JP2014241363A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、図面を参照しながら本実施の形態1の半導体装置の構造および製造工程について詳細に説明する。本実施の形態1では、半導体装置が、半導体基板の表面側から光を入射する表面照射型のイメージセンサとしてのCMOSイメージセンサである例について説明する。
図1は、実施の形態1の半導体装置の構成例を示す回路ブロック図である。図2は、画素の構成例を示す回路図である。なお、図1では、アレイ状に配置された4行4列の16個の画素を示すが、実際にカメラなどの電子機器に使用される画素数は数百万のものがある。
次いで、画素領域および周辺回路領域の素子構造を説明する。図7および図8は、実施の形態1の半導体装置の構成を示す断面図である。図7は、図3のA−A断面に対応している。図8は、図6のB−B断面に対応している。
次いで、本実施の形態1の半導体装置の製造方法について説明する。
次いで、本実施の形態1の第1変形例について説明する。図39は、実施の形態1の第1変形例の半導体装置の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図である。図40は、実施の形態1の第1変形例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図39は、実施の形態1の第1変形例の半導体装置の製造工程のうち、主として画素領域1Aに対する製造工程を示す。また、図40の断面図は、図3のA−A断面に対応している。
次いで、本実施の形態1の第2変形例について説明する。図41は、実施の形態1の第2変形例の半導体装置の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図である。図42は、実施の形態1の第2変形例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図41は、実施の形態1の第2変形例の半導体装置の製造工程のうち、主として画素領域1Aに対する製造工程を示す。また、図42の断面図は、図3のA−A断面に対応している。
上述した構成を有するイメージセンサでは、暗電流を低減して性能向上を図ることが重要である。暗電流とは、光を照射していない状態でも電流が流れる現象をいい、この暗電流が増加すると、光が照射されていないにもかかわらず、光が照射されていると判断されて誤点灯を起こして白点が発生し、表示される画像の劣化を引き起こすことになる。このことから、イメージセンサでは、できるだけ暗電流を低減することが、イメージセンサの特性を向上させる観点から必要である。暗電流の原因の1つとして考えられるのが、フォトダイオードを構成する半導体領域に形成される結晶欠陥である。
次に、結晶欠陥の評価方法について説明する。以下では、結晶欠陥の評価方法として、TW(Thermal Wave)法を用いた方法について説明する。TW法は、例えば、W.L.Smith et al., “Ion implant monitoring with thermal wave technology”, Appl. Phys. Lett. 47, 584 (1985)、に開示されている。また、TW法は、例えば、D.Fournier et al., “Photothermal investigation of transport in semiconductors: Theory and experiment”, J. Appl. Phys. 59, 787 (1986)、に開示されている。
図45は、半導体基板にイオン注入を行い、さらに、各種の方法および条件でアニールを行った後のTW値と、アニール温度との関係を示すグラフである。図45では、360keVのエネルギー、および、5×1012cm−2のドーズ量でイオン注入を行い、さらに、比較例1としてアニール炉によるファーネスアニール、比較例2として赤外線ランプ加熱炉によるRTA、比較例3としてレーザアニールを行った後に、TW値を測定した結果を示す。図45では、アニール炉によるファーネスアニールをFAと表記し、レーザアニールをLAと表記している。
ここで、マイクロ波アニールの利点について説明する。
次に、本実施の形態1のマイクロ波アニールを行うことにより転位の発生が抑制されることについて、説明する。
本実施の形態1では、画素領域にフォトダイオードなどを形成し、周辺回路領域に半導体素子を形成する半導体装置の製造工程において、イオン注入を行った後、活性化アニールを行う前に、マイクロ波アニールを行う。これにより、通常のアニールに比べ、より低温でアニールを行うことができ、不純物の拡散を抑制できるので、周辺回路領域に形成される半導体素子の特性の変動を抑制しつつ、画素領域に形成されるフォトダイオードなどの結晶欠陥を回復させることができる。そのため、半導体装置の性能を向上させることができる。
実施の形態1では、半導体装置が、半導体基板の表面側から光を入射する表面照射型のイメージセンサである例について説明した。一方、実施の形態2では、半導体装置が、半導体基板の裏面側から光を入射する裏面照射型のイメージセンサである例について説明する。
次いで、画素領域の素子構造を説明する。図56は、実施の形態2の半導体装置の構成を示す断面図である。図56は、図3のA−A断面に対応している。
次いで、本実施の形態2の半導体装置の製造方法について説明する。なお、以下では、画素領域における製造工程について説明する。
次いで、本実施の形態2の変形例について説明する。図64は、実施の形態2の変形例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。また、図64の断面図は、図3のA−A断面に対応している。
本実施の形態2では、実施の形態1と同様に、画素領域にフォトダイオードなどを形成し、周辺回路領域に半導体素子を形成する半導体装置の製造工程において、イオン注入を行った後、活性化アニールを行う前に、マイクロ波アニールを行う。これにより、実施の形態1と同様の効果を有し、周辺回路領域に形成される半導体素子の特性を確保しつつ、画素領域に形成されるフォトダイオードなどの結晶欠陥を回復させることができる。そのため、半導体装置の性能を向上させることができる。
1S 半導体基板
2A 周辺回路領域
102 垂直走査回路
103 列回路
104 出力アンプ
105 水平走査回路
AcAS、AcG、AcL、AcR、AcTP 活性領域
AMI 増幅トランジスタ
ARF 反射防止膜
CAP キャップ絶縁膜
CHfd、CHt1、CHt2 コンタクトホール
CHP 素子領域
DFL 欠陥準位
FD フローティングディフュージョン
Ga、Glt、Gr、Gs、Gt ゲート電極
GND 接地電位
GOX ゲート絶縁膜
IL1〜IL4 層間絶縁膜
LCS 素子分離領域
LGND 接地電位線
LRST リセット線
LT トランジスタ
LTX 転送線
LVDD 電源電位線
M1〜M3 配線
MF 金属膜
ML マイクロレンズ
n1 ノード
NM 低濃度半導体領域(n−型半導体領域)
NR 高濃度半導体領域(n+型半導体領域)
NWL n型ウェル
OL 出力線
OXF 密着膜
Pa、Pag、Pfd、Pg、Pr1、Pr2、Prg プラグ
PD フォトダイオード
PR p+型半導体領域
Ps、Psg、Pt1、Pt2、Ptg プラグ
PU 画素
PWL p型ウェル
RS1〜RS3 レジスト膜
RST リセットトランジスタ
SBF シリサイドブロッキング膜
SEL 選択トランジスタ
SIL シリサイド層
SL 選択線
SS 支持基板
Sw スイッチ
SW サイドウォール
TX 転送用トランジスタ
VDD 電源電位
Claims (20)
- (a)第1導電型の半導体基板を準備する工程、
(b)前記(a)工程の後、前記半導体基板内に、フォトダイオードの一部を構成する前記第1導電型とは反対の第2導電型である第1半導体領域を形成する工程、
(c)前記半導体基板上に、前記フォトダイオードにより生成された電荷を転送する転送用トランジスタのゲート電極を形成する工程、
(d)前記第1半導体領域に内包されるように、前記フォトダイオードの他部を構成する前記第1導電型の第2半導体領域を形成する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記半導体基板にマイクロ波を照射することで、前記半導体基板を加熱する工程、
(f)前記(e)工程の後、前記半導体基板内に、前記転送用トランジスタのドレイン領域を形成する工程、
(g)前記(f)工程の後、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程では、前記半導体基板にマイクロ波を照射することで、前記半導体基板を構成するシリコン結晶の格子振動を誘起することにより、前記半導体基板を加熱し、
前記(e)工程で使用されるマイクロ波の周波数は、シリコン結晶に共鳴吸収される周波数である、半導体装置の製造方法。 - 請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記マイクロ波の周波数は、5.8GHzである、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程で使用されるマイクロ波のパワーは、5〜10kWである、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程におけるマイクロ波による前記半導体基板の加熱時間は、15〜30分である、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
(h)前記(b)工程の後、前記(d)工程の前に、前記半導体基板にマイクロ波を照射することで、前記半導体基板を加熱する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項6記載の半導体装置の製造方法において、
(i)前記(f)工程の後、前記(g)工程の前に、前記半導体基板にマイクロ波を照射することで、前記半導体基板を加熱する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
(i)前記(f)工程の後、前記(g)工程の前に、前記半導体基板にマイクロ波を照射することで、前記半導体基板を加熱する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
(j)前記(e)工程の後、前記半導体基板を、800℃以上の温度で熱処理する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
(k)前記(e)工程の後、前記(f)工程の前に、前記第2半導体領域上に反射防止膜を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項10記載の半導体装置の製造方法において、
(l)前記層間絶縁膜を貫通して前記ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する工程、
(m)前記コンタクトホールに導体膜を埋め込むことによりプラグを形成する工程、
(n)前記(m)工程の後、前記層間絶縁膜上に配線層を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
(o)前記層間絶縁膜を貫通して前記ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する工程、
(p)前記コンタクトホールに導体膜を埋め込むことによりプラグを形成する工程、
(q)前記(p)工程の後、前記層間絶縁膜上に配線層を形成する工程、
(r)前記(q)工程の後、前記半導体基板に支持基板を取り付ける工程、
(s)前記(r)工程の後、前記半導体基板の裏面を研削する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1導電型はn型であり、
前記第2導電型はp型である、半導体装置の製造方法。 - (a)第1導電型の半導体基板を準備する工程、
(b)前記(a)工程の後、前記半導体基板内に、フォトダイオードの一部を構成する前記第1導電型とは反対の第2導電型である第1半導体領域を形成する工程、
(c)前記(b)工程の後、前記半導体基板にマイクロ波を照射することで、前記半導体基板を加熱する工程、
(d)前記半導体基板上に、前記フォトダイオードにより生成された電荷を転送する転送用トランジスタのゲート電極を形成する工程、
(e)前記(c)工程の後、前記第1半導体領域に内包されるように、前記フォトダイオードの他部を構成する前記第1導電型の第2半導体領域を形成する工程、
(f)前記(e)工程の後、前記半導体基板内に、前記転送用トランジスタのドレイン領域を形成する工程、
(g)前記(f)工程の後、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
(h)前記(f)工程の後、前記(g)工程の前に、前記半導体基板にマイクロ波を照射することで、前記半導体基板を加熱する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
(i)前記(c)工程の後、前記半導体基板を、800℃以上の温度で熱処理する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
(j)前記(e)工程の後、前記(f)工程の前に、前記第2半導体領域上に反射防止膜を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - (a)第1導電型の半導体基板を準備する工程、
(b)前記(a)工程の後、前記半導体基板内に、フォトダイオードの一部を構成する前記第1導電型とは反対の第2導電型である第1半導体領域を形成する工程、
(c)前記半導体基板上に、前記フォトダイオードにより生成された電荷を転送する転送用トランジスタのゲート電極を形成する工程、
(d)前記第1半導体領域に内包されるように、前記フォトダイオードの他部を構成する前記第1導電型の第2半導体領域を形成する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記半導体基板内に、前記転送用トランジスタのドレイン領域を形成する工程、
(f)前記(e)工程の後、前記半導体基板にマイクロ波を照射することで、前記半導体基板を加熱する工程、
(g)前記(f)工程の後、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項18記載の半導体装置の製造方法において、
(h)前記(f)工程の後、前記半導体基板を、800℃以上の温度で熱処理する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項18記載の半導体装置の製造方法において、
(i)前記(d)工程の後、前記(e)工程の前に、前記第2半導体領域上に反射防止膜を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
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