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JP2018181910A - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents

光半導体装置の製造方法 Download PDF

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Masaharu Muramatsu
雅治 村松
康人 宮▲崎▼
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康人 宮▲崎▼
弘孝 高橋
Hirotaka Takahashi
弘孝 高橋
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Abstract

【課題】開口の幅が狭く且つ深いトレンチであったとしても、トレンチの最深部にまでアキュムレーション層を確実に形成することができる光半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】光半導体装置１の製造方法は、複数の光電変換部２を有する半導体基板３を準備する第１ステップと、第１ステップの後に、各光電変換部２を互いに隔てるように半導体基板３にトレンチ９を形成する第２ステップと、第２ステップの後に、気相成長法によってトレンチ９の内面９ａにボロン層１１を形成する第３ステップと、第３ステップの後に、ボロン層１１に熱拡散処理を施すことにより、トレンチ９の内面９ａに沿って半導体基板３にアキュムレーション層１２を形成する第４ステップと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光半導体装置の製造方法に関する。
複数の光電変換部を有する半導体基板を備え、当該半導体基板に、各光電変換部を互いに隔てるようにトレンチが形成された光半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−８６８２７号公報
上述したような光半導体装置においては、互いに隣り合う光電変換部の間隔を狭く維持しつつ、互いに隣り合う光電変換部間でのクロストークの発生をより確実に抑制するために、開口の幅が狭く且つ深いトレンチを形成することが望まれる場合がある。ただし、そのようなトレンチの形成時に、トレンチの内面に沿って半導体基板に欠陥が生じると、当該欠陥が暗電流を発生させる要因となるおそれがある。そこで、イオン注入によって、トレンチの内面に沿って半導体基板にアキュムレーション層を形成する場合がある。しかし、開口の幅が狭く且つ深いトレンチにおいては、イオン注入によってトレンチの最深部にまでアキュムレーション層を形成することは困難である。
本発明は、開口の幅が狭く且つ深いトレンチであったとしても、トレンチの最深部にまでアキュムレーション層を確実に形成することができる光半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の光半導体装置の製造方法は、複数の光電変換部を有する半導体基板を準備する第１ステップと、第１ステップの後に、複数の光電変換部のそれぞれを互いに隔てるように半導体基板にトレンチを形成する第２ステップと、第２ステップの後に、気相成長法によってトレンチの内面にボロン層を形成する第３ステップと、第３ステップの後に、ボロン層に熱拡散処理を施すことにより、トレンチの内面に沿って半導体基板にアキュムレーション層を形成する第４ステップと、を備える。
この光半導体装置の製造方法では、気相成長法によってトレンチの内面にボロン層を形成する。これにより、開口の幅が狭く且つ深いトレンチであったとしても、トレンチの内面にボロン層が等方的に形成される。したがって、当該ボロン層の熱拡散によって形成されたアキュムレーション層も、トレンチの内面に沿って半導体基板に均一に形成される。よって、この光半導体装置の製造方法によれば、開口の幅が狭く且つ深いトレンチであったとしても、トレンチの最深部にまでアキュムレーション層を確実に形成することができる。
本発明の光半導体装置の製造方法では、第２ステップにおいては、反応性イオンエッチングによって半導体基板にトレンチを形成してもよい。これによれば、開口の幅が狭く且つ深いトレンチを形成することができる。
本発明の光半導体装置の製造方法は、第４ステップの後に、トレンチ内に遮光層を形成する第５ステップを更に備えてもよい。これによれば、製造された光半導体装置において、互いに隣り合う光電変換部間でのクロストークの発生をより確実に抑制することができる。
本発明によれば、開口の幅が狭く且つ深いトレンチであったとしても、トレンチの最深部にまでアキュムレーション層を確実に形成することができる光半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
一実施形態の光半導体装置の平面図である。 図１に示されるII-II線に沿っての断面図である。 図１に示される光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示される光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示される光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示される光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示される光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示される光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する部分を省略する。
図１及び図２に示されるように、光半導体装置１は、複数の光電変換部２を有する半導体基板３を備えている。複数の光電変換部２は、半導体基板３のうち表面３ａに沿った部分に複数の半導体層４がマトリックス状に形成されることにより、構成されている。各光電変換部２は、画素を構成している。つまり、光半導体装置１は、固体撮像装置である。半導体基板３は、例えばｐ型のシリコンからなる半導体基板（第１導電型の半導体基板）である。半導体層４は、例えばｎ型の不純物が添加された半導体層（第２導電型の半導体層）である。
半導体基板３の表面３ａには、複数の半導体層４を覆うように絶縁層５，６，７，８がこの順序で積層されている。絶縁層５，７，８は、例えばシリコン酸化膜である。絶縁層６は、例えばシリコン窒化膜である。絶縁層５，６，７は、例えばゲート絶縁膜等として機能する。絶縁層８は、例えば保護膜等として機能する。半導体基板３の表面３ａには、配線等（図示省略）も形成されている。
半導体基板３には、各光電変換部２を互いに隔てるようにトレンチ９が形成されている。トレンチ９は、半導体基板３の表面３ａに開口している。トレンチ９は、半導体基板３の表面３ａに垂直な方向から見た場合に、互いに隣り合う光電変換部２間を通るように格子状に形成されている。トレンチ９の開口の幅は、例えば０．５μｍ程度であり、トレンチ９の深さは、例えば１０μｍ程度である。
トレンチ９の内面（具体的には、側面及び底面）９ａには、ボロン層１１が形成されている。ボロン層１１は、トレンチ９の内面９ａの全体を連続的に覆うように形成されている。半導体基板３のうちトレンチ９の内面９ａに沿った部分には、アキュムレーション層１２が形成されている。アキュムレーション層１２は、半導体基板３のうちトレンチ９の内面９ａに沿った部分にボロン層１１の一部が拡散された層である。半導体基板３のうちトレンチ９の内面９ａに沿った部分にアキュムレーション層１２が形成されていることで、トレンチ９の内面９ａに沿って半導体基板３に生じた欠陥に起因する暗電流の発生が抑制される。
絶縁層７は、半導体基板３の表面３ａからトレンチ９内に至っており、トレンチ９内においてボロン層１１を覆っている。トレンチ９内において、絶縁層７上には、遮光層１３が形成されている。遮光層１３は、絶縁層８によって覆われている。遮光層１３は、例えばタングステン又はポリシリコン等の遮光性材料が絶縁層７を介してトレンチ９内に充填されることにより、構成されている。ボロン層１１と遮光層１３との間に絶縁層７が介在させられることで、遮光層１３がボロン層１１及び半導体基板３から電気的に絶縁されている。そのため、トレンチ９を挟んで互いに隣り合う光電変換部２において、遮光層１３を介して電気的なリークが生じるのを防止することができる。各光電変換部２を互いに隔てるように半導体基板３にトレンチ９が形成されていることに加え、トレンチ９内に遮光層１３が形成されていることで、互いに隣り合う光電変換部２間でのクロストークの発生がより確実に抑制される。なお、絶縁層７と遮光層１３との間に、遮光層１３の密着性を高めるためのバッファー層が設けられてもよい。当該バッファー層は、例えば、絶縁層７上にＴｉＮ及びＴｉをこの順序で積層することにより、構成される。
以上のように構成された光半導体装置１の製造方法について説明する。まず、図３に示されるように、複数の光電変換部２を有する半導体基板３を準備する（第１ステップ）。続いて、半導体基板３の表面３ａに絶縁層５，６を順次に積層する。続いて、図４に示されるように、絶縁層６上にレジスト層５０を形成し、フォトエッチングによって、トレンチ９の開口に対応するスリット状の開口５０ａをレジスト層５０に形成する。続いて、プラズマエッチングによって、開口５０ａに対応するスリット状の開口６ａ，５ａを絶縁層６，５にそれぞれ形成する。続いて（第１ステップの後に）、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって半導体基板３にトレンチ９を形成する（第２ステップ）。これにより、各光電変換部２を互いに隔てるように半導体基板３にトレンチ９が形成される。
続いて（第２ステップの後に）、レジスト層５０を除去し、図５に示されるように、気相成長法によってトレンチ９の内面９ａにボロン層１１を形成する（第３ステップ）。ボロン層１１は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）エピタキシャル成長等の気相成長法によって、トレンチ９の内面９ａに数ｎｍ〜数十ｎｍの厚さで等方的に形成される。続いて（第３ステップの後に）、図６に示されるように、ボロン層１１に熱拡散処理を施すことにより、トレンチ９の内面９ａに沿って半導体基板３にアキュムレーション層１２を形成する（第４ステップ）。
続いて、図７に示されるように、絶縁層６上及びボロン層１１上に絶縁層７を積層する。続いて（第４ステップの後に）、図８に示されるように、例えばタングステン又はポリシリコン等の遮光性材料を、絶縁層７を介してトレンチ９内に充填することにより、トレンチ９内に遮光層１３を形成する（第５ステップ）。このとき、トレンチ９の開口の幅が絶縁層７によって制限されているため、遮光性材料のトレンチ９内への充填がムラ無く好適に行われる。続いて、エッチバックによって遮光層１３を平坦化し、図２に示されるように、遮光層１３を覆うように絶縁層７上に絶縁層８を積層する。以上により、光半導体装置１を得る。
上述した光半導体装置１の製造方法では、気相成長法によってトレンチ９の内面９ａにボロン層１１を形成する。これにより、開口の幅が狭く且つ深いトレンチ９であったとしても、トレンチ９の内面９ａにボロン層１１が等方的に形成される。したがって、当該ボロン層１１の熱拡散によって形成されたアキュムレーション層１２も、トレンチ９の内面９ａに沿って半導体基板３に均一に形成される。よって、光半導体装置１の製造方法によれば、開口の幅が狭く且つ深いトレンチ９であったとしても、トレンチ９の最深部にまでアキュムレーション層１２を確実に形成することができる。
また、上述した光半導体装置１の製造方法では、反応性イオンエッチングによって半導体基板３にトレンチ９を形成する。これにより、開口の幅が狭く且つ深いトレンチ９を形成することができる。なお、反応性イオンエッチングを実施すると、トレンチ９の内面９ａに沿って半導体基板３に欠陥が生じ易いため、トレンチ９の最深部にまでアキュムレーション層１２を確実に形成することができるこの製造方法は特に有効である。
また、上述した光半導体装置１の製造方法では、トレンチ９内に遮光層１３を形成する。これにより、製造された光半導体装置１において、互いに隣り合う光電変換部２間でのクロストークの発生をより確実に抑制することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限られない。例えば、半導体基板３の表面３ａに垂直な方向から見た場合に、各光電変換部２を囲むように複数のトレンチ９がそれぞれ環状に形成されていてもよい。また、トレンチ９内に遮光層１３を形成しなくてもよい。その場合にも、各光電変換部２を互いに隔てるように半導体基板３にトレンチ９を形成すれば、互いに隣り合う光電変換部２間でのクロストークの発生を抑制することができる。また、光半導体装置１が固体撮像装置である場合、表面入射型であってもよいし、裏面入射型であってもよい。
１…光半導体装置、２…光電変換部、３…半導体基板、９…トレンチ、９ａ…内面、１１…ボロン層、１２…アキュムレーション層、１３…遮光層。

Claims (3)

  1. 複数の光電変換部を有する半導体基板を準備する第１ステップと、
    前記第１ステップの後に、前記複数の光電変換部のそれぞれを互いに隔てるように前記半導体基板にトレンチを形成する第２ステップと、
    前記第２ステップの後に、気相成長法によって前記トレンチの内面にボロン層を形成する第３ステップと、
    前記第３ステップの後に、前記ボロン層に熱拡散処理を施すことにより、前記トレンチの前記内面に沿って前記半導体基板にアキュムレーション層を形成する第４ステップと、を備える、光半導体装置の製造方法。
  2. 前記第２ステップにおいては、反応性イオンエッチングによって前記半導体基板に前記トレンチを形成する、請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
  3. 前記第４ステップの後に、前記トレンチ内に遮光層を形成する第５ステップを更に備える、請求項１又は２に記載の光半導体装置の製造方法。
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