JP2017201649A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、シリコン(Si)を材料とした光信号用の伝送線路(光導波路)を基板に作製し、この光信号用の伝送線路により構成した光回路をプラットフォームとして、種々の光デバイスと電子デバイスとを集積することで、光通信用モジュールを実現する技術であるシリコンフォトニクス技術の開発が積極的に行われている。
本明細書でいう「関連技術」は、新規に発明者が見出した課題を有する技術であって、公知である従来技術ではないが、新規な技術的思想の前提技術(未公知技術)を意図して記載された技術である。
図3は、本実施の形態1におけるGeフォトダイオードPD1の模式的な構成を示す平面図である。図3において、本実施の形態1におけるGeフォトダイオードPD1は、SOI基板1S上に形成されている。そして、本実施の形態1におけるGeフォトダイオードPD1は、配線L1Aおよび配線L1Bと電気的に接続されており、このGeフォトダイオードPD1は、配線L1Aおよび配線L1Bと平面的に重なる部分と、配線L1Aおよび配線L1Bと平面的に重ならない部分とを有している。すなわち、本実施の形態1におけるGeフォトダイオードPD1は、光電変換機能を有する受光素子であり、配線L1Aおよび配線L1Bと平面的に重ならない部分において、入射光を受光可能に構成されている。つまり、本実施の形態1におけるGeフォトダイオードPD1(受光素子)は、GeフォトダイオードPD1の上方側から入射される光を受光可能に構成されている。
本実施の形態1におけるGeフォトダイオードを含む半導体装置は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
続いて、本実施の形態1における特徴点について説明する。本実施の形態1における第1特徴点は、例えば、図7に示すように、Geフォトダイオードの構造体を構成するp型ゲルマニウム層PGLと真性ゲルマニウム層IGLとn型ゲルマニウム層NGLとを連続した選択エピタキシャル成長法により形成している点にある。これにより、本実施の形態1によれば、工程数の多いイオン注入法を使用する替わりに連続した選択エピタキシャル成長法を使用していることから、工程数を削減できる。つまり、本実施の形態1によれば、工程数を削減できることから、Geフォトダイオードを含む半導体装置の製造コストを削減することができる。さらに、本実施の形態1における第1特徴点によれば、イオン注入法を使用しないことから、イオン注入によるダメージに起因して、Geフォトダイオードの暗電流が増加することを抑制できる。この結果、本実施の形態1における第1特徴点によれば、製造コストの低減と、Geフォトダイオードの性能向上との両立を図ることができることになる。
<Geフォトダイオードの構成>
次に、本実施の形態2におけるGeフォトダイオードについて説明する。本実施の形態2におけるGeフォトダイオードは、前記実施の形態1におけるGeフォトダイオードとほぼ同様の構成をしているため、相違点を中心に説明する。
続いて、本実施の形態2におけるGeフォトダイオードPD2を含む半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図10に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、パターニングされたシリコン層SLを覆う絶縁膜IFと、シリコン層SLとを貫通し、かつ、SOI基板1Sの埋め込み絶縁層BOXに達する開口部OPを形成する。
<Geフォトダイオードの構成>
次に、本実施の形態3におけるGeフォトダイオードについて説明する。本実施の形態3におけるGeフォトダイオードは、前記実施の形態1におけるGeフォトダイオードとほぼ同様の構成をしているため、相違点を中心に説明する。
続いて、本実施の形態3におけるGeフォトダイオードPD3を含む半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図14に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、パターニングされたシリコン層SLを覆う絶縁膜IFを貫通する開口部OP1を形成する。
<Geフォトダイオードの構成>
次に、本実施の形態4におけるGeフォトダイオードについて説明する。本実施の形態4におけるGeフォトダイオードは、前記実施の形態1におけるGeフォトダイオードとほぼ同様の構成をしているため、相違点を中心に説明する。
続いて、本実施の形態4におけるGeフォトダイオードPD4を含む半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図18に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、パターニングされたシリコン層SLを覆う絶縁膜IFを貫通して、シリコン層SLの内部に達する開口部OPを形成する。
次に、本実施の形態5におけるGeフォトダイオードについて説明する。本実施の形態5におけるGeフォトダイオードは、前記実施の形態1におけるGeフォトダイオードとほぼ同様の構成をしているため、相違点を中心に説明する。
続いて、本実施の形態5におけるGeフォトダイオードPD5を含む半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図21に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、パターニングされたシリコン層SLを覆う絶縁膜IFを貫通する開口部OP1を形成する。
CAP キャップ層
IF 絶縁膜
IGL 真性ゲルマニウム層
NGL n型ゲルマニウム層
OP 開口部
OP1 開口部
OP2 開口部
PD1 Geフォトダイオード
PD2 Geフォトダイオード
PD3 Geフォトダイオード
PD4 Geフォトダイオード
PD5 Geフォトダイオード
PGL p型ゲルマニウム層
SS 側面
US 上面
Claims (20)
- 光電変換機能を有する受光素子を備える、半導体装置であって、
前記受光素子は、
第1面と、前記第1面と交差する第2面とを有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の前記第1面に接し、かつ、第1導電型である第1半導体層と、
前記絶縁膜の前記第1面と前記第2面とに接し、かつ、前記第1半導体層上に形成された真性半導体層と、
前記絶縁膜の前記第2面と接し、かつ、前記真性半導体層上に形成され、かつ、前記第1導電型とは反対の導電型である第2導電型の第2半導体層と、
を有する、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記絶縁膜には、前記絶縁膜を貫通する開口部が形成され、
前記絶縁膜の前記第1面は、前記開口部の内壁面であり、
前記絶縁膜の前記第2面は、前記絶縁膜の上面である、半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、半導体層を有し、
前記絶縁膜を貫通する前記開口部は、前記半導体層上に形成され、
前記第1半導体層は、前記開口部から露出する前記半導体層上に形成されている、半導体装置。 - 請求項3に記載の半導体装置において、
前記半導体層は、光導波路層である、半導体装置。 - 請求項4に記載の半導体装置において、
前記半導体層のバンドギャップは、前記第1半導体層と前記真性半導体層と前記第2半導体層のいずれの層のバンドギャップよりも大きい、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、
前記絶縁膜の下層に形成された半導体層と、
前記絶縁膜および前記半導体層を貫通する開口部と、
を有し、
前記第1半導体層は、前記開口部の内壁面から露出する前記半導体層と接している、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、
前記絶縁膜の下層に形成された半導体層と、
前記絶縁膜を貫通する第1開口部と、
前記半導体層を貫通し、かつ、前記第1開口部と連通し、かつ、平面視において、前記第1開口部を内包する第2開口部と、
を有し、
前記第1半導体層は、前記第2開口部の内壁面から露出する前記半導体層と、前記第2開口部から露出する前記絶縁膜の下面とに接し、
前記第2半導体層は、前記第1開口部の内壁面に接し、
前記絶縁膜の前記第1面は、前記絶縁膜の前記下面であり、
前記絶縁膜の前記第2面は、前記第1開口部の内壁面である、半導体装置。 - 請求項7に記載の半導体装置において、
前記第2半導体層の高さは、前記絶縁膜の上面の高さよりも低い、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、
前記絶縁膜の下層に形成された半導体層と、
前記絶縁膜を貫通し、かつ、前記半導体層の内部に達する開口部と、
を有し、
前記第1半導体層は、前記開口部の内壁面と、前記開口部の底面とに接し、
前記第2半導体層は、前記絶縁膜の上面に接し、
前記絶縁膜の前記第1面は、前記開口部の内壁面であり、
前記絶縁膜の前記第2面は、前記絶縁膜の上面である、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、
前記絶縁膜の下層に形成された半導体層と、
前記絶縁膜を貫通する第1開口部と、
前記半導体層に形成され、かつ、前記第1開口部と連通し、かつ、平面視において、前記第1開口部を内包する第2開口部と、
を有し、
前記第1半導体層は、前記第2開口部の内壁面と、前記第2開口部の底面と、前記第2開口部から露出する前記絶縁膜の下面とに接し、
前記第2半導体層は、前記第1開口部の内壁面に接し、
前記絶縁膜の前記第1面は、前記絶縁膜の前記下面であり、
前記絶縁膜の前記第2面は、前記第1開口部の内壁面である、半導体装置。 - 請求項10に記載の半導体装置において、
前記第2開口部の内壁面は、ラウンド形状を有している、半導体装置。 - 請求項10に記載の半導体装置において、
前記第2半導体層の高さは、前記絶縁膜の上面の高さよりも低い、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、前記受光素子の下層に設けられた半導体層を有し、
前記半導体層は、シリコン層から形成され、
前記第1半導体層は、第1ゲルマニウム層から形成され、
前記真性半導体層は、真性ゲルマニウム層から形成され、
前記第2半導体層は、第2ゲルマニウム層から形成されている、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記受光素子は、前記受光素子の上方側から入射される光を受光可能に構成されている、半導体装置。 - (a)半導体層をパターニングする工程、
(b)パターニングした前記半導体層を覆う絶縁膜を形成する工程、
(c)前記(b)工程後、前記絶縁膜を貫通する開口部を形成する工程、
(d)前記(c)工程後、前記開口部内に第1導電型の第1半導体層を形成する工程、
(e)前記(d)工程後、前記第1半導体層を形成した前記開口部内と前記絶縁膜の表面とにわたる真性半導体層を形成する工程、
(f)前記(e)工程後、前記絶縁膜の上面と前記真性半導体層上とにわたる第2導電型の第2半導体層を形成する工程、
を備える半導体装置の製造方法。 - 請求項15に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程と、前記(e)工程と、前記(f)工程とは、連続したエピタキシャル成長法で実施される、半導体装置の製造方法。 - 請求項16に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程では、前記半導体層を貫通する前記開口部を形成し、
前記(d)工程では、前記開口部の内壁面から露出する前記半導体層を起点にしたエピタキシャル成長法により、前記第1半導体層を形成する、半導体装置の製造方法。 - 請求項16に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程では、前記半導体層の内部に達する前記開口部を形成し、
前記(d)工程では、前記開口部の内壁面および底面から露出する前記半導体層を起点にしたエピタキシャル成長法により、前記第1半導体層を形成する、半導体装置の製造方法。 - (a)半導体層をパターニングする工程、
(b)パターニングした前記半導体層を覆う絶縁膜を形成する工程、
(c)前記(b)工程後、前記絶縁膜を貫通する第1開口部を形成する工程、
(d)前記(c)工程後、前記第1開口部から露出する前記半導体層に対して等方性エッチングを施すことにより、平面視において、前記第1開口部を内包する第2開口部を前記半導体層に形成する工程、
(e)前記(d)工程後、前記第2開口部の内壁面から露出する前記半導体層を起点としたエピタキシャル成長法により、前記第2開口部内に第1導電型の第1半導体層を形成する工程、
(f)前記(e)工程後、前記第1半導体層を形成した前記第2開口部内と前記絶縁膜に形成された前記第1開口部内とにわたる真性半導体層を形成する工程、
(g)前記(f)工程後、前記真性半導体層を形成した前記第1開口部内に第2導電型の第2半導体層を形成する工程、
を備える半導体装置の製造方法。 - 請求項19に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程で形成される前記第2開口部の内壁面は、ラウンド形状を有する、半導体装置の製造方法。
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