JP2017130626A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置の性能を向上させる。
【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

本発明は、半導体装置に関し、例えば、固体撮像素子を含む半導体装置に好適に利用できるものである。
固体撮像素子として、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)を用いた固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の開発が進められている。このCMOSイメージセンサは、フォトダイオードと転送用トランジスタとを有する複数の画素を含んで構成される。
特開2014−7316号公報(特許文献1)には、CMOSイメージセンサにおいて、接地電位が印加されるコンタクト部が配置されている活性領域にゲッタリング領域を配置することが記載されている。
特開2014−7316号公報
光電変換素子を有する半導体装置があるが、そのような半導体装置においても、できるだけ半導体装置の性能を向上させることが望まれる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、半導体装置は、フォトダイオードおよび転送用トランジスタが形成された第1活性領域と接地電位供給用の第2活性領域とを含む画素を備えている。第2活性領域のp型半導体領域上には金属シリサイド層が形成され、その金属シリサイド層の上に接地電位供給用のコンタクト部が配置されている。第1活性領域に形成された転送用トランジスタのドレイン用の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、第2活性領域の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。
また、一実施の形態によれば、フォトダイオードおよび転送用トランジスタが形成された第1活性領域と接地電位供給用の第2活性領域と画素トランジスタが形成された第3活性領域とを含む画素を備えている。第2活性領域のp型半導体領域上には金属シリサイド層が形成され、その金属シリサイド層の上に接地電位供給用のコンタクト部が配置されている。第3活性領域に形成された画素トランジスタのソースまたはドレイン用の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、第2活性領域の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。
一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。
一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。 画素の構成例を示す回路図である。 画素の他の構成例を示す回路図である。 一実施の形態の半導体装置の画素を示す平面図である。 一実施の形態の半導体装置の画素を示す平面図である。 一実施の形態の半導体装置の画素を示す平面図である。 一実施の形態の半導体装置が形成される半導体ウエハおよびチップ領域を示す平面図である。 一実施の形態の半導体装置の周辺回路領域に形成されるトランジスタを示す平面図である。 一実施の形態の半導体装置の画素領域に形成される複数の画素を示す平面図である。 一実施の形態の半導体装置の画素領域に形成される複数の画素を示す平面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 一実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図17と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図17と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図17に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図20と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図20と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図20に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図23と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図23と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図23に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図26と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図26と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図26に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図29に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図32と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図32と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図32に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図35と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図35と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図35に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図38と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図38と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部平面図である。 他の実施の形態の半導体装置の要部平面図である。 他の実施の形態の半導体装置の要部平面図である。 他の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 他の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 他の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図47と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図47と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 他の実施の形態の半導体装置の要部平面図である。 他の実施の形態の半導体装置の要部平面図である。 他の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 他の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 他の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図55と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図55と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 暗時白点の発生率を示すグラフである。 金属シリサイド層の抵抗を示すグラフである。 金属シリサイド層の抵抗を示すグラフである。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
(実施の形態1)
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。
<半導体装置の構成>
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。
図1に示す画素領域1Aには、複数の画素PUがアレイ状に配置され、その周囲には、垂直走査回路VSCや水平走査回路HSCなどの駆動回路が配置されている。各画素(セル、画素ユニット)PUは、選択線SLおよび出力線(出力信号線)OLの交点に配置されている。選択線SLは垂直走査回路VSCと接続され、出力線OLはそれぞれ列回路CLCと接続されている。列回路CLCはスイッチSWTを介して出力アンプAPと接続されている。各スイッチSWTは水平走査回路HSCと接続され、水平走査回路HSCにより制御される。
例えば、垂直走査回路VSCおよび水平走査回路HSCにより選択された画素PUから読み出された電気信号は、出力線OLおよび出力アンプAPを介して出力される。
画素PUの構成は、例えば、図2または図3に示されるように、フォトダイオードPDと、トランジスタRST,TX,SEL,AMIとで構成される。これらのトランジスタRST,TX,SEL,AMIは、それぞれnチャネル型のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)により形成される。このうち、トランジスタRSTはリセットトランジスタ(リセット用トランジスタ)であり、トランジスタTXは転送トランジスタ(転送用トランジスタ)であり、トランジスタSELは選択トランジスタ(選択用トランジスタ)であり、トランジスタAMIは増幅トランジスタ(増幅用トランジスタ)である。なお、転送トランジスタTXは、フォトダイオードPDにより生成された電荷を転送する転送用トランジスタである。転送トランジスタTX、リセットトランジスタRST、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIは、各画素に対して設けられているため、画素トランジスタ(画素用トランジスタ)とみなすことができる。また、これらのトランジスタの他に、他のトランジスタや容量素子などの素子が組み込まれることもある。また、これらのトランジスタの接続形態には種々の変形・応用形態がある。
図2には、2つの画素PUの回路構成例が示されている。すなわち、図2には、フォトダイオードPD1を有する画素PUとフォトダイオードPD2を有する画素PUの合計2つの画素PUの回路構成例が示されている。
なお、図2の場合、2つの画素PUで増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとが共用されている場合の回路例が示されている。この場合、1つのフォトダイオードPDに対して1つの転送トランジスタTXが設けられるのに対して、2つのフォトダイオードPD(PD1,PD2)に対して、1組の増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとが設けられる。フォトダイオードPD1に対して設けられた転送トランジスタTXが転送トランジスタTX1であり、フォトダイオードPD2に対して設けられた転送トランジスタTXが転送トランジスタTX2である。
図2に示す回路例においては、接地電位(GND)とノードN1との間にフォトダイオードPD1と転送トランジスタTX1とが直列に接続され、また、接地電位(GND)とノードN1との間にフォトダイオードPD2と転送トランジスタTX2とが直列に接続されている。接地電位(GND)は、グランド電位とみなすこともできる。フォトダイオード(PD1,PD2)および転送トランジスタ(TX1,TX2)のうち、フォトダイオード(PD1,PD2)が接地電位(GND)側で、転送トランジスタ(TX1,TX2)がノードN1側である。そして、フォトダイオードPD1と転送トランジスタTX1との直列回路と、フォトダイオードPD2と転送トランジスタTX2との直列回路とが、接地電位(GND)とノードN1との間に並列に接続されている。すなわち、フォトダイオードPD1は転送トランジスタTX1を介して、フォトダイオードPD2は転送トランジスタTX2を介して、共通のノードN1に接続されている。フォトダイオードPDは、PN接合ダイオードであり、例えば、複数のn型またはp型の不純物拡散領域(半導体領域)により構成される。
ノードN1と電源電位(電源電位線)VDDとの間にはリセットトランジスタRSTが接続されている。電源電位VDDは、電源電位線の電位である。電源電位VDDと出力線(出力信号線)OLとの間には、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIが直列に接続されている。選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIのうち、増幅トランジスタAMIが電源電位VDD側で、選択トランジスタSELが出力線OL側である。この増幅トランジスタAMIのゲート電極はノードN1に接続されている。また、リセットトランジスタRSTのゲート電極はリセット線LRSTに接続されている。また、選択トランジスタSELのゲート電極は選択線SLと接続され、転送トランジスタTXのゲート電極は転送線(第2選択線)LTXと接続されている。但し、転送トランジスタTX1のゲート電極は、転送線LTX1と接続され、転送トランジスタTX2のゲート電極は、転送線LTX2と接続されている。
例えば、転送線LTX(LTX1,LTX2)およびリセット線LRSTを立ち上げ(ハイレベルとし)、転送トランジスタTX(TX1,TX2)およびリセットトランジスタRSTをオン状態とする。この結果、フォトダイオードPD(PD1,PD2)の電荷が抜かれて空乏化される。このため、リセットトランジスタRSTは、フォトダイオードPDの電荷を放出するリセットトランジスタとして機能する。その後、転送トランジスタTX(TX1,TX2)をオフ状態とする。
この後、例えば、カメラなどの電子機器のメカニカルシャッターを開くと、シャッターが開いている間、フォトダイオードPD(PD1,PD2)において、入射光によって電荷が発生し、蓄積される。つまり、フォトダイオードPD(PD1,PD2)は、入射光を受光して電荷を生成する。
次いで、シャッターを閉じた後、リセット線LRSTを立ち下げ(ロウレベルとし)、リセットトランジスタRSTをオフ状態とする。さらに、選択線SLおよび転送線LTX1を立ち上げ(ハイレベルとし)、選択トランジスタSELおよび転送トランジスタTX1をオン状態とする。これにより、フォトダイオードPD1により生成された電荷が転送トランジスタTX1のノードN1側の端部(フローティングディフュージョンFD1)に転送される。このとき、フローティングディフュージョンFD1の電位は、フォトダイオードPD1から転送された電荷に応じた値に変化し、この値が、増幅トランジスタAMIにより増幅され出力線OLに表れる。このため、増幅トランジスタAMIは、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンFDに転送された電荷の量に応じた電気信号を増幅する増幅トランジスタとして機能する。この出力線OLの電位が、電気信号(受光信号)となり、列回路CLCおよびスイッチSWTを介して出力アンプAPから出力信号として読み出される。
また、転送線LTX1とタイミングをずらして転送線LTX2を立ち上げて(ハイレベルとして)転送トランジスタTX2をオン状態とすることにより、フォトダイオードPD2により生成された電荷が転送トランジスタTX2のノードN1側の端部(フローティングディフュージョンFD2)に転送される。この場合も、フローティングディフュージョンFD2の電位は、増幅トランジスタAMIにより増幅され出力線OLに表れ、この出力線OLの電位が、電気信号(受光信号)となり、列回路CLCおよびスイッチSWTを介して出力アンプAPから出力信号として読み出される。
フローティングディフュージョンFD(FD1,FD2)は、電荷蓄積部または浮遊拡散層としての機能を有しており、例えば、n型の不純物拡散領域(半導体領域)で構成される。転送トランジスタTX1が有するフローティングディフュージョンFDが、フローティングディフュージョンFD1であり、転送トランジスタTX2が有するフローティングディフュージョンFDが、フローティングディフュージョンFD2である。図2には、転送トランジスタTX1が有するフローティングディフュージョンFD1と、転送トランジスタTX2が有するフローティングディフュージョンFD2とが、別々に設けられた場合が示されているが、転送トランジスタTX1のフローティングディフュージョンFD1と転送トランジスタTX2のフローティングディフュージョンFD2とを共通化することもできる。
図3は、図1に示される1つの画素PUの回路構成例が示されている。
上記図2の場合とは異なり、図3の場合は、1つのフォトダイオードPDに対して、1組の転送トランジスタTXと増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとが設けられている。すなわち、上記図2の場合は、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとは、2つの画素PUで共用されていたが、図3の場合は、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとは、2つの画素PUで共用されているのではなく、1つの画素PU毎に設けられている。それ以外は、フォトダイオードPDと転送トランジスタTXと増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとの接続関係と機能と動作については、図3の回路構成の場合も、上記図2の場合と基本的には同じであるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。
図4〜図6は、本実施の形態の半導体装置の画素を示す平面図である。図4〜図6には、同じ平面領域が示されている。
図4には、活性領域(AcR,AcG,AcTP,AcAS)とゲート電極(GR,GT,GA,GS)とプラグ(Pr1,Pr2,Prg,Pg1,Pfd,Pa,Ps,Pag,Psg)とが示されている。図4において、点線で示されているのは、ゲート電極(GR,GT,GA,GS)の下に隠れている活性領域(AcTP,AcAS,AcG)の外周位置である。図5においては、活性領域(AcR,AcG,AcTP,AcAS)を斜線のハッチングを付して示し、また、ゲート電極(GR,GT,GA,GS)の位置を点線で示してある。図5の平面図において、斜線のハッチングを付した領域(活性領域AcR,AcG,AcTP,AcAS)以外の領域には、後述する素子分離領域STが形成されている。また、図6においては、活性領域(AcR,AcG,AcTP,AcAS)の外周位置を実線で示し、また、ゲッタリング用の元素を導入した領域(符号GEで指し示した領域に対応)を斜線のハッチングを付して示し、また、ゲート電極(GR,GT,GA,GS)の位置を点線で示してある。プラグ(Pr1,Pr2,Prg,Pg1,Pfd,Pa,Ps,Pag,Psg)については、図4に示しているが、図5および図6では図示を省略している。
図4〜図6に示されるように、本実施の形態の半導体装置の画素PU(図1参照)は、フォトダイオードPDと転送トランジスタTXとが配置されている活性領域AcTPと、リセットトランジスタRSTが配置されている活性領域AcRと、を有している。さらに、画素PUは、選択トランジスタSELと増幅トランジスタAMIとが配置されている活性領域AcASと、接地電位線(接地電位を供給するための配線)と接続されているプラグPg1が配置されている活性領域AcGと、を有している。
活性領域AcRには、ゲート電極GRが配置され、その両側のソース・ドレイン領域上にはプラグPr1,Pr2が配置されている。このゲート電極GRとソース・ドレイン領域とによりリセットトランジスタRSTが構成される。リセットトランジスタRSTのソース・ドレイン領域は、活性領域AcRの半導体基板に形成されている。
活性領域AcTPには、ゲート電極GTが配置され、平面視において、ゲート電極GTの両側のうちの一方には、フォトダイオードPDが配置され、他方には、フローティングディフュージョンFDが配置されている。フォトダイオードPDおよびフローティングディフュージョンFDは、活性領域AcTPの半導体基板に形成されている。フォトダイオードPDは、PN接合ダイオードであり、例えば、複数のn型またはp型の不純物拡散領域(半導体領域)により構成される。また、フローティングディフュージョンFDは、電荷蓄積部または浮遊拡散層としての機能を有しており、例えば、n型の不純物拡散領域(半導体領域)で構成される。このフローティングディフュージョンFD上には、プラグPfdが配置されている。
活性領域AcASには、ゲート電極GAおよびゲート電極GSが配置され、活性領域AcASのゲート電極GA側の端部にはプラグPaが配置され、活性領域AcASのゲート電極GS側の端部にはプラグPsが配置されている。ゲート電極GAおよびゲート電極GSの両側は、ソース・ドレイン領域であり、このゲート電極GAおよびゲート電極GSとソース・ドレイン領域とにより、直列に接続された選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIが構成されている。選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIのソース・ドレイン領域は、活性領域AcASの半導体基板に形成されている。
活性領域AcG上にはプラグPg1が配置されている。このプラグPg1は、接地電位線(接地電位を供給するための配線)と接続される。よって、活性領域AcGは、半導体基板(ウエル領域)に、接地電位GNDを印加するための給電領域である。すなわち、活性領域AcGは、接地電位供給用の活性領域である。
また、ゲート電極GR、ゲート電極GT、ゲート電極GAおよびゲート電極GS上には、プラグPrg、プラグPtg、プラグPagおよびプラグPsgがそれぞれ配置されている。
上記プラグPr1,Pr2,Pg1,Pfd,Pa,Ps,Prg,Ptg,Pag,Psgを、複数の配線層(例えば後述する図38〜図40に示される配線M1〜M3)により必要に応じて接続する。これにより、上記図2または図3に示される回路を形成することができる。
図7は、本実施の形態の半導体装置が形成される半導体ウエハおよびチップ領域を示す平面図である。図7に示すように、半導体ウエハWF(後述の半導体基板SBに相当する半導体ウエハ)は、複数のチップ領域CHPを有し、図1に示す画素領域1Aは、周辺回路領域2Aとともに1つのチップ領域CHPに形成される。上述したように、各チップ領域CHPの画素領域1Aには、複数の画素PUがアレイ状に配置(配列)されている。各チップ領域CHPの周辺回路領域2Aには、論理回路(ロジック回路)が配置されている。この論理回路は、例えば、画素領域1Aから出力される出力信号を演算し、この演算結果に基づき画像データが出力される。チップ領域CHPは、そこから1つの半導体チップが取得される領域であり、半導体ウエハWFにおける各チップ領域CHPは、それぞれ同じ構成(画素領域1Aおよび周辺回路領域2A)が形成される。半導体ウエハWFは、後でダイシングにより切断され、個片化された個々のチップ領域CHPが、半導体チップとなる。
図8は、本実施の形態の半導体装置の周辺回路領域に形成されるトランジスタを示す平面図である。
図8に示されるように、周辺回路領域2Aには、ロジックトランジスタとしての周辺トランジスタLTが配置されている。実際には、周辺回路領域2Aには、論理回路を構成するトランジスタとして、複数のnチャネル型MISFETと複数のpチャネル型MISFETとが形成されているが、図8には、論理回路を構成するトランジスタのうちの一つのnチャネル型MISFETが、周辺トランジスタLTとして示されている。
図8に示されるように、周辺回路領域2Aには、活性領域AcLが形成され、この活性領域AcLには、周辺トランジスタLTのゲート電極GLが配置され、ゲート電極GLの両側であって、活性領域AcLの内部には、周辺トランジスタLTのソース・ドレイン領域が形成されている。また、周辺トランジスタLTのソース・ドレイン領域上には、プラグPt1、Pt2が配置されている。
図8においては、1つの周辺トランジスタLTのみを示しているが、実際には、周辺回路領域2Aには、複数のトランジスタが配置されている。これらの複数のトランジスタのソース・ドレイン領域上のプラグまたはゲート電極上のプラグを複数の配線層(後述の配線M1〜M3)により接続することで、論理回路を構成することができる。また、MISFET以外の素子、例えば、容量素子や他の構成のトランジスタなどが論理回路に組み込まれる場合もある。
なお、以下では、周辺トランジスタLTがnチャネル型MISFETである例を説明するが、周辺トランジスタLTはpチャネル型MISFETであってもよく、また、nチャネル型MISFETとpチャネル型MISFETの両方であってよい。
図9および図10は、本実施の形態の半導体装置の画素領域に形成される複数の画素を示す平面図である。図9および図10には、同じ平面領域が示されている。なお、図9は、上記図4と同様の要素が示されており、図9において、点線で示されているのは、ゲート電極(GR,GT,GA,GS)の下に隠れている活性領域(AcTP,AcAS,AcR)の外周位置である。また、図10は、上記図6と同様の要素が示されており、図10においては、活性領域(AcR,AcG,AcTP,AcAS)の外周位置を実線で示し、また、ゲッタリング用の元素を導入した領域(符号GEで指し示した領域に対応)を斜線のハッチングを付して示し、また、ゲート電極(GR,GT,GA,GS)の位置を点線で示してある。
図9および図10に示されるように、画素領域1Aには、図3に示す画素PUがX方向およびY方向に複数並んで配置され、画素アレイを構成している。図9および図10では、例として2×2の合計4つの画素PUを示しているが、画素の配列数は種々変更可能である。また、図9および図10の場合は、上記図2の回路構成を採用しており、図9および図10において上下に並ぶ2つの画素で、一組の増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとを共有している。また、図9および図10は、上記図2の回路構成に従った場合の画素トランジスタ(TX,RST,SEL,AMI)のレイアウトが示されているが、上記図3の回路構成に従う場合は、図9および図10の上下に隣り合うフォトダイオードPDの間に配置する画素トランジスタの数が、図9および図10の場合よりも増加することになる。
<画素領域および周辺回路領域の素子構造>
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。
図11〜図16は、本実施の形態の半導体装置の要部断面図である。但し、図11〜図16においては、層間絶縁膜IL1および配線M1よりも上の構造については、図示を省略している。層間絶縁膜IL1および配線M1よりも上の構造については、後述の図38〜図40に示してある。
図11の断面図は、上記図4のA−A線の断面図にほぼ対応し、図12の左側の断面図は、上記図4のB−B線の断面図にほぼ対応し、図12の右側の断面図は、上記図4のC−C線の断面図にほぼ対応している。また、図13の左側の断面図は、上記図4のD−D線の断面図にほぼ対応し、図13の右側の断面図は、上記図8のE−E線の断面図にほぼ対応している。このため、図11の断面図と、図12の左側の断面図と、図12の右側の断面図と、図13の左側の断面図とは、画素領域1A(図7参照)の要部断面図であり、図13の右側の断面図は、周辺回路領域2A(上記図7参照)の要部断面図である。また、図14は、図11と同じ断面が示され、図15は、図12と同じ断面が示され、図16は、図13と同じ断面が示されている。本実施の形態の特徴を理解しやすくするために、図14〜図16では、図11〜図13に示されている半導体基板SBおよび半導体基板SB内に形された各半導体領域の斜線のハッチングを省略するとともに、ゲッタリング用の元素を導入した領域(符号GEで指し示した領域に対応)をドットのハッチングを付して示してある。図11〜図13と図14〜図16とを合わせて参照することで、半導体基板SBのどの領域にゲッタリング用の元素が導入されているかを容易に理解することができる。
図11に示されるように、半導体基板SBの画素領域1Aの活性領域AcTPには、フォトダイオードPDと転送トランジスタTXとが形成されている。フォトダイオードPDは、半導体基板SBに形成されたp型ウエルPW1、n型半導体領域(n型ウエル)NWおよびp型半導体領域PRからなる。また、図12に示されるように、半導体基板SBの画素領域1Aの活性領域AcASには、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIが形成されている。また、図13に示されるように、半導体基板SBの画素領域1Aの活性領域AcRには、リセットトランジスタRSTが形成されている。また、図13に示されるように、半導体基板SBの周辺回路領域2Aの活性領域AcLには、周辺トランジスタLTが形成されている。
半導体基板SBは、例えば、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物(ドナー)が導入されたn型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)である。他の形態として、半導体基板SBを、いわゆるエピタキシャルウエハとすることもできる。半導体基板SBをエピタキシャルウエハとする場合、例えば、n型不純物が導入されたn型の単結晶シリコン基板またはp型不純物が導入されたp型の単結晶シリコン基板の主面上に、n型不純物が導入されたn型単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を成長させることにより、半導体基板SBを形成することができる。
活性領域AcTP,AcR,AcAS,AcG,AcLのそれぞれの外周には、絶縁体からなる素子分離領域STが配置されている。すなわち、活性領域AcTP,AcR,AcAS,AcG,AcLのそれぞれは、平面視において、素子分離領域STで囲まれている。このように、素子分離領域STで囲まれた半導体基板SBの露出領域が、活性領域AcTP、活性領域AcR、活性領域AcAS、活性領域AcGおよび活性領域AcLなどの活性領域となる。
なお、「平面視」または「平面的に見て」などというときは、半導体装置を構成する半導体基板SBの主面に平行な平面で見た場合をいうものとする。
半導体基板SBの主面から所定の深さにわたって、p型ウエル(p型半導体領域)PW1,PW2が形成されている。p型ウエルPW1は、活性領域AcTP,AcR,AcAS,AcGに形成されている。すなわち、p型ウエルPW1は、画素領域1Aのほぼ全体にわたって形成されている。このため、活性領域AcTP,AcR,AcAS,AcGは、平面視において、p型ウエルPW1に内包されている。また、p型ウエルPW2は、活性領域AcLに形成されている。すなわち、p型ウエルPW2は、周辺回路領域2Aにおいて、nチャネル型のMISFETが形成されている領域(活性領域)に形成されている。p型ウエルPW1およびp型ウエルPW2は、いずれも、ホウ素(B)などのp型不純物が導入されたp型の半導体領域である。
また、p型ウエルPW1は、1つのp型半導体領域によって形成することもできるが、他の形態として、複数のp型半導体領域(例えばp型不純物濃度が異なる複数のp型半導体領域)が連続的につながって互いに電気的に接続されることで、p型ウエルPW1を形成することもできる。このため、後述のp型半導体領域PHも、p型ウエルPW1の一部とみなすこともできる。
図11に示されるように、活性領域AcTPの半導体基板SBにおいて、p型ウエルPW1に内包されるように、n型半導体領域(n型ウエル)NWが形成されている。n型半導体領域NWは、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物が導入されたn型の半導体領域である。n型半導体領域NWの平面形状は、例えば略矩形状である。
n型半導体領域NWは、フォトダイオードPDを形成するためのn型半導体領域であるが、転送トランジスタTXのソース領域もn型半導体領域NWにより形成される。すなわち、n型半導体領域NWは、主として、フォトダイオードPDが形成されている領域に形成されているが、n型半導体領域NWの一部は、転送トランジスタTXのゲート電極GTと平面的に(平面視で)重なるような位置に、形成されている。n型半導体領域NW(の底面)の深さは、p型ウエルPW1(の底面)の深さよりも浅く、n型半導体領域NWは、p型ウエルPW1に内包されるように形成されている。
n型半導体領域NWの表面の一部には、p型半導体領域PRが形成されている。p型半導体領域PRは、ホウ素(B)などのp型不純物が高濃度で導入(ドープ)されたp型の半導体領域であり、p型半導体領域PRの不純物濃度(p型不純物濃度)は、p型ウエルPW1の不純物濃度(p型不純物濃度)よりも高い。このため、p型半導体領域PRの導電率(電気伝導率)は、p型ウエルPW1の導電率(電気伝導率)よりも高い。
型半導体領域PR(の底面)の深さは、n型半導体領域NW(の底面)の深さよりも浅い。p型半導体領域PRは、主として、n型半導体領域NWの表層部分(表面部分)に形成される。このため、半導体基板SBの厚さ方向に見ると、最上層のp型半導体領域PRの下にn型半導体領域NWが存在し、n型半導体領域NWの下にp型ウエルPW1が存在する状態となる。
また、n型半導体領域NWが形成されていない領域において、p型半導体領域PRの一部はp型ウエルPW1に接している。すなわち、p型半導体領域PRは、直下にn型半導体領域NWが存在してそのn型半導体領域NWに接する部分と、直下にp型ウエルPW1が存在してそのp型ウエルPW1に接する部分とを有している。
p型ウエルPW1とn型半導体領域NWとの間には、PN接合が形成される。また、p型半導体領域PRとn型半導体領域NWとの間には、PN接合が形成される。p型ウエルPW1(p型半導体領域)とn型半導体領域NWとp型半導体領域PRとによって、フォトダイオード(PN接合ダイオード)PDが形成される。
フォトダイオード(PN接合ダイオード)PDは、主として、n型半導体領域NWとp型ウエルPW1とによって(すなわちn型半導体領域NWとp型ウエルPW1とのPN接合によって)、形成される。
型半導体領域PRは、半導体基板SBの表面に多数形成されている界面準位に基づく電子の発生を抑制する目的で形成される領域である。すなわち、半導体基板SBの表面領域では、界面準位の影響により、光が照射されていない状態でも電子が発生し、暗電流の増加を引き起こす場合がある。このため、電子を多数キャリアとするn型半導体領域NWの表面に、正孔(ホール)を多数キャリアとするp型半導体領域PRを形成することにより、光が照射されていない状態での電子の発生を抑制し、暗電流の増加を抑制することができる。従って、p型半導体領域PRは、フォトダイオード最表面から湧き出る電子をそのp型半導体領域PRのホールと再結合させて、暗電流を低下させる役割がある。
フォトダイオードPDは、受光素子である。また、フォトダイオードPDは、光電変換素子とみなすこともできる。フォトダイオードPDは、入力された光を光電変換して電荷を生成し、生成した電荷を蓄積する機能を有し、転送トランジスタTXは、フォトダイオードPDで蓄積された電荷をフォトダイオードPDから転送する際のスイッチとしての役割を有している。
また、n型半導体領域NWの一部と平面的に重なるように、ゲート電極GTが形成されている。このゲート電極GTは、転送トランジスタTXのゲート電極であり、半導体基板SB上にゲート絶縁膜GFを介して形成(配置)されている。ゲート電極GTの側壁上には、側壁絶縁膜としてサイドウォールスペーサ(側壁絶縁膜)SWが形成されている。
活性領域AcTPの半導体基板SB(p型ウエルPW1)において、ゲート電極GTの両側のうちの一方の側には、上記n型半導体領域NWが形成されており、他方の側には、n型半導体領域NRが形成されている。n型半導体領域NRは、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物が高濃度で導入(ドープ)されたn型半導体領域である。n型半導体領域NRは、フローティングディフュージョン(浮遊拡散層)FDとしての半導体領域であり、転送トランジスタTXのドレイン領域でもある。n型半導体領域NRは、p型ウエルPW1内に形成されている。
n型半導体領域NRは、転送トランジスタTXのドレイン領域として機能するが、フローティングディフュージョン(浮遊拡散層)FDとみなすこともできる。また、n型半導体領域NWは、フォトダイオードPDの構成要素であるが、転送トランジスタTXのソース用の半導体領域としても機能することができる。すなわち、転送トランジスタTXのソース領域は、n型半導体領域NWにより形成される。このため、n型半導体領域NWとゲート電極GTとは、ゲート電極GTの一部(ソース側)が、n型半導体領域NWの一部と平面的に(平面視で)重なるような位置関係となっていることが好ましい。n型半導体領域NWとn型半導体領域NRとは、転送トランジスタTXのチャネル形成領域(ゲート電極GTの直下の基板領域に対応)を挟んで互いに離間するように形成されている。なお、ゲート電極GTと転送トランジスタTXのチャネル形成領域との間には、ゲート絶縁膜GFが介在している。
フォトダイオードPDと転送トランジスタTXとは、対となって共通の活性領域AcTPに形成されている。すなわち、フォトダイオードPDと転送トランジスタTXとは、同じ活性領域AcTPに互いに隣接して形成されている。このため、n型半導体領域NWとn型半導体領域NRとも、同じ活性領域AcTPに形成されており、平面視において、n型半導体領域NWとn型半導体領域NRとの間には、素子分離領域STは介在していない。
フォトダイオードPDの表面、すなわちn型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRの表面には、キャップ絶縁膜CPが形成されている。このキャップ絶縁膜CPは、保護膜として機能することができ、半導体基板SBの表面特性、すなわち界面特性を良好に保つように機能することができる。また、キャップ絶縁膜CPは、反射防止膜としての機能を有する場合もある。キャップ絶縁膜CPの一部(端部)は、ゲート電極GT上に乗り上げることもできる。
また、上記図4の平面図や、図12および図13の断面図に示されるように、画素領域1Aにおいて、リセットトランジスタRSTが、素子分離領域STに周囲を囲まれた活性領域AcRに形成され、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIが、素子分離領域STに周囲を囲まれた活性領域AcASに形成されている。
すなわち、活性領域AcRにおいて、図13に示されるように、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上にゲート絶縁膜GFを介してリセットトランジスタRST用のゲート電極GRが形成されており、そのゲート電極GRの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW1)内に、リセットトランジスタRST用のソース・ドレイン領域(n型半導体領域)SDが形成されている。なお、「ソース・ドレイン領域」は、「ソース/ドレイン領域」と表すこともでき、「ソースまたはドレイン用の半導体領域」に対応している。また、活性領域AcASにおいて、図12に示されるように、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上にゲート絶縁膜GFを介して増幅トランジスタAMI用のゲート電極GAと選択トランジスタSEL用のゲート電極GSとが形成されている。また、活性領域AcASにおいて、図12に示されるように、ゲート電極GAの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW1)内に、増幅トランジスタAMI用のソース・ドレイン領域SDが形成され、また、ゲート電極GSの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW1)内に、選択トランジスタSEL用のソース・ドレイン領域SDが形成されている。なお、選択トランジスタSELと増幅トランジスタAMIとは、直列に接続されているため、一方のソース・ドレイン領域SDを共有している。ゲート電極GR,GA,GSの側壁上には、側壁絶縁膜としてサイドウォールスペーサSWが形成されている。ソース・ドレイン領域SDは、n型半導体領域からなるが、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有することもできる。
また、活性領域AcGは、半導体基板SB(p型ウエルPW1)に、接地電位(GND)を供給(印加)するために給電領域であり、平面視において周囲を素子分離領域STで囲まれている。図12に示されるように、活性領域AcGの表面(表層部)には、金属シリサイド層SCが形成されている。
活性領域AcGの金属シリサイド層SCの下には、p型半導体領域PHが存在し、そのp型半導体領域PHの下には、p型ウエルPW1が存在している。このため、活性領域AcGの金属シリサイド層SCはp型半導体領域PHと電気的に接続され、また、p型半導体領域PHはp型ウエルPW1と電気的に接続されている。p型半導体領域PHの不純物濃度(p型不純物濃度)は、p型ウエルPW1の不純物濃度(p型不純物濃度)よりも高い。
活性領域AcGの金属シリサイド層SC上に、接地電位(GND)供給用のプラグPG、すなわちプラグPg1が配置されており、プラグPg1の底面は、活性領域AcGの表面の金属シリサイド層SCに接して電気的に接続されている。このため、プラグPg1は、活性領域AcGの表面の金属シリサイド層SCと金属シリサイド層SCの下のp型半導体領域PHとを介して、活性領域AcGの半導体基板SB(p型ウエルPW1)に電気的に接続されている。プラグPg1は、配線M1のうちの接地電位供給用の配線(M1)と電気的に接続されている。このため、プラグPg1から、活性領域AcGの表面の金属シリサイド層SCを介して活性領域AcGの半導体基板SB(p型半導体領域PHおよびp型ウエルPW1)に接地電位(GND)が印加される。これにより、プラグPg1から、画素領域1Aの半導体基板SB(p型半導体領域PHおよびp型ウエルPW1)に接地電位(GND)を供給することができる。プラグPg1から、画素領域1Aの半導体基板SB(p型半導体領域PHおよびp型ウエルPW1)に供給された接地電位は、活性領域AcTP,AcAS,AcRのp型ウエルPW1にも供給される。
なお、図12の場合は、活性領域AcGの金属シリサイド層SCのp型半導体領域PHが存在しているが、他の形態として、p型半導体領域PHの形成を省略することもできる。p型半導体領域PHの形成を省略した場合は、活性領域AcGの金属シリサイド層SCの下には、p型ウエルPW1が存在することになる。また、p型半導体領域PHを形成した場合でも、p型半導体領域PHとp型ウエルPW1とを合わせたもの全体を、p型半導体領域とみなすこともできる。いずれの場合も、活性領域AcGの金属シリサイド層SCの下には、p型の半導体領域(p型半導体領域PHまたはp型ウエルPW1)が存在することになり、言い換えると、活性領域AcGの金属シリサイド層SCは、p型の半導体領域域(p型半導体領域PHまたはp型ウエルPW1)の表面に形成されていることになる。
また、図11に示されるように、活性領域AcTPにおいて、フローティングディフュージョンFD(n型半導体領域NR)の表面(表層部)にも金属シリサイド層SCが形成され、また、図12および図13に示されるように、活性領域AcRおよび活性領域AcASにおいて、ソース・ドレイン領域SDの表面(表層部)にも金属シリサイド層SCが形成されている。また、ゲート電極GA,GS,GRがシリコン(ポリシリコン)により形成されている場合は、ゲート電極GA,GS,GRの表面(表層部)にも金属シリサイド層SCが形成され得る。
また、上記図8の平面図や、図13の右側の断面図に示されるように、周辺回路領域2Aにおいて、周辺トランジスタLTが、素子分離領域STに周囲を囲まれた活性領域AcLに形成されている。
すなわち、活性領域AcLにおいて、図13に示されるように、半導体基板SB(p型ウエルPW2)上にゲート絶縁膜GFを介して周辺トランジスタLT用のゲート電極GLが形成されており、そのゲート電極GLの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW2)内に、周辺トランジスタLT用のソース・ドレイン領域(n型半導体領域)SDLが形成されている。ゲート電極GLの側壁上には、側壁絶縁膜としてサイドウォールスペーサSWが形成されている。周辺トランジスタLT用のソース・ドレイン領域SDLは、n型半導体領域からなるが、LDD構造を有することもできる。
なお、実際には、周辺回路領域2Aには、論理回路を構成するトランジスタとして、複数のnチャネル型MISFETと複数のpチャネル型MISFETとが形成されているが、図13には、論理回路を構成するトランジスタのうちの一つのnチャネル型MISFETが、周辺トランジスタLTとして示されている。
また、図13に示されるように、活性領域AcLにおいて、ソース・ドレイン領域SDLの表面(表層部)にも金属シリサイド層SCが形成されている。また、ゲート電極GLがシリコン(ポリシリコン)により形成されている場合は、ゲート電極GLの表面(表層部)にも金属シリサイド層SCが形成され得る。
本実施の形態では、画素領域1Aにおいて、フォトダイオードPDと転送トランジスタTXとが形成される活性領域AcTPの半導体基板SBにおいて、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ている。フォトダイオードPDと転送トランジスタTXとが形成される活性領域AcTPのn半導体基板SBにおいて、フォトダイオードPDが形成された領域には、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。すなわち、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素は、活性領域AcTPにおけるゲート電極GTの両側のうち、ドレイン側(n型半導体領域NR)に導入されているが、ソース側(フォトダイオードPD側)には導入されていない。このため、n型半導体領域NWやp型半導体領域PR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。
また、画素領域1Aにおいて、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのそれぞれのソース・ドレイン領域SD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。別の見方をすると、画素領域1Aにおいて、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとが形成される活性領域AcASの半導体基板SBと、リセットトランジスタRSTが形成される活性領域AcRの半導体基板SBとには、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。
また、画素領域1Aにおいて、接地電位(GND)供給用の活性領域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。すなわち、活性領域AcGのp型半導体領域PHやp型ウエルPW1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。
また、周辺回路領域2Aにおいて、周辺トランジスタ(LT)のソース・ドレイン領域(SDL)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。別の見方をすると、周辺回路領域2Aにおいて、周辺トランジスタ(LT)が形成される活性領域(AcL)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。
詳細は後述するが、ゲッタリング用の元素は、汚染金属を捕獲して、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を抑制または防止するために設けられている。ゲッタリング用の元素は、好ましくは炭素(C)である。
次に、図11〜図13を参照して、半導体基板SBの上に形成した層間絶縁膜や配線について説明する。
図11〜図13に示されるように、画素領域1Aおよび周辺回路領域2Aを含む半導体基板SBの主面全面上に、ゲート電極GT,GR,GA,GS,GL、キャップ絶縁膜CPおよびサイドウォールスペーサSWを覆うように、層間絶縁膜IL1が形成されている。層間絶縁膜IL1は、半導体基板SBの主面全体上に形成されている。
層間絶縁膜IL1は、例えば、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原料とした酸化シリコン膜により形成されている。層間絶縁膜IL1には、コンタクトホール(貫通孔、スルーホール)が形成されており、各コンタクトホールには、導電性のプラグ(接続用導体部、コンタクト部)PGが埋め込まれている。プラグPGは、例えば、n型半導体領域NR上、ソース・ドレイン領域SD,SDL上、ゲート電極GT,GR,GA,GS,GL上などに形成されている。プラグPGは、コンタクト部とみなすことができる。
ゲート電極GT上に配置されて電気的に接続されたプラグPGが、上記図4のプラグPtgであり、ゲート電極GR上に配置されて電気的に接続されたプラグPGが、上記図4のプラグPrgである。また、ゲート電極GA上に配置されて電気的に接続されたプラグPGが、上記図4のプラグPagであり、ゲート電極GS上に配置されて電気的に接続されたプラグPGが、上記図4のプラグPsgである。また、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)上に配置されて電気的に接続されたプラグPGが、上記図4のプラグPfdである。また、活性領域AcG上に配置されてその活性領域AcGの半導体基板SB(p型ウエルPW1)に電気的に接続されたプラグPGが、上記図4のプラグPg1である。また、活性領域AcRのソース・ドレイン領域SD(リセットトランジスタRST用のソース・ドレイン領域SD)のうちの一方上に配置されて電気的に接続されたプラグPGが、上記図4のプラグPr1である。また、活性領域AcRのソース・ドレイン領域SD(リセットトランジスタRST用のソース・ドレイン領域SD)のうちの他方上に配置されて電気的に接続されたプラグPGが、上記図4のプラグPr2である。また、活性領域AcASのソース・ドレイン領域SDのうちの、増幅トランジスタAMI用のソース・ドレイン領域SD上に配置されて電気的に接続されたプラグPGが、上記図4のプラグPaである。また、活性領域AcASのソース・ドレイン領域SDのうちの、選択トランジスタSEL用のソース・ドレイン領域SD上に配置されて電気的に接続されたプラグPGが、上記図4のプラグPsである。
プラグPGが埋め込まれた層間絶縁膜IL1上には配線M1が形成されている。配線M1は、第1層目の配線層の配線である。各プラグPG上には配線M1が存在しており、プラグPGは、プラグPG上の配線M1と電気的に接続されている。層間絶縁膜IL1および配線M1よりも上の構造については、ここではその図示および説明を省略するが、後述の図38〜図40に示してある。
<半導体装置の製造方法>
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。
図17〜図40は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図17〜図40のうち、図17、図20、図23、図26、図29、図32、図35、図38は、上記図11に相当する断面図、すなわち、上記図4のA−A線に相当する位置での断面図である。また、図17〜図40のうち、図18、図21、図24、図27、図30、図33、図36、図39は、上記図12に相当する断面図、すなわち、上記図4のB−B線に相当する位置での断面図(各図の左側)と、上記図4のC−C線に相当する位置での断面図(各図の右側)である。また、図17〜図40のうち、図19、図22、図25、図28、図31、図34、図37、図40は、上記図13に相当する断面図、すなわち、上記図4のD−D線に相当する位置での断面図(各図の左側)と、上記図7のE−E線に相当する位置での断面図(各図の右側)である。
本実施の形態の半導体装置を製造するには、まず、図17〜図19に示されるように、半導体基板(半導体ウエハ)SBを用意(準備)する。
半導体基板SBは、例えば、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物が導入されたn型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)である。他の形態として、半導体基板SBを、いわゆるエピタキシャルウエハとすることもできる。
次に、半導体基板SBに素子分離領域STを形成する。
素子分離領域STは、酸化シリコン膜などの絶縁膜からなる。素子分離領域STは、STI(Shallow Trench Isolation)法を用いて形成することができる。STI法を用いた場合、素子分離領域STは、半導体基板SBの溝内に埋め込まれた絶縁膜(例えば酸化シリコン膜)からなる。
すなわち、エッチングなどにより半導体基板SBの主面に素子分離溝(素子分離用の溝)を形成してから、酸化シリコン(例えばオゾンTEOS酸化膜)などからなる絶縁膜を素子分離溝を埋めるように半導体基板SB上に形成する。それから、この絶縁膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)法などを用いて研磨することで、素子分離溝の外部の不要な絶縁膜を除去し、かつ素子分離溝内に絶縁膜を残すことにより、素子分離溝を埋める絶縁膜(絶縁体)からなる素子分離領域STを形成することができる。また、他の形態として、STI法に代えてLOCOS(Local oxidation of silicon)法を用いて素子分離領域STを形成することもできる。
素子分離領域STにより、活性領域AcTP,AcR,AcAS,AcG,AcL等の半導体基板SBの活性領域が規定(区画)される。なお、活性領域AcTP,AcR,AcAS,AcGは、画素領域1Aに形成され、活性領域AcLは、周辺回路領域2Aに形成される。
次に、図20〜図22に示されるように、画素領域1Aの半導体基板SBにp型ウエル(p型半導体領域)PW1を形成する。また、周辺回路領域2Aの半導体基板SBにp型ウエル(p型半導体領域)PW2を形成する。
p型ウエルPW1,PW2は、それぞれ、半導体基板SBの主面から所定の深さにわたって形成される。p型ウエルPW1,PW2は、半導体基板SBに、例えばホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することなどによって形成することができる。p型ウエルPW1とp型ウエルPW2とは、どちらを先に形成してもよい。
p型ウエルPW1は、画素領域1Aのほぼ全体にわたって形成される。このため、平面視において、活性領域AcTP、活性領域AcR、活性領域AcASおよび活性領域AcGは、p型ウエルPW1に内包される。また、p型ウエルPW2は、周辺回路領域2Aに形成される。
次に、画素領域1Aにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に、ゲート絶縁膜GFを介して、転送トランジスタTX用のゲート電極GTとリセットトランジスタRST用のゲート電極GRと選択トランジスタSEL用のゲート電極GSと増幅トランジスタAMI用のゲート電極GAとを形成する。また、周辺回路領域2Aにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW2)上にゲート絶縁膜GFを介して周辺トランジスタLT用のゲート電極GLを形成する。
具体的には、次のようにしてゲート電極を形成することができる。
すなわち、まず、半導体基板SBの主面を洗浄処理などにより清浄化してから、半導体基板SBの主面にゲート絶縁膜GF用の絶縁膜(例えば酸化シリコン膜)を形成する。それから、半導体基板SB上、すなわちゲート絶縁膜GF用の絶縁膜上に、ゲート電極用の導電膜(例えば多結晶シリコン膜)をCVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて形成した後、このゲート電極用の導電膜をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてパターニングする。これにより、パターニングされた導電膜(例えば多結晶シリコン膜)からなるゲート電極GT,GR,GS,GA,GLを形成することができる。ゲート電極GT,GR,GS,GA,GLの下に残存するゲート絶縁膜GF用の絶縁膜が、ゲート絶縁膜GFとなる。
次に、図23〜図25に示されるように、画素領域1Aの活性領域AcTPにおける半導体基板SBに、n型半導体領域NWをイオン注入により形成する。n型半導体領域NWは、画素領域1Aの活性領域AcTPの半導体基板SBにリン(P)またヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することによって、形成することができる。
n型半導体領域NWは、フォトダイオードPDを形成するためのn型半導体領域であり、n型半導体領域NW(の底面)の深さは、p型ウエルPW1(の底面)の深さよりも浅く、n型半導体領域NWは、p型ウエルPW1に内包されるように形成される。このため、n型半導体領域NWの底面と側面とは、p型ウエルPW1に接している。また、n型半導体領域NWは、画素領域1Aの活性領域AcTP全体に形成されるのではなく、活性領域AcTPの半導体基板SBにおけるゲート電極GTの両側の領域のうち、一方の側(ソース側)に形成され、他方側(ドレイン側)には形成されない。n型半導体領域NWを形成するためのイオン注入の際には、n型半導体領域NW形成予定領域以外の半導体基板SBは、フォトレジストパターン(図示せず)で覆っておき、n型半導体領域NW形成予定領域に選択的にn型不純物をイオン注入する。
また、ここでは、ゲート電極GTの形成後にn型半導体領域NWをイオン注入で形成する場合について説明したが、他の形態として、ゲート電極GTの形成前にn型半導体領域NWをイオン注入で形成することもできる。例えば、n型半導体領域NW形成予定領域以外をフォトレジストパターンで覆った状態(従ってゲート電極GT形成予定領域などもフォトレジストパターンで覆われた状態)でイオン注入によりn型半導体領域NWを形成してから、その後にゲート電極形成工程を行うこともできる。ゲート電極GTの形成前にn型半導体領域NWをイオン注入で形成した場合には、ゲート電極GTの構造(厚さ)に関わらず、n型半導体領域NWを深く形成することが可能になるという利点がある。
次に、画素領域1Aの活性領域AcTPにおける半導体基板SBに、p型半導体領域PRをイオン注入により形成する。
型半導体領域PRは、p型不純物が高濃度で導入(ドープ)されたp型の半導体領域であり、p型半導体領域PRの不純物濃度(p型不純物濃度)は、p型ウエルPW1の不純物濃度(p型不純物濃度)よりも高い。p型半導体領域PR(の底面)の深さは、n型半導体領域NW(の底面)の深さよりも浅く、p型半導体領域PRは、主として、n型半導体領域NWの表層部分(表面領域)に形成される。p型半導体領域PRを形成するためのイオン注入の際には、p型半導体領域PR形成予定領域以外の半導体基板SBは、フォトレジストパターン(図示せず)で覆っておき、p型半導体領域PR形成予定領域に選択的に、p型不純物をイオン注入する。
また、p型半導体領域PRをイオン注入によって形成した後、結晶欠陥(主としてイオン注入に起因した結晶欠陥)を回復させるためのアニール処理、すなわち熱処理を行うこともできる。
次に、図26〜図28に示されるように、画素領域1Aにおいて、活性領域AcTPの半導体基板SBにおけるゲート電極GTの両側の領域のうち、ドレイン側にn型半導体領域(ソース・ドレインエクステンション領域)EX1を、イオン注入により形成する。n型半導体領域は、ゲート電極GTの両側のうちのドレイン側の半導体基板SB(p型ウエルPW1)中に形成される。なお、ドレイン側は、n型半導体領域NWが形成されている側とは反対側に対応している。n型半導体領域EX1を形成するためのイオン注入の際、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRが形成されている領域(ソース側)は、フォトレジストパターン(図示せず)で覆われているため、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRが形成されている領域(ソース側)には、n型半導体領域EX1は形成されない。
また、画素領域1Aにおいて、活性領域AcAS、AcRの半導体基板SBにおける各ゲート電極GA,GS,GRの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW1)中に、n型半導体領域(ソース・ドレインエクステンション領域)EX2をイオン注入により形成する。また、周辺回路領域2Aにおいて、ゲート電極GLの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW2)中に、n型半導体領域(ソース・ドレインエクステンション領域)EX3をイオン注入により形成する。
型半導体領域EX1とn型半導体領域EX2とn型半導体領域EX3とは、同じイオン注入により形成しても、異なるイオン注入により形成してもよく、いずれにしても、半導体基板SBに対してn型不純物をイオン注入することにより形成される。
次に、半導体基板SBの主面全面上に、ゲート電極GT,GA,GS,GR,GLを覆うように絶縁膜(サイドウォールスペーサSW形成用の絶縁膜)を形成してから、その絶縁膜を異方性エッチング技術によりエッチバックすることにより、ゲート電極GT,GA,GS,GR,GLの側壁上にその絶縁膜を選択的に残してサイドウォールスペーサSWを形成する。このエッチバックの際、サイドウォールスペーサSW形成用の絶縁膜上にフォトレジストパターン(図示せず)を形成しておき、そのフォトレジストパターンの下にサイドウォールスペーサSW形成用の絶縁膜を残すことにより、キャップ絶縁膜CPを形成することができる。キャップ絶縁膜CPは、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRを覆うように形成され、キャップ絶縁膜CPの一部(端部)は、ゲート電極GT上に乗り上げることもできる。この場合、ゲート電極GTの両側の側壁(ソース側の側壁およびドレイン側の側壁)のうち、ドレイン側の側壁上にはサイドウォールスペーサSWが形成されるが、ソース側の側壁上には、サイドウォールスペーサSWは形成されず、ソース側の側壁はキャップ絶縁膜CPで覆われることになる。
次に、画素領域1Aにおいて、活性領域AcTPの半導体基板SBにおけるゲート電極GTの両側の領域のうち、ドレイン側にn型半導体領域NRを、イオン注入により形成する。n型半導体領域NRは、ゲート電極GTの両側のうちのドレイン側の半導体基板SB(p型ウエルPW1)中に形成される。n型半導体領域NRを形成するためのイオン注入の際、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRが形成されている領域(ソース側)は、フォトレジストパターン(図示せず)で覆われているため、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRが形成されている領域(ソース側)には、n型半導体領域NRは形成されない。
また、画素領域1Aにおいて、活性領域AcAS、AcRの半導体基板SBにおける各ゲート電極GA,GS,GRの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW1)中に、ソース・ドレイン領域SDをイオン注入により形成する。また、周辺回路領域2Aにおいて、ゲート電極GLの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW2)中に、ソース・ドレイン領域SDLをイオン注入により形成する。
n型半導体領域NRとソース・ドレイン領域SDとソース・ドレイン領域SDLとは、同じイオン注入により形成しても、異なるイオン注入により形成してもよく、いずれにしても、半導体基板SBに対してn型不純物をイオン注入することにより形成される。
なお、n型半導体領域EX1を形成するイオン注入の際は、ゲート電極GTがイオン注入阻止マスクとして機能し、n型半導体領域NRを形成するためのイオン注入の際には、ゲート電極GTおよびその側壁上のサイドウォールスペーサSWがイオン注入阻止マスクとして機能し得る。このため、n型半導体領域EX1は、ゲート電極GTのドレイン側の側壁に対して自己整合して形成され、n型半導体領域NRは、ゲート電極GTの側壁上のサイドウォールスペーサSWに対して自己整合して形成される。従って、活性領域AcTPの半導体基板SBにおいて、n型半導体領域EX1は、サイドウォールスペーサSWの下に位置し、チャネル形成領域(ゲート電極GTの直下に位置する部分の基板領域)に隣接して形成され、また、n型半導体領域NRは、チャネル形成領域からn型半導体領域EX1の分だけ離間しかつn型半導体領域EX1に隣接する位置に形成された状態となる。n型半導体領域NRは、n型半導体領域EX1よりも、不純物濃度(n型不純物濃度)が高く、かつ底面の深さ位置が深い。
また、n型半導体領域EX2を形成するイオン注入の際は、ゲート電極GA,GS,GRがイオン注入阻止マスクとして機能し、ソース・ドレイン領域SDを形成するためのイオン注入の際には、ゲート電極GA,GS,GRおよびその側壁上のサイドウォールスペーサSWがイオン注入阻止マスクとして機能し得る。このため、n型半導体領域EX2は、ゲート電極GA,GS,GRの側壁に対して自己整合して形成され、ソース・ドレイン領域SDは、ゲート電極GA,GS,GRの側壁上のサイドウォールスペーサSWに対して自己整合して形成される。従って、活性領域AcAS,AcRの半導体基板SBにおいて、n型半導体領域EX2は、サイドウォールスペーサSWの下に位置し、チャネル形成領域(ゲート電極の直下に位置する部分の基板領域)に隣接して形成され、また、ソース・ドレイン領域SDは、チャネル形成領域からn型半導体領域EX2の分だけ離間しかつn型半導体領域EX2に隣接する位置に形成された状態となる。ソース・ドレイン領域SDは、n型半導体領域EX2よりも、不純物濃度(n型不純物濃度)が高く、かつ底面の深さ位置が深い。
また、n型半導体領域EX3を形成するイオン注入の際は、ゲート電極GLがイオン注入阻止マスクとして機能し、ソース・ドレイン領域SDLを形成するためのイオン注入の際には、ゲート電極GLおよびその側壁上のサイドウォールスペーサSWがイオン注入阻止マスクとして機能し得る。このため、n型半導体領域EX3は、ゲート電極GLの側壁に対して自己整合して形成され、ソース・ドレイン領域SDLは、ゲート電極GLの側壁上のサイドウォールスペーサSWに対して自己整合して形成される。従って、活性領域AcLの半導体基板SBにおいて、n型半導体領域EX3は、サイドウォールスペーサSWの下に位置し、チャネル形成領域(ゲート電極GLの直下に位置する部分の基板領域)に隣接して形成され、また、ソース・ドレイン領域SDLは、チャネル形成領域からn型半導体領域EX3の分だけ離間しかつn型半導体領域EX3に隣接する位置に形成された状態となる。ソース・ドレイン領域SDLは、n型半導体領域EX3よりも、不純物濃度(n型不純物濃度)が高く、かつ底面の深さ位置が深い。
次に、画素領域1Aにおいて、活性領域AcGの半導体基板SBにp型半導体領域PHをイオン注入により形成する。p型半導体領域PHは、p型ウエルPW1よりも、不純物濃度(p型不純物濃度)が高い。また、p型半導体領域PHの底面の深さは、p型ウエルPW1の深さよりも浅い。このため、活性領域AcGの半導体基板SBにおいて、p型半導体領域PHはp型ウエルPW1の上部に形成され、p型半導体領域PHはp型ウエルPW1に接して電気的に接続される。
なお、p型半導体領域PHは形成することがより好ましいが、他の形態として、p型半導体領域PHの形成を省略することもできる。p型半導体領域PHの形成を省略した場合は、後述のサリサイド工程において、活性領域AcGでは、金属シリサイド層SCはp型ウエルPW1の上部(表層部)に形成されることになる。
p型半導体領域PHを形成するためのイオン注入の際には、活性領域AcTP,AcAS,AcR,AcLは、フォトレジストパターン(図示せず)で覆っておき、p型不純物が注入されないようにする。また、周辺回路領域2Aにpチャネル型MISFETを形成する場合に、そのpチャネル型MISFETのソース・ドレイン領域(図示せず)を形成するイオン注入工程で、p型半導体領域PHも一緒に形成することもできる。いずれにしても、p型半導体領域PHは、半導体基板SBに対してp型不純物をイオン注入することにより形成される。
次に、図29〜図31に示されるように、ゲッタリング用の元素の注入工程(イオン注入IM1)を行う。ゲッタリング用の元素の注入工程は、具体的には、次のようにして行うことができる。
すなわち、まず、半導体基板SBの主面上に、マスク層としてレジストパターン(フォトレジストパターン)RP1を、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。なお、フォトリソグラフィ技術は、半導体基板の主面全面上にレジスト膜(フォトレジスト膜)を塗布法などにより形成してから、そのレジスト膜を露光・現像してパターニングすることにより、所望のレジストパターン(フォトレジストパターン)を得る技術である。レジストパターンRP1は、画素領域1Aの活性領域AcTPの一部を露出する開口部OP1を有している。開口部OP1は、平面視において、活性領域AcTPに形成されているn型半導体領域NRを内包する。但し、平面視において、開口部OP1は、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRとは重なっておらず、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRは、レジストパターンRP1で覆われている。すなわち、活性領域AcTPにおいて、ゲート電極GTの両側のうち、ソース側の領域(フォトダイオードPDが形成されている領域)はレジストパターンRP1で覆われており、ドレイン側の領域(n型半導体領域NRが形成されている領域)は、レジストパターンRP1で覆われずに、開口部OP1から露出されている。このため、開口部OP1の側面の一部は、ゲート電極GT上に位置している。また、画素領域1Aの活性領域AcAS,AcR,AcGは、レジストパターンRP1で覆われている。また、周辺回路領域2A全体もレジストパターンRP1で覆われているため、活性領域AcLもレジストパターンRP1で覆われている。
それから、レジストパターンRP1をイオン注入阻止マスクとして用いて、半導体基板SBに対して、ゲッタリング用の元素をイオン注入する。図29〜図31では、ゲッタリング用の元素を注入するためイオン注入IM1を、矢印で模式的に示してある。また、図29〜図31では、半導体基板SBにおいてイオン注入IM1によりゲッタリング用の元素が注入された領域に、ドットのハッチングを付してある。ゲッタリング用の元素は、好ましくは炭素(C)である。イオン注入IM1では、炭素(C)または炭素化合物、例えばカーボンクラスター(C16HxまたはCHxなど)をイオン注入することができる。
ゲッタリング用の元素の注入深さは、例えば30〜70nm程度とすることができる。なお、ゲッタリング用の元素の注入深さは、活性領域の半導体基板SBの表面から、ゲッタリング用の元素が注入された領域の底面までの距離(半導体基板SBの主面に略垂直な方向の距離)に対応している。例えば、ゲッタリング用の元素の注入深さを50nm程度とした場合は、半導体基板SBにおけるゲッタリング用の元素が注入された領域では、半導体基板SBの表面から約50nmの深さにわたって、ゲッタリング用の元素が導入されることになる。ゲッタリング用の元素の注入深さは、n型半導体領域NR(後述の実施の形態3の場合はソース・ドレイン領域SD)の深さとほぼ同程度とすることができるが、n型半導体領域NR(後述の実施の形態3の場合はソース・ドレイン領域SD)の深さよりも深い場合や浅い場合もあり得る。但し、ゲッタリング用の元素の注入深さが深すぎると、浅い領域での汚染金属のゲッタリング作用が低下する懸念があるため、ゲッタリング用の元素の注入深さは、あまり深くし過ぎずに、100nm以下とすることがより好ましい。また、半導体基板SBにおいてゲッタリング用の元素が注入された領域における、そのゲッタリング用の元素(好ましくは炭素)の濃度は、例えば2×1020/cm〜1×1021/cm程度とすることができる。
n型半導体領域NRは、平面視において開口部OP1に内包されていたため、イオン注入IM1を行うと、図29からも分かるように、n型半導体領域NRにゲッタリング用の元素が注入(導入)される。また、画素領域1Aの活性領域AcTPの半導体基板SBのうち、フォトダイオードPDが形成されている領域(n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRが形成されている領域)には、ゲッタリング用の元素は注入されない。すなわち、活性領域AcTPにおいて、ゲート電極GTの両側のうち、ソース側の領域(フォトダイオードPDが形成されている領域)には、ゲッタリング用の元素は注入されず、ドレイン側の領域(n型半導体領域NRが形成されている領域)に、ゲッタリング用の元素が注入される。また、ゲート電極GTおよびサイドウォールスペーサSWも、イオン注入阻止マスクとして機能し得るため、活性領域AcTPの半導体基板SBにおいて、ゲート電極GTの直下の領域と、サイドウォールスペーサSWの直下の領域とにも、ゲッタリング用の元素は注入されない。
また、イオン注入IM1ではレジストパターンRP1がイオン注入阻止マスクとして機能するため、図30および図31からも分かるように、イオン注入IM1を行っても、画素領域1Aの活性領域AcAS,AcR,AcGの半導体基板SBと、周辺回路領域2A(活性領域AcLを含む)の半導体基板SBとには、ゲッタリング用の元素は注入(導入)されない。
このため、イオン注入IM1では、n型半導体領域NRに選択的にゲッタリング用の元素が注入(導入)されることになる。
イオン注入IM1の後、レジストパターンRP1は、アッシングなどにより除去される。
なお、ここでは、n型半導体領域NRなどをイオン注入で形成した後に、イオン注入IM1を行う場合について説明した。他の形態として、先にイオン注入IM1を行った後で、n型半導体領域NRなどをイオン注入で形成することもできる。この場合、サイドウォールスペーサSWおよびキャップ絶縁膜CPを形成した後で、上記図29〜図31の工程(ゲッタリング用の元素の注入工程)を行い、その後、n型半導体領域NR、ソース・ドレイン領域SD、ソース・ドレイン領域SDLおよびp型半導体領域PHを形成すればよい。
次に、これまでのイオン注入で導入した不純物の活性化のためのアニール処理(熱処理)を行う。
また、イオン注入された領域(ゲッタリング用の元素を注入した領域も含む)は、イオン注入によってアモルファス化されていたが、この活性化アニール処理の際に、再結晶化することができる。ゲッタリング用の元素を注入した領域では、この再結晶化の際に、導入されたゲッタリング用の元素による歪が生じ、欠陥が形成され得る。ゲッタリング用の元素を注入した領域では、このようにして形成された欠陥(ゲッタリングサイト)に汚染金属が捕獲されゲッタリング機能を有することができる。
以上の工程により、半導体基板SBの画素領域1Aに、フォトダイオードPD、転送トランジスタTX、リセットトランジスタRST、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIが形成され、半導体基板SBの周辺回路領域2Aに、MISFETとしての周辺トランジスタLTが形成される。
次に、図32〜図34に示されるように、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)技術により、p型半導体領域PH、n型半導体領域NR、ソース・ドレイン領域SDおよびソース・ドレイン領域SDLの上部(表層部)や、ゲート電極GA,GS,GR,GLの上部(表層部)などに、金属シリサイド層SCを形成する。図32には示されていないが、ゲート電極GTの上部(表層部)に、金属シリサイド層SCを形成する場合もあり得る。
金属シリサイド層SCを形成するには、例えば、金属シリサイド層形成用の金属膜を半導体基板SB上に、ゲート電極GT,GA,GS,GR,GL、サイドウォールスペーサSWおよびキャップ絶縁膜CPを覆うように、形成する。それから、熱処理を行うことにより、その金属膜を、p型半導体領域PH、n型半導体領域NR、ソース・ドレイン領域SDおよびソース・ドレイン領域SDLの表層部やゲート電極GT,GA,GS,GR,GLの表層部分と反応させて、金属・半導体反応層である金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SCを形成する。その後、金属膜の未反応部分をウェットエッチングなどにより除去する。未反応の金属膜を除去した後、必要に応じて、更に、半導体基板SBに熱処理を施すこともできる。このようにして、金属シリサイド層SCを形成することができる。金属シリサイド層SCを形成することにより、拡散抵抗やコンタクト抵抗などを低抵抗化することができる。金属シリサイド層SCは、コバルトシリサイド層、ニッケルシリサイド層、または、ニッケル白金シリサイド層(白金が添加されたニッケルシリサイド層)である。
また、金属シリサイド層形成用の金属膜を形成する前に、シリサイド化が不要なシリコン基板領域やゲート電極を覆うような絶縁膜(シリサイドブロック膜)を形成してもよく、そうすれば、その絶縁膜で覆われたシリコン基板領域やゲート電極には、金属シリサイド層形成用の金属膜が接しないため、金属シリサイド層SCは形成されなくなる。例えば、ゲート電極GTおよびキャップ絶縁膜CPを覆い、かつp型半導体領域PH、n型半導体領域NR、ソース・ドレイン領域SD,SDLおよびゲート電極GA,GS,GR,GLを露出するような絶縁膜(シリサイドブロック膜)を形成してから、金属シリサイド層形成用の金属膜を形成し、熱処理を行う。これにより、金属シリサイド層SCは、p型半導体領域PH、n型半導体領域NR、ソース・ドレイン領域SD,SDL、およびゲート電極GA,GS,GR,GLの上部に形成されるが、ゲート電極GT上には形成されない。
次に、図35〜図37に示されるように、半導体基板SBの主面(主面全面)上に、ゲート電極GT,GA,GS,GR,GL、サイドウォールスペーサSWおよびキャップ絶縁膜CPを覆うように、層間絶縁膜IL1を形成する。層間絶縁膜IL1は、例えば、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と該窒化シリコン膜上の酸化シリコン膜との積層膜などからなり、CVD法などを用いて形成することができる。層間絶縁膜IL1の成膜後、必要に応じて層間絶縁膜IL1の上面をCMP法により研磨するなどして、層間絶縁膜IL1の上面を平坦化することもできる。
次に、層間絶縁膜IL1上に形成したフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして用いて、層間絶縁膜IL1をドライエッチングすることにより、層間絶縁膜IL1にコンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、層間絶縁膜IL1を貫通するように形成される。
次に、層間絶縁膜IL1のコンタクトホール内に、接続用の導電体部として、タングステン(W)などからなる導電性のプラグPGを形成する。プラグPGは、例えば次のようにして形成することができる。
プラグPGを形成するには、まず、コンタクトホールの底面および内壁上を含む層間絶縁膜IL1上に、バリア導体膜を形成する。このバリア導体膜は、例えば、チタン膜と該チタン膜上に形成された窒化チタン膜との積層膜からなり、スパッタリング法などを用いて形成することができる。それから、タングステン膜などからなる主導体膜を、CVD法などによってバリア導体膜上にコンタクトホールを埋めるように形成する。その後、コンタクトホールの外部(層間絶縁膜IL1上)の不要な主導体膜およびバリア導体膜をCMP法またはエッチバック法などによって除去する。これにより、層間絶縁膜IL1の上面が露出し、層間絶縁膜IL1のコンタクトホール内に埋め込まれて残存するバリア導体膜および主導体膜により、プラグPGが形成される。なお、図面の簡略化のために、図35〜図37では、プラグPGを構成するバリア導体膜と主導体膜とを一体化して示してある。プラグPGには、上記プラグPr1,Pr2,Pg1,Pfd,Pa,Ps,Prg,Ptg,Pag,Psg,Pt1,Pt2がある。
次に、図38〜図40に示されるように、プラグPGが埋め込まれた層間絶縁膜IL1上に、層間絶縁膜IL2〜IL4および配線M1〜M3を形成する。
例えば、プラグPGが埋め込まれた層間絶縁膜IL1上に、配線用の導電膜(例えばアルミニウム膜)を形成してから、この導電膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることにより、配線M1を形成する。プラグPGの上面が配線M1の下面と接することで、プラグPGはその配線M1と電気的に接続される。それから、層間絶縁膜IL1上に、配線M1を覆うように、層間絶縁膜IL2を形成する。それから、層間絶縁膜IL2にスルーホールを形成してから、そのスルーホール内に、プラグPGと同様の手法で導電性のビア部(プラグ)V1を形成する。それから、層間絶縁膜IL2上に、配線M1と同様の手法で配線M2を形成する。配線M2は、第2層目の配線層の配線である。配線M1と配線M2とは、必要に応じて、配線M1と配線M2との間に配置されたビア部V1を介して電気的に接続される。それから、層間絶縁膜IL2上に、配線M2を覆うように、層間絶縁膜IL3を形成する。それから、層間絶縁膜IL3にスルーホールを形成してから、そのスルーホール内に、プラグPGと同様の手法で導電性のビア部(プラグ)V2を形成する。それから、層間絶縁膜IL3上に、配線M1と同様の手法で配線M3を形成する。配線M3は、第3層目の配線層の配線である。配線M2と配線M3とは、必要に応じて、配線M2と配線M3との間に配置されたビア部V2を介して電気的に接続される。それから、層間絶縁膜IL3上に、配線M3を覆うように、層間絶縁膜IL4を形成する。
配線M1,M2,M3は、アルミニウム配線に限定されず、例えばダマシン配線(埋め込み配線)を用いることもできる。また、半導体基板SB上に形成する配線層が3層の場合について図示および説明したが、配線層の数は3層に限定されない。
配線M1,M2,M3は、フォトダイオードPDと平面視で重ならないように形成されている。これは、フォトダイオードPDに入射する光が配線M1,M2,M3によって遮られないようにするためである。
次に、層間絶縁膜IL4上に、パッド(パッド電極、ボンディングパッド)を形成する。製造された半導体装置(半導体チップ)においては、平面視において、半導体装置(半導体チップ)の外周に沿って複数のパッドが配列する。このため、図38〜図40の断面では、パッドは図示されない。
次に、層間絶縁膜IL4上に、パッドを覆うように、パッシベーション膜(保護膜、絶縁膜)PVを形成する。但し、上記パッドの中央部は、パッシベーション膜PVに設けられた開口部(図示されない)から露出される。
次に、パッシベーション膜PV上に、フォトダイオードPDを構成するn型半導体領域NWと平面視において重なるように、オンチップレンズとしてのマイクロレンズMLを取り付ける。なお、マイクロレンズMLとパッシベーション膜PVとの間にカラーフィルタCFを設けてもよい。また、不要であれば、カラーフィルタCFやマイクロレンズMLの取り付けは、省略することもできる。
以上の工程により、本実施の形態の半導体装置を製造することができる。
図41は、本実施の形態の半導体装置の要部平面図であり、上記図9と同じ平面領域が示されている。図41において、点線で示されているのは、上記図9に示される活性領域AcTP,AcR,AcG,AcASであり、実線で示されているのは、マイクロレンズMLである。図41の場合は、マイクロレンズMLは、画素ごとに設けられている。
光が画素PU(図1参照)に照射されると、まず、入射光は、マイクロレンズMLを通過し、その後、可視光に対して透明なパッシベーション膜PVおよび層間絶縁膜IL4〜IL1を通過した後、キャップ絶縁膜CPに入射する。キャップ絶縁膜CPでは、入射光の反射が抑制されて充分な光量の入射光がフォトダイオードPD(n型半導体領域NW)に入射する。フォトダイオードPDでは、入射光のエネルギーがシリコンのバンドギャップよりも大きいため、光電変換により入射光が吸収されて正孔電子対が生成される。このとき生成された電子は、n型半導体領域NWに蓄積される。そして、適切なタイミングで、転送トランジスタTXをオンする。具体的には、転送トランジスタTXのゲート電極GTにしきい値電圧以上の電圧を印加する。すると、転送トランジスタTXのゲート電極GTの下のゲート絶縁膜GFの直下のチャネル形成領域にチャネル領域(反転層)が形成され、転送トランジスタTXのソース領域としてのn型半導体領域NWと、転送トランジスタTXのドレイン領域としてのn型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)とが、電気的に導通することになる。この結果、n型半導体領域NWに蓄積された電子は、チャネル領域を通ってドレイン領域(n型半導体領域NR)に達し、ドレイン領域(n型半導体領域NR)からプラグPGや配線を伝わって増幅トランジスタAMIのゲート電極GAに入力される。
また、本実施の形態では、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が、本実施の形態は、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に適用することもでき、これは以下の実施の形態2,3も同様である。
<本発明者の検討について>
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。
しかしながら、製造工程中の半導体基板の金属汚染を完全に防ぐことは困難であり、製造工程中の半導体基板の金属汚染を完全に防ごうとすると、製造工程の厳格な管理が必要になり、また、製造工程の自由度が極めて少なくなるため、半導体装置の製造コストの増加を招いてしまう。このため、暗時白点を抑制または防止するためには、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ことが、有効である。
半導体基板の金属汚染が発生する主な工程として、イオン注入工程がある。イオン注入工程では、所定のイオン種を加速して半導体基板に注入する。この際、注入すべきイオン種だけでなく、それ以外のイオン種も半導体基板に注入されてしまう虞がある。すなわち、ある1価のイオン種を半導体基板にイオン注入する場合、その1価のイオン種の約2倍の質量数を有する2価のイオン種が存在すれば、その2価のイオン種は、イオン注入装置内では排除されにくく、半導体基板に注入されてしまう虞がある。同様に、ある1価のイオン種を半導体基板にイオン注入する場合、その1価のイオン種の約3倍の質量数を有する3価のイオン種が存在すれば、その3価のイオン種は、イオン注入装置内では排除されにくく、半導体基板に注入されてしまう虞がある。具体的には、例えば、Asイオン(ヒ素イオン)をイオン注入する場合、As(ヒ素)の質量数の整数倍に近い質量数を有するタングステンフッ化物(WFなど)も、半導体基板に注入されてしまう虞がある。
このため、イオン注入工程では、所定のイオン種を加速して半導体基板に注入するが、この際、注入すべきイオン種だけでなく、不要な金属または金属化合物も半導体基板に注入されてしまう虞があり、イオン注入は、半導体基板の金属汚染の原因となりやすい。
また、イオン注入工程において、ドーズ量が多いほど、発生する金属汚染は大きくなりやすい。これは、注入すべきイオン種の注入量(ドーズ量)が多いほど、それに伴い意図せずに注入されてしまう汚染金属の量も多くなってしまうためである。
このため、ドーズ量が多いイオン注入工程、従って、高不純物濃度の半導体領域を形成するためのイオン注入工程では、それに伴い意図せずに注入されてしまう汚染金属の量も多くなってしまう虞がある。トランジスタのソース・ドレイン領域は、不純物濃度が比較的高いため、ソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程では、ドーズ量も比較的多くなり、それゆえ、意図せずに注入されてしまう汚染金属の量も多くなりやすい。
また、ゲッタリング層として炭素(C)をドープした上で素子形成用のエピタキシャル層を形成するようなBMD(bulk micro defect)技術は、タングステン(W)のような拡散係数が小さな汚染金属に対しては効果が小さく、金属汚染対策として充分ではない。このため、トランジスタのソース・ドレイン領域などに注入されてしまった汚染金属に対しては、上記BMD技術はあまり有効ではない。
そこで、本発明者は、イオン注入工程で半導体基板中に導入されてしまった汚染金属が、フォトダイオードに拡散しないようにすることを検討した。イオン注入工程で半導体基板中に導入されてしまった汚染金属が、フォトダイオードに拡散しないようにするには、そのイオン注入で汚染金属が導入された領域に、ゲッタリング用の元素を導入することが有効であることが分かった。ゲッタリング用の元素としては、炭素(C)が好ましい。
半導体基板において、ゲッタリング用の元素を導入した領域では、タングステン(W)などの汚染金属を捕獲し、汚染金属の拡散を防ぐことができる。例えば、ゲッタリング用の元素を導入した領域では、ゲッタリング用の元素をイオン注入したことにより、半導体基板内に結晶欠陥や歪みなどが生じ、この結晶欠陥や歪みなど(ゲッタリングサイト)に、汚染金属を捕捉させて固着させることができる。また、ゲッタリング用の元素を導入した領域では、ゲッタリング用の元素と汚染金属とが複合体を形成することによっても、汚染金属を捕獲し、汚染金属の拡散を防ぐことができる。
しかしながら、本発明者の検討によれば、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入した半導体領域上に金属シリサイド層(上記金属シリサイド層SCに対応)を形成する場合、その半導体領域にゲッタリング用の元素が含有されていることに起因して、形成される金属シリサイド層の抵抗(シート抵抗)が大きくなってしまうことが分かった(後述の図59および図60参照)。このため、ゲッタリング用の元素を導入することは、汚染金属の拡散を防ぐためには有用であっても、金属シリサイド層の抵抗の増大というデメリットをもたらすことになる。金属シリサイド層の抵抗の増大は、半導体装置の性能の低下につながるため、できるだけ回避することが望ましい。従って、その上に金属シリサイド層を形成する基板領域については、ゲッタリング用の元素を導入したことによる有用な効果が見込めないのであれば、ゲッタリング用の元素は導入せずに、ゲッタリング用の元素の導入に起因した金属シリサイド層の抵抗増大を回避することが望ましい。
そこで、本発明者は、フォトダイオードへの汚染金属の拡散を防止して暗時白点を防ぐためには、どの領域にゲッタリング用の元素を導入することが特に有効であるかを検討した。その結果、活性領域AcTPの半導体基板SBにおいて、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)が形成されている領域に、ゲッタリング用の元素を導入することが、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を防止して暗時白点を防ぐために最も有効であることが分かった。その理由は、以下のようなものである。
すなわち、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)のn型不純物濃度は比較的大きいため、n型半導体領域NR形成時にn型半導体領域NRに導入されてしまう汚染金属の量も多くなりやすい。そして、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)とn型半導体領域NWとは、転送トランジスタTXのチャネル形成領域(ゲート電極GTの直下の基板領域に対応)を挟んで対向しており、n型半導体領域NWとn型半導体領域NRとの間に素子分離領域STは形成されていない。つまり、n型半導体領域NRとn型半導体領域NWとは、間に転送トランジスタTXのチャネル形成領域が存在しており、そのチャネル形成領域には、素子分離領域STが形成されていない。n型半導体領域NRとn型半導体領域NWとは、チャネル形成領域でつながっている。このため、n型半導体領域NRを形成する際に、n型半導体領域NRに導入されてしまった汚染金属は、その後、素子分離領域STに邪魔されることなく、転送トランジスタTXのチャネル形成領域を経由して、フォトダイオードPDを構成するn型半導体領域NWに拡散しやすい。このため、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を防止して暗時白点を防ぐためには、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)にゲッタリング用の元素を導入することが有効であり、それによって、n型半導体領域NRに導入されてしまった汚染金属が、フォトダイオードPDに拡散してしまうのを抑制または防止することができるようになる。
また、フローティングディフュージョンFD(n型半導体領域NR)内に捕獲(ゲッタリング)されたタングステン(W)などの汚染金属は、フォトダイオードPD内に存在する場合と同様に準位(発光準位)を作り暗電流を発生させる可能性がある。しかしながら、イメージセンサの読み出し動作では、転送トランジスタTXをオンさせる直前にフローティングディフュージョンFDの電位を読み出すため、フローティングディフュージョンFD内の汚染金属(タングステンなど)に起因する暗電流成分は、出力信号としてはキャンセルされる。このため、フローティングディフュージョンFD(n型半導体領域NR)内に捕獲(ゲッタリング)されたタングステン(W)などの汚染金属は、暗時白点を招かずに済む。
また、活性領域AcAS,AcRの半導体基板SBにおいて、ソース・ドレイン領域SDが形成されている領域に、ゲッタリング用の元素を導入することも、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を防止して暗時白点を防ぐために有効であることが分かった。その理由は、以下のようなものである。
すなわち、ソース・ドレイン領域SDのn型不純物濃度は比較的大きいため、ソース・ドレイン領域SD形成時にソース・ドレイン領域SDに導入されてしまう汚染金属の量も多くなりやすい。しかしながら、活性領域AcAS,AcRと活性領域AcTPとは、間に素子分離領域STが存在しているため、ソース・ドレイン領域SDからフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散は、間に存在する素子分離領域STにより、ある程度遮られる。このため、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)からフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散に比べると、ソース・ドレイン領域SDからフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散は、生じにくいと考えられる。しかしながら、活性領域AcAS,AcRと活性領域AcTPとの間の間隔は比較的小さいため、間に素子分離領域STが存在したとしても、ソース・ドレイン領域SDからフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散は、ある程度生じてしまう。このため、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を防止して暗時白点を防ぐためには、ソース・ドレイン領域SDにゲッタリング用の元素を導入することが有効であり、それによって、ソース・ドレイン領域SDに導入されてしまった汚染金属が、フォトダイオードPDに拡散してしまうのを抑制または防止することができるようになる。
但し、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を防止して暗時白点を防ぐ効果は、ソース・ドレイン領域SDにゲッタリング用の元素を導入することよりも、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)にゲッタリング用の元素を導入することの方が、より大きくなると考えられる。これは、ソース・ドレイン領域SDとフォトダイオードPDとの間には素子分離領域STが存在するが、n型半導体領域NRとフォトダイオードPDとの間には素子分離領域STが存在しないため、ソース・ドレイン領域SDからフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散よりも、n型半導体領域NRからフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散の方が、より生じやすいためである。
一方、周辺回路領域2Aに形成される周辺トランジスタ(LT)は、フォトダイオードPDを含む画素(PU)がアレイ状に配列した画素領域(1A)には形成されておらず、周辺トランジスタ(LT)用の活性領域(AcL)は、フォトダイオードPDから離れている。すなわち、周辺トランジスタ(LT)用の活性領域(AcL)とフォトダイオードPDとの間の距離は、活性領域AcR,AcASとフォトダイオードPDとの間の各距離よりも大きい。このため、周辺トランジスタ(LT)用のソース・ドレイン領域(SDL)からフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散は、ほとんど発生しない。従って、周辺トランジスタ(LT)用のソース・ドレイン領域(SDL)が形成されている領域に、ゲッタリング用の元素を導入してもしなくても、周辺トランジスタ(LT)用のソース・ドレイン領域(SDL)からフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散はほとんど変わらず、暗時白点の発生率にはほとんど影響しない。
また、本発明者の検討によれば、活性領域AcGの半導体基板SB(p型半導体領域PHまたはp型ウエルPW1)にゲッタリング用の元素を導入してもしなくても、暗時白点の発生率にはほとんど影響しないことが分かった(後述の図58参照)。
すなわち、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)やソース・ドレイン領域SDのようにn型の半導体領域においては、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入することは、そのn型の半導体領域に意図せずに導入されてしまった汚染金属がフォトダイオードPDへ拡散するのを抑制または防止して暗時白点の発生率を低減する効果を奏する(後述の図58参照)。しかしながら、p型の半導体領域においては、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入しても、暗時白点の発生率を低減する効果は、ほとんど得られない(後述の図58参照)。
p型の半導体領域においては、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入しても暗時白点の発生率を低減する効果がほとんど得られない理由として、例えば、p型の半導体領域を形成するためのp型不純物のイオン注入時には、n型の半導体領域を形成するためのn型不純物のイオン注入時に比べて、汚染金属が導入されにくいことが考えられる。その場合、p型の半導体領域においては、汚染金属の量自体が少ないため、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入してもしなくてもp型の半導体領域からフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散はほとんど変わらず、暗時白点の発生率にはほとんど影響しないことになる。また、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素がホウ素(B)のようなp型不純物と結合してしまい、汚染金属が捕獲されにくくなることも考えられる。その場合、p型の半導体領域に炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入する効果は小さくなり、ゲッタリング用の元素を導入してもしなくてもp型の半導体領域からフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散はほとんど変わらず、暗時白点の発生率にはほとんど影響しないことになる。いずれにしても、活性領域AcGの半導体基板SB(p型半導体領域PHまたはp型ウエルPW1)は、p型の半導体領域となっており、そこにゲッタリング用の元素を導入しても、暗時白点の発生率にはほとんど影響しない(後述の図58参照)。
本発明者が得たこれらの知見から、以下のように、本実施の形態の半導体装置において、ゲッタリング用の元素を導入した領域を設定している。
<主要な特徴について>
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。
フォトダイオードPDと転送トランジスタTXとは、同じ活性領域AcTPに形成されているため、平面視において、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)とフォトダイオードPDとは、素子分離領域STが形成されていない領域(チャネル形成領域に対応)を通じてつながっている。このため、上述のように、n型半導体領域NRを形成する際に、n型半導体領域NRに導入されてしまった汚染金属は、素子分離領域STに邪魔されることなく、フォトダイオードPDを構成するn型半導体領域NWに拡散しやすい。
それに対して、本実施の形態では、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散に最も寄与する可能性が高いn型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)に対して、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入しているため、n型半導体領域NRに導入された汚染金属(例えばタングステン)が、フォトダイオードPDに拡散してしまうのを抑制または防止することができる。これにより、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を防止して暗時白点を発生にしにくくすることができ、暗時白点の発生率を低減することができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。
また、上述のように、活性領域AcGの半導体基板SB(p型半導体領域PHまたはp型ウエルPW1)にゲッタリング用の元素を導入してもしなくても、暗時白点の発生率にはほとんど影響しない。そして、上述のように、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入することは、ゲッタリング用の元素が導入された基板領域上に金属シリサイド層(SC)を形成する場合に、その金属シリサイド層(SC)の抵抗増大を招いてしまう。このため、本実施の形態では、活性領域AcGの半導体基板SB(p型半導体領域PHおよびp型ウエルPW1)には、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素は導入していない。
本実施の形態とは異なり、活性領域AcGの半導体基板SBにゲッタリング用の元素を導入した場合、暗時白点の発生率の低下は期待できないのに、活性領域AcGの半導体基板SB上に形成された金属シリサイド層SCの抵抗増大を招いてしまう。本実施の形態では、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しないことで、活性領域AcGの半導体基板SB上に形成された金属シリサイド層SCの抵抗増大(ゲッタリング用の元素の導入に起因した抵抗増大)を回避することができる。これにより、半導体装置の性能を向上させることができる。
このように、本実施の形態では、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散に最も寄与する可能性が高いn型半導体領域NRに対して、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入し、一方、ゲッタリング用の元素を導入しても暗時白点の発生率の低下はあまり期待できない活性領域AcGの半導体基板SBに対しては、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素は導入しない。これにより、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を的確に低減させて暗時白点の発生率を効率よく低下させることができるとともに、活性領域AcGの半導体基板SB上に形成された金属シリサイド層SCの抵抗増大を回避することができる。このため、暗時白点の発生率の低下と、金属シリサイド層SCの抵抗抑制とを、効果的に達成することできる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。
本実施の形態の他の特徴について、更に説明する。
本実施の形態では、活性領域AcTPのn半導体基板SBにおいて、フォトダイオードPDが形成された領域には、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。このため、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素によってフォトダイオードPDが悪影響を受けずに済み、フォトダイオードPDの良好な特性を維持することができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。また、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態では、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのそれぞれのソース・ドレイン領域SD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。別の見方をすると、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとが形成される活性領域AcASの半導体基板SBと、リセットトランジスタRSTが形成される活性領域AcRの半導体基板SBとには、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。これにより、ソース・ドレイン領域SD上に形成された金属シリサイド層SCの抵抗増大(ゲッタリング用の元素の導入に起因した抵抗増大)を回避することができる。このため、半導体装置の性能を向上させることができる。
また、本実施の形態では、周辺回路領域2Aにおいて、周辺トランジスタ(LT)のソース・ドレイン領域(SDL)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。別の見方をすると、周辺回路領域2Aにおいて、周辺トランジスタ(LT)が形成される活性領域(AcL)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。これにより、周辺トランジスタ(LT)のソース・ドレイン領域(SDL)上に形成された金属シリサイド層SCの抵抗増大(ゲッタリング用の元素の導入に起因した抵抗増大)を回避することができる。このため、半導体装置の性能を向上させることができる。
なお、「ゲッタリング用の元素が導入されている」とは、「ゲッタリング用の元素が意図的に導入(ドープ)されている」ことを意味し、「ゲッタリング用の元素が導入されていない」とは、「ゲッタリング用の元素が意図的には導入(ドープ)されていない」ことを意味している。このため、半導体基板SBにおいて、ゲッタリング用の元素が導入されていない領域では、ゲッタリング用の元素は含まれていないか、意図せずして含まれていたとしてもごくわずかであり、ゲッタリング用の元素の濃度は、1×1015/cm未満である。一方、半導体基板SBにおいて、ゲッタリング用の元素が導入されている領域における濃度(ゲッタリング用の元素の濃度)は、ゲッタリング用の元素が導入されていない領域における濃度(ゲッタリング用の元素の濃度)よりも十分に大きく、具体的には(好ましくは)1×1020/cm以上であり、特に好ましくは2×1020/cm〜1×1021/cm程度である。
(実施の形態2)
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。
上記図6および図10と同様に、図42および図43においても、活性領域(AcR,AcG,AcTP,AcAS)の外周位置を実線で示し、また、ゲッタリング用の元素を導入した領域(符号GEで指し示した領域に対応)をハッチングを付して示し、また、ゲート電極(GR,GT,GA,GS)の位置を点線で示してある。
本実施の形態2の半導体装置の断面構造は、上記図11〜13および図44〜図46に示される断面構造を有している。上記図14〜図16と同様に、図44〜図46においても、上記図11〜図13に示されている半導体基板SBおよび半導体基板SB内に形された各半導体領域の斜線のハッチングを省略するとともに、ゲッタリング用の元素を導入した領域(符号GEで指し示した領域に対応)をドットのハッチングを付して示してある。上記図11〜図13と図44〜図46とを合わせて参照することで、半導体基板SBのどの領域にゲッタリング用の元素が導入されているかを容易に理解することができる。
本実施の形態2の半導体装置が、上記実施の形態1の半導体装置と相違しているのは、ソース・ドレイン領域SDに、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素が導入されているか否かである。
すなわち、上記実施の形態1では、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとが形成される活性領域AcASの半導体基板SBと、リセットトランジスタRSTが形成される活性領域AcRの半導体基板SBとには、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かった。それゆえ、上記実施の形態1では、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのそれぞれのソース・ドレイン領域SD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かった。
それに対して、本実施の形態2では、図42〜図46と、上記図4、図5、図8、図9および図11〜図13とを参照すると分かるように、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのそれぞれのソース・ドレイン領域SDに、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素が導入されている。
それ以外は、本実施の形態2の半導体装置も、上記実施の形態1の半導体装置とほぼ同様である。
このため、上記実施の形態1と同様に、本実施の形態2においても、活性領域AcTPの半導体基板SBにおいて、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ている。また、上記実施の形態1と同様に、本実施の形態2においても、活性領域AcTPのn半導体基板SBにおいて、フォトダイオードPDが形成された領域には、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。また、上記実施の形態1と同様に、本実施の形態2においても、接地電位(GND)供給用の活性領域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。また、上記実施の形態1と同様に、本実施の形態2においても、周辺回路領域2Aにおいて、周辺トランジスタ(LT)のソース・ドレイン領域(SDL)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。別の見方をすると、周辺回路領域2Aにおいて、周辺トランジスタ(LT)が形成される活性領域(AcL)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。
図47〜図49は、本実施の形態2の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図47〜図49は、上記図29〜図31にそれぞれ対応するものであり、上記図29〜図31と同じ工程段階に対応している。
本実施の形態2の半導体装置の製造工程は、上記イオン注入IM1を行う際にイオン注入阻止マスクとして用いるレジストパターンRP1のレイアウトが、上記実施の形態1と相違している。
すなわち、上記実施の形態1では、画素領域1Aの活性領域AcAS,AcRは、レジストパターンRP1で覆われていたが、本実施の形態2では、画素領域1Aの活性領域AcAS,AcRは、レジストパターンRP1で覆われていない。すなわち、本実施の形態2では、レジストパターンRP1に、平面視において、活性領域AcASを内包する開口部OP2と、活性領域AcRを内包する開口部OP3とが設けられている。また、レジストパターンRP1が上記開口部OP1を有することは、本実施の形態2も上記実施の形態1と同様である。また、活性領域AcGがレジストパターンRP1で覆われ、かつ、周辺回路領域2A(活性領域AcL含む)もレジストパターンRP1で覆われていることは、本実施の形態2も上記実施の形態1と同様である。
そして、本実施の形態2においても、レジストパターンRP1をイオン注入阻止マスクとして用いて、上記実施の形態1と同様に、イオン注入IM1をおこなう。上記図29〜図31と同様に、図47〜図49でも、半導体基板SBにおいてイオン注入IM1によりゲッタリング用の元素が注入された領域に、ドットのハッチングを付してある。
イオン注入IM1に関して、上記実施の形態1と相違しているのは、本実施の形態2では、レジストパターンRP1が開口部OP1だけでなく開口部OP2,OP3も有しているため、イオン注入IM1を行うと、活性領域AcTPのn型半導体領域NRだけでなく、活性領域AcAS,AcRのソース・ドレイン領域SDにもゲッタリング用の元素が注入(導入)されることである。なお、ゲート電極GA,GS,GRおよびその側壁上のサイドウォールスペーサSWも、イオン注入阻止マスクとして機能し得るため、活性領域AcAS,AcRの半導体基板SBにおいて、ゲート電極GA,GS,GRの直下の領域と、サイドウォールスペーサSWの直下の領域とには、ゲッタリング用の元素は注入されない。このため、本実施の形態では、イオン注入IM1で、n型半導体領域NRとソース・ドレイン領域SDとに選択的にゲッタリング用の元素が注入(導入)されることになる。
これ以外は、本実施の形態2の半導体装置の製造工程も、上記実施の形態1の半導体装置の製造工程とほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態においても、上記実施の形態1で述べたような効果を得ることができる。但し、ソース・ドレイン領域SDにゲッタリング用の元素が導入されているか否かによって、本実施の形態2と上記実施の形態1とでは、次のような効果の違いがある。
すなわち、上記実施の形態1で述べたように、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を防止して暗時白点を防ぐ効果は、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)にゲッタリング用の元素を導入することよりも、ソース・ドレイン領域SDにゲッタリング用の元素を導入することの方が、小さくなると考えられる。これは、n型半導体領域NRとフォトダイオードPDとの間には素子分離領域STが存在しないが、ソース・ドレイン領域SDとフォトダイオードPDとの間には素子分離領域STが存在するため、n型半導体領域NRからフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散よりも、ソース・ドレイン領域SDからフォトダイオードPDへの汚染金属の拡散の方が、発生しにくいためである。
このため、上記実施の形態1では、暗時白点を防ぐ効果が最も期待できるn型半導体領域NRに対してゲッタリング用の元素を選択的に導入し、活性領域AcAS,AcR,AcG,AcLの半導体基板SBに対しては、ゲッタリング用の元素を導入しないことで、活性領域AcAS,AcR,AcG,AcLの半導体基板SB上に形成される金属シリサイド層SCの抵抗増大を回避できる。これにより、活性領域AcTP,AcAS,AcR,AcG,AcLの半導体基板SB上に形成する金属シリサイド層SCのうち、n型半導体領域NR上に形成する金属シリサイド層SC以外の金属シリサイド層SC、すなわち活性領域AcAS,AcR,AcG,AcLの半導体基板SB上に形成される金属シリサイド層SC、の抵抗を抑制することができる。このため、上記実施の形態1の場合は、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を低減させて暗時白点の発生率を効率よく低下させながら、金属シリサイド層SCの抵抗をできるだけ抑制(低減)する点で有利である。このため、金属シリサイド層SCの抵抗をできるだけ抑制(低減)したい場合は、本実施の形態2よりも上記実施の形態1の方が有利である。
一方、本実施の形態2では、暗時白点を防ぐ効果が最も期待できるn型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)だけでなく、やはり暗時白点を防ぐ効果が期待できるソース・ドレイン領域SDに対しても、ゲッタリング用の元素を選択的に導入している。このため、上記実施の形態1よりも本実施の形態2の方が、ソース・ドレイン領域SD上に形成される金属シリサイド層SCの抵抗は大きくなるが、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を低減させて暗時白点の発生率を低下させる効果は、上記実施の形態1よりも本実施の形態2の方が、大きくなる。このため、暗時白点の発生率をできるだけ低下させたい場合は、上記実施の形態1よりも本実施の形態2の方が有利である。
従って、暗時白点の発生率をできるだけ低下させたい場合は、本実施の形態2を採用し、暗時白点の発生率の低下と、金属シリサイド層SCの抵抗の抑制(低減)とを、できるだけ両立させたい場合は、上記実施の形態1を採用すればよい。
(実施の形態3)
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。
上記図6、図10、図42および図43と同様に、図50および図51においても、活性領域(AcR,AcG,AcTP,AcAS)の外周位置を実線で示し、また、ゲッタリング用の元素を導入した領域(符号GEで指し示した領域に対応)をハッチングを付して示し、また、ゲート電極(GR,GT,GA,GS)の位置を点線で示してある。
本実施の形態3の半導体装置の断面構造は、上記図11〜13および図52〜図54に示される断面構造を有している。上記図14〜図16や上記図47〜図49と同様に、図52〜図54においても、上記図11〜図13に示されている半導体基板SBおよび半導体基板SB内に形された各半導体領域の斜線のハッチングを省略するとともに、ゲッタリング用の元素を導入した領域(符号GEで指し示した領域に対応)をドットのハッチングを付して示してある。上記図11〜図13と図52〜図54とを合わせて参照することで、半導体基板SBのどの領域にゲッタリング用の元素が導入されているかを容易に理解することができる。
本実施の形態3の半導体装置が、上記実施の形態2の半導体装置と相違しているのは、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ているか否かである。
すなわち、上記実施の形態1,2では、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ていた。それに対して、本実施の形態3では、図50〜図54と、上記図4、図5、図8、図9および図11〜図13とを参照すると分かるように、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。別の見方をすると、本実施の形態3では、活性領域AcTP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。
それ以外は、本実施の形態3の半導体装置も、上記実施の形態2の半導体装置とほぼ同様である。
このため、上記実施の形態2と同様に、本実施の形態3においても、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのそれぞれのソース・ドレイン領域SDに、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素が導入されている。また、上記実施の形態2と同様に、本実施の形態3においても、接地電位(GND)供給用の活性領域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。また、上記実施の形態2と同様に、本実施の形態3においても、周辺回路領域2Aにおいて、周辺トランジスタ(LT)のソース・ドレイン領域(SDL)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。別の見方をすると、周辺回路領域2Aにおいて、周辺トランジスタ(LT)が形成される活性領域(AcL)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。
図55〜図57は、本実施の形態3の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図55〜図57は、上記図29〜図31(または上記図47〜図49)にそれぞれ対応するものであり、上記図29〜図31(または上記図47〜図49)と同じ工程段階に対応している。
本実施の形態3の半導体装置の製造工程は、上記イオン注入IM1を行う際にイオン注入阻止マスクとして用いるレジストパターンRP1のレイアウトが、上記実施の形態1,2と相違している。
すなわち、上記実施の形態1では、レジストパターンRP1は開口部OP1を有し、上記実施の形態2では、レジストパターンRP1は開口部OP1,OP2,OP3を有していたが、本実施の形態3では、レジストパターンRP1は、開口部OP2,OP3を有しているが、開口部OP1は有していない。このため、本実施の形態3では、画素領域1Aの活性領域AcTPは、レジストパターンRP1で覆われている。開口部OP1を有していないこと以外は、本実施の形態3のレジストパターンRP1は、上記実施の形態2のレジストパターンRP1と同様である。
そして、本実施の形態3においても、レジストパターンRP1をイオン注入阻止マスクとして用いて、上記実施の形態1,2と同様に、イオン注入IM1をおこなう。上記図29〜図31や図47〜図49と同様に、図55〜図57でも、半導体基板SBにおいてイオン注入IM1によりゲッタリング用の元素が注入された領域に、ドットのハッチングを付してある。
イオン注入IM1に関して、上記実施の形態2と相違しているのは、本実施の形態3では、レジストパターンRP1が開口部OP1を有していないため、活性領域AcTPのn型半導体領域NRにはゲッタリング用の元素が注入(導入)されないことである。それ以外は、上記実施の形態2と同様である。このため、上記実施の形態2と同様に、本実施の形態においても、レジストパターンRP1は開口部OP2,OP3を有しているため、イオン注入IM1を行うと、図55〜図57からも分かるように、活性領域AcAS,AcRのソース・ドレイン領域SDにゲッタリング用の元素が注入(導入)される。このため、本実施の形態では、イオン注入IM1で、ソース・ドレイン領域SDに選択的にゲッタリング用の元素が注入(導入)されることになる。
これ以外は、本実施の形態3の半導体装置の製造工程も、上記実施の形態2の半導体装置の製造工程とほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態においても、上記実施の形態1,2で述べたような効果を得ることができる。但し、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を導入せずに、ソース・ドレイン領域SDにゲッタリング用の元素を導入したことによって、本実施の形態3と上記実施の形態1,2とでは、次のような効果の違いがある。
すなわち、上記実施の形態1,2で述べたように、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を防止して暗時白点を防ぐ効果は、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)にゲッタリング用の元素を導入することよりも、ソース・ドレイン領域SDにゲッタリング用の元素を導入することの方が、小さくなると考えられる。このため、本実施の形態3では、ソース・ドレイン領域SDにゲッタリング用の元素を導入したことで、フォトダイオードPDへの汚染金属の拡散を低減させて暗時白点の発生率を低下させる効果は得られるものの、その効果は、上記実施の形態2よりもかなり小さくなり、また、上記実施の形態1よりもやや小さくなる。
また、本実施の形態3では、ソース・ドレイン領域SDにゲッタリング用の元素を導入したことで、ソース・ドレイン領域SD上に形成された金属シリサイド層SCの抵抗が増大してしまう。一方、上記実施の形態1では、n型半導体領域NRにゲッタリング用の元素を導入したことで、n型半導体領域NR上に形成された金属シリサイド層SCの抵抗が増大してしまう。このため、ゲッタリング用の元素の導入に起因して抵抗が増加してしまう金属シリサイド層SCが存在する箇所数は、上記実施の形態1よりも本実施の形態3の方が多くなり、金属シリサイド層SCの抵抗増大(ゲッタリング用の元素の導入に起因した抵抗増大)の影響は、上記実施の形態1よりも、本実施の形態3の方が大きくなる。
このため、暗時白点の発生率をできるだけ低下させたい場合は、上記実施の形態1や本実施の形態3よりも上記実施の形態2の方が有利である。また、金属シリサイド層SCの抵抗をできるだけ抑制(低減)しながら、暗時白点の発生率を効率よく低下させたい場合は、上記実施の形態2や本実施の形態3よりも上記実施の形態1の方が有利である。
次に、本発明者が行った実験結果を、図58〜図60に示す。
図58は、各試料1〜4について、暗時白点の発生率を調べた結果を示すグラフである。図58の縦軸は、暗時白点の発生率に対応し、試料1における暗時白点の発生率で規格化してある。図59は、各試料1〜4について、活性領域AcGの半導体基板SB上(すなわちp型の半導体領域上)に形成された金属シリサイド層(SC)の抵抗(シート抵抗)を示すグラフである。図60は、各試料1〜4について、ソース・ドレイン領域SD上(すなわちn型の半導体領域上)に形成された金属シリサイド層(SC)の抵抗(シート抵抗)を示すグラフである。
ここで、図58〜図60に示される試料1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)とソース・ドレイン領域SDと活性領域AcGの半導体基板SBのいずれに対しても、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入していない場合に対応しており、第1の比較例に相当するものである。また、図58〜図60に示される試料2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)とソース・ドレイン領域SDとに対しては、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入していないが、活性領域AcGの半導体基板SBに対しては、ゲッタリング用の元素として炭素(C)を導入している場合に対応しており、第2の比較例に相当するものである。また、図58〜図60に示される試料3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)と活性領域AcGの半導体基板SBとに対しては、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入していないが、ソース・ドレイン領域SDに対しては、ゲッタリング用の元素として炭素(C)を導入している場合に対応しており、実施の形態3に相当するものである。また、図58〜図60に示される試料4は、活性領域AcGの半導体基板SBに対しては、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入していないが、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)とソース・ドレイン領域SDとに対しては、ゲッタリング用の元素として炭素(C)を導入している場合に対応しており、実施の形態2に相当するものである。
図58のグラフを参照すると、次のことが分かる。
すなわち、試料1と試料2とで、暗時白点の発生率は、ほとんど変わらない。このことから、活性領域AcGの半導体基板SBに対して炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入しても、暗時白点の発生率を低下させる効果はほとんど得られないことが分かる。一方、試料1,2に対して、試料3は、暗時白点の発生率が有意に低下し、試料4は、暗時白点の発生率が更に低下している。このことから、n型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)に対して炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入することと、ソース・ドレイン領域SDに対して炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入することとは、どちらも、暗時白点の発生率を低下させる効果があることが分かる。
図59および図60のグラフを参照すると、次のことが分かる。
すなわち、図59に示されるように、活性領域AcGの半導体基板SBに対して炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入していない試料1,3,4に比べて、活性領域AcGの半導体基板SBに対してゲッタリング用の元素として炭素(C)を導入した試料2は、活性領域AcGの半導体基板SB上に形成された金属シリサイド層(SC)の抵抗が有意に増大している。また、図60に示されるように、ソース・ドレイン領域SDに対して炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入していない試料1,2に比べて、ソース・ドレイン領域SDに対してゲッタリング用の元素として炭素(C)を導入した試料3,4は、ソース・ドレイン領域SD上に形成された金属シリサイド層(SC)の抵抗が有意に増大している。このことから、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入した半導体領域上に金属シリサイド層(SC)を形成する場合、その半導体領域にゲッタリング用の元素が含有されていることに起因して、形成される金属シリサイド層の抵抗が大きくなってしまうことが分かる。
これらの知見に基づいて、実施の形態1〜3では、ゲッタリング用の元素を導入することで暗時白点の発生率の低下が期待できるn型半導体領域NR(フローティングディフュージョンFD)とソース・ドレイン領域SDとについては、一方または両方に炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入することで、暗時白点の発生率の低下を図っている。そして、ゲッタリング用の元素の導入が暗時白点の発生率にほとんど影響しない活性領域AcGについては、炭素(C)のようなゲッタリング用の元素を導入しないことで、活性領域AcG上に形成された金属シリサイド層SCの抵抗増大(ゲッタリング用の元素の導入に起因した抵抗増大)を回避している。これにより、暗時白点の発生率の低下と、金属シリサイド層SCの抵抗抑制(抵抗低減)とを、両立させることができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
AcAS,AcG,AcL,AcR,AcTP 活性領域
PD フォトダイオード
Pg1 プラグ
TX 転送トランジスタ

Claims (18)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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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