JP2019510365A - 近赤外線cmosセンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
a)シリコンウェハを準備するステップと、
b)シリコンウェハの表面の一部にゲルマニウム注入を行うステップと、
c)注入されたゲルマニウム種の熱拡散を生じさせるようにアニーリングを行い、それによってシリコンウェハの表面に露出した第1シリコン‐ゲルマニウム領域にシリコン‐ゲルマニウム合金格子を形成するステップと、
d)ステップb)及びc)を1回又は複数回行うステップと、
e)シリコンウェハの表面から下方に延びる第1シリコン‐ゲルマニウム領域の部分に第1光検出器活性領域を形成するステップと、を有し、
第1光検出器活性領域は、近赤外線及び可視光放射の両方に感応することを特徴とする。
・シリコンウェハの表面から下方に延びる第1シリコン‐ゲルマニウム領域の部分と、
・更に第1シリコン‐ゲルマニウム領域の部分の下方に延びるエピタキシャルシリコン層の部分と、
に形成されることが好ましい。
f)シリコンウェハを上下反転させ、多層構造にキャリアウェハを取り付け、シリコンウェハを所定の厚さにして裏面を露出させるために、シリコンウェハを薄くするステップと、
g)第1シリコン‐ゲルマニウム領域の上方に延びる、シリコンウェハの露出した裏側の部分にゲルマニウム注入を更に行うステップと、
h)シリコンウェハの裏面に露出した第2シリコン‐ゲルマニウム領域にシリコン‐ゲルマニウム合金格子を形成するために、注入されたゲルマニウムの種の活性化を引き起こすためのアニーリングを更に行うステップと、を更に含むことが好ましい。
・第1シリコン‐ゲルマニウム領域まで延びて、第1シリコン‐ゲルマニウム領域と共に単一のシリコン‐ゲルマニウム領域を形成すること、又は
・第1シリコン‐ゲルマニウム領域に達することなく、第1光検出器活性領域にまで伸びること、が好ましい。
a)Siウェハを準備するステップ(ブロック11)と、
b)好ましくは、
‐Siウェハの表面にパターン化されたフォトレジストマスクを形成することと、
‐フォトレジストマスクの1つ又は複数のアパーチャを通してGeイオンを注入することと、
‐フォトレジストマスクを除去することと、
‐クリーニングすることと、
を含むフォトリソグラフィ処理によって、Siウェハの表面の1つ又は複数の部分にゲルマニウム注入するステップ(ブロック12)と、
c)注入されたGeの種の熱拡散を生じさせるようにアニーリングを行い、それによりSiウェハの表面に露出した1つ又は複数のSiGe領域にSiGe合金格子を形成するステップ(ブロック13)と、
d)所望のGe濃度プロファイルを得るために、必要であれば、ステップb)及びc)(すなわち、ブロック12及び13)を1回又は複数回繰り返すステップ(ブロック14)と、
e)好ましくは、
‐Siウェハの表面から下方に延びるSiGe領域の部分に、好ましくは、更に、SiGe領域の部分の下方に延びるSiウェハの部分に、可視NIR光検出器活性領域を形成することと、
‐SiGe領域の外側のSiウェハの表面の部分に可視光のみの光検出器活性領域を形成することと、
を含む表面CMOSイメージセンサを製造するためのステップを行うステップ(ブロック15)と、
を含む。
・方法1のステップb)、c)及びd)(ブロック12−14)を実施することによって形成された2つのSiGe領域21と、
・SiGe領域21のそれぞれの部分に形成された8つの可視−NIR光検出器活性領域22と、
・SiGe領域21の外側のSiウェハ20の各部分に形成された8つの可視のみの光検出器活性領域23と、を含み、可視−NIR光検出器活性領域22及び可視光検出器活性領域23は、方法1のステップe)(ブロック15)を行うことによって形成される。
・浅いトレンチ分離(STI;Shallow Trench isolation)領域を形成することと、
・転送ゲートとCMOS読み出し回路を形成すること、
を更に含む。
・Siウェハは、Siバルク基板と、その上に成長され、Siウェハの表面に露出されたエピタキシャル(Epi)Si層を含み、
・ゲルマニウム注入は、エピタキシャル層の1つ又は複数の部分に実施され、エピタキシャル層の部分がSiウェハの表面に露出され、
・1つ又は複数のSiGe領域がエピタキシャル層のゲルマニウム注入部分に形成され、・可視−NIR光検出器活性領域は、Siウェハの表面から下方に延在するSiGe領域の部分に形成され、好ましくは、SiGe領域の部分の下方に延びるEpiSi層の部分にも形成されること、を提供する。
Siウェハ24は、
・Siバルク基板25と、
・シリコン基板25上に成長されたEpiSi層26と、
・EpiSi層26の上部に形成されたSiGe領域27と、
有する。
・CMOSイメージセンサの全ピクセルアレイ(領域を含むか又は除外して転送ゲートが形成されている)、又は
・NIR検出のピクセルアレイの部分のみ、
を形成するように、EpiSi層26の上部に形成することが好ましい。
・Siウェハ24と、
・SiGe領域27の一部及びその下に延びるEpiSi層26の対応する部分に形成された可視−NIR光検出器活性領域28と、
・SiGe領域27の外側のEpiSi層26上部に更に形成されたドレイン領域及びソース領域29と、
・EpiSi層26及びSiGe領域27条に形成され、誘電体層31、金属線32、ポリライン33、接点34、及びビア35を含む多層構造30と、
を有する。
f)Siウェハ24を上下反転させ、(Siキャリアウェハ等の)キャリアウェハ36を多層構造30に取り付け、Siウェハ24を所定の厚さにしてSiウェハ24の裏面を露出するためにSiウェハ24を薄くするステップであって、好ましくは、Siウェハ24を薄くすることは、Siバルク基板25を除去し、それによってEpiSi層26の裏面を露出させることを含むステップ(図5に示す断面図と組み合わされた図1のブロック16)と、
g)Siウェハ24の露出した裏面の一部の領域に、好ましくは、ゲルマニウム注入部分がSiGe領域27の上に延在する部分であるEpiSi層26の露出した裏面の一部に、ゲルマニウム注入を更に行うステップ(図1のブロック17)であって、好ましくは、
‐EpiSi層26の露出した裏面にパターン形成されたフォトレジストマスクを形成することと、
‐フォトレジストマスクの1つ又は複数のアパーチャを通してGeイオンを注入することと、
‐フォトレジストマスクを除去することと、
‐クリーニングすることと、を含むステップと、
h)注入されたGeの種の活性化を引き起こし、それにより更にSiGe領域37にSiGe合金格子を形成するために、更にアニーリングを行うステップ(図1のブロック18)であって、SiGe領域37は、
‐SiGe領域27まで下方に伸び、それによりSiGe合金格子と共に単一のSiGe量域を形成すること(図6の断面図)、又は、代替的に、
‐SiGe領域27(図7の断面図)に達することなく、可視NIR光検出器活性領域28を形成すること、が可能なステップと、
i)裏面CMOSイメージセンサを完成するためのステップを行うステップ(裏面CMOSイメージセンサ3が示されている図8の断面図と組み合わせた図1のブロック19)であって、
‐EpiSi層26及び更にSiGe領域37の裏面にp+パッシベーション層38を形成するようにボロン注入を行うことと、
‐更にアニールを行うことと、
‐連続した堆積によって、p+パッシベーション層38上に反射防止膜39を形成することと、
‐エッチング処理によって反射防止膜39をパターニングし、衝突する光から裏面CMOSイメージセンサ3の周辺領域を遮光するように金属遮蔽手段40を形成することと、
‐平坦化酸化物41、及び、好ましくはカラーフィルタおよびマイクロレンズ(簡略化のために図8には示されていない)を形成することと、を含むステップと、
を含む。
Claims (10)
- 近赤外線検出のためのCMOSセンサ(2;3)を製造する方法(1)であって、
a)シリコンウェハ(24)を準備するステップと、
b)シリコンウェハ(24)の表面の一部にゲルマニウム注入を行うステップと、
c)注入されたゲルマニウムの種の熱拡散を生じさせるようにアニーリングを行い、それによってシリコンウェハ(24)の表面に露出した第1シリコン‐ゲルマニウム領域(27)にシリコン‐ゲルマニウム合金格子を形成するステップと、
d)ステップb)及びc)を1回又は複数回行うステップと、
e)シリコンウェハ(24)の表面から下方に延びる前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域(27)の部分に、近赤外線及び可視光放射の両方に感応する第1光検出器活性領域(28)を形成するステップと、を含み、
前記第1光検出器活性領域(28)は、前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域(27)の前記部分の下方に延びるシリコンウェハ(24)の部分に更に形成されることを、特徴とする方法。 - 前記ステップe)は、前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域(27)の外側の前記シリコンウェハの前記表面の部分に第2光検出器活性領域を更に形成することを含み、前記第2光検出器活性領域は可視光放射のみに感応する、請求項1に記載の方法。
- ・前記シリコンウェハ(24)は、
‐シリコン基板(25)と、
‐前記シリコン基板上に生成され、前記シリコンウェハ(24)の表面に露出されたエピタキシャルシリコン層(26)と、を有し、
・前記ゲルマニウム注入は、前記エピタキシャルシリコン層(26)の部分において実行され、前記エピタキシャルシリコン層の部分は、前記シリコンウェハ(24)の前記表面上に露出され、
・前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域(27)は、前記エピタキシャルシリコン層(26)の前記ゲルマニウム注入部分に形成され、
前記第1光検出器活性領域(28)は、
・前記シリコンウェハ(24)の表面から下方に延びる前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域の部分と、
・更に前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域の前記部分の下方に延びるエピタキシャルシリコン層(26)の部分と、に形成される、請求項1又は2に記載の方法。 - ステップe)は、前記シリコンウェハ(24)の前記表面に、誘電体層(31)、金属層及び/又は線(32)、ポリライン(33)、接点(34)、及びビア(35)を含む多層構造(30)を形成することを、更に含む、請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。
- 前記製造されるCMOSイメージセンサは、表面CMOSイメージセンサ(2)であり、前記多層構造(30)は、カラーフィルタと、マイクロレンズを更に含む、請求項4に記載の方法。
- 前記製造されるCMOSイメージセンサは、裏面CMOSイメージセンサ(3)であり、前記多層構造(30)は、カラーフィルタと、マイクロレンズを更に含み、
f)前記シリコンウェハ(24)を上下反転させ、前記多層構造(30)にキャリアウェハ(36)を取り付け、前記シリコンウェハ(24)を所定の厚さにして裏面を露出させるために、前記シリコンウェハを薄くするステップと、
g)前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域(27)の上方に延びる、前記シリコンウェハ(24)の前記露出した裏面の部分にゲルマニウム注入を更に行うステップと、
h)前記シリコンウェハの前記裏面に露出した第2シリコン‐ゲルマニウム領域(37)にシリコン‐ゲルマニウム合金格子を形成するために、注入されたゲルマニウムの種の活性化を引き起こすためアニーリングを更に行うステップと、
を更に含む請求項4に記載の方法。 - 前記第2シリコン‐ゲルマニウム領域(37)は、前記シリコンウェハ(24)の裏面から、
・前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域(27)まで延びて、前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域と共に単一のシリコン‐ゲルマニウム領域を形成すること、又は
・前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域(27)に達することなく、前記第1光検出器活性領域(28)にまで伸びること、
を特徴とする請求項6に記載の方法。 - ・前記シリコンウェハ(24)は、
‐シリコン基板(25)と、
‐前記シリコン基板(25)上に生成され、前記シリコンウェハ(24)の前記表面に露出したエピタキシャルシリコン層と、を有し、
・前記ゲルマニウム注入は、前記シリコンウェハ(24)の前記表面に露出した前記エピタキシャルシリコン層(26)の第1の部分で行われ、
・前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域(27)は、前記エピタキシャルシリコン層(26)の前記第1の部分に形成され、
・前記シリコンウェハ(24)は、前記シリコンウェハ(24)の裏面に前記エピタキシャルシリコン層(26)を露出するように、前記シリコン基板(25)を除去して薄くされ、
・前記ゲルマニウム注入は、前記シリコンウェハ(24)の前記裏面に露出され、前記第1シリコン‐ゲルマニウム領域(27)の上方に延びる、前記エピタキシャルシリコン層(26)の第2の部分に、更に行われ、
・前記第2シリコン‐ゲルマニウム領域(37)は、前記エピタキシャルシリコン層(26)の前記第2の部分に形成される、
請求項6又は7に記載の方法。 - ステップh)は、熱アニーリング、レーザーアニーリング、又はマイクロ波アニーリングを行うことを含む請求項6〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法(1)によって製造される、赤外線検出のためのCMOSセンサ。
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