(57)【要約】  【課題】転送ゲート下部へのフォトダイオードの電荷収集領域の突き出し量が一定範囲内に収まるように、精度よく形成することができる、固体撮像装置の製造方法を実現する。  【解決手段】光電変換部と電荷転送部と電荷読み出し部とを有する固体撮像装置の製造方法において、基板に絶縁膜と導電膜とを堆積させる工程と、導電膜上に第１のレジストをパターニングする工程と、第１のレジストをマスクとして導電膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、光電変換部が形成される領域とゲート電極の光電変換部に隣接する辺とが露出するように第２のレジストをパターニングする工程と、第２のレジストとゲート電極とをマスクとして、基板の表面に垂直方向に対して所定の角度を有する方向から不純物を導入し、ゲート電極下に所定の長さだけ重なるように光電変換部の電荷収集領域を形成する工程とを具備したことを特徴とする。【選択図】図２
2006319086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と電荷転送部と電荷読み出し部とを有する固体撮像装置の製造方法において、
一導電型の基板に、絶縁膜と導電膜とを堆積させる工程と、
前記電荷転送部のゲート電極が形成させる領域が覆われるように前記導電膜上に第１のレジストをパターニングする工程と、
前記第１のレジストをマスクとして前記導電膜をパターニングして前記ゲート電極を形成する工程と、
前記光電変換部が形成される領域と、前記ゲート電極の前記光電変換部に隣接する辺とが露出するように、第２のレジストをパターニングする工程と、
前記第２のレジストと前記ゲート電極とをマスクとして、前記基板の表面に垂直方向に対して所定の角度を有する方向から不純物を導入し、前記ゲート電極下に所定の長さだけ重なるように前記光電変換部の電荷収集領域を形成する工程とを具備したことを特徴とする、固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記ゲート電極を形成する工程の後、前記第１のレジストを除去せずに、前記第２のレジストをパターニングする工程を行うことを特徴とする、請求項１に記載の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、光電変換部と電荷転送部と電荷読み出し部とを有する、固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などに搭載される固体撮像装置として、ＣＣＤ（電荷結合素子）型のイメージセンサと、ＣＭＯＳ型のイメージセンサと、がある。ＣＣＤ型のイメージセンサは画質に優れ、ＣＭＯＳ型のイメージセンサは消費電力が少なく、プロセスコストが低い。近年、高画質と低消費電力とを共に兼ね備えた閾値電圧変調方式のＭＯＳ型固体撮像装置が提案されている。
【０００３】
上記閾値電圧変調方式のＭＯＳ型固体撮像装置は、フォーカルプレイン型シャッタで、光電変換部としてのフォトダイオードにより画像を取り込む。そして、一連の繰り返し動作により光電変換された映像信号を、電荷読み出し部としての光信号検出用電界効果トランジスタから取り出す。例えば、初期化期間にゲート電極に高い逆電圧を印加して空乏化させ、ホールポケットに残る光発生正孔を放出させる。蓄積期間に光照射によりフォトダイオードに光発生正孔を生じさせ、ホールポケットに転送させて蓄積させる。そして、読み出し期間に光発生正孔の蓄積量に比例して変調された、光信号検出用電界効果トランジスタの閾値を検出することにより、光信号を検出する。
【０００４】
しかしながら、上記画像取り込み方式では、高速移動物体を撮影する場合、また、より多画素を有するイメージセンサで撮影する場合、読み始めと読み終わりの時間差のため、画像に歪みが生じてしまうという問題があった。このため、フォトダイオードで発生した光発生電荷を、光信号検出用電界効果トランジスタの蓄積領域に転送する電荷転送経路中に、電荷転送部としての転送ゲートを設け、フォトダイオードの電荷収集領域から光信号検出用電界効果トランジスタの蓄積領域に向かう電荷の流れを、必要なに応じて制御する固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１３４７２９号公報  （図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年のイメージセンサの微細化及び高感度化に伴い、フォトダイオードに蓄積された電荷を電荷読み出し部へ転送する際に、安定的な転送特性を得ることが重要となってきている。安定的な転送特性を得るためには、フォトダイオードに隣接して配置された、電荷転送部における転送ゲートと、フォトダイオードの電荷収集領域との位置関係が重要である。転送ゲートと電荷収集領域とが水平方向に重なり領域を持たず、互いが離れて形成されている場合、電荷の転送経路上にポテンシャルバリアが形成されるため、転送不良が発生してしまう。また、転送ゲートの下部に電荷収集領域が突き出すようにして形成されており、重なり領域が設けられているが、突き出し量が大きすぎる場合、電荷収集領域と電荷転送部のチャネル領域との境界部にポテンシャルポケットが形成されるため、転送不要が発生してしまう。従って、転送ゲートの下部に電荷収集領域が所定の距離だけ突き出すように、転送ゲートと電荷収集部との位置を精度よく形成する必要がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された提案によれば、転送ゲートの下方にフォトダイオードの電荷収集領域が突き出しているが、その形成方法については触れられておらず、転送ゲート下部へのフォトダイオードの電荷収集領域の突き出し量が一定の範囲内に収まるように、転送ゲートとフォトダイオードとを形成することが困難であった。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、転送ゲート下部へのフォトダイオードの電荷収集領域の突き出し量が一定範囲内に収まるように、精度よく形成することができる、固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光電変換部と電荷転送部と電荷読み出し部とを有する固体撮像装置の製造方法において、一導電型の基板に、絶縁膜と導電膜とを堆積させる工程と、前記電荷転送部のゲート電極が形成させる領域が覆われるように前記導電膜上に第１のレジストをパターニングする工程と、前記第１のレジストをマスクとして前記導電膜をパターニングして前記ゲート電極を形成する工程と、前記光電変換部が形成される領域と、前記ゲート電極の前記光電変換部に隣接する辺とが露出するように、第２のレジストをパターニングする工程と、前記第２のレジストと前記ゲート電極とをマスクとして、前記基板の表面に垂直方向に対して所定の角度を有する方向から不純物を導入し、前記ゲート電極下に所定の長さだけ重なるように前記光電変換部の電荷収集領域を形成する工程とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、光電変換部の電荷収集領域を形成する際に、電荷転送部のゲート電極に対してセルフアラインで、かつ、基板に対して斜め方向から不純物を導入するので、ゲート電極と電荷収集領域との水平方向の重なり量を精度よく制御することができる。
【００１０】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、前記ゲート電極を形成する工程の後、前記第１のレジストを除去せずに、前記第２のレジストをパターニングする工程を行うことを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、光電変換部の電荷収集領域を形成する際に、ゲート電極の上部を覆うレジストの膜厚がより厚くなるため、注入される不純物がゲート電極を突き抜けるのを防止する効果が高まり、ゲート電極と電荷収集領域との水平方向の重なり量をより精度よく形成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
転送ゲート下部へのフォトダイオードの電荷収集領域の突き出し量が一定範囲内に収まるように、精度よく形成することができる、固体撮像装置の製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係わる固体撮像装置の製造工程について、図１〜図３の工程図を参照して説明する。図１〜図３は、本発明の実施の形態に係わる固体撮像装置の製造方法を説明する工程図である。本実施の形態においては、固体撮像装置として、例えば、電荷転送部を具備したＭＯＳ型のイメージセンサを製造する場合について説明する。なお、図１〜図３においては、左側に固体撮像装置の断面形状を示し、右側に左側の固体撮像装置の製造工程に用いるマスクの平面形状を示している。図１〜図３においては、右側のＡ−Ａ'切断線の位置における断面を左側の断面形状で示している。また、図１〜図３において、基板上の矢印はイオンを注入することを示している。
【００１４】
まず、図１（ａ）に示すように、Ｐ型の導電型を有するシリコン基板１において、光電変換部としてのフォトダイオード形成領域以外の部分にレジストマスク９１を形成して、例えば燐（リン（Ｐ））イオンを注入してＮ型ウェル２を形成する（図１（ｆ））。このイオン注入は、フォトダイオード形成領域について、比較的深い位置まで行う（図１（ａ））。
【００１５】
アッシング処理を施してレジストマスク９１を除去した後、シリコン基板１の全面にリンイオンを注入し、電荷読み出し部としての変調トランジスタ形成領域と電荷転送部としての転送ゲート形成領域において、Ｎ型ウェル３を形成する。Ｎ型ウェル３は、フォトダイオード形成領域に形成されたＮ型ウェル２よりも浅い位置に形成する（図１（ｂ））。
【００１６】
次に、図１（ｇ）に示すように、フォトダイオード形成領域、変調トランジスタ形成領域、及び転送ゲート形成領域の部分にレジストマスク９２を形成し、例えばリンイオンを注入して、素子分離用のアイソレーション領域４（Ｎ−層）を形成する（図１（ｃ））。なお、以降の工程における熱処理によって、注入されたリンイオンがシリコン基板１中へ等方的に拡散することを考慮にいれ、レジストマスク９２の開口部は、設計上の素子分離領域よりも小さく形成している。例えば、図１（ｇ）に示すように、レジストマスク９２の開口部輪郭部Ｏ１が、設計上の素子分離領域の境界部Ｏ２よりも、０．０７〜０．１μｍ程度素子分離領域側に突き出すように形成する。
【００１７】
アッシング処理を施してレジストマスク９２を除去した後、図１（ｈ）に示すように、変調トランジスタ形成領域以外の部分にレジストマスク９３を形成し、加速エネルギー１００ＫｅＶ、ドーズ量１×１０Ｅ１３個／ｃｍ2に設定して、例えばボロン（Ｂ）イオンを注入し、フォトダイオードに蓄積された電荷の転送先となる変調用ウェルである、Ｐ型ウェル５を形成する（図１（ｄ））。
【００１８】
次に、図１（ｈ）に示すレジストマスク９３をそのまま用い、例えばヒ素（Ａｓ）イオンを注入する。このイオン注入によって、変調トランジスタ形成領域のＰ型ウェル５上の基板表面近傍に、変調トランジスタのチャネルとなるＮ型拡散層６を形成する（図１（ｅ））。
【００１９】
アッシング処理を施してレジストマスク９３を除去した後、図２（ｆ）に示すように、変調トランジスタ形成領域のゲート領域以外の部分にレジストマスク９５を形成し、例えばボロンイオンを注入する。これにより、変調トランジスタのゲート下方のＰ型ウェル５内に、キャリアポケットとなるＰ型拡散層７（Ｐ＋層）を形成する（図２（ａ））。なお、変調トランジスタのゲートの平面形状は環状である。
【００２０】
アッシング処理を施してレジストマスク９５を除去した後、例えば熱酸化によって、シリコン基板１表面にゲート酸化膜８を形成する。引き続き、例えば化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によって、ゲート酸化膜８上にポリシリコン層９を堆積させる（図２（ｂ））。
【００２１】
次に、図２（ｃ），（ｇ）に示すように、変調トランジスタ形成領域のゲート領域と、転送ゲート形成領域とにレジストマスク９６を形成する。引き続き、ドライエッチングによってポリシリコン層９を等方性エッチングして、変調トランジスタのゲート電極１０ａと転送ゲート電極１０ｂとを形成する（図２（ｄ））。
【００２２】
次に、レジストマスク９６を残したまま、図２（ｈ）に示すように、フォトダイオード形成領域以外の部分にレジストマスク９７を形成する。引き続き、例えばボロンイオンを注入して、フォトダイオード形成領域のＮウェル２内に、電荷収集拡散領域となるＰ型拡散層１１を形成する。このとき、転送ゲート電極１０ｂ下部にもＰ型拡散層１１が距離ｄ２程度入り込むように、注入角度をシリコン基板１の表面に垂直な方向に対して７〜３０度の傾きとし、加速エネルギー３０〜６０ＫｅＶ、ドーズ量１×１０Ｅ１２〜３×１０Ｅ１３個／ｃｍ2に設定してボロンイオンを注入する（図２（ｅ））。なお、イオン注入条件は、上述した条件に限定されるものではなく、注入されるイオンが転送ゲート電極１０ｂを突き抜けないような加速エネルギーであって、転送ゲート電極１０ｂ下部にＰ型拡散層１１が距離ｄ２程度入り込むような条件であれば、注入するイオン種などに応じて変更可能である。本実施の形態においては、転送ゲート電極１０ｂのフォトダイオード側端部から変調トランジスタ形成領域側に向かって、Ｐ型拡散層１１が０．２μｍ程度入り込むように、ボロンイオンを注入している。
【００２３】
なお、アッシング処理を施してレジストマスク９６を除去した後にレジストマスク９７を形成し、レジストマスク９７のみをマスクとしてフォトダイオードのＰ型拡散層１１形成のためのイオン注入を行っても構わない。ただし、レジストマスク９６を除去せずにレジストマスク９７を重ねて形成した場合、転送ゲート電極１０ｂ上に形成されるマスクの膜厚を厚くすることができ、転送ゲート電極１０ｂ下部へのボロンイオンの突き抜けを防止する効果が大きくなるため、レジストマスク９６を除去せずにレジストマスク９７を形成するほうが好ましい。
【００２４】
なお、フォトリソグラフィーにおける合わせずれによって、レジストマスク９７がフォトダイオード形成領域に重ならないように、レジストマスク９７の開口部の転送ゲート側の端部が、転送ゲート電極１０ｂのフォトダイオード側端部から、合わせずれのマージン幅ｄ１だけ転送ゲート側に後退するようにレジストマスク９７を形成する。例えば、本実施の形態においては、幅ｄ１を０．２μｍとしている。従って、レジストマスク９７形成のためのフォトリソグラフィーにおいて合わせずれが発生しない場合、図２（ｅ）に示すように、レジストマスク９７の開口部から、転送ゲート電極１０ｂを覆うレジストマスク９６の一部が露出する。このように、転送ゲート電極１０ｂを覆うレジストマスク９６の一部が露出するようにレジストマスク９７を形成することで、Ｐ型拡散層１１を転送ゲート電極１０ｂに対してセルフアラインで形成することになる。加えて、上述のように斜めイオン注入を行うことにより、転送ゲート電極１０ｂとＰ型拡散層１１との重なり量（＝距離ｄ２）を精度よく形成することができる。
【００２５】
アッシング処理を施してレジストマスク９６，９７を除去した後、図３（ｄ）に示すように、変調トランジスタ形成領域と転送ゲート形成領域との部分に、レジストマスク９８を形成し、加速エネルギー８０ＫｅＶ、ドーズ量２×１０Ｅ１３個／ｃｍ2に設定して、例えばヒ素イオンを注入する。注入されたヒ素イオンによって、フォトダイオードにおいて電子ピニングの役割を有するＮ型層１２を、シリコン基板１の表面近傍に形成する（図３（ａ））。
【００２６】
なお、フォトリソグラフィーにおける合わせずれを考慮して、レジストマスク９７と同様に、レジストマスク９８の開口部の転送ゲート側の端部が、転送ゲート電極１０ｂのフォトダイオード側端部から、少なくとも合わせずれのマージン幅ｄ１を含む量だけ転送ゲート側にくるようにレジストマスク９８を形成することが好ましい。また、Ｎ型層１２を形成するためのイオン注入は、レジストマスク９６，９７を除去する前に、これらのマスクを用いて行ってもよい。
【００２７】
アッシング処理を施してレジストマスク９８を除去した後、図３(ｅ)に示すように変調トランジスタ形成領域のソース領域以外の部分にレジストマスク９４を形成し、ヒ素イオンを注入する。これにより、変調トランジスタのソースコンタクト１３を形成する（図３（ｂ））。
【００２８】
最後に、ゲート電極１０ａ，１０ｂ以外の領域の、シリコン基板１表面に露出しているゲート酸化膜８を除去し、図３（ｃ）に示すような固体撮像装置を得る。
【００２９】
このように、本実施の形態においては、フォトダイオードの電荷収集領域であるＰ型拡散層１１を形成する際に、レジストマスク９７の開口部の転送ゲート側の端部を、転送ゲート電極１０ｂのフォトダイオード側端部から所定の幅ｄ１だけ転送ゲート側に後退させてレジストマスク９７を形成し、シリコン基板１の表面に垂直な方向に対して所定の角度をもって不純物を注入しているため、転送ゲート電極１０ｂ下部へのＰ型拡散層１１の突き出し量を精度よく制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、以上説明したＭＯＳ型のイメージセンサの製造に限られるものではなく、例えばフォトダイオードの電荷収集拡散領域として、通常の電荷収集領域に加え、これに接する深部電荷収集領域を具備したＭＯＳ型イメージセンサの製造にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係わる固体撮像装置の製造方法程を説明する工程図。
【図２】本発明の実施の形態に係わる固体撮像装置の製造方法を説明する工程図。
【図３】本発明の実施の形態に係わる固体撮像装置の製造方法を説明する工程図。
【符号の説明】
【００３２】
１…シリコン基板、２，３…Ｎ型ウェル、４…アイソレーション領域、５…Ｐ型ウェル、６…Ｎ型拡散層、７，１１…Ｐ型拡散層、８…ゲート酸化膜、１０ａ、１０ｂ…ゲート電極、９１〜９８…レジストマスク、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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