JP2013149811A - Semiconductor device, manufacturing device and method, and image pickup element - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、半導体装置、製造装置および方法、並びに、撮像素子に関し、特に、絶縁層付近の電荷量の局所的な制御を可能にした半導体装置、製造装置および方法、並びに、撮像素子に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device, a manufacturing apparatus and method, and an imaging element, and more particularly, to a semiconductor device, a manufacturing apparatus and method, and an imaging element that enable local control of the amount of charge in the vicinity of an insulating layer.
近年、半導体集積回路の微細化に伴い、先端CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)ではデバイスバラつきの低減が大きな課題になっている。バラつきの解決策として、チャネルにドーパントを行わない構造が提案されている。この場合、チャネルIIがないため、閾値電圧Vthは、ゲート電極材料の仕事関数で決まる。しかしながら、特にPMOSFET(P Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)(以下、単にPMOSとも称する)の場合、閾値電圧Vthを低くすることが困難である。 In recent years, with the miniaturization of semiconductor integrated circuits, reduction of device variation has become a major issue in advanced CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). As a solution for variation, a structure in which no dopant is applied to the channel has been proposed. In this case, since there is no channel II, the threshold voltage Vth is determined by the work function of the gate electrode material. However, particularly in the case of a PMOSFET (P Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) (hereinafter also simply referred to as PMOS), it is difficult to reduce the threshold voltage Vth.
これに対して、絶縁層であるUTB(Ultra Thin Body)構造の埋め込み酸化膜層(Box(Buried Oxide)層)を、シリコン酸化膜(SiO2)の中にシリコン窒化膜(SiN)を含む(内包する)ONO構造にすることで、閾値電圧Vthを制御する技術が報告された(例えば、非特許文献1参照)。 In contrast, a buried oxide layer (Box (Buried Oxide) layer) with an UTB (Ultra Thin Body) structure, which is an insulating layer, includes a silicon nitride film (SiN) in a silicon oxide film (SiO2). A technique for controlling the threshold voltage Vth by using an ONO structure has been reported (see, for example, Non-Patent Document 1).
しかしながら、バックバイアスはバルク基板に印加されるため、正負いずれかの極性しか印加することができない。そのため、仮にPMOSFETの閾値電圧Vthを下げようとすると、NMOSFETの閾値電圧Vthが高くなってしまう恐れがあった。 However, since the back bias is applied to the bulk substrate, only a positive or negative polarity can be applied. For this reason, if the threshold voltage Vth of the PMOSFET is to be lowered, the threshold voltage Vth of the NMOSFET may be increased.
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、絶縁層付近の電荷量を局所的に制御することができるようにすることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of such a situation, and an object thereof is to enable local control of the amount of charge in the vicinity of an insulating layer.
本開示の一側面は、シリコン基板上に形成される絶縁層と、前記絶縁層上に形成されるシリコン層とを備え、前記絶縁層は、局所的に、電荷を蓄積する電荷蓄積層を有する半導体装置である。 One aspect of the present disclosure includes an insulating layer formed on a silicon substrate and a silicon layer formed on the insulating layer, and the insulating layer has a charge storage layer that locally stores charges. It is a semiconductor device.
前記絶縁層は、所定の回路素子の下部のみ、前記電荷蓄積層を有するようにすることができる。 The insulating layer may have the charge storage layer only below a predetermined circuit element.
前記回路素子は、P型のMOSFETであるようにすることができる。 The circuit element may be a P-type MOSFET.
前記P型のMOSFETは、N型のMOSFETと同じ素材のゲート電極を有することができる。 The P-type MOSFET may have a gate electrode made of the same material as the N-type MOSFET.
前記回路素子は、フォトダイオードであるようにすることができる。 The circuit element may be a photodiode.
前記絶縁層は、所定の領域のみ、前記電荷蓄積層を有するようにすることができる。 The insulating layer may have the charge storage layer only in a predetermined region.
前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、局所的に、窒化シリコンよりなり、前記シリコン基板に印加されるバックバイアスにより電荷が蓄積される前記電荷蓄積層を内包するようにすることができる。 The insulating layer may be formed of silicon oxide, locally made of silicon nitride, and include the charge storage layer in which charges are stored by a back bias applied to the silicon substrate.
前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、前記シリコン層との界面に、局所的に、高誘電率の素材を用いたHigh-k膜よりなる前記電荷蓄積層を有するようにすることができる。 The insulating layer may be formed of silicon oxide, and may have the charge storage layer made of a high-k film using a high dielectric constant material locally at the interface with the silicon layer.
前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、局所的に、高誘電率の素材を用いたHigh-k膜よりなる前記電荷蓄積層を内包するようにすることができる。 The insulating layer may be formed of silicon oxide and locally include the charge storage layer made of a high-k film using a high dielectric constant material.
前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、互いに異なる部分に局所的に、複数種類の電荷蓄積層を有するようにすることができる。 The insulating layer may be formed of silicon oxide, and may have a plurality of types of charge storage layers locally at different portions.
前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、局所的に、窒化シリコンよりなり、前記シリコン基板に印加されるバックバイアスにより電荷が蓄積される第1の電荷蓄積層を内包し、前記第1の電荷蓄積層と異なる部分に、局所的に、高誘電率の素材を用いたHigh-k膜よりなる第2の電荷蓄積層を有することができる。 The insulating layer is formed of silicon oxide, is locally made of silicon nitride, includes a first charge storage layer in which charges are stored by a back bias applied to the silicon substrate, and includes the first charge. A second charge storage layer made of a high-k film using a high dielectric constant material can be locally provided in a portion different from the storage layer.
本開示の他の側面は、半導体装置を製造する製造装置であって、シリコン基板にシリコン酸化膜を成膜する第1の酸化膜成膜部と、前記第1の酸化膜成膜部により成膜された前記シリコン酸化膜上に、シリコン窒化膜を成膜する窒化膜成膜部と、前記窒化膜成膜部により成膜された前記シリコン窒化膜を、パターニングして所望の部分のみ局所的に残すように加工する窒化膜加工部と、前記窒化膜加工部によりパターニングされた前記シリコン窒化膜上に、シリコン酸化膜を成膜する第2の酸化膜成膜部とを備える製造装置である。 Another aspect of the present disclosure is a manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device, which includes a first oxide film forming unit that forms a silicon oxide film on a silicon substrate, and the first oxide film forming unit. A nitride film forming part for forming a silicon nitride film on the silicon oxide film thus formed, and the silicon nitride film formed by the nitride film forming part are patterned so that only a desired portion is localized. And a second oxide film forming unit for forming a silicon oxide film on the silicon nitride film patterned by the nitride film processing unit. .
前記窒化膜加工部は、前記シリコン窒化膜表面にレジストを塗布し、マスクとリソグラフィ技術を用いて、所望の位置にレジスト開口領域を形成し、反応性イオンエッチングにより前記レジスト開口領域の前記シリコン窒化膜をエッチングし、アッシングにより前記レジストを除去することができる。 The nitride film processing unit applies a resist to the surface of the silicon nitride film, forms a resist opening region at a desired position using a mask and a lithography technique, and performs reactive ion etching on the silicon nitride in the resist opening region. The resist can be removed by etching the film and ashing.
前記窒化膜成膜部および前記第2の酸化膜成膜部は、それぞれ、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により成膜を行うことができる。 Each of the nitride film forming unit and the second oxide film forming unit can be formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
前記第2の酸化膜成膜部により成膜された前記シリコン酸化膜の表面を平坦化する平坦化処理部と、前記平坦化処理部により平坦化された前記シリコン酸化膜上にシリコン基板を重畳させる重畳部とをさらに備えることができる。 A planarization processing unit for planarizing the surface of the silicon oxide film formed by the second oxide film deposition unit, and a silicon substrate superimposed on the silicon oxide film planarized by the planarization processing unit And a superimposing unit to be further provided.
前記平坦化処理部は、CMP(Chemical and Mechanical Polishing)により前記シリコン酸化膜を研磨し、前記シリコン窒化膜を露出させるように、前記シリコン酸化膜表面を平坦化し、前記重畳部は、表面が平坦化された前記シリコン酸化膜上に、表面にシリコン酸化膜が形成されるシリコン基板を、貼り合わせることができる。 The planarization unit polishes the silicon oxide film by CMP (Chemical and Mechanical Polishing) to planarize the surface of the silicon oxide film so that the silicon nitride film is exposed, and the overlapping unit has a flat surface. A silicon substrate having a silicon oxide film formed on the surface can be bonded onto the silicon oxide film thus formed.
本開示の他の側面は、また、半導体装置を製造する製造装置の製造方法であって、第1の酸化膜成膜部が、シリコン基板にシリコン酸化膜を成膜し、窒化膜成膜部が、成膜された前記シリコン酸化膜上に、シリコン窒化膜を成膜し、窒化膜加工部が、成膜された前記シリコン窒化膜を、パターニングして所望の部分のみ局所的に残すように加工し、第2の酸化膜成膜部が、パターニングされた前記シリコン窒化膜上に、シリコン酸化膜を成膜する製造方法である。 Another aspect of the present disclosure is also a manufacturing method of a manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein the first oxide film forming unit forms a silicon oxide film on a silicon substrate, and a nitride film forming unit However, a silicon nitride film is formed on the formed silicon oxide film, and the nitride film processing unit patterns the formed silicon nitride film to leave only a desired portion locally. In the manufacturing method, the second oxide film forming section is processed and forms a silicon oxide film on the patterned silicon nitride film.
本開示のさらに他の側面は、シリコン基板上に形成される絶縁層と、前記絶縁層上に形成されるシリコン層と、前記シリコン層に形成される、入射光を光電変換する光電変換素子とを備え、前記絶縁層は、前記光電変換素子の下部に、電荷を蓄積する電荷蓄積層を有する撮像素子である。 Still another aspect of the present disclosure includes an insulating layer formed on a silicon substrate, a silicon layer formed on the insulating layer, and a photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident light formed on the silicon layer. The insulating layer is an image pickup device having a charge storage layer for storing charges under the photoelectric conversion device.
前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、前記光電変換素子の下部に、窒化シリコンよりなり、前記シリコン基板に印加されるバックバイアスにより電荷が蓄積される前記電荷蓄積層を内包するようにすることができる。 The insulating layer is formed of silicon oxide, and includes the charge storage layer formed of silicon nitride below the photoelectric conversion element, in which charges are stored by a back bias applied to the silicon substrate. Can do.
前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、前記光電変換素子の下部に、高誘電率の素材を用いたHigh-k膜よりなる前記電荷蓄積層を有するようにすることができる。 The insulating layer may be formed of silicon oxide, and may have the charge storage layer made of a high-k film using a high dielectric constant material below the photoelectric conversion element.
本開示の一側面においては、絶縁層がシリコン基板上に形成され、その絶縁層上にシリコン層が形成され、また、その絶縁層には、局所的に、電荷を蓄積する電荷蓄積層が形成される。 In one aspect of the present disclosure, an insulating layer is formed on a silicon substrate, a silicon layer is formed on the insulating layer, and a charge storage layer that accumulates charges locally is formed on the insulating layer. Is done.
本開示の他の側面においては、シリコン基板上にシリコン酸化膜が成膜され、成膜されたシリコン酸化膜上に、シリコン窒化膜が成膜され、窒化成膜されたシリコン窒化膜が、パターニングして所望の部分のみ局所的に残すように加工され、パターニングされたシリコン窒化膜上に、シリコン酸化膜が成膜される。 In another aspect of the present disclosure, a silicon oxide film is formed on a silicon substrate, a silicon nitride film is formed on the formed silicon oxide film, and the nitrided silicon nitride film is patterned. Then, a silicon oxide film is formed on the silicon nitride film that has been processed and patterned to leave only a desired portion locally.
本開示のさらに他の側面においては、絶縁層がシリコン基板上に形成され、その絶縁層上にシリコン層が形成され、そのシリコン層に、入射光を光電変換する光電変換素子が形成され、絶縁層の光電変換素子の下部には、電荷を蓄積する電荷蓄積層が形成される。 In yet another aspect of the present disclosure, an insulating layer is formed on a silicon substrate, a silicon layer is formed on the insulating layer, a photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident light is formed on the silicon layer, and insulation is performed. A charge storage layer for storing charges is formed below the photoelectric conversion element of the layer.
本開示によれば、電荷量を制御することができる。特に、絶縁層付近の電荷量を局所的に制御することができる。 According to the present disclosure, the amount of charge can be controlled. In particular, the amount of charge in the vicinity of the insulating layer can be locally controlled.
以下、本技術を実施するための形態(以下実施の形態とする)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(半導体素子)
2.第2の実施の形態(製造装置・製造方法)
3.第3の実施の形態(半導体素子の他の例)
4.第4の実施の形態(撮像素子)
Hereinafter, modes for carrying out the present technology (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (semiconductor element)
2. Second embodiment (manufacturing apparatus / manufacturing method)
3. Third embodiment (another example of a semiconductor element)
4). Fourth embodiment (imaging device)
<1.第1の実施の形態>
[ONO構造]
PMOSFET(P Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)(以下、単にPMOSとも称する)で低閾値電圧(Vth)化の実現のために、例えば、非特許文献1において、絶縁層であるUTB(Ultra Thin Body)構造の埋め込み酸化膜層(Box(Buried Oxide)層)を、シリコン酸化膜(SiO2)の中にシリコン窒化膜(SiN)を含む(内包する)ONO構造にすることで、閾値電圧Vthを制御する技術が報告された。
<1. First Embodiment>
[ONO structure]
In order to realize a low threshold voltage (Vth) with a PMOSFET (P Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) (hereinafter also simply referred to as a PMOS), for example, in
図1は、従来のONO構造による電荷量制御の様子を説明する断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a charge amount control by a conventional ONO structure.
図1に示されるように、バックバイアス(VB(VB>0))を印加することにより、2つの酸化膜層(Top oxideとBottom oxide)に挟まれるシリコン窒化膜(SiN)等の窒化膜層(Nitride)にチャージトラップされるので、閾値電圧Vthの制御が可能になる。 As shown in FIG. 1, a silicon nitride film (SiN) sandwiched between two oxide film layers (Top oxide and Bottom oxide) by applying a back bias (V B (V B > 0)), etc. Since the charge trap is performed on the nitride film layer (Nitride), the threshold voltage Vth can be controlled.
ただし、従来の場合、このようなONO構造は、半導体素子全体に一様に形成されていた。そのため、半導体素子にPMOSFETとNMOSFETの両方が存在する場合、バックバイアス印加の影響は、その両方におよんでしまっていた。 However, in the conventional case, such an ONO structure is uniformly formed over the entire semiconductor element. Therefore, when both PMOSFET and NMOSFET exist in the semiconductor element, the influence of the back bias applied to both of them.
ところが、図2Aや図2Bのグラフに示されるように、バックバイアスの印加によって、閾値電圧Vthは、PMOSFETとNMOSFET(N Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)(以下、単にNMOSとも称する)とで、互いに逆方向に変化する。つまり、例えば、PMOSFETの閾値電圧Vthを下げようとすると、NMOSFETの閾値電圧Vthが高くなってしまう恐れがあった。 However, as shown in the graphs of FIGS. 2A and 2B, by applying a back bias, the threshold voltage Vth becomes PMOSFET and NMOSFET (N Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) (hereinafter also simply referred to as NMOS). Thus, they change in opposite directions. That is, for example, if the threshold voltage Vth of the PMOSFET is to be lowered, the threshold voltage Vth of the NMOSFET may be increased.
[半導体素子]
そこで、本開示においては、絶縁層付近の電荷量の制御を局所的に行うことができるように、所望の部分の絶縁層のみ、ONO構造とする。
[Semiconductor element]
Therefore, in the present disclosure, only an insulating layer at a desired portion has an ONO structure so that the amount of charge in the vicinity of the insulating layer can be locally controlled.
図3は、本技術を適用した半導体素子の構成例を説明する断面図である。図3に示される半導体素子100は、半導体基板上に集積回路が形成される半導体装置である。図3においては、その集積回路の一部として、PMOSFETとNMOSFETの構成例が示されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a semiconductor element to which the present technology is applied. A
図3に示されるように、半導体素子100は、シリコン(Si)基板111の上に絶縁層112および薄いシリコン(Si)基板113が積層され、そのシリコン基板113に、PMOSFET130およびNMOSFET140が形成されている。
As shown in FIG. 3, in the
シリコン基板113には、PMOSFET130の構成として、ソース131、ゲート132、ドレイン133、およびチャネル134が形成されている。また、NMOSFET140の構成として、ソース141、ゲート142、ドレイン143、およびチャネル144も形成されている。
A
絶縁層112には、酸化膜151(SiO2)が形成される。さらに、この絶縁層112のPMOSFET130の下の部分には、窒化膜152A(SiN)が形成される。また、この絶縁層112のNMOSFET140の下でない部分には、同様の窒化膜152Bも形成される。窒化膜152Aおよび窒化膜152Bを互いに区別して説明する必要が無い場合、単に窒化膜152と称する。
An oxide film 151 (SiO 2) is formed on the insulating
このように、NMOSFET以外の部分のみ、窒化膜152を形成し、絶縁層112をONO構造とすることにより、バイアス印加の影響がNMOSFETに及ばない。したがって、半導体素子100は、NMOSFETの閾値電圧Vthを変化させずに、PMOSFETの閾値電圧Vthのみ制御することができる。
As described above, the
なお、絶縁層112の、PMOSFETの下の部分にのみ、窒化膜152が形成されるようにしてもよい。つまり、バイアス印加の影響を及ぼしたい所望の部分にのみ、窒化膜152を形成すればよく、その位置や範囲は任意である。
Note that the
<2.第2の実施の形態>
[製造装置]
図4は、このような半導体素子100を製造するための製造装置の主な構成例を示すブロック図である。図4に示される製造装置200は、本技術を適用した撮像素子を製造する装置であり、窒化膜152を形成する際、パターニングを行い、上述したように局所的な窒化膜152の成膜を行う。製造装置200は、制御部211および製造部241を有する。
<2. Second Embodiment>
[manufacturing device]
FIG. 4 is a block diagram showing a main configuration example of a manufacturing apparatus for manufacturing such a
制御部211は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、およびRAM(Random Access Memory)等を有し、製造部241の各部を制御し、半導体素子100の製造に関する制御処理を行う。例えば、制御部211のCPUは、ROMに記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。また、そのCPUは、記憶部223からRAMにロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAMにはまた、CPUが各種の処理を実行するにあたって必要なデータなども適宜記憶される。
The
製造装置200は、入力部221、出力部222、記憶部223、通信部224、およびドライブ225を有する。
The
入力部221は、キーボード、マウス、タッチパネル、および外部入力端子などよりなり、ユーザ指示や外部からの情報の入力を受け付け、制御部211に供給する。出力部222は、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイやLCD(Liquid Crystal Display)等のディスプレイ、スピーカ、並びに外部出力端子などよりなり、制御部211から供給される各種情報を画像、音声、若しくは、アナログ信号やデジタルデータとして出力する。
The
記憶部223は、フラッシュメモリ等SSD(Solid State Drive)やハードディスクなどよりなり、制御部211から供給される情報を記憶したり、制御部211からの要求に従って、記憶している情報を読み出して供給したりする。
The
通信部224は、例えば、有線LAN(Local Area Network)や無線LANのインタフェースやモデムなどよりなり、インターネットを含むネットワークを介して、外部の装置との通信処理を行う。例えば、通信部224は、制御部211から供給される情報を通信相手に送信したり、通信相手から受信した情報を制御部211に供給したりする。
The
ドライブ225は、必要に応じて制御部211に接続される。そして、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア231がそのドライブ225に適宜装着される。そして、そのドライブ225を介してリムーバブルメディア231から読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部223にインストールされる。
The
製造部241は、制御部211に制御されて、本技術を適用した半導体素子100の製造に関する処理を行う。製造部241は、酸化膜成膜部251、窒化膜成膜部252、窒化膜加工部253、酸化膜成膜部254、平坦化処理部255、酸化膜・Si基板重畳部256、および素子形成部257を有する。
The
製造部241には、シリコン基板111が供給される。酸化膜成膜部251は、図5Aに示されるように、そのシリコン基板111に、例えば、熱酸化やCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、SiO2等の酸化膜151Aを成膜する。酸化膜成膜部251は、その酸化膜151Aが成膜されたシリコン基板111を窒化膜成膜部252に供給する。
The
窒化膜成膜部252は、図5Bに示されるように、供給されたシリコン基板111の酸化膜151A上に、例えば、CVD法により、SiN等の窒化膜152を成膜する。窒化膜成膜部252は、その窒化膜152が成膜されたシリコン基板111を窒化膜加工部253に供給する。
As shown in FIG. 5B, the nitride
窒化膜加工部253は、図5Cに示されるように、シリコン基板111上の窒化膜152のパターニングを行う。
The nitride
より具体的には、窒化膜加工部253は、窒化膜152表面にレジストを塗布し、マスクとリソグラフィ技術を用いて、所望の位置にレジスト開口領域を形成する。この所望の位置は、例えば、バックバイアス印加の影響を与えない回路素子を形成する部分、または、バックバイアス印加の影響を与える回路素子を形成しない部分である。このバックバイアス印加の影響を与えない回路素子は、例えばNMOSFETである。このバックバイアス印加の影響を与える回路素子は、例えばPMOSFETである。
More specifically, the nitride
窒化膜加工部253は、RIE(Reactive Ion Etching)(反応性イオンエッチング)により窒化膜152をエッチングする。このようにすることにより、レジストが形成されていない部分の窒化膜152が除去される。エッチングが終了すると、窒化膜加工部253は、アッシングによりレジストを除去する。
The nitride
以上のようにして、レジストが形成されていた所望の部分のみ(局所的に)窒化膜152(窒化膜152Aおよび窒化膜152B)が残される。すなわち、窒化膜152がパターニングされる。
As described above, nitride film 152 (
窒化膜加工部253は、このように窒化膜152を加工したシリコン基板111を、酸化膜成膜部254に供給する。
The nitride
酸化膜成膜部254は、図5Dに示されるように、そのパターニングされた窒化膜152の上から、例えば、CVD法により、SiO2等の酸化膜151Bを成膜する。酸化膜成膜部254は、その酸化膜151Bが成膜されたシリコン基板111を平坦化処理部255に供給する。
As shown in FIG. 5D, the oxide
平坦化処理部255は、図6Aに示されるように、例えばCMP(Chemical and Mechanical Polishing)等により、酸化膜151Bを研磨して、窒化膜152を露出させるように、酸化膜151B表面を平坦化する。すなわち、シリコン基板111の表面には、酸化膜151B−1、窒化膜152A、酸化膜151B−2、および窒化膜152Bが露出する。平坦化処理部255は、その酸化膜151Bが平坦化されたシリコン基板111を酸化膜・Si基板重畳部256に供給する。
As shown in FIG. 6A, the
酸化膜・Si基板重畳部256は、図6Bに示されるように、酸化膜151Bが平坦化されたシリコン基板111に、表面にSiO2等の酸化膜151Cが形成されるシリコン基板113を、貼り合わせる。これにより、絶縁層を内包するシリコン基板、すなわち、SOI(Silicon on Insulator)基板が製造される。また、所望の部分のみが酸化膜151と窒化膜152のONO構造を有し、それ以外の部分が酸化膜151により形成される絶縁層112(Box層)が完成する。なお、酸化膜151A乃至酸化膜151Cは全て同じ素材であり、酸化膜151を形成する。
As shown in FIG. 6B, the oxide film / Si
つまり、局所的にONO構造を有する絶縁層112を内包するSOI基板が製造される。この絶縁層112(Box層)は、例えば、NMOSFETの部分がSiO2により形成され、PMOSFETの部分がONO(SiO2/SiN/SiO2)構造を有する。酸化膜・Si基板重畳部256は、シリコン基板111に、このように製造したSOI(Silicon on Insulator)基板を、素子形成部257に供給する。
That is, an SOI substrate that includes the insulating
素子形成部257は、図6Cに示されるように、供給されたSOI基板に、回路素子を形成する。素子形成部257は、例えば、シリコン基板113に、ソース131、ゲート132、ドレイン133、およびチャネル134を形成することによりPMOSFET130を形成したり、ソース141、ゲート142、ドレイン143、およびチャネル144を形成することにより、NMOSFET140を形成したりする。
The
また、図6Cに示される例のように、素子形成部257は、STI(Shallow Trench Isolation)271を形成し、PMOSFET130とNMOSFET140とを分離することもできる。例えば、素子形成部257は、シリコン基板113のPMOSFET130とNMOSFET140の間の部分に溝を掘り、絶縁物としてSiO2を埋めることによりSTI271を形成する。
Further, as in the example shown in FIG. 6C, the
また、図6Cに示される例のように、素子形成部257は、例えば、シリコン基板111にバックバイアスを印加する電極272を設ける。
In addition, as in the example illustrated in FIG. 6C, the
素子形成部257は、以上のようにして製造された半導体素子100を、製造装置200の外部に出力する。
The
このように製造された半導体素子100は、電極272にバックバイアスを印加することにより電荷をONO部にトラップさせてチャネル部を制御し、閾値電圧Vthを制御することができる。このバックバイアス印加の際、その電圧を基板とソースとの間、若しくは、基板とドレインとの間に印加する必要があるため、より安定的な電圧印加実現のために、窒化膜152はチャネル部だけでなく、ソースやドレインの下まで形成されるようにするのが望ましい。
The
例えば、図7に示されるように、PMOSFETが形成されるアクティブ領域周辺まで窒化膜152が形成される(すなわち絶縁層112がONO構造を有する)ようにするのが望ましい。
For example, as shown in FIG. 7, it is desirable that the
なお、窒化膜152はSTI271下で分離されるか、もしくはSTI271で窒化膜を加工し分離される形状が望ましい。
Note that the
また、電子を窒化膜152にトラップさせる必要があるため絶縁層112(Box層)は薄いことが望ましい。おおよその数値として、絶縁層112のONOは、各膜厚が10nm以下程度となるように設定するのが望ましい。また、バックバイアスも、窒化膜152に電荷をトラップさせる必要があるため、絶縁破壊を起こさない程度の電圧が必要となる。具体的には絶対値で5V程度(10Vが最大)が望ましい。
In addition, since it is necessary to trap electrons in the
対象としているデバイスがUTB構造であり、実デバイスのシリコン基盤が数nm乃至数十nm程度と非常に薄い。シリコン基板は可視光が3um以上透過するため、窒化膜152のパターンの視認性は十分に得られる。これにより、正確なアライメントが可能になるので、より正確に所望の部分(例えばPMOSFET130の部分)だけ、絶縁層112(Box層)をONO構造にすることができる。
The target device is a UTB structure, and the silicon base of the actual device is very thin, about several nanometers to several tens of nanometers. Since the silicon substrate transmits visible light of 3 μm or more, sufficient visibility of the pattern of the
[製造処理の流れ]
図8は、製造処理の流れの例を説明するフローチャートである。
[Flow of manufacturing process]
FIG. 8 is a flowchart for explaining an example of the flow of the manufacturing process.
製造処理が開始されると、酸化膜成膜部251は、ステップS201において、制御部211に制御されて、バルクシリコン基板であるシリコン基板111に酸化膜151Aを成膜する。
When the manufacturing process is started, the oxide
ステップS202において、窒化膜成膜部252は、制御部211に制御されて、その酸化膜151A上に窒化膜152を成膜する。
In step S202, the nitride
ステップS203において、窒化膜加工部253は、制御部211に制御されて、その窒化膜152を上述したようにパターニングし、所望の部分のみ残す。
In step S203, the nitride
ステップS204において、酸化膜成膜部254は、制御部211に制御されて、窒化膜152の上から酸化膜151Bを成膜する。
In step S <b> 204, the oxide
ステップS205において、平坦化処理部255は、制御部211に制御されて、酸化膜151Bの表面を平坦化する。
In step S205, the
ステップS206において、酸化膜・Si基板重畳部256は、制御部211に制御されて、平坦化された酸化膜151Bと、シリコン基板113上に形成される酸化膜151Cとを貼り合わせ、SOI基板を製造する。
In step S206, the oxide film / Si
ステップS207において、素子形成部257は、制御部211に制御されて、そのSOI基板に、PMOSFETやNMOSFET等の回路素子を形成する。
In step S207, the
以上のようにして半導体素子100を製造すると、製造部241は、製造処理を終了する。
When the
以上のように各処理を実行することにより、製造装置200は、絶縁層付近の電荷量を局所的に制御する半導体素子100を、容易に製造することができる。
By performing each process as described above, the
<3.第3の実施の形態>
[High-k膜]
本技術は、絶縁層の所望の位置に電荷を蓄積する電荷蓄積層を設けることにより、絶縁層付近の電荷量を局所的に制御するものである。その電荷を蓄積するための構造は、任意であり、上述したONO構造以外であってもよい。例えば、図9に示されるように、ONO構造の代わりに、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ランタン(La2O3)等の高誘電率の素材を用いたHigh-k膜301を、PMOSFETの絶縁層(Box層)112とシリコン基板113との界面近傍に形成するようにしてもよい。
<3. Third Embodiment>
[High-k film]
The present technology locally controls the amount of charge in the vicinity of the insulating layer by providing a charge storage layer that stores charges at a desired position of the insulating layer. The structure for accumulating the charge is arbitrary and may be other than the above-described ONO structure. For example, as shown in FIG. 9, instead of the ONO structure, high dielectric constants such as hafnium oxide (HfO2), titanium oxide (TiO2), aluminum oxide (Al2O3), zirconium oxide (ZrO2), lanthanum oxide (La2O3), etc. The high-
図9Aは、High-k膜301を、絶縁層(Box層)112とシリコン基板113との界面に形成する場合の例を示している。また図9Bは、High-k膜301を、絶縁層(Box層)112内部に形成する場合の例を示している。この場合、High-k膜301自体が電荷を有する(負の固定電荷を発生させる)ため、Back Biasが不要になる可能性もある。
FIG. 9A shows an example in which the High-
なお、絶縁層(Box層)112とシリコン基板113との界面近傍に電荷を蓄積させるのが望ましいので、High-k膜301は、絶縁層(Box層)112のより浅い部分に形成するのが(界面に近いほど)望ましい。
In addition, since it is desirable to accumulate charges near the interface between the insulating layer (Box layer) 112 and the
このような、High-k膜301を、上述したONO構造の場合と同様に、パターニングによって所望の部分(例えば、PMOSFETの部分)のみに形成する(若しくは、不要な部分に形成しないようにする)ことにより、絶縁層付近の電荷量を局所的に制御することができる。
Such a high-
[ゲート共通素材]
図10は、半導体素子の他の構成例を説明する断面図である。本技術を適用した半導体素子100では、バックバイアスによりPMOSFETの閾値電圧Vthを制御することができる。また、その制御によって、NMOSFETの閾値電圧Vthに影響を与えることがない。そのため、PMOSFET130のゲート132の素材は、ゲートとしての機能を果たすものであれば、どのようなものであってもよく、NMOSFET140のゲート142の素材とは独立に決定することができる。
[Gate common material]
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating another configuration example of the semiconductor element. In the
例えば、図10に示される例のように、PMOSFET130のゲート132を、NMOSFET140のゲート142と同じ素材で形成するようにしてもよい。このようにすることにより、半導体素子の構造がより簡略化される。また、ゲート132とゲート142を一度の工程で形成することができ、半導体素子100の製造がより容易になる。したがって、コストの低減を実現することができる。
For example, as in the example shown in FIG. 10, the
<4.第4の実施の形態>
[撮像素子1]
以上に説明した本技術は、MOSFET以外の回路素子に適用することができる。例えば、イメージセンサのフォトダイオードの下側の絶縁層をONO構造とするようにしてもよい。
<4. Fourth Embodiment>
[Image sensor 1]
The present technology described above can be applied to circuit elements other than MOSFETs. For example, the insulating layer below the photodiode of the image sensor may have an ONO structure.
図11は、本技術を適用した撮像素子の構成例を説明する断面図である。図11に示される撮像素子400は、半導体素子100の場合と同様に、シリコン基板111とシリコン基板113との間に絶縁層112が形成されるSOI基板に、周辺回路410やイメージセンサ420等の回路素子が形成されており、イメージセンサ420により撮像された被写体の画像を電気信号(データ)として出力する素子である。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an image sensor to which the present technology is applied. As in the case of the
シリコン基板113には、周辺回路410として、PMOSFETやNMOSFET等の回路素子が形成される。また、シリコン基板113には、イメージセンサ420として、MOSFETやフォトダイオード430が形成される。
On the
フォトダイオード430は、入射光を光電変換する。被写体の撮像が開始されると、フォトダイオード430が、被写体の画像を電気信号(画像データ)に変換する。イメージセンサ420は、その画像データをフォトダイオードから読み出し、周辺回路410を介して撮像素子400の外部に出力する。
The
このようなフォトダイオード430の下部の酸化膜151の内部に、電荷蓄積層として窒化膜152を設け、絶縁層112にONO構造を形成する。シリコン基板113の膜厚はイメージセンサの光吸収より決まるため3um程度必要となり、電荷制御する領域は表面近傍ではなく深い領域となる。シリコン基板111にバックバイアスを印加することにより、窒化膜152に電荷が蓄積されるので、このONO構造をフォトダイオード430の深い箇所のポテンシャル形成に利用することができる。
A
なお、この電荷蓄積層は、上述したようなHigh-k膜であってもよい。また、その場合、第1の実施の形態の場合と同様に、窒化膜152のパターニングを行い、フォトダイオード430の下部のみに、この窒化膜152を形成することにより、例えば、周辺回路410のNMOSFET等、所望で無い回路素子へのバックバイアス印加の影響を抑制することができる。
The charge storage layer may be a high-k film as described above. In this case, similarly to the case of the first embodiment, the
また、第3の実施形態の場合と同様に、絶縁層112をONO構造にする代わりに、High-k膜を、PMOSFETの絶縁層(Box層)112とシリコン基板113との界面近傍に形成するようにしてもよい。
As in the case of the third embodiment, a high-k film is formed in the vicinity of the interface between the insulating layer (Box layer) 112 of the PMOSFET and the
さらに、このような窒化膜152のパターニングは、回路素子毎である必要はなく、任意の領域毎に行うようにしても良い。例えば、イメージセンサ420の領域と周辺回路410の領域といったような、用途毎の領域毎にパターニングを行うようにしてもよい。
Further, such patterning of the
[撮像素子2]
また、複数種類の電荷蓄積層を、絶縁層112の互いに異なる部分に、局所的に設けるようにしてもよい。例えば、図12に示される例のように、絶縁層112に、窒化膜152とHigh-k膜301の両方を、局所的に(互いに異なる位置に)、設けるようにしても良い。
[Image sensor 2]
Further, a plurality of types of charge storage layers may be locally provided in different portions of the insulating
図12に示される撮像素子500は、基本的に図11の撮像素子400と同様の構成を有するが、絶縁層112の、周辺回路410として形成されるPMOSFET411の下部は、酸化膜151と窒化膜152によるONO構造が形成され、周辺回路410として形成されるNMOSFET412の下部には、酸化膜151のみが形成され、イメージセンサ420の領域全体には、High-k膜301が形成されている。
The image sensor 500 shown in FIG. 12 basically has the same configuration as the
この場合、PMOSFET411の閾値電圧Vthは、バックバイアスVbにより、NMOSFET412の閾値電圧Vthに影響を及ぼすこと無く制御される。また、イメージセンサ420に形成されるフォトダイオード430等の回路素子は、バックバイアスの印加の有無に関わらず、High-k膜301に蓄積される電荷による影響を受ける。
In this case, the threshold voltage Vth of the
このようにすることにより、絶縁層付近の電荷量のより多様な制御が可能になる。もちろん、窒化膜152およびHigh-k膜301が形成される位置(領域)は、互いに異なる限り、任意である。
This makes it possible to control the amount of charge near the insulating layer more diversely. Of course, the position (region) where the
なお、本技術は、絶縁層に電荷を局所的に蓄積することにより、絶縁層付近の電荷量を局所的に制御するものであり、その具体的な構造は、局所的な電荷量制御が可能である限り任意である。すなわち、その電荷を蓄積する構造は、上述した、バックバイアスを用いるONO構造やHigh-k膜に限らない。 In this technology, the amount of charge in the vicinity of the insulating layer is locally controlled by accumulating charges locally in the insulating layer, and its specific structure allows local charge amount control. As long as it is. That is, the structure for accumulating the charge is not limited to the above-described ONO structure using a back bias or a high-k film.
なお、本技術を適用した撮像素子は、上述した構成に限らず、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話機、スマートホン、タブレット型デバイス、パーソナルコンピュータ等の、撮像機能を有する任意の情報処理装置に適用することができる。また、他の情報処理装置に装着して使用される(若しくは組み込みデバイスとして搭載される)カメラモジュールに適用することもできる。 Note that the imaging device to which the present technology is applied is not limited to the above-described configuration, and any information processing having an imaging function, such as a digital still camera, a video camera, a mobile phone, a smartphone, a tablet device, or a personal computer. It can be applied to the device. The present invention can also be applied to a camera module that is used by being mounted on another information processing apparatus (or mounted as an embedded device).
さらに、本技術は、任意の半導体装置に適用することができる。 Furthermore, the present technology can be applied to any semiconductor device.
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。上述した一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、ネットワークや記録媒体からインストールされる。 The series of processes described above can be executed by hardware or can be executed by software. When the above-described series of processing is executed by software, a program constituting the software is installed from a network or a recording medium.
この記録媒体は、例えば、図4に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布される、プログラムが記録されているリムーバブルメディア231により構成される。このリムーバブルメディア231には、磁気ディスク(フレキシブルディスクを含む)や光ディスク(CD-ROMやDVDを含む)が含まれる。さらに、光磁気ディスク(MD(Mini Disc)を含む)や半導体メモリ等も含まれる。また、上述した記録媒体は、このようなリムーバブルメディア231だけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに配信される、プログラムが記録されているROMや、記憶部223に含まれるハードディスクなどにより構成されるようにしてもよい。
For example, as shown in FIG. 4, the recording medium includes a
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。 The program executed by the computer may be a program that is processed in time series in the order described in this specification, or in parallel or at a necessary timing such as when a call is made. It may be a program for processing.
また、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。 Further, in the present specification, the step of describing the program recorded on the recording medium is not limited to the processing performed in chronological order according to the described order, but may be performed in parallel or It also includes processes that are executed individually.
また、本明細書において、システムとは、複数のデバイス(装置)により構成される装置全体を表すものである。 Further, in this specification, the system represents the entire apparatus composed of a plurality of devices (apparatuses).
また、以上において、1つの装置(または処理部)として説明した構成を分割し、複数の装置(または処理部)として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置(または処理部)として説明した構成をまとめて1つの装置(または処理部)として構成されるようにしてもよい。また、各装置(または各処理部)の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置(または処理部)の構成の一部を他の装置(または他の処理部)の構成に含めるようにしてもよい。つまり、本技術は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 In addition, in the above description, the configuration described as one device (or processing unit) may be divided and configured as a plurality of devices (or processing units). Conversely, the configurations described above as a plurality of devices (or processing units) may be combined into a single device (or processing unit). Of course, a configuration other than that described above may be added to the configuration of each device (or each processing unit). Furthermore, if the configuration and operation of the entire system are substantially the same, a part of the configuration of a certain device (or processing unit) may be included in the configuration of another device (or other processing unit). . That is, the present technology is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present technology.
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1) シリコン基板上に形成される絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるシリコン層と
を備え、
前記絶縁層は、局所的に、電荷を蓄積する電荷蓄積層を有する
半導体装置。
(2) 前記絶縁層は、所定の回路素子の下部のみ、前記電荷蓄積層を有する
前記(1)に記載の半導体装置。
(3) 前記回路素子は、P型のMOSFETである
前記(2)に記載の半導体装置。
(4) 前記P型のMOSFETは、N型のMOSFETと同じ素材のゲート電極を有する
前記(3)に記載の半導体装置。
(5) 前記回路素子は、フォトダイオードである
前記(2)に記載の半導体装置。
(6) 前記絶縁層は、所定の領域のみ、前記電荷蓄積層を有する
前記(1)に記載の半導体装置。
(7) 前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、局所的に、窒化シリコンよりなり、前記シリコン基板に印加されるバックバイアスにより電荷が蓄積される前記電荷蓄積層を内包する
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の半導体装置。
(8) 前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、前記シリコン層との界面に、局所的に、高誘電率の素材を用いたHigh-k膜よりなる前記電荷蓄積層を有する
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の半導体装置。
(9) 前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、局所的に、高誘電率の素材を用いたHigh-k膜よりなる前記電荷蓄積層を内包する
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の半導体装置。
(10) 前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、互いに異なる部分に局所的に、複数種類の電荷蓄積層を有する
前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の半導体装置。
(11) 前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、局所的に、窒化シリコンよりなり、前記シリコン基板に印加されるバックバイアスにより電荷が蓄積される第1の電荷蓄積層を内包し、前記第1の電荷蓄積層と異なる部分に、局所的に、高誘電率の素材を用いたHigh-k膜よりなる第2の電荷蓄積層を有する
前記(1)乃至(10)のいずれかに記載の半導体装置。
(12) 半導体装置を製造する製造装置であって、
シリコン基板にシリコン酸化膜を成膜する第1の酸化膜成膜部と、
前記第1の酸化膜成膜部により成膜された前記シリコン酸化膜上に、シリコン窒化膜を成膜する窒化膜成膜部と、
前記窒化膜成膜部により成膜された前記シリコン窒化膜を、パターニングして所望の部分のみ局所的に残すように加工する窒化膜加工部と、
前記窒化膜加工部によりパターニングされた前記シリコン窒化膜上に、シリコン酸化膜を成膜する第2の酸化膜成膜部と
を備える製造装置。
(13) 前記窒化膜加工部は、前記シリコン窒化膜表面にレジストを塗布し、マスクとリソグラフィ技術を用いて、所望の位置にレジスト開口領域を形成し、反応性イオンエッチングにより前記レジスト開口領域の前記シリコン窒化膜をエッチングし、アッシングにより前記レジストを除去する
前記(12)に記載の製造装置。
(14) 前記窒化膜成膜部および前記第2の酸化膜成膜部は、それぞれ、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により成膜を行う
前記(12)または(13)に記載の製造装置。
(15) 前記第2の酸化膜成膜部により成膜された前記シリコン酸化膜の表面を平坦化する平坦化処理部と、
前記平坦化処理部により平坦化された前記シリコン酸化膜上にシリコン基板を重畳させる重畳部と
をさらに備える前記(12)乃至(14)のいずれかに記載の製造装置。
(16) 前記平坦化処理部は、CMP(Chemical and Mechanical Polishing)により前記シリコン酸化膜を研磨し、前記シリコン窒化膜を露出させるように、前記シリコン酸化膜表面を平坦化し、
前記重畳部は、表面が平坦化された前記シリコン酸化膜上に、表面にシリコン酸化膜が形成されるシリコン基板を、貼り合わせる
前記(15)に記載の製造装置。
(17) 半導体装置を製造する製造装置の製造方法であって、
第1の酸化膜成膜部が、シリコン基板にシリコン酸化膜を成膜し、
窒化膜成膜部が、成膜された前記シリコン酸化膜上に、シリコン窒化膜を成膜し、
窒化膜加工部が、成膜された前記シリコン窒化膜を、パターニングして所望の部分のみ局所的に残すように加工し、
第2の酸化膜成膜部が、パターニングされた前記シリコン窒化膜上に、シリコン酸化膜を成膜する
製造方法。
(18) シリコン基板上に形成される絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されるシリコン層と、
前記シリコン層に形成される、入射光を光電変換する光電変換素子と
を備え、
前記絶縁層は、前記光電変換素子の下部に、電荷を蓄積する電荷蓄積層を有する
撮像素子。
(19) 前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、前記光電変換素子の下部に、窒化シリコンよりなり、前記シリコン基板に印加されるバックバイアスにより電荷が蓄積される前記電荷蓄積層を内包する
前記(18)に記載の撮像素子。
(20) 前記絶縁層は、酸化シリコンにより形成され、前記光電変換素子の下部に、高誘電率の素材を用いたHigh-k膜よりなる前記電荷蓄積層を有する
前記(18)に記載の撮像素子。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1) an insulating layer formed on a silicon substrate;
A silicon layer formed on the insulating layer,
The said insulating layer has a charge storage layer which accumulate | stores an electric charge locally. Semiconductor device.
(2) The semiconductor device according to (1), wherein the insulating layer includes the charge storage layer only below a predetermined circuit element.
(3) The semiconductor device according to (2), wherein the circuit element is a P-type MOSFET.
(4) The semiconductor device according to (3), wherein the P-type MOSFET has a gate electrode made of the same material as the N-type MOSFET.
(5) The semiconductor device according to (2), wherein the circuit element is a photodiode.
(6) The semiconductor device according to (1), wherein the insulating layer includes the charge storage layer only in a predetermined region.
(7) The insulating layer is formed of silicon oxide, is locally made of silicon nitride, and includes the charge storage layer in which charges are stored by a back bias applied to the silicon substrate. The semiconductor device according to any one of (6).
(8) The insulating layer is formed of silicon oxide, and has the charge storage layer made of a high-k film using a high dielectric constant material locally at the interface with the silicon layer. (1) The semiconductor device in any one of thru | or (6).
(9) The insulating layer is formed of silicon oxide and locally includes the charge storage layer made of a high-k film using a high dielectric constant material. Any one of (1) to (6) A semiconductor device according to 1.
(10) The semiconductor device according to any one of (1) to (9), wherein the insulating layer is formed of silicon oxide and has a plurality of types of charge storage layers locally at different portions.
(11) The insulating layer is formed of silicon oxide, is locally made of silicon nitride, and includes a first charge storage layer in which charges are stored by a back bias applied to the silicon substrate, The device according to any one of (1) to (10), wherein a second charge storage layer made of a high-k film using a high dielectric constant material is locally provided in a portion different from the one charge storage layer. Semiconductor device.
(12) A manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device,
A first oxide film forming section for forming a silicon oxide film on a silicon substrate;
A nitride film forming unit for forming a silicon nitride film on the silicon oxide film formed by the first oxide film forming unit;
A nitride film processing unit that processes the silicon nitride film formed by the nitride film forming unit so as to leave only a desired portion locally by patterning;
A manufacturing apparatus comprising: a second oxide film forming unit that forms a silicon oxide film on the silicon nitride film patterned by the nitride film processing unit.
(13) The nitride film processing unit applies a resist to the surface of the silicon nitride film, forms a resist opening region at a desired position using a mask and a lithography technique, and performs reactive ion etching on the resist opening region. The manufacturing apparatus according to (12), wherein the silicon nitride film is etched and the resist is removed by ashing.
(14) The manufacturing apparatus according to (12) or (13), wherein each of the nitride film forming unit and the second oxide film forming unit performs film formation by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
(15) a planarization processing unit that planarizes the surface of the silicon oxide film formed by the second oxide film forming unit;
The manufacturing apparatus according to any one of (12) to (14), further including: a superimposing unit that superimposes a silicon substrate on the silicon oxide film planarized by the planarizing unit.
(16) The planarization processing unit planarizes the silicon oxide film surface so as to polish the silicon oxide film by CMP (Chemical and Mechanical Polishing) and expose the silicon nitride film,
The manufacturing apparatus according to (15), wherein the superimposing unit bonds a silicon substrate on which a silicon oxide film is formed on the silicon oxide film having a planarized surface.
(17) A manufacturing method of a manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device,
The first oxide film forming unit forms a silicon oxide film on the silicon substrate,
The nitride film forming unit forms a silicon nitride film on the formed silicon oxide film,
A nitride film processing unit processes the formed silicon nitride film so that only a desired portion is left locally by patterning,
A manufacturing method in which a second oxide film forming unit forms a silicon oxide film on the patterned silicon nitride film.
(18) an insulating layer formed on the silicon substrate;
A silicon layer formed on the insulating layer;
A photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident light formed in the silicon layer,
The said insulating layer has a charge storage layer which accumulate | stores an electric charge in the lower part of the said photoelectric conversion element.
(19) The insulating layer is formed of silicon oxide, and is formed of silicon nitride below the photoelectric conversion element, and includes the charge storage layer in which charges are stored by a back bias applied to the silicon substrate. The imaging device according to (18).
(20) The imaging according to (18), wherein the insulating layer is formed of silicon oxide, and has the charge storage layer made of a high-k film using a high dielectric constant material below the photoelectric conversion element. element.
100 半導体素子, 111 シリコン基板, 112 絶縁層, 113 シリコン基板, 130 PMOSFET, 131 ソース, 132 ゲート, 133 ドレイン, 134 チャネル, 140 NMOSFET, 141 ソース, 142 ゲート, 143 ドレイン, 144 チャネル, 151 酸化膜, 152 窒化膜, 200 製造装置, 211 制御部, 241 製造部, 252 窒化膜形成部, 253 窒化膜加工部, 271 STI, 300 半導体素子, 301 High-k膜, 400 撮像素子, 410 周辺回路, 411 PMOSFET, 412 ,NMOSFET, 420 イメージセンサ, 430 フォトダイオード 100 semiconductor device, 111 silicon substrate, 112 insulating layer, 113 silicon substrate, 130 PMOSFET, 131 source, 132 gate, 133 drain, 134 channel, 140 NMOSFET, 141 source, 142 gate, 143 drain, 144 channel, 151 oxide film, 152 nitride film, 200 manufacturing apparatus, 211 control unit, 241 manufacturing unit, 252 nitride film forming unit, 253 nitride film processing unit, 271 STI, 300 semiconductor element, 301 high-k film, 400 imaging element, 410 peripheral circuit, 411 PMOSFET, 412, NMOSFET, 420 Image sensor, 430 Photodiode
Claims (20)
前記絶縁層上に形成されるシリコン層と
を備え、
前記絶縁層は、局所的に、電荷を蓄積する電荷蓄積層を有する
半導体装置。 An insulating layer formed on the silicon substrate;
A silicon layer formed on the insulating layer,
The said insulating layer has a charge storage layer which accumulate | stores an electric charge locally. Semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating layer has the charge storage layer only under a predetermined circuit element.
請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the circuit element is a P-type MOSFET.
請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein the P-type MOSFET has a gate electrode made of the same material as that of the N-type MOSFET.
請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the circuit element is a photodiode.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating layer has the charge storage layer only in a predetermined region.
請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating layer is formed of silicon oxide, is locally formed of silicon nitride, and includes the charge storage layer in which charges are stored by a back bias applied to the silicon substrate. .
請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor according to claim 1, wherein the insulating layer is formed of silicon oxide and has the charge storage layer made of a high-k film using a high dielectric constant material locally at an interface with the silicon layer. apparatus.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating layer is formed of silicon oxide and locally includes the charge storage layer made of a high-k film using a high dielectric constant material.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating layer is formed of silicon oxide and has a plurality of types of charge storage layers locally at different portions.
請求項1に記載の半導体装置。 The insulating layer is formed of silicon oxide, is locally made of silicon nitride, includes a first charge storage layer in which charges are stored by a back bias applied to the silicon substrate, and includes the first charge. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second charge accumulation layer made of a high-k film using a material having a high dielectric constant locally at a portion different from the accumulation layer.
シリコン基板にシリコン酸化膜を成膜する第1の酸化膜成膜部と、
前記第1の酸化膜成膜部により成膜された前記シリコン酸化膜上に、シリコン窒化膜を成膜する窒化膜成膜部と、
前記窒化膜成膜部により成膜された前記シリコン窒化膜を、パターニングして所望の部分のみ局所的に残すように加工する窒化膜加工部と、
前記窒化膜加工部によりパターニングされた前記シリコン窒化膜上に、シリコン酸化膜を成膜する第2の酸化膜成膜部と
を備える製造装置。 A manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device,
A first oxide film forming section for forming a silicon oxide film on a silicon substrate;
A nitride film forming unit for forming a silicon nitride film on the silicon oxide film formed by the first oxide film forming unit;
A nitride film processing unit that processes the silicon nitride film formed by the nitride film forming unit so as to leave only a desired portion locally by patterning;
A manufacturing apparatus comprising: a second oxide film forming unit that forms a silicon oxide film on the silicon nitride film patterned by the nitride film processing unit.
請求項12に記載の製造装置。 The nitride film processing unit applies a resist to the surface of the silicon nitride film, forms a resist opening region at a desired position using a mask and a lithography technique, and performs reactive ion etching on the silicon nitride in the resist opening region. The manufacturing apparatus according to claim 12, wherein the film is etched and the resist is removed by ashing.
請求項12に記載の製造装置。 The manufacturing apparatus according to claim 12, wherein the nitride film forming unit and the second oxide film forming unit each form a film by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
前記平坦化処理部により平坦化された前記シリコン酸化膜上にシリコン基板を重畳させる重畳部と
をさらに備える請求項12に記載の製造装置。 A planarization processing unit for planarizing the surface of the silicon oxide film formed by the second oxide film forming unit;
The manufacturing apparatus according to claim 12, further comprising: an overlapping portion that overlaps a silicon substrate on the silicon oxide film flattened by the flattening processing portion.
前記重畳部は、表面が平坦化された前記シリコン酸化膜上に、表面にシリコン酸化膜が形成されるシリコン基板を、貼り合わせる
請求項15に記載の製造装置。 The planarization unit polishes the silicon oxide film by CMP (Chemical and Mechanical Polishing), planarizes the silicon oxide film surface so as to expose the silicon nitride film,
The manufacturing apparatus according to claim 15, wherein the overlapping unit is configured to bond a silicon substrate having a silicon oxide film formed on a surface of the silicon oxide film having a planarized surface.
第1の酸化膜成膜部が、シリコン基板にシリコン酸化膜を成膜し、
窒化膜成膜部が、成膜された前記シリコン酸化膜上に、シリコン窒化膜を成膜し、
窒化膜加工部が、成膜された前記シリコン窒化膜を、パターニングして所望の部分のみ局所的に残すように加工し、
第2の酸化膜成膜部が、パターニングされた前記シリコン窒化膜上に、シリコン酸化膜を成膜する
製造方法。 A manufacturing method of a manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device,
The first oxide film forming unit forms a silicon oxide film on the silicon substrate,
The nitride film forming unit forms a silicon nitride film on the formed silicon oxide film,
The nitride film processing unit processes the formed silicon nitride film so as to leave only a desired portion locally by patterning,
A manufacturing method in which a second oxide film forming unit forms a silicon oxide film on the patterned silicon nitride film.
前記絶縁層上に形成されるシリコン層と、
前記シリコン層に形成される、入射光を光電変換する光電変換素子と
を備え、
前記絶縁層は、前記光電変換素子の下部に、電荷を蓄積する電荷蓄積層を有する
撮像素子。 An insulating layer formed on the silicon substrate;
A silicon layer formed on the insulating layer;
A photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident light formed in the silicon layer,
The said insulating layer has a charge storage layer which accumulate | stores an electric charge in the lower part of the said photoelectric conversion element.
請求項18に記載の撮像素子。 The insulating layer is formed of silicon oxide, and is formed of silicon nitride below the photoelectric conversion element, and includes the charge storage layer in which charges are stored by a back bias applied to the silicon substrate. The imaging device described.
請求項18に記載の撮像素子。 The imaging device according to claim 18, wherein the insulating layer is formed of silicon oxide, and has the charge storage layer made of a high-k film using a high dielectric constant material below the photoelectric conversion device.
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JP2016018963A (en) * | 2014-07-10 | 2016-02-01 | キヤノン株式会社 | Solid state imaging apparatus |
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