JP2017130626A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置は、フォトダイオードPDおよび転送トランジスタTXが形成された活性領域AcTPと接地電位供給用の活性領域AcGとを含む画素を備えている。活性領域AcGのp型半導体領域上には、接地電位供給用のプラグPg1が配置されている。活性領域AcTPに形成された転送トランジスタTXのドレイン用のn型半導体領域には、ゲッタリング用の元素が導入されているが、活性領域AcGのp型半導体領域には、ゲッタリング用の元素は導入されていない。
【選択図】図4
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、本実施の形態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(行列状)に配置された4行4列(4×4)の16個の画素を示すが、画素の配列数はこれに限定されず、種々変更可能であり、例えば、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。
次に、本実施の形態の半導体装置の断面図(図11〜図16)を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の構造を説明する。
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図17〜図40を参照して説明する。
固体撮像素子(イメージセンサ)における欠陥として、暗時白点(白点傷)と呼ばれる欠陥がある。暗時白点の主要因の一つは、製造工程中に半導体基板(半導体ウエハ)中に入り込む汚染金属である。製造工程中に半導体基板中に入り込んだ汚染金属が、画素を構成するフォトダイオードに混入してしまうと、汚染金属に起因した発光準位の形成が引き起こされる。このような発光準位は、価電子帯と伝導帯との間に位置し、光が照射されていない状態であっても、発光準位を介して正孔電子対が生成され、生成された電子による暗電流が生じる。このような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、信号(ノイズ)に基づき誤点灯(白点)してしまう。このような誤点灯は、暗時白点(白点傷)と呼ばれる。暗時白点の発生は、半導体装置の性能の低下につながる。このため、暗時白点の発生は、できるだけ防止することが望ましい。暗時白点を抑制または防止するためには、製造工程中の半導体基板の金属汚染自体を防止するか、あるいは、製造工程中に半導体基板中に入り込んだ汚染金属が、画素を構成するフォトダイオードに混入しないようにする必要がある。
本実施の形態の主要な特徴のうちの一つは、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)に、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素が導入され、かつ、活性領域AcGの半導体基板SBには、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素は導入されていないことである。
図42および図43は、本実施の形態2の半導体装置の要部平面図であり、図44〜図46は、本実施の形態2の半導体装置の要部断面図である。図42は、上記図6に対応するものであり、図43は、上記図10に対応するものであり、図44は、上記図14に対応するものであり、図45は、上記図15に対応するものであり、図46は、上記図16に対応するものである。なお、上記図4、図5、図8および図9の平面図と上記図11〜図13の断面図とは、本実施の形態2でも援用される。
図50および図51は、本実施の形態3の半導体装置の要部平面図であり、図52〜図54は、本実施の形態3の半導体装置の要部断面図である。図50は、上記図6や上記図42に対応するものであり、図51は、上記図10や上記図43に対応するものであり、図52は、上記図14や図44に対応するものであり、図53は、上記図15や図45に対応するものであり、図54は、上記図16や上記図46に対応するものである。なお、上記図4、図5、図8および図9の平面図と上記図11〜図13の断面図とは、本実施の形態3でも援用される。
PD フォトダイオード
Pg1 プラグ
TX 転送トランジスタ
Claims (18)
- 半導体基板の第1主面側に形成され、平面視において素子分離領域でそれぞれ囲まれた第1活性領域および第2活性領域と、
前記第1活性領域に形成されたフォトダイオードと、
前記第1活性領域に形成され、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ための転送用トランジスタと、
を含む画素を備えた半導体装置であって、
前記半導体基板に、前記第1活性領域および前記第2活性領域を平面視において内包するようにp型半導体領域が形成され、
前記第2活性領域の前記p型半導体領域上に、前記p型半導体領域に電気的に接続された、接地電位供給用のコンタクト部が形成されており、
前記フォトダイオードは、前記第1活性領域の前記p型半導体領域内に形成された第1のn型半導体領域を有し、
前記転送用トランジスタは、前記第1活性領域の前記p型半導体領域内に形成されたドレイン用の第2のn型半導体領域を有し、
前記第1のn型半導体領域は、前記転送用トランジスタのソース領域としても機能し、
前記第2のn型半導体領域には、ゲッタリング用元素が導入されているが、前記第2活性領域の前記p型半導体領域には、前記ゲッタリング用元素は導入されていない、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第2活性領域の前記p型半導体領域上に第1金属シリサイド層が形成され、
前記第1金属シリサイド層上に前記コンタクト部が形成されており、
前記コンタクト部は、前記第1金属シリサイド層を介して前記p型半導体領域に電気的に接続されている、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記ゲッタリング用元素は炭素である、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
平面視において、前記第1のn型半導体領域と前記第2のn型半導体領域との間には、前記素子分離領域は介在していない、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記画素は、
前記半導体基板の前記第1主面側に形成され、平面視において前記素子分離領域で囲まれた第3活性領域と、
前記第3活性領域に形成された画素用トランジスタと、
を更に有し、
前記p型半導体領域は、前記半導体基板に、前記第1活性領域、前記第2活性領域および前記第3活性領域を平面視において内包するように形成されており、
前記画素用トランジスタは、前記第3活性領域の前記p型半導体領域内に形成されたソースまたはドレイン用の第3のn型半導体領域を有し、
前記第3のn型半導体領域には、前記ゲッタリング用元素は導入されていない、半導体装置。 - 請求項5記載の半導体装置において、
前記第3のn型半導体領域上には、第2金属シリサイド層が形成されている、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記画素は、
前記半導体基板の前記第1主面側に形成され、平面視において前記素子分離領域で囲まれた第3活性領域と、
前記第3活性領域に形成された画素用トランジスタと、
を更に有し、
前記p型半導体領域は、前記半導体基板に、前記第1活性領域、前記第2活性領域および前記第3活性領域を平面視において内包するように形成されており、
前記画素用トランジスタは、前記第3活性領域の前記p型半導体領域内に形成されたソースまたはドレイン用の第3のn型半導体領域を有し、
前記第3のn型半導体領域にも、前記ゲッタリング用元素が導入されている、半導体装置。 - 請求項7記載の半導体装置において、
前記第3のn型半導体領域上には、第2金属シリサイド層が形成されている、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1のn型半導体領域には、前記ゲッタリング用元素は導入されていない、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体基板の前記第1主面には、前記画素が複数、アレイ状に配列されている、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体基板の前記第1主面上に、層間絶縁膜が形成されており、
前記コンタクト部は、前記層間絶縁膜に埋め込まれた導電性プラグである、半導体装置。 - 半導体基板の第1主面側に形成され、平面視において素子分離領域でそれぞれ囲まれた第1活性領域、第2活性領域および第3活性領域と、
前記第1活性領域に形成されたフォトダイオードと、
前記第1活性領域に形成され、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ための転送用トランジスタと、
前記第3活性領域に形成された画素用トランジスタと、
を含む画素を備えた半導体装置であって、
前記半導体基板に、前記第1活性領域、前記第2活性領域および前記第3活性領域を平面視において内包するようにp型半導体領域が形成され、
前記第2活性領域の前記p型半導体領域上に、前記p型半導体領域に電気的に接続された、接地電位供給用のコンタクト部が形成されており、
前記フォトダイオードは、前記第1活性領域の前記p型半導体領域内に形成された第1のn型半導体領域を有し、
前記転送用トランジスタは、前記第1活性領域の前記p型半導体領域内に形成されたドレイン用の第2のn型半導体領域を有し、
前記画素用トランジスタは、前記第3活性領域の前記p型半導体領域内に形成されたソースまたはドレイン用の第3のn型半導体領域を有し、
前記第1のn型半導体領域は、前記転送用トランジスタのソース領域としても機能し、
前記第3のn型半導体領域には、ゲッタリング用元素が導入されているが、前記第2活性領域の前記p型半導体領域には、前記ゲッタリング用元素は導入されていない、半導体装置。 - 請求項12記載の半導体装置において、
前記第2活性領域の前記p型半導体領域上に第1金属シリサイド層が形成され、
前記第1金属シリサイド層上に前記コンタクト部が形成されており、
前記コンタクト部は、前記第1金属シリサイド層を介して前記p型半導体領域に電気的に接続されている、半導体装置。 - 請求項12記載の半導体装置において、
前記ゲッタリング用元素は炭素である、半導体装置。 - 請求項12記載の半導体装置において、
前記第2のn型半導体領域にも、前記ゲッタリング用元素が導入されている、半導体装置。 - 請求項12記載の半導体装置において、
前記第2のn型半導体領域には、前記ゲッタリング用元素は導入されていない、半導体装置。 - 請求項12記載の半導体装置において、
前記第3のn型半導体領域上には、第2金属シリサイド層が形成されている、半導体装置。 - 請求項12記載の半導体装置において、
前記第1のn型半導体領域には、前記ゲッタリング用元素は導入されていない、半導体装置。
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