JP2017045873A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態の半導体装置は、固体撮像素子に係るものであり、特に、1つの画素内に複数のフォトダイオードを有する固体撮像素子に係る。当該固体撮像素子は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサであって、像面位相差式の焦点検出方法により、自動合焦を行うために必要な情報を出力する機能を有するものである。以下では、画素内において隣り合うフォトダイオードの下の基板内で光電変換により生じた電子が、2つのフォトダイオード同士の間で移動することを防ぐために分離領域を形成することについて説明する。
以下に、図1〜図3および図5〜図7を用いて、本実施の形態の半導体装置の構造を説明し、図4および図34を用いて、本実施の形態の半導体装置の機能を説明する。図1は、本実施の形態である半導体装置の構成を示す概略図である。図2は、本実施の形態の半導体装置である固体撮像素子が有する1つの画素を拡大して示す平面図である。図3は、図2のA−A線における断面図である。図4は、本実施の形態の半導体装置を示す等価回路図である。図5〜図7のそれぞれは、本実施の形態の半導体装置の断面図と、当該半導体装置において形成された半導体領域の濃度分布を示すグラフを含む図である。図34は、像面位相差方式の自動合焦を行う半導体装置の動作により得られる信号を示す図である。
本実施の形態2は、画素分離領域の形成工程で行うイオン注入により、フォトダイオード同士の間の分離領域を形成するものである。以下に、本実施の形態の半導体装置の平面図を図27に示す。図27は完成した画素PEを示すものであるが、図を分かりやすくするため、配線、ビアおよび層間絶縁膜などの図示を省略している。
以下に、本実施の形態の変形例である半導体装置およびその製造方法について、図29を用いて説明する。図29は、本実施の形態の変形例である半導体装置が有する1つの画素を拡大して示す平面図である。本変形例の半導体装置は、分離領域SPが画素分離領域CSと同一工程で形成されている点は図27を用いて説明した構造と同様である。ただし、図27に示す構造と異なり、本変形例では、図29に示すように、画素分離領域CSと分離領域SPとが互いに離間している。
本実施の形態3では、分離領域を、素子分離領域に隣接する半導体基板の表面近傍にチャネルストッパ領域またはフォトダイオード周辺のr領域として形成する半導体領域の形成工程と同一の工程で形成することについて、図30〜図32を用いて説明する。図30は、本実施の形態の半導体装置である固体撮像素子が有する1つの画素を拡大して示す平面図である。図31は、図30のA−A線における断面図である。図32は、本実施の形態の半導体装置の形成工程を示す断面図である。図30では、図を分かりやすくするため、前記実施の形態1および2で説明した画素分離領域CS(図2参照)の図示を省略している。
CF カラーフィルタ
CS 画素分離領域
EI 素子分離領域
FD 浮遊拡散容量部
G1、G2 ゲート電極
IL 層間絶縁膜
M1〜M3 配線
ML マイクロレンズ
N1、N2 N−型半導体領域
PD1、PD2 フォトダイオード
PE 画素
SB 半導体基板
SP 分離領域
WL ウェル領域
Claims (17)
- 第1フォトダイオードおよび第2フォトダイオードを含む画素を備えた固体撮像素子を有する半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の活性領域の上面に形成された第1導電型を有するウェル領域と、
前記活性領域において、前記ウェル領域の上面に互いに離間して形成された第1半導体領域および第2半導体領域と、
平面視において、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域の間に位置し、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域よりも下の前記ウェル領域内に形成された、前記第1導電型を有する第3半導体領域と、
を有し、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域は、前記第1導電型とは異なる第2導電型を有し、
前記第1半導体領域は、前記第1フォトダイオードを構成し、前記第2半導体領域は、前記第2フォトダイオードを構成し、
前記第3半導体領域は、前記ウェル領域よりも不純物濃度が高い、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体基板の主面に対して垂直な深さ方向における前記第3半導体領域の前記第2導電型の不純物の濃度分布は、複数の濃度ピークを有している、半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記複数の濃度ピークのうち、前記半導体基板の主面に最も近い前記濃度ピークは、その他の前記濃度ピークよりも不純物濃度が高い、半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記画素は、緑色または青色の光の検出用に用いられる、半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記複数の濃度ピークのうち、前記半導体基板の主面に最も近い前記濃度ピークは、その他のいずれかの前記濃度ピークよりも不純物濃度が低い、半導体装置。 - 請求項5記載の半導体装置において、
前記画素は、赤色の光の検出用に用いられる、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体基板の上面に接して形成され、平面視において前記活性領域を囲む素子分離領域と、
複数形成された前記画素同士の間に設けられた前記素子分離領域の直下の前記半導体基板内に形成された、前記第1導電型を有する第4半導体領域と、
を有し、
前記第4半導体領域は、前記ウェル領域よりも不純物濃度が高く、
前記第3半導体領域と前記第4半導体領域とは、互いに接している、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体基板の上面に接して形成され、平面視において前記活性領域を囲む素子分離領域と、
複数形成された前記画素同士の間に設けられた前記素子分離領域の直下の前記半導体基板内に形成された、前記第1導電型を有する第4半導体領域と、
を有し、
前記第4半導体領域は、前記ウェル領域よりも不純物濃度が高く、
前記第3半導体領域と前記第4半導体領域とは、互いに離間している、半導体装置。 - 第1フォトダイオードおよび第2フォトダイオードを含む画素を備えた固体撮像素子を有する半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の活性領域の上面に形成された第1導電型を有するウェル領域と、
前記活性領域において、前記ウェル領域の上面に互いに離間して形成された第1半導体領域および第2半導体領域と、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域の間に形成された、前記第1導電型を有する第3半導体領域と、
前記半導体基板の上面に接して形成され、平面視において前記活性領域を囲む素子分離領域と、
前記素子分離領域と接する前記半導体基板の表面に形成された、前記第1導電型を有する第4半導体領域と、
を有し、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域は、前記第1導電型とは異なる第2導電型を有し、
前記第1半導体領域は、前記第1フォトダイオードを構成し、前記第2半導体領域は、前記第2フォトダイオードを構成し、
前記第3半導体領域および前記第4半導体領域は、前記ウェル領域よりも不純物濃度が高い、半導体装置。 - 第1フォトダイオードおよび第2フォトダイオードを含む画素を備えた固体撮像素子を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)上面の第1領域と、平面視において前記第1領域を囲む第2領域とを有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記半導体基板の上面に第1導電型を有するウェル領域を形成する工程、
(c)前記第2領域の前記半導体基板の上面に接する素子分離領域を形成する工程、
(d)前記(b)工程の後、前記第1導電型を有し、前記半導体基板の主面に沿う方向に延在する第3半導体領域を、前記第1領域の前記半導体基板内に形成する工程、
(e)前記(c)工程および(d)工程の後、前記第1領域内の前記ウェル領域の上面に、前記第3半導体領域の短手方向において前記第3半導体領域を挟むように、第1半導体領域および第2半導体領域を形成する工程、
を有し、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域は、前記第1導電型とは異なる第2導電型を有し、
前記第1半導体領域は、前記第1フォトダイオードを構成し、前記第2半導体領域は、前記第2フォトダイオードを構成し、
前記第3半導体領域は、前記ウェル領域よりも不純物濃度が高い、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、
前記第3半導体領域は、平面視において、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域よりも下の前記ウェル領域内に形成される、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、
前記(d)工程では、前記第1導電型の不純物を前記半導体基板内に複数回打ち込むことで、前記第3半導体領域を形成する、半導体装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の主面に対して垂直な深さ方向における前記第3半導体領域の前記第2導電型の不純物の濃度分布は、複数の濃度ピークを有しており、前記複数の濃度ピークのうち、前記半導体基板の主面に最も近い前記濃度ピークは、その他の前記濃度ピークよりも不純物濃度が高い、半導体装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の主面に対して垂直な深さ方向における前記第3半導体領域の前記第2導電型の不純物の濃度分布は、複数の濃度ピークを有しており、前記複数の濃度ピークのうち、前記半導体基板の主面に最も近い前記濃度ピークは、その他のいずれかの前記濃度ピークよりも不純物濃度が低い、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、
前記(d)工程では、前記第1領域および前記第2領域に前記第1導電型の不純物を導入することで、前記第1領域の前記半導体基板内に前記第3半導体領域を形成し、前記第2領域の前記半導体基板内に第4半導体領域を形成する、半導体装置の製造方法。 - 請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3半導体領域と前記第4半導体領域とは、平面視において互いに離間している、半導体装置の製造方法。 - 請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3半導体領域は、前記半導体基板の主面に形成され、
前記第4半導体領域は、前記素子分離領域に接する前記半導体基板の表面に形成されている、半導体装置の製造方法。
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