JPH1065204A - 半導体受光素子の製造方法 - Google Patents
半導体受光素子の製造方法Info
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 良好な界面特性をもつ傾斜超格子型アバラン
シェフォトダイオードのスループットを向上する。 【解決手段】 第２の結晶半導体薄膜からなる井戸層４
と第１の結晶半導体薄膜からなる障壁層５とを交互に複
数周期積層してなる半導体受光素子の製造に際し、アモ
ルファス半導体薄膜９と第１の結晶半導体薄膜からなる
障壁層とを交互に複数周期積層したのち、アモルファス
半導体薄膜９をアニールして結晶化し第２の結晶半導体
薄膜４を形成するに際し、第２の結晶半導体薄膜がアモ
ルファス半導体薄膜に対してよりも透過率が高い波長を
有するレーザを用いてアニールを行うようにした。
シェフォトダイオードのスループットを向上する。 【解決手段】 第２の結晶半導体薄膜からなる井戸層４
と第１の結晶半導体薄膜からなる障壁層５とを交互に複
数周期積層してなる半導体受光素子の製造に際し、アモ
ルファス半導体薄膜９と第１の結晶半導体薄膜からなる
障壁層とを交互に複数周期積層したのち、アモルファス
半導体薄膜９をアニールして結晶化し第２の結晶半導体
薄膜４を形成するに際し、第２の結晶半導体薄膜がアモ
ルファス半導体薄膜に対してよりも透過率が高い波長を
有するレーザを用いてアニールを行うようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体受光素子の
製造方法にかかり、特に複写機、ファクシミリなどの画
像読取り用のラインイメージセンサ、ビデオカメラなど
の画像入力用の二次元イメージセンサなどに用いられる
半導体受光素子、特に光によって生成されたキャリアを
衝突電離により増倍するアバランシェ効果を利用した半
導体受光素子の製造方法に関する。
製造方法にかかり、特に複写機、ファクシミリなどの画
像読取り用のラインイメージセンサ、ビデオカメラなど
の画像入力用の二次元イメージセンサなどに用いられる
半導体受光素子、特に光によって生成されたキャリアを
衝突電離により増倍するアバランシェ効果を利用した半
導体受光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、可視光領域の光を読取るための素
子としては広くＣＣＤが用いられており、また、半導体
薄膜を用いた薄膜型イメージセンサも一部で実用化され
るようになってきている。これらの受光素子は何れも光
センシング部にはフォトダイオードを用いており、原理
的に光子１個に対して生成される電子は１個以下であり
増幅作用のないものである。一般的には受光素子外部に
増幅回路を持ち、これにより電子の増幅を行って感度を
向上させることが広く行われているが、この方法では受
光素子部分におけるノイズ成分も同時に増幅してしまう
ため、Ｓ／Ｎ比の低下を伴ってしまうという問題があっ
た。従ってこれらの素子を用いて鮮明な画像を得るため
には、読取り対象に強い光をあてて十分な反射光を得ら
れる状態にして撮像を行わなければならないという欠点
がある。
子としては広くＣＣＤが用いられており、また、半導体
薄膜を用いた薄膜型イメージセンサも一部で実用化され
るようになってきている。これらの受光素子は何れも光
センシング部にはフォトダイオードを用いており、原理
的に光子１個に対して生成される電子は１個以下であり
増幅作用のないものである。一般的には受光素子外部に
増幅回路を持ち、これにより電子の増幅を行って感度を
向上させることが広く行われているが、この方法では受
光素子部分におけるノイズ成分も同時に増幅してしまう
ため、Ｓ／Ｎ比の低下を伴ってしまうという問題があっ
た。従ってこれらの素子を用いて鮮明な画像を得るため
には、読取り対象に強い光をあてて十分な反射光を得ら
れる状態にして撮像を行わなければならないという欠点
がある。
【０００３】この欠点を補うことを目的とし、本発明者
らは、レーザアニール法を用いて形成した多結晶シリコ
ン薄膜／炭化シリコン薄膜超格子において障壁層を鋸刃
状のポテンシャル構造とした傾斜超格子構造のアバラン
シェフォトダイオード（ＡＰＤ）を提案している。
らは、レーザアニール法を用いて形成した多結晶シリコ
ン薄膜／炭化シリコン薄膜超格子において障壁層を鋸刃
状のポテンシャル構造とした傾斜超格子構造のアバラン
シェフォトダイオード（ＡＰＤ）を提案している。
【０００４】このアバランシェフォトダイオードは、図
２０〜２５にその製造工程図を示すように基板１上にス
パッタリング法により、下部電極２してタンタル（Ｔ
ａ）薄膜を形成した後、プラズマＣＶＤ法により正孔注
入阻止層３としてｎ型水素化アモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ：Ｈ）層を形成する。ついでＬＰＣＶＤ法により
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層９を形成し、エキ
シマレーザを用いてレーザ光１０を照射し結晶化する
（図２０）。
２０〜２５にその製造工程図を示すように基板１上にス
パッタリング法により、下部電極２してタンタル（Ｔ
ａ）薄膜を形成した後、プラズマＣＶＤ法により正孔注
入阻止層３としてｎ型水素化アモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ：Ｈ）層を形成する。ついでＬＰＣＶＤ法により
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層９を形成し、エキ
シマレーザを用いてレーザ光１０を照射し結晶化する
（図２０）。
【０００５】これにより、図２１に示すように、アモル
ファスシリコン層９は井戸層４としての多結晶シリコン
層となる。
ファスシリコン層９は井戸層４としての多結晶シリコン
層となる。
【０００６】次に障壁層５としてプラズマＣＶＤ法によ
り、炭化シリコン（ＳｉＣ）層を堆積しさらにこの上層
に再びＬＰＣＶＤ法によりアモルファスシリコン層９を
形成し、図２２に示すように、エキシマレーザを用いて
レーザ光１０を照射し結晶化する。
り、炭化シリコン（ＳｉＣ）層を堆積しさらにこの上層
に再びＬＰＣＶＤ法によりアモルファスシリコン層９を
形成し、図２２に示すように、エキシマレーザを用いて
レーザ光１０を照射し結晶化する。
【０００７】これにより、図２３に示すように、アモル
ファスシリコン層９は多結晶シリコン層（井戸層４）と
なる。
ファスシリコン層９は多結晶シリコン層（井戸層４）と
なる。
【０００８】この後プラズマＣＶＤ法により、障壁層５
としての炭化シリコン層、光吸収層６としての水素化ア
モルファスシリコン層、電子注入層７としてのｐ型水素
化アモルファスシリコン層を連続的に堆積し、さらに図
２４に示すように、この上層にスパッタリング法により
酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層からなる上部電極８を形
成する。
としての炭化シリコン層、光吸収層６としての水素化ア
モルファスシリコン層、電子注入層７としてのｐ型水素
化アモルファスシリコン層を連続的に堆積し、さらに図
２４に示すように、この上層にスパッタリング法により
酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層からなる上部電極８を形
成する。
【０００９】そしてパターニングし、図２５に示すよう
に、多結晶シリコン層と炭化シリコン層とが２周期積層
された超格子構造の増倍層が形成される。
に、多結晶シリコン層と炭化シリコン層とが２周期積層
された超格子構造の増倍層が形成される。
【００１０】このようにして形成されたアバランシェフ
ォトダイオードにおいては、光吸収層で生成されたフォ
トキャリアが、この増倍層で増幅し、上部および下部電
極を介して電流として取り出され、増幅作用をもつもの
となる。
ォトダイオードにおいては、光吸収層で生成されたフォ
トキャリアが、この増倍層で増幅し、上部および下部電
極を介して電流として取り出され、増幅作用をもつもの
となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、増倍層としての多結晶シリコン／炭化シリコン
超格子を形成するに際し、アモルファスシリコン層の成
膜・結晶化と炭化シリコン層の成膜を交互に繰り返さね
ばならず、プロセスのスループットが悪いという問題が
あった。また障壁層５となる炭化シリコン層と井戸層と
なる多結晶シリコン層との界面は、成膜装置とアニール
装置との間を搬送する際に不純物の付着などにより、界
面の欠陥準位を増加させ、結果としてアバランシェフォ
トダイオードの暗電流を増大し、Ｓ／Ｎ比を低下させて
しまっていた。また、不純物の付着を改善するために洗
浄工程が必要となり、スループットがさらに悪化すると
いう問題があった。
法では、増倍層としての多結晶シリコン／炭化シリコン
超格子を形成するに際し、アモルファスシリコン層の成
膜・結晶化と炭化シリコン層の成膜を交互に繰り返さね
ばならず、プロセスのスループットが悪いという問題が
あった。また障壁層５となる炭化シリコン層と井戸層と
なる多結晶シリコン層との界面は、成膜装置とアニール
装置との間を搬送する際に不純物の付着などにより、界
面の欠陥準位を増加させ、結果としてアバランシェフォ
トダイオードの暗電流を増大し、Ｓ／Ｎ比を低下させて
しまっていた。また、不純物の付着を改善するために洗
浄工程が必要となり、スループットがさらに悪化すると
いう問題があった。
【００１２】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、良好な界面特性をもつ傾斜超格子型アバランシェフ
ォトダイオードのスループットを向上することを目的と
する。
で、良好な界面特性をもつ傾斜超格子型アバランシェフ
ォトダイオードのスループットを向上することを目的と
する。
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、アモ
ルファス半導体薄膜と第１の結晶半導体薄膜からなる障
壁層とを交互に複数周期積層する積層工程と、アモルフ
ァス半導体薄膜をアニールして結晶化し第２の結晶半導
体薄膜からなる井戸層を形成することにより、井戸層と
障壁層とを交互に複数周期積層してなる超格子構造の増
倍層を形成するアニール工程と、 前記積層工程前また
はアニール工程後に、前記増倍層に接続するように第１
および第２の電極を形成する工程とを含む半導体受光素
子の製造工程において、前記アニール工程が、第２の結
晶半導体薄膜に対する透過率がアモルファス半導体薄膜
に対する透過率よりも、高い波長を有するレーザを用い
てアニールを行う工程であることを特徴とする。
ルファス半導体薄膜と第１の結晶半導体薄膜からなる障
壁層とを交互に複数周期積層する積層工程と、アモルフ
ァス半導体薄膜をアニールして結晶化し第２の結晶半導
体薄膜からなる井戸層を形成することにより、井戸層と
障壁層とを交互に複数周期積層してなる超格子構造の増
倍層を形成するアニール工程と、 前記積層工程前また
はアニール工程後に、前記増倍層に接続するように第１
および第２の電極を形成する工程とを含む半導体受光素
子の製造工程において、前記アニール工程が、第２の結
晶半導体薄膜に対する透過率がアモルファス半導体薄膜
に対する透過率よりも、高い波長を有するレーザを用い
てアニールを行う工程であることを特徴とする。
【００１３】また、本発明の第２では、レーザ光照射側
に積層される膜の透過率に応じて、下層にいく程膜厚を
減少し、レーザから受けるエネルギーがほぼ等しくなる
ようにしてレーザアニールを行うようにしたことを特徴
とする。
に積層される膜の透過率に応じて、下層にいく程膜厚を
減少し、レーザから受けるエネルギーがほぼ等しくなる
ようにしてレーザアニールを行うようにしたことを特徴
とする。
【００１４】さらに、本発明の第３では、アモルファス
半導体薄膜をレーザアニールして結晶化し第２の結晶半
導体薄膜を形成するに際し、レーザ光照射側に積層され
る膜の透過率に応じて、各層での結晶化のためのレーザ
のエネルギーがほぼ等しくなるように、レーザ光のエネ
ルギー密度を調整するようにしたことを特徴とする。
半導体薄膜をレーザアニールして結晶化し第２の結晶半
導体薄膜を形成するに際し、レーザ光照射側に積層され
る膜の透過率に応じて、各層での結晶化のためのレーザ
のエネルギーがほぼ等しくなるように、レーザ光のエネ
ルギー密度を調整するようにしたことを特徴とする。
【００１５】本発明者らは、種々の実験の結果、アモル
ファス半導体薄膜と、結晶化後の半導体薄膜とで透過率
の波長依存性が異なることを発見しこれに着目してなさ
れたものである。
ファス半導体薄膜と、結晶化後の半導体薄膜とで透過率
の波長依存性が異なることを発見しこれに着目してなさ
れたものである。
【００１６】上記構成によれば、積層後に順次各層を結
晶化すればよいため、極めて作業性がよく、スループッ
トが大幅に向上する。また各層が結晶化のために受ける
エネルギーが等しくなり、結晶化が均一になされ得る。
また、連続的に積層した後に結晶化するため、装置間で
の搬送に際して膜の表面が汚染されることもなく、欠陥
準位の少ないアバランシェフォトダイオードを形成する
ことが可能となる。また透過率の波長依存性は膜厚によ
って若干変化するが、大きな傾向は変わらないため、膜
厚を変化させてもこの性質は有効である。
晶化すればよいため、極めて作業性がよく、スループッ
トが大幅に向上する。また各層が結晶化のために受ける
エネルギーが等しくなり、結晶化が均一になされ得る。
また、連続的に積層した後に結晶化するため、装置間で
の搬送に際して膜の表面が汚染されることもなく、欠陥
準位の少ないアバランシェフォトダイオードを形成する
ことが可能となる。また透過率の波長依存性は膜厚によ
って若干変化するが、大きな傾向は変わらないため、膜
厚を変化させてもこの性質は有効である。
【００１７】なお、ここで第１および第２の結晶半導体
薄膜とは、通常多結晶を示すが、単結晶であってもよ
い。
薄膜とは、通常多結晶を示すが、単結晶であってもよ
い。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面を参
照しつつ説明する。
照しつつ説明する。
【００１９】図１は本発明の原理説明図である。
【００２０】すなわち、本発明の方法では、アモルファ
スシリコン薄膜と炭化シリコン薄膜とを交互に積層し、
アモルファスシリコン薄膜をアニールして結晶化し、多
結晶シリコン薄膜とするもので、図１に、炭化シリコン
とアモルファスシリコンと多結晶シリコンとの透過率の
波長依存性を測定した結果を示す。この図から明らかな
ように、例えば波長６２０ｎｍ程度の光に対してはアモ
ルファスシリコンは１０％以下の透過率を示すが、結晶
化して得られる多結晶シリコンはほぼ８０％の高い透過
率を示すことがわかる。またここで間に介在せしめられ
る炭化シリコン薄膜は１００％程度の透過率を示す。従
って、まず第１回目のアニール工程で最上層のアモルフ
ァスシリコン薄膜を結晶化し、多結晶シリコンとしたと
き、高い透過率を呈すため、下層の炭化シリコン薄膜を
透過してさらに下層のアモルファスシリコン薄膜を結晶
化する。このようにして順次１層づつ良好に結晶化が進
行する。
スシリコン薄膜と炭化シリコン薄膜とを交互に積層し、
アモルファスシリコン薄膜をアニールして結晶化し、多
結晶シリコン薄膜とするもので、図１に、炭化シリコン
とアモルファスシリコンと多結晶シリコンとの透過率の
波長依存性を測定した結果を示す。この図から明らかな
ように、例えば波長６２０ｎｍ程度の光に対してはアモ
ルファスシリコンは１０％以下の透過率を示すが、結晶
化して得られる多結晶シリコンはほぼ８０％の高い透過
率を示すことがわかる。またここで間に介在せしめられ
る炭化シリコン薄膜は１００％程度の透過率を示す。従
って、まず第１回目のアニール工程で最上層のアモルフ
ァスシリコン薄膜を結晶化し、多結晶シリコンとしたと
き、高い透過率を呈すため、下層の炭化シリコン薄膜を
透過してさらに下層のアモルファスシリコン薄膜を結晶
化する。このようにして順次１層づつ良好に結晶化が進
行する。
【００２１】次に、本発明の第１の実施例として超格子
型のアバランシェフォトダイオードの製造方法について
図面を参照しつつ説明する。
型のアバランシェフォトダイオードの製造方法について
図面を参照しつつ説明する。
【００２２】まず図２に示すようにガラス基板１上にス
パッタリング法により、下部電極２としてタンタル（Ｔ
ａ）薄膜を５００ｎｍ程度の膜厚となるように形成した
後、プラズマＣＶＤ法により正孔注入阻止層３として膜
厚５０ｎｍ程度のｎ型水素化アモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ：Ｈ）層を形成する。ついでＬＰＣＶＤ法により
膜厚１００ｎｍ程度のアモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）層９を形成し、膜厚５０ｎｍ程度の炭化シリコン
（ＳｉＣ）層（障壁層５）を交互に２周期積層し、発振
波長６２０ｎｍのパルス色素レーザを用いてレーザ光１
０を照射し結晶化する（図２）。
パッタリング法により、下部電極２としてタンタル（Ｔ
ａ）薄膜を５００ｎｍ程度の膜厚となるように形成した
後、プラズマＣＶＤ法により正孔注入阻止層３として膜
厚５０ｎｍ程度のｎ型水素化アモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ：Ｈ）層を形成する。ついでＬＰＣＶＤ法により
膜厚１００ｎｍ程度のアモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）層９を形成し、膜厚５０ｎｍ程度の炭化シリコン
（ＳｉＣ）層（障壁層５）を交互に２周期積層し、発振
波長６２０ｎｍのパルス色素レーザを用いてレーザ光１
０を照射し結晶化する（図２）。
【００２３】これにより、最上層の炭化シリコン層５の
透過率は１００％程度であるため、この光は良好にアモ
ルファスシリコン層９に到達し、この層は透過率が極め
て低いためこの層で良好に吸収され、照射エネルギーの
大半がこの層の結晶化に作用し図３に示すように、アモ
ルファスシリコン層９は極めて結晶性の高い井戸層とし
ての多結晶シリコン層４を構成する。
透過率は１００％程度であるため、この光は良好にアモ
ルファスシリコン層９に到達し、この層は透過率が極め
て低いためこの層で良好に吸収され、照射エネルギーの
大半がこの層の結晶化に作用し図３に示すように、アモ
ルファスシリコン層９は極めて結晶性の高い井戸層とし
ての多結晶シリコン層４を構成する。
【００２４】次にこの状態で、同様に発振波長６２０ｎ
ｍのパルス色素レーザを用いてレーザ光１０を照射し結
晶化する（図４）。ここでは、最上層に位置する障壁層
５としての炭化シリコン層５およびその下層の結晶化さ
れた多結晶シリコン層４はこの光に対して高い透過率を
示すため、下層のアモルファスシリコン層９に到達し、
ここでも同様に良好に吸収され、アモルファスシリコン
の溶融・再結晶化が起こる。
ｍのパルス色素レーザを用いてレーザ光１０を照射し結
晶化する（図４）。ここでは、最上層に位置する障壁層
５としての炭化シリコン層５およびその下層の結晶化さ
れた多結晶シリコン層４はこの光に対して高い透過率を
示すため、下層のアモルファスシリコン層９に到達し、
ここでも同様に良好に吸収され、アモルファスシリコン
の溶融・再結晶化が起こる。
【００２５】これにより、図５に示すように、アモルフ
ァスシリコン層９は多結晶シリコン層４となる。
ァスシリコン層９は多結晶シリコン層４となる。
【００２６】この後プラズマＣＶＤ法により、光吸収層
６として膜厚１μｍの水素化アモルファスシリコン層、
電子注入阻止層７としてのｐ型水素化アモルファスシリ
コン層を連続的に堆積し、さらに図６に示すように、こ
の上層にスパッタリング法により酸化インジウム錫（Ｉ
ＴＯ）層からなる膜厚６０ｎｍの上部電極８を形成す
る。
６として膜厚１μｍの水素化アモルファスシリコン層、
電子注入阻止層７としてのｐ型水素化アモルファスシリ
コン層を連続的に堆積し、さらに図６に示すように、こ
の上層にスパッタリング法により酸化インジウム錫（Ｉ
ＴＯ）層からなる膜厚６０ｎｍの上部電極８を形成す
る。
【００２７】そしてパターニングし図７に示すように、
多結晶シリコン層と炭化シリコン層とが２周期積層され
た超格子構造のアバランシェフォトダイオードが形成さ
れる。
多結晶シリコン層と炭化シリコン層とが２周期積層され
た超格子構造のアバランシェフォトダイオードが形成さ
れる。
【００２８】このようにして形成されたアバランシェフ
ォトダイオードは、増倍層としての多結晶シリコン／炭
化シリコン超格子を形成するに際し、アモルファスシリ
コン層と炭化シリコン層の成膜を交互に積層した後、順
次結晶化しているため、井戸層と障壁層との界面への不
純物の混入もなく、またスループットが従来に比べ３０
％程度も向上した。
ォトダイオードは、増倍層としての多結晶シリコン／炭
化シリコン超格子を形成するに際し、アモルファスシリ
コン層と炭化シリコン層の成膜を交互に積層した後、順
次結晶化しているため、井戸層と障壁層との界面への不
純物の混入もなく、またスループットが従来に比べ３０
％程度も向上した。
【００２９】このアバランシェフォトダイオードに光を
照射し特性を測定した結果図８に示すように暗電流が大
幅に低減されていることがわかる。これは次のような理
由によるものと考えられる。この方法では、井戸層が不
純物の混入もなく、また、結晶性のよい多結晶シリコン
となる。従って、このアバランシェフォトダイオードに
逆バイアスを印加する場合、井戸層に対して障壁層が高
抵抗となっているため、井戸層には電界が殆どかから
ず、不要な電子／正孔対の生成が皆無となって暗電流の
発生が抑制され得、また、この多結晶シリコンは高移動
度をもつため、高感度となる。
照射し特性を測定した結果図８に示すように暗電流が大
幅に低減されていることがわかる。これは次のような理
由によるものと考えられる。この方法では、井戸層が不
純物の混入もなく、また、結晶性のよい多結晶シリコン
となる。従って、このアバランシェフォトダイオードに
逆バイアスを印加する場合、井戸層に対して障壁層が高
抵抗となっているため、井戸層には電界が殆どかから
ず、不要な電子／正孔対の生成が皆無となって暗電流の
発生が抑制され得、また、この多結晶シリコンは高移動
度をもつため、高感度となる。
【００３０】なお、この例では、２回のレーザアニール
工程で照射エネルギーを変化させることなく結晶化をお
こなったが、２回目のレーザアニール工程では透過率を
考慮して、アモルファスシリコン層が１回目と同様のエ
ネルギーを吸収できるように照射エネルギーをやや増大
するようにしてもよい。
工程で照射エネルギーを変化させることなく結晶化をお
こなったが、２回目のレーザアニール工程では透過率を
考慮して、アモルファスシリコン層が１回目と同様のエ
ネルギーを吸収できるように照射エネルギーをやや増大
するようにしてもよい。
【００３１】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図９から図１４はこのアバランシェフォトダイオー
ドの製造工程を示す図である。前記第１の実施例では、
２層のアモルファスシリコン層９の膜厚は同程度となる
ようにしたが、ここでは上層側のアモルファスシリコン
層を１００ｎｍ、下層側のアモルファスシリコン層を８
０ｎｍと、下層側を薄く形成し、単位体積あたりの結晶
化エネルギーが等しくなるようにしたことを特徴とする
ものである。
る。図９から図１４はこのアバランシェフォトダイオー
ドの製造工程を示す図である。前記第１の実施例では、
２層のアモルファスシリコン層９の膜厚は同程度となる
ようにしたが、ここでは上層側のアモルファスシリコン
層を１００ｎｍ、下層側のアモルファスシリコン層を８
０ｎｍと、下層側を薄く形成し、単位体積あたりの結晶
化エネルギーが等しくなるようにしたことを特徴とする
ものである。
【００３２】この工程では、アモルファスシリコン層の
膜厚を変化させた他は前記第１の実施例とまったく同様
に形成した。同一要素には同一符合を付し説明は省略し
た。
膜厚を変化させた他は前記第１の実施例とまったく同様
に形成した。同一要素には同一符合を付し説明は省略し
た。
【００３３】このようにして形成されたアバランシェフ
ォトダイオードは、図８に示したものよりも若干良好で
あった。ここでは多結晶シリコンの透過率がほぼ８０％
であり、下層の膜厚は上層の８０％であるのでそれぞれ
の膜が受け取る単位体積あたりのエネルギーはほぼ等し
くなり、ほぼ同等の結晶性をもつ井戸層を形成すること
ができた。このように多結晶シリコンの膜質がほぼ同等
に形成できたため、片方の井戸層に欠陥が多くＳ／Ｎ比
を低下させてしまうという問題が低減されたためと考え
られる。またプロセスのスループットは従来の方法を用
いてた場合に比べ４０％程度向上した。
ォトダイオードは、図８に示したものよりも若干良好で
あった。ここでは多結晶シリコンの透過率がほぼ８０％
であり、下層の膜厚は上層の８０％であるのでそれぞれ
の膜が受け取る単位体積あたりのエネルギーはほぼ等し
くなり、ほぼ同等の結晶性をもつ井戸層を形成すること
ができた。このように多結晶シリコンの膜質がほぼ同等
に形成できたため、片方の井戸層に欠陥が多くＳ／Ｎ比
を低下させてしまうという問題が低減されたためと考え
られる。またプロセスのスループットは従来の方法を用
いてた場合に比べ４０％程度向上した。
【００３４】次に本発明の第３の実施例について説明す
る。ここでは、前記第１および第２の実施例と同様の方
法を用いて上部電極８まで順次積層し、この後基板面側
からレーザ光を照射する様にしたことを特徴とする。
る。ここでは、前記第１および第２の実施例と同様の方
法を用いて上部電極８まで順次積層し、この後基板面側
からレーザ光を照射する様にしたことを特徴とする。
【００３５】まず図１５に示すようにガラス基板１上に
スパッタリング法により、下部電極１２として透光性の
酸化インジウム錫（ＩＴＯ）薄膜を１００ｎｍ程度の膜
厚となるように形成した後、プラズマＣＶＤ法により、
正孔注入阻止層１３として膜厚５０ｎｍ程度のｎ型マイ
クロクリスタルシリコン層（μｃ−Ｓｉ）層を形成す
る。ついでＬＰＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍ程度のア
モルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層９を形成し、膜厚５
０ｎｍ程度の炭化シリコン（ＳｉＣ）層５、膜厚８０ｎ
ｍ程度のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層９、膜厚
５０ｎｍ程度の炭化シリコン（ＳｉＣ）層５を積層し、
さらに光吸収層６として膜厚１μｍの水素化アモルファ
スシリコン層、電子注入阻止層７としての膜厚５０ｎｍ
程度のｐ型水素化アモルファスシリコン層を連続的に堆
積し、さらに、この上層にスパッタリング法により酸化
インジウム錫（ＩＴＯ）層からなる膜厚６０ｎｍの上部
電極８を形成する。ここで酸化インジウム錫層以外はす
べて連続工程で形成することができる。 そして基板の
裏面側から、発振波長６２０ｎｍのパルス色素レーザを
用いてレーザ光１０を照射し結晶化する（図１５）。
スパッタリング法により、下部電極１２として透光性の
酸化インジウム錫（ＩＴＯ）薄膜を１００ｎｍ程度の膜
厚となるように形成した後、プラズマＣＶＤ法により、
正孔注入阻止層１３として膜厚５０ｎｍ程度のｎ型マイ
クロクリスタルシリコン層（μｃ−Ｓｉ）層を形成す
る。ついでＬＰＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍ程度のア
モルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層９を形成し、膜厚５
０ｎｍ程度の炭化シリコン（ＳｉＣ）層５、膜厚８０ｎ
ｍ程度のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層９、膜厚
５０ｎｍ程度の炭化シリコン（ＳｉＣ）層５を積層し、
さらに光吸収層６として膜厚１μｍの水素化アモルファ
スシリコン層、電子注入阻止層７としての膜厚５０ｎｍ
程度のｐ型水素化アモルファスシリコン層を連続的に堆
積し、さらに、この上層にスパッタリング法により酸化
インジウム錫（ＩＴＯ）層からなる膜厚６０ｎｍの上部
電極８を形成する。ここで酸化インジウム錫層以外はす
べて連続工程で形成することができる。 そして基板の
裏面側から、発振波長６２０ｎｍのパルス色素レーザを
用いてレーザ光１０を照射し結晶化する（図１５）。
【００３６】これにより、炭化シリコン層５の透過率は
１００％程度であるため、この光は良好にアモルファス
シリコン層９に到達し、この層は透過率が極めて低いた
めこの層で良好に吸収され、照射エネルギーの大半がこ
の層の結晶化に作用し図１６に示すように、アモルファ
スシリコン層９は極めて結晶性の高い井戸層としての多
結晶シリコン層４を構成する。
１００％程度であるため、この光は良好にアモルファス
シリコン層９に到達し、この層は透過率が極めて低いた
めこの層で良好に吸収され、照射エネルギーの大半がこ
の層の結晶化に作用し図１６に示すように、アモルファ
スシリコン層９は極めて結晶性の高い井戸層としての多
結晶シリコン層４を構成する。
【００３７】次にこの状態で、同様に発振波長６２０ｎ
ｍのパルス色素レーザを用いてレーザ光１０を照射し結
晶化する（図１７）。ここでは、最下層に位置する障壁
層５としての炭化シリコン層およびその上層の結晶化さ
れた多結晶シリコン層４は、この光に対して高い透過率
を示すため、上層のアモルファスシリコン層９に到達
し、ここでも同様に良好に吸収され、アモルファスシリ
コンの溶融・再結晶化が起こる。
ｍのパルス色素レーザを用いてレーザ光１０を照射し結
晶化する（図１７）。ここでは、最下層に位置する障壁
層５としての炭化シリコン層およびその上層の結晶化さ
れた多結晶シリコン層４は、この光に対して高い透過率
を示すため、上層のアモルファスシリコン層９に到達
し、ここでも同様に良好に吸収され、アモルファスシリ
コンの溶融・再結晶化が起こる。
【００３８】これにより、図１８に示すように、上層側
のアモルファスシリコン層９は多結晶シリコン層４とな
る。
のアモルファスシリコン層９は多結晶シリコン層４とな
る。
【００３９】この後パターニングし図１９に示すよう
に、多結晶シリコン層と炭化シリコン層とが２周期積層
された超格子構造のアバランシェフォトダイオードが形
成される。
に、多結晶シリコン層と炭化シリコン層とが２周期積層
された超格子構造のアバランシェフォトダイオードが形
成される。
【００４０】このようにして形成されたアバランシェフ
ォトダイオードは、図８に示したものよりも若干良好で
あった。ここでは多結晶シリコンの透過率がほぼ８０％
であり、上層の膜厚は下層の８０％であるのでそれぞれ
の膜が受け取る単位体積あたりのエネルギーはほぼ等し
くなり、ほぼ同等の結晶性をもつ井戸層を形成すること
ができた。このように多結晶シリコンの膜質がほぼ同等
に形成できたため、片方の井戸層に欠陥が多くＳ／Ｎ比
を低下させてしまうという問題が低減されたためと考え
られる。またプロセスのスループットは従来の方法を用
いてた場合に比べ４０％程度向上した。このアバランシ
ェフォトダイオードに光を照射し特性を測定した結果暗
電流が大幅に低減されていることがわかる。
ォトダイオードは、図８に示したものよりも若干良好で
あった。ここでは多結晶シリコンの透過率がほぼ８０％
であり、上層の膜厚は下層の８０％であるのでそれぞれ
の膜が受け取る単位体積あたりのエネルギーはほぼ等し
くなり、ほぼ同等の結晶性をもつ井戸層を形成すること
ができた。このように多結晶シリコンの膜質がほぼ同等
に形成できたため、片方の井戸層に欠陥が多くＳ／Ｎ比
を低下させてしまうという問題が低減されたためと考え
られる。またプロセスのスループットは従来の方法を用
いてた場合に比べ４０％程度向上した。このアバランシ
ェフォトダイオードに光を照射し特性を測定した結果暗
電流が大幅に低減されていることがわかる。
【００４１】なお前記実施例では、基板としてガラス基
板を用いたが、セラミック、石英、ポリイミドなど他の
絶縁性材料を用いても良く、また、金属板などの導電性
材料も、アバランシェフォトダイオードの用途によって
は使用可能である。ただし基板側からレーザ光を照射す
る場合には、レーザ光を透過する材質を選択する必要が
ある。また下部電極としてはタンタルやＩＴＯの他、モ
リブデン、チタン、タングステンなどの金属材料、タン
タルシリサイド、モリブデンシリサイド、チタンシリサ
イド、タングステンシリサイドなどの金属シリサイドを
用いてもよい。さらに正孔注入阻止層としてもｎ型水素
化アモルファスシリコンに限定されることなく結晶シリ
コン、多結晶シリコンなどでもよい。セレン、ゲルマニ
ウムなども適用可能である。また電子注入阻止層として
もｐ型水素化アモルファスシリコンに限定されることな
く結晶シリコン、多結晶シリコンなどでもよい。障壁層
としても炭化シリコンに限定されることなく窒化シリコ
ンなども適用可能である。光吸収層としても水素化アモ
ルファスシリコンに限定されることなくセレン、ゲルマ
ニウムなども適用可能である。上部電極としても酸化イ
ンジウム錫に限定されることなく酸化錫など適宜変更可
能である。
板を用いたが、セラミック、石英、ポリイミドなど他の
絶縁性材料を用いても良く、また、金属板などの導電性
材料も、アバランシェフォトダイオードの用途によって
は使用可能である。ただし基板側からレーザ光を照射す
る場合には、レーザ光を透過する材質を選択する必要が
ある。また下部電極としてはタンタルやＩＴＯの他、モ
リブデン、チタン、タングステンなどの金属材料、タン
タルシリサイド、モリブデンシリサイド、チタンシリサ
イド、タングステンシリサイドなどの金属シリサイドを
用いてもよい。さらに正孔注入阻止層としてもｎ型水素
化アモルファスシリコンに限定されることなく結晶シリ
コン、多結晶シリコンなどでもよい。セレン、ゲルマニ
ウムなども適用可能である。また電子注入阻止層として
もｐ型水素化アモルファスシリコンに限定されることな
く結晶シリコン、多結晶シリコンなどでもよい。障壁層
としても炭化シリコンに限定されることなく窒化シリコ
ンなども適用可能である。光吸収層としても水素化アモ
ルファスシリコンに限定されることなくセレン、ゲルマ
ニウムなども適用可能である。上部電極としても酸化イ
ンジウム錫に限定されることなく酸化錫など適宜変更可
能である。
【００４２】そして叉、アモルファス半導体層、結晶半
導体層の形成方法としてはＬＰＣＶＤ、プラズマＣＶＤ
法に限定されることなく，ＥＣＲＣＶＤ，光ＣＶＤ、ス
パッタリング、蒸着など他の方法を用いてもよいことは
いうまでもない。
導体層の形成方法としてはＬＰＣＶＤ、プラズマＣＶＤ
法に限定されることなく，ＥＣＲＣＶＤ，光ＣＶＤ、ス
パッタリング、蒸着など他の方法を用いてもよいことは
いうまでもない。
【００４３】また、前記実施例では、レーザとして波長
６２０ｎｍのパルス色素レーザを用いたが、クリプトン
レーザ、ＣＷ色素レーザ、Ｑスィッチレーザ、ルビーレ
ーザなど、アモルファスシリコンと多結晶シリコンとに
対する透過率に差のある波長をもつレーザ光を得ること
ができるものであればよい。また光学系を用いてビーム
を成形、集光して使用することも可能である。さらにま
た、前記実施例では、基板に対して素子側から光を検知
するようにしたが、基板側からの光を検知するように構
成してもよい。また増倍層としては井戸層と障壁層を２
周期ではなく多層構造にしてもよい。また電極について
も上部電極と下部電極とで増倍層を挟むようにしたが、
これに限定されることなく適宜変更可能である。
６２０ｎｍのパルス色素レーザを用いたが、クリプトン
レーザ、ＣＷ色素レーザ、Ｑスィッチレーザ、ルビーレ
ーザなど、アモルファスシリコンと多結晶シリコンとに
対する透過率に差のある波長をもつレーザ光を得ること
ができるものであればよい。また光学系を用いてビーム
を成形、集光して使用することも可能である。さらにま
た、前記実施例では、基板に対して素子側から光を検知
するようにしたが、基板側からの光を検知するように構
成してもよい。また増倍層としては井戸層と障壁層を２
周期ではなく多層構造にしてもよい。また電極について
も上部電極と下部電極とで増倍層を挟むようにしたが、
これに限定されることなく適宜変更可能である。
【００４４】このようにレーザのエネルギーと、膜厚の
組み合わせを適切に選択することにより、膜質の異なる
超格子を得ることができる。
組み合わせを適切に選択することにより、膜質の異なる
超格子を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、スループットが向上し、暗電流の少ない高品質のア
バランシェフォトダイオードを得ることが可能となる。
ば、スループットが向上し、暗電流の少ない高品質のア
バランシェフォトダイオードを得ることが可能となる。
【図１】波長の透過率依存性を示す図（本発明の原理説
明図）
明図）
【図２】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図
イオードの製造工程図
【図３】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図
イオードの製造工程図
【図４】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図
イオードの製造工程図
【図５】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図
イオードの製造工程図
【図６】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図
イオードの製造工程図
【図７】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図
イオードの製造工程図
【図８】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの印加電圧と暗電流との関係を示す図
イオードの印加電圧と暗電流との関係を示す図
【図９】本発明の第２の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図
イオードの製造工程図
【図１０】本発明の第２の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図
ダイオードの製造工程図
【図１１】本発明の第２の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図
ダイオードの製造工程図
【図１２】本発明の第２の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図
ダイオードの製造工程図
【図１３】本発明の第２の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図
ダイオードの製造工程図
【図１４】本発明の第２の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図
ダイオードの製造工程図
【図１５】本発明の第３の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図
ダイオードの製造工程図
【図１６】本発明の第３の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図
ダイオードの製造工程図
【図１７】本発明の第３の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図
ダイオードの製造工程図
【図１８】本発明の第３の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図
ダイオードの製造工程図
【図１９】本発明の第３の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図
ダイオードの製造工程図
【図２０】従来例のアバランシェフォトダイオードの製
造工程図
造工程図
【図２１】従来例のアバランシェフォトダイオードの製
造工程図
造工程図
【図２２】従来例のアバランシェフォトダイオードの製
造工程図
造工程図
【図２３】従来例のアバランシェフォトダイオードの製
造工程図
造工程図
【図２４】従来例のアバランシェフォトダイオードの製
造工程図
造工程図
【図２５】従来例のアバランシェフォトダイオードの製
造工程図
造工程図
１ ガラス基板 ２ 下部電極 ３ 正孔注入阻止層 ４ 井戸層 ５ 障壁層 ６ 光吸収層 ７ 電子注入阻止層 ８ 上部電極 ９ アモルファスシリコン層 １０ レーザ光 １２ 下部電極 １３ 正孔注入阻止層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 経塚 信也 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 アモルファス半導体薄膜と第１の結晶半
導体薄膜からなる障壁層とを交互に複数周期積層する積
層工程と、 アモルファス半導体薄膜をアニールして結晶化し第２の
結晶半導体薄膜からなる井戸層を形成することにより、
井戸層と障壁層とを交互に複数周期積層してなる超格子
構造の増倍層を形成するアニール工程と、 前記積層工
程前またはアニール工程後に、前記増倍層に接続するよ
うに第１および第２の電極を形成する工程とを含む半導
体受光素子の製造工程において、 前記アニール工程が、第２の結晶半導体薄膜に対する透
過率がアモルファス半導体薄膜に対する透過率よりも、
高い波長を有するレーザを用いてアニールを行う工程で
あることを特徴とする半導体受光素子の製造方法。 - 【請求項２】 アモルファス半導体薄膜と第１の結晶半
導体薄膜からなる障壁層とを交互に複数周期積層する積
層工程と、 アモルファス半導体薄膜をアニールして結晶化し第２の
結晶半導体薄膜からなる井戸層を形成することにより、
井戸層と障壁層とを交互に複数周期積層してなる超格子
構造の増倍層を形成するアニール工程と、 前記積層工程前またはアニール工程後に、前記増倍層に
接続するように第１および第２の電極を形成する工程と
を含む半導体受光素子の製造工程において、 前記積層工程が、レーザ光照射側に形成される膜の透過
率に応じて、下層にいく程膜厚を減少し、レーザから受
けるエネルギーがほぼ等しくなるように成膜する工程で
あることを特徴とする半導体受光素子の製造方法。 - 【請求項３】 アモルファス半導体薄膜と第１の結晶半
導体薄膜からなる障壁層とを交互に複数周期積層する積
層工程と、 アモルファス半導体薄膜をアニールして結晶化し第２の
結晶半導体薄膜からなる井戸層を形成することにより、
井戸層と障壁層とを交互に複数周期積層してなる超格子
構造の増倍層を形成するアニール工程と、 前記積層工程前またはアニール工程後に、前記増倍層に
接続するように第１および第２の電極を形成する工程と
を含む半導体受光素子の製造工程において、 前記アニール工程が、レーザ光照射側に形成される膜の
透過率に応じて、各周期でのアモルファス半導体層の結
晶化のためのレーザのエネルギーがほぼ等しくなるよう
に、レーザ光のエネルギー密度を調整するようにしたこ
とを特徴とする半導体受光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8220190A JPH1065204A (ja) | 1996-08-21 | 1996-08-21 | 半導体受光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8220190A JPH1065204A (ja) | 1996-08-21 | 1996-08-21 | 半導体受光素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1065204A true JPH1065204A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16747300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8220190A Pending JPH1065204A (ja) | 1996-08-21 | 1996-08-21 | 半導体受光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1065204A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3596509B1 (en) * | 2017-03-16 | 2021-06-16 | Pixquanta Limited | An electromagnetic radiation detection device |
| CN114122184A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-01 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光电转换结构、其制作方法、图像传感器及电子设备 |
-
1996
- 1996-08-21 JP JP8220190A patent/JPH1065204A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3596509B1 (en) * | 2017-03-16 | 2021-06-16 | Pixquanta Limited | An electromagnetic radiation detection device |
| CN114122184A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-01 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光电转换结构、其制作方法、图像传感器及电子设备 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |