JP2022010457A - 半導体装置及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】短チャネル効果を抑制可能な半導体装置及び撮像装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、半導体基板と、半導体基板に設けられたトランジスタと、を備える。トランジスタは、主面と、主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、半導体領域においてゲート絶縁膜及びゲート電極で覆われたチャネル領域と、チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有する。主面の法線方向からの平面視で、半導体領域は、 第1方向に延設された第1部位と、第1部位から第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有する。チャネル領域は、主面に存在する第1チャネル領域と、第1側面に存在し、半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する。
【選択図】図4
【解決手段】半導体装置は、半導体基板と、半導体基板に設けられたトランジスタと、を備える。トランジスタは、主面と、主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、半導体領域においてゲート絶縁膜及びゲート電極で覆われたチャネル領域と、チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有する。主面の法線方向からの平面視で、半導体領域は、 第1方向に延設された第1部位と、第1部位から第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有する。チャネル領域は、主面に存在する第1チャネル領域と、第1側面に存在し、半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する。
【選択図】図4
Description
本開示は、半導体装置及び撮像装置に関する。
撮像素子のうち、CMOSイメージセンサ(CIS)には画素信号を増幅、読み出しするための画素トランジスタ(増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ)が搭載されている。通常、画素トランジスタのチャネル領域の両端にはSTI(Shallow Trench Isolation)と呼ばれる絶縁体が埋め込まれた領域が存在し、STIがチャネル領域の幅を規定している。画素の微細化に伴い、画素トランジスタの面積効率を向上させるため、フォトダイオードから増幅トランジスタへ画素信号を転送する転送トランジスタの平面視によるチャネル形状をL字状に曲げた構造が提案されている(例えば、特許文献1のFIG.2参照)。
チャネルの平面視による形状がL字状の場合、チャネルにおける電流経路の長さはL字の内角側と外角側とで互いに異なる。L字の内角側は、L字の外角側よりも電流経路の長さが短くなるため、短チャネル効果によりトランジスタ特性が悪化する(例えば、オフ状態でのリーク電流が増大する)可能性がある。
本開示はこのような事情に鑑みてなされたもので、短チャネル効果を抑制可能な半導体装置及び撮像装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板に設けられたトランジスタと、を備える。前記トランジスタは、主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有する。前記主面の法線方向からの平面視で、前記半導体領域は、 第1方向に延設された第1部位と、前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有する。前記チャネル領域は、前記主面に存在する第1チャネル領域と、前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する。
このような構成であれば、半導体領域の平面視による形状は直線状ではなく、例えばL字形状となる。これにより、トランジスタは面積効率を向上させることができ、微細化が容易となる。また、トランジスタは、半導体領域の主面及び第1側面の少なくとも2方向からゲート電圧を印加してドレイン電流を流すことができる。これにより、トランジスタは、ゲートの制御性を向上させることができ、短チャネル効果の一つであるサブスレッショルド特性の劣化を抑制することができる。
本発明の一態様に係る撮像装置は、光電変換を行う画素と、前記画素から出力された電荷のレベルに応じた電圧の信号を増幅する増幅トランジスタと、を備える。前記増幅トランジスタは、主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有する。前記主面の法線方向からの平面視で、前記半導体領域は、第1方向に延設された第1部位と、前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有する。前記チャネル領域は、前記主面に存在する第1チャネル領域と、前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する。
このような構成であれば、撮像装置は、増幅トランジスタにおける短チャネル効果を抑制することができる。
本発明の別の態様に係る撮像装置は、光電変換を行う画素と、前記画素で光電変換により生成された電荷を読み出す読出回路と、を備える。前記画素は、光電変換により生成された電荷を一時的に保存するフローティングディフュージョンを有する。前記読出回路は、前記フローティングディフュージョンから出力された電荷のレベルに応じて電圧の信号を増幅する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタで増幅された信号を前記読出回路から出力するタイミングを制御する選択トランジスタと、前記フローティングディフュージョンの電位を予め設定された電位にリセットするリセットトランジスタと、を有する。前記増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタの少なくとも1つのトランジスタは、主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有する。前記主面の法線方向からの平面視で、前記半導体領域は、第1方向に延設された第1部位と、前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有する。前記チャネル領域は、前記主面に存在する第1チャネル領域と、前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する。
このような構成であれば、撮像装置は、増幅トランジスタ、選択トランジスタ及びリセットトランジスタの少なくとも1つのトランジスタについて、短チャネル効果を抑制することができる。
以下において、図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を90°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、180°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。
以下の説明では、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、X軸方向及びY軸方向は、半導体領域52の主面52aに平行な方向である。のX軸方向及びY軸方向を水平方向ともいう。Z軸方向は、半導体領域52の主面52aの法線方向である。X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、互いに直交する。
<実施形態1>
(撮像装置の構成例)
図1は、本開示の実施形態1に係る撮像装置1の構成例を示すブロック図である。図1に示すように、撮像装置1は、複数の画素12、垂直駆動回路13、カラム信号処理回路14、水平駆動回路15、出力回路16、および制御回路17を備える。
(撮像装置の構成例)
図1は、本開示の実施形態1に係る撮像装置1の構成例を示すブロック図である。図1に示すように、撮像装置1は、複数の画素12、垂直駆動回路13、カラム信号処理回路14、水平駆動回路15、出力回路16、および制御回路17を備える。
画素12は、図示しない光学系により集光される光を受光する受光領域である。複数の画素21は、行列状に配置されている。複数の画素21は、水平信号線22を介して行ごとに垂直駆動回路13に接続されるとともに、垂直信号線23を介して列ごとにカラム信号処理回路14に接続される。複数の画素21は、それぞれ受光する光の光量に応じたレベルの画素信号をそれぞれ出力する。それらの画素信号から、被写体の画像が構築される。
垂直駆動回路13は、複数の画素21の行ごとに順次、それぞれの画素21を駆動(転送や、選択、リセットなど)するための駆動信号を、水平信号線22を介して画素21に供給する。カラム信号処理回路14は、複数の画素21から垂直信号線23を介して出力される画素信号に対してCDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)処理を施すことにより、画素信号のAD変換を行うとともにリセットノイズを除去する。
水平駆動回路15は、複数の画素21の列ごとに順次、カラム信号処理回路14から画素信号をデータ出力信号線24に出力させるための駆動信号を、カラム信号処理回路14に供給する。出力回路16は、水平駆動回路15の駆動信号に従ったタイミングでカラム信号処理回路14からデータ出力信号線24を介して供給される画素信号を増幅し、後段の信号処理回路に出力する。制御回路17は、撮像装置1の内部の各ブロックの駆動を制御する。例えば、制御回路17は、各ブロックの駆動周期に従ったクロック信号を生成して、それぞれのブロックに供給する。
画素21は、フォトダイオード31、転送トランジスタ32、フローティングディフュージョン33、増幅トランジスタ34、選択トランジスタ35、およびリセットトランジスタ36を備える。転送トランジスタ32、フローティングディフュージョン33、増幅トランジスタ34、選択トランジスタ35、およびリセットトランジスタ36は、フォトダイオード31で光電変換により生成された電荷(画素信号)の読み出しを行う読出回路30を構成している。
フォトダイオード31は、入射した光を光電変換により電荷に変換して蓄積する光電変換部であり、アノード端子が接地されているとともに、カソード端子が転送トランジスタ32に接続されている。転送トランジスタ32は、垂直駆動回路13から供給される転送信号TRGに従って駆動し、転送トランジスタ32がオンになると、フォトダイオード31に蓄積されている電荷がフローティングディフュージョン33に転送される。フローティングディフュージョン33は、増幅トランジスタ34のゲート電極に接続された所定の蓄積容量を有する浮遊拡散領域であり、フォトダイオード31から転送される電荷を一時的に蓄積する。
増幅トランジスタ34は、フローティングディフュージョン33に蓄積されている電荷のレベル(即ち、フローティングディフュージョン33の電位)に応じて画素信号を増幅し、増幅した画素信号を選択トランジスタ35を介して垂直信号線23に出力する。つまり、フローティングディフュージョン33が増幅トランジスタ34のゲート電極に接続される構成により、フローティングディフュージョン33および増幅トランジスタ34は、フォトダイオード31において発生した電荷を増幅し、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部として機能する。
選択トランジスタ35は、増幅トランジスタ34で増幅された画素信号を読出回路30から出力するタイミングを制御する。例えば、選択トランジスタ35は、垂直駆動回路13から供給される選択信号SELに従って駆動し、選択トランジスタ35がオンになると、増幅トランジスタ34から出力される画素信号が垂直信号線23に出力可能な状態となる。リセットトランジスタ36は、フローティングディフュージョン33の電位を予め設定された電位(例えば、電源電位)にリセットする。例えば、垂直駆動回路13から供給されるリセット信号RSTに従って駆動し、リセットトランジスタ36がオンになると、フローティングディフュージョン33に蓄積されている電荷がドレイン電源Vddに排出されて、フローティングディフュージョン33がリセットされる。
読出回路30は、1枚の半導体基板に形成されていてもよいし、2枚以上の半導体基板が厚さ方向に積層された積層基板に形成されていてもよい。例えば、積層基板が、第1半導体基板と、第1半導体基板上に積層された第2半導体基板とを有する場合、読出回路30の一部は第1半導体基板に形成され、読出回路30の他の一部は第2半導体基板に形成されていてもよい。一例を挙げると、フォトダイオード31、転送トランジスタ32及びフローティングディフュージョン33が第1半導体基板に形成され、増幅トランジスタ34、選択トランジスタ35及びリセットトランジスタ36が第2半導体基板に形成されていてもよい。
図1に示す増幅トランジスタ34は、例えば、以下で説明するMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ50、50Aから50Hのいずれか1つで構成されている。MOSトランジスタ50、50Aから50Hの各々は、本開示の「トランジスタ」の一例である。
(トランジスタの構成例)
図2及び図3は、本開示の実施形態1に係るMOSトランジスタ50の構成例を示す平面図である。なお、図3では、図2に示すゲート電極57を、X軸方向及びY軸方向(すなわち、水平方向)に平行なX-Y平面で切断して示している。図4は、本開示の実施形態1に係るMOSトランジスタ50の構成例を示す断面図である。図4は、図1をX1-X´1線で切断した断面を示している。図5は、本開示の実施形態1に係るMOSトランジスタ50において、チャネル領域CHが形成されるL字型の半導体領域52と、ドレイン領域58及びソース領域59を示す平面図である。
図2及び図3は、本開示の実施形態1に係るMOSトランジスタ50の構成例を示す平面図である。なお、図3では、図2に示すゲート電極57を、X軸方向及びY軸方向(すなわち、水平方向)に平行なX-Y平面で切断して示している。図4は、本開示の実施形態1に係るMOSトランジスタ50の構成例を示す断面図である。図4は、図1をX1-X´1線で切断した断面を示している。図5は、本開示の実施形態1に係るMOSトランジスタ50において、チャネル領域CHが形成されるL字型の半導体領域52と、ドレイン領域58及びソース領域59を示す平面図である。
図2から図5に示すように、MOSトランジスタ50は、半導体基板51の一方の面(例えば、表面)側に設けられている。半導体基板51は、例えば単結晶のシリコンで構成されている。MOSトランジスタ50は、半導体基板51の表面側に設けられたSTI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離膜53によって、他の素子から電気的に分離されている。素子分離膜53は絶縁膜であり、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)で構成されている。素子分離膜53の厚さ(すなわち、STIの深さ)は、例えば200nm以上300nm以下である。
MOSトランジスタ50は、第1導電型(例えば、N型)のMOSトランジスタである。MOSトランジスタ50は、チャネル領域CHが形成される第1導電型と異なる第2導電型(例えば、P型)の半導体領域52と、ゲート絶縁膜55と、ゲート電極57と、半導体基板51に設けられたN型のドレイン領域58と、半導体基板51に設けられたN型のソース領域59と、を有する。チャネル領域CHは、半導体領域52においてゲート絶縁膜55及びゲート電極57で覆われている。N型のドレイン領域58とN型のソース領域59は、チャネル領域CHに隣接している。
半導体領域52は、半導体基板51の一部であり、単結晶のシリコンで構成されている。または、半導体領域52は、エピタキシャル成長法によって、半導体基板51上に形成された単結晶のシリコン層であってもよい。半導体領域52は、半導体基板51の表面側の一部をエッチングすることにより島状に形成された部位である。
図4に示すように、半導体領域52をZ軸方向に平行な面で切断した断面の形状は、矩形である。また、図5に示すように、半導体領域52の主面52aの法線方向(例えば、図5の紙面に垂直な方向)からの平面視で、半導体領域52はL字形状を有する。すなわち、半導体領域52の主面52aの法線方向からの平面視で、半導体領域52は、第1方向に延設された第1部位521と、第1部位521の一端から第2方向に延設された第2部位522と、を有する。第2方向は、第1方向と交差する方向である。例えば、第1方向はX軸方向であり、第2方向はX軸方向と直交するY軸方向である。
図4に示すように、半導体領域52は、主面52aと、主面52aと交差する第1側面52bと、主面52aを挟んで第1側面52bの反対側に位置する第2側面52c、とを有する。図5に示すように、第1側面52bは、第1部位521と第2部位522とが成す第1角部CR1の内角IA側に位置する。第2側面52cは、第1角部CR1の外角EA側に位置する。
チャネル領域CHは、主面52aに存在する第1チャネル領域CH1と、第1側面52bに存在する第2チャネル領域CH2と、第2側面52cに存在する第2チャネル領域CH2と、を有する。第2チャネル領域CH2は、第1チャネル領域CH1のチャネル幅方向における一端の側(例えば、第1角部CR1の内角側)から半導体領域52の深さ方向(図4では、Z軸の矢印の反対方向)に延びている。第3チャネル領域CH3は、第1チャネル領域CH1のチャネル幅方向における他端の側(例えば、第1角部CR1の外角側)から半導体領域52の深さ方向に延びている。
これにより、ゲート電極57は、半導体領域52の主面52aと、第1側面52b、第2側面52cとにゲート電圧を同時に印加することができる。つまり、ゲート電極57は、半導体領域52に対して、上側と左右両側の計3方向からゲート電圧を同時に印加することができる。これにより、MOSトランジスタ50においてゲートの制御性が向上し、短チャネル効果を抑制することができる。
ゲート絶縁膜55は、半導体領域52の主面52aと第1側面52bと第2側面52cとを連続して覆うように設けられている。ゲート絶縁膜55は、例えばSiO2又はその窒化物である酸窒化シリコン(SiON)で構成されている。また、ゲート絶縁膜55は、酸化ハフニウム(HfO2)又はその窒化物である酸窒化ハフニウム(HfON)で構成されていてもよい。
ゲート絶縁膜55は、半導体領域52の主面52aに設けられた第1膜部551と、半導体領域52の第1側面52bに設けられた第2膜部552と、半導体領域52の第2側面52cに設けられた第3膜部553と、を有する。
MOSトランジスタ50において、ゲート絶縁膜55の第2膜部552と第3膜部553は、半導体領域52の主面52aから深さ方向(例えば、Z軸方向)への長さが互いに同じ大きさである。この長さは、掘り込みの深さと呼んでもよい。第2膜部552の主面52aからZ軸方向への長さ(掘り込みの深さ)をd1とし、第3膜部553の主面52aからZ軸方向への長さ(掘り込みの深さ)をd2とすると、d1=d2となっている。例えば、長さd1、d2はそれぞれ、0.01μm以上0.1μm以下であることが望ましい。
ゲート電極57は、ゲート絶縁膜55を介して、半導体領域52の主面52aと第1側面52bと第2側面52cとを連続して覆うように設けられている。ゲート電極57は、例えばポリシリコン(Poly-Si)膜で構成されている。また、ゲート電極57は、金属又は金属窒化物で構成されていてもよい。
MOSトランジスタ50は、半導体領域52の両側にトレンチH2(後述の図6参照)が形成され、このトレンチ内にゲート電極57の一部が配置される形状から、掘り込みゲート構造のMOSトランジスタと呼んでもよい。
(製造方法)
次に、本開示の実施形態1に係るMOSトランジスタ50の製造方法の一例を説明する。MOSトランジスタ50は、成膜装置(CVD(Chemical Vapor Deposition)装置、熱酸化炉、スパッタ装置、レジスト塗布装置を含む)、露光装置、イオン注入装置、アニール装置、エッチング装置、CMP(Chemical Mechanical Polishing)装置など、各種の装置を用いて製造される。以下、これらの装置を、製造装置と総称する。
次に、本開示の実施形態1に係るMOSトランジスタ50の製造方法の一例を説明する。MOSトランジスタ50は、成膜装置(CVD(Chemical Vapor Deposition)装置、熱酸化炉、スパッタ装置、レジスト塗布装置を含む)、露光装置、イオン注入装置、アニール装置、エッチング装置、CMP(Chemical Mechanical Polishing)装置など、各種の装置を用いて製造される。以下、これらの装置を、製造装置と総称する。
図6は、本開示の実施形態1に係るMOSトランジスタ50の製造方法を工程順に示す断面図である。製造装置は、半導体基板51の表面側を部分的にエッチングして、トレンチH1を形成する(ステップST1)。トレンチH1を掘り込み領域と呼んでもよい。トレンチH1(掘り込み領域)が形成されることによって、主面52aと第1側面52b及び第2側面52cとを有する半導体領域52が画定される。例えば、半導体領域52の主面52aの法線方向からの平面視で、トレンチH1は半導体領域52を囲むように形成される。
次に、製造装置は、CVD法を用いて、半導体基板51上に絶縁膜53´を堆積する(ステップST2)。絶縁膜53´は、例えばSiO2膜である。次に、製造装置は、絶縁膜53´をエッチングして、絶縁膜53´を底面とするトレンチH2を形成する(ステップST3)。この工程をリセスと呼んでもよい。リセスはドライエッチングで行ってもよいし、ウェットエッチングで行ってもよいし、それらを組み合あせて行ってもよい。リセスにより、半導体領域52の主面52aと、第1側面52bの上部と、第2側面52cの上部とが絶縁膜53´からそれぞれ露出するとともに、絶縁膜53´から素子分離膜53が形成される。
次に、製造装置は、半導体領域52を熱酸化する。これにより、素子分離膜53から露出している半導体領域52の主面52aと、第1側面52bの上部と、第2側面52cの上部とにゲート絶縁膜55が連続して形成される(ステップST4)。
次に、製造装置は、CVD法を用いて、半導体基板51の上方に電極材(例えば、ポリシリコン膜)を形成して、トレンチH2を埋め込む。次に、製造装置は、フォトリソグラフィ及びエッチング技術を用いて、電極材をパターニングする。これにより、製造装置は電極材からゲート電極57を形成する(ステップST5)。
その後、製造装置は、ゲート電極57をマスクに用いて半導体基板51にN型不純物をイオン注入する。例えば、製造装置は、半導体領域52においてゲート電極57から露出している領域にN型不純物をイオン注入する。次に、製造装置は、半導体基板51にアニール処理を施して、イオン注入されたN型不純物を活性化する。これにより、N型のドレイン領域58及びソース領域59が形成される。以上の工程を経て、MOSトランジスタ50が完成する。
(実施形態1の効果)
以上説明したように、本開示の実施形態1に係る半導体装置は、半導体基板51と、半導体基板51に設けられたMOSトランジスタ50と、を備える。MOSトランジスタ50は、半導体領域52と、半導体領域52上に設けられたゲート絶縁膜55と、ゲート絶縁膜55上に設けられたゲート電極57と、半導体領域52においてゲート絶縁膜55及びゲート電極57で覆われたチャネル領域CHと、を有する。半導体領域52は、主面52aと、主面52aと交差する(例えば、直交する)第1側面52bとを有する。主面52aの法線方向からの平面視で、半導体領域52は、第1方向(例えば、X軸方向)に延設された第1部位521と、第1部位521から第2方向(例えば、Y軸方向)に延設された第2部位522と、を有する。チャネル領域CHは、主面52aに存在する第1チャネル領域CH1と、第1側面52bに存在し、半導体領域52の深さ方向に延びた第2チャネル領域CH2と、を有する。
以上説明したように、本開示の実施形態1に係る半導体装置は、半導体基板51と、半導体基板51に設けられたMOSトランジスタ50と、を備える。MOSトランジスタ50は、半導体領域52と、半導体領域52上に設けられたゲート絶縁膜55と、ゲート絶縁膜55上に設けられたゲート電極57と、半導体領域52においてゲート絶縁膜55及びゲート電極57で覆われたチャネル領域CHと、を有する。半導体領域52は、主面52aと、主面52aと交差する(例えば、直交する)第1側面52bとを有する。主面52aの法線方向からの平面視で、半導体領域52は、第1方向(例えば、X軸方向)に延設された第1部位521と、第1部位521から第2方向(例えば、Y軸方向)に延設された第2部位522と、を有する。チャネル領域CHは、主面52aに存在する第1チャネル領域CH1と、第1側面52bに存在し、半導体領域52の深さ方向に延びた第2チャネル領域CH2と、を有する。
これにより、半導体領域52の平面視による形状は直線状でなく、例えばL字形状となる。これにより、MOSトランジスタ50は、面積効率を向上させることができ、微細化が容易となる。また、MOSトランジスタ50は、半導体領域52の主面52a及び第1側面52bの少なくとも2方向からゲート電圧を印加してドレイン電流を流すことができる。これにより、MOSトランジスタ50は、ゲートの制御性を向上させることができ、短チャネル効果の一つであるサブスレッショルド特性の劣化を抑制することができる。
また、半導体領域52は、主面52aを挟んで第1側面52bの反対側に位置する第2側面52c、をさらに有する。チャネル領域CHは、第2側面52cに存在し半導体領域52の深さ方向(例えば、Z軸方向)に延びた第3チャネル領域CH3、をさらに有する。第1側面52bは、第1部位521と第2部位522とが成す第1角部CR1の内角側に位置する。第2側面52cは、第1角部CR1の外角側に位置する。
このような構成であれば、MOSトランジスタ50は、半導体領域52の主面52a、第1側面52b及び第2側面52cの3方向からゲート電圧を印加してドレイン電流を流すことができる。これにより、MOSトランジスタ50は、ゲートの制御性をさらに向上させることができ、サブスレッショルド特性の劣化をさらに抑制することができる。
また、本開示の実施形態1に係る撮像装置1は、光電変換を行う画素12と、画素12から出力された電荷のレベルに応じた電圧の信号を増幅する増幅トランジスタ34と、を備える。増幅トランジスタ34として、例えば、上記のMOSトランジスタ50が用いられる。これにより、撮像装置1は、増幅トランジスタ34における短チャネル効果を抑制することができる。
<実施形態2>
図7は、本開示の実施形態2に係るMOSトランジスタ50Aの構成例を示す断面図である。図7に示すように、MOSトランジスタ50Aにおいて、ゲート絶縁膜55は、半導体領域52の主面52aに設けられた第1膜部551と、半導体領域52の第1側面52bに設けられた第2膜部552と、半導体領域52の第2側面52cに設けられた第3膜部553と、を有する。第2膜部552は、第1膜部551よりも膜厚が大きい。また、第2膜部552は、第3膜部553よりも膜厚が大きい。例えば、第2膜部552は、第1膜部551よりも0.5nm以上厚い。また、第2膜部552は、第3膜部553よりも0.5nm以上厚い。第1膜部551と第3膜部553は互いに同じ厚さであってもよい。
図7は、本開示の実施形態2に係るMOSトランジスタ50Aの構成例を示す断面図である。図7に示すように、MOSトランジスタ50Aにおいて、ゲート絶縁膜55は、半導体領域52の主面52aに設けられた第1膜部551と、半導体領域52の第1側面52bに設けられた第2膜部552と、半導体領域52の第2側面52cに設けられた第3膜部553と、を有する。第2膜部552は、第1膜部551よりも膜厚が大きい。また、第2膜部552は、第3膜部553よりも膜厚が大きい。例えば、第2膜部552は、第1膜部551よりも0.5nm以上厚い。また、第2膜部552は、第3膜部553よりも0.5nm以上厚い。第1膜部551と第3膜部553は互いに同じ厚さであってもよい。
このような構成であっても、MOSトランジスタ50Aは、半導体領域52の主面52a、第1側面52b及び第2側面52cの3方向からゲート電圧を印加してドレイン電流を流すことができる。これにより、MOSトランジスタ50Aは、実施形態1のMOSトランジスタ50と同様に、ゲートの制御性を向上させることができ、サブスレッショルド特性の劣化を抑制することができる。
また、第2膜部552は、第1膜部551及び第3膜部553の各々よりも厚く、第1膜部551及び第3膜部553の各々よりも0.5nm以上厚いことが望ましい。図5に示すように、ドレイン領域58とソース領域59との間の電流経路について、第1角部CR1の内角IA側の電流経路CP1は、外角EA側(すなわち、第2側面52cの側)の電流経路CP2よりも短い。しかし、上記のように、ゲート絶縁膜55の第2膜部552を厚くすることによって、内角IA側の閾値電圧Vthを外角EA側の閾値電圧Vthよりも高くすることができる。これにより、MOSトランジスタ50Aは、電流経路が短い内角IA側にドレイン電流が集中したり、内角IA側でリーク電流が増大したりすることを抑制することができ、短チャネル効果をさらに抑制することができる。
(変形例)
図8は、本開示の実施形態2の変形例に係るMOSトランジスタ50Bの構成を示す断面図である。図8に示すように、MOSトランジスタ50Bにおいて、ゲート絶縁膜55は、半導体領域52の主面52aに設けられた第4膜部554及び第5膜部555、を有する。第4膜部554は第1側面52bに近い側に位置し、第5膜部555は第2側面52cに近い側に位置する。第4膜部554は、第5膜部555よりも膜厚が大きい。
図8は、本開示の実施形態2の変形例に係るMOSトランジスタ50Bの構成を示す断面図である。図8に示すように、MOSトランジスタ50Bにおいて、ゲート絶縁膜55は、半導体領域52の主面52aに設けられた第4膜部554及び第5膜部555、を有する。第4膜部554は第1側面52bに近い側に位置し、第5膜部555は第2側面52cに近い側に位置する。第4膜部554は、第5膜部555よりも膜厚が大きい。
また、半導体領域52の第1側面52bに設けられたゲート絶縁膜55の第2膜部552は、主面52aに設けられた第4膜部554と膜厚が同じであってもよいし、第4膜部554よりも膜厚が大きくてもよい。半導体領域52の第2側面52cに設けられたゲート絶縁膜55の第3膜部553は、主面52aに設けられた第5膜部555と膜厚が同じであってもよいし、第5膜部555よりも膜厚が小さくてもよい。第2膜部552、第3膜部553、第4膜部554及び第5膜部555の各膜厚の大小関係は、第2膜部552≧第4膜部554>第5膜部555≧第3膜部553、となっている。
このような構成であっても、MOSトランジスタ50Bは、内角IA側の閾値電圧Vthを外角EA側の閾値電圧Vthよりも高くすることができる。これにより、MOSトランジスタ50Bは、電流経路が短い内角IA側(すなわち、第1側面52bの側)にドレイン電流が集中したり、内角IA側でリーク電流が増大したりすることを抑制することができ、短チャネル効果をさらに抑制することができる。
<実施形態3>
図9は、本開示の実施形態3に係るMOSトランジスタ50Cの構成例を示す断面図である。図9に示すように、MOSトランジスタ50Cにおいて、ゲート絶縁膜55の第3膜部553は、ゲート絶縁膜55の第2膜部552よりも、半導体領域52の主面52aから深さ方向(例えば、Z軸方向)への長さが長い。第2膜部552の主面52aからZ軸方向への長さ(掘り込みの深さ)をd1とし、第3膜部553の主面52aからZ軸方向への長さ(掘り込みの深さ)をd2とすると、d1<d2となっている。例えば、d2は、d1よりも10nm以上長いことが望ましい。
図9は、本開示の実施形態3に係るMOSトランジスタ50Cの構成例を示す断面図である。図9に示すように、MOSトランジスタ50Cにおいて、ゲート絶縁膜55の第3膜部553は、ゲート絶縁膜55の第2膜部552よりも、半導体領域52の主面52aから深さ方向(例えば、Z軸方向)への長さが長い。第2膜部552の主面52aからZ軸方向への長さ(掘り込みの深さ)をd1とし、第3膜部553の主面52aからZ軸方向への長さ(掘り込みの深さ)をd2とすると、d1<d2となっている。例えば、d2は、d1よりも10nm以上長いことが望ましい。
このような構成であれば、図5に示した内角IA側(すなわち、第1側面52bの側)の電流経路CP1よりも、外角EA側(すなわち、第2側面52cの側)の電流経路CP2の方が、半導体領域52の深さ方向(例えば、Z軸方向)へ広くなる。例えば、内角IA側の電流経路CP1に対して、外角EA側の電流経路CP2は、Z軸方向へ10nm以上広くなる。これにより、MOSトランジスタ50Cは、電流経路が短い内角IA側にドレイン電流が集中したり、内角IA側でリーク電流が増大したりすることを抑制することができ、短チャネル効果をさらに抑制することができる。
<実施形態4>
図10は、本開示の実施形態4に係るMOSトランジスタ50Dの構成例を示す断面図である。図10に示すように、MOSトランジスタ50Dは、半導体領域52において第1側面52bの側に設けられたP型の第1不純物拡散層525(本開示の「不純物拡散層」の一例)を有する。第1不純物拡散層525は、半導体領域52において第2側面52cの側に位置する領域よりもP型の不純物濃度が高い。例えば、第1不純物拡散層525のP型の不純物濃度(アクセプタ濃度)は、1×1017cm-3以上であることが望ましい。また、第1不純物拡散層525のP型の不純物濃度は、半導体領域52において第2側面52cの側に位置する領域のP型の不純物濃度の2倍以上高い値であることが望ましい。
図10は、本開示の実施形態4に係るMOSトランジスタ50Dの構成例を示す断面図である。図10に示すように、MOSトランジスタ50Dは、半導体領域52において第1側面52bの側に設けられたP型の第1不純物拡散層525(本開示の「不純物拡散層」の一例)を有する。第1不純物拡散層525は、半導体領域52において第2側面52cの側に位置する領域よりもP型の不純物濃度が高い。例えば、第1不純物拡散層525のP型の不純物濃度(アクセプタ濃度)は、1×1017cm-3以上であることが望ましい。また、第1不純物拡散層525のP型の不純物濃度は、半導体領域52において第2側面52cの側に位置する領域のP型の不純物濃度の2倍以上高い値であることが望ましい。
このような構成であれば、MOSトランジスタ50Dは、図5に示した内角IA側(すなわち、第1側面52bの側)の閾値電圧Vthを外角EA側(すなわち、第2側面52cの側)の閾値電圧Vthよりも高くすることができる。これにより、MOSトランジスタ50Dは、電流経路が短い内角IA側にドレイン電流が集中したり、内角IA側でリーク電流が増大したりすることを抑制することができ、短チャネル効果をさらに抑制することができる。
<実施形態5>
図11は、本開示の実施形態5に係るMOSトランジスタ50Eの構成例を示す平面図である。図12は、本開示の実施形態5に係るMOSトランジスタ50Eの構成例を示す断面図である。図11では、半導体領域52の主面52aを示すために、ゲート絶縁膜55の図示を省略するとともに、ゲート電極57を破線で簡略に示している。また、図12は、図11をX11-X´11線で切断した断面に対応している。
図11は、本開示の実施形態5に係るMOSトランジスタ50Eの構成例を示す平面図である。図12は、本開示の実施形態5に係るMOSトランジスタ50Eの構成例を示す断面図である。図11では、半導体領域52の主面52aを示すために、ゲート絶縁膜55の図示を省略するとともに、ゲート電極57を破線で簡略に示している。また、図12は、図11をX11-X´11線で切断した断面に対応している。
図11及び図12に示すように、MOSトランジスタ50Eは、半導体領域52の主面52aに設けられ、チャネル長方向(すなわち、ドレイン電流が流れる方向)に延設された1本のトレンチH3(本開示の「トレンチ」の一例)を有する。トレンチH3を、凹部と呼んでもよい。トレンチH3の底面及び側面はゲート絶縁膜55とゲート電極57とで覆われている。トレンチH3はゲート絶縁膜55を介してゲート電極57で埋め込まれている。
このような構成であれば、半導体領域52において、第1側面52bとトレンチH3との間に位置する部位526は、上側と左右両側の計3方向からゲート電圧が同時に印加される。同様に、半導体領域52において、第2側面52cとトレンチH3との間に位置する部位527も、上側と左右両側の計3方向からゲート電圧が同時に印加される。これにより、これにより、MOSトランジスタ50Eは、ゲートの制御性をさらに向上させることができ、サブスレッショルド特性の劣化をさらに抑制することができる。
(変形例)
図13は、本開示の実施形態5の変形例に係るMOSトランジスタ50Fの構成を示す平面図である。図13に示すように、MOSトランジスタ50Fは、半導体領域52の主面52aに設けられ、チャネル長方向に延設されたトレンチH3を複数本(例えば、2本)有する。このような構成であれば、半導体領域52において、上側と左右両側の計3方向からゲート電圧が同時に印加される部位の数が増えるので、MOSトランジスタ50Fはゲートの制御性をさらに向上させることができる。
図13は、本開示の実施形態5の変形例に係るMOSトランジスタ50Fの構成を示す平面図である。図13に示すように、MOSトランジスタ50Fは、半導体領域52の主面52aに設けられ、チャネル長方向に延設されたトレンチH3を複数本(例えば、2本)有する。このような構成であれば、半導体領域52において、上側と左右両側の計3方向からゲート電圧が同時に印加される部位の数が増えるので、MOSトランジスタ50Fはゲートの制御性をさらに向上させることができる。
<実施形態6>
図14は、本開示の実施形態6に係るMOSトランジスタ50Gの構成例を示す平面図である。図14では、半導体領域52の平面視による形状を示すために、ゲート絶縁膜55の図示を省略するとともに、ゲート電極57を破線で簡略に示している。
図14は、本開示の実施形態6に係るMOSトランジスタ50Gの構成例を示す平面図である。図14では、半導体領域52の平面視による形状を示すために、ゲート絶縁膜55の図示を省略するとともに、ゲート電極57を破線で簡略に示している。
図14に示すように、MOSトランジスタ50Gにおいて、半導体領域52は、その主面52aの法線方向(例えば、Z軸方向)からの平面視でU字形状を有する。すなわち、半導体領域52の主面52aの法線方向(例えば、図14の紙面に垂直な方向)からの平面視で、半導体領域52は、第1方向に延設された第1部位521と、第1部位521の一端から第2方向に延設された第2部位522と、第1部位521の他端から第2方向に延設され、第1方向で第2部位522と向かい合う第3部位523と、を有する。例えば、第1方向はX軸方向であり、第2方向はX軸方向と直交するY軸方向である。
図14に示すように、第1側面52bは、U字形状の内側に位置する。U字形状の内側とは、第1部位521と第2部位522とが成す第1角部CR1の内角側であり、第1部位521と第3部位523とが成す第2角部CR2の内角側でもある。第2側面52cは、U字形状の外側に位置する。U字形状の外側とは、第1角部CR1の外角側であり、第2角部CR2の外角側でもある。
このような構成であっても、MOSトランジスタ50Gは、半導体領域52の主面52a、第1側面52b及び第2側面52cの3方向からゲート電圧を印加してドレイン電流を流すことができる。これにより、MOSトランジスタ50Gは、実施形態1のMOSトランジスタ50と同様に、ゲートの制御性を向上させることができ、サブスレッショルド特性の劣化を抑制することができる。
<実施形態7>
図15は、本開示の実施形態7に係るMOSトランジスタ50Hの構成例を示す断面図である。図15に示すように、MOSトランジスタ50Hは、半導体領域52において第1側面52bの側と第2側面52cの側に設けられたP型の第2不純物拡散層528を有する。第2不純物拡散層528は、STI構造の素子分離膜153と接触している。素子分離膜153は、SiO2膜等の単層の絶縁膜で構成されていてもよいし、後述の製造方法で説明するように、SiO2膜とシリコン窒化膜(SiN膜)とが2層以上積層された積層膜で構成されていてもよい。第2不純物拡散層528は、半導体領域52においてゲート絶縁膜55と接触している領域よりも、P型の不純物濃度(アクセプタ濃度)が高い。
図15は、本開示の実施形態7に係るMOSトランジスタ50Hの構成例を示す断面図である。図15に示すように、MOSトランジスタ50Hは、半導体領域52において第1側面52bの側と第2側面52cの側に設けられたP型の第2不純物拡散層528を有する。第2不純物拡散層528は、STI構造の素子分離膜153と接触している。素子分離膜153は、SiO2膜等の単層の絶縁膜で構成されていてもよいし、後述の製造方法で説明するように、SiO2膜とシリコン窒化膜(SiN膜)とが2層以上積層された積層膜で構成されていてもよい。第2不純物拡散層528は、半導体領域52においてゲート絶縁膜55と接触している領域よりも、P型の不純物濃度(アクセプタ濃度)が高い。
次に、本開示の実施形態7に係るMOSトランジスタ50Hの製造方法の一例を説明する。図16及び図17は、本開示の実施形態7に係るMOSトランジスタ50Hの製造方法を工程順に示す断面図である。図16はステップST11からステップST14までを示し、図17はステップST15からステップST18までを示す。製造装置は、半導体基板51の表面側を部分的にエッチングして、トレンチH1を形成する(ステップST11)。ステップST11は、図6に示したステップST1と同一の工程である。トレンチH1が形成されることによって、主面52aと第1側面52b及び第2側面52cとを有する半導体領域52が画定される。
次に、製造装置は、CVD法を用いて、半導体基板51上にSiO2膜61と、シリコン窒化膜(SiN膜)63と、絶縁膜53´とを順次堆積する(ステップST12)。絶縁膜53´は、例えばSiO2膜である。SiO2膜61は、ホウ素(B)等のP型不純物(アクセプタ)を高濃度に含む。例えば、SiO2膜61は、絶縁膜53´よりもP型不純物を高濃度に含む。
次に、製造装置は、絶縁膜53´と、SiN膜63と、SiO2膜61とを順次エッチングして、これら積層膜を底面とするトレンチH2を形成する(ステップST13)。この工程をリセスと呼んでもよい。リセスはドライエッチングで行ってもよいし、ウェットエッチングで行ってもよいし、それらを組み合あせて行ってもよい。リセスにより、半導体領域52の主面52aと、第1側面52bの上部と、第2側面52cの上部とが上記の積層膜からそれぞれ露出するとともに、これらの積層膜から素子分離膜153が形成される。この例では、素子分離膜153は、絶縁膜53´と、SiN膜63と、SiO2膜61とを含む積層膜で構成されている。
次に、製造装置は、CVD法を用いて、半導体基板51上に絶縁膜65を堆積して、半導体領域52の主面52aを覆う(ステップST14)。絶縁膜65は、例えばSiO2膜である。次に、製造装置は、絶縁膜65が形成された基板全体にアニール処理を施す。これにより、ステップST15の矢印で示すように、ホウ素(B)等のP型不純物を高濃度に含むSiO2膜61から、SiO2膜61と接する半導体基板51及び半導体領域52にP型不純物が熱拡散し、半導体基板51及び半導体領域52に第2不純物拡散層528が形成される(ステップST16)。この工程では、SiO2膜61と絶縁膜53´との間にSiN膜63が存在するため、SiO2膜61から絶縁膜53´へのP型不純物の熱拡散は抑制される。
次に、製造装置は、絶縁膜65をエッチングして除去する。この工程をリセスと呼んでもよい。リセスはドライエッチングで行ってもよいし、ウェットエッチングで行ってもよいし、それらを組み合あせて行ってもよい。リセスにより、半導体領域52の主面52aと、第1側面52bの上部と、第2側面52cの上部とが露出する。
これ以降の工程は、図6を参照しながら説明したMOSトランジスタ50の製造方法と同様である。製造装置は、半導体領域52を熱酸化する。これにより、半導体領域52の主面52aと、第1側面52bの上部と、第2側面52cの上部とにゲート絶縁膜55が連続して形成される(ステップST17)。
次に、製造装置は、CVD法を用いて、半導体基板51の上方に電極材(例えば、ポリシリコン膜)を形成して、トレンチH2を埋め込む。次に、製造装置は、フォトリソグラフィ及びエッチング技術を用いて、電極材をパターニングする。これにより、製造装置は電極材からゲート電極57を形成する(ステップST18)。その後、製造装置は、N型のドレイン領域とソース領域とを形成する。以上の工程を経て、MOSトランジスタ50Hが完成する。
実施形態7に係るMOSトランジスタ50Hは、半導体領域52の主面52a、第1側面52b及び第2側面52cの3方向からゲート電圧を印加してドレイン電流を流すことができる。これにより、MOSトランジスタ50Hは、実施形態1のMOSトランジスタ50と同様に、ゲートの制御性を向上させることができ、サブスレッショルド特性の劣化を抑制することができる。
また、MOSトランジスタ50Hでは、半導体領域52の第1側面52bの下部と第2側面52cの下部とが、素子分離膜153とそれぞれ接触している。第1側面52bと素子分離膜153との接触界面におけるP型の不純物濃度は、第1側面52bとゲート絶縁膜55との接触界面におけるP型の不純物濃度よりも高い。第2側面52cと素子分離膜153との接触界面におけるPの不純物濃度は、第2側面52cとゲート絶縁膜55との接触界面におけるPの不純物濃度よりも高い。
第2不純物拡散層528と素子分離膜153との接触界面では、電荷によりノイズが発生しうる。しかし、MOSトランジスタ50Hでは、半導体領域52において素子分離膜153と接触する部分にはP型の第2不純物拡散層528が形成されており、第2不純物拡散層528と素子分離膜153との接触界面はP型の不純物濃度が高くなっている。この接触界面ではP型の不純物(アクセプタ)によって電荷がトラップされるため、MOSトランジスタ50Hはノイズの発生を抑制することができる。なお、第2不純物拡散層528を、アクセプタドープ領域と呼んでもよい。
<その他の実施形態>
上記のように、本開示は実施形態及び変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、実施形態2から実施形態7の各構成を任意に2つ以上組み合わせて、本開示の実施形態の構成としてもよい。また、上記の実施形態では、増幅トランジスタ34がMOSトランジスタ50、50Aから50Hのいずれか1つで構成されていることを説明したが、増幅トランジスタ34以外の他の画素トランジスタ(選択トランジスタ、リセットトランジスタ)も、MOSトランジスタ50、50Aから50Hのいずれか1つで構成されていてもてよい。このように、本技術はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態及び変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも1つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
上記のように、本開示は実施形態及び変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、実施形態2から実施形態7の各構成を任意に2つ以上組み合わせて、本開示の実施形態の構成としてもよい。また、上記の実施形態では、増幅トランジスタ34がMOSトランジスタ50、50Aから50Hのいずれか1つで構成されていることを説明したが、増幅トランジスタ34以外の他の画素トランジスタ(選択トランジスタ、リセットトランジスタ)も、MOSトランジスタ50、50Aから50Hのいずれか1つで構成されていてもてよい。このように、本技術はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態及び変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも1つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
(1)
半導体基板と、
前記半導体基板に設けられたトランジスタと、を備え、
前記トランジスタは、
主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、
前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有し、
前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
第1方向に延設された第1部位と、
前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有し、
前記チャネル領域は、
前記主面に存在する第1チャネル領域と、
前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する半導体装置。
(2)
前記半導体領域は、
前記主面を挟んで前記第1側面の反対側に位置する第2側面、をさらに有し、
前記チャネル領域は、
前記第2側面に存在し前記半導体領域の深さ方向に延びた第3チャネル領域、をさらに有し、
前記第1側面は、前記第1部位と前記第2部位とが成す第1角部の内角側に位置し、
前記第2側面は、前記第1角部の外角側に位置する、前記(1)に記載の半導体装置。
(3)
前記ゲート絶縁膜は、
前記主面を覆う第1膜部と、
前記第1側面を覆う第2膜部と、
前記第2側面を覆う第3膜部と、を有し、
前記第2膜部は前記第3膜部よりも膜厚が大きい、前記(2)に記載の半導体装置。
(4)
前記ゲート絶縁膜は、
前記主面を覆う第1膜部と、
前記第1側面を覆う第2膜部と、
前記第2側面を覆う第3膜部と、を有し、
前記第3膜部は、前記第2膜部よりも、前記主面から前記深さ方向への長さが長い、前記(2)に記載の半導体装置。
(5)
前記トランジスタは、
前記半導体領域において前記第1側面の側に設けられた第2導電型の不純物拡散層、をさらに有し、
前記不純物拡散層は、前記半導体領域において前記第2側面の側に位置する領域よりも不純物濃度が高い、前記(3)又は(4)に記載の半導体装置。
(6)
前記半導体基板上に設けられ、前記第1側面及び前記第2側面とそれぞれ接する素子分離膜、をさらに備え、
前記第1側面と前記素子分離膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度は、前記第1側面と前記ゲート絶縁膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度よりも高く、
前記第2側面と前記素子分離膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度は、前記第2側面と前記ゲート絶縁膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度よりも高い、前記(3)から(5)のいずれか1項に記載の半導体装置。
(7)
前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
前記第1部位から前記第2方向に延設され、前記第1方向で前記第2部位と向かい合う第3部位、をさらに有し、
前記第1側面は、前記第1部位と前記第3部位とが成す第2角部の内角側に位置し、
前記第2側面は、前記第2角部の外角側に位置する、前記(2から6のいずれか1項に記載の半導体装置。
(8)
前記半導体領域は、
前記主面に設けられ、チャネル長方向に延設されたトレンチを有する、前記(1)から(7)のいずれか1項に記載の半導体装置。
(9)
光電変換を行う画素と、
前記画素から出力された電荷のレベルに応じた電圧の信号を増幅する増幅トランジスタと、を備え、
前記増幅トランジスタは、
主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、
前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有し、
前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
第1方向に延設された第1部位と、
前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有し、
前記チャネル領域は、
前記主面に存在する第1チャネル領域と、
前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する撮像装置。
(10)
光電変換を行う画素と、
前記画素で光電変換された信号を読み出す読出回路と、を備え、
前記画素は、
光電変換により生成された電荷を一時的に保存するフローティングディフュージョンを有し、
前記読出回路は、
前記フローティングディフュージョンから出力された電荷のレベルに応じた電圧の信号を増幅する増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタで増幅された信号を前記読出回路から出力するタイミングを制御する選択トランジスタと、
前記フローティングディフュージョンの電位を予め設定された電位にリセットするリセットトランジスタと、を有し、
前記増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタの少なくとも1つのトランジスタは、
主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、
前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有し、
前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
第1方向に延設された第1部位と、
前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有し、
前記チャネル領域は、
前記主面に存在する第1チャネル領域と、
前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する撮像装置。
(1)
半導体基板と、
前記半導体基板に設けられたトランジスタと、を備え、
前記トランジスタは、
主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、
前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有し、
前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
第1方向に延設された第1部位と、
前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有し、
前記チャネル領域は、
前記主面に存在する第1チャネル領域と、
前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する半導体装置。
(2)
前記半導体領域は、
前記主面を挟んで前記第1側面の反対側に位置する第2側面、をさらに有し、
前記チャネル領域は、
前記第2側面に存在し前記半導体領域の深さ方向に延びた第3チャネル領域、をさらに有し、
前記第1側面は、前記第1部位と前記第2部位とが成す第1角部の内角側に位置し、
前記第2側面は、前記第1角部の外角側に位置する、前記(1)に記載の半導体装置。
(3)
前記ゲート絶縁膜は、
前記主面を覆う第1膜部と、
前記第1側面を覆う第2膜部と、
前記第2側面を覆う第3膜部と、を有し、
前記第2膜部は前記第3膜部よりも膜厚が大きい、前記(2)に記載の半導体装置。
(4)
前記ゲート絶縁膜は、
前記主面を覆う第1膜部と、
前記第1側面を覆う第2膜部と、
前記第2側面を覆う第3膜部と、を有し、
前記第3膜部は、前記第2膜部よりも、前記主面から前記深さ方向への長さが長い、前記(2)に記載の半導体装置。
(5)
前記トランジスタは、
前記半導体領域において前記第1側面の側に設けられた第2導電型の不純物拡散層、をさらに有し、
前記不純物拡散層は、前記半導体領域において前記第2側面の側に位置する領域よりも不純物濃度が高い、前記(3)又は(4)に記載の半導体装置。
(6)
前記半導体基板上に設けられ、前記第1側面及び前記第2側面とそれぞれ接する素子分離膜、をさらに備え、
前記第1側面と前記素子分離膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度は、前記第1側面と前記ゲート絶縁膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度よりも高く、
前記第2側面と前記素子分離膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度は、前記第2側面と前記ゲート絶縁膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度よりも高い、前記(3)から(5)のいずれか1項に記載の半導体装置。
(7)
前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
前記第1部位から前記第2方向に延設され、前記第1方向で前記第2部位と向かい合う第3部位、をさらに有し、
前記第1側面は、前記第1部位と前記第3部位とが成す第2角部の内角側に位置し、
前記第2側面は、前記第2角部の外角側に位置する、前記(2から6のいずれか1項に記載の半導体装置。
(8)
前記半導体領域は、
前記主面に設けられ、チャネル長方向に延設されたトレンチを有する、前記(1)から(7)のいずれか1項に記載の半導体装置。
(9)
光電変換を行う画素と、
前記画素から出力された電荷のレベルに応じた電圧の信号を増幅する増幅トランジスタと、を備え、
前記増幅トランジスタは、
主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、
前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有し、
前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
第1方向に延設された第1部位と、
前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有し、
前記チャネル領域は、
前記主面に存在する第1チャネル領域と、
前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する撮像装置。
(10)
光電変換を行う画素と、
前記画素で光電変換された信号を読み出す読出回路と、を備え、
前記画素は、
光電変換により生成された電荷を一時的に保存するフローティングディフュージョンを有し、
前記読出回路は、
前記フローティングディフュージョンから出力された電荷のレベルに応じた電圧の信号を増幅する増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタで増幅された信号を前記読出回路から出力するタイミングを制御する選択トランジスタと、
前記フローティングディフュージョンの電位を予め設定された電位にリセットするリセットトランジスタと、を有し、
前記増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタの少なくとも1つのトランジスタは、
主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、
前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有し、
前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
第1方向に延設された第1部位と、
前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有し、
前記チャネル領域は、
前記主面に存在する第1チャネル領域と、
前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する撮像装置。
1 撮像装置
12 画素
13 垂直駆動回路
14 カラム信号処理回路
15 水平駆動回路
16 出力回路
17 制御回路
21 複数の画素
22 水平信号線
23 垂直信号線
24 データ出力信号線
30 読出回路
31 フォトダイオード
32 転送トランジスタ
33 フローティングディフュージョン
34 増幅トランジスタ
35 選択トランジスタ
36 リセットトランジスタ
50、50Aから50H MOSトランジスタ
51 半導体基板
52 半導体領域
52a 主面
52b 第1側面
52c 第2側面
53 素子分離膜
53´ 絶縁膜
55 ゲート絶縁膜
57 ゲート電極
58 ドレイン領域
59 ソース領域
61 SiO2膜
63 SiN膜
65 絶縁膜
153 素子分離膜
521 第1部位
522 第2部位
523 第3部位
525 第1不純物拡散層
526、527 部位
528 第2不純物拡散層
551 第1膜部
552 第2膜部
553 第3膜部
554 第4膜部
555 第5膜部
CH チャネル領域
CH1 第1チャネル領域
CH2 第2チャネル領域
CH3 第3チャネル領域
CP1、CP2 電流経路
CR1 第1角部
CR2 第2角部
EA 外角
H1、H2、H3 トレンチ
IA 内角
RST リセット信号
SEL 選択信号
TRG 転送信号
Vdd ドレイン電源
12 画素
13 垂直駆動回路
14 カラム信号処理回路
15 水平駆動回路
16 出力回路
17 制御回路
21 複数の画素
22 水平信号線
23 垂直信号線
24 データ出力信号線
30 読出回路
31 フォトダイオード
32 転送トランジスタ
33 フローティングディフュージョン
34 増幅トランジスタ
35 選択トランジスタ
36 リセットトランジスタ
50、50Aから50H MOSトランジスタ
51 半導体基板
52 半導体領域
52a 主面
52b 第1側面
52c 第2側面
53 素子分離膜
53´ 絶縁膜
55 ゲート絶縁膜
57 ゲート電極
58 ドレイン領域
59 ソース領域
61 SiO2膜
63 SiN膜
65 絶縁膜
153 素子分離膜
521 第1部位
522 第2部位
523 第3部位
525 第1不純物拡散層
526、527 部位
528 第2不純物拡散層
551 第1膜部
552 第2膜部
553 第3膜部
554 第4膜部
555 第5膜部
CH チャネル領域
CH1 第1チャネル領域
CH2 第2チャネル領域
CH3 第3チャネル領域
CP1、CP2 電流経路
CR1 第1角部
CR2 第2角部
EA 外角
H1、H2、H3 トレンチ
IA 内角
RST リセット信号
SEL 選択信号
TRG 転送信号
Vdd ドレイン電源
Claims (10)
- 半導体基板と、
前記半導体基板に設けられたトランジスタと、を備え、
前記トランジスタは、
主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、
前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有し、
前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
第1方向に延設された第1部位と、
前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有し、
前記チャネル領域は、
前記主面に存在する第1チャネル領域と、
前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する半導体装置。 - 前記半導体領域は、
前記主面を挟んで前記第1側面の反対側に位置する第2側面、をさらに有し、
前記チャネル領域は、
前記第2側面に存在し前記半導体領域の深さ方向に延びた第3チャネル領域、をさらに有し、
前記第1側面は、前記第1部位と前記第2部位とが成す第1角部の内角側に位置し、
前記第2側面は、前記第1角部の外角側に位置する、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記ゲート絶縁膜は、
前記主面を覆う第1膜部と、
前記第1側面を覆う第2膜部と、
前記第2側面を覆う第3膜部と、を有し、
前記第2膜部は前記第3膜部よりも膜厚が大きい、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記ゲート絶縁膜は、
前記主面を覆う第1膜部と、
前記第1側面を覆う第2膜部と、
前記第2側面を覆う第3膜部と、を有し、
前記第3膜部は、前記第2膜部よりも、前記主面から前記深さ方向への長さが長い、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記トランジスタは、
前記半導体領域において前記第1側面の側に設けられた第2導電型の不純物拡散層、をさらに有し、
前記不純物拡散層は、前記半導体領域において前記第2側面の側に位置する領域よりも不純物濃度が高い、請求項3に記載の半導体装置。 - 前記半導体基板上に設けられ、前記第1側面及び前記第2側面とそれぞれ接する素子分離膜、をさらに備え、
前記第1側面と前記素子分離膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度は、前記第1側面と前記ゲート絶縁膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度よりも高く、
前記第2側面と前記素子分離膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度は、前記第2側面と前記ゲート絶縁膜との接触界面における第2導電型の不純物濃度よりも高い、請求項3に記載の半導体装置。 - 前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
前記第1部位から前記第2方向に延設され、前記第1方向で前記第2部位と向かい合う第3部位、をさらに有し、
前記第1側面は、前記第1部位と前記第3部位とが成す第2角部の内角側に位置し、
前記第2側面は、前記第2角部の外角側に位置する、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記半導体領域は、
前記主面に設けられ、チャネル長方向に延設されたトレンチを有する、請求項1に記載の半導体装置。 - 光電変換を行う画素と、
前記画素から出力された電荷のレベルに応じた電圧の信号を増幅する増幅トランジスタと、を備え、
前記増幅トランジスタは、
主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、
前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有し、
前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
第1方向に延設された第1部位と、
前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有し、
前記チャネル領域は、
前記主面に存在する第1チャネル領域と、
前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する撮像装置。 - 光電変換を行う画素と、
前記画素で光電変換により生成された電荷を読み出す読出回路と、を備え、
前記画素は、
光電変換により生成された電荷を一時的に保存するフローティングディフュージョンを有し、
前記読出回路は、
前記フローティングディフュージョンから出力された電荷のレベルに応じて電圧の信号を増幅する増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタで増幅された信号を前記読出回路から出力するタイミングを制御する選択トランジスタと、
前記フローティングディフュージョンの電位を予め設定された電位にリセットするリセットトランジスタと、を有し、
前記増幅トランジスタ、前記選択トランジスタ及び前記リセットトランジスタの少なくとも1つのトランジスタは、
主面と、前記主面と交差する第1側面とを有する半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記半導体領域において前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極で覆われたチャネル領域と、
前記チャネル領域に隣接する第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、を有し、
前記主面の法線方向からの平面視で、
前記半導体領域は、
第1方向に延設された第1部位と、
前記第1部位から前記第1方向と交差する第2方向に延設された第2部位と、を有し、
前記チャネル領域は、
前記主面に存在する第1チャネル領域と、
前記第1側面に存在し、前記半導体領域の深さ方向に延びた第2チャネル領域と、を有する撮像装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020111074A JP2022010457A (ja) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 半導体装置及び撮像装置 |
PCT/JP2021/018582 WO2022004160A1 (ja) | 2020-06-29 | 2021-05-17 | 半導体装置及び撮像装置 |
US18/002,587 US20230246043A1 (en) | 2020-06-29 | 2021-05-17 | Semiconductor device and imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020111074A JP2022010457A (ja) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 半導体装置及び撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022010457A true JP2022010457A (ja) | 2022-01-17 |
Family
ID=79315937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020111074A Pending JP2022010457A (ja) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 半導体装置及び撮像装置 |
Country Status (3)
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---|---|
US (1) | US20230246043A1 (ja) |
JP (1) | JP2022010457A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220108477A (ko) * | 2021-01-27 | 2022-08-03 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 및 이를 포함하는 이미지 센서 |
WO2024075526A1 (ja) * | 2022-10-06 | 2024-04-11 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013033799A (ja) * | 2011-08-01 | 2013-02-14 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置 |
JP2013125934A (ja) * | 2011-12-16 | 2013-06-24 | Renesas Electronics Corp | トランジスタ及びその製造方法 |
JP2013197342A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Toshiba Corp | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
KR102301778B1 (ko) * | 2014-08-28 | 2021-09-13 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서, 및 상기 이미지 센서의 픽셀 |
-
2020
- 2020-06-29 JP JP2020111074A patent/JP2022010457A/ja active Pending
-
2021
- 2021-05-17 US US18/002,587 patent/US20230246043A1/en active Pending
- 2021-05-17 WO PCT/JP2021/018582 patent/WO2022004160A1/ja active Application Filing
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Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022004160A1 (ja) | 2022-01-06 |
US20230246043A1 (en) | 2023-08-03 |
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