(57)【要約】【課題】半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜からなる高性能な光検出器、および、それに用いる安定性かつ信頼性のある半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法を提供する。【解決手段】半導体ナノ粒子埋め込み絶縁膜を用いる光検出器１００であって、底部電極１０２と、底部電極１０２の上に重なり、ＮおよびＣからなる群から選択された元素を含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜１０４と、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜１０４の上に重なる上部電極１０６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ナノ粒子埋め込み絶縁膜を用いる光検出器であって、
底部電極と、
上記底部電極の上に重なり、ＮおよびＣからなる群から選択された元素を含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜と、
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の上に重なる透明電極とを備えていることを特徴とする光検出器。
【請求項２】
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、上記底部電極の上に重なる非化学量論のＳｉＯＸ１ＮＹ１薄膜である（Ｘ１＋Ｙ１＜２、かつ、Ｙ１＞０）ことを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、ＳｉＣＸ薄膜である（Ｘ＜１）ことを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項４】
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜に埋め込まれた半導体ナノ粒子は、１〜１０ｎｍの直径を有していることを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項５】
上記半導体ナノ粒子の材料は、ＳｉおよびＧｅからなる群から選択されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項６】
上記底部電極の材料は、ドープされた半導体、金属、およびポリマーからなる群から選択されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項７】
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、２００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長帯でスペクトル応答を示すことを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項８】
光検出用の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を製造する方法であって、
基板を備える工程と、
半導体前駆体および水素を導入する工程と、
高密度プラズマ強化化学気相成長方法（ＨＤ ＰＥＣＶＤ）プロセスを用いて、上記基板の上に重なる薄膜を成膜する工程と、
ＮおよびＣからなる群から選択された元素を含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項９】
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜である（Ｘ＋Ｙ＜２、かつ、Ｙ＞０）ことを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項１０】
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、ＳｉＣＸ薄膜である（Ｘ＜１）ことを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項１１】
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜に埋め込まれた半導体ナノ粒子の材料は、ＳｉおよびＧｅからなる群から選択されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項１２】
上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程は、誘導結合形プラズマ（ＩＣＰ）供給源を使用する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項１３】
上記半導体前駆体および水素を導入する工程と、上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程との間に、上記基板を、４００℃よりも低い温度に加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項１４】
上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、ＳｉｎＨ２ｎ＋２およびＧｅｎＨ２ｎ＋２からなる群から選択された前駆体（ｎは１〜４で変化する。）と、ＳｉＨｘＲ４−ｘ（Ｒは、Ｃｌ、Ｂｒ、およびＩからなる第１群から選択される。ｘは０〜３で変化する。）と、ＧｅＨｘＲ４−ｘ（Ｒは、上記第１群から選択される。ｘは０〜３で変化する。）とを供給する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項１５】
上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程は、１０ｅＶよりも小さい電子温度の状態で、１×１０１１ｃｍ−３よりも大きいプラズマ濃度を用いる工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項１６】
上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、
１３．５６〜３００ＭＨｚの周波数、および、１０Ｗ／ｃｍ２よりも小さい電力密度で、上側電極に電力を供給する工程と、
５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、および、３Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、下側電極に電力を供給する工程と、
１〜５００ｍＴｏｒｒの雰囲気圧力を用いる工程と、
酸素源ガスを供給する工程とを含み、
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程では、ＳｉＯＸＮＹ薄膜（Ｘ＋Ｙ＜２、かつ、Ｙ＞０）を形成することを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項１７】
上記酸素源ガスを供給する工程では、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｏ２、およびＯ３からなる群から選択された酸素源ガスを供給することを特徴とする請求項１６に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項１８】
上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、不活性ガスを供給する工程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項１９】
上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、Ｎ２およびＮＨ３からなる群から選択された窒素源ガスを供給する工程を含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項２０】
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の形成に続いて、アニーリングする工程と、
上記アニール処理に応じて、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の半導体ナノ粒子のサイズを修正する工程とをさらに含み、
上記アニーリングする工程は、
上記基板を、４００℃よりも高い温度に加熱する工程と、
１０〜３００分間加熱する工程と
酸素および水素と、酸素、水素および不活性ガスとからなる群から選択された雰囲気で加熱する工程とを含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項２１】
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程に続いて、１５０〜６００ｎｍおよび９〜１１μｍからなる群から選択された放射波長を持つ熱源を用いて、アニーリングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項２２】
４００℃よりも低い上記基板温度を用いて、Ｈ２雰囲気中で上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜にＨＤプラズマ処理を行う工程と、
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を水素化する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項２３】
上記ＨＤプラズマプロセスを用いて、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を水素化する工程は、
１３．５６〜３００ＭＨｚの周波数、および、１０Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、上側電極に電力を供給する工程と、
５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、および、３Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、下側電極に電力を供給する工程と、
１〜５００ｍＴｏｒｒの雰囲気圧力を用いる工程と、
Ｈ２および不活性ガスを供給する工程とを含むことを特徴とする請求項２２に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項２４】
３価、４価、５価、および希土類の元素からなる群から選択されたドーパントを、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜にドープする工程と、
上記ドープ処理に応じて、深紫外（deep ＵＶ）から遠赤外（far ＩＲ）までの周波数範囲の光吸収特性を持つ半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項２５】
上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を形成する工程に続いて、プラズマおよび熱酸化からなる群から選択されたプロセスを用いて、上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を酸化する工程と、
上記酸化プロセスに応じて、上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜の半導体粒子のサイズを修正する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項２６】
上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を形成する工程では、自身の厚みに対して変化するＸおよびＹの値を持つ非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を形成することを特徴とする請求項９に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【請求項２７】
上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程は、
１３．５６〜３００ＭＨｚの周波数、および、１０Ｗ／ｃｍ２よりも小さい電力密度で、上側電極に電力を供給する工程と、
５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、および、３Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、下側電極に電力を供給する工程と、
１〜５００ｍＴｏｒｒの雰囲気圧力を用いる工程と、
ＳｉｎＨ２ｎ＋２およびＣ源を供給する工程とを含み、
上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程では、ＳｉＣＸ薄膜を形成することを特徴とする請求項８に記載の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、集積回路（ＩＣ）光検出器の製造に関するものであり、より詳細には、高密度プラズマ強化化学気相成長法（ＨＤ  ＰＥＣＶＤ）プロセスを用いてシリコン（Ｓｉ）ナノ粒子埋め込み絶縁膜から作られた光検出器、および半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積光デバイスの製造は、吸収、透過、およびスペクトル応答のような適切な光特性を持つ材料の成膜を伴う。薄膜製造技術は、多様な光薄膜を作成することができる。このことは、高いスループットおよび収率での大面積デバイスの作成に適している。いくつかの重要な光パラメータとして、薄膜の透過および反射特性を決定する、屈折率および光バンドギャップがある。
【０００３】
一般的に、２層または多層の積層薄膜が、所望の光効果を持つ光デバイスの製造に必要とされている。また、金属層、誘電体層、および／または半導体層の各種組合せが、所望の光特性を持つ多層膜を形成するために用いられている。材料の選択は、目的とする反射、透過、および吸収特性によって決まる。
【０００４】
単一層のデバイスがより望ましいことは明らかである一方、紫外（ＵＶ）から遠赤外（far ＩＲ）周波数まで広がる広い光範囲にわたって、所望の光吸収、バンドギャップ、屈折率、反射、または透過を得ることが必要とされている広範囲の光分散特性を与えることが可能な単一層の薄膜材料はない。
【０００５】
シリコンは、十分に発達された処理技術により、光電子デバイスの製造に選択される材料である。しかし、シリコンには、間接バンドギャップによって、光電子デバイスに非能率的な材料が作られる。何年かにわたって、各種研究開発の取り組みは、Ｓｉベース光電子を実現するため、Ｓｉの光機能の作成に焦点を合わせている。結晶構造のシリコンから室温における能率的な光放出を達成することは、十分なＳｉベース光電子の達成に向かう大きなステップである。
【０００６】
現在、８５０ｎｍよりも短い波長で動作するＳｉ薄膜ベース光検出器が、低コストで魅力的であり、ＣＭＯＳデバイスに高集積されている。Ｓｉは、限られた速度反応性性能を持つ間接バンドギャップ半導体であるが、ＵＶ−ＶＩＳ（可視）−ＮＩＲ（近−ＩＲ）スペクトルにおける検出にまだ有用である。
【０００７】
ところが、Ｓｉの間接バンドギャップは、吸収がゼロに進むほうで、Ｓｉの臨界波長を１．１２μｍに制限する。これにより、１．３０μｍおよび１．５５μｍの２つの主要な電気通信波長に無感応にさせる。また、Ｓｉベース光検出器の付加的な問題として、信号ノイズ比（ＳＮＲ）を制限する暗電流と、５０℃よりも高温で動作しているときの熱不安定性とがある。
【０００８】
安定性かつ信頼性のある光電子デバイスの製造には、高い光輝度（ＰＬ）およびエレクトロルミネンス（ＥＬ）の量子効果を持つＳｉナノ結晶が必要とされる。集積光電子デバイスを積極的に追い求める１つのアプローチは、埋め込まれたＳｉナノ結晶を持つＳｉＯｘ（ｘ≦２）薄膜の製造である。
【０００９】
Ｓｉナノ結晶で制限された１対の電子ホールの再結合による輝度は、ナノ結晶サイズに強く依存する。また、ナノ結晶Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘＮｙ薄膜の電気および光性質は、Ｓｉナノ結晶のサイズ、濃度、および分布に依存する。スパッタリングおよびプラズマ強化化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）のような各種薄膜成膜技術は、容量結合形プラズマ（ＣＣＰ）供給源を用い、安定性かつ信頼性のあるナノ結晶Ｓｉ薄膜の製造のために研究されている。なお、このナノ結晶Ｓｉ薄膜は、本明細書などでは、ナノ結晶Ｓｉ埋め込み絶縁薄膜とも呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，１９７，４７１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０１２６５８２号明細書
【特許文献３】米国特許第７，１７０，０６５号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／０２２２５９２号明細書
【特許文献５】国際公開第２００５／０１７９５１号パンフレット
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Cho et al.,“Integrated Ambient Light Sensor in LTPS LCD panel with Silicon nanocrystals photosensor”,IDW‘07,pg.103
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来のＰＥＣＶＤおよびスパッタリング技術は、低いプラズマ密度、プラズマに結合する非能率電力、低いイオン／中性比、および制御不能バルクの制限と、高いイオン衝撃エネルギーによる界面ダメージとを有している。それゆえ、従来の容量結合形プラズマ（ＣＣＰ）が生成したプラズマから形成された酸化膜は、衝突するイオン種の高い衝撃エネルギーのせいで、信頼性の問題を生み出している。
【００１３】
プラズマ誘発バルクまたは界面ダメージを制御または縮小することは重要である。しかし、プラズマを生成させるＣＣＰの無線周波数（ＲＦ）電力を用いて、イオンエネルギーを効果的に制御することは不可能である。印加電力を増加することによって反応速度を高める試みは、成膜させた膜の衝撃を増加させ、高い欠陥濃度を持つ乏しい膜を作成するという結果になっている。
【００１４】
さらに、これらの種類の供給源（〜１×１０８−１０９ｃｍ−３）に関連された低いプラズマ密度が、プラズマおよび膜表面での制限された反応の可能性、強化プロセス反応のための活性ラジカルおよびイオンの非能率的な生成、非能率的な酸化、並びに、不純物を誘発させるプロセスおよびシステムを導き、このことが低温電子デバイスの製造の有用性を制限している。
【００１５】
スパッタリング、ＰＥＣＶＤなどのような従来のプラズマベースの技術よりも、より広げられた処理範囲および強化されたプラズマ特性を提供する成膜プロセスでは、ＰＬおよびエレクトロルミネンス（ＥＬ）に基づいたデバイスの開発のために、粒子サイズを生成し制御することが必要とされている。
【００１６】
プラズマ密度を高め、プラズマ衝撃を縮小することができるプロセスは、プラズマ誘発微細構造ダメージ無く、高品質な膜の成長を保証するであろう。膜のバルクおよび界面の品質を独立して制御する可能性を提供することができるプロセスは、高性能かつ高信頼性の電気デバイスの製造を可能にさせるであろう。活性プラズマ種、ラジカル、およびイオンを効果的に作成することができるプラズマプロセスは、制御されたプロセスおよび性質制御を持つ、腐食しない薄膜の開発を可能にさせるであろう。
【００１７】
また、高品質なＳｉＯｘ薄膜の製造にとって、成長させた膜の酸化が、ナノ結晶のＳｉ粒子を横切る高品質な絶縁層を保証することは重要である。高濃度で活性酸素ラジカルを生成することができるプロセスは、酸化物マトリクスに取り囲まれているＳｉナノ粒子（ｎｃ−Ｓｉ）の効率的な不動態化を保証するであろう。プラズマ誘発ダメージを縮小することができるプラズマプロセスは、高品質なデバイスの製造にとって重要である高品質な界面の形成を可能にさせるであろう。低いサーマルバジェット（熱量（温度と時間））での効果的な酸化および水素化プロセスは、重要であり、高品質な光電子デバイスの処理にとって重大であるだろう。より高温の熱プロセスは、他のデバイス層を妨害し、熱的に活性化させた種の低い反応性のために、能率およびサーマルバジェットの点から適さない。
【００１８】
さらに、新規の膜構造の成長／成膜、酸化、水素化、粒子サイズの作成および制御、並びに、プラズマ密度およびイオンエネルギーの独立制御の点におけるより完全な解決および能力と、大面積処理とを提供することができるプラズマプロセスが、高性能な光電子デバイスの開発に所望されている。
【００１９】
また、薄膜性質を決定する各種プラズマパラメータとしての薄膜性質と、目的のアプリケーションにより決まる所望の膜品質とを、プラズマプロセスに関連付けることも重要である。目的のアプリケーションにより決まる、鍵となるいくつかのプラズマおよび薄膜特性としては、成膜比、基板温度、サーマルバジェット、密度、微細構造、界面品質、不純物、プラズマ誘発ダメージ、活性種（ラジカル／イオン）を生成させたプラズマの状態、プラズマポテンシャル、スケーリングプロセスおよびシステム、並びに、電気品質および信頼性がある。プロセスマップとして膜品質を評価することが重要であるこれらパラメータ間の相互関連が、目的のアプリケーションの膜品質を決定するであろう。
【００２０】
プロセスマップと異なって決まる、プラズマエネルギー、構成（ラジカルからイオン）、プラズマポテンシャル、電子温度、および、熱状態に相関関係のあるもののように、低密度プラズマまたは他の高密度プラズマシステムで開発されたプロセスをただ延ばすことによって、薄膜を学ぶまたは開発することは不可能かもしれない。
【００２１】
また、低温でのプロセスは、概して、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の製造で望まれる。この液晶ディスプレイの製造では、大規模のデバイスが、透明ガラス、石英、または樹脂基板の上に形成される。これらの透明基板は、６５０℃を超える温度にさらされたときにダメージを受ける。
【００２２】
それゆえ、この温度の問題に取り組むために、低温Ｓｉ酸化プロセスが開発されている。このプロセスは、誘導結合形プラズマ（ＩＣＰ）供給源のような高密度プラズマ供給源を用いており、１２００℃の熱酸化方法に匹敵する品質を持つＳｉ酸化物を形成することができる。
【００２３】
高密度プラズマＳｉ含有膜を実現させた恩恵が、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜からなる光検出器の製造に用いられれば、有利になるであろう。Ｓｉ絶縁膜は、本明細書などで用いられるとき、構成元素の１つとしてＳｉを持つ絶縁膜のことを意味する。
【００２４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜からなる高性能な光検出器、および、それに用いる安定性かつ信頼性のある半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜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】
【００２５】
本発明は、ＳｉＯｘＮｙ薄膜のような半導体ナノ粒子（例えばｎｃ−Ｓｉ）埋め込みＳｉ絶縁膜から形成された光検出器を述べる。
【００２６】
本発明の光検出器は、上記課題を解決するために、半導体ナノ粒子埋め込み絶縁膜を用いる光検出器であって、底部電極と、上記底部電極の上に重なり、ＮおよびＣからなる群から選択された元素を含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜と、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の上に重なる透明電極とを備えていることを特徴としている。
【００２７】
上記の構成によれば、絶縁マトリクスに埋め込まれたｎｃ−半導体粒子は、低い逆バイアスにおいて、大きな光電流を生成する。これにより、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜のＳＮＲが高くなる。よって、高いＳＮＲのｎｃ−半導体埋め込みＳｉ絶縁薄膜により、従来のＳｉおよびワイドバンドギャップ半導体ベース光検出器の制限が解消される。したがって、高性能な光検出器を提供することが可能となる。
【００２８】
また、ｎｃ−半導体埋め込みＳｉ絶縁薄膜の光伝導は、金属−膜−金属（ＭＦＭ）光検出器を実現させることができる。このことは、高感度帯域幅の生産、低容量、および集積の容易さという独特な有利な点を提供する。
【００２９】
さらに、ｎｃ−半導体埋め込みＳｉ絶縁薄膜の光応答および電流伝導は、粒子サイズおよび分布、粒子密度、粒子間距離、光分散、並びに膜構成を変えることによって、広い範囲にわたって制御することができる。なお、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造では、低温、高密度プラズマ（ＨＤＰ）ベースのプロセスが述べられる。
【００３０】
また、上記光検出器は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、上記底部電極の上に重なる不定比ＳｉＯＸ１ＮＹ１薄膜（Ｘ１＋Ｙ１＜２、かつ、Ｙ１＞０）であってもよいし、ＳｉＣＸ薄膜（Ｘ＜１）であってもよい。
【００３１】
そして、上記光検出器は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜に埋め込まれた半導体ナノ粒子は、１〜１０ｎｍの直径を有していることが好ましい。さらに、上記半導体ナノ粒子の材料は、ＳｉおよびＧｅからなる群から選択されていることが好ましい。
【００３２】
また、上記光検出器は、上記底部電極の材料は、ドープされた半導体、金属、およびポリマーからなる群から選択されていることが好ましい。
【００３３】
また、上記光検出器は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、２００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長帯でスペクトル応答を示すことが好ましい。
【００３４】
また以上により、光検出アプリケーション用の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を製造するための方法が提供される。
【００３５】
すなわち、本発明の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法は、上記課題を解決するために、光検出用の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を製造する方法であって、基板を備える工程と、半導体前駆体および水素を導入する工程と、高密度プラズマ強化化学気相成長方法（ＨＤ ＰＥＣＶＤ）プロセスを用いて、上記基板の上に重なる薄膜を成膜する工程と、ＮおよびＣからなる群から選択された元素を含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴としている。
【００３６】
上記方法によれば、基板を備え、半導体前駆体および水素を導入する。薄膜は、高密度プラズマ強化化学気相成長方法（ＨＤ ＰＥＣＶＤ）プロセスを用いて、基板の上に重なって成膜される。その結果、ＮまたはＣ元素のいずれかを含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜が形成される。よって、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、ＨＤ ＰＥＣＶＤを用いて成膜されていることから、安定性かつ信頼性のある半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を製造することが可能となる。
【００３７】
例えば、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、不定比ＳｉＯＸＮＹ薄膜（Ｘ＋Ｙ＜２、かつ、Ｙ＞０）であってもよいし、ＳｉＣＸ薄膜（Ｘ＜１）であってもよい。また、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜に埋め込まれた半導体ナノ粒子は、ＳｉまたはＧｅのいずれかであることが好ましい。
【００３８】
１つの態様において、上記方法では、基板を約４００℃よりも低い温度に加熱し、薄膜ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスは、１０ｅＶよりも小さい電子温度の状態で、１×１０１１ｃｍ−３よりも大きい電子濃度を用いる。
【００３９】
すなわち、上記方法は、上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程は、誘導結合形プラズマ（ＩＣＰ）供給源を使用する工程を含むことが好ましい。
【００４０】
また、上記方法は、上記半導体前駆体および水素を導入する工程と、上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程との間に、上記基板を、４００℃よりも低い温度に加熱する工程をさらに含むことが好ましい。
【００４１】
また、上記方法は、上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、ＳｉｎＨ２ｎ＋２およびＧｅｎＨ２ｎ＋２からなる群から選択された前駆体（ｎは１〜４で変化する。）と、ＳｉＨｘＲ４−ｘ（Ｒは、Ｃｌ、Ｂｒ、およびＩからなる第１群から選択される。ｘは０〜３で変化する。）と、ＧｅＨｘＲ４−ｘ（Ｒは、上記第１群から選択される。ｘは０〜３で変化する。）とを供給する工程を含むことが好ましい。
【００４２】
また、上記方法は、上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程は、１０ｅＶよりも小さい電子温度の状態で、１×１０１１ｃｍ−３よりも大きいプラズマ濃度を用いる工程を含むことが好ましい。
【００４３】
または、上記方法は、上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、１３．５６〜３００ＭＨｚの周波数、および、１０Ｗ／ｃｍ２よりも小さい電力密度で、上側電極に電力を供給する工程と、５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、および、３Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、下側電極に電力を供給する工程と、１〜５００ｍＴｏｒｒの雰囲気圧力を用いる工程と、酸素源ガスを供給する工程とを含み、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程では、ＳｉＯＸＮＹ薄膜（Ｘ＋Ｙ＜２、かつ、Ｙ＞０）を形成することもできる。
【００４４】
さらに、上記酸素源ガスを供給する工程では、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｏ２、およびＯ３からなる群から選択された酸素源ガスを供給することが好ましく、上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、不活性ガスを供給する工程を含むことが好ましい。
【００４５】
または、上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、Ｎ２およびＮＨ３からなる群から選択された窒素源ガスを供給する工程を含むこともできる。
【００４６】
また、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の形成に続いて、アニーリングプロセスが行われる。１つの態様では、熱源は、約１５０〜６００ｎｍ（特に好ましくは約２００〜６００ｎｍ）、または約９〜１１μｍの放射波長を持つものが用いられる。
【００４７】
すなわち、上記方法は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の形成に続いて、アニーリングする工程と、上記アニール処理に応じて、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の半導体ナノ粒子のサイズを修正する工程とをさらに含み、上記アニーリングする工程は、上記基板を、４００℃よりも高い温度に加熱する工程と、１０〜３００分間加熱する工程と酸素および水素と、酸素、水素および不活性ガスとからなる群から選択された雰囲気で加熱する工程とを含むことが好ましい。
【００４８】
または、上記方法は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程に続いて、１５０〜６００ｎｍおよび９〜１１μｍからなる群から選択された放射波長を持つ熱源を用いて、アニーリングする工程をさらに含むこともできる。
【００４９】
このように、成膜後にアニーリングすることによって、ｎｃ−半導体粒子の濃度をさらに高めることが可能となる。また、より高温での成膜後アニール処理によって、相分離および量子制限効果により、ＰＬ放出強度を著しく高めることが可能となる。
【００５０】
また、別の態様では、ＨＤプラズマ処理が、Ｈ２雰囲気中で、４００℃よりも低い基板温度を用いて行われ、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を水素化する。
【００５１】
すなわち、上記方法は、４００℃よりも低い上記基板温度を用いて、Ｈ２雰囲気中で上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜にＨＤプラズマ処理を行う工程と、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を水素化する工程とをさらに含むことが好ましい。
【００５２】
さらに、上記ＨＤプラズマプロセスを用いて、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を水素化する工程は、１３．５６〜３００ＭＨｚの周波数、および、１０Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、上側電極に電力を供給する工程と、５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、および、３Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、下側電極に電力を供給する工程と、１〜５００ｍＴｏｒｒの雰囲気圧力を用いる工程と、Ｈ２および不活性ガスを供給する工程とを含むことが望ましい。
【００５３】
また、上記方法は、３価、４価、５価、および希土類の元素からなる群から選択されたドーパントを、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜にドープする工程と、上記ドープ処理に応じて、深紫外（deep ＵＶ）から遠赤外（far ＩＲ）までの周波数範囲の光吸収特性を持つ半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程とをさらに含むことが好ましい。
【００５４】
また、上記方法は、上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を形成する工程に続いて、プラズマおよび熱酸化からなる群から選択されたプロセスを用いて、上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を酸化する工程と、上記酸化プロセスに応じて、上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜の半導体粒子のサイズを修正する工程とをさらに含むことが好ましい。
【００５５】
そして、上記方法は、上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を形成する工程では、自身の厚みに対して変化するＸおよびＹの値を持つ非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を形成することが好ましい。これにより、形成する非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜の光分散特性を調節することが可能となる。
【００５６】
また、上記方法は、上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程は、１３．５６〜３００ＭＨｚの周波数、および、１０Ｗ／ｃｍ２よりも小さい電力密度で、上側電極に電力を供給する工程と、５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、および、３Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、下側電極に電力を供給する工程と、１〜５００ｍＴｏｒｒの雰囲気圧力を用いる工程と、ＳｉｎＨ２ｎ＋２およびＣ源を供給する工程とを含み、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程では、ＳｉＣＸ薄膜を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００５７】
以上のように、本発明の光検出器は、底部電極と、上記底部電極の上に重なり、ＮおよびＣからなる群から選択された元素を含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜と、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の上に重なる透明電極とを備えている構成である。
【００５８】
これにより、絶縁マトリクスに埋め込まれたｎｃ−半導体粒子は、低い逆バイアスにおいて、大きな光電流を生成するので、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜のＳＮＲが高くなる。よって、高いＳＮＲのｎｃ−半導体埋め込みＳｉ絶縁薄膜により、従来のＳｉおよびワイドバンドギャップ半導体ベース光検出器の制限が解消され、高性能な光検出器を提供することができるという効果を奏する。
【００５９】
また、本発明の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法は、基板を備える工程と、半導体前駆体および水素を導入する工程と、高密度プラズマ強化化学気相成長方法（ＨＤ ＰＥＣＶＤ）プロセスを用いて、上記基板の上に重なる薄膜を成膜する工程と、ＮおよびＣからなる群から選択された元素を含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程とを含む方法である。
【００６０】
それゆえ、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、ＨＤ ＰＥＣＶＤを用いて成膜されていることから、安定性かつ信頼性のある半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】半導体ナノ粒子埋め込み絶縁膜を用いる光検出器の部分断面図である。
【図２】水平配置における、バイアス下の図１の光検出器を描く概要ブロック図である。
【図３】垂直配置における、バイアス下の図１の光検出器を描く概要ブロック図である。
【図４】誘導結合形プラズマ供給源を有する高密度プラズマ（ＨＤＰ）システムの概要図である。
【図５】光応答測定で用いられる機構を描く図である。
【図６】ｎ＋シリコン基板に成膜された２００ｎｍ厚膜の光伝導特性を描くグラフである。
【図７（Ａ）】光応答測定においてドープするｎ＋Ｓｉ基板および膜厚の効果を描くグラフである。
【図７（Ｂ）】光応答測定においてドープするｐ＋Ｓｉ基板および膜厚の効果を描くグラフである。
【図８（Ａ）】ｎ＋基板に成膜された膜における暗電流の温度の効果を描くグラフである。
【図８（Ｂ）】ｎ＋基板に成膜された膜におけるオン電流の温度の効果を描くグラフである。
【図９（Ａ）】ｎ＋シリコン基板に成膜された５０ｎｍ厚膜のＳＮＲを描くグラフである。
【図９（Ｂ）】ｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘ薄膜の光分散特性（ｎ：屈折率）を示す図である。
【図９（Ｃ）】ｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘ薄膜の光分散特性（ｋ：減衰係数）を示す図である。
【図１０（Ａ）】スペクトルの可視部分を含む、ＨＤＰ処理したｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘ薄膜のＰＬスペクトルを示す図である。
【図１０（Ｂ）】、スペクトルの可視部分を含む、ＨＤＰ処理したｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘ薄膜のＰＬスペクトルを示す図である。
【図１０（Ｃ）】スペクトルの可視部分を含む、ＨＤＰ処理したｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘ薄膜のＰＬスペクトルを示す図である。
【図１１】光検出器アプリケーション用の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を製造する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
本発明にかかる光検出器は、半導体ナノ粒子埋め込み絶縁膜を用いる光検出器であり、光検出アプリケーション用の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を製造する方法を提供する。
【００６３】
上記方法によれば、底部電極（基板）を備え、半導体前駆体および水素を導入する。薄膜は、高密度プラズマ強化化学気相成長方法（ＨＤ  ＰＥＣＶＤ）プロセスを用いて、基板の上に重なって成膜される。その結果、ＮまたはＣ元素のいずれかを含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜が形成される。
【００６４】
例えば、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、不定比ＳｉＯＸＮＹ薄膜（Ｘ＋Ｙ＜２、かつ、Ｙ＞０）であってもよいし、ＳｉＣＸ薄膜（Ｘ＜１）であってもよい。また、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜に埋め込まれた半導体ナノ粒子は、ＳｉまたはＧｅのいずれかである。また、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の形成に続いて、アニーリングプロセスが行われる。
【００６５】
半導体ナノ粒子埋め込み絶縁膜を用いる、上述した方法および光検出器のさらなる詳細は、以下に示される。
【００６６】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００６７】
図１は、半導体ナノ粒子埋め込み絶縁膜を用いる光検出器１００の部分断面図である。光検出器１００は、底部電極１０２を備えている。底部電極１０２としては、ドープされた半導体、金属、またはポリマーを用いることができる。底部電極１０２の上には、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜１０４が重なっている。半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜１０４は、Ｎ（窒素）またはＣ（炭素）元素のいずれかを含む。１つの態様では、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜１０４は、非化学量論のＳｉＯＸ１ＮＹ１薄膜である（Ｘ１＋Ｙ１＜２、かつ、Ｙ１＞０）。別の態様では、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜１０４は、ＳｉＣＸ薄膜である（Ｘ＜１）。
【００６８】
半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜１０４に埋め込まれた半導体ナノ粒子は、約１〜１０ｎｍの直径を有し、Ｓｉ（シリコン）またはＧｅ（ゲルマニウム）のいずれかからなる。半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜１０４は、約２００ｎｍ〜約１６００ｎｍの波長帯でスペクトル応答を示す。半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜１０４の上には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または薄型金属のような透明電極１０６（図１中、上部電極１０６と記す）が重なっている。
【００６９】
ｎｃ−半導体埋め込みＳｉ絶縁薄膜の光伝導は、誘電体マトリクスのｎｃ−半導体粒子による電荷の生成および伝導を用いる、Ｓｉおよびワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）半導体ベース光検出器の多数の制限を解消する。ＳｉまたはＷＢＧ半導体ベース光検出器（ＰＤ）に利用不可能な各種制御変数のために、性能が強化されている。ＳｉまたはＷＢＧ半導体ベース光検出器の特性は、材料の特性によって支配的に定義される。
【００７０】
また、ｎｃ−半導体埋め込みＳｉ絶縁薄膜の光検出性能、スペクトル応答、および電気伝導は、粒子サイズおよび分布、粒子密度、粒子間距離、光分散、膜構成、並びにドーピングを変えることによって、広い範囲にわたって調節することができる。ＨＤＰ技術は、従来のプラズマベース技術と比較して、強化されたプラズマ特性（高いプラズマ密度、低いプラズマポテンシャル、並びに、イオンエネルギーおよび密度の独立制御）により、低温での高性能な薄膜の製造に適している。
【００７１】
本発明は、イオン注入のようなｎｃ−半導体粒子形成の他のアプローチによって達成不可能な、厚みに関係なく、膜厚を横切って一様な粒子分布を作成する方法を述べる。一様な粒子分布の量を有効に定めることは困難であるが、絶縁マトリクスにｎｃ−Ｓｉを作成するＳｉイオン注入アプローチと比較して、分布の一様性は、ｎｃ−Ｓｉ粒子の層内作成に関して明らかに有利である。
【００７２】
図２は、水平配置における、バイアス下の図１の光検出器１００を描く概要ブロック図である。
【００７３】
図３は、垂直配置における、バイアス下の図１の光検出器１００を描く概要ブロック図である。キャリアの生成、および、絶縁マトリクスを通る粒子から粒子への伝導によって、スペクトル応答および電気伝導特性の制御が可能となる。
【００７４】
より詳細には以下に説明するように、参照により本明細書などへ組み入れられる出願中の特許出願「ＮＯＮ−ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＳｉＮｘＯｙ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＦＩＬＴＥＲＳ、発明者ジョシ他、２００７年４月２６日出願、出願番号１１／７８９，９４７、代理人整理番号ＳＬＡ８１１８」に示されるように、ＨＤＰプラズマ処理した半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁薄膜は、プロセス状態に依存する広い光分散を示す。この半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁薄膜では、その減衰定数（ｋ）および屈折率（ｎ）を変えることが可能である。さらに、ＨＤＰプラズマプロセスは、ｎおよびｋ値の独立制御を可能にさせる。このことは、広いプロセスマージン、並びに、プロセスの複雑性およびコストの重要な減少を有するデバイスの製造に、うまく活用させることができる。
【００７５】
光電子アプリケーション用の薄膜の選択は、光、電気、機械、および化学性質に依存している。製造技術および成膜プロセスの選択は、高品質な薄膜の製造にとって、同様に重要である。微細構造、粒サイズ、構成、密度、欠陥および注入、構造的同種、並びに、界面特性のような各種薄膜特性は、成膜技術およびプロセスパラメータによって強く影響を受ける。
【００７６】
また、ｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘＮｙ（ｘ＋ｙ＜２）薄膜は、本明細書などで用いられるとき、非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜としても呼ばれる（Ｘ＋Ｙ＜２、かつ、Ｙ＞０）。さらに、本明細書などで用いられる非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜は、ナノ結晶（ｎｃ）Ｓｉ粒子を持つ膜であると理解され、Ｓｉの豊富なＳｉＯＸＮＹ薄膜とも呼ばれる。なお、本明細書などで用いられる「非化学量論」という語彙は、明確な自然数の比によって表せられず、それゆえ一定割合の法則に違反している、元素構造を持つ化学化合物のような技術において、従来理解された意味を持っている。
【００７７】
従来、非化学量論の化合物は、ランダムな欠陥を含むと理解される固体であり、１元素の欠陥という結論に至っている。化合物は全体として電気的に中性になる必要があるので、行方不明の原子の電荷は、酸化状態を変えること、または、異なる電荷を持つ異なる元素の原子に取り替えることのいずれかによって、化合物における別の原子に電荷の補償を要求する。より詳細には、非化学量論のＳｉＯＸＮＹの「欠陥」は、ナノ結晶粒子に関係している。
【００７８】
ＨＤＰ技術は、高いプラズマ密度、低いプラズマポテンシャル、並びに、プラズマエネルギーおよび密度の独立制御のために、高品質な薄膜の製造に適している。また、ＨＤＰ技術は、一定の不純物を誘発させる最小限のプロセスまたはシステムを持つ、高品質な膜の製造にとっても魅力的である。
【００７９】
ＨＤＰ処理した膜は、スパッタリング、イオンビーム成膜、容量結合形プラズマ（ＣＣＰ）供給源ベースのＰＥＣＶＤ、および熱線ＣＶＤのような、従来のプラズマベース成膜技術で処理した膜と比較して、最小限のプラズマ誘発構造ダメージおよびプロセス誘発不純物のため、優れたバルクおよび界面特性を示す。
【００８０】
本発明は、成膜状態におけるＳｉ絶縁膜のナノ半導体粒子の作成のためのＨＤＰプロセスを述べる。このＨＤＰプロセスによれば、ｎｃ−半導体粒子の濃度を、成膜後アニールによってさらに高めることができる。また、電気伝導性、光応答、光輝度（ＰＬ）、およびエレクトロルミネンス（ＥＬ）特性を、欠陥不動態化処理によって改善することができる。ＨＤＰ処理したｎｃ−半導体埋め込みＳｉ絶縁膜は、光電子デバイスの製造に活用させることができる調節可能な光分散特性を持つ。
【００８１】
ｎｃ−半導体埋め込みＳｉ絶縁膜の他の重要な側面は、スペクトルの可視部分における重要なＰＬ放出である。それは、信号ゲインおよび波長の調整を見せる能動光デバイスの製造に用いることができる。ＨＤＰ処理した薄膜の光特性は、例えば深紫外から遠赤外までの可視スペクトルのいずれかの側面で広がる光応答を制御するために、適切な不純物をドープすることによってさらに調節することができる。また、ＨＤＰ技術は、高められた電子および光応答のための膜の低温および低いサーマルバジェットの欠陥不動態化にも適している。
【００８２】
図４は、誘導結合形プラズマ供給源を有する高密度プラズマ（ＨＤＰ）システムの概要図である。上側電極１は、高周波数無線周波数（ＲＦ）電源２（図４中、高周波数電源と記す）によって駆動され、下側電極３は、低周波数電源４によって駆動される。ＲＦ電力は、高密度誘導結合形プラズマ（ＩＣＰ）供給源を用いた高周波数無線周波数電源２から、ネットワーク整合５およびハイパスフィルタ７を通って、上側電極１に結合される。低周波数電源４から伝達整合１１およびローパスフィルタ９を通る下側電極３への電力は、上側電極１とは無関係に変えることができる。
【００８３】
上側電極１に供給される上側電極電力周波数は、ＩＣＰ設計に依存する約１３．５６ＭＨｚ〜約３００ＭＨｚとすることができる。下側電極３に供給される下側電極電力周波数は、イオンエネルギーを制御するために、約５０ＫＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚで変えることができる。圧力は、５００ｍＴｏｒｒまで変えることができる。上側電極１に供給される上側電極電力は、約１０Ｗ／ｃｍ２とし、下側電極３に供給される下側電極電力は、約３Ｗ／ｃｍ２とすることができる。
【００８４】
ＨＤＰシステムの１つの興味深い特徴は、プラズマにさらされた誘導コイルがないことであり、このことは供給源に誘発される不純物を取り除く。ＨＤＰシステムでは、上側電極１および下側電極３への電力は、独立して制御される。そして、各電極はプラズマにさらされていないので、可変容量を用いてシステム本体のポテンシャルを調節する必要はない。つまり、上側電極１および下側電極３間のクロストークは無く、プラズマポテンシャルは低く、一般的に２０Ｖよりも小さい。システム本体のポテンシャルは、浮遊型のポテンシャルであり、システム設計および電力結合の自然作用に依存している。
【００８５】
ＨＤＰシステムにおけるＨＤＰ手段は、１×１０１１ｃｍ−３よりも大きい電子濃度を有する、真の高密度プラズマプロセスである。そして、電子温度は１０ｅＶよりも小さい。多くの高密度プラズマシステム、および、容量結合形プラズマ手段のような従来の設計のように、上側電極１に接続されたコンデンサとシステム本体との異なる間で、バイアスを維持する必要はない。上側電極１および下側電極３は、交互に、ＲＦ電力および低周波数（ＬＦ）電力を受ける。
【００８６】
高品質な化学量論のＳｉＯｘＮｙ（ｘ＋ｙ＝２）およびｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘＮｙ（ｘ＋ｙ＝２）薄膜は、４００℃以下のプロセス温度で、ＨＤＰ技術によって処理することができる。集積光デバイスに適するいくつかの基板としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ガラス、石英、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＸＧＥ１−Ｘからなるものがある。
【００８７】
ＨＤＰ処理した膜は、高密度ＰＥＣＶＤ機構に沿ったチャンバー内において、ドーパント源ガスを加えること、または、物理スパッタリング源を組み込むことによって、層内にドープすることができる。また、ＨＤＰ処理した膜の光性質は、ドーパント種を注入することによっても修正することができる。ＨＤ−ＰＥＣＶＤ技術による化学量論のＳｉＯｘＮｙ（ｘ＋ｙ＝２）およびｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘＮｙ（ｘ＋ｙ＝２）薄膜の製造のおける、いくつかの典型的なプロセス状態を、表１に挙げる。
【００８８】
【表１】
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【００８９】
図５は、光応答測定で用いられる機構を描く図である。光応答測定は、上部電極として透明のＩＴＯを有する、ＭＯＳ−Ｃ構成のｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘＮｙ薄膜で行われた。測定用の光源は、プローブステーション顕微鏡（５０×対物レンズ）、および、箱上で吊るしているランプである。
【００９０】
また、光伝導測定は、１００μｍ、２００μｍ、および４００μｍの側辺寸法を持つ、３つの異なる正方形の上部電極上で行われた。ボックスライトは、ｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘＮｙ薄膜の評価可能な電荷キャリアを生成するのに効果的である。
【００９１】
図６は、ｎ＋シリコン基板に成膜された２００ｎｍ厚膜の光伝導特性を描くグラフである。図示されるように、たとえ、光源が１ｍよりも大きく離れており、光が対物レンズによってふさがれていたとしても、膜の逆リーク電流が、ボックスライトの照明の結果、目盛りに沿って増加することがわかった。
【００９２】
また、５０×対物レンズを通る光によって照らされたとき、逆リーク電流は、目盛りに沿って大きく増加することがわかった。室温ＳＮＲ比は、−５００ｋＶ／ｃｍの印加電界で、１０００よりも大きかった。さらに、光が消されたとき、リーク電流は、暗電流レベルに直ちに飛び戻ることがわかった。
【００９３】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、光応答測定においてドープするＳｉ基板および膜厚の効果を描くグラフである。図７（Ａ）は、ｎ＋Ｓｉ基板を用いた結果を示し、図７（Ｂ）は、ｐ＋Ｓｉ基板を用いた結果を示している。ｎ＋（図７（Ａ））およびｐ＋（図７（Ｂ））Ｓｉ基板に成膜された５０ｎｍ厚膜の光応答が解析された。
【００９４】
図示されるように、５０ｎｍ厚膜は、５０×対物レンズを通る光によって照らされたとき、−５００ｋＶ／ｃｍの印加電界で１０００を越え、ｎ＋およびｐ＋Ｓｉ基板の両方で高いＳＮＲを示す。
【００９５】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、ｎ＋基板に成膜された膜における電流の温度の効果を描くグラフである。図８（Ａ）は、暗電流の結果を示し、図８（Ｂ）は、オン電流の結果を示している。光応答は、５０ｎｍおよび２００ｎｍ厚膜に対し、２５〜２００℃の範囲で解析された。
【００９６】
５０ｎｍ厚膜では、２００℃の測定温度でさえ、暗電流（図８（Ａ））は、２つ目の目盛りよりも小さい付近で増加することがわかった。増加は、１００℃の測定温度まで、１０の倍数よりも低いことがわかった。
【００９７】
また、オン電流（図８（Ｂ））は、測定温度の増加で増加することがわかった。しかしながら、増加は、２００℃の測定温度まで、目盛り内にあった。
【００９８】
図９（Ａ）は、ｎ＋シリコン基板に成膜された５０ｎｍ厚膜のＳＮＲを描くグラフである。５０ｎｍ厚膜は、安定した暗電流特性を持つ高いＳＮＲ特性を示す。ＳＮＲ比は、２００℃の測定温度でさえ、１００よりも高い値を維持する。このように、ｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘ薄膜の観測された光応答は、従来のＳｉフォトダイオードベースのセンサを越えて、高められたＳＮＲおよび熱安定性をはっきりと提供する。
【００９９】
図９（Ｂ）および図９（Ｃ）は、ｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘ薄膜のいくつかの光分散特性を示す図である。図９（Ｂ）は、屈折率（ｎ）の結果を示し、図９（Ｃ）は、減衰係数（ｋ）の結果を示している。
【０１００】
膜の屈折率（ｎ）および減衰係数（ｋ）は独立して調節することが可能である。ｎおよびｋ値の独立制御によって、新規の光および光電子デバイスの設計に対し、光の透過、反射、および吸収特性のより良い制御が可能となる。
【０１０１】
また、膜の光吸収エッジは、薄膜構成およびｎｃ−Ｓｉ粒子サイズを変えることによって、効果的に制御することができる。ｎ、ｋ、分散、吸収エッジ、およびＰＬ／ＥＬ放出の特性の組合せは、制御された光応答特性を持つ新規の光および光電子デバイスの製造に活用することができる。
【０１０２】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、スペクトルの可視部分を含む、いくつかのＨＤＰ処理したｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘ薄膜のＰＬスペクトルを示す図である。放出波長は、粒子サイズに強く依存する。ＨＤＰプラズマプロセスは、全ての可視スペクトルを含む広い範囲にわたって、粒子サイズを制御するのに効率が良い。ＨＤＰプロセスは、３００℃の低いプロセス温度におけるｎｃ−Ｓｉ粒子の作成において効果的であり、このことは評価可能なＰＬ信号を見れば明らかである。
【０１０３】
また、ＰＬ放出強度は、より高温での成膜後アニール処理によって、著しく高められる。これは相分離および量子制限効果のためである。さらに、ＨＤＰ技術は、低温および低いサーマルバジェットの欠陥不動態化に適している。
【０１０４】
要約すると、１層または多層構造は、膜構成、アニール処理、不動態化、およびｎｃ−粒子サイズ制御の観点から、ｎ、ｋ、および波長放出の制御を行いながら、上述したｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘＮｙ（ｘ＋ｙ＜２）薄膜を用いて作成することができる。活性導波路は、波長転換の可能性を形成し、波長スペクトルを狭めることができる。第IV族、希土類ドーパントを、波長制御用の膜に加えることができる。光のゲインおよび複屈折を、光電子アプリケーションに活用することができる。強化された放出波長の光放出制御は、ドーピングによって得ることができる。
【０１０５】
また、ｎｃ−Ｓｉ埋め込みＳｉＯｘＮｙ（ｘ＋ｙ＜２）薄膜を、他の材料の広い範囲で用いることができる。例えば、光導波路を、ＰＩＮダイオード検出器に集積することができる。さらに、ｎｃ−Ｓｉ埋め込み薄膜を、強化された光放出および制御のためのワイドバンドギャップ半導体または蛍光体に集積することもできる。
【０１０６】
製造プロセスの追加詳細は、参照により本明細書などへ組み入れられる、関連する出願中の特許出願「ＨＩＧＨ  ＤＥＮＳＩＴＹ  ＰＬＡＳＭＡ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＳｉＯｘＮｙ  ＦＩＬＭＳ、発明者プーラン  ジョシ他、出願番号１１／６９８，６２３、２００７年１月２６日出願、代理人整理番号ＳＬＡ８１１７」で見つけることができる。
【０１０７】
図１１は、光検出器アプリケーション用の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を製造する方法を示すフローチャートである。上記方法は、明瞭さのために一連の番号が付けられたステップ（工程）として記載されるが、この番号は、必ずしも上記ステップの順序を決定するものではない。また、これらステップのいくつかは、省略されるか、並行して実行されるか、シーケンスの厳格な順番を維持する必要なく実行されてもよいことは明らかである。方法はステップ１１００から開始する。
【０１０８】
ステップ１１０２では、下側電極３の上に、底部電極１０２（基板）を備える。ステップ１１０４では、半導体前駆体および水素を導入する。ステップ１１０５ａでは、下側電極３の上に設置した基板を、約４００℃よりも低い温度に加熱する。随意に、さらに高い温度が用いられる。ステップ１１０６では、ＨＤ  ＰＥＣＶＤプロセスを用いて、基板の上に重なる薄膜を成膜する。
【０１０９】
なお、光検出アプリケーションとして、液晶ディスプレイなどの集積光デバイスを対象とする場合、ステップ１１０２では、底部電極として、Ｓｉ、Ｇｅ、ガラス、石英、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＸＧＥ１−Ｘからなる基板を備える。
【０１１０】
１つの態様では、上記ＨＤ  ＰＥＣＶＤプロセスは、誘導結合形プラズマ（ＩＣＰ）供給源を用いる。別の態様では、上記ＨＤ  ＰＥＣＶＤプロセスは、１０ｅＶよりも小さい電子温度の状態で、１×１０１１ｃｍ−３よりも大きいプラズマ濃度を用いる。
【０１１１】
続いて、ステップ１１０８において、ＮまたはＣ元素のいずれかを含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する。例えば、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜としてもよい（Ｘ＋Ｙ＜２、かつ、Ｙ＞０）。非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜フィルムの光分散特性は、薄膜の厚みに対してＸおよびＹの値を変えることによって調節することもできる。また代わりに、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、ＳｉＣＸであってもよい（Ｘ＜１）。半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜に埋め込まれた半導体ナノ粒子は、ＳｉまたはＧｅのいずれかである。
【０１１２】
１つの態様において、ステップ１１０４で半導体前駆体および水素を供給する工程は、ＳｉｎＨ２ｎ＋２およびＧｅｎＨ２ｎ＋２からなる群から選択された前駆体（ｎは１〜４で変化する。）と、ＳｉＨｘＲ４−ｘ（Ｒは、Ｃｌ、Ｂｒ、およびＩからなる第１群から選択される。ｘは０〜３で変化する。）と、ＧｅＨｘＲ４−ｘ（Ｒは、第１群（Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩ）から選択される。ｘは０〜３で変化する。）とを供給する工程を含む。
【０１１３】
別の態様では、ステップ１１０４で半導体前駆体および水素を供給する工程は、サブステップを含む。ステップ１１０４ａでは、１３．５６〜３００ＭＨｚの周波数、および、１０Ｗ／ｃｍ２よりも小さい電力密度で、上側電極１に電力を供給する。ステップ１１０４ｂでは、５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、および、３Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、下側電極３に電力を供給する。ステップ１１０４ｃでは、１〜５００ｍＴｏｒｒの圧力を用いる。ステップ１１０４ｄでは、酸素源ガスを供給する。酸素源ガスとしては、例えば、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｏ２、またはＯ３を用いることができる。この場合、その後、ステップ１１０８で半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程では、ＳｉＯＸＮＹ薄膜を形成する。
【０１１４】
また、異なる態様では、ステップ１１０４ｅにおいて、不活性ガス、好ましくは希ガスを供給する。
【０１１５】
さらに、別の態様では、ステップ１１０４において、Ｎ２またはＮＨ３のような窒素源ガスを供給する。
【０１１６】
あるいは、もしステップ１１０４ｄにおいて、ＳｉｎＨ２ｎ＋２およびＣ源を供給すれば、その後のステップ１１０８では、ＳｉＣＸ薄膜を形成する。Ｃ源は、適切な、炭化水素を含む前駆体でよい。炭化水素を含む前駆体のいくつかの例としては、アルカン（ＣｎＨ２ｎ＋２）、アルケン（ＣｎＨ２ｎ）、アルキン（ＣｎＨ２ｎ−２）、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、およびトルエン（Ｃ７Ｈ８）がある。
【０１１７】
１つの態様において、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の形成に続いて、ステップ１１１０では、約４００℃よりも高い温度に、約１０〜３００分間、酸素および水素を含む雰囲気中で、基板を加熱することによってアニーリングする。随意に、雰囲気は不活性ガスを含んでいてもよい。
【０１１８】
その後、ステップ１１１２では、アニール処理に応じて、ＳｉＯＸＮＹ薄膜の半導体ナノ粒子のサイズを修正する。なお、アニーリングプロセスは、約１５０〜６００ｎｍ（特に好ましくは約２００〜６００ｎｍ）、または約９〜１１μｍの放射波長を有する熱源を用いることが可能である。
【０１１９】
そして、アニーリングプロセスに加えて、または、アニーリングプロセスの代替として、ステップ１１１４において、４００℃よりも低い基板温度を用いて、Ｈ２雰囲気中で、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜にＨＤプラズマ処理を行う。ステップ１１１６では、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を水素化する。
【０１２０】
具体的には、ステップ１１１６は、次のサブステップを含む。ステップ１１１６ａでは、１３．５６〜３００ＭＨｚの周波数、および、１０Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、上側電極１に電力を供給する。ステップ１１１６ｂでは、５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、および、３Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、下側電極３に電力を供給する。ステップ１１１６ｃでは、１〜５００ｍＴｏｒｒの圧力を用いる。ステップ１１１６ｄでは、Ｈ２および不活性ガスを供給する。
【０１２１】
また、異なる態様では、ステップ１１０９において、ステップ１１１０の相分離アニールよりも前に、３価、４価、５価、または希土類ドーパントを、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜に随意にドープする。また代替的に、ステップ１１１３において、ステップ１１１０の相分離アニールの後に、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜にドープする。
【０１２２】
このように、ドーピングステップは、アニール処理の前後で実行することができる。アニール処理は、ドーパントを活性化するために、一般的に、ドープ処理の後に必要とされる。全体として、アニール処理は、（１）相分離の誘導、（２）ドーパントの活性化、という２つの目的を有する。
【０１２３】
また、ドーピングに応じて、ステップ１１０８では、深紫外（deep ＵＶ）から遠赤外（far ＩＲ）までの周波数の、（修正された）光の吸収または放出特性を持つ、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する。なお、ドープ処理は、ドーパント源ガスまたは物理スパッタリング源を用いて層内に行われる。
【０１２４】
アニーリングプロセスに加えて、または、アニーリングプロセスの代替として、ＳｉＯＸＮＹ薄膜の形成に続いて、ステップ１１２０において、プラズマまたは熱酸化プロセスのいずれかを用いて、非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を酸化する。それから、ステップ１１２２では、酸化プロセスに応じて、ＳｉＯＸＮＹ薄膜の半導体粒子のサイズを修正する。
【０１２５】
以上、光検出器は、半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜とともに形成されることが述べられた。また、ＳｉＯＸ１ＮＹ１薄膜およびＳｉＯＸ１ＮＹ１薄膜の製造の詳細の特別な例が示された。さらに、他の特別な材料の詳細およびプロセスの詳細が、本発明を示すために用いられた。しかしながら、本発明は、単にこれらの例に制限されるものではない。発明の他のバリエーションおよび実施形態は、当業者に見出されるであろう。
【０１２６】
最後に、本発明にかかる光検出器は以下のように構成してもよい。
【０１２７】
本発明の光検出器は、半導体ナノ粒子埋め込み絶縁膜を用いる光検出器であって、底部電極と、上記底部電極の上に重なり、ＮおよびＣからなる群から選択された元素を含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜と、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の上に重なる透明電極とを備えている構成である。
【０１２８】
上記光検出器は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、上記底部電極の上に重なる非化学量論のＳｉＯＸ１ＮＹ１薄膜（Ｘ１＋Ｙ１＜２、かつ、Ｙ１＞０）であってもよいし、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、ＳｉＣＸ薄膜（Ｘ＜１）であってもよい。
【０１２９】
また、上記光検出器は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜に埋め込まれた半導体ナノ粒子は、約１〜１０ｎｍの直径を有している構成としてもよい。
【０１３０】
また、上記光検出器は、上記半導体ナノ粒子の材料は、ＳｉおよびＧｅからなる群から選択されている構成としてもよい。
【０１３１】
また、上記光検出器は、上記底部電極の材料は、ドープされた半導体、金属、およびポリマーからなる群から選択されている構成としてもよい。
【０１３２】
また、上記光検出器は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、約２００ｎｍ〜約１６００ｎｍの波長帯でスペクトル応答を示す構成としてもよい。
【０１３３】
本発明にかかる半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法は、以下のように構成してもよい。
【０１３４】
本発明の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の製造方法は、光検出アプリケーション用の半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を製造する方法であって、基板を備える工程と、半導体前駆体および水素を導入する工程と、高密度プラズマ強化化学気相成長方法（ＨＤ ＰＥＣＶＤ）プロセスを用いて、上記基板の上に重なる薄膜を成膜する工程と、ＮおよびＣからなる群から選択された元素を含む半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程とを含む方法である。
【０１３５】
上記方法は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜（Ｘ＋Ｙ＜２、かつ、Ｙ＞０）であってもよいし、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜は、ＳｉＣＸ薄膜（Ｘ＜１）であってもよい。
【０１３６】
また、上記方法は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜に埋め込まれた半導体ナノ粒子の材料は、ＳｉおよびＧｅからなる群から選択されている方法としてもよい。
【０１３７】
また、上記方法は、上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程は、誘導結合形プラズマ（ＩＣＰ）供給源を使用する工程を含む方法としてもよい。
【０１３８】
また、上記方法は、上記半導体前駆体および水素を導入する工程と、上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程との間に、上記基板を、約４００℃よりも低い温度に加熱する工程をさらに含む方法としてもよい。
【０１３９】
また、上記方法は、上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、ＳｉｎＨ２ｎ＋２およびＧｅｎＨ２ｎ＋２からなる群から選択された前駆体（ｎは１〜４で変化する。）と、ＳｉＨｘＲ４−ｘ（Ｒは、Ｃｌ、Ｂｒ、およびＩからなる第１群から選択される。ｘは０〜３で変化する。）と、ＧｅＨｘＲ４−ｘ（Ｒは、上記第１群から選択される。ｘは０〜３で変化する。）とを供給する工程を含む方法としてもよい。
【０１４０】
また、上記方法は、上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程は、１０ｅＶよりも小さい電子温度の状態で、１×１０１１ｃｍ−３よりも大きいプラズマ濃度を用いる工程を含む方法としてもよい。
【０１４１】
また、上記方法は、上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、１３．５６〜３００ＭＨｚの周波数、および、１０Ｗ／ｃｍ２よりも小さい電力密度で、上側電極に電力を供給する工程と、５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、および、３Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、下側電極に電力を供給する工程と、１〜５００ｍＴｏｒｒの雰囲気圧力を用いる工程と、酸素源ガスを供給する工程とを含み、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程では、ＳｉＯＸＮＹ薄膜（Ｘ＋Ｙ＜２、かつ、Ｙ＞０）を形成する方法としてもよい。
【０１４２】
また、上記方法は、上記酸素源ガスを供給する工程では、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｏ２、およびＯ３からなる群から選択された酸素源ガスを供給する方法としてもよい。
【０１４３】
また、上記方法は、上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、不活性の希ガスを供給する工程を含む方法としてもよい。
【０１４４】
また、上記方法は、上記半導体前駆体および水素を導入する工程は、Ｎ２およびＮＨ３からなる群から選択された窒素源ガスを供給する工程を含む方法としてもよい。
【０１４５】
また、上記方法は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の形成に続いて、アニーリングする工程と、上記アニール処理に応じて、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜の半導体ナノ粒子のサイズを修正する工程とをさらに含み、上記アニーリングする工程は、上記基板を、約４００℃よりも高い温度に加熱する工程と、１０〜３００分間加熱する工程と酸素および水素と、酸素、水素および不活性ガスとからなる群から選択された雰囲気で加熱する工程とを含む方法としてもよい。
【０１４６】
また、上記方法は、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程に続いて、約１５０〜６００ｎｍおよび９〜１１μｍからなる群から選択された放射波長を持つ熱源を用いて、アニーリングする工程をさらに含む方法としてもよい。
【０１４７】
また、上記方法は、４００℃よりも低い上記基板温度を用いて、Ｈ２雰囲気中で上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜にＨＤプラズマ処理を行う工程と、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を水素化する工程とをさらに含む方法としてもよい。
【０１４８】
また、上記方法は、上記ＨＤプラズマプロセスを用いて、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を水素化する工程は、１３．５６〜３００ＭＨｚの周波数、および、１０Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、上側電極に電力を供給する工程と、５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、および、３Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、下側電極に電力を供給する工程と、１〜５００ｍＴｏｒｒの雰囲気圧力を用いる工程と、Ｈ２および不活性ガスを供給する工程とを含む方法としてもよい。
【０１４９】
また、上記方法は、３価、４価、５価、および希土類の元素からなる群から選択されたドーパントを、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜にドープする工程と、上記ドープ処理に応じて、深紫外（deep ＵＶ）から遠赤外（far ＩＲ）までの周波数範囲の光吸収特性を持つ半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程とをさらに含む方法としてもよい。
【０１５０】
また、上記方法は、上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を形成する工程に続いて、プラズマおよび熱酸化からなる群から選択されたプロセスを用いて、上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を酸化する工程と、上記酸化プロセスに応じて、上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜の半導体粒子のサイズを修正する工程とをさらに含む方法としてもよい。
【０１５１】
また、上記方法は、上記非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を形成する工程では、自身の厚みに対して変化するＸおよびＹの値を持つ非化学量論のＳｉＯＸＮＹ薄膜を形成する方法としてもよい。
【０１５２】
また、上記方法は、上記ＨＤ ＰＥＣＶＤプロセスを用いて上記薄膜を成膜する工程は、１３．５６〜３００ＭＨｚの周波数、および、１０Ｗ／ｃｍ２よりも小さい電力密度で、上側電極に電力を供給する工程と、５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、および、３Ｗ／ｃｍ２までの電力密度で、下側電極に電力を供給する工程と、１〜５００ｍＴｏｒｒの雰囲気圧力を用いる工程と、ＳｉｎＨ２ｎ＋２およびＣ源を供給する工程とを含み、上記半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜を形成する工程では、ＳｉＣＸ薄膜を形成する方法としてもよい。
【０１５３】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明は、半導体ナノ粒子埋め込み絶縁膜や、それを用いる光検出器に関する分野に好適に用いることができるだけでなく、光検出器の製造方法、特に、半導体ナノ粒子埋め込み絶縁膜の製造方法に関する分野に好適に用いることができ、さらには、光検出器を備える液晶ディスプレイなどの各種光デバイス、およびその製造方法の分野にも広く用いることができる。
【符号の説明】
【０１５５】
１  上側電極
２  高周波数無線周波数電源
３  下側電極
４  低周波数電源
１００  光検出器
１０２  底部電極
１０４  半導体ナノ粒子埋め込みＳｉ絶縁膜
１０６  上部電極（透明電極）
【図１】
2009290196.tif 000004
【図２】
2009290196.tif 000005
【図３】
2009290196.tif 000006
【図４】
2009290196.tif 000007
【図５】
2009290196.tif 000008
【図６】
2009290196.tif 000009
【図７（Ａ）】
2009290196.tif 000010
【図７（Ｂ）】
2009290196.tif 000011
【図８（Ａ）】
2009290196.tif 000012
【図８（Ｂ）】
2009290196.tif 000013
【図９（Ａ）】
2009290196.tif 000014
【図９（Ｂ）】
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【図９（Ｃ）】
2009290196.tif 000016
【図１０（Ａ）】
2009290196.tif 000017
【図１０（Ｂ）】
2009290196.tif 000018
【図１０（Ｃ）】
2009290196.tif 000019
【図１１】
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