(57)【要約】【課題】画素サイズを縮小しても混色が発生しにくい固体撮像装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】裏面照射型の固体撮像装置１において、支持基板１１上に多層配線層１３、半導体基板２０、複数のカラーフィルタ３２、複数のマイクロレンズ３３をこの順に設ける。そして、半導体基板２０の下層部分を複数の領域に区画するようにｐ型領域２１を形成し、ｐ型領域２１の直上域に例えばＢＳＧからなる絶縁部材２３を埋め込む。ｐ型領域２１及び絶縁部材２３により、ＰＤ領域２５が区画される。また、ＰＤ領域２５の下部には高濃度領域２６を形成し、上部を低濃度領域２７とする。【選択図】図１
2010225818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線構造体と、
前記配線構造体上に設けられた半導体基板と、
を備え、
前記半導体基板は、
前記半導体基板の下層部分を複数の領域に区画するように形成された第１導電型領域と、
絶縁材料からなり、前記第１導電型領域の直上域に埋め込まれた絶縁部材と、
を有し、
前記半導体基板の上面側から光が照射されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記半導体基板は、
前記第１導電型領域及び前記絶縁部材によって区画された領域の下部に形成された第２導電型の高濃度領域と、
前記高濃度領域の直上域に設けられ、実効的な不純物濃度が前記高濃度領域の実効的な不純物濃度よりも低い第２導電型の低濃度領域と、
をさらに有し、
前記絶縁部材の下面は、前記高濃度領域と前記低濃度領域の界面よりも上方に位置していることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記絶縁部材を形成する材料の可視光に対する透過率は、前記低濃度領域を形成する材料の可視光に対する透過率よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記絶縁部材を形成する材料の屈折率は、前記低濃度領域を形成する材料の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
上方から光が照射される固体撮像装置の製造方法であって、
第１導電型の半導体基板の上面に、前記半導体基板の上層部分を複数の領域に区画するようにトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの内部に絶縁材料を埋め込んで絶縁部材を形成する工程と、
前記半導体基板の下面側から第１導電型不純物を注入して、前記半導体基板における前記絶縁部材の直下域に第１導電型領域を形成する工程と、
前記半導体基板の下面上に配線構造体を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、裏面照射型の固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、表面照射型の固体撮像装置が開発されている。表面照射型の固体撮像装置においては、半導体基板の表面上に多層配線層が設けられており、多層配線層上にカラーフィルタ及びマイクロレンズが設けられている。また、半導体基板の表層部分にはフォトダイオードが形成されており、多層配線層内には転送ゲートが形成されている。フォトダイオードは例えばｎ型の拡散領域によって形成されており、ｐ型の分離層によって画素毎に区画されている。そして、上方からマイクロレンズ、カラーフィルタ及び多層配線層を介して半導体基板に入射した光が、フォトダイオードによって光電変換され、生成した電子が転送ゲートを介して読み出される。
【０００３】
このような表面照射型の固体撮像装置においては、外部から入射した光は、多層配線層内を通過して半導体基板に入射するため、光の利用効率が低い。このため、画素サイズの縮小に伴い、各画素のフォトダイオードに入射する光量が減少し、感度が低下するという問題がある。また、画素サイズの縮小に伴って画素間の距離も短くなるため、ある画素に入射した光が多層配線層内の金属配線によって乱反射されて他の画素に入射し、混色が発生するという問題もある。混色が発生すると色彩の分解能が低下し、微妙な色彩の相違を区別できなくなる。
【０００４】
このような問題を解決するために、半導体基板の裏面側、すなわち、多層配線層が設けられていない側から光を入射させる裏面照射型の固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。裏面照射型の固体撮像装置においては、外部から入射した光が多層配線層を介さずに半導体基板に入射するため、光の利用効率が高く、感度が高い。
【０００５】
しかしながら、裏面照射型の固体撮像装置においては、光が多層配線層内を通過しないで半導体基板に直接入射するため、斜めに入射した光も金属配線によって遮断されることなく半導体基板に到達する。このため、フォトダイオード同士を分離する分離層に入射する光量が多くなる。分離層に光が入射すると、分離層内において光電変換が生じて電子が発生し、この電子が分離層に隣接するフォトダイオードに流入する。この結果、例えば、赤色の画素に入射した光が赤色の画素と青色の画素との間に配置された分離層に入射し、この分離層内で光電変換されて発生した電子が青色の画素のフォトダイオードに流入し、青色の光として検出されてしまうことがある。これにより、混色が発生する。画素サイズが縮小すると、フォトダイオードに対する分離層の面積割合が増大するため、混色の発生がより一層顕著となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、画素サイズを縮小しても混色が発生しにくい固体撮像装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、配線構造体と、前記配線構造体上に設けられた半導体基板と、を備え、前記半導体基板は、前記半導体基板の下層部分を複数の領域に区画するように形成された第１導電型領域と、絶縁材料からなり、前記第１導電型領域の直上域に埋め込まれた絶縁部材と、を有し、前記半導体基板の上面側から光が照射されることを特徴とする固体撮像装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の一態様によれば、上方から光が照射される固体撮像装置の製造方法であって、第１導電型の半導体基板の上面に、前記半導体基板の上層部分を複数の領域に区画するようにトレンチを形成する工程と、前記トレンチの内部に絶縁材料を埋め込んで絶縁部材を形成する工程と、前記半導体基板の下面側から第１導電型不純物を注入して、前記半導体基板における前記絶縁部材の直下域に第１導電型領域を形成する工程と、前記半導体基板の下面上に配線構造体を形成する工程と、を備えたことを特徴とする固体撮像装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、画素サイズを縮小しても混色が発生しにくい固体撮像装置及びその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する平面図である。
【図３】横軸に図１に示すＡ−Ａ’線における位置をとり、縦軸にリンの濃度をとって、半導体基板中のリン濃度プロファイルを例示するグラフ図である。
【図４】第１の実施形態に係る固体撮像装置のマーク材を例示する平面図である。
【図５】横軸に光の波長をとり、縦軸に相対分光感度をとって、第１の実施例に係る固体撮像装置の各色の画素によって検出される光の分光特性を例示するグラフ図である。
【図６】横軸に光の波長をとり、縦軸に相対分光感度をとって、第２の実施例に係る固体撮像装置の各色の画素によって検出される光の分光特性を例示するグラフ図である。
【図７】比較例に係る固体撮像装置を例示する断面図である。
【図８】横軸に光の波長をとり、縦軸に相対分光感度をとって、比較例に係る固体撮像装置の各色の画素によって検出される光の分光特性を例示するグラフ図である。
【図９】横軸にボロンをイオン注入する際の加速エネルギーをとり、縦軸に注入されたボロンの横方向への飛程距離をとって、加速エネルギーと横方向飛程距離との関係を例示するグラフ図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１３】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１４】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１５】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１６】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１７】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１８】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１９】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２０】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２１】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２２】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２３】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２４】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２５】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２６】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２７】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２８】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２９】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３０】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３１】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３２】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３３】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３４】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３５】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３６】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３７】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３８】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３９】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４０】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４１】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４２】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４３】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４４】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４５】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４６】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４７】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４８】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４９】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図５０】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図５１】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図５２】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図５３】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図５４】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置を例示する断面図であり、
図２は、本実施形態に係る固体撮像装置を例示する平面図であり、
図３は、横軸に図１に示すＡ−Ａ’線における位置をとり、縦軸にリンの濃度をとって、半導体基板中のリン濃度プロファイルを例示するグラフ図であり、
図４は、本実施形態に係る固体撮像装置のマーク材を例示する平面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１においては、支持基板１１が設けられている。支持基板１１は固体撮像装置１全体の強度及び剛性を担保するものであり、例えばシリコンにより形成されている。支持基板１１上には、パッシベーション膜１２が設けられており、その上には配線構造体としての多層配線層１３が設けられている。多層配線層１３においては、例えばシリコン酸化物等の絶縁材料からなる層間絶縁膜１４中に、金属配線１５が多層に設けられている。また、多層配線層１３の最上層には、トランスファーゲート１６が設けられている。
【００１４】
多層配線層１３上には、半導体基板２０が設けられている。半導体基板２０は例えばシリコンにより形成されている。半導体基板２０においては、半導体基板２０の下層部分に選択的にｐ型領域２１が設けられている。ｐ型領域２１は半導体基板２０の下層部分を複数の領域に区画するように形成されている。ｐ型領域２１にはアクセプタとなる不純物、例えば、ボロン（Ｂ）が導入されており、導電型はｐ型である。
【００１５】
半導体基板２０におけるｐ型領域２１の直上域には、半導体基板２０の上面側からトレンチ２２が形成されており、トレンチ２２内には絶縁部材２３が埋め込まれている。絶縁部材２３は、絶縁材料、例えば、ＢＳＧ（boron doped silicon glass：ボロン含有シリコン酸化物）により形成されている。ＢＳＧの可視光に対する透過率は、シリコンの可視光に対する透過率よりも低い。また、ＢＳＧの屈折率はシリコンの屈折率よりも低い。ＢＳＧの屈折率は、ボロン濃度によって異なるが、概ね１．４８〜２．０程度であり、シリコンの屈折率は約４．２である。また、半導体基板２０における絶縁部材２３に接する領域には、絶縁部材２３を包むように、ｐ型領域２４が形成されている。
【００１６】
なお、本明細書においては、多層配線層１３から半導体基板２０に向かう方向を「上方」といい、半導体基板２０から多層配線層１３に向かう方向を「下方」といい、上方及び下方に対して直交する方向を「横方向」という。これらの表現は重力の方向とは無関係である。固体撮像装置１に入射する光は、上方から飛来し、下方に向かって進行する。
【００１７】
図２に示すように、上方、すなわち、半導体基板２０の上面に対して垂直な方向から見て、絶縁部材２３の形状は格子状である。また、ｐ型領域２１（図１参照）は絶縁部材２３の直下域に形成されているため、ｐ型領域２１の形状も上方から見て格子状である。これにより、半導体基板２０は、ｐ型領域２１及び絶縁部材２３によってマトリクス状に配列された複数のＰＤ（フォトダイオード）領域２５に区画されており、各ＰＤ領域２５は固体撮像装置１の各画素に対応している。そして、ＰＤ領域２５は、ｐ型領域２１及び絶縁部材２３により、相互に電気的に分離されている。上方から見て、各ＰＤ領域２５の形状は例えば略正方形状である。
【００１８】
ＰＤ領域２５の下部には、導電型がｎ＋型の高濃度領域２６が形成されている。また、高濃度領域２６の直上域には、導電型がｎ−型の低濃度領域２７が設けられている。このように、ｐ型領域２１及び絶縁部材２３によって区画されたＰＤ領域２５は、高濃度領域２６及び低濃度領域２７によって構成されている。高濃度領域２６及び低濃度領域２７にはドナーとなる不純物、例えば、リン（Ｐ）が導入されている。そして、絶縁部材２３の下面２３ａは、高濃度領域２６と低濃度領域２７との界面２８よりも上方に位置している。
【００１９】
図３に示すように、低濃度領域２７における上下方向のリン濃度プロファイルは、ほぼ均一である。これは、半導体基板２０に当初から含まれていたリンの濃度がそのまま反映されているからである。これに対して、高濃度領域２６における上下方向のリン濃度プロファイルは、低濃度領域２７のリン濃度よりも高く、且つ、全体で１つのピークを形成している。これは、高濃度領域２６は半導体基板２０に対してリンがイオン注入されることによって形成されているからである。従って、低濃度領域２７における実効的な不純物濃度は、高濃度領域２６における実効的な不純物濃度よりも低い。なお、「実効的な不純物濃度」とは、全不純物からドナー（ｎ型不純物）とアクセプタ（ｐ型不純物）の相殺分を除いた電気伝導に寄与する不純物の濃度をいう。
【００２０】
また、図３に示すリン濃度プロファイルにおいて、上端部、すなわち、低濃度領域２７の上面に相当する位置から、下端部、すなわち、高濃度領域２６の下面に相当する位置まで移動したときに、ピークが始まる位置Ｂが、界面２８に相当する。なお、図３に示す例では、ピークは１つの極大値のみを持つが、イオン注入を相互に異なる加速電圧で複数回に分けて行った場合には、ピークが複数の極大値を持つ場合もある。
【００２１】
また、図１及び図４に示すように、半導体基板２０内には、マーク材２９が埋め込まれている。マーク材２９は、固体撮像装置１の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程及び検査工程等の位置合わせに使用するものである。マーク材２９の形状は四角柱状であり、半導体基板２０を貫いている。また、マーク材２９は、例えば、ポリシリコンからなる芯材２９ａの周囲に、シリコン酸化物からなる被覆層２９ｂが被覆されて構成されている。
【００２２】
また、多層配線層１３及び半導体基板２０には、上述の構成要素の他にも、例えばアンプ・リセットトランジスタ等の素子を含む読出回路（図示せず）等が形成されている。これらの素子は、半導体基板２０の下面、すなわち、多層配線層１３側の面に形成されている。従って、半導体基板２０において、素子が形成されている下面を表面とすると、光が入射する上面は裏面にあたる。
【００２３】
半導体基板２０上には、例えばシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなる反射防止膜３１が設けられている。反射防止膜３１上には、複数枚のカラーフィルタ３２が設けられている。カラーフィルタ３２は画素毎、すなわち、ＰＤ領域２５毎に設けられており、例えば、各ＰＤ領域２５の直上域に設けられている。カラーフィルタ２５は、例えば、赤色の光を透過させ他の色の光を遮断する赤色フィルタ、緑色の光を透過させ他の色の光を遮断する緑色フィルタ、青色の光を透過させ他の色の光を遮断する青色フィルタである。各カラーフィルタ３２上には、平凸型のマイクロレンズ３３が設けられている。
【００２４】
このように、固体撮像装置１の各画素には、上方から順に、各１つのマイクロレンズ３３、カラーフィルタ３２、低濃度領域２７及び高濃度領域２６が設けられている。また、上述のトランスファーゲート１６も、画素毎に設けられている。
【００２５】
以下、固体撮像装置１の各部の寸法の一例を示す。
半導体基板２０は研削により減厚されており、その厚さは３．５μｍである。また、トレンチ２２の幅Ｗは０．２５μｍであり、深さは０．５μｍである。従って、トレンチ２２のアスペクト比は２である。このため、絶縁部材２３のアスペクト比も約２である。すなわち、絶縁部材２３の高さは、絶縁部材２３における横方向の長さのうち最小の長さの約２倍である。なお、良好な埋込性を確保するために、トレンチ２２及び絶縁部材２３のアスペクト比は６以下であることが好ましく、４以下であることがより一層好ましい。
【００２６】
また、ｐ型領域２１は、半導体基板２０の下面側から、開口幅が０．２５μｍのマスクを使用して、最大加速エネルギーを２ＭｅＶとしてイオン注入されて形成されたものであり、半導体基板２０の下面から３μｍの深さまで到達している。一方、ｐ型領域２４の厚さは０．１μｍである。ｐ型領域２１はｐ型領域２４に接している。更に、上方から見て、ＰＤ領域２５の一辺の長さＬは１．１５μｍである。上述の如く、トレンチ２２の幅Ｗは０．２５μｍであるから、１つの画素のサイズは、一辺が１．４μｍの正方形である。
【００２７】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の動作について説明する。
固体撮像装置１は、上方から外光が入射するように設置されている。上方から入射された外光は、マイクロレンズ３３によって集光され、カラーフィルタ３２によって波長が選択され、反射防止膜３１を透過して半導体基板２０に入射する。このとき、ＰＤ領域２５に入射した光は、主として低濃度領域２７を通過して高濃度領域２６において光電変換される、低濃度領域２７においても光電変換される。すなわち、ＰＤ領域２５は各画素のフォトダイオードとして機能する。そして、この光電変換によって発生した電子はＰＤ領域２５に蓄積され、トランスファーゲート１６によって読出回路に転送されて読み出される。
【００２８】
一方、反射防止膜３１を透過した外光の一部は、絶縁部材２３に入射する。このとき、絶縁部材２３はＢＳＧにより形成されており、ＢＳＧは絶縁材料であるため、絶縁部材２３内で光電変換が生じることはない。このため、絶縁部材２３内で電子が発生することがなく、発生した電子が隣の画素のＰＤ領域２５内に漏洩することもなく、従って、この漏洩に起因する混色が発生することもない。
【００２９】
また、絶縁部材２３を形成する材料、すなわちＢＳＧの可視光に対する透過率は、低濃度領域２７を形成する材料、すなわちシリコンの可視光に対する透過率よりも低いため、絶縁部材２３に入射した光は急速に減衰する。これにより、絶縁部材２３に入射した光の大部分は絶縁部材２３内で吸収され、ｐ型領域２１には到達しない。この結果、ｐ型領域２１内で光電変換が生じることを防止し、この光電変換に起因する混色を防止できる。
【００３０】
更に、絶縁部材２３を形成するＢＳＧの屈折率は、低濃度領域２７を形成するシリコンの屈折率よりも低いため、一旦、低濃度領域２７に入射し、低濃度領域２７を介して絶縁部材２３の側面に到達した光の一部は、低濃度領域２７と絶縁部材２３との界面において反射され、低濃度領域２７内に戻される。また、絶縁部材２３の側面を介して絶縁部材２３内に入射した光も、低濃度領域２７と絶縁部材２３との界面において屈折し、その進行方向が下方に向かう方向に変化する。これにより、絶縁部材２３内に入射した光の大部分は絶縁部材２３において吸収され、反対側の画素に漏洩することを防止できる。これによっても、混色を防止することができる。
【００３１】
なお、絶縁部材２３の材料はＢＳＧには限定されないが、絶縁材料である必要がある。絶縁材料であれば、光電変換が生じないからである。なお、光電変換が発生しないという条件を満たすために、トレンチ２２内を金属によって埋め込むことも考えられるが、そうすると、金属を埋め込んだ後に高温の熱処理を施すことができなくなり、固体撮像装置の製造プロセスが大幅に制約されてしまう。また、絶縁部材２３の材料は低濃度領域２７の材料よりも可視光の透過率が低いことが好ましい。これにより、絶縁部材２３内に入射した光を効果的に吸収することができる。更に、絶縁部材２３の材料は低濃度領域２７の材料よりも屈折率が低いことが好ましい。これにより、絶縁部材２３の側面に到達した光を反射するか下方に向けて屈折させることができる。
【００３２】
半導体基板２０をシリコンによって形成する場合に、絶縁部材２３に好適な材料、すなわち、絶縁材料であり、低濃度領域２７を形成するシリコンよりも透過率及び屈折率が低く、シリコンプロセスとの整合性が良好な材料としては、上述のＢＳＧの他に、ＰＳＧ（phosphorus doped silicon glass：リン添加シリコン酸化物）及びＢＰＳＧ（boron phosphorus doped silicon glass：ボロン−リン添加シリコン酸化物）も挙げられる。また、絶縁部材２３の材料として、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及びシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）等を用いてもよい。アルミナは熱処理によりアルミニウムが拡散しやすいという課題があり、シリコン窒化物は熱応力が大きいという課題があるが、これらの課題を回避できれば、適用可能である。
【００３３】
次に、本実施形態の効果について説明する。
上述の如く、本実施形態によれば、半導体基板２０の上層部分にトレンチ２２を形成し、その内部に絶縁部材２３を埋め込むことにより、画素分離領域を形成している。このため、画素分離領域において光電変換が生じることがない。また、絶縁部材２３を可視光の透過率が低い材料で形成することにより、絶縁部材２３に入射した光を効果的に吸収することができる。更に、絶縁部材２３を半導体基板２０を形成する半導体材料よりも屈折率が低い材料によって形成することにより、絶縁部材２３の側面に入射した光が絶縁部材２３を透過して反対側の画素に入射することを防止できる。以上の作用により、混色を防止することができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、半導体基板２０の上部に絶縁部材２３を埋め込んでいるため、ｐ型領域２１は半導体基板２０の下部のみに形成すればよい。このため、ｐ型領域２１を形成するためのイオン注入において、加速電圧を低く抑えることができる。これにより、注入した不純物が横方向に拡散することを抑制でき、ｐ型領域２１を細く形成することができ、その分、ＰＤ領域２５の幅を確保することができる。この結果、フォトダイオードとして機能するＰＤ領域２５の体積を確保し、感度を向上させることができる。換言すれば、画素サイズを縮小しても、感度の低下を抑制することができる。
【００３５】
更に、本実施形態によれば、絶縁部材２３の周囲にｐ型領域２４を形成して、ｐ型領域２４により絶縁部材２３を包み込んでいる。これにより、絶縁部材２３の表面に存在する不対電子対により発生した電子を、ｐ型領域２４によって吸収することができる。この結果、不対電子対に起因するノイズの発生を抑えることができる。
【００３６】
更にまた、本実施形態によれば、絶縁部材２３の下面２３ａが高濃度領域２６と低濃度領域２７との界面２８よりも上方に位置している。これにより、フォトダイオードの主要部分となる高濃度領域２６の周囲に絶縁部材２３及びｐ型領域２４を配置しないようにして、ｐ型領域２４により高濃度領域２６の体積が減少することを防止できる。この結果、飽和電子数を確保し、フォトダイオードの感度を高くすることができる。このように、本実施形態によれば、画素サイズを縮小しても感度が高く、混色が発生しにくい固体撮像装置を得ることができる。
【００３７】
次に、上述の絶縁部材を設けることによる効果を、本実施形態の実施例と比較例とを比較して説明する。
【００３８】
（第１の実施例）
先ず、第１の実施形態の第１の実施例について説明する。
本実施例に係る固体撮像装置の構成は、上述の第１の実施形態と同様である。すなわち、半導体基板２０の上部にＢＳＧからなる絶縁部材２３が埋め込まれている。また、各部の寸法は、上述の例示のとおりである。
【００３９】
図５は、横軸に光の波長をとり、縦軸に相対分光感度をとって、第１の実施例に係る固体撮像装置の各色の画素によって検出される光の分光特性を例示するグラフ図である。
図５に示す各曲線は、各色の画素によって検出される光の波長に対する強度を示している。理想的には、各波長の光は１色又は２色の画素によって検知され、図５に示す３本の曲線の重なり部分は小さい方が好ましいが、実際には、各波長の光は３色の画素全てにおいて検知され、可視光域全体にわたって３本の曲線は相互に重なっている。そして、この重なり部分が大きいほど、混色の程度が高いことになる。
【００４０】
図５に示すように、本実施例に係る固体撮像装置においては、青色画素の検出中心である４５０ｎｍの波長の光については、緑色画素における相対分光感度は約５％であり、赤色画素における相対分光感度は約１％である。また、緑色画素の検出中心である５５０ｎｍの波長の光については、青色画素及び赤色画素共に、相対分光感度は約５％である。更に、赤色画素の検出中心である６３０ｎｍの波長の光については、青色画素の相対分光感度は約６％であり、緑色画素の相対分光感度は約８％である。以上の結果を下記表１に示す。
【００４１】
（第２の実施例）
次に、第１の実施形態の第２の実施例について説明する。
図６は、横軸に光の波長をとり、縦軸に相対分光感度をとって、第２の実施例に係る固体撮像装置の各色の画素によって検出される光の分光特性を例示するグラフ図である。
【００４２】
本実施例においては、ＴＥＯＳ（tetra ethyl ortho silicate）を原料としたＣＶＤ（chemical vapor deposition：化学気相成長）法によってシリコン酸化物（ＳｉＯ２）を堆積させることにより、絶縁部材２３を形成している。すなわち、本実施例に係る固体撮像装置においては、絶縁部材２３がボロン等の不純物が添加されていないノンドープのシリコン酸化物によって形成されている。ボロンを添加していないシリコン酸化物の可視光に対する透過率は、ＢＳＧの透過率よりも高い。また、シリコン酸化物の屈折率（約１．５２）は、ＢＳＧの屈折率（約１．４８〜２．０）よりも低めであり、シリコンの屈折率（約４．２）よりは低い。本実施例における上記以外の構成は、上述の第１の実施例と同様である。
【００４３】
図６に示すように、本実施例に係る固体撮像装置においては、青色画素の検出中心である４５０ｎｍの波長の光については、緑色画素及び赤色画素における相対分光感度は約８％である。また、緑色画素の検出中心である５５０ｎｍの波長の光については、青色画素の相対分光強度は約１７％であり、赤色画素の相対分光感度は約１４％である。更に、赤色画素の検出中心である６３０ｎｍの波長の光については、青色画素及び緑色画素の相対分光感度は共に約１４％である。以上の結果を下記表１に示す。
【００４４】
このように、本実施例においては、上述の第１の実施例と比較して、特に長波長領域において混色が増大している。これは、絶縁部材２３を形成している材料の違いに起因していると考えられる。すなわち、絶縁部材２３に入射した光のうち、短波長領域の光、例えば、波長が４５０ｎｍの光は、大部分が絶縁部材２３内で吸収される。しかしながら、本実施例において絶縁部材２３を形成するシリコン酸化物の透過率は、ＢＳＧの透過率よりも高いため、長波長領域の光、例えば、波長が５５０ｎｍ及び６３０ｎｍの光は、その一部が絶縁部材２３を透過してｐ型領域２１に入射し、ｐ型領域２１内において光電変換される。そして、ｐ型領域２１内で発生した電子が、隣の画素のＰＤ領域２５に漏洩する。この結果、長波長領域において混色が増大しているものと考えられる。
【００４５】
（比較例）
次に、第１の実施形態の比較例について説明する。
図７は、本比較例に係る固体撮像装置を例示する断面図であり、
図８は、横軸に光の波長をとり、縦軸に相対分光感度をとって、本比較例に係る固体撮像装置の各色の画素によって検出される光の分光特性を例示するグラフ図である。
【００４６】
図７に示すように、本比較例に係る固体撮像装置１０１においては、半導体基板２０にトレンチ２２（図１参照）が形成されておらず、絶縁部材２３（図１参照）が埋め込まれていない。その替わりに、固体撮像装置１０１においては、ｐ型領域２１が半導体基板２０の上面まで到達しており、ｐ型領域２１によってＰＤ領域２５を画素毎に区画している。このような構成を実現するために、本比較例においては、最大加速電圧を３．２ＭｅＶとしてボロンをイオン注入することにより、ｐ型領域２１を半導体基板２０の下面から３．５μｍの深さまで形成している。本比較例における上記以外の構成は、前述の第１の実施例と同様である。
【００４７】
図８に示すように、本比較例に係る固体撮像装置１０１においては、青色画素の検出中心である４５０ｎｍの波長の光については、緑色画素における相対分光感度は約２１％であり、赤色画素における相対分光感度は約１７％である。また、緑色画素の検出中心である５５０ｎｍの波長の光については、青色画素の相対分光感度は約１６％であり、赤色画素の相対分光強度は約２０％である。更に、赤色画素の検出中心である６３０ｎｍの波長の光については、青色画素及び緑色画素共に、相対分光感度は約１４％である。以上の結果を下記表１に示す。
【００４８】
図５及び図８並びに表１に示すように、本比較例においては、前述の第１の実施例と比較して、全波長域において混色が増大している。これは、上方から入射した外光がｐ型領域２１に入射し、全波長域の光がｐ型領域２１において光電変換され、これによって発生した電子が隣接する画素に漏洩したためであると考えられる。これに対して、上述の第１の実施例によれば、ｐ型領域２１が半導体基板２０の上面に到達しておらず、ｐ型領域２１の直上域に絶縁部材２３が埋め込まれているため、このような混色を防止できる。また、第２の実施例によっても、短波長域の光の混色を防止できる。
【００４９】
【表１】
2010225818.tif 000003
【００５０】
（飽和電子数）
次に、上述の第１及び第２の実施例（以下、総称して「実施例」という）と比較例について、飽和電子数を比較する。フォトダイオードの感度は飽和電子数に依存し、飽和電子数が多いほど感度が高い。飽和電子数はフォトダイオードの体積に依存し、体積が大きいほど飽和電子数を多くすることができる。そして、本実施形態の構造では、画素のサイズを一定とした場合、フォトダイオードの体積、すなわち、ＰＤ領域２５の体積は、ｐ型領域２１の幅に依存し、ｐ型領域２１の幅が広がると、その分、ＰＤ領域２５の体積が減少する。ｐ型領域２１の幅は、ｐ型領域２１を形成するための不純物注入の際の加速エネルギーに依存し、加速エネルギーが高いほど、不純物の横方向への飛程距離が長くなり、ｐ型領域２１の幅が広くなる。従って、ｐ型領域２１を形成するための加速エネルギーを低く抑えれば、不純物の横方向への飛程距離を短くし、ｐ型領域２１の幅を狭くし、その分、ＰＤ領域２５の体積を大きくし、飽和電子数を多くし、感度を向上させることができる。
【００５１】
図９は、横軸にボロンをイオン注入する際の加速エネルギーをとり、縦軸に注入されたボロンの横方向への飛程距離をとって、加速エネルギーと横方向飛程距離との関係を例示するグラフ図である。
【００５２】
上述の実施例においては、ｐ型領域２１はトレンチ２２の直下域のみに形成すればよく、また、半導体基板２０の下面だけでなくトレンチ２２の底面からもボロンを注入できるため、ボロンをイオン注入する際の加速エネルギーを低く抑えることができる。例えば、加速エネルギーを１５０ｋｅＶとすると、図９より、横方向の飛程距離は約０．１０μｍとなる。一方、上述の比較例においては、ｐ型領域２１は半導体基板２０を貫通するように形成するため、ボロンの注入に際して高い加速エネルギーが必要となる。例えば、加速エネルギーを３．２ＭｅＶとすると、図９より、横方向の飛程距離は約０．２８μｍとなる。
【００５３】
表２に、実施例の設計値がそのまま実現されていると仮定した場合の固体撮像装置、実施例に係る固体撮像装置、比較例に係る固体撮像装置について、ボロンの加速電圧、ボロンの横方向飛程距離、ｐ型領域２１の幅、上方から見たときのＰＤ領域２５の一辺の長さ、ＰＤ領域２５の上面積及び飽和電子数を示す。
【００５４】
図２に示すように、ＰＤ領域２５の上面形状は正方形であり、その一辺の長さＬの設計値は１．１５μｍであり、ｐ型領域２１の幅の設計値はトレンチ２２の幅Ｗと等しく、０．２５μｍである。但し、実施例及び比較例においては、ｐ型領域２１の幅は、設計値に横方向飛程距離の２倍の値を加えた値となる。また、ＰＤ領域２５の上面は横方向飛程距離の分だけ四方から浸食され、面積が減少する。一方、表２に示す飽和電子数の値は測定値である。
【００５５】
【表２】
2010225818.tif 000004
【００５６】
表２に示すように、本実施形態の実施例においては、比較例と比較して、飽和電子数が多かった。これは、表２に示すように、ｐ型領域２１を形成する際に不純物注入の加速エネルギーを低く抑えたことにより、ｐ型領域２１の横方向への拡張を抑え、ＰＤ領域２５の体積を確保できたためと考えられる。このように、実施例によれば、フォトダイオードの感度を高くすることができた。
【００５７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態は、固体撮像装置の製造方法の実施形態である。
図１０〜図５４は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する工程断面図である。
なお、以下の説明においては、前述の第１の実施形態と同様に、完成後の固体撮像装置において光が飛来する方向を上方とする。
【００５８】
図１０に示すように、ＳＯＩ（silicon on insulator）基板５０を準備する。ＳＯＩ基板５０においては、シリコンからなる基材５１が設けられており、基材５１上にはシリコン酸化物からなるＢＯＸ酸化膜５２が設けられている。ＢＯＸ酸化膜５２の膜厚は例えば１３５ｎｍである。ＢＯＸ酸化膜５２上には、シリコンからなり導電型がｎ−型のシリコン層５３が設けられている。シリコン層５３は例えばエピタキシャル成長によって形成されたものであり、ドナーとなる不純物、例えばリンが、３．５×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３の濃度で導入されている。シリコン層５３は、装置完成後の半導体基板２０（図１参照）となる。
【００５９】
先ず、ＳＯＩ基板５０の上面上、すなわち、シリコン層５３上に、ＬＰ−ＣＶＤ（low pressure chemical vapor deposition：低圧化学気相成長）法により、膜厚が例えば２ｎｍのシリコン酸化膜（図示せず）を形成した後、膜厚が例えば５０ｎｍのシリコン窒化膜５４を形成する。
【００６０】
次に、以下の工程によって、ＳＯＩ基板５０にマーク材２９（図１８参照）を形成する。
先ず、図１１に示すように、シリコン窒化膜５４上にレジスト材料を塗布して、膜厚が例えば１．８μｍのレジストマスク５５を成膜する。そして、マーク材２９を形成する予定の領域を露光し、現像することにより、この領域に開口部５５ａを形成する。上方から見て、開口部５５ａの形状は正方形とし、一辺の長さ、すなわち開口幅は２μｍとする。
【００６１】
次に、図１２に示すように、レジストマスク５５をマスクとしてドライエッチングを施す。これにより、開口部５５ａの直下域においてシリコン窒化膜５４及びシリコン層５３を選択的に除去する。このドライエッチングは、ＢＯＸ酸化膜５２に到達した時点で停止する。この結果、シリコン窒化膜５４及びシリコン層５３を貫通し、ＢＯＸ酸化膜５２まで到達したディープトレンチ５６が形成される。なお、このドライエッチングにより残渣（デポ物）が発生する。また、ディープトレンチ５６の内面にはダメージが発生する。
次に、図１３に示すように、レジストマスク５５（図１２参照）を剥離する。その後、フッ酸系の薬液を用いて洗浄し、残渣を除去する。
【００６２】
次に、図１４に示すように、熱酸化処理を施す。これにより、ディープトレンチ５６の側面上に、厚さが例えば１０ｎｍのシリコン酸化膜５７が形成される。この結果、ディープトレンチ５６の側面において、ドライエッチングにより発生したダメージが除去される。
【００６３】
次に、図１５に示すように、例えばＬＰ−ＣＶＤ法によりシリコン酸化物を４００ｎｍの厚さに堆積させる。これにより、シリコン窒化膜５４の上面上及びディープトレンチ５６の内面上にシリコン酸化膜５８が形成される。ディープトレンチ５６の開口幅は２μｍ（＝２０００ｎｍ）なので、厚さが４００ｎｍのシリコン酸化膜５８によってディープトレンチ５６が閉塞することはない。また、シリコン酸化膜５７（図１４参照）はシリコン酸化膜５８と一体化する。
【００６４】
次に、図１６に示すように、シリコン窒化膜５４をストッパとしてＣＭＰ（chemical mechanical polishing：化学的機械研磨）を行い、シリコン窒化膜５４上に堆積したシリコン酸化膜５８を除去する。これにより、ディープトレンチ５６の内面上にのみシリコン酸化膜５８が残留し、被覆層２９ｂとなる。
【００６５】
次に、図１７に示すように、リンが導入されたポリシリコンを例えば０．８μｍの厚さに堆積させる。これにより、シリコン窒化膜５４の上面上及びディープトレンチ５６の内部にポリシリコン膜５９を形成する。このとき、ディープトレンチ５６の内部はポリシリコン膜５９によって完全に埋め込まれる。
【００６６】
次に、図１８に示すように、シリコン窒化膜５４をストッパとしてＣＭＰを行い、シリコン窒化膜５４上に堆積したポリシリコン膜５９を除去する。これにより、ディープトレンチ５６の内部にのみポリシリコン膜５９が残留し、芯材２９ａとなる。このようにして、シリコン層５３を貫通し、芯材２９ａ及び被覆層２９ｂからなるマーク材２９が形成される。上方から見たマーク材２９の形状は、図４に示すようになる。
【００６７】
マーク材２９は、以後のシリコン層５３の上面及び下面に対するリソグラフィ工程において、位置合わせの指標として使用されるものである。また、マーク材２９にポリシリコンからなる芯材２９ａを設けることにより、シリコン層５３の上面と下面との間の導通を確保することができる。更に、芯材２９ａの周囲をシリコン酸化物からなる被覆層２９ｂによって覆うことにより、芯材２９ａをシリコン層５３から絶縁し、電流のリークを防止すると共に、シリコン層５３の上面及び下面を電子顕微鏡等によって観察して位置合わせを行う際に、シリコン層５３に対するマーク材２９のコントラストを高めることができる。なお、本実施形態においては、同一のマーク材２９を位置合わせ及び導通の双方の目的で使用するが、位置合わせ用のマーク材と導通用のマーク材とは別個に形成してもよい。
【００６８】
次に、以下の工程によって、シリコン層５３の上部に絶縁部材２３（図２８参照）を埋設する。
先ず、図１９に示すように、ＬＰ−ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜５４上にＢＳＧを堆積させて、ＢＳＧ膜６１を形成する。ＢＳＧ膜６１の膜厚は、例えば１００ｎｍとする。
【００６９】
次に、図２０に示すように、シリコン窒化膜５４上にレジスト材料を塗布して、レジストマスク６２を成膜する。そして、トレンチ２２（図２２参照）を形成する予定の領域を露光し、現像することにより、この領域に開口部６２ａを形成する。上方から見て、開口部６２ａの形状は格子状とし、その開口幅は例えば０．２５μｍとする。
【００７０】
次に、図２１に示すように、レジストマスク６２をマスクとしてドライエッチングを施す。これにより、開口部６２ａの直下に位置するＢＳＧ膜６１が選択的に除去されて、開口部６１ａが形成される。このドライエッチングは、シリコン窒化膜５４に到達した時点で停止する。その後、レジストマスク６２を除去する。
【００７１】
次に、図２２に示すように、パターニングされたＢＳＧ膜６１をマスクとしてドライエッチングを施す。これにより、開口部６１ａの直下において、シリコン層５３の上部が選択的に除去され、トレンチ２２が形成される。トレンチ２２の深さは例えば２μｍとする。なお、このとき、残渣（デポ物）が発生する。
【００７２】
次に、図２３に示すように、フッ化水素蒸気（HF-Vapor）処理により、ＢＳＧ膜６１（図２２参照）及び残渣（図示せず）を除去する。次に、熱酸化処理を施す。これにより、トレンチ２２の内面上に、厚さが例えば４ｎｍの熱酸化膜（図示せず）が形成される。この熱酸化膜は、以後の工程においてトレンチ２２内にＢＳＧを埋め込んだ後に、熱処理によるＢＳＧの固相拡散を防止する拡散防止層として機能する。
【００７３】
次に、図２４に示すように、全面にボロンをイオン注入する。このとき、ボロンの注入方向は、シリコン窒化膜５４の上面に垂直な方向（鉛直下方）に対して傾斜した方向とする。このときの鉛直下方に対する注入方向の傾斜角度は、例えば３°とする。そして、注入方向を鉛直下方を軸として回転させて、例えば４方向から順次注入する。これにより、ボロンがシリコン層５３の最上層部分に注入されると共に、トレンチ２２の内面に対しても注入される。この結果、シリコン層５３の最上層及びトレンチ２２の周囲が、ボロン注入領域６３となる。
【００７４】
次に、図２５に示すように、熱処理を施し、ボロン注入領域６３のボロンを活性化させる。この熱処理は、例えば、最高到達温度を１０９０℃とするスパイクＲＴＡ（rapid thermal anneal：瞬間熱アニール）により実施する。これにより、シリコン層５３の最上層及びトレンチ２２の周囲に、ｐ型領域２４が形成される。ｐ型領域２４の厚さは、例えば０．１μｍとなる。本工程においては、これより後の工程において原子が熱拡散することを防止するために、以後の熱工程よりも高い温度で、先に不純物を拡散及び活性化させておく。
【００７５】
次に、図２６に示すように、ＢＳＧを例えば２００ｎｍの厚さで堆積させる。これにより、シリコン窒化膜５４の上面上及びトレンチ２２の内部に、ＢＳＧ膜６４が成膜される。ＢＳＧ膜６４の膜厚は、トレンチ２２内を完全に埋め切れる膜厚であればよい。
【００７６】
次に、図２７に示すように、シリコン窒化膜５４をストッパとしてＣＭＰを施し、シリコン窒化膜５４上に堆積されたＢＳＧ膜６４を除去する。これにより、ＢＳＧ膜６４がトレンチ２２の内部にのみ残留し、これが絶縁部材２３となる。このようにして、シリコン層５３の上部に絶縁部材２３が埋設される。
【００７７】
次に、以下の工程によって、シリコン層５３の下部にｐ型領域２１（図３８参照）を形成する。
先ず、図２８に示すように、ＬＰ−ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜５４（図２７参照）上に更にシリコン窒化物を堆積させる。このときの堆積厚さは例えば３０ｎｍとする。これにより、シリコン窒化膜５４及び新たに堆積されたシリコン窒化物により、シリコン窒化膜６７が形成される。シリコン窒化膜６７の膜厚は、例えば３０〜６０ｎｍとなる。また、絶縁部材２３はシリコン窒化膜６７によって覆われる。
【００７８】
次に、図２９に示すように、ＴＥＯＳを原料としたＬＰ−ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜６７上にシリコン酸化物を堆積させる。これにより、膜厚が例えば２００ｎｍのＴＥＯＳ膜６８を形成する。
【００７９】
次に、図３０に示すように、ＴＥＯＳ膜６８の上面に支持基板７０を貼り合わせる。支持基板７０には、例えば、シリコンウェーハを使用する。また、この貼り合わせは、例えばプラズマ貼合により実施する。
【００８０】
次に、図３１に示すように、ＳＯＩ基板５０、ＴＥＯＳ膜６８及び支持基板７０が積層された構造体をひっくり返す。これにより、ＳＯＩ基板５０の基材５１の下面が処理対象面となる。なお、表記を統一するために、以後の説明においても、これまでと同様に、基材５１が配置されている側を下方とし、支持基板７０が配置されている側を上方とする。
【００８１】
次に、図３２に示すように、基材５１（図３１参照）に対してＢＯＸ酸化膜５２をストッパとして研削処理を施し、基材５１を除去する。
次に、図３３に示すように、フッ酸処理を行い、ＢＯＸ酸化膜５２（図３２参照）を除去する。これにより、シリコン層５３の下面が露出する。また、マーク材２９の下面も露出し、シリコン酸化物からなる被覆層２９ｂがシリコン層５３の下面に対して後退する。このようにして、ＳＯＩ基板５０（図３１参照）を下面側から減厚する。
【００８２】
次に、図３４に示すように、シリコン層５３の下面上（図示では上方）に、シリコン窒化物を例えば１２０ｎｍの厚さで堆積させる。これにより、シリコン窒化膜７１を形成する。その後、レジスト材料を塗布して厚さが例えば０．３μｍのレジストマスク７２を成膜し、リソグラフィ法により素子分離領域が形成される予定の領域を開口させる。このとき、マーク材２９を使用してリソグラフィの位置合わせを行う。
【００８３】
次に、図３５に示すように、レジストマスク７２（図３４参照）をマスクとしてドライエッチングを行い、シリコン窒化膜７１をパターニングする。その後、レジストマスク７２を剥離する。次に、パターニングされたシリコン窒化膜７１をマスクとしてドライエッチングを行い、シリコン層５３の最下層（図示では最上層）を選択的に除去し、凹部７３を形成する。凹部７３は、トレンチ２２の直下域の両側に形成する。
【００８４】
次に、図３６に示すように、ＵＳＧ（undoped silicon glass：アンドープシリコン酸化物）を例えば５５０ｎｍの厚さに堆積させて、シリコン窒化膜７１の下面上にＵＳＧ膜７４を形成する。ＵＳＧ膜７４は凹部７３内にも埋め込まれる。
【００８５】
次に、図３７に示すように、シリコン窒化膜７１をストッパとして、ＵＳＧ膜７４に対してＣＭＰを施す。これにより、シリコン窒化膜７１の下面上からＵＳＧ膜７４を除去し、凹部７３内のみに残留させる。凹部７３内に残留したＵＳＧ膜７４が素子分離絶縁膜７５となる。
【００８６】
次に、図３８に示すように、シリコン窒化膜７１の下面上にレジストを塗布し、レジストマスク７６を成膜する。そして、マーク材２９を使用して位置合わせを行い、レジストマスク７６に対して露光及び現像を行い、トレンチ２２の直下域に開口部７６ａを形成する。次に、レジストマスク７６をマスクとしてボロンをイオン注入する。このイオン注入は、ボロンがｐ型領域２４に到達するような加速エネルギーで行う。これにより、シリコン層５３内におけるトレンチ２２の直下域（図示では直上域）に、ｐ型領域２１が形成される。下方から見て、ｐ型領域２１の形状は格子状であり、ｐ型領域２４に接続されている。
【００８７】
次に、図３９に示すように、シリコン層５３の下面側から、ｐ型領域２１によって区画された領域に対して、リンをイオン注入する。これにより、この区画された領域の下部（図示では上部）に、導電型がｎ＋型の高濃度領域２６が形成される。このとき、ｐ型領域２１によって区画された領域のうち、リンが到達しなかった領域、すなわち、高濃度領域２６の直上域（図示では直下域）が、導電型がｎ−型の低濃度領域２７となる。
【００８８】
このとき、高濃度領域２６はｐ型領域２１よりも浅く形成する。これにより、高濃度領域２６と低濃度領域２７との界面２８を、絶縁部材２３の底面２３ａよりも下方（図示の上方）に位置させる。高濃度領域２６及び低濃度領域２７により、ＰＤ（フォトダイオード）領域２５が構成される。ＰＤ領域２５における上下方向に沿ったリン濃度プロファイルは、図３のようになる。次に、ＰＤ領域２５の最下層に対してボロンをイオン注入し、導電型がｐ型のｐ型層８０を形成する。
【００８９】
次に、図４０に示すように、シリコン窒化膜７１（図３９参照）を除去する。次に、シリコン層５３の下面上であって、ｐ型領域２１の直下域を含む領域に、トランスファーゲート１６を形成する。次に、通常の方法により、シリコン層５３の下面上に層間絶縁膜１４及び金属配線１５を交互に積層させる。これにより、シリコン層５３の下方に配線構造体としての多層配線層１３を形成する。このとき、金属配線１５の一部を、コンタクトを介してマーク材２９の芯材２９ａに接続させる。
【００９０】
次に、図４１に示すように、多層配線層１３の下面に対して平坦化処理を施す。そして、多層配線層１３の下面に支持基板１１を貼り合わせる。支持基板１１には、例えば、シリコンウェーハを使用する。
【００９１】
次に、図４２に示すように、支持基板７０、ＴＥＯＳ膜６８、シリコン窒化膜６７、シリコン層５３、多層配線層１３及び支持基板１１が積層された構造体を再度ひっくり返す。これにより、指示基板７０の上面が処理対象面となる。なお、以後の説明においても、これまでと同様に、支持基板１１が配置されている側を下方とし、支持基板７０が配置されている側を上方とする。
【００９２】
次に、図４３に示すように、支持基板７０（図４２参照）の上面側からＴＥＯＳ膜６８をストッパとして研削処理を施し、支持基板７０を除去する。
次に、図４４に示すように、フッ酸を用いたウェット処理により、ＴＥＯＳ膜６８（図４３参照）を除去する。これにより、シリコン窒化膜６７が露出する。
【００９３】
次に、図４５に示すように、シリコン窒化膜６７の上面上にレジスト材料を塗布して、レジストマスク８１を形成する。レジストマスク８１の膜厚は例えば０．８５μｍとする。次に、マーク材２９を目印として露光し、現像して、レジストマスク８１におけるマーク材２９の直上域に開口部８１ａを形成する。
【００９４】
次に、図４６に示すように、レジストマスク８１（図４５参照）をマスクとしてドライエッチングを施し、開口部８１ａの直下域、すなわち、マーク材２９の直上域からシリコン窒化膜６７を除去する。これにより、マーク材２９が露出する。なお、この時点で、マーク材２９の芯材２９ａを除去してもよい。その後、レジストマスク８１を除去する。
【００９５】
次に、図４７に示すように、スパッタ法により、シリコン窒化膜６７上にチタン（Ｔｉ）を２０ｎｍの厚さに堆積させ、チタン窒化物（ＴｉＮ）を２０ｎｍの厚さに堆積させて、バリアメタルを形成する。その後、スパッタ法により、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ）を０．３μｍの厚さに堆積させる。これにより、シリコン窒化膜６７上に、（Ｔｉ層（２０ｎｍ）／ＴｉＮ層（２０ｎｍ）／ＡｌＣｕ層（０．３μｍ））３層膜からなる金属膜８２が形成される。金属膜８２は、マーク材２９の芯材２９ａに接続される。なお、図４６に示す工程において芯材２９ａを除去した場合には、マーク材２９の被覆層２９ｂの内部には、金属膜８２と同じ材料が埋め込まれる。
【００９６】
次に、図４８に示すように、金属膜８２上にレジスト材料を塗布し、リソグラフィ法により、マーク材２９の直上域を含む領域を覆うようにパターニングし、厚さが例えば０．８５μｍのレジストマスク８３を形成する。
【００９７】
次に、図４９に示すように、レジストマスク８３（図４８参照）をマスクとしてドライエッチングを施し、金属膜８２を選択的に除去する。これにより、マーク材２９の直上域を含む領域のみに金属膜８２を残留させて、配線８４を形成する。配線８４は、マーク材２９の芯材２９ａを介して多層配線層１３の一部の金属配線１５に接続される。その後、レジストマスク８３を除去する。
【００９８】
次に、図５０に示すように、ＴＥＯＳを原料としたＰＥＣＶＤ法（plasma enhanced CVD：プラズマ化学気相成長法）により、シリコン酸化物を例えば３００ｎｍの厚さに堆積させ、ＴＥＯＳ膜８６を形成する。その後、ＰＥＣＶＤ法により、シリコン窒化物を例えば６００ｎｍの厚さに堆積させて、シリコン窒化膜８７を形成する。ＴＥＯＳ膜８６及びシリコン窒化膜８７により、パッシベーション膜が構成される。
【００９９】
次に、図５１に示すように、厚さが例えば１．３μｍのレジスト膜を成膜し、所定のパターンに加工することにより、レジストマスク８８を形成する。
次に、図５２に示すように、レジストマスク８８（図５１参照）をマスクとしてドライエッチングを施し、パッシベーション膜を選択的に除去する。次に、フォーミングガス、例えば、窒素ガス（Ｎ２）と水素ガス（Ｈ２）の混合ガス雰囲気中において、シンター熱処理を行う。
【０１００】
次に、図５３に示すように、シリコン窒化膜６７上にカラーフィルタ３２を形成する。カラーフィルタ３２は、マーク材（図示せず）を位置合わせに用いてＰＤ領域２５の直上域毎に形成し、カラーフィルタ３２間の境界が絶縁部材２３の直上域に位置するようにする。
次に、図５４に示すように、カラーフィルタ３２の直上域毎に、マイクロレンズ３３を形成する。このときも、マーク材（図示せず）を位置合わせに用いる。
【０１０１】
以上の工程により、本実施形態に係る固体撮像装置２が製造される。固体撮像装置２においては、シリコン層５３が前述の第１の実施形態の半導体基板２０に相当し、シリコン窒化膜６７が反射防止膜３１として機能する。固体撮像装置２における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態に係る固体撮像装置１（図１等参照）と同様である。
【０１０２】
上述の如く、本実施形態によれば、半導体基板の上部に絶縁部材２３が埋め込まれ、下部にｐ型領域２１が形成され、絶縁部材２３及びｐ型領域２１によって複数のＰＤ領域２５が相互に分離された固体撮像装置を製造することができる。
【０１０３】
なお、本実施形態においては、ベースの基板としてＳＯＩ基板５０を用いる例を示したが、通常のシリコンウェーハを用いてもよい。この場合には、図３２及び図３３に示す工程において、基材５１及びＢＯＸ酸化膜５２を除去する替わりに、シリコンウェーハを下面側から研削して減厚する。また、トレンチ２２のアスペクト比は、１０以下とすることが好ましく、６以下とすることがより好ましい。
【０１０４】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【符号の説明】
【０１０５】
１、２  固体撮像装置、１１  支持基板、１２  パッシベーション膜、１３  多層配線層、１４  層間絶縁膜、１５  金属配線、１６  トランスファーゲート、２０  半導体基板、２１  ｐ型領域、２２  トレンチ、２３  絶縁部材、２３ａ  底面、２４  ｐ型領域、２５  ＰＤ領域、２６  高濃度領域、２７  低濃度領域、２８  界面、２９  マーク材、２９ａ  芯材、２９ｂ  被覆層、３１  反射防止膜、３２  カラーフィルタ、３３  マイクロレンズ、５０  ＳＯＩ基板、５１  基材、５２  ＢＯＸ酸化膜、５３  シリコン層、５４  シリコン窒化膜、５５  レジストマスク、５５ａ  開口部、５６  ディープトレンチ、５７  シリコン酸化膜、５８  シリコン酸化膜、５９  ポリシリコン膜、６１  ＢＳＧ膜、６１ａ  開口部、６２  レジストマスク、６２ａ  開口部、６３  ボロン注入領域、６４  ＢＳＧ膜、６７  シリコン窒化膜、６８  ＴＥＯＳ膜、７０  支持基板、７１  シリコン窒化膜、７２  レジストマスク、７３  凹部、７４  ＵＳＧ膜、７５  素子分離絶縁膜、７６  レジストマスク、７６ａ  開口部、８０  ｐ型層、８１  レジストマスク、８１ａ  開口部、８２  金属膜、８３  レジストマスク、８４  配線、８６  ＴＥＯＳ膜、８７  シリコン窒化膜、８８  レジストマスク、１０１  固体撮像装置、Ｂ  界面の位置、Ｌ  ＰＤ領域の一辺の長さ、Ｗ  トレンチの幅
【図１】
2010225818.tif 000005
【図２】
2010225818.tif 000006
【図３】
2010225818.tif 000007
【図４】
2010225818.tif 000008
【図５】
2010225818.tif 000009
【図６】
2010225818.tif 000010
【図７】
2010225818.tif 000011
【図８】
2010225818.tif 000012
【図９】
2010225818.tif 000013
【図１０】
2010225818.tif 000014
【図１１】
2010225818.tif 000015
【図１２】
2010225818.tif 000016
【図１３】
2010225818.tif 000017
【図１４】
2010225818.tif 000018
【図１５】
2010225818.tif 000019
【図１６】
2010225818.tif 000020
【図１７】
2010225818.tif 000021
【図１８】
2010225818.tif 000022
【図１９】
2010225818.tif 000023
【図２０】
2010225818.tif 000024
【図２１】
2010225818.tif 000025
【図２２】
2010225818.tif 000026
【図２３】
2010225818.tif 000027
【図２４】
2010225818.tif 000028
【図２５】
2010225818.tif 000029
【図２６】
2010225818.tif 000030
【図２７】
2010225818.tif 000031
【図２８】
2010225818.tif 000032
【図２９】
2010225818.tif 000033
【図３０】
2010225818.tif 000034
【図３１】
2010225818.tif 000035
【図３２】
2010225818.tif 000036
【図３３】
2010225818.tif 000037
【図３４】
2010225818.tif 000038
【図３５】
2010225818.tif 000039
【図３６】
2010225818.tif 000040
【図３７】
2010225818.tif 000041
【図３８】
2010225818.tif 000042
【図３９】
2010225818.tif 000043
【図４０】
2010225818.tif 000044
【図４１】
2010225818.tif 000045
【図４２】
2010225818.tif 000046
【図４３】
2010225818.tif 000047
【図４４】
2010225818.tif 000048
【図４５】
2010225818.tif 000049
【図４６】
2010225818.tif 000050
【図４７】
2010225818.tif 000051
【図４８】
2010225818.tif 000052
【図４９】
2010225818.tif 000053
【図５０】
2010225818.tif 000054
【図５１】
2010225818.tif 000055
【図５２】
2010225818.tif 000056
【図５３】
2010225818.tif 000057
【図５４】
2010225818.tif 000058