JPH0888394A - Photoelectric conversion semiconductor device and its manufacture - Google Patents
Photoelectric conversion semiconductor device and its manufactureInfo
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- JPH0888394A JPH0888394A JP6225420A JP22542094A JPH0888394A JP H0888394 A JPH0888394 A JP H0888394A JP 6225420 A JP6225420 A JP 6225420A JP 22542094 A JP22542094 A JP 22542094A JP H0888394 A JPH0888394 A JP H0888394A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光電変換半導体装置とそ
の製造方法および応用に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric conversion semiconductor device, its manufacturing method and its application.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、このような分野の半導体装置とし
ては、図１５に模式的断面図として図示するように、第
１導電型半導体基板たるＮ- 型半導体基板１に第２導電
型半導体不純物領域たるＰ+ 型不純物領域２を持つもの
が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a semiconductor device in such a field, as shown in FIG. 15 as a schematic cross-sectional view, a second conductivity type semiconductor impurity is added to an N -- type semiconductor substrate 1 which is a first conductivity type semiconductor substrate. A device having a P + type impurity region 2 which is a region is known.
【０００３】Ｎ- 型半導体基板１の不純物濃度が１×１
０12ａｔｍｓ／ｃｍ3 から１×１０ 13ａｔｍｓ／ｃｍ3
（以降濃度と言う場合ａｔｍｓ／ｃｍ3 は略する、また
１×１０12を１Ｅ１２の様に表示する）程度のものをさ
してイントリンシック（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ、真性半導
体）のｉをとってＰＩＮと称されるものである。N- Type semiconductor substrate 1 has an impurity concentration of 1 × 1
012atms / cm3 From 1 × 10 13atms / cm3
(Hereafter, when we call density, atms / cm3 Omit
1 × 1012Is displayed like 1E12).
And then intrinsic (intrinsic)
It is called PIN by taking i of the body).
【０００４】ここでＮ- 、Ｎ+ 、Ｐ+ などはそれぞれの
導電型不純物においてＮあるいはＰより−は不純物濃度
が低いことを、＋は高いことを意味している。Ｐ+ 型不
純物領域２にはアノード電極６が形成されカソード電極
７としては図示するようにＰ+ 型不純物領域２と同一の
面に形成されたチャンネルストッパーとなるＮ+ 型不純
物領域４で取ってもかまわずこの様子を図１６に模式平
面図を示すが、このような従来のＰＩＮダイオードはフ
ォトダイオードとして利用する場合カソード電極７で覆
われた部分を除くＰ+ 型不純物領域が受光面となる。[0004] Here N -, N +, P +, etc. from N or P in each of the conductive impurities - is a lower impurity concentration, + is meant high. An anode electrode 6 is formed in the P + -type impurity region 2, and a cathode electrode 7 is taken as an N + -type impurity region 4 serving as a channel stopper formed on the same surface as the P + -type impurity region 2 as shown in the figure. Regardless of this, FIG. 16 is a schematic plan view showing this state. When such a conventional PIN diode is used as a photodiode, the P + -type impurity region except the portion covered with the cathode electrode 7 becomes the light receiving surface. .
【０００５】ｉ層は不純物濃度が低くまた厚さとしては
数１０から数１００μｍであり、ＰＮ接合に逆バイアス
を加えた時の空乏層の伸びが大きく、検出する光や放射
線のエネルギーの範囲が大きく取れることや、比較的大
きなバイアスを加えることができき、その時の接合容量
が少ないという点から高速応答に適しており広く使われ
ている。The i layer has a low impurity concentration and a thickness of several tens to several hundreds of μm, the depletion layer expands greatly when a reverse bias is applied to the PN junction, and the energy range of light and radiation to be detected is limited. It is widely used because it is suitable for high-speed response because it can be made large and a relatively large bias can be applied, and the junction capacitance at that time is small.
【０００６】このＰＩＮダイオードを光検出に利用する
場合すなわちＰＩＮフォトダイオードは入射してくる光
や放射線により空乏層で生成した電子正孔対が主に信号
電流として検出されこととなる。Ｐ+ 型不純物領域側か
ら入射させた場合、例えば波長５００ｎｍ以下のような
短波長では、Ｐ+ 型不純物領域は大部分入射線を吸収す
るが信号電流の生成には寄与せず光電変換の量子効率を
下げるため、この厚みは大きな問題とる。When this PIN diode is used for light detection, that is, in the PIN photodiode, electron-hole pairs generated in the depletion layer by incident light or radiation are mainly detected as a signal current. When the light is made incident from the P + -type impurity region side, for example, at a short wavelength of 500 nm or less, the P + -type impurity region mostly absorbs the incident line but does not contribute to the generation of the signal current and does not contribute to the quantum of photoelectric conversion. This thickness is a major problem because it reduces efficiency.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来のＰＩＮフォトダ
イオードは前述してきたような構造を取っていため短波
長側の感度が低いという問題点があった。Since the conventional PIN photodiode has the structure as described above, it has a problem of low sensitivity on the short wavelength side.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明では以下の手段を取った。第１の手段として基板
面に垂直方向に延びて形成された空乏層と基板面に平行
に延びて形成された空乏層を光の検出に利用する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention takes the following means. As a first means, a depletion layer formed to extend in the direction perpendicular to the substrate surface and a depletion layer formed to extend in parallel to the substrate surface are used for light detection.
【０００９】第２の手段として光検出ための受光面をＮ
- 型シリコン半導体基板のＮ- 型領域とＰ+ 型不純物領
域により構成する。第３の手段として、シリコン半導体
基板のＰ+ 型不純物領域を形成する面の表面部分の比抵
抗が基板の他の部分より大きくする。As a second means, a light receiving surface for detecting light is set to N.
It is composed of an N − type region and a P + type impurity region of a − type silicon semiconductor substrate. As a third means, the specific resistance of the surface portion of the surface of the silicon semiconductor substrate on which the P + type impurity region is formed is made larger than that of the other portions of the substrate.
【００１０】第４の手段としてＰ+ 型不純物領域形成の
工程において、半導体基板表面の自然酸化膜を除去し化
学的に活性な表面を露出させる工程と、この活性な表面
にガス状のボロン元素を含む化合物を供給し、ボロン元
素あるいはボロン化合物層を形成する工程と、この層を
不純物拡散源とした固相拡散及び不純物の活性化を行う
工程とから成る製造方法を取る。As a fourth means, in the step of forming the P + -type impurity region, a step of removing a natural oxide film on the surface of the semiconductor substrate to expose a chemically active surface, and a gaseous boron element on the active surface. And a step of forming a boron element or boron compound layer and performing solid phase diffusion and impurity activation using this layer as an impurity diffusion source.
【００１１】第５の手段として面方位（１００）のシリ
コン半導体基板を使用する。第６の手段として第６の手
段に加えてＰ+ 型不純物領域をイオン注入で形成する。
第７の手段として半導体基板の比抵抗を１ｋΩ・ｃｍ以
上とする。As a fifth means, a silicon semiconductor substrate having a plane orientation (100) is used. As a sixth means, in addition to the sixth means, a P + type impurity region is formed by ion implantation.
As a seventh means, the specific resistance of the semiconductor substrate is set to 1 kΩ · cm or more.
【００１２】第８の手段として支持基板上に絶縁膜を介
して形成されたシリコン半導体基板を使用する。第９の
手段としてアノード電極として透明導電膜を使用する。
第１０の手段としてシンチレータまたは蛍光体と光電変
換素子をもつ放射線検出器において、光電変換素子とし
て基板面に垂直方向に延びて形成された空乏層と基板面
に平行に延びて形成された空乏層を光の検出に利用する
光電変換半導体を使用する。As an eighth means, a silicon semiconductor substrate formed on a supporting substrate with an insulating film interposed is used. As a ninth means, a transparent conductive film is used as the anode electrode.
As a tenth means, in a radiation detector having a scintillator or a phosphor and a photoelectric conversion element, a depletion layer formed as a photoelectric conversion element extending in a direction perpendicular to the substrate surface and a depletion layer formed in parallel with the substrate surface. A photoelectric conversion semiconductor is used to detect light.
【００１３】第１１の手段としてシンチレータまたは蛍
光体と光電変換素子をもつ放射線検出器において、光電
変換素子として光検出ための受光面が第１導電型不純物
領域と第２導電型不純物領域とよりなることを特徴とす
る光電変換半導体を使用する。In a radiation detector having a scintillator or a phosphor and a photoelectric conversion element as an eleventh means, a light receiving surface for detecting light as a photoelectric conversion element comprises a first conductivity type impurity region and a second conductivity type impurity region. A photoelectric conversion semiconductor characterized by the above is used.
【００１４】[0014]
【作用】前記、手段を取ることで以下の作用が得られ
る。第１の手段により信号電流の生成には寄与しないＰ
+ 型不純物領域が表面にない基板面に平行に延びて形成
された空乏層を光の検出に利用することで短波長での量
子効率の向上が図れる。The following actions can be obtained by taking the above means. P that does not contribute to the generation of the signal current by the first means
The quantum efficiency at short wavelength can be improved by utilizing the depletion layer formed by extending in parallel to the substrate surface where the + type impurity region does not exist on the surface for detecting light.
【００１５】第２の手段によりＮ- 型シリコン半導体部
分が信号電流の生成には寄与しないＰ+ 型不純物領域が
表面にない基板面に平行に延びて形成される空乏層形成
部となる。第３の手段によりに低電圧で基板面に平行に
空乏層を延ばすことができ、Ｐ+型不純物領域の面積を
少なくできる。It becomes a depletion layer forming unit type silicon semiconductor portion P + -type impurity region which does not contribute to the generation of the signal current is formed to extend in parallel to the substrate surface without the surface and - [0015] N by the second means. By the third means, the depletion layer can be extended in parallel with the substrate surface at a low voltage, and the area of the P + -type impurity region can be reduced.
【００１６】第４の手段によりプロセスによる基板表面
の比抵抗の低下が避けられる。第５、６の手段によりＰ
+ 型不純物領域の拡散層を深くしてＰ+ 型不純物領域へ
の入射光の短波長の量子効率の向上が図れる。第７の手
段により比較的低電圧で基板面に平行方向に空乏層を延
ばすことができる。By the fourth means, it is possible to avoid a decrease in the specific resistance of the substrate surface due to the process. P by the fifth and sixth means
The diffusion layer in the + type impurity region can be deepened to improve the quantum efficiency of the incident light on the P + type impurity region at a short wavelength. By the seventh means, the depletion layer can be extended in the direction parallel to the substrate surface with a relatively low voltage.
【００１７】第８の手段によりシリコン半導体基板がう
すくても製造が容易となる。第９の手段によりアノード
電極として不透明なＡｌなどの金属電極を使用した場合
にしょうずる有効受光面の減少あるいは分光感度の不均
一などを低減できる。The eighth means facilitates manufacturing even if the silicon semiconductor substrate is thin. By means of the ninth means, it is possible to reduce the reduction of the effective light-receiving surface or the nonuniformity of the spectral sensitivity when an opaque metal electrode such as Al is used as the anode electrode.
【００１８】第１０、１１の手段により放射線検出器の
検出効率を向上できる。The tenth and eleventh means can improve the detection efficiency of the radiation detector.
【００１９】[0019]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明にかかる半導体装置の第１の
実施例のＰＩＮフォトダイオードを示す平面図である。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 is a plan view showing a PIN photodiode of a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
【００２０】Ｎ- 型半導体基板１に線状にＰ+ 型不純物
領域２が形成され周辺にはアノード電極６が形成されて
いる。さらにその外側にはカソード電極７が形成されて
いる。図２はＰ+ 型不純物領域２の部分的断面図であ
り、Ｎ- 型半導体基板１にＰ+型不純物領域２が形成さ
れそのうえには無反射膜となるように厚みを制御された
ＳｉＯ2 膜５が形成されている。A P + type impurity region 2 is linearly formed on the N − type semiconductor substrate 1, and an anode electrode 6 is formed on the periphery thereof. Further, the cathode electrode 7 is formed on the outer side thereof. Figure 2 is a partial cross-sectional view of a P + -type impurity region 2, N - -type semiconductor substrate 1 in the P + impurity region 2 is formed SiO 2 film on the terms of a controlled thickness such that the antireflection coating 5 is formed.
【００２１】図３はアノード電極６の部分的断面図であ
りＰ+ 型不純物領域１３にアノード電極６が形成されて
いる。図４はカソード電極７の部分的断面図でありチャ
ンネルストッパーとなるＮ+型不純物領域４にカソード
電極７が形成されている。このカソード電極はチャンネ
ルストッパーとなるＮ+ 型不純物領域４に形成しないで
裏面のＮ+ 型不純物領域３に形成してもよい。FIG. 3 is a partial sectional view of the anode electrode 6, in which the anode electrode 6 is formed in the P + type impurity region 13. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the cathode electrode 7, in which the cathode electrode 7 is formed in the N + type impurity region 4 serving as a channel stopper. This cathode electrode may be formed in the N + type impurity region 3 on the back surface instead of being formed in the N + type impurity region 4 serving as a channel stopper.
【００２２】このようなＰＩＮフォトダイオードは図５
に示すように逆電圧を印加することによりＰ+ 型不純物
領域２から基板のＮ- 型不純物領域９に空乏層８を形成
するが、この空乏層はＰ+ 型不純物領域２の直下に基板
に垂直方向に延びるとともに、図５のｆの部分で示すよ
うに基板に平行方向にも空乏層はひろがる。Such a PIN photodiode is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, a depletion layer 8 is formed from the P + -type impurity region 2 to the N − -type impurity region 9 of the substrate by applying a reverse voltage. This depletion layer is formed on the substrate immediately below the P + -type impurity region 2. While extending in the vertical direction, the depletion layer extends in the direction parallel to the substrate as shown in part f of FIG.
【００２３】このような構造の本発明のＰＩＮフォトダ
イオードは基板に平行方向にのびて形成されたＰ+ 型不
純物領域が表面に形成されていない空乏層も光の検出に
寄与することができ、しかもこの部分は光を吸収するだ
けで光電流の生成に寄与することのないＰ+ 型不純物領
域がないため短波長の感度が飛躍的に向上する。In the PIN photodiode of the present invention having such a structure, the depletion layer formed on the surface of the P + -type impurity region extending in the direction parallel to the substrate can also contribute to the detection of light. Moreover, this portion has no P + -type impurity region that only absorbs light and does not contribute to the generation of photocurrent, so that the sensitivity at short wavelength is dramatically improved.
【００２４】図６はＰＩＮフォトダイオードの短波長領
域の分光特性図であり、曲線３１は図１に示す本発明の
ＰＩＮフォトダイオードの分光特性曲線であり、曲線３
２は受光面が同面積の図２４に示す構造の従来ＰＩＮフ
ォトダイオードの分光特性曲線である。本発明のＰＩＮ
フォトダイオードの短波長感度がすぐれていることがわ
かる。FIG. 6 is a spectral characteristic diagram of the PIN photodiode in the short wavelength region, and a curve 31 is a spectral characteristic curve of the PIN photodiode of the present invention shown in FIG.
Reference numeral 2 denotes a spectral characteristic curve of the conventional PIN photodiode having the structure shown in FIG. 24 in which the light receiving surface has the same area. PIN of the present invention
It can be seen that the short wavelength sensitivity of the photodiode is excellent.
【００２５】図７は本発明による半導体装置の第２の実
施例のＰＩＮダイオードの部分断面図である。Ｐ+ 型不
純物領域１３上のアノード電極として透明導電膜１２が
使用されている。これによりアノード電極として不透明
なＡｌなどの金属電極を使用した場合に生ずる有効受光
面の減少あるいは分光感度の不均一などを低減でき、ま
たアノード電極の形成位置の自由度が向上し応答速度の
向上が図れ、更にＰ+型不純物領域２の形状もより良好
なものにできる。FIG. 7 is a partial sectional view of a PIN diode of the second embodiment of the semiconductor device according to the present invention. The transparent conductive film 12 is used as an anode electrode on the P + -type impurity region 13. As a result, it is possible to reduce the reduction of the effective light-receiving surface or the non-uniformity of the spectral sensitivity that occurs when an opaque metal electrode such as Al is used as the anode electrode, and the flexibility of the formation position of the anode electrode is improved and the response speed is improved. In addition, the shape of the P + -type impurity region 2 can be improved.
【００２６】透明導電膜としては錫を添加した酸化イン
ジウムいわゆるＩＴＯがあり、そのほかアルミニウム添
加酸化亜鉛（ＡＺＯ）などがある。図８から図１０に本
発明のＰＩＮフォトダイオードの別の実施例の半導体装
置の模式平面図を示す。As the transparent conductive film, there is indium oxide to which tin is added, so-called ITO, and also aluminum-added zinc oxide (AZO) and the like. 8 to 10 are schematic plan views of a semiconductor device of another embodiment of the PIN photodiode of the present invention.
【００２７】このような構造により受光面のＰ+ 型不純
物領域の少ない短波長感度の優れたＰＩＮフォトダイオ
ードが得られる。この場合Ｐ+ 型不純物領域の面積をで
きるだけ小さくして空乏層を基板面方向にのばすように
して使用するには比抵抗の大きい基板で数１０Ｖの高い
逆電圧を印加する必要がある。With such a structure, it is possible to obtain a PIN photodiode having a small P + -type impurity region on the light-receiving surface and excellent short wavelength sensitivity. In this case, in order to use the P + -type impurity region with the area as small as possible so as to extend the depletion layer in the substrate surface direction, it is necessary to apply a high reverse voltage of several tens of volts to a substrate having a large specific resistance.
【００２８】１００Ｖ以下の実用的逆電圧で空乏層を基
板面方向に数１０μｍ以上の実用的距離のばすには基板
の比抵抗は１ｋΩｃｍ以上必要である。更に高比抵抗た
とえば４ｋΩｃｍ以上では内蔵電位により低逆印加電圧
で基板面に平行に空乏層をのばすことが可能となる。The specific resistance of the substrate must be 1 kΩcm or more in order to extend the depletion layer to a practical distance of several tens of μm or more in the substrate surface direction at a practical reverse voltage of 100 V or less. Further, when the high specific resistance is, for example, 4 kΩcm or more, the built-in potential makes it possible to extend the depletion layer in parallel with the substrate surface with a low reverse applied voltage.
【００２９】またエピタキシャル成長などにより基板の
表面に特に比抵抗の大きい（不純物濃度の小さい）部分
を形成した基板を使用すれば平行方向に空乏層が延びや
すくなる。またＰ+ 型不純物領域形成においておいて、
半導体基板表面の自然酸化膜を除去し化学的に活性な表
面を露出させこの活性な表面にガス状のボロン元素を含
む化合物を供給し、ボロン元素あるいはボロン化合物層
を形成し、この層を不純物拡散源とした固相拡散及び不
純物の活性化を行う製造方法をとると比抵抗の大きいＮ
- 型半導体基板を使用してもプロセスの影響による比抵
抗の低下が避けられ空乏層が延びやすくなり、なおかつ
浅くてダメージの少ないＰ+ 型不純物領域が形成でき良
い結果が得られる。If a substrate having a particularly high specific resistance portion (low impurity concentration) is formed on the surface of the substrate by epitaxial growth or the like, the depletion layer easily extends in the parallel direction. In forming the P + -type impurity region,
A natural oxide film on the surface of a semiconductor substrate is removed to expose a chemically active surface, a compound containing a gaseous boron element is supplied to this active surface to form a boron element or boron compound layer, and this layer is used as an impurity. If a manufacturing method in which solid phase diffusion is used as a diffusion source and impurities are activated, N having a large specific resistance is obtained.
Even if a − type semiconductor substrate is used, a decrease in the specific resistance due to the influence of the process is avoided, the depletion layer is easily extended, and a shallow P + type impurity region with little damage can be formed, which gives good results.
【００３０】図１１（ａ）から（ｅ）はこのような本発
明にかかるＰ+ 型不純物領域形成のための製造工程を示
す断面図である。Ｎ- 型半導体基板１はバックグラウン
ド圧力が１０-4Ｐａ以下の真空チャンバーの中央部にセ
ットされ、基板温度が例えば８５０℃において水素ガス
を、例えばチャンバー内部の圧力が１．３×１０-2Ｐａ
になるような条件で一定時間導入する。これによってＮ
- 型半導体基板１上に形成されていた自然酸化膜５１が
除去され化学的に活性なシリコン表面が露出する［図１
１（ｂ）］。FIGS. 11A to 11E are sectional views showing a manufacturing process for forming such a P + -type impurity region according to the present invention. The N − type semiconductor substrate 1 is set in the center of a vacuum chamber having a background pressure of 10 −4 Pa or less, and hydrogen gas is added at a substrate temperature of 850 ° C., for example, the pressure inside the chamber is 1.3 × 10 −2. Pa
It is introduced for a certain period of time under the following conditions. By this N
The native oxide film 51 formed on the − type semiconductor substrate 1 is removed to expose the chemically active silicon surface [FIG.
1 (b)].
【００３１】次に活性表面に対しＢ2 Ｈ6 ガスなどのボ
ロンの化合物ガスを導入し、ボロンあるいはボロンシリ
サイドの膜を形成する。基板温度を例えば８２５℃に設
定し、その設定温度に到達後シリコン基板表面にボロン
を含む化合物であるジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を、例えばチ
ャンバー内の圧力が１．３×１０-2Ｐａとなるような条
件で一定時間導入することによって、前記ボロンシリサ
イド層５２を形成［図１１（ｃ）］する。Then, a compound gas of boron such as B 2 H 6 gas is introduced to the active surface to form a film of boron or boron silicide. The substrate temperature is set to, for example, 825 ° C., and after reaching the set temperature, diborane (B 2 H 6 ) which is a compound containing boron is added to the surface of the silicon substrate, for example, when the pressure in the chamber is 1.3 × 10 −2 Pa. The boron silicide layer 52 is formed [FIG. 11 (c)] by introducing the boron silicide layer for a certain period of time under such conditions.
【００３２】この工程では、Ｂ2 Ｈ6 ガスの導入圧力と
導入時間の積が４．３Ｐａ・ｓｅｃ以上となるようにガ
スを導入すると制御性の高いドーピングができる。Ｂ2
Ｈ6 ガス導入時の基板温度が３００℃から７００℃の場
合には、ボロンの膜が、７００℃以上ではボロンシリサ
イドの膜が形成される。In this step, if the gas is introduced so that the product of the introduction pressure of the B 2 H 6 gas and the introduction time is 4.3 Pa · sec or more, highly controllable doping can be performed. B 2
When the substrate temperature at the time of introducing H 6 gas is 300 ° C. to 700 ° C., a boron film is formed, and at 700 ° C. or higher, a boron silicide film is formed.
【００３３】ボロン膜、ボロンシリサイド膜ともに１０
ｎｍ以上形成すると、それらの拡散源から基板への拡散
は、拡散温度での固溶限で決まる表面濃度一定の拡散と
なり、均一で制御性の高いドーピングが可能になる。ま
た、ボロン膜の堆積は熱ＣＶＤであるが、ボロンシリサ
イドの形成はＢ2 Ｈ 6 ガス中のボロンとＳｉとの反応に
よるもので通常のＣＶＤとは異なる。Both the boron film and the boron silicide film are 10
If it is formed to a thickness of nm or more, diffusion from those diffusion sources to the substrate
Is a diffusion with a constant surface concentration determined by the solid solubility limit at the diffusion temperature.
Therefore, uniform and highly controllable doping becomes possible. Well
Moreover, the deposition of the boron film is performed by thermal CVD,
Id formation is B2 H 6 For reaction between boron and Si in gas
This is different from ordinary CVD.
【００３４】ボロンシリサイド膜はボロン膜より安定で
あり、ボロンシリサイド膜の方が、より制御性の高い拡
散をおこなえる。その後ジボランの導入を停止し、真空
中で８００℃から８５０℃で３０分程度のアニール行う
もしくはＲＴＡにて１０５０℃から１１００℃で５から
１０秒アニール行うことでＰ+型不純物領域２の形成と
同時に不純物原子の活性化が行われる［図１１
（ｄ）］。The boron silicide film is more stable than the boron film, and the boron silicide film can perform diffusion with higher controllability. Then, the introduction of diborane is stopped, and annealing is performed at 800 ° C. to 850 ° C. for about 30 minutes in vacuum or RTA is performed at 1050 ° C. to 1100 ° C. for 5 to 10 seconds to form the P + type impurity region 2. At the same time, the activation of impurity atoms is performed [Fig. 11
(D)].
【００３５】また面方位（１００）のシリコン半導体基
板の利用により他の面方位のシリコン基板に比べて分光
感度にすぐれたＰＩＮフォトダイオードが得られる。図
１２はイオン注入により面方位（１００）のシリコン半
導体基板と面方位（１１１）のシリコン半導体基板に図
１に平面図で示す本発明のＰＩＮフォトダイオードを形
成したときの分光特性図であり曲線６１が面方位（１０
０）のシリコン半導体基板の分光特性曲線であり、曲線
６２が面方位（１１１）のシリコン半導体基板の分光特
性曲線である。面方位（１００）半導体基板を使用した
ＰＩＮフォトダイオードの感度が優れていることがわか
る。Further, by using the silicon semiconductor substrate having the plane orientation (100), a PIN photodiode having a higher spectral sensitivity than silicon substrates having other plane orientations can be obtained. FIG. 12 is a spectral characteristic diagram when the PIN photodiode of the present invention shown in the plan view of FIG. 1 is formed on a silicon semiconductor substrate having a plane orientation (100) and a silicon semiconductor substrate having a plane orientation (111) by ion implantation. 61 is the plane orientation (10
0) is the spectral characteristic curve of the silicon semiconductor substrate, and curve 62 is the spectral characteristic curve of the silicon semiconductor substrate having the plane orientation (111). It can be seen that the PIN photodiode using the plane orientation (100) semiconductor substrate has excellent sensitivity.
【００３６】（１００）半導体基板を使用することによ
りＰ+ 型不純物領域を浅く形成しなくとも優れた分光特
性のＰＩＮフォトダイオードがえられ、深いＰ+ 型不純
物領域は基板の面平行方向に空乏層を延ばすうえで好ま
しい。（１００）半導体基板の使用は浅いＰ+ 型不純物
領域の形成が困難なイオン注入に特に向いている。By using the (100) semiconductor substrate, a PIN photodiode having excellent spectral characteristics can be obtained without forming the P + -type impurity region shallow, and the deep P + -type impurity region is depleted in the direction parallel to the plane of the substrate. It is preferable in extending the layer. The use of a (100) semiconductor substrate is particularly suitable for ion implantation in which it is difficult to form a shallow P + -type impurity region.
【００３７】Ｂは原子番号が小さくまた拡散しやすいた
め浅い接合を形成しにくく、従って短波長光はＰ+ 型不
純物領域で吸収され短波長感度の向上は困難であるが、
このようなイオン注入に本発明は有効である。基板厚
み、正確にはＮ- 型不純物領域が厚い場合は基板厚み方
向の空乏層が深く延び、暗電流が増加しかえって分解能
が低下するのでＮ- 型不純物領域は薄いほうがよい。Since B has a small atomic number and is easily diffused, it is difficult to form a shallow junction. Therefore, short-wavelength light is absorbed in the P + -type impurity region, and it is difficult to improve short-wavelength sensitivity.
The present invention is effective for such ion implantation. When the substrate thickness, to be precise, the N − type impurity region is thick, the depletion layer in the substrate thickness direction extends deeply, the dark current increases, and the resolution deteriorates. Therefore, the N − type impurity region is preferably thin.
【００３８】これは支持基板上に絶縁膜を介して形成さ
れたシリコン半導体基板を利用することによりにより良
い結果が得られる。例えば図１３のに示すようにフロー
ティングゾーン法により製造された厚み３００μｍのシ
リコンのＮ- 型半導体基板１にＮ+ 型不純物領域７１を
形成し、これと絶縁膜たとえば厚さ１μｍ程度の熱酸化
によるＳｉＯ2 膜７２が形成されたシリコンのチョコラ
ルスキー法により製造されたシリコンの支持基板７３を
ＳｉＯ2 膜７２とＮ+ 型不純物領域７１が接するように
して、熱圧着または静電圧着により接着する。このよう
に支持基板との積層基板とすることによりＮ- 型基板が
薄い場合でも物理的強度は強く、かつ製造工程中の熱処
理での基板の変形、ディスロケイションスリップの発生
が減少する。A better result can be obtained by using a silicon semiconductor substrate formed on a supporting substrate via an insulating film. For example, as shown in FIG. 13, an N + type impurity region 71 is formed in a silicon N − type semiconductor substrate 1 having a thickness of 300 μm manufactured by a floating zone method, and an N + type impurity region 71 and an insulating film, for example, a thickness of about 1 μm are formed by thermal oxidation. A silicon supporting substrate 73 formed by the Czochralski method for silicon and having the SiO 2 film 72 formed thereon is bonded by thermocompression bonding or electrostatic pressure bonding so that the SiO 2 film 72 and the N + type impurity region 71 are in contact with each other. By thus forming the laminated substrate with the supporting substrate, the physical strength is high even when the N − type substrate is thin, and deformation of the substrate and occurrence of dislocation slip during heat treatment during the manufacturing process are reduced.
【００３９】積層に使用する基板は、製造工程中に基板
を補強する効果を持つので、熱膨張係数が等しいシリコ
ン基板が望ましく、高温の半導体製造工程における高温
の熱処理プロセスを考えると、熱処理に強いチョコラル
スキー法により結晶成長された基板が最も望ましい。Since the substrate used for lamination has the effect of reinforcing the substrate during the manufacturing process, it is desirable to use a silicon substrate having the same coefficient of thermal expansion. Considering the high temperature heat treatment process in the high temperature semiconductor manufacturing process, it is resistant to heat treatment. A substrate on which crystals are grown by the Czochralski method is most desirable.
【００４０】本実施例の構造をとると、Ｎ- 型基板の比
抵抗をエピタキシャル層では得られない数ｋΩ・ｃｍ以
上にすることも可能になる。次にこの積層基板のＮ- 型
半導体基板１を研磨によりたとえば３０μｍの厚さにす
る。With the structure of this embodiment, it is possible to set the specific resistance of the N − type substrate to several kΩ · cm or more, which cannot be obtained by the epitaxial layer. Next, the N − type semiconductor substrate 1 of this laminated substrate is polished to have a thickness of, for example, 30 μm.
【００４１】このようにして高比抵抗の薄いＮ- 型不純
物領域が得られ面方向へ空乏層をのびやすくかつ暗電流
を小さくすることができる。Ｘ線、γ線、β線、α線、
電子線、紫外線その他粒子線等の検出には、蛍光体、シ
ンチレータ、蛍光体の光輝尽発光などを利用し光に変換
して検出するが、これら蛍光体、シンチレータは短波長
で発光するものが多く、この際、変換された光の検出に
本発明のＰＩＮフォトダイオードを使用した光電変換半
導体装置は有効となる。In this way, an N − -type impurity region having a high specific resistance is obtained, the depletion layer can easily extend in the plane direction, and the dark current can be reduced. X-ray, γ-ray, β-ray, α-ray,
For the detection of electron beams, ultraviolet rays and other particle beams, phosphors, scintillators, photostimulable luminescence of phosphors, etc. are used to detect by converting to light.These phosphors and scintillators emit light at a short wavelength. In many cases, the photoelectric conversion semiconductor device using the PIN photodiode of the present invention for detecting the converted light is effective.
【００４２】シンチレータとしては液体、有機樹脂、ガ
ラス、結晶などがありそれらの輻射のピークは４００ｎ
ｍから５００ｎｍ付近に集中している。たとえば結晶で
はＴｌドープＣｓＩが５３０ｎｍ、Ｂｉ4 Ｇｅ3 Ｏ12が
４６０ｎｍ、ＣｄＷＯ4 が４７０ｎｍ、ＴｌドープＮａ
Ｉが４１５ｎｍ、ＣｅドープＧｄ2 ＳｉＯ5 が４３０ｎ
ｍなどとなっている。As the scintillator, there are liquid, organic resin, glass, crystals, etc., and their radiation peaks are 400 n.
It is concentrated from m to around 500 nm. For example, in the crystal, Tl-doped CsI is 530 nm, Bi 4 Ge 3 O 12 is 460 nm, CdWO 4 is 470 nm, and Tl-doped Na is
I is 415 nm, Ce-doped Gd 2 SiO 5 is 430 n
m and so on.
【００４３】従来はＰＩＮフォトダイオードの感度（量
子効率）が良くないため光電子増倍管が使用されている
が本発明のＰＩＮフォトダイオードを使用した光電変換
半導体装置により優れた放射線検出器が得られる。図１
４に本発明による半導体装置の応用例である放射線検出
器を概念図で示す。Conventionally, a photomultiplier tube is used because the sensitivity (quantum efficiency) of the PIN photodiode is not good, but an excellent radiation detector can be obtained by the photoelectric conversion semiconductor device using the PIN photodiode of the present invention. . FIG.
4 shows a conceptual diagram of a radiation detector which is an application example of the semiconductor device according to the present invention.
【００４４】放射線８１と本発明のＰＩＮフォトダイオ
ードを使用した光電変換半導体装置８２の間にシンチレ
ータ８３を設置し放射線を光に変換して検出する。シン
チレータあるいは蛍光体（の光輝尽発光などを利用）
は、光電変換半導体装置の半導体基板の表面に直接対向
してもよいし、とシンチレータ光電変換半導体装置の間
に光ガイド等を設けても良い。A scintillator 83 is installed between the radiation 81 and the photoelectric conversion semiconductor device 82 using the PIN photodiode of the present invention to convert the radiation into light and detect it. Scintillator or phosphor (uses photostimulated luminescence)
May directly face the surface of the semiconductor substrate of the photoelectric conversion semiconductor device, or a light guide or the like may be provided between the scintillator and the photoelectric conversion semiconductor device.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の構
成、製造方法によれば、短波長側感度のすぐれた光電変
換半導体装置を実現できる。As described above, according to the structure and manufacturing method of the present invention, it is possible to realize a photoelectric conversion semiconductor device having excellent sensitivity on the short wavelength side.
【図１】本発明のＰＩＮダイオードの平面図である。FIG. 1 is a plan view of a PIN diode of the present invention.
【図２】本発明のＰＩＮダイオードの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a PIN diode of the present invention.
【図３】本発明のＰＩＮダイオードの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a PIN diode of the present invention.
【図４】本発明のＰＩＮダイオードの断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a PIN diode of the present invention.
【図５】空乏層を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a depletion layer.
【図６】波長と光電流を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing wavelengths and photocurrents.
【図７】本発明のＰＩＮダイオードの断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a PIN diode of the present invention.
【図８】本発明のＰＩＮダイオードの平面図である。FIG. 8 is a plan view of the PIN diode of the present invention.
【図９】本発明のＰＩＮダイオードの平面図である。FIG. 9 is a plan view of the PIN diode of the present invention.
【図１０】本発明のＰＩＮダイオードの平面図である。FIG. 10 is a plan view of the PIN diode of the present invention.
【図１１】本発明のＰ+ 型不純物領域形成の工程を示す
断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step of forming a P + -type impurity region of the present invention.
【図１２】波長と光電流を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing wavelengths and photocurrents.
【図１３】シリコン半導体基板の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a silicon semiconductor substrate.
【図１４】放射線検出器を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing a radiation detector.
【図１５】従来のＰＩＮダイオードの断面図である。FIG. 15 is a sectional view of a conventional PIN diode.
【図１６】従来のＰＩＮダイオードの平面図である。FIG. 16 is a plan view of a conventional PIN diode.
１ Ｎ- 型半導体基板 ２ Ｐ+ 型不純物領域 ３ 裏面のＮ+ 型不純物領域 ４ Ｎ+ 型不純物領域 ５ ＳｉＯ2 膜 ６ アノード電極 ７ カソード電極 ８ 空乏層 ９ Ｎ- 型不純物領域 １０ ワイヤボンディング １１ パッケージ １２ 透明導電膜 １３ Ｐ+ 型不純物領域 ３１ 本発明のＰＩＮダイオードの分光特性曲線 ３２ 従来のＰＩＮダイオードの分光特性曲線 ５１ 自然酸化膜 ５２ ボロンシリサイド層 ６１ 本発明の（１００）のＰＩＮダイオードの分光特
性曲線 ６２ （１１１）のＰＩＮダイオードの分光特性曲線 ７１ Ｎ+ 型不純物領域 ７２ ＳｉＯ2 膜 ７３ 支持基板 ８１ 放射線 ８２ 光電変換半導体装置 ８３ シンチレータDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 N − type semiconductor substrate 2 P + type impurity region 3 N + type impurity region on the back surface 4 N + type impurity region 5 SiO 2 film 6 anode electrode 7 cathode electrode 8 depletion layer 9 N − type impurity region 10 wire bonding 11 package 12 transparent conductive film 13 P + type impurity region 31 spectral characteristic curve of PIN diode of the present invention 32 spectral characteristic curve of conventional PIN diode 51 natural oxide film 52 boron silicide layer 61 spectral characteristic of (100) PIN diode of the present invention Curve 62 (111) PIN diode spectral characteristic curve 71 N + type impurity region 72 SiO 2 film 73 Support substrate 81 Radiation 82 Photoelectric conversion semiconductor device 83 Scintillator
Claims (9)
電型不純物領域と電極を有する光電変換半導体装置にお
いて、空乏層の幅が前記第２導電型不純物領域の幅より
広いことを特徴とする光電変換半導体装置。1. A photoelectric conversion semiconductor device having a first conductivity type silicon semiconductor substrate, a second conductivity type impurity region, and an electrode, wherein a depletion layer has a width wider than that of the second conductivity type impurity region. Photoelectric conversion semiconductor device.
電型不純物領域と電極を有する光電変換半導体装置にお
いて、前記第１導電型シリコン半導体基板の表面に前記
第１導電型シリコン半導体基板表面と前記第２導電型不
純物領域が前記表面と平行に順次配置された領域と、前
記領域の外周にアノード電極と、カソード電極を有する
ことを特徴とする光電変換半導体装置。2. A photoelectric conversion semiconductor device having a first conductivity type silicon semiconductor substrate, a second conductivity type impurity region and an electrode, wherein the first conductivity type silicon semiconductor substrate surface is provided on the surface of the first conductivity type silicon semiconductor substrate. A photoelectric conversion semiconductor device comprising: a region in which the second conductivity type impurity region is sequentially arranged in parallel with the surface; and an anode electrode and a cathode electrode on the outer periphery of the region.
電型不純物領域と電極を有する光電半導体装置におい
て、前記第２導電型不純物領域の表面の比抵抗が前記第
２導電型不純物領域以外の基板の比抵抗より大きいこと
を特徴とする光電変換装置。3. A photoelectric semiconductor device having a first-conductivity-type silicon semiconductor substrate, a second-conductivity-type impurity region, and an electrode, wherein the surface resistivity of the second-conductivity-type impurity region is other than that of the second-conductivity-type impurity region. A photoelectric conversion device having a specific resistance higher than that of a substrate.
電型不純物領域と電極を有する光電半導体装置の製造方
法において、前記第１導電型シリコン半導体基板の表面
の複数領域の自然酸化膜を除去し活性な表面を露出する
工程と、活性な表面にボロン元素またはボロン化合物か
ら選ばれる層を形成する工程と、前記ボロン元素または
ボロン化合物から選ばれる層を不純物拡散源とした固相
拡散と不純物の活性化を行う工程を有することを特徴と
する光電変換半導体装置の製造方法。4. A method of manufacturing a photoelectric semiconductor device having a first-conductivity-type silicon semiconductor substrate, a second-conductivity-type impurity region, and an electrode, wherein natural oxide films in a plurality of regions on the surface of the first-conductivity-type silicon semiconductor substrate are removed. And exposing the active surface, a step of forming a layer selected from boron element or boron compound on the active surface, solid phase diffusion and impurities using the layer selected from the boron element or boron compound as an impurity diffusion source A method of manufacturing a photoelectric conversion semiconductor device, comprising the step of activating
て、前記第１導電型シリコン基板の面方位が（１００）
であることを特徴とする光電変換半導体装置。5. The photoelectric conversion semiconductor device according to claim 1, wherein the plane direction of the first conductivity type silicon substrate is (100).
A photoelectric conversion semiconductor device characterized by:
て、前記第１導電型シリコン基板の基板抵抗が１ＫΩ・
ｃｍ以上であることを特徴とする光電変換半導体装置。6. The photoelectric conversion semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate resistance of the first conductivity type silicon substrate is 1 KΩ.multidot.
A photoelectric conversion semiconductor device having a size of at least cm.
て、前記第１導電型シリコン基板の前記第２導電型不純
物領域を有する面と対向する面に絶縁膜と支持基板を有
することを特徴とする光電変換半導体装置。7. The photoelectric conversion semiconductor device according to claim 1, further comprising an insulating film and a support substrate on a surface of the first conductivity type silicon substrate opposite to a surface having the second conductivity type impurity region. Photoelectric conversion semiconductor device.
て、透明電極膜からなるアノード電極を有することを特
徴とする光電変換半導体装置。8. The photoelectric conversion semiconductor device according to claim 1, further comprising an anode electrode made of a transparent electrode film.
射線検出装置において、前記光電変換素子が第１導電型
シリコン半導体基板と第２導電型不純物領域からなり、
空乏層の幅が前記第２導電型不純物領域の幅より広いこ
とを特徴とする放射線検出装置。9. A radiation detecting device comprising a scintillator and a photoelectric conversion element, wherein the photoelectric conversion element comprises a first conductivity type silicon semiconductor substrate and a second conductivity type impurity region,
A radiation detecting apparatus, wherein a width of the depletion layer is wider than a width of the second conductivity type impurity region.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6225420A JPH0888394A (en) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | Photoelectric conversion semiconductor device and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6225420A JPH0888394A (en) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | Photoelectric conversion semiconductor device and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0888394A true JPH0888394A (en) | 1996-04-02 |
Family
ID=16829096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6225420A Pending JPH0888394A (en) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | Photoelectric conversion semiconductor device and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0888394A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110303548A1 (en) * | 2008-10-15 | 2011-12-15 | H2 Solar Gmbh | Silicides for Photoelectrochemical Water Splitting and/or the Production of Electricity |
| JP2021533573A (en) * | 2018-08-11 | 2021-12-02 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials, Incorporated | Doping technology |
-
1994
- 1994-09-20 JP JP6225420A patent/JPH0888394A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110303548A1 (en) * | 2008-10-15 | 2011-12-15 | H2 Solar Gmbh | Silicides for Photoelectrochemical Water Splitting and/or the Production of Electricity |
| US9005421B2 (en) * | 2008-10-15 | 2015-04-14 | H2 Solar Gmbh | Silicides for photoelectrochemical water splitting and/or the production of electricity |
| JP2021533573A (en) * | 2018-08-11 | 2021-12-02 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials, Incorporated | Doping technology |
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