[发明专利]紫外线受光元件和紫外线量的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用金属氟化物薄膜的新型受光元件。更具体地，提供对紫外线具有高灵敏度、另一方面对可见光具有低灵敏度、可选择性检测紫外线、并且能测定紫外线量的受光元件及其测定方法。

背景技术

随着半导体集成电路的微细化、高集成化，图案制作所需的光刻技术中使用的曝光光源要求波长更短的紫外光源。目前使用KrF准分子激光(5.0eV，波长248nm)，且使用ArF准分子激光(6.4eV，波长193nm)的光刻技术也逐渐上升。另外，使用作为下一代曝光光源的F₂激光(7.9eV，波长157nm)、极短紫外线(95eV，波长13nm)的光刻技术的开发也在进行。

对由这些紫外光源产生的紫外线进行检测、光量评价需要紫外线受光元件。作为紫外区域的受光元件，至今一般使用硅(Si)系的受光元件(光电二极管)，但由于Si系的受光元件对于可见光也具有灵敏度，因此存在需要可见光遮蔽滤光器的问题，期待开发可选择性检测更短波长的光的新型元件。

为了选择性检测短波长的光，需要的是，对长波长的光的灵敏度低，对短波长的光的灵敏度高。受光元件的波长选择性由检测层中使用的材料的带隙来决定。这是因为，使波长短于相当于检测层材料的带隙的波长的光入射，从而生成电子、空穴，可进行检测。至今，已开发了利用带隙大的材料的受光元件。具体而言，开发了使用金刚石[例如非专利文献1]、氮化铝镓(AlGaN)[例如非专利文献2]的受光元件。

金刚石受光元件通过用等离子体气相沉积法在硅(Si)基板、砷化镓(GaAs)基板或碳化硅(SiC)基板上形成高取向性的金刚石薄膜来制作。所述金刚石受光元件已经以对短于225nm的波长具有灵敏度的紫外线受光元件的形式在市场上销售。另外，AlGaN受光元件是氮化铝(AlN)和氮化镓(GaN)的混晶(mixed crystal)，可以用Al_XGa_1-XN(X＝0～1)的化学式来表示，可以根据组成来改变带隙。这种AlGaN薄膜通过有机金属气相沉积法在蓝宝石基板、SiC基板上形成。GaN受光元件、Al含有率低的AlGaN受光元件在市场上已经有售。然而，金刚石的带隙为5.5eV(波长225nm)，AlGaN的带隙为6.2～3.4eV(波长200～365nm)，对短于200nm的波长的光具有选择性灵敏度的受光元件在理论上是不能实现的。

另一方面，存在所具有的带隙大于6.2eV的金属氟化物。例如，氟化锂(LiF)为13.6eV(波长91nm)，氟化钙(CaF₂)为10eV(波长124nm)，氟化锶(SrF₂)为9.4eV(波长132nm)，氟化钡(BaF₂)为9.1eV(波长136nm)[非专利文献3]。另外，存在没有超过6.2eV但总体上具有较大带隙的金属氟化物，例如，氟化铈(CeF₃)的带隙为4.13eV(波长300nm)。

由于该金属氟化物大多可以应用CZ法等熔体生长法(meltgrowth method)，因此可以培育各种块状单晶(bulk singlecrystal)，对于几种金属氟化物的块状单晶，探讨了光电导性。具体而言，研究了氟化镁(MgF₂)、添加Yb的CaF₂、添加Yb的BaF₂、添加Yb的SrF₂、添加Eu的BaF₂的块状单晶[非专利文献4、非专利文献5]。然而，这些金属氟化物的薄膜的制作极为困难，因此迄今为止尚不存在利用金属氟化物薄膜的紫外线受光元件。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：K.Hyashi，et al.，“Durable ultraviolet sensorsusing highly oriented diamond films”，Diamond and RelatedMaterials 15，792-796(2006)

非专利文献2：大内洋一郎等，“AlGaN系紫外线受光元件的开发”，三菱电线工业时报，第100号，2003年4月

非专利文献3：“CRC Handbook of Laser Science andTechnology”，30-37

非专利文献4：Geoffrey P Summers，“Photoconductivity inMgF2”，J.Phys.C：Solid State Phys.，Vol.8，3621-3628(1975)