JP2018181911A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トレンチの内面の絶縁層上に金属層が確実に形成された光半導体装置を提供する。【解決手段】光半導体装置１は、複数の光電変換部２を有し、各光電変換部２を互いに隔てるようにトレンチ９が形成された半導体基板３と、少なくともトレンチ９の内面９ａに形成された絶縁層７と、絶縁層７上に形成されたボロン層１１と、ボロン層１１上に形成された金属層１２と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、光半導体装置に関する。

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）。また、光電変換部及び信号出力部を有する半導体基板を備え、当該半導体基板に、光電変換部と信号出力部とを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２参照）。

特開２００３−８６８２７号公報 特開２０１０−２４５４９９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うち一方の光電変換部に入射した光が他方の光電変換部に到達して当該他方の光電変換部でノイズとなるのをより確実に抑制する観点、或いは、例えばホットキャリア現象に起因して信号出力部で生じた光が光電変換部に到達して当該光電変換部でノイズとなるのをより確実に抑制する観点から、トレンチの内面の絶縁層上に金属層が形成される場合がある。しかし、例えば開口の幅が狭く且つ深いトレンチにおいては、トレンチの最深部にまで金属層を形成することは困難である。

本発明は、トレンチの内面の絶縁層上に金属層が確実に形成された光半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の光半導体装置は、複数の光電変換部を有し、複数の光電変換部のそれぞれを互いに隔てるようにトレンチが形成された半導体基板と、少なくともトレンチの内面に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成されたボロン層と、ボロン層上に形成された金属層と、を備える。

本発明の光半導体装置は、光電変換部及び信号出力部を有し、光電変換部と信号出力部とを隔てるようにトレンチが形成された半導体基板と、少なくともトレンチの内面に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成されたボロン層と、ボロン層上に形成された金属層と、を備える。

これらの光半導体装置では、トレンチの内面の絶縁層上に、ボロン層を介して金属層が形成されている。この構成は、ボロン層上には金属層が安定して形成されるとの、本発明者らが見出した知見に基づくものである。よって、トレンチの内面の絶縁層上に金属層が確実に形成された光半導体装置を得ることができる。

本発明の光半導体装置では、絶縁層、ボロン層及び金属層は、半導体基板の表面上に至っていてもよい。これによれば、半導体基板の表面上において金属層を例えば接地電位に接続することができるので、金属層が電気的に浮いた状態となるのを防止することができる。

本発明の光半導体装置では、金属層は、めっき層であってもよい。この構成は、めっき処理によってボロン層上には金属層が選択的に且つ等方的に形成されるとの、本発明者らが見出した知見に基づくものである。つまり、めっき処理によれば、例えば開口の幅が狭く且つ深いトレンチであったとしても、トレンチの内面の絶縁層上に、ボロン層を介して金属層が確実に形成される。よって、トレンチの内面の絶縁層上に金属層がより確実に形成された光半導体装置を得ることができる。

本発明によれば、トレンチの内面の絶縁層上に金属層が確実に形成された光半導体装置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。 他の実施形態の光半導体装置の一部の断面図である。

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がこの順序で積層されている。絶縁層５，７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。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、絶縁層７が形成されている。つまり、絶縁層７は、絶縁層６上からトレンチ９内に至っている。換言すれば、絶縁層７は、トレンチ９内から半導体基板３の表面３ａ上に至っている。絶縁層７のうち、トレンチ９内に形成された部分上、及びトレンチ９の開口に沿った部分上には、ボロン層１１が一体的に（一続きに）形成されている。つまり、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おり、トレンチ９内から半導体基板３の表面３ａ上に至っている。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、絶縁層７上に数ｎｍ〜数十ｎｍの厚さで等方的に形成された層である。

ボロン層１１上には、金属層１２が形成されている。つまり、金属層１２は、トレンチ９内から半導体基板３の表面３ａ上に至っている。金属層１２は、トレンチ９内に隙間なく配置されている。金属層１２は、めっき処理によってボロン層１１上に等方的に形成されためっき層である。めっき処理の具体例としては、例えば無電解Ｎｉ／Ａｕめっき等の無電解金属めっきが挙げられる。ボロン層１１上には金属層１２が安定して形成されること、及びめっき処理によってボロン層１１上には金属層１２が選択的に且つ等方的に形成されることは、本発明者らが見出した知見である。

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。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、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。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、レジスト層５０を除去し、図５に示されるように、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ等によって、トレンチ９の内面９ａ及び絶縁層６上に絶縁層７を積層する。続いて、図６に示されるように、気相成長法によって、絶縁層７上にボロン層１１を等方的に形成し、ドライエッチングによって、ボロン層１１をパターニングする。続いて、図２に示されるように、めっき処理によって、ボロン層１１上に金属層１２を選択的に且つ等方的に形成する。以上により、光半導体装置１を得る。なお、めっき処理を実施する前に、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を形成してもよい。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が形成されていると、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。

以上説明したように、光半導体装置１では、トレンチ９の内面９ａの絶縁層７上に、ボロン層１１を介して金属層１２が形成されている。この構成は、ボロン層１１上には金属層１２が安定して形成されるとの、本発明者らが見出した知見に基づくものである。よって、トレンチ９の内面９ａの絶縁層７上に金属層１２が確実に形成された光半導体装置１を得ることができる。光半導体装置１では、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内に金属層１２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をより確実に抑制することができる。

また、光半導体装置１では、絶縁層７、ボロン層１１及び金属層１２が半導体基板３の表面３ａ上に至っている。これにより、半導体基板３の表面３ａ上において金属層１２を例えば接地電位に接続することができるので、金属層１２が電気的に浮いた状態となるのを防止することができる。

また、光半導体装置１では、金属層１２がめっき層である。この構成は、めっき処理によってボロン層１１上には金属層１２が選択的に且つ等方的に形成されるとの、本発明者らが見出した知見に基づくものである。つまり、めっき処理によれば、例え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の内面９ａの絶縁層７上に、ボロン層１１を介して金属層１２が確実に形成される。よって、トレンチ９の内面９ａの絶縁層７上に金属層１２がより確実に形成された光半導体装置１を得ることができる。

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、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。

また、光半導体装置１が例えばＣＣＤ型の固体撮像装置であって、図７に示されるように、光電変換部２、ＧＮＤ部１３及び信号出力部１４等が半導体基板３に設けられている場合には、トレンチ９は、光電変換部２と信号出力部１４とを隔てるように半導体基板３に形成されていてもよい。ここで、ＧＮＤ部１３の表面上には、光電変換部２の表面上に敷設された電荷転送用の配線（図示省略）に、デバイス駆動のためのクロックや電圧を供給するための配線（図示省略）が、絶縁膜を介して敷設されている。また、信号出力部１４は、光電変換部２から転送された電荷を電気信号に変換して出力する。この場合にも、少なくともトレンチ９の内面９ａに絶縁層７が形成されており、絶縁層７上にボロン層１１が形成されており、ボロン層１１上に金属層１２が形成されている。これにより、トレンチ９の内面９ａの絶縁層７上に金属層１２が確実に形成された光半導体装置１を得ることができる。図７に示される光半導体装置１では、光電変換部２と信号出力部１４とを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内に金属層１２が形成されていることで、信号出力部１４のアンプ等で生じた光が光電変換部２に到達して光電変換部２でノイズとなるのをより確実に抑制することができる。

また、絶縁層７は、少なくともトレンチ９の内面９ａに形成されていればよい。また、絶縁層７は、トレンチ９の内面９ａに積層されたものに限定されず、トレンチ９の内面９ａに熱酸化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に形成されたシリコン酸化膜等であってもよい。また、金属層１２は、トレンチ９内に隙間なく配置されたものに限定されず、トレンチ９内に隙間が形成されるようにトレンチ９内のボロン層１１上に形成されてもよい。

１…光半導体装置、２…光電変換部、３…半導体基板、３ａ…表面、７…絶縁層、９…トレンチ、９ａ…内面、１１…ボロン層、１２…金属層、１４…信号出力部。

Claims (4)

1. 複数の光電変換部を有し、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トレンチが形成された半導体基板と、
   少なくとも前記トレンチの内面に形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上に形成されたボロン層と、
   前記ボロン層上に形成された金属層と、を備える、光半導体装置。
2. 光電変換部及び信号出力部を有し、前記光電変換部と前記信号出力部とを隔てるようにトレンチが形成された半導体基板と、
   少なくとも前記トレンチの内面に形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上に形成されたボロン層と、
   前記ボロン層上に形成された金属層と、を備える、光半導体装置。
3. 前記絶縁層、前記ボロン層及び前記金属層は、前記半導体基板の表面上に至っている、請求項１又は２に記載の光半導体装置。
4. 前記金属層は、めっき層である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光半導体装置。

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