JP4503060B2 - 紫外線センサ、紫外線センサの設定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、紫外線センサ、及び紫外線センサの設定方法に関するものであり、特に、遮光部を有する紫外線センサ、及び紫外線センサの設定方法に関する。
従来、絶縁基板上に形成されたＳｉ基板を用いて紫外線検出を行う紫外線センサは、紫外線検出部が櫛型の横型ＰＩＮダイオードを用いている（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照）。これらの横型ＰＩＮダイオードは、Ｓｉ基板にＰＮ接合を形成する構造である。
一方、紫外線感光素子の周囲を導体からなる遮光体で覆い、傾斜した入射光を遮光する半導体イメージセンサが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
しかしながら、櫛型の横型ＰＩＮダイオードを有する紫外線センサは、ダイオードが直線状である場合より紫外線検出部の空乏領域が増加し感度が向上するものの、空乏領域に入射する入射光の入射角度によっては感度が劣化することが懸念される。つまり、入射光の入射角度が浅い場合には、前記空乏領域に入射してから減衰するまでの減衰長が長くなるため、可視光領域の波長の光をも反応してしまう。具体的には、図１１に示すように、４００ｎｍの波長の光が減衰するまでの減衰長が１００ｎｍ程度であり、減衰長が１００ｎｍより大きいと青色の可視光に反応してしまう。
また、紫外線感光素子の周囲を遮光体で単に覆ったとしても、感光素子に入射する入射光の入射角度によっては、感光素子が形成されている層の膜厚を薄くしても、前述した減衰長が１００ｎｍより大きくなり可視光領域の波長に反応してしまう場合がある。具体的には図１２に示すように、θ°で入射した入射光がＳｉ層８２に入射した後絶縁層８４に当たるまでの距離（減衰長）が１００ｎｍを超えている場合には、図１１に示すように可視光に反応してしまう。また、Ｓｉ層の膜厚を３０ｎｍとした場合における入射光の入射角度とその入射角度に対するＳｉ膜厚の実効値との関係を図１３に示す。この図より、Ｓｉ膜厚の実効値を１００ｎｍ以下とすれば、入射角度が１８°以上の入射光を入射させることが可能となる。このように、入射光の入射角度とＳｉ層の膜厚との関係が明確である場合には特に問題は無いが、この関係が不明確である場合には、青色の光に対しても感光素子が反応してしまう不具合が発生する懸念がある。
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、紫外線を感度よく検出する紫外線センサ、及び紫外線センサの設定方法を提供することにある。
即ち、本発明の目的は、紫外線を感度よく検出する紫外線センサ、及び紫外線センサの設定方法を提供することにある。
本発明者は鋭意検討した結果、下記の紫外線センサ、及びその設定方法を用いることにより、上記問題を解決できることを見出し、上記目的を達成するに至った。
即ち、請求項１に記載の紫外線センサは、絶縁層上のＳｉ層に形成された空乏領域を有する紫外線検出ダイオードと、該紫外線検出ダイオード上に形成された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に形成された配線と、を有し、前記層間絶縁膜側から前記空乏領域に入射した入射光が該空乏領域の反対側の面に到達するまでの距離が最大となるときの前記入射光の前記空乏領域に入射する入射角度をθ（°）と、前記空乏領域の膜厚をＴＳｉ（ｎｍ）とした場合に、下記式（１）を満たすことを特徴とする。
請求項１に記載の紫外線センサによると、入射光の減衰長が１００ｎｍ以下であるため、波長が４００ｎｍ以上の可視光等に反応することがなく、紫外線を感度よく検出することができる。
請求項２に記載の紫外線センサは、前記空乏領域と前記配線とは前記絶縁層の平面方向において交互に配置されており、前記空乏領域の上面配線側端部と、前記配線の前記空乏領域側の側面から前記Ｓｉ層方向に鉛直にひいた線と前記Ｓｉ層表面との交点と、の距離が０．１μｍ以上３．９２μｍ以下であることを特徴とする。
請求項２に記載の紫外線センサによると、請求項１に記載の発明の効果に加え、空乏領域と配線との距離を所定の範囲に設定することにより、配線下部から進入する極めて角度の浅い入射光を遮光することができる。
請求項２に記載の紫外線センサによると、請求項１に記載の発明の効果に加え、空乏領域と配線との距離を所定の範囲に設定することにより、配線下部から進入する極めて角度の浅い入射光を遮光することができる。
請求項３に記載の紫外線センサは、前記配線の側壁に反射防止膜が形成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の紫外線センサによると、請求項１及び請求項２に記載の発明の効果に加え、配線の側壁で反射された入射光同士の乱反射を抑制することができる。
請求項３に記載の紫外線センサによると、請求項１及び請求項２に記載の発明の効果に加え、配線の側壁で反射された入射光同士の乱反射を抑制することができる。
請求項４に記載の紫外線センサは、前記配線が複数積層されていることを特徴とする。
請求項４に記載の紫外線センサによると、請求項１〜３に記載の発明の効果に加え、配線を高くすることができるため、入射角度の高い入射光にのみ入射させることができる。
請求項４に記載の紫外線センサによると、請求項１〜３に記載の発明の効果に加え、配線を高くすることができるため、入射角度の高い入射光にのみ入射させることができる。
請求項５に記載の紫外線センサの設定方法は、絶縁層上のＳｉ層に形成された空乏領域を有する紫外線検出ダイオードと、該紫外線検出ダイオード上に形成された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に形成された配線と、を有する紫外線センサに対し、前記層間絶縁膜側から前記空乏領域に入射した入射光が該空乏領域の反対側の面に到達するまでの距離が最大となるときの前記入射光の前記空乏領域に入射する入射角度をθ（°）と、前記空乏領域の膜厚をＴＳｉ（ｎｍ）とした場合に、下記式（１）を満たすように前記空乏領域の膜厚Ｔ Ｓｉ を設定することを特徴とする。
請求項５に記載の紫外線センサの設定方法によると、入射光の減衰長が１００ｎｍ以下であるため、波長が４００ｎｍ以上の可視光等に反応することがなく、紫外線を感度よく検出する紫外線センサを設定することができる。
本発明によれば、紫外線を感度よく検出する紫外線センサ、及び紫外線センサの設定方法を提供することができる。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、図面には、この発明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係が概略的に示されているにすぎず、これによりこの発明が特に限定されるものではない。
＜紫外線センサ＞
本発明の紫外線センサは、絶縁層上のＳｉ層に形成された空乏領域を有する紫外線検出ダイオードと、該紫外線検出ダイオード上に形成された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に形成された配線と、を有し、前記層間絶縁膜側から前記空乏領域に入射した入射光が該空乏領域の反対側の面に到達するまでの距離が最大となるときの前記入射光の前記空乏領域に入射する入射角度をθ（°）と、前記空乏領域の膜厚をＴＳｉ（ｎｍ）とした場合に、下記式（１）を満たす。
本発明の紫外線センサは、絶縁層上のＳｉ層に形成された空乏領域を有する紫外線検出ダイオードと、該紫外線検出ダイオード上に形成された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に形成された配線と、を有し、前記層間絶縁膜側から前記空乏領域に入射した入射光が該空乏領域の反対側の面に到達するまでの距離が最大となるときの前記入射光の前記空乏領域に入射する入射角度をθ（°）と、前記空乏領域の膜厚をＴＳｉ（ｎｍ）とした場合に、下記式（１）を満たす。
本発明の紫外線センサは、入射光を遮光するための配線と入射光に反応する空乏領域とを有するものであるが、入射光の入射角度によっては、空乏領域に入射した後絶縁層に衝突するまでの進入路長が増大し、入射光が通過するＳｉ膜厚の実効値が増加してしまうことがあった。
また、入射光の入射角度を制御していたとしても、空乏領域の膜厚が入射角度に起因するように設計されていない場合には、膜厚が厚すぎてＳｉ膜厚の実効値を大きく設計してしまい、可視光にも反応してしまうことがあった。
また、入射光の入射角度を制御していたとしても、空乏領域の膜厚が入射角度に起因するように設計されていない場合には、膜厚が厚すぎてＳｉ膜厚の実効値を大きく設計してしまい、可視光にも反応してしまうことがあった。
本発明のように、入射光の入射角度と空乏領域（Ｓｉ層）の膜厚とが前記式（１）を満たすことにより、空乏領域の膜厚を入射光の入射角度に応じて設定することができる。従って、紫外線に感度よく反応することができる。
具体的には、前記式（１）は、空乏領域（Ｓｉ層）の膜厚ＴＳｉ（ｎｍ）と層間絶縁膜側から空乏領域に入射した入射光が該空乏領域の反対側の面に到達するまでの距離が最大となるときの入射光の入射角度θ（°）との関係式を表す。式中、（ＴＳｉ／ｓｉｎθ）は、θ°で入射した入射光の進入路長（前述したＳｉ膜厚の実効値／図１に示す「ｔ」）であり、範囲はＳｉ膜厚ＴＳｉ以上１００ｎｍ以下である。最小値をＳｉ膜厚とした理由は、入射光の入射角度が９０°の場合に前記Ｓｉ膜厚の実効値が最小値になるためである。従って、入射角度の最大値は９０°である。また、最大値を１００ｎｍとした理由は、図１１より、４００ｎｍ以下の紫外線に対して選択的に反応することができるためである。
〔紫外線センサの構成〕
本発明の紫外線センサは、絶縁層と、Ｓｉ層と、層間絶縁膜と、配線層と、を有する構成であれば特に限定されない。以下、図１を基に詳述する。
本発明の紫外線センサにおける第１形態の断面図を図１に示す。Ｓｉ層１２、絶縁層１４、及びＳｉ層１６が順次積層した基板２６のＳｉ層１６に、空乏領域１８を有する紫外線検出ダイオードが設けられている。さらに、基板２６上に層間絶縁膜２０が積層されており、層間絶縁膜２０上には配線２４が設けられている。
図１中のｔは、入射光の入射角度が前記θ°の場合に入射光が空乏領域１８を通過しうる進入路長（Ｓｉ層の膜厚の実効値／層間絶縁膜２０側から空乏領域１８に入射した入射光が該空乏領域１８の反対側の面に到達するまでの距離）を表す。つまり、入射角度が浅くなれば実効値は増加し、入射角度が深くなれば実効値は減少する。例えば、図１中の左に位置する配線２４の右上端部から侵入する入射光の場合、空乏領域の右下端部に入射する場合に前記実効値が最大となる。
本発明の紫外線センサは、絶縁層と、Ｓｉ層と、層間絶縁膜と、配線層と、を有する構成であれば特に限定されない。以下、図１を基に詳述する。
本発明の紫外線センサにおける第１形態の断面図を図１に示す。Ｓｉ層１２、絶縁層１４、及びＳｉ層１６が順次積層した基板２６のＳｉ層１６に、空乏領域１８を有する紫外線検出ダイオードが設けられている。さらに、基板２６上に層間絶縁膜２０が積層されており、層間絶縁膜２０上には配線２４が設けられている。
図１中のｔは、入射光の入射角度が前記θ°の場合に入射光が空乏領域１８を通過しうる進入路長（Ｓｉ層の膜厚の実効値／層間絶縁膜２０側から空乏領域１８に入射した入射光が該空乏領域１８の反対側の面に到達するまでの距離）を表す。つまり、入射角度が浅くなれば実効値は増加し、入射角度が深くなれば実効値は減少する。例えば、図１中の左に位置する配線２４の右上端部から侵入する入射光の場合、空乏領域の右下端部に入射する場合に前記実効値が最大となる。
また、本発明の紫外線センサは、空乏領域と配線とが前記絶縁層１４の平面方向において交互に配置されており、前記空乏領域の上面配線側端部と、前記配線の前記空乏領域側の側面から前記Ｓｉ層方向に鉛直にひいた線と前記Ｓｉ層表面との交点と、の距離が０．１μｍ以上３．９２μｍ以下であることが好ましい。特に好ましくは、０．５μｍ以上１．５μｍ以下であることが挙げられる。このような本発明の紫外線センサの上面図を図２に示す。図２のように、それぞれ所定の間隔で前記絶縁層１４の平面方向において交互に配置されていることにより、配線下部から入射する極めて低角の入射光を遮光することができる。
また、「前記空乏領域の上面配線側端部と、前記配線の前記空乏領域側の側面から前記Ｓｉ層方向に鉛直にひいた線と前記Ｓｉ層表面との交点と、の距離」は、図１で示す距離Ｄを表す。つまり、例えば、図１中の左の配線２４右側面からＳｉ層１６に向かって垂線を引き、Ｓｉ層１６の表面との交点１３と空乏領域１８の上面左端部１５との距離を表す。これにより入射光の入射角度を制御することができる。また、図１中の右の配線２４と空乏領域１８との距離についても同様にして距離Ｄを設定することができる。
具体的には、例えば、図１中の左に位置する配線２４の右上面端部から空乏領域１８の右上面端部に入るような、角度の浅い入射光を遮光する態様の場合、以下のように距離Ｄを算出することができる。距離Ｄと空乏領域１８の幅の合計Ｘは、層間絶縁膜２０の膜厚を１．０μｍ、配線の高さを０．５μｍ、及び入射角度を２０°とした場合、
Ｘ＝１．５／ｔａｎ２０≒４．１２μｍ
となる。従って、空乏領域１８と配線２４との距離Ｄは、空乏領域の幅を０．２μｍとすると、
Ｄ＝Ｘ−（空乏領域の幅）≒３．９２μｍ
となる。距離Ｄがこの値より小さければ、入射角度が２０°より浅い入射光を遮光することができることになる。入射光の入射角度と空乏領域−配線間の距離との関係を表すグラフを図３に示す。図３では、層間絶縁膜を１．０μ、配線の高さを０．５μｍ、空乏領域の幅を０．２μｍとした場合のグラフであるが、例えば、入射角度を２０°より大きくするためには、空乏領域−配線間の距離を３．９２μｍ以下にすればよいことがわかる。
また、配線と空乏領域の上視形状は、いずれの方向の入射光に対しても入射角度を制御することができるものであれば特に限定されないが、例えば、図４〜図６に示すような形状が挙げられる。図４のように、折れ線で表されるような形状であってもよく、図５に示すように円弧形状であってもよく、図６に示すように櫛型であってもよい。
また、「前記空乏領域の上面配線側端部と、前記配線の前記空乏領域側の側面から前記Ｓｉ層方向に鉛直にひいた線と前記Ｓｉ層表面との交点と、の距離」は、図１で示す距離Ｄを表す。つまり、例えば、図１中の左の配線２４右側面からＳｉ層１６に向かって垂線を引き、Ｓｉ層１６の表面との交点１３と空乏領域１８の上面左端部１５との距離を表す。これにより入射光の入射角度を制御することができる。また、図１中の右の配線２４と空乏領域１８との距離についても同様にして距離Ｄを設定することができる。
具体的には、例えば、図１中の左に位置する配線２４の右上面端部から空乏領域１８の右上面端部に入るような、角度の浅い入射光を遮光する態様の場合、以下のように距離Ｄを算出することができる。距離Ｄと空乏領域１８の幅の合計Ｘは、層間絶縁膜２０の膜厚を１．０μｍ、配線の高さを０．５μｍ、及び入射角度を２０°とした場合、
Ｘ＝１．５／ｔａｎ２０≒４．１２μｍ
となる。従って、空乏領域１８と配線２４との距離Ｄは、空乏領域の幅を０．２μｍとすると、
Ｄ＝Ｘ−（空乏領域の幅）≒３．９２μｍ
となる。距離Ｄがこの値より小さければ、入射角度が２０°より浅い入射光を遮光することができることになる。入射光の入射角度と空乏領域−配線間の距離との関係を表すグラフを図３に示す。図３では、層間絶縁膜を１．０μ、配線の高さを０．５μｍ、空乏領域の幅を０．２μｍとした場合のグラフであるが、例えば、入射角度を２０°より大きくするためには、空乏領域−配線間の距離を３．９２μｍ以下にすればよいことがわかる。
また、配線と空乏領域の上視形状は、いずれの方向の入射光に対しても入射角度を制御することができるものであれば特に限定されないが、例えば、図４〜図６に示すような形状が挙げられる。図４のように、折れ線で表されるような形状であってもよく、図５に示すように円弧形状であってもよく、図６に示すように櫛型であってもよい。
この他の構成としては、図７に示すように、配線５６の側壁に反射防止膜５２が形成されている態様も好ましい。この反射防止膜５２は、配線５６に反射される光同士による乱反射を抑制することができ、誤作動を低減することができる。
さらには、図８に示すように、配線が多層構造である態様も好ましい。配線６６が多層構造であるため、低角の入射光を確実に遮光することができる。配線６６の積層数は、多ければ多いほど高角度の入射光にのみ反応する点で好ましいが、軽薄短小の要望、及び製造時間短縮という観点から、２層以上５層以下であることが特に好ましい。
また、多層構造の場合、紫外線センサは配線間をビアプラグ６７で接続する構造である。
最も好ましい態様としては、図９に示すように、配線７６の側壁に反射防止膜７２を設けた紫外線センサ７０が挙げられる。この構造の場合、配線７６に反射される光同士による乱反射を抑制し、尚且つ低角の入射光を確実に遮光することができる点で好ましい。
また、多層構造の場合、紫外線センサは配線間をビアプラグ６７で接続する構造である。
最も好ましい態様としては、図９に示すように、配線７６の側壁に反射防止膜７２を設けた紫外線センサ７０が挙げられる。この構造の場合、配線７６に反射される光同士による乱反射を抑制し、尚且つ低角の入射光を確実に遮光することができる点で好ましい。
以下に、基板、紫外線検出ダイオード、層間絶縁膜、及び配線について詳述する。
−基板−
本発明における基板は、図１に示すように、Ｓｉ基板１２、絶縁層１４、及びＳｉ層１６からなる。基板２６は、酸素イオンをＳｉ基板にイオン注入してシリコン酸化膜を形成するＳＩＭＯＸウエハであってもよく、Ｓｉ基板を酸化して酸化膜同士を接合して得られるウエハであってもよい。また、絶縁層１４は、シリコン窒化膜、クォーツ、サファイヤ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の絶縁材料からなるものであってもよい。
また、Ｓｉ層１６の膜厚は、前記式（１）で定められる膜厚である必要があるが、２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることが好ましい。２０ｎｍ以下であると紫外線の感度が劣り、４０ｎｍ以上であると、入射光が絶縁層１４に反射した反射光と入射光とが多重散乱して誤作動の原因となる。従って、この範囲にあると感度よく紫外線に反応することができる。
−基板−
本発明における基板は、図１に示すように、Ｓｉ基板１２、絶縁層１４、及びＳｉ層１６からなる。基板２６は、酸素イオンをＳｉ基板にイオン注入してシリコン酸化膜を形成するＳＩＭＯＸウエハであってもよく、Ｓｉ基板を酸化して酸化膜同士を接合して得られるウエハであってもよい。また、絶縁層１４は、シリコン窒化膜、クォーツ、サファイヤ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の絶縁材料からなるものであってもよい。
また、Ｓｉ層１６の膜厚は、前記式（１）で定められる膜厚である必要があるが、２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることが好ましい。２０ｎｍ以下であると紫外線の感度が劣り、４０ｎｍ以上であると、入射光が絶縁層１４に反射した反射光と入射光とが多重散乱して誤作動の原因となる。従って、この範囲にあると感度よく紫外線に反応することができる。
−紫外線検出ダイオード−
本発明における紫外線検出ダイオードは、空乏領域をＮ＋拡散層及びＰ＋拡散層で挟むような配置であり、空乏層とＰ＋拡散層との間にはＰ−拡散層を有する。空乏層の幅はこのＰ−拡散層の不純物濃度に依存する。Ｐ−拡散層の濃度としては、通常１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３であり、この範囲における空乏領域の幅は０．０５μｍ以上０．３μｍ以下であることが好ましい。０．０５μｍ以下であると紫外線の感度が劣り、Ｐ−拡散層の不純物濃度の観点から０．３μｍ以上の幅にすることは難しい。
本発明における紫外線検出ダイオードは、空乏領域をＮ＋拡散層及びＰ＋拡散層で挟むような配置であり、空乏層とＰ＋拡散層との間にはＰ−拡散層を有する。空乏層の幅はこのＰ−拡散層の不純物濃度に依存する。Ｐ−拡散層の濃度としては、通常１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３であり、この範囲における空乏領域の幅は０．０５μｍ以上０．３μｍ以下であることが好ましい。０．０５μｍ以下であると紫外線の感度が劣り、Ｐ−拡散層の不純物濃度の観点から０．３μｍ以上の幅にすることは難しい。
−層間絶縁膜−
本発明における層間絶縁膜は、絶縁材料であれば特に限定されないが、例えば、酸化シリコン、リン・シリケート・ガラス（ＰＳＧ）、ボロン・リン・シリケート・ガラス（Ｂ
ＰＳＧ）、フッ化シリケート・ガラス（ＦＳＧ）、若しくは同等の低誘電率材料が挙げられる。
また、層間絶縁膜の膜厚は、従来と同様に０．５μｍ以上１．５μｍ以下の範囲であることが好ましい。
本発明における層間絶縁膜は、絶縁材料であれば特に限定されないが、例えば、酸化シリコン、リン・シリケート・ガラス（ＰＳＧ）、ボロン・リン・シリケート・ガラス（Ｂ
ＰＳＧ）、フッ化シリケート・ガラス（ＦＳＧ）、若しくは同等の低誘電率材料が挙げられる。
また、層間絶縁膜の膜厚は、従来と同様に０．５μｍ以上１．５μｍ以下の範囲であることが好ましい。
−配線−
本発明における配線は、特定の入射角度の入射光を遮光するために設けられている。従って、遮光性を有していれば特に限定されないが、金属、合金、金属合成物、若しくは同等のものが好ましく、例えば、ＴｉＮ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ等が挙げられる。
配線の高さは、通常と同様に０．３μｍ以上１．０μｍ以下の範囲であることが好ましい。
図７及び図９に示すように、配線の側壁に反射防止膜を設ける場合、反射防止膜としては、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、若しくはそれらの合金が、一層若しくは複数層形成されている。膜厚としては、プロセス設定の容易さの観点から、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
図８及び図９のように、配線が多層構造である場合、各層の配線の高さは前述と同様の範囲であることが好ましい。
本発明における配線は、特定の入射角度の入射光を遮光するために設けられている。従って、遮光性を有していれば特に限定されないが、金属、合金、金属合成物、若しくは同等のものが好ましく、例えば、ＴｉＮ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ等が挙げられる。
配線の高さは、通常と同様に０．３μｍ以上１．０μｍ以下の範囲であることが好ましい。
図７及び図９に示すように、配線の側壁に反射防止膜を設ける場合、反射防止膜としては、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、若しくはそれらの合金が、一層若しくは複数層形成されている。膜厚としては、プロセス設定の容易さの観点から、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
図８及び図９のように、配線が多層構造である場合、各層の配線の高さは前述と同様の範囲であることが好ましい。
＜紫外線センサの設定方法＞
本発明の紫外線センサの設定方法は、前述のように、層間絶縁膜側から空乏領域に入射した入射光が該空乏領域の反対側の面に到達するまでの距離が最大となるときの入射光の入射角度θにより空乏領域の膜厚ＴＳｉを適宜調整することにより、図１中のｔを１００ｎｍ以下に設定するように紫外センサを設定することができる。このｔは、図１１に示す減衰長とした場合、減衰長を１００ｎｍ以下にすることで、４００ｎｍ以下の入射光を選択的に空乏領域に入射させることができる。従って、紫外線を感度よく検出することが可能な紫外線センサの空乏領域の膜厚を設定することが可能となる。
本発明の紫外線センサの設定方法は、前述のように、層間絶縁膜側から空乏領域に入射した入射光が該空乏領域の反対側の面に到達するまでの距離が最大となるときの入射光の入射角度θにより空乏領域の膜厚ＴＳｉを適宜調整することにより、図１中のｔを１００ｎｍ以下に設定するように紫外センサを設定することができる。このｔは、図１１に示す減衰長とした場合、減衰長を１００ｎｍ以下にすることで、４００ｎｍ以下の入射光を選択的に空乏領域に入射させることができる。従って、紫外線を感度よく検出することが可能な紫外線センサの空乏領域の膜厚を設定することが可能となる。
＜紫外線センサの製造方法＞
本発明の紫外線センサの製造方法は、従来の薄膜プロセスと同様の工程で製造することができる。以下に一例を示す。
ＳＯＩ層の膜厚が３０μｍのＳＯＩ基板を準備し、ＳＯＩ層に空乏領域を挟むようにＮ＋拡散層にはＰを５×１０１４／ｃｍ３以上１×１０１６／ｃｍ３以下注入し、Ｐ＋拡散層にはＢを５×１０１４／ｃｍ３以上１×１０１６／ｃｍ３以下注入し、Ｐ−拡散層にはＢを１×１０１２／ｃｍ３以上５×１０１４／ｃｍ３以下注入して、紫外線検出用ダイオードを形成する。その後、ＣＶＤ法により０．５μｍ以上１．５μｍの層間絶縁膜を形成する。次いで、膜厚が０．３μｍ以上１．０μｍ以下になるように保護層を従来の方法で形成し、従来のドライエッチングにより開口部を設ける。最後にＣＶＤ法により開口部を金属で堆積し、ＣＭＰ等により表面を研磨して配線を形成する。
なお、図７及び図９に示すように、配線の側壁に反射防止膜を形成するためには、配線をエッチング等により加工後、ＣＶＤ等の工程により形成する。また、配線を積層構造にするためには、保護層の形成、金属の堆積、及び研磨を繰り返し行って形成してもよい。
本発明の紫外線センサの製造方法は、従来の薄膜プロセスと同様の工程で製造することができる。以下に一例を示す。
ＳＯＩ層の膜厚が３０μｍのＳＯＩ基板を準備し、ＳＯＩ層に空乏領域を挟むようにＮ＋拡散層にはＰを５×１０１４／ｃｍ３以上１×１０１６／ｃｍ３以下注入し、Ｐ＋拡散層にはＢを５×１０１４／ｃｍ３以上１×１０１６／ｃｍ３以下注入し、Ｐ−拡散層にはＢを１×１０１２／ｃｍ３以上５×１０１４／ｃｍ３以下注入して、紫外線検出用ダイオードを形成する。その後、ＣＶＤ法により０．５μｍ以上１．５μｍの層間絶縁膜を形成する。次いで、膜厚が０．３μｍ以上１．０μｍ以下になるように保護層を従来の方法で形成し、従来のドライエッチングにより開口部を設ける。最後にＣＶＤ法により開口部を金属で堆積し、ＣＭＰ等により表面を研磨して配線を形成する。
なお、図７及び図９に示すように、配線の側壁に反射防止膜を形成するためには、配線をエッチング等により加工後、ＣＶＤ等の工程により形成する。また、配線を積層構造にするためには、保護層の形成、金属の堆積、及び研磨を繰り返し行って形成してもよい。
〔実施例１〕
図１に示す紫外線センサ１０を、以下に記載の数値になるように前述した方法により製造した。
・ＳＯＩ層の膜厚 ３０μｍ
・配線の高さ（材質：アルミニウム） ０．６μｍ
・層間絶縁膜の膜厚（材質：ＳｉＯ２） ０．８μｍ
・空乏領域の幅 ０．３μｍ
・空乏領域と配線との距離（入射角度が２０°以下の入射光を遮光する） ３．５４μｍ
図１に示す紫外線センサ１０を、以下に記載の数値になるように前述した方法により製造した。
・ＳＯＩ層の膜厚 ３０μｍ
・配線の高さ（材質：アルミニウム） ０．６μｍ
・層間絶縁膜の膜厚（材質：ＳｉＯ２） ０．８μｍ
・空乏領域の幅 ０．３μｍ
・空乏領域と配線との距離（入射角度が２０°以下の入射光を遮光する） ３．５４μｍ
〔実施例２〜実施例７〕
実施例１において、配線及び空乏領域の上視形状が図４〜図６となるようにした以外は実施例１と同様の方法で実施例２〜実施例４の紫外線センサを製造した。
実施例１において、図７に示すように、配線形成後、ＣＶＤ工程等を行うことより配線側壁にシリコン酸化窒化膜等からなる反射防止膜を形成した以外は実施例１と同様にして実施例５の紫外線センサを製造した。
実施例１において、図８に示すように、配線形成と絶縁膜形成を繰り返し行うことにより配線を４段積層した以外は実施例１と同様にして実施例６の紫外線センサを製造した。結果を図１０に示す。
実施例１において、図９に示すように、各配線形成後にＣＶＤ工程等を行うことにより配線側壁にシリコン酸化窒化膜等からなる反射防止膜を形成した以外は実施例１と同様にして実施例７の紫外線センサを製造した。
実施例１において、配線及び空乏領域の上視形状が図４〜図６となるようにした以外は実施例１と同様の方法で実施例２〜実施例４の紫外線センサを製造した。
実施例１において、図７に示すように、配線形成後、ＣＶＤ工程等を行うことより配線側壁にシリコン酸化窒化膜等からなる反射防止膜を形成した以外は実施例１と同様にして実施例５の紫外線センサを製造した。
実施例１において、図８に示すように、配線形成と絶縁膜形成を繰り返し行うことにより配線を４段積層した以外は実施例１と同様にして実施例６の紫外線センサを製造した。結果を図１０に示す。
実施例１において、図９に示すように、各配線形成後にＣＶＤ工程等を行うことにより配線側壁にシリコン酸化窒化膜等からなる反射防止膜を形成した以外は実施例１と同様にして実施例７の紫外線センサを製造した。
いずれの実施例においても感度よく紫外線に反応することが明らかになり、中でも実施例５〜実施例７では感度が良好であり、実施例６、及び実施例７が特に感度が良好であった。図１０には、図７に記載の紫外線センサにおいて、ＴＳｉを３０ｎｍとした場合における入射光の波長に対する感度の関係を表すグラフを示す。図１０の結果より、波長が４００ｎｍ以下の入射光に対して感度が良好であり、４００ｎｍ以上の長波長の入射光を抑制していることがわかる。
なお、本実施形態は、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０ 紫外線センサ
１２、１６ Ｓｉ層
１３ 配線右側面からＳｉ層に向かって垂線を引き、その垂線とＳｉ層の表面との交点
１４ 絶縁層
１５ 空乏領域の上面左端部
１８、２８、３８、４８、５８、６８、７８ 空乏領域
２０ 層間絶縁膜
２２ 保護層
２４、２６、３６、４６、５６、６６、７６ 配線
２６ 基板
５２、７２ 反射防止膜
６７、７７ ビアプラグ
１２、１６ Ｓｉ層
１３ 配線右側面からＳｉ層に向かって垂線を引き、その垂線とＳｉ層の表面との交点
１４ 絶縁層
１５ 空乏領域の上面左端部
１８、２８、３８、４８、５８、６８、７８ 空乏領域
２０ 層間絶縁膜
２２ 保護層
２４、２６、３６、４６、５６、６６、７６ 配線
２６ 基板
５２、７２ 反射防止膜
６７、７７ ビアプラグ
Claims (5)
- 絶縁層上のＳｉ層に形成された空乏領域を有する紫外線検出ダイオードと、該紫外線検出ダイオード上に形成された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に形成された配線と、を有し、
前記層間絶縁膜側から前記空乏領域に入射した入射光が該空乏領域の反対側の面に到達するまでの距離が最大となるときの前記入射光の前記空乏領域に入射する入射角度をθ（°）と、前記空乏領域の膜厚をＴＳｉ（ｎｍ）とした場合に、下記式（１）を満たすことを特徴とする紫外線センサ。
- 前記空乏領域と前記配線とは前記絶縁層の平面方向において交互に配置されており、前記空乏領域の上面配線側端部と、前記配線の前記空乏領域側の側面から前記Ｓｉ層方向に鉛直にひいた線と前記Ｓｉ層表面との交点と、の距離が０．１μｍ以上３．９２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線センサ。
- 前記配線の側壁に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の紫外線センサ。
- 前記配線が複数積層されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の紫外線センサ。
- 絶縁層上のＳｉ層に形成された空乏領域を有する紫外線検出ダイオードと、該紫外線検出ダイオード上に形成された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に形成された配線と、を有する紫外線センサに対し、
前記層間絶縁膜側から前記空乏領域に入射した入射光が該空乏領域の反対側の面に到達するまでの距離が最大となるときの前記入射光の前記空乏領域に入射する入射角度をθ（°）と、前記空乏領域の膜厚をＴＳｉ（ｎｍ）とした場合に、下記式（１）を満たすように前記空乏領域の膜厚Ｔ Ｓｉ を設定することを特徴とする紫外線センサの設定方法。
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