(57)【要約】【課題】紫外線感光素子と可視光感光素子とを同じ半導体基板に形成して、１チップ化された小型の光センサを提供する。【解決手段】光センサが、シリコン基板と、シリコン基板上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成され、第１導電型を有する第１拡散層と、第１拡散層と離間して設けられ第１導電型とは逆型の第２導電型を有する第２拡散層と、第１拡散層と第２拡散層とにそれぞれ接し第１導電型を有する第３拡散層と、を有する紫外線感光素子と、絶縁層上に、紫外線感光素子と離間して形成され、第３導電型を有する第４拡散層と、第４拡散層と離間して設けられ第３導電型とは逆型の第４導電型を有する第５拡散層と、第４拡散層と第５拡散層とにそれぞれ接し第３導電型を有する第６拡散層と、を有する可視光感光素子と、を備え、紫外線感光素子の第３拡散層の膜厚は、可視光感光素子の第６拡散層の膜厚よりも小さくする。【選択図】        図２
2009170614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、第１導電型を有する第１拡散層と、前記第１拡散層と離間して設けられ前記第１導電型とは逆型の第２導電型を有する第２拡散層と、前記第１拡散層と前記第２拡散層とにそれぞれ接し前記第１導電型を有する第３拡散層と、を有する紫外線感光素子と、
前記絶縁層上に、前記紫外線感光素子と離間して形成され、第３導電型を有する第４拡散層と、前記第４拡散層と離間して設けられ前記第３導電型とは逆型の第４導電型を有する第５拡散層と、前記第４拡散層と前記第５拡散層とにそれぞれ接し前記第３導電型を有する第６拡散層と、を有する可視光感光素子と、を備え、
前記紫外線感光素子の前記第３拡散層の膜厚は、前記可視光感光素子の前記第６拡散層の膜厚よりも小さいことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
請求項１において、
前記紫外線感光素子の前記第３拡散層の膜厚は、前記紫外線感光素子の前記第１および第２拡散層の膜厚より小さいことを特徴とする光センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記可視光感光素子の前記第６拡散層の膜厚は、前記可視光感光素子の前記第４および第５拡散層の膜厚より大きいことを特徴とする光センサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記光センサは、前記絶縁層上に形成され、前記紫外線感光素子と前記可視光感光素子とを囲む素子分離層をさらに備えることを特徴とする光センサ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記紫外線感光素子の前記第３拡散層の不純物濃度と、前記可視光感光素子の前記第６拡散層の不純物濃度とが異なっていることを特徴とする光センサ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
前記第１導電型と、前記第３導電型とが異なる導電型であることを特徴とする光センサ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
前記第１導電型と、前記第３導電型とが同じ導電型であることを特徴とする光センサ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の光センサを備えたフォトＩＣであって、
前記絶縁層上に、前記紫外線感光素子と前記可視光感光素子とを制御する周辺回路が形成されていることを特徴とするフォトＩＣ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線領域の光と可視光領域の光をそれぞれ検出する光センサおよびそれを備えたフォトＩＣに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の紫外線センサは、シリコン基板上に埋込み酸化膜を挟んで１５０ｎｍ程度の厚さのシリコン半導体層を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造の半導体基板のシリコン半導体層に、Ｎ型不純物を高濃度に拡散させた「Ｅ」字状のＮ型高濃度拡散層と、Ｐ型不純物を高濃度に拡散させた「π」字状のＰ型高濃度拡散層とを、Ｎ型不純物を低濃度に拡散させたシリコン半導体層を挟んで噛合わせて対向配置し、空乏層を横方向に形成して紫外線領域の光のみに感光する横型の紫外線感光素子を形成し、紫外線領域の光の強度を検出している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、従来の可視光センサは、Ｐ型シリコン基板の表層にＮ型領域を形成すると共に、Ｎ型領域の表層にＰ型領域を形成し、Ｎ型領域とＰ型領域とで可視光領域にピーク感度を有する第１の可視光感光素子を形成し、Ｐ型シリコン基板とＮ型領域とで赤外線領域にピーク感度を有する第２の可視光感光素子を形成して縦型の可視光センサを形成し、第１および第２の可視光感光素子からのそれぞれの出力を増幅、演算処理して可視光領域の光の強度を検出している（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平７−１６２０２４号公報（第４頁段落００２５−第５頁段落００３５、第２図、第３図）
【特許文献２】特開２００４−６６９４号公報（第５頁段落００１４−段落００１５、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１および特許文献２の技術においては、紫外線感光素子を備えた紫外線センサと２つの可視光感光素子を備えた可視光センサをそれぞれ単独で形成しているため、紫外線領域の光の検出機能と可視光領域の光の検出機能とを備えた光センサを形成するためには、別に設けた紫外線センサと可視光センサとを、周辺回路を形成した配線基板等に実装して光センサを形成することが必要になり、製造コストが増大すると共に、これを装着した機器に、配線基板を設けるスペースを確保しなければならず、紫外線領域の光の検出機能と可視光領域の光の検出機能とを備えた光センサを装着した機器の小型化を図ることが困難になるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、紫外線感光素子と可視光感光素子とを同じ半導体基板に形成して、１チップ化された小型の光センサ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】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、光センサが、シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、第１導電型を有する第１拡散層と、前記第１拡散層と離間して設けられ前記第１導電型とは逆型の第２導電型を有する第２拡散層と、前記第１拡散層と前記第２拡散層とにそれぞれ接し前記第１導電型を有する第３拡散層と、を有する紫外線感光素子と、前記絶縁層上に、前記紫外線感光素子と離間して形成され、第３導電型を有する第４拡散層と、前記第４拡散層と離間して設けられ前記第３導電型とは逆型の第４導電型を有する第５拡散層と、前記第４拡散層と前記第５拡散層とにそれぞれ接し前記第３導電型を有する第６拡散層と、を有する可視光感光素子と、を備え、前記紫外線感光素子の前記第３拡散層の膜厚は、前記可視光感光素子の前記第６拡散層の膜厚よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、本発明は、同じ半導体基板のシリコン半導体層に紫外線感光素子と可視光感光素子とを形成して、紫外線の検出機能と可視光の検出機能とを備えた光センサを１チップ化して小型化することができ、光センサを装着した機器の小型化を容易に図ることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、図面を参照して本発明による光センサおよびそれを備えたフォトＩＣの実施例について説明する。
【実施例】
【０００９】
図１は実施例の光センサの上面を示す説明図、図２は実施例の光センサの断面を示す説明図、図３ないし図５は実施例の光センサを備えたフォトＩＣの製造方法を示す説明図である。
なお、図２は図１のＡ−Ａ断面線に沿った断面図である。
図１、図２において、１は光センサであり、シリコン（Ｓｉ）からなるシリコン基板２上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁層としての埋込み酸化膜３を挟んで薄い単結晶シリコンからなるシリコン半導体層４を形成したＳＯＩ構造の半導体基板のシリコン半導体層４に形成された紫外線感光素子１１および可視光感光素子２１を備えている。
【００１０】
本実施例のシリコン半導体層４には、図３ないし図５に示すように、光センサ１の紫外線感光素子１１を形成するための紫外線素子形成領域５、可視光感光素子２１を形成するための可視光素子形成領域６、および周辺回路を構成するＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてのｎＭＯＳ素子３１や図示しないｐＭＯＳ素子を形成するための複数のトランジスタ形成領域７が設定されている。
【００１１】
また、紫外線素子形成領域５には、トランジスタ形成領域７のシリコン半導体層４の厚さより薄いシリコン半導体層４を形成する領域として薄膜化領域５ａが設定され、可視光素子形成領域６には、トランジスタ形成領域７のシリコン半導体層４の厚さより厚いシリコン半導体層４を形成する領域として厚膜化領域６ａが設定されている。
更に、シリコン半導体層４には、紫外線素子形成領域５、可視光素子形成領域６および複数のトランジスタ形成領域７のそれぞれの周囲を囲う領域に、素子分離層８を形成するための素子分離領域９が設定されている。
【００１２】
素子分離層８は、素子分離領域９のシリコン半導体層４に、酸化シリコン等の絶縁材料で埋込み酸化膜３に達して形成されており、紫外線素子形成領域５、可視光素子形成領域６および複数のトランジスタ形成領域７の隣合うそれぞれの間を電気的に絶縁分離する機能を有している。
なお、本説明においては、図１、図２等に示すように、素子分離層８は区別のために網掛けを付して示す。
【００１３】
本実施例の紫外線感光素子１１は、シリコン半導体層４に設定された紫外線素子形成領域５に形成される。
１２はＰ型高濃度拡散層としての第１のＰ＋拡散層（第１拡散層）であり、紫外線素子形成領域５のシリコン半導体層４に、本実施例の第１導電型不純物であるボロン（Ｂ）等のＰ型不純物を比較的高濃度に拡散させて形成された拡散層であって、図１に示すように、素子分離層８の内側の一の辺に接する峰部と、峰部から一の辺に対向する他の辺に向けて延在する複数の櫛歯部とで形成されている。
【００１４】
本実施例の第１のＰ＋拡散層１２は、峰部から２本の櫛歯部を延在させて「π」字状の櫛型に形成されている。
１４はＮ型高濃度拡散層としての第１のＮ＋拡散層（第２拡散層）であり、紫外線素子形成領域５のシリコン半導体層４に、第１導電型不純物とは逆型の本実施例の第２導電型不純物であるリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）等のＮ型不純物を比較的高濃度に拡散させて形成された拡散層であって、図１に示すように、素子分離層８の内側の他の辺に接する峰部と、峰部から対向する一の辺に向けて延在する複数の櫛歯部とで形成されている。
【００１５】
本実施例の第１のＮ＋拡散層１４は、峰部の両端部と中央部から３本の櫛歯部を延在させて「Ｅ」字状の櫛型に形成されている。
１５は低濃度拡散層としての第１のＰ−拡散層（第３拡散層）であり、互いに離間して櫛歯部を噛合わせて対向配置された第１のＰ＋拡散層１２と第１のＮ＋拡散層１４とにそれぞれ接する、膜厚を薄くしたシリコン半導体層４に、Ｐ型不純物（第１導電型不純物）を比較的低濃度に拡散させて形成された拡散層であって、ここに形成されるシリコン半導体層４の上面に沿った面方向の空乏層に光が照射されたときに、主に紫外線を吸収して電子−正孔対を発生させる。
【００１６】
また、この厚さを薄くしたシリコン半導体層４を形成するために、図１に示す紫外線素子形成領域５の「π」字状の第１のＰ＋拡散層１２と、「Ｅ」字状の第１のＮ＋拡散層１４とに挟まれた第１のＰ−拡散層１５を形成する領域が、薄膜化領域５ａとして設定されている。
本実施例の可視光感光素子２１は、シリコン半導体層４に設定された可視光素子形成領域６に形成される。
【００１７】
２２はＰ型高濃度拡散層としての第２のＰ＋拡散層（第４拡散層）であり、可視光素子形成領域６のシリコン半導体層４に、本実施例の第３導電型不純物であるＰ型不純物を比較的高濃度に拡散させて形成された拡散層であって、図１に示すように、素子分離層８の内側の一の辺に接して短冊状に形成されている。
２４はＮ型高濃度拡散層としての第２のＮ＋拡散層（第５拡散層）であり、可視光素子形成領域６のシリコン半導体層４に、第３導電型不純物とは逆型の本実施例の第４導電型不純物であるＮ型不純物を比較的高濃度に拡散させて形成された拡散層であって、図１に示すように、素子分離層８の内側の一の辺に対向する他の辺に接して短冊状に形成されている。
【００１８】
２５は低濃度拡散層としての第２のＰ−拡散層（第６拡散層）であり、互いに離間して対向配置された第２のＰ＋拡散層２２と第２のＮ＋拡散層２４とにそれぞれ接する、膜厚を厚くしたシリコン半導体層４に、Ｐ型不純物（第３導電型不純物）を比較的低濃度に拡散させて形成された拡散層であって、ここに形成されるシリコン半導体層４の上面に沿った面方向の空乏層に光が照射されたときに、主に紫外線および可視光を吸収して電子−正孔対を発生させる。
【００１９】
また、この厚さを厚くしたシリコン半導体層４を形成するために、図１に示す第２のＰ＋拡散層２２と、第２のＮ＋拡散層２４とに挟まれた矩形の第２のＰ−拡散層２５を形成する領域が、厚膜化領域６ａとして設定されている。
なお、本実施例の第１のＰ−拡散層１５および第２のＰ−拡散層２５の不純物濃度は、それぞれ第１のＰ＋拡散層１２および第２のＰ＋拡散層２２の不純物濃度よりは低濃度であるが、異なる濃度で形成されている。
【００２０】
本実施例の紫外線感光素子１１および可視光感光素子２１は、図５（Ｐ９）等に示すように、紫外線感光素子１１や可視光感光素子２１を制御する周辺回路を構成するｎＭＯＳ素子３１および図示しないｐＭＯＳ素子等とともに形成され、光センサ１を備えたフォトＩＣが形成される。
本実施例のｎＭＯＳ素子３１は、シリコン半導体層４に設定されたトランジスタ形成領域７に形成される。
【００２１】
図５（Ｐ９）において、３２はゲート酸化膜であり、酸化シリコン等の絶縁材料からなる比較的膜厚の薄い絶縁膜である。
３３はゲート電極であり、ソース層３５（後述）と同じ型の不純物（本実施例では、第２導電型不純物であるＮ型）を比較的高濃度に拡散させたポリシリコン等からなる電極であって、トランジスタ形成領域７のゲート長方向の中央部にゲート酸化膜３２を挟んでトランジスタ形成領域７のシリコン半導体層４に対向して形成され、その側面には窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）等の絶縁材料からなるサイドウォール３４が形成されている。
【００２２】
トランジスタ形成領域７のゲート電極３３の両側のシリコン半導体層４には、Ｎ型不純物を比較的高濃度に拡散させたソース層３５およびドレイン層３６が形成されている。
上記のゲート酸化膜３２下のＰ型不純物を比較的低濃度に拡散させたシリコン半導体層４の間のＰ型のシリコン半導体層４が、本実施例のｎＭＯＳ素子３１のチャネルが形成されるチャネル領域３８として機能する。
【００２３】
なお、ｐＭＯＳ素子は、シリコン半導体層４に設定された他のトランジスタ形成領域７にｎＭＯＳ素子３１の不純物の導電型を逆にして同様に形成される。
また、上記のゲート長方向は、シリコン半導体層４の上面と平行に、ソース層３５からドレイン層３６へ向かう方向、またはその逆の方向をいう。
図５（Ｐ１０）において、４１は層間絶縁膜であり、シリコン半導体層４上に形成された紫外線感光素子１１や可視光感光素子２１、ｎＭＯＳ素子３１等を覆うＮＳＧ（Ｎｏｎｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ  Ｇｌａｓｓ）や酸化シリコン等の透光性を有する絶縁材料からなる比較的の膜厚の厚い絶縁膜である。
【００２４】
４３はコンタクトプラグであり、層間絶縁膜４１を貫通してｎＭＯＳ素子３１のソース層３５およびドレイン層３６、紫外線感光素子１１の第１のＰ＋拡散層１２および第１のＮ＋拡散層１４、可視光感光素子２１の第２のＰ＋拡散層２２、第２のＮ＋拡散層２４に達する貫通穴として開口されたコンタクトホールにそれぞれタングステン（Ｗ）やアルミニウム（Ａｌ）等の導電材料を埋め込んで形成された導電プラグであって、層間絶縁膜４１上に、コンタクトプラグ４３と同様の導電材料で形成された図示しない配線に電気的に接続している。
【００２５】
図３、図４において、４５はマスク部材としてのレジストマスクであり、フォトリソグラフィによりシリコン半導体層４上に塗布されたポジ型またはネガ型のレジストを露光および現像処理して形成されたマスクパターンであって、本実施例のエッチングやイオン注入におけるマスクとして機能する。
本実施例の薄膜化領域５ａの厚さの薄いシリコン半導体層４の厚さは、出願人が特願２００７−３１１０８０等において提案した、３ｎｍ以上、３６ｎｍ以下の範囲の厚さに形成される（本実施例では、３０ｎｍ）。
【００２６】
このような厚さに設定すれば、紫外線領域の波長にピーク感度を有する紫外線感光素子１１を形成することができるからである。
本実施例の厚膜化領域６ａの厚さの厚いシリコン半導体層４の厚さは、１５０ｎｍ以上の厚さに形成される（本実施例では、１０００ｎｍ）。
このような厚さに設定すれば、波長４５０ｎｍ以上にピーク感度を有する可視光感光素子２１を形成することができるからである。
【００２７】
更に、シリコン半導体層４の厚さは、ｎＭＯＳ素子３１等のＭＯＳＦＥＴの動作を確保するために、４０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下の範囲の厚さ（本実施例では、５０ｎｍ）に形成される。
以下に、図３ないし図５に、Ｐで示す工程に従って、本実施例の光センサを備えたフォトＩＣの製造方法について説明する。
【００２８】
本実施例で用いる半導体基板は、ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  Ｏｘｙｇｅｎ）法により埋込み酸化膜３上にシリコン層を残して形成されたＳＯＩ構造の半導体基板、または埋込み酸化膜３上にシリコン層を貼合せて形成されたＳＯＩ構造の半導体基板のシリコン層に熱酸化法により犠牲酸化膜を形成し、これをウェットエッチングにより除去してシリコン半導体層４の厚さを１０００ｎｍに形成した基板である。
【００２９】
Ｐ１（図３）、シリコン半導体層４上に形成された埋込み酸化膜３上に、厚さを１０００ｎｍとしたのシリコン半導体層４を形成した半導体基板を準備し、シリコン半導体層４上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により窒化シリコンからなるシリコン窒化膜５１を形成し、フォトリソグラフィによりシリコン窒化膜５１上に、上記した可視光素子形成領域６の厚膜化領域６ａを覆うレジストマスク４５（不図示）を形成し、これをマスクとして、異方性エッチングによりシリコン窒化膜５１をエッチングして、厚膜化領域６ａを除くシリコン半導体層４を露出させる。
【００３０】
前記のレジストマスク４５を除去し、露出したシリコン窒化膜５１を耐酸化性マスクとして、熱酸化法により厚膜化領域６ａを除くシリコン半導体層４に犠牲酸化膜を形成し、ウェットエッチングにより犠牲酸化膜を除去し、厚膜化領域６ａの厚さを１０００ｎｍとし、他の領域の厚さを５０ｎｍとしたシリコン半導体層４を形成する。
これにより、所定の厚さ（本実施例では、１０００ｎｍ）に厚膜化された第２のＰ−拡散層２５を形成することが可能になる。
【００３１】
Ｐ２（図３）、熱燐酸によるウェットエッチングによりシリコン窒化膜５１を除去し、シリコン半導体層４の全面に、熱酸化法により薄い膜厚のパッド酸化膜を形成し、そのパッド酸化膜上にＣＶＤ法により窒化シリコンからなるシリコン窒化膜を形成し、そのシリコン窒化膜上にフォトリソグラフィにより素子分離領域９を露出させたレジストマスク４５（不図示）を形成し、これをマスクとして、異方性エッチングによりシリコン窒化膜を除去してパッド酸化膜を露出させる。
【００３２】
前記のレジストマスク４５を除去し、露出したシリコン窒化膜を耐酸化性マスクとしてＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）法により、素子分離領域９のシリコン半導体層４を酸化して埋込み酸化膜３に達する素子分離層８を形成し、ウェットエッチングによりシリコン窒化膜およびパッド酸化膜を除去し、シリコン半導体層４の素子分離領域９に素子分離層８を形成する。
【００３３】
そして、フォトリソグラフィにより、シリコン半導体層４上に、シリコン半導体層４の紫外線素子形成領域５およびトランジスタ形成領域７を露出させた、つまり可視光素子形成領域６および図示しないｐＭＯＳ素子を形成するトランジスタ形成領域７を覆うレジストマスク４５を形成し、これをマスクとして、露出している紫外線素子形成領域５およびトランジスタ形成領域７のシリコン半導体層４にＰ型不純物イオンを注入し、それぞれのシリコン半導体層４にＰ型不純物を比較的低濃度に注入したＰ型低濃度注入層１５ａ、３８ａを形成する。
【００３４】
Ｐ３（図３）、前記のレジストマスク４５を除去し、フォトリソグラフィにより、シリコン半導体層４上に、可視光素子形成領域６を露出させたレジストマスク４５を形成し、これをマスクとして、露出している可視光素子形成領域６のシリコン半導体層４にＰ型不純物イオンを注入し、可視光素子形成領域６のシリコン半導体層４にＰ型不純物を、Ｐ型低濃度注入層１５ａ、３８ａと異なる濃度で、低濃度に注入したＰ型低濃度注入層２５ａを形成する。
【００３５】
Ｐ４（図３）、工程Ｐ３で形成したレジストマスク４５を除去し、熱酸化法により、シリコン半導体層４の上面を酸化して酸化シリコンからなるシリコン酸化膜を形成し、そのシリコン酸化膜上にＣＶＤ法によりポリシリコンを堆積して比較的厚膜のポリシリコン層を形成し、フォトリソグラフィによりポリシリコン層上に、トランジスタ形成領域７のゲート長方向の中央部のゲート電極３３の形成領域を覆うレジストマスク４５（不図示）を形成し、これをマスクとして異方性エッチングによりポリシリコン層およびシリコン酸化膜をエッチングしてシリコン半導体層４を露出させ、ゲート酸化膜３２を介してシリコン半導体層４に対向するゲート電極３３を形成し、前記のレジストマスク４５を除去する。
【００３６】
Ｐ５（図４）、次いで、ゲート電極３３等のシリコン半導体層４上の全面に、ＣＶＤ法により窒化シリコンを堆積してシリコン窒化膜を形成し、異方性エッチングによりシリコン窒化膜をエッチングして、ゲート電極３３の上面およびシリコン半導体層４の上面を露出させ、ゲート電極３３の側面にサイドウォール３４を形成する。
Ｐ６（図４）、フォトリソグラフィにより、上記した紫外線素子形成領域５の薄膜化領域５ａのシリコン半導体層４を露出させた開口部５３を有するレジストマスク４５を形成し、これをマスクとして、異方性エッチングにより、露出しているシリコン半導体層４をエッチングして、シリコン半導体層４の厚さを薄膜化領域５ａに設定された所定の厚さ（本実施例では、３０ｎｍ）に薄膜化するための凹部５４を形成し、第１のＰ−拡散層１５の厚さを所定の厚さに薄膜化する。
【００３７】
Ｐ７（図４）、工程Ｐ６で形成したレジストマスク４５を除去し、フォトリソグラフィにより、紫外線素子形成領域５の第１のＮ＋拡散層１４の形成領域（図１に示す「Ｅ」字状の部位）、可視光素子形成領域６の第２のＮ＋拡散層２４の形成領域およびトランジスタ形成領域７のシリコン半導体層４を露出させたレジストマスク４５を形成し、これをマスクとしてシリコン半導体層４、およびゲート電極３３のポリシリコンにＮ型不純物イオンを注入し、ゲート電極３３にＮ型不純物を高濃度に注入すると共に、サイドウォール３４の両側のソース層３５およびドレイン層３６の形成領域のシリコン半導体層４、並びに第１および第２のＮ＋拡散層１４、２４の形成領域のシリコン半導体層４に、Ｎ型不純物を高濃度に注入したＮ型高濃度注入層１４ａ、２４ａ、３５ａ、３６ａを形成する。
【００３８】
Ｐ８（図４）、工程Ｐ７で形成したレジストマスク４５を除去し、フォトリソグラフィにより、紫外線素子形成領域５の第１のＰ＋拡散層１２の形成領域（図１に示す「π」字状の部位）および可視光素子形成領域６の第２のＰ＋拡散層２２の形成領域のシリコン半導体層４を露出させたレジストマスク４５を形成し、これをマスクとしてシリコン半導体層４にＰ型不純物イオンを注入し、第１および第２のＰ＋拡散層１２、２２の形成領域のシリコン半導体層４に、Ｐ型不純物を高濃度に注入したＰ型高濃度注入層１２ａ、２２ａを形成する。
【００３９】
Ｐ９（図５）、工程Ｐ８で形成したレジストマスク４５を除去し、高温（本実施例では、７００℃以上）の熱処理により、各注入層に注入された不純物を活性化して、各拡散層に所定の型の不純物を所定の濃度で拡散させ、紫外線素子形成領域５に、紫外線感光素子１１の第１のＰ＋拡散層１２、第１のＮ＋拡散層１４および第１のＰ−拡散層１５を形成し、可視光素子形成領域６に、可視光感光素子２１の第２のＰ＋拡散層２２、第２のＮ＋拡散層２４および第２のＰ−拡散層２５を形成すると共に、トランジスタ形成領域７に、ｎＭＯＳ素子３１のソース層３５、ドレイン層３６およびチャネル領域３８を形成する。
【００４０】
Ｐ１０（図６）、熱処理後に、シリコン半導体層４上の全面に、ＣＶＤ法によりＮＳＧを比較的厚く堆積し、その上面を平坦化処理して層間絶縁膜４１を形成し、フォトリソグラフィにより層間絶縁膜４１上に、紫外線感光素子１１の第１のＰ＋拡散層１２および第１のＮ＋拡散層１４上、可視光感光素子２１の第２のＰ＋拡散層２２および第２のＮ＋拡散層２４上、並びにｎＭＯＳ素子３１のソース層３５およびドレイン層３６上のそれぞれのコンタクトプラグ４３の形成領域の層間絶縁膜４１を露出させた開口部を有するレジストマスク４５（不図示）を形成し、これをマスクとしてＮＳＧを選択的にエッチングする異方性エッチングにより層間絶縁膜４１を貫通して前記の各拡散層上に達するコンタクトホールを形成し、前記のレジストマスクの除去後に、ＣＶＤ法またはスパッタ法によりコンタクトホール内に導電材料を埋め込んでコンタクトプラグ４３を形成し、その上面を平坦化処理して層間絶縁膜４１の上面を露出させる。
【００４１】
その後に、ＣＶＤ法またはスパッタ法により、層間絶縁膜４１上に導電材料からなる配線層を形成し、フォトリソグラフィにより配線層上に配線の形成領域を覆うレジストマスク４５（不図示）を形成し、これをマスクとして配線層をエッチングして層間絶縁膜４１を露出させ、前記のレジストマスク４５を除去して各コンタクトプラグ４３に電気的に接続する図示しない配線を形成する。
【００４２】
このようにして、本実施例の紫外線感光素子１１および可視光感光素子２１を備えた、１チップ化された光センサ１が形成され、それらを制御する周辺回路を構成するｎＭＯＳ素子３１等を備えたフォトＩＣが形成される。
この光センサ１を用いて、紫外線領域の光の強度、および可視光領域の光の強度を検出する場合は、図６に示すように、紫外線感光素子１１の第１のＰ＋拡散層１２と第１のＮ＋拡散層１４との間に電圧を印加すると、薄い第１のＰ−拡散層１５に空乏層が形成され、この空乏層に、透光性を有するＮＳＧ等の絶縁材料で形成された層間絶縁膜４１を透過した光が照射されると、第１のＰ−拡散層１５の厚さにより可視光領域がカットされ、紫外線領域の光が吸収されて電子−正孔対が発生し、これが第１のＰ＋拡散層１２から電流Ａ１として引出され、波長３００〜７００ｎｍの領域の光を照射した場合のシミュレーションによれば、図７に示すように、波長３５０ｎｍをピークとした分光感度特性が得られ、紫外線領域の光の強度が検出される。
【００４３】
また、可視光感光素子２１の、第２のＰ＋拡散層２２と第２のＮ＋拡散層２４との間に電圧を印加すると、厚い第２のＰ−拡散層２５に空乏層が形成され、この空乏層に、層間絶縁膜４１を透過した光が照射されると、紫外線および可視光領域の光が吸収されて電子−正孔対が発生し、これが第２のＰ＋拡散層２２から電流Ａ２として引出され、波長３００〜７００ｎｍの領域の光を照射した場合のシミュレーションによれば、図７に示すように、波長３５０ｎｍおよび波長５５０ｎｍをピークとした分光感度特性が得られる。
【００４４】
そして、紫外線感光素子１１の電流Ａ１に所定の係数を乗じて、可視光感光素子２１の電流Ａ２から減じると、波長４００〜７００ｎｍに感度を有する分光感度特性が得られ、可視光領域の光の強度が検出される。
前記の所定の係数は、電流Ａ２における４００ｎｍ以下の紫外線領域の分光感度を、電流Ａ１によって減算により相殺するように設定される。
【００４５】
また、前記の演算や電圧の印加等は、シリコン半導体層４に形成したｎＭＯＳ素子３１等からなる周辺回路により行われる。
このように、本実施例の光センサ１は、ＳＯＩ構造の半導体基板のシリコン半導体層４に、シリコン半導体層４の膜厚より薄い膜厚の第１のＰ−拡散層１５を有する紫外線感光素子１１と、シリコン半導体層４の膜厚より厚い膜厚の第２のＰ−拡散層２５を有する可視光感光素子２１とを形成して、紫外線の検出機能と可視光の検出機能とを備えた状態で１チップ化されているので、光センサ１を装着した機器の小型化を容易に図ることができる。
【００４６】
また、シリコン半導体層４に形成したｎＭＯＳ素子３１等からなる周辺回路を含めて１チップ化することが可能であるので、光センサ１を備えたフォト１Ｃを容易に形成することができ、光センサ１を装着した機器の小型化を更に促進することが可能になる。
更に、本実施例では、高温の熱処理を要する厚膜化の工程Ｐ１や素子分離層８やゲート絶縁膜４２等の形成後に、紫外線素子形成領域５、可視光素子形成領域６のシリコン半導体層４に所定の不純物を注入し、その後に各注入層の不純物を１度の熱処理で活性化させて拡散層を形成するので、各注入層は工程の途中で熱処理の影響を受けることはなく、各注入層の不純物プロファイルを容易に制御することができる。
【００４７】
更に、本実施例の紫外線感光素子１１の第１のＰ＋拡散層１２および第１のＮ＋拡散層１４、並びに可視光感光素子２１の第２のＰ＋拡散層２２および第２のＮ＋拡散層２４は、ｎＭＯＳ素子３１のソース層３５およびドレイン層３６を形成するシリコン半導体層４と同じ厚さのシリコン半導体層４に形成されているので、第１および第２のＰ＋拡散層１２、２２、第１および第２のＮ＋拡散層１４、２４に達するコンタクトホールの深さを、ｎＭＯＳ素子３１のソース層３５等の拡散層に達するコンタクトホールの深さと同じにすることができ、ｎＭＯＳ素子３１等を形成するシリコン半導体層４の厚さを他の厚さにした場合に較べてコンタクトプラグを形成するときの工程を簡素化して、光センサ１の製造工程の簡略化を図ることができる。
【００４８】
更に、本実施例の光センサ１は、紫外線領域の光の強度を、紫外線感光素子１１で検出し、紫外線領域および可視光領域にピーク感度を有する可視光感光素子２１からの出力と紫外線感光素子１１からの出力とを用いて、演算により可視光領域の光の強度を検出するので、光センサ１に２つの感光素子を形成すれば、紫外線の検出機能と可視光の検出機能とを備えた光センサ１を形成することができ、光センサを装着した機器の小型化に貢献することができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施例では、シリコン基板上に形成された埋込み酸化膜上のシリコン半導体層に、シリコン半導体層より薄膜化された第１のＰ−拡散層を有する紫外線感光素子と、シリコン半導体層より厚膜化された第２のＰ−拡散層を有する可視光感光素子とを形成するようにしたことによって、同じ半導体基板のシリコン半導体層に紫外線感光素子と可視光感光素子とを形成して、紫外線の検出機能と可視光の検出機能とを備えた光センサを１チップ化して小型化することができ、光センサを装着した機器の小型化を容易に図ることができる。
【００５０】
なお、上記実施例においては、第１のＰ−拡散層と第２のＰ−拡散層との不純物濃度を異なる濃度に形成するとして説明したが、第１のＰ−拡散層と第２のＰ−拡散層とを同じ不純物濃度に形成するようにしてもよい。このようにすれば、Ｐ型低濃度注入層を形成するときの工程を簡素化して、光センサの製造工程の簡略化を図ることができる。
また、上記実施例においては、工程Ｐ１において、犠牲酸化膜をウェットエッチングで除去して第２のＰ−拡散層を形成するための厚膜化されたシリコン半導体層を形成するとして説明したが、異方性エッチングにより、厚膜化領域を除く領域のシリコン半導体層をエッチングして、紫外線素子形成領域やトランジスタ形成領域のシリコン半導体層を所定の膜厚に形成するようにしてもよい。
【００５１】
更に、上記実施例においては、膜厚の厚い第２のＰ−拡散層の厚さは１０００ｎｍであるとして説明したが、１０００ｎｍより薄くても厚くてもよい。要は紫外線および可視光領域のそれぞれにピーク感度を有する厚さであれば、吸収する波長領域に応じて適宜に設定すればよい。
この場合に、第２のＰ−拡散層の厚さを赤外線領域の波長を通過させてカットできる厚さ、例えば１５０〜２００ｎｍ程度の厚さとすれば、赤外線の影響を受けないで、可視光領域の光の強度を更に正確に検出することができる。
【００５２】
更に、上記実施例においては、可視光感光素子の第２のＰ＋拡散層および第２のＮ＋拡散層の厚さは、ｎＭＯＳ素子等を形成するトランジスタ形成領域のシリコン半導体層の厚さと同じ厚さに形成するとして説明したが、厚膜化された第２のＰ−拡散層の厚さと同じ厚さに形成するようにしてもよい。
更に、上記実施例においては、可視光感光素子の第２のＰ＋拡散層および第２のＮ＋拡散層は短冊状に形成するとして説明したが、紫外線感光素子と同様に「π」字状および「Ｅ」字状としてもよい。
【００５３】
更に、上記実施例においては、紫外線感光素子の第１のＰ＋拡散層は「π」字状、第１のＮ＋拡散層は「Ｅ」字状であるとして説明したが、それぞれの形状を逆にしてもよく、櫛歯部の数を更に多くしてもよい。
更に、上記実施例においては、紫外線感光素子および可視光感光素子のＰ−拡散層は、Ｐ型不純物を拡散させて形成するとして説明したが、Ｎ型の不純物を比較的低濃度に拡散させて形成しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
更に、上記実施例においては、各拡散層に拡散させる第１導電型不純物および第３導電型不純物はＰ型不純物、第２導電型不純物および第４導電型不純物はＮ型不純物として説明したが、これらを逆にして、第１導電型不純物および第３導電型不純物としてＮ型不純物を、第２導電型不純物および第４導電型不純物としてＰ型不純物を用いるようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
更に、上記実施例においては、第１導電型不純物と第３導電型不純物とは、同じ導電型であるとして説明したが、異なる導電型であってもよい。
更に、上記実施例においては、シリコン半導体層はＳＯＩ構造の半導体基板の絶縁層としての埋込み酸化膜上に形成されたシリコン半導体層であるとして説明したが、絶縁層としてのサファイア基板上に形成されたＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ）構造の半導体基板のシリコン半導体層であっても、絶縁層としてのクオーツ基板上に形成されたＳＯＱ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｑｕａｒｔｚ）構造の半導体基板のシリコン半導体層等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例の光センサの上面を示す説明図
【図２】実施例の光センサの断面を示す説明図
【図３】実施例の光センサを備えたフォトＩＣの製造方法を示す説明図
【図４】実施例の光センサを備えたフォトＩＣの製造方法を示す説明図
【図５】実施例の光センサを備えたフォトＩＣの製造方法を示す説明図
【図６】実施例の光センサの作動を示す説明図
【図７】実施例の紫外線感光素子および可視光感光素子の分光感度特性を示すグラフ
【符号の説明】
【００５７】
１    光センサ
２    シリコン基板
３    埋込み酸化膜
４    シリコン半導体層
５    紫外線素子形成領域
５ａ  薄膜化領域
６    可視光素子形成領域
６ａ  厚膜化領域
７    トランジスタ形成領域
８    素子分離層
９    素子分離領域
１１  紫外線感光素子
１２  第１のＰ＋拡散層
１２ａ、２２ａ  Ｐ型高濃度注入層
１４  第１のＮ＋拡散層
１４ａ、２４ａ、３５ａ、３６ａ  Ｎ型高濃度注入層
１５  第１のＰ−拡散層
１５ａ、２５ａ、３８ａ  Ｐ型低濃度注入層
２１  可視光感光素子
２２  第２のＰ＋拡散層
２４  第２のＮ＋拡散層
２５  第２のＰ−拡散層
３１  ｎＭＯＳ素子
３２  ゲート酸化膜
３３  ゲート電極
３４  サイドウォール
３５  ソース層
３６  ドレイン層
３８  チャネル領域
４１  層間絶縁膜
４３  コンタクトプラグ
４５  レジストマスク
５１  シリコン窒化膜
５３  開口部
５４  凹部
【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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