JP2015015392A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】CMOSイメージセンサを備えた半導体装置が提供される。CMOSイメージセンサは、入射する光を信号電荷へ光電変換する複数のフォトダイオード部2と、フォトダイオード部2で生成された信号電荷を、フォトダイオード部2から、フローティングディフュージョン部3に転送する転送部とを具備する。転送部を構成するトランスファーゲートトランジスタのチャネル部は少なくとも1層のSiGe層4cを有する。
【選択図】図1
Description
図1は、第1の実施形態のCMOSイメージセンサを適用したカメラモジュール(半導体装置)のピクセル部の構成を模式的に示す断面図である。図2は、このCMOSイメージセンサのトランスファーゲート(転送ゲート)トランジスタのチャネル部のバンド構造を示す模式図である。本実施形態では、CMOSイメージセンサにおけるトランスファーゲートトランジスタのSi/SiO2界面層に存在する界面準位の影響を低減するために、チャネル4を下層側から順次SiGe層4a、Si層4b、SiGe層4cからなるSiGe/Si/SiGe積層構造とする。この構造をとることにより、欠陥のないSi層4bを転送路として電子を転送することができる。
前記第1の実施形態ではフォトダイオード部をトランスファーゲートの形成に先立って形成する方法について説明したが、第2の実施形態として、フォトダイオード部をトランスファーゲートよりも後に形成する方法について説明する。
SiGe/SiO2界面の界面準位密度は一般にSi/SiO2よりも高い。この高い界面準位密度により、Si中の電子の輸送に際し、界面準位に起因するリモート散乱の影響で、移動度が低下する場合がある。この場合には、第3の実施形態として、図13に示すようにSiGe/SiO2の間にSi層4dを挿入することにより界面準位密度を低減することが可能となる。他の構成については図1に示した第1の実施形態のCMOSイメージセンサと同様であるため、ここでは説明を省略するが、同一部位には同一符号を付した。
第3の実施形態では、SiGe/SiO2界面の高い界面準位密度によるリモート散乱の影響を回避すべく、Si層4dを挿入したが、本実施形態では、SiO2/Si/SiGeのヘテロ界面に代えて、Ge濃度が徐々に低下してゆくグレーディング構造とするものである。このグレーディング構造は、トランスファーゲートのチャネル4の最表層がSixGe1-X組成傾斜層(X:0<X<1)であり、最表面からSiが次第に減少していき、その下層がSiGe層となっている。つまり、第1の実施形態におけるSiGe層4cに代えて、図14に示すように、Si1-XGeX組成傾斜層(0≦X≦1)4Gとしたものである。ここでSiGe中におけるGeの含有比はゲート絶縁膜5に近づくにつれて減少する構成となっている。
前記第1の実施形態のCMOSイメージセンサにおいて、図15に示すように、下層のSiGe層4aはなくてもよい。実際には、トランジスタ動作時、反転層にはバンドの曲がりによって、量子井戸が形成されるため、Si中の電子は、この量子井戸に集約するため、下層SiGeが存在する場合と同様の役割を果たすことがあるためである。
Claims (7)
- 入射する光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換部と、
前記光電変換部で生成された信号電荷を、前記光電変換部から、フローティングディフュージョン部に転送する転送部とを具備し、
前記光電変換部を構成するフォトダイオード部の上層部にSiGe層が存在するとともに、
前記転送部を構成するトランスファーゲートのチャネル部が少なくとも1層のSiGe層を有し、かつ最表層がSi層であり、
前記フローティングディフュージョン部の少なくともコンタクト領域では、前記SiGe層は完全に除去されてなる、CMOSイメージセンサを
備えたことを特徴とする半導体装置。 - 入射する光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換部と、
前記光電変換部で生成された信号電荷を、前記光電変換部から、フローティングディフュージョン部に転送する転送部とを具備し、
前記転送部を構成するトランスファーゲートのチャネル部が少なくとも1層のSiGe層を有する、CMOSイメージセンサを
備えたことを特徴とする半導体装置。 - フローティングディフュージョン部の少なくともコンタクト領域では、前記SiGe層は完全に除去されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記光電変換部はフォトダイオード部で構成され、
前記フォトダイオード部の上層部にSiGe層が存在することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 - 前記トランスファーゲートのチャネル部の最表層がSi層であり、その下層がSiGe層である、請求項2〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記トランスファーゲートのチャネル部の最表層がSixGe1-X組成傾斜層(X:0<X<1)であり、最表面からSiが次第に減少していき、その下層がSiGe層である、請求項2〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 一導電型の半導体基板上に、入射する光を信号電荷へ光電変換する複数の光電変換部を形成する工程と、
フローティングディフュージョン部を形成する工程と、
前記光電変換部と前記フローティングディフュージョン部との間に転送部を構成するトランスファーゲートを形成する工程とを具備し、
前記トランスファーゲートを形成する工程が、少なくとも1層のSiGe層を有するチャネル部を形成する工程を含み、
前記フローティングディフュージョン部に対し、前記SiGe層を避けてコンタクトを形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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