JP2003264310A - 受光素子内蔵型半導体装置の製造方法及び受光素子内蔵型半導体装置 - Google Patents
受光素子内蔵型半導体装置の製造方法及び受光素子内蔵型半導体装置Info
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Abstract
による膜減り、プロセスダメージを低減することができ
る。 【解決手段】 光信号を受光して電気信号に変換するフ
ォトダイオード領域Aと、受光素子領域によって変換さ
れた電気信号を信号処理するためのNPNトランジスタ
領域Bとを同一基板上に形成した受光素子内蔵型半導体
装置の製造方法であって、フォトダイオード領域A上
に、窒化シリコン膜12を形成する工程と、窒化シリコ
ン膜12上に、後の工程にて発生するオーバーエッチン
グによる膜減り、プロセスダメージから該反射防止膜を
保護する単結晶シリコン膜11を形成する工程とを包含
することを特徴とする。
Description
に変換する受光素子と、この受光素子によって変換され
た電気信号を信号処理するための回路素子とを同一基板
上に形成した受光素子内蔵型半導体装置の製造方法及び
受光素子内蔵型半導体装置に関する。
光素子と、この受光素子によって光信号から変換された
電気信号を信号処理するための信号処理用の回路素子と
を、同一の基板上に形成した受光素子内蔵型半導体装置
がピックアップ等に用いられている。このような受光素
子内蔵型半導体装置は、ICプロセスを利用して同一チ
ップ上に、受光素子であるフォトダイオードと信号処理
に用いられるトランジスタ、抵抗、容量等の回路素子と
を集積して形成される。
1の構成例を示す断面図である。
素子であるフォトダイオードが形成されたフォトダイオ
ード領域Aと、周辺回路領域であるNPNトランジスタ
領域Bとが、それぞれ、共通のP型シリコン基板2上に
形成された構造を有している。
基板2の表面上の全体にわたって形成されたN型エピタ
キシャル層3を有しており、本例では、このN型エピタ
キシャル層3とP型基板2とによって、PN接合面が形
成されている。N型エピタキシャル層3上には、フォト
ダイオード領域Aの所定の領域に、N型のカソード拡散
領域4が形成されている。
2の表面上のコレクタ領域に、埋め込まれた状態に形成
されたN+埋込拡散層5を有しており、このN+埋込拡
散層5の両側には、フォトダイオード領域Aとトランジ
スタ領域Bとを素子分離するためのP+埋込拡散層6
が、それぞれ形成されている。N+埋込拡散層5及びP
+埋込拡散層6上には、それぞれN型エピタキシャル層
3の表面から各拡散層に達する素子分離層7が形成され
ている。N+埋込拡散層5上に設けられたN型エピタキ
シャル層3上の所定位置には、P型のベース領域8が形
成されており、さらに、このベース領域8中の一部に、
エミッタ領域9が形成されている。
及びNPNトランジスタ領域Bの表面上には、酸化シリ
コン膜10が設けられている。この酸化シリコン膜10
は、フォトダイオード領域Aでは、反射防止膜として機
能し、NPNトランジスタ領域Bでは、絶縁膜として機
能する。この酸化シリコン膜10には、NPNトランジ
スタ領域BのN型エピタキシャル層3上及びエミッタ領
域9上及びベース領域8上に開口部が形成されており、
フォトダイオード領域AのN型カソード拡散領域4上に
も開口部が形成されている。この各開口部のうち、NP
Nトランジスタ領域BのN型エピタキシャル層3上及び
エミッタ領域9上及びフォトダイオード領域AのN型エ
ピタキシャル層3上の開口部には、それぞれ、多結晶シ
リコン膜11が埋め込まれた状態に配置されている。
膜10上には、反射防止膜である窒化シリコン膜12が
設けられている。フォトダイオード領域A上の酸化シリ
コン膜10上または窒化シリコン膜12上及びNPNト
ランジスタ領域Bの酸化シリコン膜10上には、全体に
わたって酸化膜13が設けられている。この酸化膜13
には、NPNトランジスタ領域BのN型エピタキシャル
層3上及びエミッタ領域9上の多結晶シリコン膜11に
達する開口部がそれぞれ形成され、さらに、ベース領域
8上の酸化シリコン膜13には、酸化膜13の表面から
酸化シリコン膜10を経てベース領域8に達する開口部
が形成されている。各開口部には、それぞれ、メタル電
極14が形成されている。
上には、メタル電極保護用の配線層間膜15が形成さ
れ、この配線層間膜15上には、カバー膜16が形成さ
れている。
能を評価する場合、受光感度が重要な要素となり、受光
感度は、その値が高く、且つ、ばらつきが小さいことが
要求される。このような要求を満たすフォトダイオード
を形成するためには、例えば、酸化膜と窒化膜との2層
構造からなる反射防止膜を形成することが望ましい。
置では、フォトダイオード領域A及びNPNトランジス
タ領域Bの全面にわたって、酸化膜13、配線層間膜1
5、カバー膜16が形成されている。しかし、これら酸
化膜13等を介してフォトダイオード領域の受光領域に
形成された反射防止膜に光信号が入射されるよりも、直
接、反射防止膜に光信号が入射される構成とした方が、
受光感度を向上することができることから、反射防止膜
上の酸化膜13等の上層膜をエッチングにより除去する
ことによって開口部を形成した受光素子内蔵型半導体装
置が提案されている。
内蔵型半導体装置では、その反射防止膜は、100nm
程度の極薄厚に形成され、反射防止膜の表面が上層膜を
形成する工程中に露出した状態になっていると、その工
程中のオーバーエッチングによって、膜減りが生じ、最
悪の場合には、反射防止膜が消失するおそれもある。
ているために、上層形成工程中におけるプラズマ等のダ
メージが、シリコン層の内部にまで達し、大きな欠陥等
が発生するおそれがある。このような大きな欠陥が発生
すると、フォトダイオード領域A内の分割部(図5にお
いて図示せず)に接合リークが発生するおそれがあり、
また、受光素子のライフタイムが短縮されて受光感度が
低下するおそれもあり、受光素子として好ましくない。
止膜を形成した後は、上部の層間膜を残しておき、最終
工程において、受光領域上のIC保護膜を除去する際の
ドライエッチング工程を利用して、反射防止膜の上部に
開口部を形成する方法が用いられている。
るいは窒化膜しか利用することができないため、層間膜
を除去する工程で、反射防止膜の上層膜として形成され
ている薄膜の窒化膜と層間膜とで大きなエッチングの選
択比をとることができない。このため、まず、ドライエ
ッチングによりある程度の厚さの層間膜を除去した後、
ウエットエッチングを行うことにより残存する酸化膜を
除去する方法をとらなければならない。
ットエッチング時の横方向への広がりを抑えた非常に高
度なエッチング制御技術を用いることが必要となり、層
間膜を高精度に除去することは容易ではなく、エッチン
グ残り等で反射防止膜の反射率のばらつきも大きくなる
という問題がある。
れたものであり、工程の大幅な増加、複雑なプロセスを
必要とすることなく、反射防止膜のウエハ工程中のエッ
チング工程による膜減り、プロセスダメージを低減する
ことができる受光素子内蔵型半導体装置の製造方法及び
受光素子内蔵型半導体装置を提供することを目的とす
る。
め、本発明の受光素子内蔵型半導体装置の製造方法は、
光信号を受光して電気信号に変換する受光素子領域と、
該受光素子領域によって変換された電気信号を信号処理
するための回路素子領域とを同一基板上に形成した受光
素子内蔵型半導体装置の製造方法であって、該基板上の
該受光素子領域上に、反射防止膜を形成する工程と、該
反射防止膜上に、後の工程にて発生するオーバーエッチ
ングによる膜減り、プロセスダメージから該反射防止膜
を保護する保護膜を形成する工程を包含することを特徴
とするものである。
製造方法において、前記保護膜を除去する工程を、さら
に含むことが好ましい。
製造方法において、前記保護膜が、多結晶シリコン膜よ
り形成されることが好ましい。
製造方法において、前記回路素子領域に、多結晶シリコ
ン膜より形成される素子層が形成されており、前記反射
防止膜上の多結晶シリコン膜及び該回路素子領域の素子
層となる多結晶シリコン膜が、同一の工程にて形成され
ることが好ましい。
製造方法において、前記回路素子領域の素子層は、バイ
ポーラトランジスタのエミッタまたはベースであること
が好ましい。
製造方法において、前記回路素子領域の素子層は、MO
Sトランジスタのゲートであることが好ましい。
製造方法において、前記回路素子領域の素子層は、抵抗
素子であることが好ましい。
製造方法において、前記反射防止膜上の多結晶シリコン
膜は、ウエットエッチング法を用いて除去されることが
好ましい。
製造方法において、前記反射防止膜上の多結晶シリコン
膜は、ドライエッチング法及びウエットエッチング法を
併用して除去されることが好ましい。
製造方法において、前記反射防止膜上の多結晶シリコン
膜を除去するためのウエットエッチング法に、酸化フッ
化アンモニウムを含む溶液が用いられることが好まし
い。
製造方法において、前記反射防止膜上の多結晶シリコン
膜には、高濃度の不純物が含まれることが好ましい。
製造方法において、前記反射防止膜上の多結晶シリコン
膜に含まれる不純物はリンであることが好ましい。
製造方法において、前記反射防止膜上の多結晶シリコン
膜において、上層膜にオーバーラップする領域は、サイ
ドエッチング法を用いて除去されることが好ましい。
製造方法において、前記受光素子領域に設けられた多結
晶シリコン膜によって、カソード電極が形成されること
が好ましい。
製造方法において、前記反射防止膜上の多結晶シリコン
膜と、前記カソード電極となる多結晶シリコン膜とは、
分断されていることが好ましい。
は、上記本発明の受光素子内蔵型半導体装置の製造方法
によって製造されるものである。
導体装置の製造方法について図面に基づいて詳細に説明
する。
図2(a)〜(c)及び図3(a)〜(c)は、それぞ
れ、本発明の受光素子内蔵型半導体装置を製造する方法
について工程毎に説明する概略断面図である。なお、各
図面において、AはNPNトランジスタ領域、Bはフォ
トダイオード領域をそれぞれ示している。
て、500Ωcm程度の比抵抗を有するP型シリコン基
板2を用い、このP型シリコン基板2の表面上に、NP
Nトランジスタ領域Bとなる所定位置に、N+埋込拡散
層5を形成し、続いて、このN+埋込拡散層5の両側
に、素子分離用のP+埋込拡散層6を形成する。なお、
P型シリコン基板2の表面上の他の領域には、このP+
埋込拡散層6を形成する工程と同一工程にて、基板電極
用のP+埋込拡散層(図示を省略する)が形成される。
拡散層5及びP+埋込拡散層6が形成されたP型シリコ
ン基板2の全面にわたって、約1Ωcmの比抵抗を有す
るN型エピタキシャル層3を2μmの厚さに形成した
後、フォトダイオード領域Aにおける基板電極を作製す
る領域にP型ウエル拡散層17を形成し、さらに、LO
COS工程を行うことにより、N+埋込拡散層5及びP
+埋込拡散層6上からN型エピタキシャル層3の表面か
ら各拡散層に達する厚さ約1μmの酸化膜を成長させて
素子分離層7を形成する。
イオード領域A及びNPNトランジスタ領域Bの全面に
わたって、約30nmの厚さの酸化シリコン膜10を形
成し、続いて、フォトダイオード領域Aの所定の領域
に、N型カソード領域4を形成する。このN型カソード
領域4には、イオン注入法によって所定濃度のリンが注
入される。また、図示はしていないが分割部領域には、
イオン注入法を用いて、ボロンを導入する。続いて、こ
の酸化シリコン膜10上に、窒化シリコン膜12を約5
5nmの膜厚に形成した後、フォトダイオード領域A上
の基板電極部上及びNPNトランジスタ領域B上の窒化
シリコン膜12をエッチングにより除去する。なお、こ
れら酸化シリコン膜10及び窒化シリコン膜12の各膜
厚は、受光対象となる光の波長に応じて変更可能である
ことは当然である。
ランジスタ領域Bの所定の領域に、ボロンをイオン注入
法によって導入してベース領域8を形成する。その後、
さらに、ベース領域8内の一部の領域にエミッタ領域9
を形成する。なお、N+埋込拡散層5上のベース領域8
となっていない領域がコレクタ領域となっている。
ッタ領域9上及びコレクタ領域上及びフォトダイオード
領域AのN型カソード拡散領域4上に該当する部分の一
部の酸化シリコン膜10を除去して開口部を形成した
後、基板の全面にわたって、多結晶シリコン層11を約
300nmの厚さに堆積させる。その後、窒化シリコン
膜12上及びコレクタ領域上の開口部及びエミッタ領域
9上の開口部に堆積された多結晶シリコン膜11以外の
領域の多結晶シリコン膜11を除去する。この結果、フ
ォトダーオードの反射防止膜となる窒化シリコン膜12
が、多結晶シリコン膜11によって、その全体がカバー
されることになる。本実施の形態1では、この多結晶シ
リコン膜11によって、窒化シリコン膜12をカバーす
ると共に、カソード電極等として用いており、このよう
な場合には、窒化シリコン膜12上の多結晶シリコン層
11とカソード電極となる多結晶シリコン膜とは、予
め、分断しておく。
Nトランジスタ領域Bのコレクタ領域上及びフォトダイ
オード領域Aのカソード電極上に形成された多結晶シリ
コン膜11に、イオン注入法を用いてリンを導入する。
続いて、エミッタ領域上には、イオン注入法を用いてヒ
素を導入する。なお、このとき、フォトダイオード領域
Aの窒化シリコン膜12上に形成された多結晶シリコン
膜11にもリンを導入してもよい。この領域の多結晶シ
リコン膜11にもリンを導入することにより、最終工程
で窒化シリコン膜上の多結晶シリコン膜11をエッチン
グにより除去するときに、そのエッチングレートが上が
り、多結晶シリコン膜11の除去が容易になる。
を用いて全面にわたって、酸化膜13を形成する。
ランジスタ領域Bのコレクタ領域上及びエミッタ領域9
上に形成された多結晶シリコン膜11に達する開口部、
及び、ベース領域9に達する開口部、及び、フォトダイ
オード領域Aのカソード電極上に達する開口部を、それ
ぞれ、酸化膜13に形成し、各開口部に導体層からなる
メタル電極14を形成する。
極14が形成された酸化膜13上の全体に配線層間膜1
5を形成した後、図示しないスルーホール部を、この配
線層間膜15に形成し、図示しない第二のメタル電極を
形成する。
膜15上の全体にカバー膜16を形成する。
16及び配線層間膜15のうち、反射防止膜上のカバー
膜16及び配線配線層15を、ドライエッチングにより
除去し、開口部を形成する。この場合、窒化シリコン膜
12上に設けられた多結晶シリコン膜11と酸化膜13
及び配線層間膜15及びカバー膜16とのエッチングの
選択比が、10以上とすることができるため、多結晶シ
リコン膜11は、エッチング工程におけるストッパ膜と
して、下層の窒化シリコン膜12を充分に保護すること
が可能になる。
窒化シリコン膜12上の多結晶シリコン膜11を除去す
る。この場合、酸化フッ化アンモニウムを含む酸性溶液
を用いれば、オーバーエッチングによるサイドエッチン
グを用いて多結晶シリコン膜11を完全除去する場合で
も、下層の反射防止膜である窒化シリコン膜12の膜減
りを、1nm程度に抑えることができる。なお、ドライ
エッチング法とウエットエッチング法とを組み合わせて
多結晶シリコン膜11を除去してもよい。
は、それぞれ、本実施の形態2の受光素子内蔵型半導体
装置の製造方法を工程毎に説明する概略断面図である。
なお、各図面において、Aはフォトダイオード領域、B
はPch型のMOSトランジスタ領域をそれぞれ示して
いる。
て、500Ωcm程度の比抵抗を有するP型シリコン基
板22を用い、このP型シリコン基板22の表面上のP
ch型MOSトランジスタ領域Bとなる所定位置に、N
型ウエル拡散層23を形成する。
S工程を行うことにより、N型ウエル拡散層23の両側
に素子分離層24を形成する。その後、全面にわたっ
て、酸化膜26を約30nmの厚さに形成し、フォトダ
イオード領域Aに、N型の拡散層25を形成する。この
N型の拡散層25は、フォトダイオード領域Aのカソー
ド領域となる。N型拡散層25を形成した後、酸化シリ
コン膜26上に、反射防止膜となる窒化シリコン膜27
を約55nmの厚さに形成する。
イオード領域Aにおける受光部とな領域以外の領域の窒
化シリコン膜27を除去した後、MOSトランジスタ領
域Bにゲート酸化膜(図示を省略する)を形成する。そ
の後、MOSトランジスタ領域Bに、しきい値電圧Vt
hを制御するためのチャネル用イオンを注入した後、全
面にわたって、多結晶シリコン膜28を、約300nm
の厚さに形成する。そして、MOSトランジスタ領域B
におけるゲート領域及び反射防止膜上以外の領域の多結
晶シリコン膜28を除去する。
て、所定の不純物を導入して、ソース領域29及びドレ
イン領域30を形成する。
を経てMOSトランジスタ領域Bを形成し、続いて、実
施の形態1に説明した方法と同様の方法を用いて、フォ
トダイオード領域A上に形成された酸化膜をドライエッ
チングにより除去し、続いて、多結晶シリコン膜28を
ウエットエッチング法により除去して、フォトダイオー
ド領域Aに受光部を開口する。
内臓型半導体装置の製造方法では、多結晶シリコン膜を
反射防止膜となる窒化膜上に形成して、この多結晶シリ
コン膜をエッチングストッパとして用いている。この多
結晶シリコン膜を反射防止膜上に設けることによって、
上層に形成された酸化膜とのエッチングの選択比を大き
くとることができるので、オーバーエッチングにより反
射防止膜が消失するおそれがない。また、工程中の熱処
理等でも界面の変質、屈折率の変化等の悪影響を与える
ことがなく、反射防止膜を工程中に発生するおそれがあ
るプロセスダメージから保護することが可能となる。さ
らに、酸化フッ化アンモニウムを含むウエットエッチン
グにより、反射防止膜である窒化膜にダメージを与える
ことなく、膜減りがほとんど生じることがなく、多結晶
シリコン膜のみを除去することができる。その結果、受
光感度が良好であり、かつ、各受光素子間で受光感度に
ばらつきが低減された受光素子を製造することができ
る。
セスで多用される材料であり、トランジスタ領域で用い
られる多結晶シリコンと共通化して設けることができ
る。例えば、バイポーラプロセスに受光素子を内蔵する
場合には、トランジスタのベース或いはエミッタの拡散
源と電極に用いられる多結晶シリコンと共用することが
できる。また、MOSプロセスに受光素子を内蔵する場
合には、ゲートに用いられる多結晶シリコンを利用する
ことができる。さらには、BiCMOSプロセスに受光
素子を内蔵する場合には、前記どちらの多結晶シリコン
を利用することが可能になる。
体装置の製造方法は、工程数を増加させることがなく、
また、複雑なプロセスを用いることもないので、歩留ま
りが高い。
防止膜をプロセスダメージから保護するために形成され
た多結晶シリコン膜を用いて、トランジスタ領域におい
て電極を形成しているが、この多結晶シリコン膜を抵抗
素子を形成するために利用してもよい。
造方法は、光信号を受光して電気信号に変換する受光素
子領域と、該受光素子領域によって変換された電気信号
を信号処理するための回路素子領域とを同一基板上に形
成した受光素子内蔵型半導体装置の製造方法であって、
該受光素子領域上に、反射防止膜を形成する工程と、該
反射防止膜上に、後の工程にて発生するオーバーエッチ
ングによる膜減り、プロセスダメージから該反射防止膜
を保護する保護膜を形成する工程とを包含することを特
徴とするものであり、反射防止膜のウエハ工程中でのオ
ーバーエッチングによる膜減り、プロセスダメージを低
減することができる。
受光素子内蔵型半導体装置を製造する方法について工程
毎に説明する概略断面図である。
蔵型半導体装置を製造する方法について工程毎に説明す
る概略断面図である。
蔵型半導体装置を製造する方法について工程毎に説明す
る概略断面図である。
受光素子内蔵型半導体装置を製造する方法について工程
毎に説明する概略断面図である。
す断面図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 光信号を受光して電気信号に変換する受
光素子領域と、該受光素子領域によって変換された電気
信号を信号処理するための回路素子領域とを同一基板上
に形成した受光素子内蔵型半導体装置の製造方法であっ
て、 該基板上の該受光素子領域上に、反射防止膜を形成する
工程と、 該反射防止膜上に、後の工程にて発生するオーバーエッ
チングによる膜減り、プロセスダメージから該反射防止
膜を保護する保護膜を形成する工程を包含することを特
徴とする受光素子内蔵型半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記保護膜を除去する工程を、さらに含
む、請求項1に記載の受光素子内蔵型半導体装置の製造
方法。 - 【請求項3】 前記保護膜が、多結晶シリコン膜より形
成される、請求項1または2に記載の受光素子内蔵型半
導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記回路素子領域に、多結晶シリコン膜
より形成される素子層が形成されており、 前記反射防止膜上の多結晶シリコン膜及び該回路素子領
域の素子層となる多結晶シリコン膜が、同一の工程にて
形成される、請求項3に記載の受光素子内蔵型半導体装
置の製造方法。 - 【請求項5】 前記回路素子領域の素子層は、バイポー
ラトランジスタのエミッタまたはベースである、請求項
4に記載の受光素子内蔵型半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記回路素子領域の素子層は、MOSト
ランジスタのゲートである、請求項4に記載の受光素子
内蔵型半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記回路素子領域の素子層は、抵抗素子
である、請求項4に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記反射防止膜上の多結晶シリコン膜
は、ウエットエッチング法を用いて除去される、請求項
3〜7のいずれかに記載の受光素子内蔵型半導体装置の
製造方法。 - 【請求項9】 前記反射防止膜上の多結晶シリコン膜
は、ドライエッチング法及びウエットエッチング法を併
用して除去される、請求項3〜7のいずれかに記載の受
光素子内蔵型半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記反射防止膜上の多結晶シリコン膜
を除去するためのウエットエッチング法に、酸化フッ化
アンモニウムを含む溶液が用いられる、請求項8または
9に記載の受光素子内蔵型半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記反射防止膜上の多結晶シリコン膜
には、高濃度の不純物が含まれる、請求項3〜10のい
ずれかに記載の受光素子内蔵型半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 前記反射防止膜上の多結晶シリコン膜
に含まれる不純物はリンである、請求項11に記載の受
光素子内蔵型半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】 前記反射防止膜上の多結晶シリコン膜
において、上層膜にオーバーラップする領域は、サイド
エッチング法を用いて除去される、請求項8または9に
記載の受光素子内蔵型半導体装置の製造方法。 - 【請求項14】 前記受光素子領域に設けられた多結晶
シリコン膜によって、カソード電極が形成される、請求
項3〜13のいずれかに記載の受光素子内蔵型半導体装
置の製造方法。 - 【請求項15】 前記反射防止膜上の多結晶シリコン膜
と、前記カソード電極となる多結晶シリコン膜とは、分
断されている、請求項14に記載の受光素子内蔵型半導
体装置の製造方法。 - 【請求項16】 請求項1〜15のいずれかに記載の受
光素子内蔵型半導体装置の製造方法によって製造される
受光素子内蔵型半導体装置。
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