JP6362478B2 - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents
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Description
以下に、図1〜図17を用いて、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。また、図16〜図24を用いて、本実施の形態の半導体装置について説明する。本実施の形態の半導体装置は、固体撮像素子に係るものであり、特に、一つの画素内に複数のフォトダイオードを有する固体撮像素子に係る。当該固体撮像素子は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサであって、像面位相差式の焦点検出方法により、自動合焦を行うために必要な情報を出力する機能を有するものである。
本実施の形態は、前記実施の形成1に比べ、フォトダイオードの一部であって、ゲートパターンを用いて自己整合的に形成する部分さらに増やすものである。本実施の形態の半導体装置の平面図を図25に示し、図25のA−A線およびB−B線における断面図を図26に示す。図25および図26では、図16および図17と同様に画素領域1Aおよび検査パターン領域1Bを示している。図25は完成した画素PEを示すものであるが、図を分かりやすくするため、配線M1以外の配線およびビアの図示を省略している。
本実施の形態は、前記実施の形成1においてフォトダイオード間に形成したゲートパターンを、フォトダイオードの形成後に除去するものである。本実施の形態の半導体装置の製造工程中の平面図を図27および図28に示し、図28のA−A線およびB−B線における断面図を図29に示す、図27〜図29では、図16および図17と同様に画素領域1Aおよび検査パターン領域1Bを示している。
本実施の形態は、前記実施の形成2において形成した3本のゲートパターンのそれぞれの近傍の半導体基板内に、画素分離のためのイオン注入を、ゲート層を基準として行うものである。本実施の形態の半導体装置の製造工程中の平面図を図30に、断面図を図31に示す。図30および図31では、図16および図17と同様に画素領域1Aおよび検査パターン領域1Bを示している。
以下に、本実施の形態の第1変形例について説明する。本変形例は、図30および図31を用いて説明した実施の形態と、前記実施の形態2と、前記実施の形態3とを組み合わせたものである。つまり、3つのゲートパターンをマスクとして自己整合的にフォトダイオードを形成した後、受光部の3つのゲートパターンを除去し、その後、ゲート層を基準としてP−分離注入を行うものである。
以下に、本実施の形態の第2変形例について説明する。本変形例は、受光部にゲートパターンを形成することなく、受光部のほぼ全体にN−型半導体領域を形成した後、当該N−型半導体領域を分離し、フォトダイオードを規定するP+分離注入を行うものである。
本実施の形態は、画素内の2つのフォトダイオード同士の間を素子分離領域により分離し、かつ、素子分離領域により形成された重ね合わせマークを用いて、マイクロレンズの形成位置を検査・決定するものである。
(a)上面に第1領域および第2領域を有する基板を準備する工程、
(b)前記第1領域の前記基板の上面に第1導電型のウェル領域を形成する工程、
(c)前記第1領域の前記基板の上面に、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第1半導体領域を形成する工程、
(d)前記第2領域の前記基板上にゲート層を形成する工程、
(e)前記(c)工程後、前記第1領域の前記基板の上面に、前記ゲート層を基準として形成位置を決定した第1導電型の第2半導体領域、第3半導体領域および第4半導体領域を所定の方向に並べて形成することで、
前記第2半導体領域および前記第3半導体領域により規定された前記第1半導体領域を含む第1フォトダイオードと、
前記第3半導体領域および前記第4半導体領域により規定された前記第1半導体領域を含む第2フォトダイオードとをそれぞれ形成する工程、
(f)前記(e)工程後、前記基板上に配線層を形成する工程、
(g)前記配線層上に、前記ゲート層を基準として形成位置を決定した前記レンズを形成する工程、
を有し、
前記第1半導体領域の形成深さは、前記第2〜第4半導体領域のそれぞれの形成深さより浅い、半導体装置の製造方法。
上面に第1領域および第2領域を有する基板と、
前記第1領域の前記基板上に形成された第1素子分離領域と、
前記第1素子分離領域を挟むように、前記第1素子分離領域と接して前記基板の上面に形成された前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードと、
前記第2領域の前記基板上に形成された素子分離パターンと、
前記第1素子分離領域上および前記素子分離パターン上に形成された配線層と、
前記第1領域の前記配線層上に形成された前記レンズと、
前記第2領域の前記配線層上に形成され、平面視において前記素子分離パターンの周囲に形成された検査パターンと、
を有し、
前記素子分離パターンは、前記第1素子分離領域と同層の第2素子分離領域により規定され、
前記レンズと前記検査パターンとは同層の膜である、半導体装置。
1B 検査パターン領域
AR 活性領域
CP コンタクトプラグ
EI 素子分離領域
FD 浮遊拡散容量部
G1、G2 ゲート電極
G3、G4 ゲートパターン
GM、MLP 検査パターン
M1〜M3 配線
ML マイクロレンズ
N1、N2 N−型半導体領域
PD1、PD2 フォトダイオード
PE 画素
TX1、TX2 転送トランジスタ
V2、V3 ビア
WL ウェル領域
Claims (15)
- 第1フォトダイオード、第2フォトダイオードおよびレンズを含む画素を備えた固体撮像素子を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)上面に第1領域および第2領域を有する基板を準備する工程、
(b)前記第1領域の前記基板の上面に第1導電型のウェル領域を形成する工程、
(c)前記第1領域の前記基板上に第1ゲート層を形成し、
前記第2領域の前記基板上に第2ゲート層を形成する工程、
(d)前記第1領域の前記基板の上面に、前記第1ゲート層をマスクとして用いて不純物を打ち込むことで、前記第1ゲート層の横の前記基板の上面に、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第1半導体領域を含む前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードをそれぞれ形成する工程、
(e)前記(d)工程後、前記基板上に配線層を形成する工程、
(f)前記配線層上に、前記第2ゲート層を基準として形成位置を決定した前記レンズを形成する工程、
を有し、
前記(d)工程では、前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードを、平面視において前記第1ゲート層を挟むように配置する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程では、前記第1領域に、前記第2ゲート層、一対の第3ゲート層、および、一対の前記第3ゲート層の相互間に位置する前記第1ゲート層を形成し、
前記(d)工程では、前記第1ゲート層および一対の前記第3ゲート層をマスクとして用いて、
一対の前記第3ゲート層のうちの一方と前記第1ゲート層との間に前記第1フォトダイオードを形成し、
一対の前記第3ゲート層のうちの他方と前記第1ゲート層との間に前記第2フォトダイオードを形成する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
(d1)前記(d)工程後、前記第1ゲート層を除去する工程をさらに有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
(c1)前記(d)工程前に、一対の前記第3ゲート層のそれぞれの直下の領域を含む前記第1領域の前記基板の上面に対し、不純物を打ち込むことで、前記基板の上面に、前記第1ゲート層の直下の領域を挟むように、前記第1導電型の一対の第2半導体領域を形成する工程をさらに有し、
前記(d)工程では、一対の前記第2半導体領域の相互間に前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードを形成し、
前記(c1)工程では、前記第2ゲート層を基準として一対の前記第2半導体領域の形成位置を決定し、
前記第2半導体領域の形成深さは、前記第1半導体領域の形成深さより深く、
前記第2半導体領域の底面は、前記第3ゲート層の直下において、前記基板の上面側へ凹んでいる、半導体装置の製造方法。 - 請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
(d2)前記(d)工程後、前記第1ゲート層を除去する工程、
(d3)前記(d2)工程後、前記基板の上面に対して不純物を打ち込むことで、前記基板の上面に、前記第1導電型の一対の第2半導体領域を形成する工程、
をさらに有し、
一対の前記第2半導体領域は、前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードが並ぶ方向において、前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードを挟むように形成され、
前記(d3)工程では、前記第2ゲート層を基準として一対の前記第2半導体領域の形成位置を決定し、
前記第2半導体領域の形成深さは、前記第1半導体領域の形成深さより深い、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記固体撮像素子は、複数の前記画素が並べて設けられた画素アレイ部を有し、
前記第2ゲート層は、前記画素アレイ部の外側に複数配置されている、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2ゲート層の直上には、配線が形成されていない、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記固体撮像素子は、像面位相差式の焦点検出方法により自動合焦を行う、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程では、平面視において前記第1ゲート層と隣接する部分以外の前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードのパターンの形成位置を、前記第2ゲート層を基準として決定する、半導体装置の製造方法。 - 第1フォトダイオード、第2フォトダイオードおよびレンズを含む画素を備えた固体撮像素子を有する半導体装置であって、
上面に第1領域および第2領域を有する基板と、
前記第1領域の前記基板の上面に形成された、第1導電型のウェル領域と、
前記第1領域の前記基板上に形成された第1ゲート層と、
前記第1ゲート層を挟むように、前記第1ゲート層と隣接して前記基板の上面に形成された前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードと、
前記第2領域の前記基板上に形成された第2ゲート層と、
前記第1ゲート層上および前記第2ゲート層上に形成された配線層と、
前記第1領域の前記配線層上に形成された前記レンズと、
前記第2領域の前記配線層上に形成され、平面視において前記第2ゲート層の周囲に形成された検査パターンと、
を有し、
前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードのそれぞれは、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第1半導体領域を有し、
前記第1ゲート層および前記第2ゲート層は同層の膜であり、
前記レンズと前記検査パターンとは同層の膜である、半導体装置。 - 請求項10記載の半導体装置において、
前記第1フォトダイオード、前記第1ゲート層および前記第2フォトダイオードが並ぶ方向において、前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードを挟むように前記第1領域に形成された一対の第3ゲート層をさらに有し、
一対の前記第3ゲート層のうち、一方は前記第1フォトダイオードに隣接し、もう一方は前記第2フォトダイオードに隣接している、半導体装置。 - 請求項11記載の半導体装置において、
一対の前記第3ゲート層のそれぞれの直下の前記基板の上面に形成された前記第1導電型の第2半導体領域をさらに有し、
前記第2半導体領域の形成深さは、前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードのそれぞれを構成する、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第1半導体領域の形成深さより深く、
前記第2半導体領域の底面は、前記第3ゲート層の直下において、前記基板の上面側へ凹んでいる、半導体装置。 - 請求項10記載の半導体装置において、
前記固体撮像素子は、複数の前記画素が並べて設けられた画素アレイ部を有し、
前記第2ゲート層は、前記画素アレイ部の外側に複数配置されている、半導体装置。 - 請求項10記載の半導体装置において、
前記第2ゲート層の直上には、配線が形成されていない、半導体装置。 - 請求項10記載の半導体装置において、
前記固体撮像素子は、像面位相差式の焦点検出方法により自動合焦を行う、半導体装置。
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