００３６】
また本発明によれば、第１導電型半導体層に接するように設けられる第２導電型半導体層は、受光部に受光用半導体層を有し、電極部に補償用半導体層を有する。補償用半導体層の深さｄ１は、受光用半導体層の深さｄ２よりも大きい（ｄ１＞ｄ２）ので、電極を形成する際にスパイクが発生し、電極材料が受光用半導体層の深さｄ２を超える深さまで補償用半導体層に侵入した場合であっても、電極材料の先端部は第１導電型半導体層に到達せず、電極部における電極と第１導電型半導体層との短絡は生じない。よって、電極部での短絡などを考慮することなく、受光用半導体層の深さｄ２を、検出するべき光の波長に適した値に設計することができる。したがって、受光用半導体層の深さｄ２がたとえば１μｍ以下程度と小さく、波長が４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下と短い光に対して優れた感度を示すとともに、電極部での短絡がなく、信頼性にも優れるフォトダイオードを得ることができる。
【００３７】
また本発明によれば、受光用半導体層における第２導電型不純物の濃度は、受光用半導体層の厚み方向一方側の表面部（以後、単に一方の表面部とも称する）から厚み方向一方に向かって減少するので、受光用半導体層の一方の表面部近傍で生成されたキャリアが受光用半導体層の一方の表面部に向かって移動することを防ぐことができる。これによって、表面再結合によって消滅するキャリアの割合を低減することができるので、光の吸収効率を向上させ、フォトダイオードの感度を向上させることができる。
【００３８】
また本発明によれば、受光素子は、前記本発明のフォトダイオードを含むので、波長が４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下である短波長の光に対して優れた感度を示すとともに、信頼性にも優れる受光素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は、本発明の実施の一形態であるフォトダイオード２０の構成を簡略化して示す切断端面図である。フォトダイオード２０は、半導体基板であるＰ型シリコン基板２１と、Ｐ型シリコン基板２１の厚み方向一方側の表面部（以後、単に一方の表面部とも称する）に設けられる第１導電型半導体層であるＰ型エピタキシャル層２２と、Ｐ型エピタキシャル層２２に第２導電型不純物であるＮ型不純物が拡散されて形成される第２導電型半導体層であるＮ型不純物拡散層２７と、Ｎ型不純物拡散層２７の一方の表面部に設けられる反射防止膜３６と、反射防止膜３６を厚み方向に貫通するように設けられＮ型不純物拡散層２７の一方の表面部に電気的に接続されるＮ側電極３８と、Ｐ型シリコン基板２１の厚み方向他方側の表面部（以後、単に他方の表面部とも称する）に設けられるＰ側電極３９とを含んで構成される。
【００４０】
フォトダイオード２０では、Ｐ型エピタキシャル層２２とＮ型不純物拡散層２７とによってＰＮ接合が形成されている。フォトダイオード２０は、Ｎ型不純物拡散層２７の厚み方向一方側から入射する光を受光部４０で受光し、該光のエネルギを電気エネルギに変換する。Ｎ型不純物拡散層２７は、受光に使用される受光部４０に受光用半導体層２６を有し、Ｎ側電極３８が形成される電極部４１に補償用半導体層である補償拡散層２５を有する。補償拡散層２５の深さｄ１は、受光用半導体層２６の深さｄ２よりも大きく（ｄ１＞ｄ２）なっている。
【００４１】
受光用半導体層２６の深さｄ２は、検出するべき光の波長に応じて適宜選択される。本実施形態では、補償拡散層２５の深さｄ１は受光用半導体層２６の深さｄ２よりも大きいので、後述する製造工程における電極部４１での短絡などを考慮することなく、受光用半導体層２６の深さｄ２を、検出するべき光の波長に適した値に選択することができる。したがって、検出するべき光に対して優れた感度を示すフォトダイオード２０を容易に実現することができる。たとえば、波長４１０ｎｍの光を検出するフォトダイオード２０の場合、受光用半導体層２６の深さｄ２は１μｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、後述するように電極部４１におけるＮ側電極３８とＰ型エピタキシャル層２２との短絡を防ぐことができるので、受光用半導体層２６の深さｄ２を１μｍ以下とすることができる。これによって、波長４１０ｎｍの光の吸収効率を向上させ、波長４１０ｎｍの光に対して、理論的な値に略等しい約０．３Ａ／Ｗの感度を得ることができる。
【００４２】
本実施形態では、Ｎ側電極３８は、受光部４０を取囲むように、矩形状かつ環状に形成されている。また、Ｐ型エピタキシャル層２２の一方の表面部には、表面絶縁膜３２および層間絶縁膜３３がこの順に形成されている。表面絶縁膜３２および層間絶縁膜３３は、Ｎ側電極３８および反射防止膜３６を取囲むように設けられている。反射防止膜３６は、本実施の形態では酸化シリコン膜３４とシリコンナイトライド膜（窒化シリコン膜）３５との二層で形成される。酸化シリコン膜３４およびシリコンナイトライド膜３５は、この順にＮ型不純物拡散層２７に積層されている。
【００４３】
Ｐ型エピタキシャル層２２の一方の表面部の端部には、Ｐ型エピタキシャル層２２にＰ型不純物が拡散されて形成されるＰ＋ストッパー部２４が形成されている。Ｐ＋ストッパー部２４はチャンネルストッパーとして機能する。Ｐ＋ストッパー部２４とＮ型不純物拡散層２７との間のフィールド部２９には、Ｐ型エピタキシャル層２２にＰ型不純物が拡散されて形成される反転防止部３１が、Ｐ＋ストッパー部２４から連続して形成されている。反転防止部３１は、Ｐ型エピタキシャル層２２の不純物濃度が不充分である場合に起こる表面反転を防止するために設けられる。
【００４４】
図２は、図１に示すフォトダイオード２０の受光部４０の深さ方向における不純物の濃度プロファイルを示す図である。図２において、横軸は受光用半導体層２６の一方の表面部からの深さ（μｍ）を示し、縦軸は不純物濃度（ｉｏｎｓ／ｃｍ２）を示す。図２では、後述する受光用半導体層形成工程において、Ｐ型エピタキシャル層２２（不純物濃度３×１０１２個／ｃｍ３）に対して、イオン注入エネルギを８０ｋｅＶ、ドーズ量を４×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２として、リンイオンを注入して受光用半導体層２６を形成した場合の不純物濃度プロファイルを示す。図２に示すように、本実施の形態では、受光部４０の受光用半導体層２６における不純物の濃度は、受光用半導体層２６の厚み方向一方側の表面部から厚み方向一方に向かって減少している。このような濃度分布にすることによって、受光用半導体層２６の一方の表面部近傍、具体的には受光用半導体層２６の一方の表面部からの深さが１μｍ以下の部分で生成されたキャリアが、受光用半導体層２６の一方の表面部に向かって移動することを防ぐことができる。したがって、表面再結合によって消滅するキャリアの割合を低減することができるので、光の吸収効率を向上させ、フォトダイオード２０の受光感度を向上させることができる。
【００４５】
図１に示すフォトダイオード２０は、本発明の実施の一態様である受光素子の製造方法によって製造することができる。図３は、本実施態様の受光素子の製造方法によってフォトダイオード２０を製造する手順を示すフローチャートである。本実施態様の受光素子の製造方法は、少なくとも、補償用半導体層である補償拡散層２５を形成する補償拡散層形成工程（ステップｓ２）と、反射防止膜３６を形成する反射防止膜形成工程（ステップｓ４）と、受光用半導体層２６を形成する受光用半導体層形成工程（ステップｓ５）と、Ｎ側電極３８を形成する電極形成工程（ステップｓ６）とを含む。本実施態様では、さらに、Ｐ＋ストッパー部２４を形成するストッパー部形成工程（ステップｓ１）と、反転防止部３１を形成するフィールドドープ工程（ステップｓ３）とが含まれる。ステップｓ２の補償拡散層形成工程、ステップｓ４の反射防止膜形成工程およびステップｓ５の受光用半導体層形成工程は、第２導電型半導体層であるＮ型不純物拡散層２７を形成する第２導電型半導体層形成工程である。本実施態様によるフォトダイオード２０の製造は、ステップｓ０で開始され、ステップｓ１に進む。
【００４６】
図４〜図１１は、本実施態様によるフォトダイオード２０の製造における各工程の状態を簡略化して示す切断端面図である。図４は、Ｐ＋ストッパー部２４を形成した状態を簡略化して示す断面図である。ステップｓ１のストッパー部形成工程では、まずＰ型シリコン基板２１の一方の表面部に、たとえばエピタキシャル成長法によってＰ型エピタキシャル層２２を形成する。Ｐ型シリコン基板２１としては、たとえばＰ型単結晶シリコン基板などが用いられる。Ｐ型シリコン基板２１の厚さは、たとえば２５０〜５００μｍである。Ｐ型エピタキシャル層２２としては、たとえばＰ型単結晶シリコン層などが形成される。Ｐ型エピタキシャル層２２の厚さは、たとえば１０〜３０μｍである。
【００４７】
形成されたＰ型エピタキシャル層２２の一方の表面部に、熱酸化法などによって酸化シリコン膜２３を形成する。酸化シリコン膜２３の厚さは、たとえば０．５〜１．０μｍである。形成された酸化シリコン膜２３のうち、Ｐ＋ストッパー部２４を形成するべく予め定められる部分すなわちＰ型エピタキシャル層２２の端部に形成された酸化シリコン膜２３を、図４に示すようにフォトリソグラフィ法などを用いて除去する。残存する酸化シリコン膜２３をマスクとして、イオン注入法などによってＰ型不純物をＰ型エピタキシャル層２２に導入して拡散させ、Ｐ＋ストッパー部２４を形成する。Ｐ型不純物としては、たとえばホウ素（元素記号：Ｂ）などの１３族元素が用いられる。なおイオン注入法では、不純物は、イオンの状態で用いられる。Ｐ＋ストッパー部２４の一方の表面部からの深さは、たとえば２〜４μｍである。また、Ｐ＋ストッパー部２４におけるＰ型不純物の濃度は、たとえば１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３である。このようにしてＰ＋ストッパー部２４を形成し、ステップｓ２に進む。
【００４８】
図５は、補償拡散層２５を形成した状態を簡略化して示す断面図である。ステップｓ２の補償拡散層形成工程では、まず、フォトリソグラフィ法などを用い、レジストなどをマスクとして、残存する酸化シリコン膜２３のうち、電極部４１となるべく予め定められる部分に形成された酸化シリコン膜２３、すなわちＰ型エピタキシャル層２２の補償拡散層２５を形成するべく予め定められる部分（以後、補償拡散層形成予定部と称する）に形成された酸化シリコン膜２３を除去し、Ｐ型エピタキシャル層２２を露出させる。残存する酸化シリコン膜２３をマスクとして、イオン注入法、熱拡散法などによってＮ型不純物をＰ型エピタキシャル層２２の補償拡散層形成予定部に導入して拡散させ、補償拡散層２５を形成する。Ｎ型不純物の導入方法としては、イオン注入法が好適に用いられる。イオン注入法では、不純物を注入した後、非酸化性雰囲気中で加熱して不純物を活性化させるとともに拡散させる。補償拡散層２５の形状は、後述する電極形成工程で形成されるＮ側電極３８の形状に応じて適宜選択される。本実施態様では、Ｎ側電極３８は矩形状かつ環状に形成されるので、補償拡散層２５も同様に矩形状かつ環状に形成される。Ｎ型不純物としては、たとえば、ヒ素（元素記号：Ａｓ）、リン（元素記号：Ｐ）などの１５族元素が用いられる。
【００４９】
補償拡散層２５の深さｄ１は、後述する受光用半導体層形成工程で形成される受光用半導体層２６の深さｄ２よりも大きく（ｄ１＞ｄ２）なるように選択される。ここで、補償拡散層２５の深さｄ１とは、前述の図１に示すフォトダイオード２０における値、すなわち受光用半導体層形成工程の後における値のことである。受光用半導体層形成工程では、後述するようにＮ型不純物を拡散させるための加熱を行なうので、この加熱によって補償拡散層２５中のＮ型不純物が再拡散され、補償拡散層２５の深さが補償拡散層形成工程で形成されたときの値よりも大きくなる。したがって、補償拡散層形成工程で形成される補償拡散層２５の深さは、受光用半導体層形成工程後における補償拡散層２５の深さｄ１が所望の値になるように、受光用半導体層形成工程における深さの増加分を考慮して選択される。ただし、本実施態様では、説明の便宜上、補償拡散層形成工程において、深さｄ１の補償拡散層２５が形成されるものとして説明する。
【００５０】
前述の図１に示すフォトダイオード２０として、波長がたとえば４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下と短い短波長の光を検出するためのフォトダイオード２０を作製する場合、光を効率良く吸収するためには、受光に使用される受光部４０のＮ型不純物拡散層２７の深さ、すなわち受光用半導体層２６の深さｄ２は浅い方が有利であり、具体的には１μｍ以下程度であることが好ましい。たとえば、波長が４１０ｎｍである光の場合、半導体内部に侵入した光の強度は、半導体表面からの深さが約１μｍの地点で半導体表面における強度の１０％に低下するので、受光用半導体層２６の深さｄ２は１μｍ以下であることが好ましい。その反面、Ｎ型不純物拡散層２７の深さが受光部４０から電極部４１まで全体にわたって１μｍ以下程度と小さいと、後述するステップｓ６の電極形成工程におけるＮ側電極３８の形成時に生じるスパイクによって、Ｎ側電極３８とＰ型エピタキシャル層２２との短絡（ショート）が生じやすくなる。この短絡を防止するために、本実施態様では電極部４１に補償拡散層２５を設け、補償用拡散層２５の深さｄ１を受光部４０に設けられる受光用半導体層２６の深さｄ２よりも大きくしている。したがって、本実施態様では、受光部４０の受光用半導体層２６の深さｄ２を１μｍ以下として、波長が４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下である短波長の光の吸収効率を向上させ、該光に対する感度を向上させるとともに、電極部４１の補償半導体層２５の深さｄ１を短絡が起こらない程度として短絡の発生を防止することができる。
【００５１】
電極部４１におけるＮ側電極３８とＰ型エピタキシャル層２２との短絡をより確実に防ぐためには、補償拡散層２５の深さｄ１は、受光用半導体層２６の深さｄ２よりも１μｍ以上大きいことが好ましい。たとえば、受光用半導体層２６として深さｄ２が１μｍのものを形成する場合、補償拡散層２５の深さｄ１は３μｍ程度に選択される。
【００５２】
また本実施態様では、電極部４１での短絡をさらに確実に防止するために、補償拡散層２５の深さｄ１は、電極形成工程において後述する図１２に示すようにスパイクが生じた際のＮ側電極３８の補償拡散層２５への侵入部分の長さＬを考慮して選択される。すなわち、補償拡散層２５の深さｄ１は、Ｎ側電極３８の侵入部分の長さＬよりも０．５μｍ以上大きいことが好ましい。補償拡散層２５の深さｄ１とＮ側電極３８の侵入部分の長さＬとの差が０．５μｍ未満であると、たとえば後述するようにして予め求めておいた侵入部分の長さＬを超えるようなスパイクが発生した場合に、Ｎ側電極３８とＰ型エピタキシャル層２２との短絡が生じる恐れがある。ここで、Ｎ側電極３８の侵入部分の長さＬとは、補償拡散層２５の一方の表面部から、補償拡散層２５に侵入した電極材料の最先端部までの距離のことである。Ｎ側電極３８の侵入部分の長さＬは、使用する電極材料の種類、シンタリング時の加熱温度などによって変化する。前記侵入部分の長さＬは、実際の製造時と同じ電極材料を用い、シンタリング時の加熱温度などを製造時と同一の条件とした試験によって予め求めることができる。
【００５３】
具体的には、補償拡散層２５の深さｄ１は、２μｍ以上であることが好ましい。補償拡散層２５の深さｄ１が２μｍ未満であると、Ｎ側電極３８とＰ型エピタキシャル層２２との短絡が生じる恐れがある。補償拡散層２５の深さｄ１の上限値は、特に制限されるものではないけれども、５μｍ以下であることが好ましい。補償拡散層２５を深さｄ１が５μｍを超えるように形成することは、補償拡散層２５を形成する際のＮ型不純物を拡散させるための加熱時間などの増加を招き、生産性を低下させるので好ましくない。
【００５４】
補償拡散層２５の深さｄ１は、注入させる不純物の種類、不純物を注入する際のイオン注入エネルギ、注入後の加熱温度および加熱時間などによって調整することができる。たとえば、リンイオン（Ｐ＋）を用いて補償拡散層２５を形成する場合、イオン注入エネルギを５０ｋｅＶ以上１００ｋｅＶ以下とし、温度８００℃以上１０００℃以下で５０〜９０分間加熱して酸化拡散させることによって、深さｄ１が前述の好適な範囲である２μｍ以上５μｍ以下の補償拡散層２５を形成することができる。イオン注入エネルギ、加熱温度および加熱時間は、本実施態様で示す量に限定されるものではなく、所望の深さｄ１を得るために適宜選択される。
【００５５】
また、Ｎ型不純物を注入する際のドーズ量は、たとえば８×１０１５〜５×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２である。ドーズ量は、本実施態様で示す量に限定されるものではなく、所望の不純物濃度および濃度プロファイルを得るために適宜選択される。補償拡散層２５におけるＮ型不純物の濃度は、たとえば１×１０１９〜５×１０１９ｃｍ−３である。このようにして補償拡散層２５を形成し、ステップｓ３のフィールドドープ工程に進む。
【００５６】
図６は、フィールド部２９にＰ型不純物を注入する様子を模式的に示す断面図である。図６では、Ｐ型不純物を「×」で表している。ステップｓ３のフィールドドープ工程では、まず補償拡散層２５の形成後に残存する酸化シリコン膜２３を除去した後、再度熱酸化法などによってＰ型エピタキシャル層２２の一方の表面部に酸化シリコン膜２８を形成する。次いで、フォトリソグラフィ法などを用いて、フィールド部２９のＰ型エピタキシャル層２２の表面に形成された酸化シリコン膜２８を除去し、フィールド部２９を露出させる。残存する酸化シリコン膜２８をマスクとして、反転防止部３１となるべく予め定められる部分のＰ型エピタキシャル層２２にイオン注入法などによってＰ型不純物を導入する。このとき、フィールド部２９のＰ型エピタキシャル層２２の一方の表面部には、酸化シリコン膜３０が形成される。次いで、加熱によってＰ型不純物を拡散させ、後述する図７に示すようにＰ＋ストッパー部２４に連なる反転防止部３１を形成する。Ｐ型不純物としては、たとえばホウ素（元素記号：Ｂ）などの１３族元素が用いられる。反転防止部３１の一方の表面部からの深さは、たとえば０．１５〜０．３μｍである。また、反転防止部３１におけるＰ型不純物の濃度は、たとえば９×１０１５〜３×１０１６ｃｍ−３である。このようにしてフィールドドープを行なって反転防止部３１を形成し、ステップｓ４の反射防止膜形成工程に進む。
【００５７】
図７は、表面絶縁膜３２および層間絶縁膜３３を形成した状態を簡略化して示す断面図である。図８は、反射防止膜３６を形成した状態を簡略化して示す断面図である。ステップｓ４の反射防止膜形成工程では、まず反転防止部３１の形成後に残存する酸化シリコン膜２８および３０を除去した後、Ｐ型エピタキシャル層２２の一方の表面部に表面絶縁膜３２を形成する。表面絶縁膜３２は、たとえば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜であり、熱酸化法などによって形成することができる。形成された表面絶縁膜３２に図示しないコンタクトホールおよび配線部を形成した後、表面絶縁膜３２の一方の表面部に層間絶縁膜３３を形成する。層間絶縁膜３３としては、たとえば、化学気相成長（Chemical Vapor
Deposition；略称ＣＶＤ）法によって形成されるサイロックス膜などが用いられる。サイロックス膜の材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、リンガラス（略称ＰＳＧ）などが挙げられる。
【００５８】
次いで、フォトリソグラフィ法などを用いて、Ｎ型不純物拡散層２７を形成するべく予め定められる部分、すなわち受光部４０および電極部４１となるべく予め定められる部分に形成された表面絶縁膜３２および層間絶縁膜３３を除去し、図７に示すように補償拡散層２５が形成された部分を含むＰ型エピタキシャル層２２の一方の表面部を露出させる。露出した補償拡散層２５およびＰ型エピタキシャル層２２の一方の表面部に、図８に示すように熱酸化法などによって酸化シリコン膜３４を形成する。酸化シリコン膜３４の膜厚は、たとえば１０〜３０ｎｍである。次いで、酸化シリコン膜３４の一方の表面部にＣＶＤ法などによってシリコンナイトライド膜３５を形成する。シリコンナイトライド膜３５の膜厚は、たとえば１５〜１００ｎｍである。本実施態様では、この酸化シリコン膜３４およびシリコンナイトライド膜３５が、反射防止膜３６を構成する。
【００５９】
反射防止膜３６は、受光部４０に入射する光の反射損失を低減し、光エネルギの電気エネルギへの変換効率を向上させる、すなわちフォトダイオード２０の受光感度を高めるために設けられる。反射防止膜３６は、積層される膜同士で形成される界面において反射波を干渉させることによって反射損失を低減している。反射防止膜３６の各層の膜厚は、検出するべき光の波長に対して適正な値になるように、検出するべき光の波長に応じて適宜選択される。たとえば、波長４０５ｎｍの青紫光を検出対象とする場合には、厚さ約２０ｎｍの酸化シリコン膜３４および厚さ約３５ｎｍの窒化シリコン膜３５からなる反射防止膜３６を用いることができる。なお、後述する受光用半導体層形成工程での不純物イオンの注入によって反射防止膜３６の屈折率が変化する可能性があるので、反射防止膜３６の各層の膜厚は、不純物イオンの注入による屈折率の変化を考慮して選択されることが好ましい。反射防止膜３６は、本実施態様では２つの層（膜）で形成されるけれども、これに限定されず、３つ以上の層（膜）で形成されてもよく、また１つの層（膜）で形成されてもよい。このようにして反射防止膜３６を形成し、ステップｓ５の受光用半導体層形成工程に進む。
【００６０】
図９は、受光部４０および電極部４１となる部分のＰ型エピタキシャル層２２にＮ型不純物を注入する様子を模式的に示す断面図である。図９では、Ｎ型不純物を「○」で表している。ステップｓ５の受光用半導体層形成工程では、前述のようにして形成された反射防止膜３６を通して、Ｐ型エピタキシャル層２２の受光用半導体層２６を形成するべく予め定められる部分（以後、受光用半導体層形成予定部と称する）２６ａにイオン注入法によってＮ型不純物を注入する。このとき、本実施態様では補償拡散層２５の表面部にも反射防止膜３６が形成され、反射防止膜３６の表面部にはイオンの注入を阻止するマスクなどが形成されていないので、補償拡散層２５にもＮ型不純物が注入される。すなわち、本実施態様では、受光部４０および電極部４１となるべく予め定められる部分のＰ型エピタキシャル層２２にＮ型不純物が注入される。次いで、非酸化性雰囲気中で加熱することによって、Ｎ型不純物を活性化させるとともに拡散させ、後述する図１０および図１１に示すように受光用半導体層２６を形成する。これによって、Ｎ型不純物拡散層２７が形成される。Ｎ型不純物としては、たとえば、ヒ素（元素記号：Ａｓ）、リン（元素記号：Ｐ）などの１５族元素が用いられる。
【００６１】
受光用半導体層２６の深さｄ２は、前述のように、検出するべき光の波長に応じて適宜選択される。本実施態様では、電極部４１には受光用半導体層２６の深さｄ２よりも大きい深さｄ１（ｄ１＞ｄ２）を有する補償拡散層２５が形成されているので、後述する電極形成工程における電極部４１での短絡などを考慮することなく、受光用半導体層２６の深さｄ２を選択することができる。よって、受光用半導体層２６の深さｄ２を１μｍ以下にすることも可能であり、波長が４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下という短波長の光に対しても高い感度で応答することのできるフォトダイオード２０を実現することができる。具体的には、波長が４００〜４５０ｎｍまたはそれ以下である光を検出するフォトダイオード２０の場合、受光用半導体層２６の深さｄ２は、１μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましい。
【００６２】
また、本実施形態では、図９に示すように反射防止膜３６を通して不純物の注入を行なうので、注入された不純物の厚み方向（以後、深さ方向とも称する）における濃度のピークを反射防止膜３６の内部に形成することができる。これによって、受光用半導体層２６における不純物の濃度分布を、前述の図２に示すように受光用半導体層２６の厚み方向一方側の表面部から厚み方向一方に向かって単調に減少するような分布にすることができる。
【００６３】
受光用半導体層形成予定部２６ａにＮ型不純物を注入する際のドーズ量は、１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下であることが好ましく、１．５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上８×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下であることがさらに好ましい。ドーズ量を前記範囲に選択することによって、受光用半導体層２６における不純物濃度を好適なものとすることができる。ドーズ量が１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２を超えると、受光用半導体層２６における不純物濃度が多くなりすぎ、キャリアのライフタイムが短くなり、フォトダイオード２０の感度が充分に得られない可能性がある。またドーズ量が１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２未満であると、受光用半導体層２６における不純物濃度が少なくなりすぎ、フォトダイオード２０の応答速度が充分に得られない可能性がある。
【００６４】
また、イオン注入エネルギは、５０ｋｅＶ以上１００ｋｅＶ以下であることが好ましい。イオン注入エネルギを前記範囲に選択することによって、不純物の濃度分布のピークをより確実に反射防止膜３６の内部に位置させることができる。これによって、受光用半導体層２６における不純物の濃度分布を、より確実に、受光用半導体層２６の厚み方向一方に向かって単調に減少するような分布にすることができる。イオン注入エネルギが１００ｋｅＶを超えると、注入された不純物の厚み方向における濃度のピークが受光用半導体層２６の内部に形成され、受光用半導体層２６の表面部近傍で不純物濃度の低下が生じる恐れがある。また、イオン注入エネルギが５０ｋｅＶ未満であると、受光用半導体層２６の深さｄ２を所望の値にすることが困難になる可能性がある。
【００６５】
また、不純物注入後の加熱処理時の加熱温度および加熱時間は、受光用半導体層２６の深さｄ２が所望の値になるように適宜選択され、たとえば、温度９００〜１０００℃において３０〜６０分間である。このようにして受光用半導体層２６を形成し、ステップｓ６の電極形成工程に進む。
【００６６】
図１０は、Ｎ側電極３８およびＰ側電極３９を形成した状態を簡略化して示す断面図である。図１１は、図１０に示すＮ側電極３８の部分を拡大して示す図である。ステップｓ６の電極形成工程では、図示しないけれども、まず反射防止膜３６の一方の表面部に、フォトリソグラフィ法によって、Ｎ側電極３８を形成するべく予め定められる部分（以後、Ｎ側電極形成予定部と称する）で開口されたレジストマスクを形成する。次いで、反射防止膜３６のうち、レジストマスクを通して露出する部分のシリコンナイトライド膜３５をドライエッチングなどによって除去し、酸化シリコン膜３４を露出させる。酸化シリコン膜３４の露出した部分をウェットエッチングなどによって除去し、図１０および図１１に示すように、反射防止膜３６を厚み方向に貫通する貫通孔であるコンタクトホール３７を形成する。
【００６７】
残存するレジストマスクを除去した後、コンタクトホール３７に充填されるように、反射防止膜３６の一方の表面部にスパッタ法などによって電極膜３８ａを形成する。電極膜３８ａを形成する電極材料としては、アルミニウム（Ａｌ）などの導電性材料が用いられる。形成された電極膜３８ａの表面にフォトリソグラフィ法によってＮ側電極形成予定部で開口された図示しないレジストマスクを形成した後、ドライエッチングなどによって電極膜３８ａをパターニングし、Ｎ側電極形成予定部以外の反射防止膜３６の表面部に形成された電極膜３８ａを除去する。次いで、電極膜３８ａと補償拡散層２５とのオーミック接触を形成するためのシンタリングを行ない、Ｎ側電極３８を形成する。シンタリングは、たとえば、不活性ガス雰囲気中で４００〜５００℃程度の温度に加熱することによって行なうことができる。次いで、Ｐ型シリコン基板２１の他方の表面部にアルミニウム（Ａｌ）などでＰ側電極３９を形成し、フォトダイオード２０を得る。なお、本実施形態とは異なるけれども、Ｎ側電極３８の形成後には、厚み方向一方側で露出する表面部のうち、反射防止膜３６以外の表面部に、カバー膜としてリンガラス（略称ＰＳＧ）などを堆積してもよい。このようにしてステップｓ６からステップｓ７に進み、フォトダイオード２０の製造が終了する。
【００６８】
Ｎ側電極３８を形成するためのシンタリングの際には、図１２に示すようにスパイクが生じ、Ｎ側電極３８を構成する電極材料が電極部４１のＮ型不純物拡散層２７に侵入する恐れがある。前述のように、波長が４００〜４５０ｎｍ程度およびそれ以下である短波長の光を効率良く吸収するために、Ｎ型不純物拡散層の深さを全体にわたって１μｍ以下にした場合にスパイクが生じると、前述の図２１に示すように電極材料がＮ型不純物拡散層６を突き抜け、Ｎ側電極１６とＰ型エピタキシャル層２との短絡が生じる。
【００６９】
これに対し、本実施態様では、電極部４１にＮ型不純物拡散層２７として補償拡散層２５を設け、補償拡散層２５の深さｄ１を受光部４０に設けられる受光用半導体層２６の深さｄ２よりも大きく（ｄ１＞ｄ２）するので、受光部４０の受光用半導体層２６の深さｄ２を１μｍ以下とする場合であっても、補償拡散層２５の深さｄ１を１μｍよりも大きくし、電極材料が突き抜けない程度の深さにすることができる。これによって、スパイクが生じた場合であっても、電極材料がＮ型不純物拡散層２７を突き抜けることを防ぐことができるので、Ｎ側電極３８とＰ型エピタキシャル層２２との短絡を防止することができる。特に、補償拡散層２５の深さｄ１を前述のように受光用半導体層２６の深さｄ２よりも１μｍ以上大きくすることによって、スパイクによるＮ側電極３８とＰ型エピタキシャル層２２との短絡をより確実に防ぐことができる。
【００７０】
したがって、本実施態様では、電極部４１での短絡を生じさせることなく、受光用半導体層２６の深さｄ２を１μｍ程度以下と小さくすることができるので、波長が４００〜４５０ｎｍ程度およびそれ以下である短波長の光に対して優れた感度を示すフォトダイオード２０を安定して製造することができる。すなわち、本発明の受光素子の製造方法は、光の吸収効率を向上させるために受光用半導体層２６の深さｄ２を１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下にすることが求められる、波長４００〜４５０ｎｍの青紫光および青紫光よりもさらに短い波長を有する光を検出するための受光素子を製造する場合に特に好適である。
【００７１】
また、本実施態様では、ステップｓ４の反射防止膜形成工程の前に補償拡散層形成工程（ステップｓ２）を設け、補償拡散層２５を形成した後に反射防止膜３６を形成して受光用半導体層２６の形成を行なっている。補償拡散層２５は、受光用半導体層２６の形成後に形成されてもよいけれども、本実施態様のように受光用半導体層２６の形成前に形成されることが好ましい。
【００７２】
補償拡散層２５を形成する際には、Ｎ型不純物を注入した後に、注入されたＮ型不純物の活性化および拡散のための加熱を行なう。このため、受光用半導体層２６を形成した後に補償拡散層２５の形成を行なうと、受光用半導体層２６中のＮ型不純物が再度拡散され、受光用半導体層２６における不純物の濃度分布および深さｄ２が変化する恐れがある。たとえば、受光用半導体層２６中のＮ型不純物が深さ方向に拡散されて深さｄ２が所望の値よりも大きくなると、特に波長が４００〜４５０ｎｍ程度またはそれ以下の光を受光する場合に、光の吸収効率が低下し、フォトダイオード２０の受光感度が低下する可能性がある。また、不純物の深さ方向への拡散によって受光用半導体層２６における不純物の濃度プロファイルがなだらかになり、不純物の濃度が受光用半導体層２６の厚み方向一方に向かって緩やかに減少するようになると、受光用半導体層２６の内蔵電界が弱まるので、受光用半導体層２６中のキャリアの移動時間が長くなり、発生したキャリアが再結合によって消滅しやすくなる。このため、受光感度の低下が生じる可能性がある。
【００７３】
これに対して、本実施態様では、補償拡散層２５の形成後に受光用半導体層２６を形成するので、受光用半導体層２６の形成後には、不純物の拡散を引起すような温度、たとえば９００〜１０００℃程度の高温での加熱は不要である。よって、受光用半導体層２６中の不純物の拡散を抑え、受光用半導体層２６における不純物の濃度分布および受光用半導体層２６の深さｄ２の変化を防ぐことができる。したがって、本実施態様では、受光用半導体層２６における不純物の濃度分布および深さｄ２を、受光用半導体層形成工程で受光用半導体層２６を形成した時の状態に維持することができるので、所望の不純物濃度分布および深さｄ２を有する受光用半導体層２６を容易に形成することができる。
【００７４】
なお、本実施態様とは異なるけれども、反射防止膜３６の形成後に、補償拡散層２５の形成および受光用半導体層２６の形成を順次行なうことも可能である。しかしながら、本実施態様のように反射防止膜３６を形成する前に補償拡散層２５を形成する方が、補償拡散層形成予定部に不純物を導入する際に必要となるマスクの形成などが容易であり、製造工程を簡略化できるので好ましい。
【００７５】
以上に述べた本実施態様の受光素子の製造方法では、受光用半導体層２６を形成する際には、前述の図９に示すようにＰ型エピタキシャル層２２の受光用半導体層形成予定部２６ａを覆うように反射防止膜３６を形成し、反射防止膜３６を通して不純物イオンの注入を行なうけれども、不純物イオンを注入する際にＰ型エピタキシャル層２２の受光用半導体層形成予定部２６ａを覆う膜は、反射防止膜３６以外の膜であってもよい。たとえば、反射防止膜３６を形成する前に、Ｐ型エピタキシャル層２２の受光用半導体層形成予定部２６ａを覆うように絶縁膜を形成し、絶縁膜を通して不純物イオンを注入して受光用半導体層２６を形成した後、絶縁膜を除去して反射防止膜３６を形成するようにしてもよい。絶縁膜を通して不純物イオンの注入を行なうことによって、反射防止膜３６を通して不純物イオンの注入を行なう場合と同様に、受光用半導体層２６における不純物の濃度分布を、前述の図２に示すように受光用半導体層２６の厚み方向一方側の表面部から厚み方向一方に向かって単調に減少するような分布にすることができる。ただし、本実施態様のように、反射防止膜３６を、不純物イオンの注入時にＰ型エピタキシャル層２２の受光用半導体層形成予定部２６ａを覆う膜として用いる方が、絶縁膜を除去する工程などを設ける必要がなく、製造工程を簡略化することができるので好ましい。
【００７６】
また、本実施態様では、補償拡散層２５と受光用半導体層２６とは、別々の工程で形成されるけれども、同一の工程で形成されてもよい。しかしながら、本実施態様のように別々の工程で形成する方が、補償拡散層２５の深さｄ１および受光用半導体層２６の深さｄ２を容易に調整することができるので好ましい。
【００７７】
また、本実施態様では、第２導電型半導体層である補償拡散層２５および受光用半導体層２６の導電型をＮ型とし、補償拡散層２５および受光用半導体層２６が形成される第１導電型半導体層であるＰ型エピタキシャル層２２の導電型をＰ型としているけれども、これらの導電型を反転させて、第１導電型をＮ型とし、第２導電型をＰ型とした構造としてもよい。また、本実施態様では、半導体基板および各層を構成する半導体材料としては、シリコンを用いているけれども、これに限定されず、他の半導体材料を用いてもよい。また、反射防止膜３６、Ｎ側電極３８などの材料としても、本実施態様で示すものに限定されるものではなく、製造しようとするフォトダイオード２０に求められる特性などに応じて適宜選択して用いることができる。
【００７８】
また、本実施態様では、受光素子としてフォトダイオード２０を製造するけれども、本発明の受光素子の製造方法によって製造される受光素子は、フォトダイオードに限定されるものではなく、ＰＮ接合部で光電変換を行なうフォトダイオード構造を含むものであれば、他の異なる構成であってもよい。たとえば、フォトダイオードとともに、信号処理に使用されるトランジスタ、抵抗素子、容量素子などを含む回路が形成された回路内蔵型の受光素子であってもよい。またフォトトランジスタであってもよい。これらの受光素子を製造する際にも、本発明の受光素子の製造方法を好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施の一形態であるフォトダイオード２０の構成を簡略化して示す切断端面図である。
【図２】図１に示すフォトダイオード２０の受光部４０の深さ方向における不純物の濃度プロファイルを示す図である。
【図３】本実施態様の受光素子の製造方法によってフォトダイオード２０を製造する手順を示すフローチャートである。
【図４】Ｐ＋ストッパー部２４を形成した状態を簡略化して示す断面図である。
【図５】補償拡散層２５を形成した状態を簡略化して示す断面図である。
【図６】フィールド部２９にＰ型不純物を注入する様子を模式的に示す断面図である。
【図７】表面絶縁膜３２および層間絶縁膜３３を形成した状態を簡略化して示す断面図である。
【図８】反射防止膜３６を形成した状態を簡略化して示す断面図である。
【図９】受光部４０および電極部４１となる部分のＰ型エピタキシャル層２２にＮ型不純物を注入する様子を模式的に示す断面図である。
【図１０】Ｎ側電極３８およびＰ側電極３９を形成した状態を簡略化して示す断面図である。
【図１１】図１０に示すＮ側電極３８の部分を拡大して示す図である。
【図１２】スパイクが生じた状態を簡略化して示す断面図である。
【図１３】従来技術による受光素子の製造における各工程の状態を簡略化して示す切断端面図である。
【図１４】従来技術による受光素子の製造における各工程の状態を簡略化して示す切断端面図である。
【図１５】従来技術による受光素子の製造における各工程の状態を簡略化して示す切断端面図である。
【図１６】従来技術による受光素子の製造における各工程の状態を簡略化して示す切断端面図である。
【図１７】従来技術による受光素子の製造における各工程の状態を簡略化して示す切断端面図である。
【図１８】従来技術による受光素子の製造における各工程の状態を簡略化して示す切断端面図である。
【図１９】図１８に示す受光素子１８の受光部１３の深さ方向における不純物の濃度プロファイルの一例を示す図である。
【図２０】スパイクが生じた状態を簡略化して示す断面図である。
【００８０】
【図２１】スパイクによる短絡が生じた状態を簡略化して示す断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
２０  フォトダイオード
２１  Ｐ型シリコン基板
２２  Ｐ型エピタキシャル層
２４  Ｐ＋ストッパー層
２５  補償拡散層
２６  受光用半導体層
２７  Ｎ型不純物拡散層
２９  フィールド部
３１  反転防止部
３２  表面絶縁膜
３３  層間絶縁膜
３４  酸化シリコン膜
３５  シリコンナイトライド膜
３６  反射防止膜
３７  コンタクトホール
３８  Ｎ側電極
３９  Ｐ側電極
４０  受光部
４１  電極部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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