JP2015095484A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板PSB1と、第1のp型エピタキシャル層PE1と、第2のp型エピタキシャル層PE2と、第1の光電変換素子PD1とを備えている。第1のp型エピタキシャル層PE1は半導体基板PSB1の主表面上に形成されている。第2のp型エピタキシャル層PE2は第1のp型エピタキシャル層PE1の上面を覆うように形成されている。第1の光電変換素子PD1は第2のp型エピタキシャル層PE2内に形成されている。第1および第2のp型エピタキシャル層PE2はシリコンにより形成され、第1のp型エピタキシャル層PE1は第2のp型エピタキシャル層PE2よりもp型不純物濃度が高い。
【選択図】図4
Description
(実施の形態1)
まず一実施の形態の半導体装置の半導体基板の主表面における各素子形成領域の配置について図1〜図3を用いて説明する。
次に、図11の比較例および図12〜図15のグラフを参照しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。
まず図16を用いて、本実施の形態の半導体装置としての半導体撮像デバイスであるフォトダイオードPD、およびフォトダイオードPDを含む転送トランジスタTMIの構成について詳細に説明する。
複合体欠陥D2bは実施の形態1のp型基板PSB1内の注入欠陥D2aと同様に、p型基板PSB1内にて光電変換して発生した電子を速やかに消滅させるためのキャリアライフタイムキラーとしての役割を有している。したがって高濃度p型エピタキシャル層PE1aの存在により、p型基板PSB1内の電子に起因する電子クロストークやブルーミングなどの発生を抑制することができる。
まず図22を用いて、本実施の形態の半導体装置としての半導体撮像デバイスであるフォトダイオードPD、およびフォトダイオードPDを含む転送トランジスタTMIの構成について詳細に説明する。
まず図27を用いて、本実施の形態の半導体装置としての半導体撮像デバイスであるフォトダイオードPD、およびフォトダイオードPDを含む転送トランジスタTMIの構成について詳細に説明する。
まず図30を用いて、本実施の形態の半導体装置としての半導体撮像デバイスであるフォトダイオードPD、およびフォトダイオードPDを含む転送トランジスタTMIの構成について詳細に説明する。
まず図31を用いて、本実施の形態の半導体装置としての半導体撮像デバイスであるフォトダイオードPD、およびフォトダイオードPDを含む転送トランジスタTMIの構成について詳細に説明する。
まず図32を用いて、本実施の形態の半導体装置としての半導体撮像デバイスであるフォトダイオードPD、およびフォトダイオードPDを含む転送トランジスタTMIの構成について詳細に説明する。
まず図34を用いて、本実施の形態の半導体装置としての半導体撮像デバイスであるフォトダイオードPD、およびフォトダイオードPDを含む転送トランジスタTMIの構成について詳細に説明する。
まず図35を用いて、本実施の形態の半導体装置としての半導体撮像デバイスであるフォトダイオードPD、およびフォトダイオードPDを含む転送トランジスタTMIの構成について詳細に説明する。
本実施の形態のように、第2の注入領域PJ2の代わりにディープトレンチDT内に充填された第3のp型エピタキシャル層PE3により、第1画素領域RPxと第2画素領域GPxとのポテンシャル障壁を形成してもよい。この第3のp型エピタキシャル層PE3はエピタキシャル成長により形成されるため、イオン注入技術により形成される第2の注入領域PJ2より高いp型不純物濃度を有するように自由に第3のp型エピタキシャル層PE3を形成することができる。このため画素分離領域SPTが電子クロストークを抑制する効果をいっそう高めることができる。
まず図39を用いて、本実施の形態の半導体装置としての半導体撮像デバイスであるフォトダイオードPD、およびフォトダイオードPDを含む転送トランジスタTMIの構成について詳細に説明する。
ディープトレンチDTはアスペクト比が非常に高いため、たとえば実施の形態9のようにこの内部を第3のp型エピタキシャル層PE3だけで埋めようとするのは困難な場合がある。そこで本実施の形態のようにディープトレンチDT内に生じた空隙を埋めるように絶縁膜IIが塗布されたものが供給される。このようにすれば、より確実にディープトレンチDT内を充填することができ、画素分離領域SPTが電子クロストークを抑制する効果を確実に高めることができる。
まず図43を用いて、本実施の形態の半導体装置としての半導体撮像デバイスであるフォトダイオードPD、およびフォトダイオードPDを含む転送トランジスタTMIの構成について詳細に説明する。
本実施の形態においてはp型エピタキシャル層として第2のp型エピタキシャル層PE2の1層のみが形成され、他の実施の形態での第1のp型エピタキシャル層PE1の代わりにイオン注入技術による埋め込み層BRDが形成される。イオン注入技術を用いてポテンシャル障壁を形成することにより、エピタキシャル成長を用いてポテンシャル障壁を形成する場合に比べてコストを低減することができる。
図46を参照して、一実施の形態の半導体装置は、主表面を有する半導体基板PSB1と、主表面上に形成された第1のp型エピタキシャル層PE1と、第1のp型エピタキシャル層PE1の上面を覆うように形成された第2のp型エピタキシャル層PE2と、第2のp型エピタキシャル層PE2内に形成された第1の光電変換素子PD1とを備えている。第1および第2のp型エピタキシャル層PE1,PE2はシリコンにより形成されている。第1のp型エピタキシャル層PE1は第2のp型エピタキシャル層PE2よりもp型不純物濃度が高い。その他の図46に示す構成は図4と同様である。
Claims (20)
- 主表面を有する半導体基板と、
前記主表面上に形成された第1のp型エピタキシャル層と、
前記第1のp型エピタキシャル層の上面を覆うように形成された第2のp型エピタキシャル層と、
前記第2のp型エピタキシャル層内に形成された第1の光電変換素子とを備え、
前記第1および第2のp型エピタキシャル層はシリコンにより形成され、
前記第1のp型エピタキシャル層は前記第2のp型エピタキシャル層よりもp型不純物濃度が高い、半導体装置。 - 前記第1の光電変換素子の受光可能な光の平均波長より短い平均波長の光を受光する第2の光電変換素子をさらに備え、
前記第2の光電変換素子は前記第1の光電変換素子と前記主表面に沿う方向に並ぶように配置される、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2の光電変換素子の下において、前記第1のp型エピタキシャル層の上面を覆うように前記第2のp型エピタキシャル層内に形成され、前記第2のp型エピタキシャル層内よりもp型不純物濃度が高い第1のp型不純物領域と、
前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子との境界部において前記第2のp型エピタキシャル層内に形成され、前記第2のp型エピタキシャル層よりもp型不純物濃度が高い第2のp型不純物領域とを備え、
前記第1のp型不純物領域と前記第2のp型不純物領域とは互いに接触する、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第2のp型エピタキシャル層には、前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子との前記境界部において前記第2のp型エピタキシャル層内を前記第1のp型エピタキシャル層に達するように貫通する溝が形成され、
前記第2のp型不純物領域は、前記溝内に形成されたp型半導体層である、請求項3に記載の半導体装置。 - 前記溝内において前記p型半導体層上に形成された絶縁膜をさらに備える、請求項4に記載の半導体装置。
- 前記第1および第2の光電変換素子の双方の下において、前記第1のp型エピタキシャル層の上面を覆うように前記第2のp型エピタキシャル層が配置される、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板はp型基板である、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板の欠陥密度は、前記第2のp型エピタキシャル層の欠陥密度よりも高い、請求項7に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板は前記第2のp型エピタキシャル層よりもp型不純物濃度が高く、
前記半導体基板内には、前記半導体基板内のp型不純物と前記半導体基板内に拡散した酸素との反応により形成された第1の拡張欠陥を含む、請求項7に記載の半導体装置。 - 前記半導体基板内には、前記半導体基板内に導入された不純物元素により形成された第2の拡張欠陥を含む、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1のp型エピタキシャル層は複数層であり、
複数層の前記第1のp型エピタキシャル層のうち最も前記半導体基板に近い側に配置される基板隣接層に、前記基板隣接層内のp型不純物と前記半導体基板から前記基板隣接層内に拡散した酸素との反応により形成された第1の拡張欠陥が存在する、請求項1に記載の半導体装置。 - 複数層からなる前記第1のp型エピタキシャル層のうち前記基板隣接層における酸素濃度は、複数層の前記第1のp型エピタキシャル層のうち前記基板隣接層以外の層における酸素濃度よりも高い、請求項11に記載の半導体装置。
- 主表面を有する半導体基板と、
前記半導体基板内に形成された埋め込み不純物層と、
前記埋め込み不純物層上に形成されたp型エピタキシャル層と、
前記p型エピタキシャル層内に形成された第1の光電変換素子とを備え、
前記埋め込み不純物層および前記p型エピタキシャル層はシリコンにより形成され、
前記埋め込み不純物層は前記p型エピタキシャル層よりもp型不純物濃度が高い、半導体装置。 - 主表面を有する半導体基板を準備する工程と、
前記主表面上に第1のp型エピタキシャル層を形成する工程と、
前記第1のp型エピタキシャル層の上面を覆うように第2のp型エピタキシャル層を形成する工程と、
前記第2のp型エピタキシャル層内に第1の光電変換素子を形成する工程とを備え、
前記第1および第2のp型エピタキシャル層はシリコンにより形成され、
前記第1のp型エピタキシャル層は前記第2のp型エピタキシャル層よりもp型不純物濃度が高い、半導体装置の製造方法。 - 前記第1の光電変換素子の受光可能な光の平均波長より短い平均波長の光を受光する第2の光電変換素子を形成する工程をさらに備え、
前記第2の光電変換素子は前記第1の光電変換素子と前記主表面に沿う方向に並ぶように形成される、請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の光電変換素子が形成されるべき領域の下において、前記第1のp型エピタキシャル層の上面を覆うように前記第2のp型エピタキシャル層内に形成され、前記第2のp型エピタキシャル層内よりもp型不純物濃度が高い第1のp型不純物領域を形成する工程と、
前記第1の光電変換素子が形成されるべき領域と前記第2の光電変換素子が形成されるべき領域との境界部において前記第2のp型エピタキシャル層内に形成され、前記第2のp型エピタキシャル層よりもp型不純物濃度が高い第2のp型不純物領域を形成する工程とを備え、
前記第1のp型不純物領域と前記第2のp型不純物領域とは互いに接触する、請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2のp型不純物領域を形成する工程は、
前記第2のp型エピタキシャル層の前記第1の光電変換素子が形成されるべき領域と前記第2の光電変換素子が形成されるべき領域との前記境界部に、前記第1のp型エピタキシャル層に達するように前記第2のp型エピタキシャル層内を貫通する溝を形成する工程と、
前記溝内に前記第2のp型不純物領域としてのp型半導体層を形成する工程とを含む、請求項16に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記溝内において前記p型半導体層上に絶縁膜を形成する工程をさらに含む、請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2のp型エピタキシャル層を形成する工程においては、前記第1および第2の光電変換素子が形成されるべき領域の双方の下において、前記第1のp型エピタキシャル層の上面を覆うように前記第2のp型エピタキシャル層が形成される、請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板はp型基板である、請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
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