JP2860028B2 - Ultraviolet detector and method of manufacturing the same - Google Patents
Ultraviolet detector and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は紫外線検知素子とこの紫
外線検知素子から出力される信号を処理する回路とを同
一の半導体チップに形成することを可能とした紫外線検
知装置及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultraviolet detector and a method of manufacturing the same, which can form an ultraviolet detector and a circuit for processing a signal output from the ultraviolet detector on the same semiconductor chip.
【０００２】[0002]
【従来の技術】紫外域はその対象とする波長（エネルギ
ー）域が広く、また光学的に応用する場合に、フィルタ
ー、窓材及び光源等に十分満足できる特性を有するもの
が少ない。このため、特に紫外線を定量的に評価する技
術は可視光の場合に比して遅れている。2. Description of the Related Art In the ultraviolet region, a target wavelength (energy) region is wide, and when it is applied optically, there are few filters having sufficiently satisfactory characteristics as filters, window materials and light sources. For this reason, in particular, the technology for quantitatively evaluating ultraviolet rays lags behind the case of visible light.
【０００３】従来、紫外線検知素子としては、化合物半
導体を使用した光導電素子及び管球状光電面を備えた光
電式検知素子がある。紫外線検出用光導電素子には、Ｚ
ｎＳ、Ｃｄ4 ＳｉＳ6 及びＣｄ4 ＧｅＳ6 等の化合物半
導体が使用されている。ＺｎＳはエネルギーバンドギャ
ップが３．７ｅＶであり、波長の感度ピークが約３４０
ｎｍのところにある。また、Ｃｄ4 ＳｉＳ6 及びＣｄ4
ＧｅＳ6 の波長の感度ピークは夫々約４３０ｎｍ及び約
４７０ｎｍのところにある。Conventionally, as an ultraviolet detecting element, there are a photoconductive element using a compound semiconductor and a photoelectric detecting element having a tube-shaped photocathode. For the photoconductive element for detecting ultraviolet light, Z
Compound semiconductors such as nS, Cd 4 SiS 6 and Cd 4 GeS 6 are used. ZnS has an energy band gap of 3.7 eV and a wavelength sensitivity peak of about 340.
nm. In addition, Cd 4 SiS 6 and Cd 4
The sensitivity peaks at the wavelength of GeS 6 are at about 430 nm and about 470 nm, respectively.
【０００４】一方、光電式の紫外線検知素子において
は、管球状光電面に主にアルカリ・ハライド化合物を中
心としたＣｓＩ、ＫＢｒ、ＬｉＦ、ＣｓＴｅ及びＭｇＦ
2 等が使用されており、高い量子効率を得ている。ま
た、窓材としては、ＭｇＦ2 、シリカガラス（Fused Si
kica）及びＵＶガラス等が使用されている。図１３に、
各種紫外光電面の分光感度特性及び窓材の透過特性の一
例を示す。但し、この図１３において、実線は量子効
率、破線は厚さが１ｍｍの場合の各窓材の透過率、
［Ｏ］は不透明（Opeque type ）、［Ｔ］は半透明（Se
mi-Transmitting type）を示す。On the other hand, in the photoelectric type ultraviolet detecting element, CsI, KBr, LiF, CsTe and MgF mainly composed of an alkali halide compound are mainly formed on the bulb-shaped photoelectric surface.
2 etc. are used, and high quantum efficiency is obtained. As window materials, MgF 2 , silica glass (Fused Si
kica) and UV glass. In FIG.
An example of spectral sensitivity characteristics of various ultraviolet photoelectric surfaces and transmission characteristics of window materials are shown. However, in FIG. 13, the solid line is the quantum efficiency, the broken line is the transmittance of each window material when the thickness is 1 mm,
[O] is opaque (Opeque type), [T] is translucent (Se
mi-Transmitting type).
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
紫外線検知装置には以下に示す問題点がある。即ち、近
年、紫外線検出装置以外の各種検出装置においては、検
知素子と、この検知素子から出力される信号を増幅した
り又はアナログ信号を処理が容易なディジタル信号に変
換する等の処理を行なう信号処理回路とが同一の半導体
チップに形成される傾向にある。このように検知素子及
び信号処理回路を同一半導体チップに形成する技術は、
検知装置全体の体積を縮小し装置の小型化を促進すると
共に、高感度且つ高信頼性を得るために極めて重要であ
る。一方、従来の紫外線検知装置は、化合物半導体で信
号処理回路を集積化するのは極めて困難であるため、い
ずれも単体の素子として形成されている。従って、紫外
線検知素子とは別に信号処理を行なうための回路が必要
であり、装置の小型化が阻害される。また、化合物半導
体を用いた紫外線検知装置の場合は、資源として見た場
合に化合物半導体はＳｉに比して極めて少ないため、必
然的に製品コストが高くなるという欠点もある。However, the conventional ultraviolet detector has the following problems. That is, in recent years, in various detection devices other than the ultraviolet detection device, a detection element and a signal for performing processing such as amplifying a signal output from the detection element or converting an analog signal into a digital signal that can be easily processed. The processing circuit tends to be formed on the same semiconductor chip. As described above, the technology of forming the sensing element and the signal processing circuit on the same semiconductor chip is as follows.
It is extremely important to reduce the volume of the entire detection device, promote the miniaturization of the device, and obtain high sensitivity and high reliability. On the other hand, since it is extremely difficult to integrate a signal processing circuit with a compound semiconductor in a conventional ultraviolet detecting device, each of them is formed as a single element. Therefore, a circuit for performing signal processing separately from the ultraviolet detecting element is required, which hinders miniaturization of the apparatus. Further, in the case of an ultraviolet detecting device using a compound semiconductor, there is a disadvantage that the cost of the product is inevitably high because the compound semiconductor is extremely small compared to Si when viewed as a resource.
【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、紫外線に対する感度が良好であり、信号処
理回路と共にＳｉ半導体チップに形成することができ
て、装置の小型化及び低コスト化が可能な紫外線検知装
置及びその製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and has good sensitivity to ultraviolet light, can be formed on a Si semiconductor chip together with a signal processing circuit, and can reduce the size and cost of the device. It is an object of the present invention to provide an ultraviolet detecting device capable of performing the above and a manufacturing method thereof.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明に係る紫外線検知
装置は、Ｓｉ半導体基板の第１の面側に形成された光電
変換素子と、前記Ｓｉ半導体基板の前記第１の面に対向
する第２の面の前記光電変換素子に対応する領域を選択
的に陽極化成処理して形成され紫外線を受光するとホト
ルミネッセンスにより発光する多孔質Ｓｉ領域とを有す
ることを特徴とする。An ultraviolet detector according to the present invention comprises a photoelectric conversion element formed on a first surface side of a Si semiconductor substrate and a photoelectric conversion element opposed to the first surface of the Si semiconductor substrate. And a porous Si region formed by selectively anodizing the surface of the second surface corresponding to the photoelectric conversion element and emitting light by photoluminescence when receiving ultraviolet rays.
【０００８】本発明に係る紫外線検知装置の製造方法
は、Ｓｉ半導体基板の第１の面側に光電変換素子を形成
する工程と、前記Ｓｉ半導体基板の前記第１の面に対向
する第２の面の前記光電変換素子に対応する領域を陽極
化成処理して多孔質Ｓｉ領域を形成する工程とを有する
ことを特徴とする。According to the method of manufacturing an ultraviolet detecting device of the present invention, a step of forming a photoelectric conversion element on a first surface side of a Si semiconductor substrate and a step of forming a second photoelectric conversion element facing the first surface of the Si semiconductor substrate are provided. Anodizing a surface of the surface corresponding to the photoelectric conversion element to form a porous Si region.
【０００９】[0009]
【作用】多孔質Ｓｉは紫外線を吸収して可視光を放出す
るというホトルミネッセンスを示す。本発明に係る紫外
線検知装置においては、Ｓｉ半導体基板の第１の面側に
例えばホトダイオード等の光電変換素子が形成されてお
り、前記第１の面に対向する第２の面の前記光電変換素
子に対応する領域に陽極化成処理により形成された多孔
質Ｓｉ領域が設けられている。この多孔質Ｓｉ領域が紫
外線を吸収し可視光を放出すると、この可視光が光電変
換素子に検出されて電気信号に変換される。従って、本
発明に係る紫外線検知装置は、紫外線を良好な感度で検
出することができると共に、装置の小型化が容易であ
る。The porous Si exhibits photoluminescence of absorbing ultraviolet rays and emitting visible light. In the ultraviolet detecting device according to the present invention, a photoelectric conversion element such as a photodiode is formed on the first surface side of the Si semiconductor substrate, and the photoelectric conversion element on a second surface facing the first surface is provided. Is provided with a porous Si region formed by anodizing treatment. When the porous Si region absorbs ultraviolet light and emits visible light, the visible light is detected by the photoelectric conversion element and converted into an electric signal. Therefore, the ultraviolet detecting device according to the present invention can detect ultraviolet light with good sensitivity, and can easily reduce the size of the device.
【００１０】また、本発明方法においては、Ｓｉ半導体
基板の第１の面側に光電変換素子を形成し、その後前記
Ｓｉ半導体基板の第２の面の前記光電変換素子に対応す
る領域を陽極化成処理してホトルミネッセンスを示す多
孔質Ｓｉ領域を形成する。本願発明者等は、種々実験研
究の末、Ｓｉ基板に陽極化成処理を施す場合に、処理条
件を適正に制御することにより、陽極化成層がホトルミ
ネッセンス特性を示すとの知見を得た。図１４は横軸に
陽極化成処理時の電流密度をとり、縦軸にＨＦ濃度をと
って、陽極化成層がホトルミネッセンス特性を示すとき
の処理条件を示すグラフ図である。例えば結晶方位が
（１００）のＳｉ基板を図１４にで示す範囲内の条件
（ＨＦ濃度が２０〜５０体積％、電流密度が１〜１０ｍ
Ａ／ｃｍ2、処理温度が１０±０．５℃）で陽極化成処
理すると、紫外線領域に２つの入射光のピーク感度（２
３０ｎｍ及び３１０ｎｍ）を有し、波長が５９０〜６０
０ｎｍの可視光（赤色）を放出する陽極化成層を得るこ
とができる。このように入射光のピーク感度が２つある
のは、多孔質層の孔径が均一化されるためと考えられ
る。多孔質層の孔径が小さくなれば、入射光ピーク波長
は短波長側にずれる。また、図１４にで示す範囲内の
条件（ＨＦ濃度が数〜３０体積％、電流密度が１〜７０
０ｍＡ／ｃｍ2 、処理温度が１０±０．５℃）でＳｉ基
板を陽極化成処理すると、波長が２３０〜３００ｎｍの
紫外線領域に１つの吸収帯をもち、波長が６００〜６３
０ｎｍの可視光（赤色〜オレンジ色）を放出する陽極化
成層を得ることができる。更に、図１４にで示す範囲
内の条件でＳｉ基板を陽極化成処理すると、陽極化成層
はホトルミネッセンスを示さなくなる。In the method of the present invention, a photoelectric conversion element is formed on the first surface side of the Si semiconductor substrate, and then a region corresponding to the photoelectric conversion element on the second surface of the Si semiconductor substrate is anodized. Processing to form a photoluminescent porous Si region. The inventors of the present application have obtained, as a result of various experimental studies, that when anodizing a Si substrate, the anodizing layer exhibits photoluminescence characteristics by appropriately controlling the processing conditions. FIG. 14 is a graph showing the processing conditions when the anodized layer exhibits photoluminescence characteristics, with the horizontal axis representing the current density during the anodizing treatment and the vertical axis representing the HF concentration. For example, a Si substrate having a crystal orientation of (100) is subjected to conditions (HF concentration of 20 to 50% by volume, current density of 1 to 10 m) within the range shown in FIG.
A / cm 2 , at a processing temperature of 10 ± 0.5 ° C.), the peak sensitivity of the two incident lights (2
30 nm and 310 nm), and the wavelength is 590-60.
An anodized layer that emits 0 nm visible light (red) can be obtained. It is considered that the reason why there are two peak sensitivities of the incident light is that the pore diameter of the porous layer is made uniform. When the pore diameter of the porous layer becomes smaller, the peak wavelength of the incident light shifts to the shorter wavelength side. Further, the conditions (HF concentration of several to 30% by volume, current density of 1 to 70%) in the range shown in FIG.
When the Si substrate is subjected to anodization at 0 mA / cm 2 at a processing temperature of 10 ± 0.5 ° C., it has one absorption band in an ultraviolet region having a wavelength of 230 to 300 nm and a wavelength of 600 to 63.
An anodized layer emitting 0 nm visible light (red to orange) can be obtained. Further, when the Si substrate is subjected to anodization under the conditions shown in FIG. 14, the anodized layer does not show photoluminescence.
【００１１】図１５（ａ），（ｂ）は、夫々図１４に
，で示す範囲内の条件で形成された陽極化成層の紫
外線吸収特性の一例を示すグラフ図である。また。図１
６（ａ），（ｂ）は、夫々図１４に，で示す範囲内
の条件で形成された陽極化成層から放出される光の波長
と強度との関係の一例を示すグラフ図である。FIGS. 15A and 15B are graphs each showing an example of the ultraviolet absorption characteristics of the anodized layer formed under the conditions shown in FIG. Also. FIG.
FIGS. 6A and 6B are graphs each showing an example of the relationship between the wavelength and the intensity of light emitted from the anodized layer formed under the conditions shown in FIG.
【００１２】このように、陽極化成処理により形成した
多孔質Ｓｉから出力される光の半値巾（ＦＷＨＭ）は、
約６５〜８５ｎｍ（図１４のに示す範囲内の条件で形
成した多孔質Ｓｉの場合）及び約９０〜１３０ｎｍ（図
１４のに示す範囲内の条件で形成した場合）となる。
特に、図１４のに示す範囲内の条件で形成した多孔質
Ｓｉは、従来方法により形成された多孔質Ｓｉから出力
される光の半値巾に比して幅が狭いという特長がある。
図１４のに示す範囲内の条件で形成した多孔質Ｓｉは
紫外線に対する感度が図１４のに示す範囲内の条件で
形成した多孔質Ｓｉに比して高いが、用途に応じていず
れか一方の条件で陽極化成処理を行なえばよい。As described above, the full width at half maximum (FWHM) of the light output from the porous Si formed by the anodizing treatment is:
It is about 65 to 85 nm (in the case of porous Si formed under the conditions shown in FIG. 14) and about 90 to 130 nm (when it is formed under the conditions shown in FIG. 14).
In particular, the porous Si formed under the conditions shown in FIG. 14 has a feature that the width is narrower than the half width of the light output from the porous Si formed by the conventional method.
The porous Si formed under the conditions shown in FIG. 14 has higher sensitivity to ultraviolet light than the porous Si formed under the conditions shown in FIG. 14, but depending on the application, either one of them may be used. Anodizing treatment may be performed under the conditions.
【００１３】本発明方法においては、陽極化成処理を除
けば通常のＩＣ（集積回路）の製造工程と略同様の工程
で紫外線検知素子を形成するため、紫外線検知素子と信
号処理回路とを同一の半導体チップに形成することがで
きる。In the method of the present invention, since the ultraviolet detecting element is formed in a process substantially similar to a normal IC (integrated circuit) manufacturing process except for anodizing treatment, the ultraviolet detecting element and the signal processing circuit are the same. It can be formed on a semiconductor chip.
【００１４】なお、例えば、基板に凹部を形成しこの凹
部の底面に多孔質Ｓｉ領域を形成すると、多孔質Ｓｉ領
域と光電変換素子との間の距離を短くすることができ
て、紫外線検出感度をより一層向上させることができ
る。[0014] For example, if a concave portion is formed in the substrate and a porous Si region is formed on the bottom surface of the concave portion, the distance between the porous Si region and the photoelectric conversion element can be shortened, and the ultraviolet detection sensitivity can be reduced. Can be further improved.
【００１５】[0015]
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
【００１６】図１は本発明の実施例に係る紫外線検知装
置を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an ultraviolet detector according to an embodiment of the present invention.
【００１７】ｐ型Ｓｉ基板１上にはｎ型エピタキシャル
層２が形成されており、このエピタキシャル層２の所定
領域には、ホウ素（Ｂ）を拡散して形成されたｐ型不純
物領域４が設けられいる。また、エピタキシャル層２上
にはＳｉＯ2 膜３が形成されている。Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ
からなる金属電極６は、このＳｉＯ2 膜３に選択的に設
けられた開口部及びコンタクト孔を埋め込みＳｉＯ2 膜
３上に延出して形成されており、ｐ型不純物拡散領域４
及びエピタキシャル層２に電気的に接続されている。An n-type epitaxial layer 2 is formed on a p-type Si substrate 1. A p-type impurity region 4 formed by diffusing boron (B) is provided in a predetermined region of the epitaxial layer 2. Have been. An SiO 2 film 3 is formed on the epitaxial layer 2. Ti-Pt-Au
Metal electrode 6 made of, this SiO 2 film 3 is formed by extending a selectively provided openings and the contact hole buried on the SiO 2 film 3, p-type impurity diffusion region 4
And is electrically connected to the epitaxial layer 2.
【００１８】ｐ型不純物拡散領域４とエピタキシャル層
２とはｐ−ｎ接合により光感受性を有するＰＮホトダイ
オードを構成している。金属電極６は、このＰＮホトダ
イオードの電極である。The p-type impurity diffusion region 4 and the epitaxial layer 2 constitute a PN photodiode having photosensitivity by a pn junction. The metal electrode 6 is an electrode of this PN photodiode.
【００１９】一方、基板１の裏面側にはＳｉ3 Ｎ4 膜５
が形成されている。そして、ｐ型不純物拡散領域４に対
応する部分のＳｉ3 Ｎ4 膜５は除去され、基板１に凹部
が設けられている。この凹部の側面及び底面（上面）に
は、基板１を陽極化成処理して形成した多孔質Ｓｉ領域
７が設けられている。On the other hand, a Si 3 N 4 film 5
Are formed. Then, a portion of the Si 3 N 4 film 5 corresponding to the p-type impurity diffusion region 4 is removed, and a recess is provided in the substrate 1. A porous Si region 7 formed by anodizing the substrate 1 is provided on a side surface and a bottom surface (upper surface) of the concave portion.
【００２０】この多孔質Ｓｉ領域７は、紫外線を受光す
るとホトルミネッセンスにより可視光を出力する。この
多孔質Ｓｉ領域７から出力された可視光は、上述のＰＮ
ホトダイオードに受光され、電気信号に変換される。When the porous Si region 7 receives ultraviolet light, it emits visible light by photoluminescence. The visible light output from the porous Si region 7 is
The light is received by the photodiode and converted into an electric signal.
【００２１】多孔質Ｓｉ領域７は陽極化成処理時の処理
条件により紫外線に対する感度が変化するが、処理条件
を適正に制御することにより良好な感度を得ることがで
きる。また、本実施例においては、多孔質Ｓｉ領域７が
ホトダイオードに対向して形成されているため、多孔質
Ｓｉ領域７から出力された可視光を高効率で検出するこ
とができる。従って、本実施例に係る紫外線検知装置
は、良好な感度で紫外線を検出することができる。Although the sensitivity of the porous Si region 7 to ultraviolet light changes depending on the processing conditions during the anodizing treatment, good sensitivity can be obtained by appropriately controlling the processing conditions. Further, in this embodiment, since the porous Si region 7 is formed so as to face the photodiode, the visible light output from the porous Si region 7 can be detected with high efficiency. Therefore, the ultraviolet ray detection device according to the present embodiment can detect ultraviolet rays with good sensitivity.
【００２２】図２乃至図１１は本実施例に係る紫外線検
知装置の製造方法を工程順に示す断面図である。2 to 11 are sectional views showing a method of manufacturing the ultraviolet detecting device according to the present embodiment in the order of steps.
【００２３】先ず、材料として、図２に示すように、結
晶方位が（１００）、電気抵抗率が２乃至６Ω・ｃｍの
ｐ型Ｓｉ基板１（非縮退基板）を用意する。なお、縮退
とは、基板の不純物濃度が濃く比抵抗にして０．０１Ω
・ｃｍ以下の状態であり、帯理論的には導電帯と充電帯
とが重なっており禁止帯が存在しない状態をいう。First, as shown in FIG. 2, a p-type Si substrate 1 (non-degenerate substrate) having a crystal orientation of (100) and an electrical resistivity of 2 to 6 Ω · cm is prepared as shown in FIG. The degeneracy means that the impurity concentration of the substrate is high and the specific resistance is 0.01 Ω.
Cm or less, theoretically a state in which the conductive band and the charging band overlap and there is no forbidden band.
【００２４】次に、図３に示すように、基板１上にｎ型
エピタキシャル層２を約５μｍの厚さに形成する。その
後、図４に示すようにエピタキシャル層２上にＳｉＯ2
膜３を形成した後、このＳｉＯ2 膜３を選択的に除去し
て開口部３ａを形成する。そして、図５に示すように、
この開口部３ａからエピタキシャル層２の表面にホウ素
を導入し拡散させて、ｐ型不純物拡散領域４を形成す
る。Next, as shown in FIG. 3, an n-type epitaxial layer 2 is formed on the substrate 1 to a thickness of about 5 μm. Thereafter, SiO 2 on the epitaxial layer 2 as shown in FIG. 4
After the formation of the film 3, the SiO 2 film 3 is selectively removed to form an opening 3a. And as shown in FIG.
Boron is introduced from the opening 3a to the surface of the epitaxial layer 2 and diffused to form a p-type impurity diffusion region 4.
【００２５】次に、図６に示すように、基板１の裏面側
にＳｉ3 Ｎ4 膜を形成する。その後、図７に示すよう
に、基板表面側のＳｉＯ2 膜３にコンタクト孔３ｂを形
成する。Next, as shown in FIG. 6, a Si 3 N 4 film is formed on the back surface of the substrate 1. Thereafter, as shown in FIG. 7, a contact hole 3b is formed in the SiO 2 film 3 on the substrate surface side.
【００２６】次に、図８に示すように、基板１の表面上
にＴｉ−Ｐｔ−Ａｕからなる金属膜６ａを形成し、図９
に示すように、この金属膜６ａをパターニングして金属
電極６を得る。Next, as shown in FIG. 8, a metal film 6a made of Ti—Pt—Au is formed on the surface of the substrate 1, and FIG.
The metal film 6a is patterned to obtain a metal electrode 6, as shown in FIG.
【００２７】次に、図１０に示すように、ｐ型不純物拡
散領域４に対応する部分の基板裏面側のＳｉ3 Ｎ4 膜５
を選択的に開口して、開口部５ａを形成する。その後、
図１１に示すように、異方性エッチングを施して、凹部
１ａを形成する。Next, as shown in FIG. 10, the Si 3 N 4 film 5 on the back surface of the substrate corresponding to the p-type impurity diffusion region 4 is formed.
Is selectively opened to form an opening 5a. afterwards,
As shown in FIG. 11, the recess 1a is formed by performing anisotropic etching.
【００２８】次いで、濃度が５０体積％のＨＦ液を処理
液とし、液温が１０±０．５℃、電流密度が１ｍＡ／ｃ
ｍ2 、電荷量が１２００Ｃ（クーロン）の条件で凹部１
ａの面を陽極化成処理する。そして、図１に示すよう
に、凹部１ａの底面（上面）からエピタキシャル層２に
到達する多孔質Ｓｉ領域を形成する。これにより、本実
施例に係る紫外線検知装置が完成する。なお、陽極化成
処理時には、アルカリ性電解液としてＮＨ4 ＯＨ等を使
用してもよい。Next, an HF solution having a concentration of 50% by volume was used as a processing solution, the solution temperature was 10 ± 0.5 ° C., and the current density was 1 mA / c.
m 2 , the amount of charge is 1200 C (coulomb)
The surface a is anodized. Then, as shown in FIG. 1, a porous Si region reaching the epitaxial layer 2 from the bottom surface (upper surface) of the concave portion 1a is formed. Thereby, the ultraviolet ray detecting device according to the present embodiment is completed. During the anodizing treatment, NH 4 OH or the like may be used as the alkaline electrolyte.
【００２９】多孔質Ｓｉ領域７は、その孔径及び酸化状
態を制御することにより、深さ方向に発光強度を制御す
ることができる。多孔質Ｓｉ領域７の深い部分（即ち、
ホトダイオードに近い部分）における発光強度が高くな
るように多孔質Ｓｉ領域７の孔径及び酸化状態を制御す
ることにより、多孔質Ｓｉ領域７から出力される光をホ
トダイオードで検出するときの感度を向上できる。ま
た、図１４ので示す範囲内の条件で陽極化成処理を行
なうことにより、多孔質Ｓｉ領域は紫外線領域に２つの
ピーク感度をもつようになり、紫外線に対する良好な感
度を得ることができる。The emission intensity of the porous Si region 7 can be controlled in the depth direction by controlling the pore size and the oxidation state. Deep portion of the porous Si region 7 (that is,
By controlling the pore size and the oxidation state of the porous Si region 7 so that the light emission intensity in the portion (close to the photodiode) is increased, the sensitivity when the light output from the porous Si region 7 is detected by the photodiode can be improved. . Further, by performing the anodizing treatment under the conditions shown in FIG. 14, the porous Si region has two peak sensitivities in the ultraviolet region, and good sensitivity to ultraviolet light can be obtained.
【００３０】本実施例方法によれば、Ｓｉ基板への不純
物の導入及びエピタキシャル層の形成等、通常のＩＣ製
造工程と略同様の工程を経て紫外線検知装置を製造す
る。つまり、本実施例方法によれば、紫外線検知素子と
この紫外線検知素子から出力される信号を処理する回路
とを同一半導体チップに形成することができる。According to the method of this embodiment, an ultraviolet detecting device is manufactured through substantially the same steps as those of a normal IC manufacturing process, such as introduction of impurities into an Si substrate and formation of an epitaxial layer. That is, according to the method of the present embodiment, the ultraviolet detecting element and the circuit for processing the signal output from the ultraviolet detecting element can be formed on the same semiconductor chip.
【００３１】なお、可視光検知には、一般的に、図１２
（ａ）に示すｐ−ｎ接合により光を検知するＰＮダイオ
ード、図１２（ｂ）に示すｐ−ｉ（真性半導体）−ｎ接
合により光を検知するＰＩＮダイオード、図１２
（ｃ），（ｄ）に夫々示す電子なだれ現象（アバランシ
ェ現象）を利用して光を検知するアバランシェダイオー
ド及びリーチスルーアバランシェダイオード等が使用さ
れている。上述の実施例においては、ＰＮホトダイオー
ドにより多孔質Ｓｉ領域から出力される光を電気信号に
変換する場合について説明したが、本発明に係る紫外線
検知装置の光電変換素子としては、ＰＩＮダイオード、
アバランシェダイオード及びリーチスルーアバランシェ
ダイオード等であってもよいことは勿論である。In general, visible light detection is generally performed by using the method shown in FIG.
FIG. 12A shows a PN diode for detecting light with a pn junction, FIG. 12B shows a PIN diode for detecting light with a pi (intrinsic semiconductor) -n junction, and FIG.
An avalanche diode, a reach-through avalanche diode, and the like, which detect light by utilizing an avalanche phenomenon (avalanche phenomenon) shown in FIGS. In the above embodiment, the case where the light output from the porous Si region is converted into an electric signal by the PN photodiode has been described. However, as the photoelectric conversion element of the ultraviolet detecting device according to the present invention, a PIN diode,
Of course, an avalanche diode and a reach-through avalanche diode may be used.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る紫外線
検出装置は、Ｓｉ半導体基板の第１の面側に形成された
光電変換素子と、前記Ｓｉ半導体基板の第２の面の前記
光電変換素子に対応する領域を陽極化成処理して形成さ
れ紫外線を吸収するとホトルミネッセンスにより発光す
る多孔質Ｓｉ領域とを備えているから、紫外線を高感度
で検出できる。また、本発明に係る紫外線検出装置は、
信号処理回路と共に同一の半導体チップに形成すること
が可能であり、装置全体の小型化及び製品コストの低減
を達成できる。As described above, according to the ultraviolet detecting apparatus of the present invention, the photoelectric conversion element formed on the first surface side of the Si semiconductor substrate and the photoelectric conversion element on the second surface of the Si semiconductor substrate are provided. Since a region corresponding to the element is formed by anodizing and is provided with a porous Si region which emits light by photoluminescence when absorbing ultraviolet light, the ultraviolet light can be detected with high sensitivity. Further, the ultraviolet detection device according to the present invention,
Since it can be formed on the same semiconductor chip together with the signal processing circuit, it is possible to achieve a reduction in size of the entire device and a reduction in product cost.
【００３３】一方、本発明方法においては、Ｓｉ基板の
第１の面側にホトダイオード等の光電変換素子を形成
し、前記Ｓｉ基板の前記第１の面に対向する第２の面の
前記光電変換素子に対応する領域を陽極化成処理して多
孔質Ｓｉ領域を形成するから、同一半導体チップに紫外
線を検知する素子と信号処理回路とを形成することがで
きる。また、陽極化成処理時の処理条件を制御すること
により、前記多孔質Ｓｉ領域の紫外線に対する感度特性
を制御することができる。On the other hand, in the method of the present invention, a photoelectric conversion element such as a photodiode is formed on the first surface side of the Si substrate, and the photoelectric conversion element on the second surface of the Si substrate opposed to the first surface is formed. Since the region corresponding to the element is anodized to form the porous Si region, an element for detecting ultraviolet rays and a signal processing circuit can be formed on the same semiconductor chip. Further, by controlling the processing conditions at the time of the anodizing treatment, the sensitivity characteristic of the porous Si region to ultraviolet rays can be controlled.
【図１】本発明の実施例に係る紫外線検知装置を示す断
面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an ultraviolet detecting device according to an embodiment of the present invention.
【図２】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method.
【図３】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method.
【図４】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。FIG. 4 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method.
【図５】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。FIG. 5 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method.
【図６】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。FIG. 6 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method.
【図７】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。FIG. 7 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method.
【図８】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。FIG. 8 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method.
【図９】同じくその製造方法の一工程を示す断面図であ
る。FIG. 9 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method.
【図１０】同じくその製造方法の一工程を示す断面図で
ある。FIG. 10 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method.
【図１１】同じくその製造方法の一工程を示す断面図で
ある。FIG. 11 is a cross-sectional view showing one step of the manufacturing method.
【図１２】（ａ）乃至（ｄ）はいずれも光電変換素子を
示す断面図である。FIGS. 12A to 12D are cross-sectional views each showing a photoelectric conversion element.
【図１３】各種紫外光電面の分光感度特性及び窓材の透
過特性の一例を示すグラフ図である。FIG. 13 is a graph showing an example of spectral sensitivity characteristics of various ultraviolet photoelectric surfaces and transmission characteristics of window materials.
【図１４】ホトルミネッセンスを示す陽極化成層を得る
ことができる陽極化成処理時の処理条件を示すグラフ図
である。FIG. 14 is a graph showing processing conditions at the time of anodizing treatment capable of obtaining an anodizing layer exhibiting photoluminescence.
【図１５】（ａ），（ｂ）は夫々図１４に，で示す
範囲内の条件で形成された陽極化成層の紫外線吸収特性
の一例を示すグラフ図である。FIGS. 15 (a) and (b) are graphs each showing an example of the ultraviolet absorption characteristics of the anodized layer formed under the conditions shown in FIG. 14;
【図１６】（ａ），（ｂ）は夫々図１４に，で示す
範囲内の条件で形成された陽極化成層から放出される光
の波長と強度との関係の一例を示すグラフ図である。FIGS. 16 (a) and (b) are graphs each showing an example of the relationship between the wavelength and the intensity of light emitted from the anodized layer formed under the conditions shown in FIG. .
１；Ｓｉ基板 ２；エピタキシャル層 ３；ＳｉＯ2 膜 ４；ｐ型不純物拡散領域 ５；Ｓｉ3 Ｎ4 膜 ６；金属電極 ７；多孔質Ｓｉ領域DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Si substrate 2; Epitaxial layer 3; SiO 2 film 4; p-type impurity diffusion region 5; Si 3 N 4 film 6; metal electrode 7;
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/00 H01L 31/06 H01L 31/08 H01L 27/14 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)Continuation of the front page (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 31/00 H01L 31/06 H01L 31/08 H01L 27/14 JICST file (JOIS)
Claims (4)
た光電変換素子と、前記Ｓｉ半導体基板の前記第１の面
に対向する第２の面の前記光電変換素子に対応する領域
を選択的に陽極化成処理して形成され紫外線を受光する
とホトルミネッセンスにより発光する多孔質Ｓｉ領域と
を有することを特徴とする紫外線検知装置。1. A photoelectric conversion element formed on a first surface side of a Si semiconductor substrate, and a region corresponding to the photoelectric conversion element on a second surface of the Si semiconductor substrate opposed to the first surface. An ultraviolet detector comprising: a porous Si region formed by selectively anodizing and emitting light by photoluminescence when receiving ultraviolet light.
素子を形成する工程と、前記Ｓｉ半導体基板の前記第１
の面に対向する第２の面の前記光電変換素子に対応する
領域を陽極化成処理して多孔質Ｓｉ領域を形成する工程
とを有することを特徴とする紫外線検知装置の製造方
法。2. A step of forming a photoelectric conversion element on a first surface side of a Si semiconductor substrate;
Forming a porous Si region by anodizing a region corresponding to the photoelectric conversion element on a second surface opposite to the surface.
向する面の前記光電変換素子に対応する領域に凹部を形
成し、この凹部底面を前記第２の面として前記多孔質Ｓ
ｉ領域を形成することを特徴とする請求項２に記載の紫
外線検知装置の製造方法。3. A recess is formed in a region corresponding to the photoelectric conversion element on a surface of the Si semiconductor substrate opposite to the first surface, and the bottom surface of the recess is used as the second surface to form the porous S.
The method according to claim 2, wherein an i-region is formed.
０体積％のＨＦ液を処理液とし、処理温度が１０±０．
５℃、電流密度が１乃至１０ｍＡ／ｃｍ 2 の条件で実施
することを特徴とする請求項２又は３に記載の紫外線検
知装置の製造方法。4. The anodizing treatment according to claim 1, wherein the concentration is 20 to 5.
A HF solution of 0% by volume was used as a treatment liquid, and the treatment temperature was 10 ± 0.
The method according to claim 2, wherein the method is performed at 5 ° C. and a current density of 1 to 10 mA / cm 2 .
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- 1992-11-26 JP JP4317402A patent/JP2860028B2/en not_active Expired - Fee Related
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