JP5723135B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
Manufacturing method of semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5723135B2 JP5723135B2 JP2010237518A JP2010237518A JP5723135B2 JP 5723135 B2 JP5723135 B2 JP 5723135B2 JP 2010237518 A JP2010237518 A JP 2010237518A JP 2010237518 A JP2010237518 A JP 2010237518A JP 5723135 B2 JP5723135 B2 JP 5723135B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- electromagnetic shield
- receiving element
- light receiving
- dielectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 74
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 41
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 53
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 10
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 9
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
本発明は、受光素子及び受光素子の製造方法、半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a light receiving element, a method for manufacturing the light receiving element, and a semiconductor device.
この種の従来技術としては、例えば、特許文献1に開示されたものがあり、かかる文献には、PN接合を有する受光素子においての電磁シールドとして、3種類の構成が開示されている。具体的には、特許文献1に開示された第1の構成(以下、従来例1という。)は、受光素子の上方に金属メッシュを配置したものである。
また、特許文献1に開示された第2の構成(以下、従来例2という。)は、受光素子の表面に、この表面とは反対導電型の半導体層を全面的に配置したものである。例えば図9に示すように、受光素子の表面がN−領域103の場合は、このN−領域103上に電磁シールドとして、P+領域105を全面的に配置したものである。
As this type of prior art, for example, there is one disclosed in
The second configuration disclosed in Patent Document 1 (hereinafter referred to as Conventional Example 2) is a structure in which a semiconductor layer having a conductivity type opposite to the surface is disposed on the entire surface of the light receiving element. For example, as shown in FIG. 9, when the surface of the light receiving element is an N−
さらに、特許文献1に開示された第3の構成(以下、従来例3という。)は、受光素子の表面に、この表面とは反対導電型の半導体層を部分的に配置したものである。例えば図9に示すように、受光素子の表面がN−領域103の場合は、このN−領域103上に電磁シールドとして、格子状若しくはストライプ状にP−領域105を配置したものである。
Furthermore, a third configuration disclosed in Patent Document 1 (hereinafter referred to as Conventional Example 3) is a structure in which a semiconductor layer having a conductivity type opposite to the surface is partially disposed on the surface of the light receiving element. For example, as shown in FIG. 9, when the surface of the light receiving element is an N−
ところで、従来例1では、金属メッシュに光が当たると、その影が受光素子の表面に映る。そして、この影の分だけ、受光素子における受光量が減少してしまうという課題があった。また、従来例2では、P+領域105とN−領域103との接合容量(即ち、寄生容量)が大きいため、光電変換により出力される信号のS/N比が低下してしまうという課題があった。
By the way, in the prior art example 1, when light hits a metal mesh, the shadow is reflected on the surface of the light receiving element. Then, there is a problem that the amount of light received by the light receiving element is reduced by the amount of the shadow. Further, the conventional example 2 has a problem that the S / N ratio of a signal output by photoelectric conversion is lowered because the junction capacitance (that is, parasitic capacitance) between the P +
一方、従来例3では、従来例2と比べて、P+領域105とN−領域103との接合面積を小さくすることができ、接合容量を低減することができるため、S/N比の低下を抑制することができる。しかしながら、従来例3では、P+領域105が存在していない領域(即ち、平面視でN−領域103が露出している領域)にも電磁波が入射するため、この領域に入射した電磁波に対しては遮蔽効果を発揮することができないという課題があった。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、寄生容量を抑制しつつ、電磁波に対する遮蔽効果を十分に発揮できるようにした受光素子及び受光素子の製造方法、半導体装置の提供を目的とする。
On the other hand, in the conventional example 3, the junction area between the P +
Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and a light receiving element capable of sufficiently exhibiting a shielding effect against electromagnetic waves while suppressing parasitic capacitance, a method for manufacturing the light receiving element, and a semiconductor device For the purpose of provision.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る受光素子は、第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層に接合された第2導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層の前記第1半導体層と接合する第1の面の反対側にある第2の面上に形成された光透過性を有する誘電体と、前記誘電体上に形成された光透過性を有する電磁シールドと、を備え、前記電磁シールドは、半導体からなることを特徴とする。ここで、「第1導電型」はP型又はN型の一方であり、「第2導電型」はP型又はN型の他方である。また、誘電体上に形成される「半導体」としては、例えば、非晶質又は多結晶構造の半導体膜が挙げられる。 In order to solve the above problems, a light-receiving element according to one embodiment of the present invention includes a first conductive type first semiconductor layer, a second conductive type second semiconductor layer bonded to the first semiconductor layer, A light-transmitting dielectric formed on a second surface of the second semiconductor layer opposite to the first surface bonded to the first semiconductor layer, and light formed on the dielectric And an electromagnetic shield having transparency. The electromagnetic shield is made of a semiconductor. Here, the “first conductivity type” is one of P type and N type, and the “second conductivity type” is the other of P type and N type. Examples of the “semiconductor” formed on the dielectric include an amorphous or polycrystalline semiconductor film.
このような構成であれば、受光素子に入射してくる光は、電磁シールド及び誘電体を通って第2半導体層の第1の面(即ち、第1半導体層と第2半導体層との接合面)に到達する。このため、第2半導体層の第1の面では、受光量の低下を抑えつつ、電磁波の到達を抑えることができる。また、電磁シールドと第2半導体層との間には誘電体が介在するため、当該間の寄生容量(即ち、意図しない容量成分)を低減することができる。このため、光電変換により出力される信号のS/N比を向上させることができる。なお、「第1半導体層」としては、例えば、後述するP−領域(P型のシリコン基板)1が該当する。「第2半導体層」としては、例えば、後述するN−領域3が該当する。
With such a configuration, light incident on the light receiving element passes through the electromagnetic shield and the dielectric, and the first surface of the second semiconductor layer (that is, the junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer). Reach the surface). For this reason, arrival of electromagnetic waves can be suppressed on the first surface of the second semiconductor layer while suppressing a decrease in the amount of received light. In addition, since a dielectric is interposed between the electromagnetic shield and the second semiconductor layer, parasitic capacitance (that is, an unintended capacitance component) between the electromagnetic shield and the second semiconductor layer can be reduced. For this reason, the S / N ratio of the signal output by photoelectric conversion can be improved. The “first semiconductor layer” corresponds to, for example, a P− region (P-type silicon substrate) 1 described later. As the “second semiconductor layer”, for example, an N−
また、上記の受光素子において、前記誘電体及び前記電磁シールドによって、前記第2半導体層の前記第2の面は全て覆われていることを特徴としてもよい。このような構成であれば、電磁波の遮蔽効果をさらに高めることができる。
また、上記の受光素子において、前記第1半導体層及び前記第2半導体層が内部に形成されたシリコン基板、をさらに備え、前記誘電体は、前記シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜からなり、前記電磁シールドは、前記シリコン酸化膜上に形成されたポリシリコン膜からなることを特徴としてもよい。このような構成であれば、例えば、シリコン酸化膜はシリコン基板を熱酸化することにより形成することができる。ポリシリコン膜はCVD法で形成することができる。従って、例えば、MOSトランジスタやポリシリコン抵抗体を作製するプロセスにおいて、特別な工程を追加しなくても、誘電体や電磁シールドを形成することが可能である。工程の兼用が可能であるため、製造コストの低減が可能である。
In the light receiving element, the second surface of the second semiconductor layer may be entirely covered with the dielectric and the electromagnetic shield. With such a configuration, the electromagnetic wave shielding effect can be further enhanced.
The light receiving element further includes a silicon substrate in which the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed, and the dielectric includes a silicon oxide film formed on the silicon substrate. The electromagnetic shield may be made of a polysilicon film formed on the silicon oxide film. With such a configuration, for example, the silicon oxide film can be formed by thermally oxidizing a silicon substrate. The polysilicon film can be formed by a CVD method. Therefore, for example, in the process of manufacturing a MOS transistor or a polysilicon resistor, it is possible to form a dielectric or an electromagnetic shield without adding a special step. Since the process can be shared, the manufacturing cost can be reduced.
また、上記の受光素子において、前記電磁シールドが接地電位に接続されることを特徴としてもよい。このような構成であれば、電磁シールドにおいて、電磁波を受けて生じる電荷を受光素子の外へ容易に逃がすことができる。また、電磁シールドの電位を接地電位に固定することにより、誘電体の下方に配置された第2半導体層に対して意図しない電気的影響を及ぼさないようにすることができる。例えば、電磁シールドの電位が変動した場合には、第2空乏層の第2の面の側で空乏層が伸縮する等の影響が生じるが、本態様では、電磁シールドの電位が接地電位に固定されているため、上記のような電磁シールドの電位による空乏層の伸縮を防ぐことができる。 In the light receiving element, the electromagnetic shield may be connected to a ground potential. With such a configuration, in the electromagnetic shield, the charge generated by receiving the electromagnetic wave can be easily released out of the light receiving element. Further, by fixing the potential of the electromagnetic shield to the ground potential, it is possible to prevent an unintended electrical influence on the second semiconductor layer disposed below the dielectric. For example, when the potential of the electromagnetic shield fluctuates, the depletion layer expands and contracts on the second surface side of the second depletion layer. However, in this aspect, the potential of the electromagnetic shield is fixed to the ground potential. Therefore, expansion and contraction of the depletion layer due to the potential of the electromagnetic shield as described above can be prevented.
本発明の別の態様に係る受光素子の製造方法は、第1導電型の第1半導体層に接合された第2導電型の第2半導体層の、前記第1半導体層と接合する第1の面の反対側にある第2の面上に、光透過性を有する誘電体を形成する工程と、前記誘電体上に光透過性を有する電磁シールドを形成する工程と、を備え、前記電磁シールドを形成する工程では、当該電磁シールドとして半導体を形成することを特徴とする。このような方法であれば、寄生容量を抑制しつつ、電磁波に対する遮蔽効果を十分に発揮することができ、光電変換により出力される信号のS/N比を向上できるようにした受光素子を提供することができる。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a light receiving element, wherein a second conductive type second semiconductor layer bonded to a first conductive type first semiconductor layer is bonded to the first semiconductor layer. A step of forming a light-transmitting dielectric on a second surface opposite to the surface; and a step of forming a light-transmitting electromagnetic shield on the dielectric, the electromagnetic shield In the step of forming the semiconductor, a semiconductor is formed as the electromagnetic shield. With such a method, a light receiving element capable of sufficiently exhibiting a shielding effect against electromagnetic waves while suppressing parasitic capacitance and improving the S / N ratio of a signal output by photoelectric conversion is provided. can do.
また、上記の受光素子の製造方法において、前記第1半導体層及び前記第2半導体層はシリコン基板の内部に形成されており、前記誘電体を形成する工程では、当該誘電体としてシリコン酸化膜を前記シリコン基板を熱酸化することにより形成し、前記電磁シールドを形成する工程では、当該電磁シールドとしてポリシリコン膜をCVD法で形成することを特徴としてもよい。このような方法であれば、例えば、MOSトランジスタやポリシリコン抵抗体を作製するプロセスにおいて、工程を追加しなくても、誘電体や電磁シールドを形成することが可能である。工程の兼用が可能であるため、コストの低減が可能である。 In the light receiving element manufacturing method, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed in a silicon substrate, and in the step of forming the dielectric, a silicon oxide film is used as the dielectric. In the step of forming the electromagnetic shield by thermally oxidizing the silicon substrate, a polysilicon film may be formed as the electromagnetic shield by a CVD method. With such a method, for example, in the process of manufacturing a MOS transistor or a polysilicon resistor, it is possible to form a dielectric or an electromagnetic shield without adding a process. Since the process can be shared, the cost can be reduced.
本発明のさらに別の態様に係る半導体装置は、上記の受光素子と、前記受光素子と同一の基板に形成された能動素子又は受動素子と、を備えることを特徴とする。ここで、「能動素子」としては、例えば、MOSトランジスタやバイポーラトランジスタが挙げられる。「受動素子」としては、例えば、半導体からなる抵抗体や、半導体を下部電極又は上部電極とするキャパシタが挙げられる。このような構成であれば、上記の受光素子と同様、寄生容量を抑制しつつ、電磁波に対する遮蔽効果を十分に発揮することができる。従って、光電変換により出力される信号のS/N比を向上させたICや、LSIを実現することができる。 A semiconductor device according to still another aspect of the present invention includes the light receiving element described above and an active element or a passive element formed on the same substrate as the light receiving element. Here, examples of the “active element” include a MOS transistor and a bipolar transistor. Examples of the “passive element” include a resistor made of a semiconductor and a capacitor using the semiconductor as a lower electrode or an upper electrode. With such a configuration, a shielding effect against electromagnetic waves can be sufficiently exhibited while suppressing parasitic capacitance as in the above light receiving element. Therefore, it is possible to realize an IC or LSI in which the S / N ratio of a signal output by photoelectric conversion is improved.
本発明によれば、寄生容量を抑制しつつ、電磁波に対する遮蔽効果を十分に発揮することができる。これにより、光電変換により出力される信号のS/N比を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the shielding effect with respect to electromagnetic waves can fully be exhibited, suppressing parasitic capacitance. Thereby, the S / N ratio of the signal output by photoelectric conversion can be improved.
以下、本発明による実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合もある。
(1)第1実施形態
図1は、本発明の第1実施形態に係る受光素子10の構成例を模式的に示す概念図である。図1に示すように、この受光素子10は、例えば、P型半導体(以下、P−領域ともいう。)1と、P−領域上に形成されたN型半導体(以下、N−領域ともいう。)3と、N−領域3上に形成された光透過性を有する誘電体5と、誘電体5上に形成された光透過性を有する電磁シールド7と、を備える。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in each drawing described below, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.
(1) 1st Embodiment FIG. 1: is a conceptual diagram which shows typically the structural example of the
ここで、P−領域1及びN−領域3は直に接してフォトダイオード2を構成している。P−領域1は例えばP型の単結晶シリコン(Si)層からなり、N−領域3は例えばN型の単結晶シリコン層からなる。また、誘電体5は、N−領域3上(即ち、N−領域3のP−領域1と接している面(以下、PN接合面ともいう。)3aの反対側の面3b上)に形成されている。この誘電体5によって、N−領域3の一方の面3bは全て覆われており、フォトダイオード2と電磁シールド7との間は電気的に絶縁されている。誘電体5は、例えば、シリコン酸化(SiO2)膜からなる。
Here, the P−
電磁シールド7は、P−領域1とN−領域3とからなるフォトダイオード2のPN接合面3aに電磁波を到達させないようにするための膜であり、半導体からなる。一例を挙げると、電磁シールド7は、例えば、P型又はN型、或いはi型(即ち、不純物濃度が限りなくゼロに近い、真正)のポリシリコン膜からなる。この電磁シールド7によって、誘電体5上は全て覆われている。なお、この受光素子10において、P−領域1と電磁シールド7は例えば接地電位(GND)に接続されている。
The
図2は、受光素子10において電磁波を遮蔽するメカニズムを説明するための図である。また、図3(a)は図2に示した電磁シールド7の領域Aにおけるエネルギーバンドを示す図であり、図3(b)は図2に示したPN接合面3aの領域Bにおけるエネルギーバンドを示す図である。
図2に示すように、この受光素子10では、電磁シールド7の側から光が入射してくるが、この入射してくる光(以下、入射光ともいう。)には、受光したい波長の光(例えば、波長が650nm〜850nm程度の可視光)だけでなく、これよりも短波長の光(例えば、X線等の電磁波)が含まれている場合がある。
FIG. 2 is a diagram for explaining a mechanism for shielding electromagnetic waves in the
As shown in FIG. 2, in this
このような場合は、図3(a)に示すように、電磁シールド(ポリシリコン膜)7は、電磁波のエネルギーを受けて、その価電子帯から伝導体へ電子が励起される。これにより、電磁波はエネルギーを失うため、電磁波の電磁シールド7から先への伝播を抑えることができる。一方、可視光は電磁波よりも波長が短くエネルギーが小さいため、電磁シールド7における電子の励起にさほど寄与しない。このため、電磁波と比べて、可視光のエネルギーは温存される。また、電磁シールド7を構成しているポリシリコン膜中及び、誘電体5を構成しているシリコン酸化膜中では、波長が長い光ほどより遠くへ伝播し易い傾向がある。このため、電磁波が電磁シールド7で遮蔽されるのに対して、可視光は電磁シールド7と誘電体5とを通過してPN接合面3aに到達することができる。
In such a case, as shown in FIG. 3A, the electromagnetic shield (polysilicon film) 7 receives energy of electromagnetic waves and excites electrons from its valence band to the conductor. Thereby, since electromagnetic waves lose energy, propagation of electromagnetic waves forward from the
なお、図3(a)に示したように、伝導体に励起された電子の一部は、例えば発熱によりエネルギーを失って価電子帯に戻り、正孔と再結合する。また、電磁シールド7は接地電位に接続されているため、伝導体に励起された電子の一部は接地電位の側へ流れることもある。また、電磁シールド7の電位は接地電位に固定されているため、電磁シールド7において電子が多数励起された場合でも、誘電体5の下方に配置されたN−領域3に対して、意図しない電気的影響(例えば、N−領域3の一方の面3bとその近傍において、空乏層が伸縮する等の影響)を及ぼさないようにすることができる。
As shown in FIG. 3A, some of the electrons excited by the conductor lose energy, for example, due to heat generation, return to the valence band, and recombine with holes. Further, since the
図2に戻り、PN接合面3aに可視光が入射すると、図3(b)に示すように、可視光は空乏層内及び少数キャリアの拡散長内で電子−正孔対を発生させる。そして、これら電子−正孔対は、空乏層内の電界で分離し、電子はP−領域1からN−領域3へ移動し、ホールはN−領域3からP−領域1へ移動する。これにより、N−領域3からP−領域1へ(即ち、逆バイアスの方向へ)光電流Iが流れる。次に、受光素子10のより具体的な構成例について説明する。
Returning to FIG. 2, when visible light is incident on the
図4は、受光素子10の具体的な構成例を示す断面図である。図4に示すように、この受光素子10において、P−領域1は例えばP型のシリコン基板(Psub)からなり、N−領域3は例えばN型ウェル層(Nwell)からなる。また、誘電体5は例えばシリコン酸化膜からなり、電磁シールド7は例えばポリシリコン膜からなる。
また、この受光素子10は、誘電体5下から露出しているN−領域3の表面近傍に形成された高濃度のN型不純物層(N+層)9と、P−領域1の上方に形成された層間絶縁膜(図示せず)と、層間絶縁膜に設けられた開口部(図示せず)を埋め込むようにしてN+層9上に形成されたコンタクト電極11と、P−領域1の裏面側に形成された裏面電極13と、を備える。コンタクト電極11がフォトダイオード2のカソード電極であり、裏面電極13がフォトダイオード2のアノード電極である。PN接合面3aに例えば可視光が入射すると、裏面電極13から光電流Iを出力される。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a specific configuration example of the
The
ここで、誘電体5であるシリコン酸化膜は、例えば、熱酸化の一方法である、局所的酸化(LOCOS)法により形成することができる。また、電磁シールド7であるポリシリコン膜は、例えば化学気相成長(CVD)法により形成することができる。LOCOS法やCVD法は、MOSトランジスタやポリシリコン抵抗体を作製する際に使用される汎用プロセスである。特別なプロセスを用いることなく汎用プロセスを用いて、電磁シールド7を備えた受光素子10を形成することができるため、製造コストの上昇を抑えることができる。
Here, the silicon oxide film as the dielectric 5 can be formed by, for example, a local oxidation (LOCOS) method, which is one method of thermal oxidation. The polysilicon film that is the
以上説明したように、本発明の第1実施形態によれば、受光素子10に入射してくる光は、電磁シールド7及び誘電体5を通ってPN接合面3aに到達する。このため、PN接合面3aにおいて、受光量の低下を抑えつつ、電磁波の到達を抑えることができる。また、電磁シールド7とN−領域3との間には誘電体5が介在するため、当該間の寄生容量(即ち、意図しない容量成分)を低減することができる。このため、光電変換により出力される信号のS/N比を向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the light incident on the
(2)第2実施形態
ところで、本発明は、いわゆるディスクリート半導体(個別半導体)としての受光素子に限定されるものではない。本発明は、受光素子と能動素子とを混載したIC(集積回路)、LSI(大規模集積回路)にも適用可能である。第2実施形態では、このような半導体装置について説明する。
図5は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置50の構成例を示す断面図である。図5に示すように、この半導体装置50は、受光素子10と、能動素子の一例となるMOSトランジスタ20とを同一の基板に備えたものである。
(2) Second Embodiment By the way, the present invention is not limited to a light receiving element as a so-called discrete semiconductor (individual semiconductor). The present invention is also applicable to an IC (integrated circuit) and LSI (large scale integrated circuit) in which a light receiving element and an active element are mixedly mounted. In the second embodiment, such a semiconductor device will be described.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration example of the
これらの中で、受光素子10の構成は例えば図4に示した構成と同じである。なお、図5ではアノード電極の図示を省略しているが、図4の場合と同様、P−領域1の裏面側に裏面電極を設けてこれをアノード電極としても良い。或いは、図示しないが、P−領域1の表面近傍に高濃度のP型不純物を設け、このP型不純物層上にコンタクト電極を形成して、これをアノード電極としても良い。何れも場合も、光電変換により生じた光電流Iをアノード電極から出力することができる。
Among these, the configuration of the
一方、MOSトランジスタ20は、例えば、P−領域1上に形成されたゲート絶縁膜21と、ゲート絶縁膜21上に形成されたゲート電極23と、ゲート電極23の両側下のP−領域1に形成されたN+層25、26と、N+層25、26上にそれぞれ形成されたコンタクト電極27、28と、を有する。また、この半導体装置50は、受光素子10とMOSトランジスタ20との間を分離する素子分離膜29と、受光素子10及びMOSトランジスタ20を覆うように基板上に形成された層間絶縁膜(図示せず)と、を備える。N+層25がソースであり、N+層26がドレインである。また、コンタクト電極27がソース電極であり、コンタクト電極28がドレイン電極である。
On the other hand, the
このような構成であっても、第1実施形態で説明した受光素子10と同様、寄生容量を抑制しつつ、電磁波に対する遮蔽効果を十分に発揮することができる。これにより、光電変換により出力される信号のS/N比を向上させることができる。また、この半導体装置50では、受光素子10を作製するプロセスとMOSトランジスタ20を作製するプロセスとの間で、工程の兼用が可能である。次に、この点について具体的に説明する。
Even with such a configuration, it is possible to sufficiently exhibit a shielding effect against electromagnetic waves while suppressing parasitic capacitance, similarly to the
図6(a)〜(c)は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置50の製造方法を示す工程図である。図6(a)に示すように、まず始めに、受光素子10を形成する領域(以下、受光素子領域ともいう。)のP−領域(Psub)1に、N−領域(N型ウェル層)3を形成する。次に、図6(b)に示すように、例えばLOCOS法により、N−領域3に誘電体(シリコン酸化膜)5を形成すると同時に、受光素子領域とMOSトランジスタ20を形成する領域(以下、トランジスタ領域ともいう。)との境界に素子分離膜(シリコン酸化膜)29を形成する。次に、誘電体5下及び素子分離膜29下から露出しているP−領域1の表面を熱酸化して、ゲート絶縁膜21を形成する。
6A to 6C are process diagrams illustrating a method for manufacturing a
次に、ゲート絶縁膜21が形成された基板の上方全面に、CVD法によりノンドープのポリシリコン膜を形成し、これをパターニングする。これにより、図6(c)に示すように、受光素子領域の誘電体5上に電磁シールド7を形成すると同時に、トランジスタ領域のゲート絶縁膜21上にゲート電極23を形成する。
次に、この電磁シールド7及びゲート電極23をマスクにして、N−領域3に例えばヒ素等のN型不純物をイオン注入して、N+層9、25、26を形成する。このイオン注入によって、電磁シールド7及びゲート電極23の導電性はそれぞれN型となる。そして、電磁シールド7及びゲート電極23を覆うように、基板の上方全面に層間絶縁膜(図示せず)を形成し、この層間絶縁膜にコンタクトホール(図示せず)を形成する。続いて、このコンタクトホールに、例えばアルミニウム等の金属膜を埋め込んでコンタクト電極11、27、28(図5参照。)を形成する。このようにして、図5に示した半導体装置50を完成させる。
Next, a non-doped polysilicon film is formed by CVD on the entire upper surface of the substrate on which the
Next, using the
以上説明したように、本発明の第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、その作製に際しては、誘電体5と素子分離膜29とを同一プロセスで同時に形成することができる。また、電磁シールド7とゲート電極23とを同一プロセスで同時に形成することができる。工程の兼用が可能であるため、半導体装置の製造コストの低減が可能である。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, in the production thereof, the
(3)第3実施形態
また、本発明は、能動素子だけでなく、受動素子と受光素子とを混載したIC、LSIにも適用可能である。第3実施形態では、このような半導体装置について説明する。
図7は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置60の構成例を示す断面図である。図7に示すように、この半導体装置60は、受光素子10と、受動素子の一例となるポリシリコン抵抗体30とを同一の基板に備えたものである。
これらの中で、受光素子10の構成は例えば図4に示した構成と同じである。なお、図7ではアノード電極の図示を省略しているが、図4の場合と同様、P−領域1に裏面側に裏面電極を設けてこれをアノード電極としても良い。或いは、図示しないが、P−領域1の表面近傍に高濃度のP型不純物を設け、このP型不純物層上にコンタクト電極を形成して、これをアノード電極としても良い。何れも場合も、光電変換により生じた光電流Iをアノード電極から出力することができる。
(3) Third Embodiment The present invention can be applied not only to active elements but also to ICs and LSIs in which passive elements and light receiving elements are mixedly mounted. In the third embodiment, such a semiconductor device will be described.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example of a
Among these, the configuration of the
一方、ポリシリコン抵抗体30は、例えば、素子分離膜31を介して、P−領域1上に形成されたポリシリコン膜33と、このポリシリコン膜33の両端上にそれぞれ形成されたコンタクト電極35、36と、を有する。また、この半導体装置60は、受光素子10及びポリシリコン抵抗体30を覆うように基板上に形成された層間絶縁膜(図示せず)と、を備える。
このような構成であっても、第1実施形態で説明した受光素子10と同様、寄生容量を抑制しつつ、電磁波に対する遮蔽効果を十分に発揮することができる。これにより、光電変換により出力される信号のS/N比を向上させることができる。また、この半導体装置60では、受光素子10を作製するプロセスとポリシリコン抵抗体30とを作製するプロセスとの間で、工程の兼用が可能である。次に、この点について具体的に説明する。
On the other hand, the
Even with such a configuration, it is possible to sufficiently exhibit a shielding effect against electromagnetic waves while suppressing parasitic capacitance, similarly to the
図8(a)〜(c)は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置60の製造方法を示す工程図である。図8(a)において、N−領域(N型ウェル層)3を形成する工程までは第2実施形態と同じである。次に、例えばLOCOS法により、受光素子領域に誘電体(シリコン酸化膜)5を形成すると同時に、ポリシリコン抵抗体30を形成する領域(以下、抵抗体領域ともいう。)に素子分離膜(シリコン酸化膜)31を形成する。
次に、誘電体5及び素子分離膜31が形成された基板の上方全面に、CVD法によりノンドープのポリシリコン膜を形成し、これをパターニングする。これにより、図8(b)に示すように、受光素子領域の誘電体5上に電磁シールド7を形成すると同時に、抵抗体領域の素子分離膜31上にノンドープのポリシリコン膜33´を形成する。
8A to 8C are process diagrams showing a method for manufacturing a
Next, a non-doped polysilicon film is formed by CVD on the entire upper surface of the substrate on which the
次に、ノンドープのポリシリコン膜33´を例えばレジスト37で覆い、このレジスト37と電磁シールド7とをマスクにして、N−領域3に例えばヒ素等のN型不純物を高濃度にイオン注入して、N+層9を形成する。このイオン注入によって、電磁シールド7にもN型不純物が高濃度に導入されてN+型のポリシリコンとなるが、ノンドープのポリシリコン膜33´はレジスト37で覆われているためN型不純物は導入されない。次に、レジスト37を除去する。その後、図8(c)に示すように、ノンドープのポリシリコン膜に例えばリン等のN型不純物を低濃度にイオン注入する。これにより、ノンドープのポリシリコン膜はN型又はN−型となり、所望の抵抗値に調整されたポリシリコン膜33を得ることができる。
Next, the
次に、電磁シールド7及びポリシリコン膜33を覆うように、基板の上方全面に層間絶縁膜(図示せず)を形成し、この層間絶縁膜にコンタクトホール(図示せず)を形成する。続いて、このコンタクトホールに、例えばアルミニウム等の金属膜を埋め込んでコンタクト電極11、35、36(図7参照。)を形成する。このようにして、図7に示した半導体装置60を完成させる。
Next, an interlayer insulating film (not shown) is formed on the entire upper surface of the substrate so as to cover the
以上説明したように、本発明の第3実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、その作製に際しては、誘電体5と素子分離膜31とを同一プロセスで同時に形成することができる。また、電磁シールド7とノンドープのポリシリコン膜33´とを同一プロセスで同時に形成することができる。工程の兼用が可能であるため、半導体装置の製造コストの低減が可能である。
(4)その他
なお、上記の第1〜第3実施形態では、電磁シールド7を構成する「半導体」として、ポリシリコン膜を用いる場合について説明した。しかしながら、本発明において、電磁シールド7を構成する半導体はこれに限られることはない。例えば、電磁シールド7を構成する半導体は非晶質(アモルファス)のシリコン膜であってもよい。また、その材質はシリコンに限定されるものではなく、例えば、ゲルマニウム(Ge)やシリコンゲルマニウム(SiGe)であっても良い。本発明の「第1半導体層」「第2半導体層」の各材質も同様に、シリコンに限定されるものではなく、例えば、ゲルマニウムやシリコンゲルマニウムであってもよい。このような構成であっても、上記の各実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Moreover, when manufacturing the same, the
(4) Others In the first to third embodiments, the case where the polysilicon film is used as the “semiconductor” constituting the
また、上記の第1〜第3実施形態では、本発明の「第1導電型」がP型で「第2導電型」がN型の場合について説明したが、本発明はこれに限られることはない。第1導電型がN型で第2導電型がP型であってもよい。即ち、PN接合からなるフォトダイオードのP型領域上に誘電体を介して電磁シールドが形成されていてもよい。このような構成であっても、上記の各実施形態と同様の効果を得ることができる。 In the above first to third embodiments, the case where the “first conductivity type” of the present invention is the P type and the “second conductivity type” is the N type has been described, but the present invention is limited to this. There is no. The first conductivity type may be N type and the second conductivity type may be P type. That is, an electromagnetic shield may be formed via a dielectric on the P-type region of a photodiode made of a PN junction. Even if it is such a structure, the effect similar to said each embodiment can be acquired.
(5)本発明と従来例との比較
図9は、本発明と従来例とにおける構造と、容量値とを比較した図である。図9に示すように、この比較では、P−領域1、101における不純物濃度をそれぞれ3×1014[cm-3]、N−領域3、103における不純物濃度をそれぞれ2×1016[cm-3]、P+領域105における不純物濃度をそれぞれ3×1019[cm-3]に設定した。また、誘電体(シリコン酸化膜)5の厚さを5000[Å]、電磁シールド(ポリシリコン膜)7の厚さを2500[Å]に設定した。さらに、従来例3では、P+領域105とN−領域103の平面視による面積比を1:1に設定した。このような設定下で、本発明者は、従来例2、3と本発明とについてそれぞれ容量を計算した。
(5) Comparison between the Present Invention and the Conventional Example FIG. 9 is a diagram comparing the structure and the capacitance value in the present invention and the conventional example. As shown in FIG. 9, in this comparison, each of 3 × 10 14 impurity concentration in the P- region 1,101 [cm -3], respectively the impurity concentration in the N- region 3,103 2 × 10 16 [cm - 3 ] and the impurity concentration in the P +
その結果は、図9に示す通りである。従来例2では、P+領域105とN−領域103との間の接合容量CP+N-は0.420[fF/μm2]であり、N−領域103とP−領域101との間の接合容量CN-P-は0.043[fF/μm2]であり、接合容量の合計Ctotalは0.463[fF/μm2]であった。また、従来例3では、P+領域105とN−領域103との間の接合容量CP+N-は0.210[fF/μm2]であり、N−領域103とP−領域101との間の接合容量CN-P-は0.043[fF/μm2]であり、接合容量の合計Ctotalは0.253[fF/μm2]であった。従来例3は、従来例2と比較して、接合容量CP+N-は50%低い値である。
The result is as shown in FIG. In Conventional Example 2, the junction capacitance C P + N− between the P +
これに対して、本発明では、誘電体5を挟んで電磁シールド7とN−領域3との間の接合容量Coxideは0.058[fF/μm2]であり、N−領域3とP−領域1との間の接合容量CN-P-は0.043[fF/μm2]であり、接合容量の合計Ctotalは0.101[fF/μm2]であった。
以上のように、本発明に係る構造によれば、電磁シールド効果を十分に発揮し、接合容量を従来例2に対して80%、従来例3に対して45%削減することができる。
On the other hand, in the present invention, the junction capacitance C oxide between the
As described above, according to the structure of the present invention, the electromagnetic shielding effect can be sufficiently exerted, and the junction capacity can be reduced by 80% with respect to Conventional Example 2 and 45% with respect to Conventional Example 3.
1 P−領域(P型のシリコン基板)
2 フォトダイオード
3 N−領域(N型ウェル層)
3a PN接合面
3b (PN接合面とは反対側にある)面
5 誘電体
7 電磁シールド
9 N+層
10 受光素子
11 コンタクト電極
13 裏面電極
20 トランジスタ
21 ゲート絶縁膜
23 ゲート電極
25 N+層(ソース)
26 N+層(ドレイン)
27 コンタクト電極(ソース電極)
28 コンタクト電極(ドレイン電極)
29、31 素子分離膜
30 ポリシリコン抵抗体
33 (N型の)ポリシリコン膜
33´ (ノンドープの)ポリシリコン膜
35、36 コンタクト電極
37 レジスト
50、60 半導体装置
1 P-region (P-type silicon substrate)
2 Photodiode 3 N-region (N-type well layer)
3a
26 N + layer (drain)
27 Contact electrode (source electrode)
28 Contact electrode (drain electrode)
29, 31
Claims (2)
するMOSトランジスタ形成工程と、を備える半導体装置の製造方法であって、
前記受光素子形成工程は、
第1導電型の第1半導体層に接合された第2導電型の第2半導体層の、前記第1半導体
層と接合する第1の面の反対側にある第2の面上に、光透過性を有する誘電体を形成する
工程と、
前記誘電体上に光透過性を有し、且つ、半導体で形成された電磁シールドを形成する電
磁シールド形成工程と、を備え、
前記MOSトランジスタ形成工程は、
前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を備え、
前記電磁シールド形成工程と前記ゲート電極形成工程とを同一のプロセスで同時に行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising: a light receiving element forming step of forming a light receiving element on a substrate; and a MOS transistor forming step of forming a MOS transistor on the substrate,
The light receiving element forming step includes:
Light transmission on a second surface of the second conductivity type second semiconductor layer bonded to the first conductivity type first semiconductor layer on the opposite side of the first surface bonded to the first semiconductor layer. Forming a dielectric having a property;
An electromagnetic shield forming step of forming an electromagnetic shield made of a semiconductor having light permeability on the dielectric, and
The MOS transistor forming step includes
Forming a gate insulating film on the substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film, and
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the electromagnetic shield forming step and the gate electrode forming step are simultaneously performed in the same process.
前記半導体としてポリシリコン膜を形成し、該ポリシリコン膜をパターニングして前記
電磁シールドと前記ゲート電極とを形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置の製造方法。 In the electromagnetic shield forming step and the gate electrode forming step,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a polysilicon film is formed as the semiconductor, and the polysilicon film is patterned to form the electromagnetic shield and the gate electrode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010237518A JP5723135B2 (en) | 2010-10-22 | 2010-10-22 | Manufacturing method of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010237518A JP5723135B2 (en) | 2010-10-22 | 2010-10-22 | Manufacturing method of semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012089796A JP2012089796A (en) | 2012-05-10 |
JP5723135B2 true JP5723135B2 (en) | 2015-05-27 |
Family
ID=46261063
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010237518A Expired - Fee Related JP5723135B2 (en) | 2010-10-22 | 2010-10-22 | Manufacturing method of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5723135B2 (en) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04373181A (en) * | 1991-06-21 | 1992-12-25 | Nec Corp | Photocoupler |
DE10024473B4 (en) * | 2000-05-18 | 2007-04-19 | Vishay Semiconductor Gmbh | Optical receiver |
JP2003069007A (en) * | 2001-08-24 | 2003-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solid-state imaging device and method of manufacturing the same |
JP4571807B2 (en) * | 2004-01-09 | 2010-10-27 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Light receiving element and manufacturing method thereof |
JP2010103378A (en) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Omron Corp | Photosensor |
-
2010
- 2010-10-22 JP JP2010237518A patent/JP5723135B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012089796A (en) | 2012-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6346911B2 (en) | Integrated photodiode for semiconductor substrates | |
JP4239980B2 (en) | Infrared solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
US20100301442A1 (en) | Optical semiconductor device | |
US8828775B2 (en) | Image sensor and method for fabricating same | |
KR100850289B1 (en) | Image sensor of stacked layer structure and manufacturing method thereof | |
US8994138B2 (en) | Hardened photodiode image sensor | |
KR20190108470A (en) | Light receiving device and manufacturing method of light receiving device | |
RU2355066C2 (en) | Electromagnetic emission converter | |
US6281428B1 (en) | Photovoltaic generator | |
KR100898621B1 (en) | Optical semiconductor device with sensitivity improved | |
TWI433332B (en) | Photovoltaic device with double-junction | |
CN116666404A (en) | SPAD array and manufacturing method thereof | |
JP5723135B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP6711692B2 (en) | Photoelectric conversion device and image reading device | |
JP6194524B2 (en) | Photodiode with suppressed noise current and method of forming the same | |
US20090127597A1 (en) | Photodiode Structure | |
JP4043246B2 (en) | Optical semiconductor integrated circuit device | |
US11967664B2 (en) | Photodiodes with serpentine shaped electrical junction | |
JP7199013B2 (en) | photodetector | |
TW550831B (en) | Photo sensor and method of forming the same | |
WO2023233833A1 (en) | Semiconductor image sensor device | |
WO2024185302A1 (en) | Light detection device | |
US20120167974A1 (en) | Solar Cell And Method For Manufacturing The Same | |
CN117832315A (en) | CMOS APD device and preparation method thereof | |
KR20230021300A (en) | Spad pixel structure of backside illuminated image sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131010 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140326 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140408 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140603 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20141118 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141225 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150324 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150327 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5723135 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |