(57)【要約】  【課題】素子分離領域に発生する欠陥を大幅に低減することが可能となり、かつ、ゲート電極に対してセルフアラインでフォトダイオードを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、前記光電変換部と前記電荷読み出し部とが形成される一導電型の基板１に、第１の不純物を導入して素子分離領域４を形成する工程と、前記光電変換部が形成される領域が露出し、かつ、少なくとも前記素子分離領域４が覆われるようにレジスト９７をパターニングする工程と、前記レジスト９７をマスクとして、前記基板１の前記光電変換部が形成される領域に、第２の不純物を導入する工程とを具備したことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換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、
前記光電変換部と前記電荷読み出し部とが形成される一導電型の基板に、第１の不純物を導入して素子分離領域を形成する工程と、
前記光電変換部が形成される領域が露出し、かつ、少なくとも前記素子分離領域が覆われるようにレジストをパターニングする工程と、
前記レジストをマスクとして、前記基板の前記光電変換部が形成される領域に、第２の不純物を導入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】
光電変換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、
前記光電変換部と前記電荷読み出し部とが形成される一導電型の基板に、第１の不純物を導入して素子分離領域を形成する工程と、
前記基板上に、絶縁膜を介して前記電荷読み出し部の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少なくとも一部とが露出し、かつ、少なくとも前記素子分離領域が覆われるようにレジストをパターニングする工程と、
前記レジストと前記ゲート電極とをマスクとして、前記基板の前記光電変換部が形成される領域に、第２の不純物を導入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３】
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、
前記光電変換部と前記電荷転送部と前記電荷読み出し部とが形成される一導電型の基板に、第１の不純物を導入して素子分離領域を形成する工程と、
前記基板上に、絶縁膜を介して前記電荷転送部の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少なくとも一部とが露出し、かつ、少なくとも前記素子分離領域が覆われるようにレジストをパターニングする工程と、
前記レジストと前記ゲート電極とをマスクとして、前記基板の前記光電変換部が形成される領域に、第２の不純物を導入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。
【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。イメージセンサは、光電変換部と電荷読み出し部とから主に構成されている。また、近年では、光電変換部から電荷読み出し部へ電荷を転送するための電荷転送部を設けたイメージセンサも開発されつつある。これらのイメージセンサにおいては、一般的に、埋め込み型のフォトダイオードが光電変換部として用いられている。
【０００３】
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、電荷読み出し部あるいは電荷転送部におけるゲート電極と、フォトダイオードを形成する不純物層との水平方向の重なり量が、一定の範囲内に収まるように精度よく形成する必要がある。
【０００４】
これを実現する方法として、まず、電荷読み出し部のゲート電極を形成し、ゲート電極をマスクとして基板中に不純物をイオン注入し、セルフアラインでフォトダイオードを形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２６７６３８号公報  （図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された提案によれば、電荷読み出し部のゲート電極をマスクとして基板全面に不純物をイオン注入するため、フォトダイオード形成領域以外の領域にも不純物が注入されてしまう。このため、フォトダイオード形成領域以外の領域には、フォトダイオード形成のために注入された不純物を打ち消すために、反対の導電型を有する不純物を別途注入する必要がある。不純物を大量に注入すると、基板中の欠陥発生確率が高まってしまう。また、近年では、高エネルギーイオン注入技術によりフォトダイオードを形成する方法が実用化されつつあり、欠陥発生確率は更に高まる傾向にある。
【０００６】
特に、フォトダイオードに隣接する素子分離領域に欠陥が発生した場合、素子分離領域の欠陥から電荷が発生し、この電荷がフォトダイオードを経由して電荷読み出し部に流れ込むことによって、欠陥性の像が画像上に表示されてしまうという問題があった。例えばフォトダイオードに光が照射されておらず、画面上では全ての画素が黒く表示されなければいけない状態であるにも関わらず、欠陥発生画素のみ白く表示されてしまうといった、欠陥性の不良が発生してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、素子分離領域に発生する欠陥を低減でき、かつ、ゲート電極に対してセルフアラインでフォトダイオードを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、前記光電変換部と前記電荷読み出し部とが形成される一導電型の基板に、第１の不純物を導入して素子分離領域を形成する工程と、前記光電変換部が形成される領域が露出し、かつ、少なくとも前記素子分離領域が覆われるようにレジストをパターニングする工程と、前記レジストをマスクとして、前記基板の前記光電変換部が形成される領域に、第２の不純物を導入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、光電変換部に不純物を導入する際に、少なくとも素子分離領域がレジストで覆われているので、素子分離領域を形成する為の不純物注入量を少なくする事ができ、素子分離領域に欠陥が発生することを防ぐことができる。
【００１０】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光電変換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、前記光電変換部と前記電荷読み出し部とが形成される一導電型の基板に、第１の不純物を導入して素子分離領域を形成する工程と、前記基板上に、絶縁膜を介して前記電荷読み出し部の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少なくとも一部とが露出し、かつ、少なくとも前記素子分離領域が覆われるようにレジストをパターニングする工程と、前記レジストと前記ゲート電極とをマスクとして、前記基板の前記光電変換部が形成される領域に、第２の不純物を導入する工程とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、少なくとも素子分離領域を覆うレジストと電荷読み出し部のゲート電極とをマスクとして、光電変換部に不純物を導入するので、素子分離領域に発生する欠陥を低減でき、かつ、ゲート電極に対してセルフアラインで光電変換部を形成することができる。
【００１２】
更に、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、前記光電変換部と前記電荷転送部と前記電荷読み出し部とが形成される一導電型の基板に、第１の不純物を導入して素子分離領域を形成する工程と、前記基板上に、絶縁膜を介して前記電荷転送部の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少なくとも一部とが露出し、かつ、少なくとも前記素子分離領域が覆われるようにレジストをパターニングする工程と、前記レジストと前記ゲート電極とをマスクとして、前記基板の前記光電変換部が形成される領域に、第２の不純物を導入する工程とを具備したことを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、電荷転送部を有する固体撮像装置においても、素子分離領域に発生する欠陥を低減でき、電荷転送部のゲート電極に対してセルフアラインで光電変換部を形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
素子分離領域に発生する欠陥を大幅に低減することが可能となり、かつ、ゲート電極に対してセルフアラインでフォトダイオードを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。これにより、固体撮像装置の画像向上が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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））。
【００１７】
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））。
【００１８】
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。
【００１９】
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））。
【００２０】
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））。
【００２１】
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。
【００２２】
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））。
【００２３】
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））。
【００２４】
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から一定の傾きとし、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））。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。レジストマスク９７を用いてボロンイオンを注入することで、フォトダイオード形成領域以外の部分への不必要なイオン注入を防止することができる。特に、アイソレーション領域４においては、ボロンイオンの注入を防ぐことによって、ボロンイオンが注入された場合にこれを打ち消すためのＮ型の不純物（例えばリンイオン）を打ち込む必要もなくなるため、多量のイオン注入による欠陥発生を防止することができる。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
また、以降の工程における熱処理によって、注入されるボロ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９７の開口部の端部が、設計上の素子分離領域との境界部よりもフォトダイオード側にくるようにレジストマスク９７を形成する。ここで、フォトダイオードのＰ型拡散層１１と、これを形成するためのレジストマスク９７、及び、素子分離用のアイソレーション領域４と、これを形成するためのレジストマスク９２の位置関係を、図４を用いて説明する。図４は、図２（ｅ）において点線で囲んだ領域Ｂを拡大した断面図である。図４には、レジストマスク９７とレジストマスク９２との相対位置関係を説明するために、実際にはこれ以前の工程で除去されているレジストマスク９２も図示している。
【００２８】
以降の工程における熱処理によって、注入されたボロ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９７の開口部の素子分離領域側の端部が、設計上のフォトダイオード形成領域上に位置するようにして形成している。また、レジストマスク９２の開口部のフォトダイオード側の端部が、設計上の素子分離領域上に位置するようにして形成されている。すなわち、図４に示すように、レジストマスク９７の開口部とレジストマスク９２の開口部とは、距離ｌ１だけ離して形成されている。例えば、本実施の形態では、レジストマスク９７の開口部とレジストマスク９２の開口部とを０．１５〜０．２μｍ程度離して形成している。レジストマスク９２を用いて注入されたリンイオンと、レジストマスク９７を用いて注入されたボロンイオンとは、以降の工程における熱処理によって等方的に拡散し、レジストマスク９２とレジストマスク９７との重なり部分の中心付近に、リンイオンにより形成される素子分離用のアイソレーション領域４と、ボロンイオンにより形成されるフォトダイオードのＰ型拡散層１１との境界（ＰＮジャンクション）が形成される。この境界の位置は、主に、素子分離用のアイソレーション領域４に注入されたリンイオンの濃度と、フォトダイオードのＰ型拡散層１１に注入されたボロンイオンの濃度とによって決定される。なお、熱処理の条件などによっては、レジストマスク９２を用いて注入されたリンイオンの拡散領域と、レジストマスク９７を用いて注入されたボロンイオンの拡散領域とが多少重なって重畳領域が形成される場合もあり得るが、リンイオンを低濃度で注入しているため、特に特性上の問題などは生じない。
【００２９】
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（ｂ）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））。
【００３０】
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、合わせずれのマージン幅ｄ１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。
【００３１】
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（ｄ）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（c））。
【００３２】
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（e）に示すような固体撮像装置を得る。
【００３３】
このように、本実施の形態においては、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を形成し、フォトダイオードの電荷収集拡散領域であるＰ型拡散層１１を形成するためのイオン注入を行っているため、導電型がＮ型である素子分離領域に、反対導電型であるＰ型のボロンイオンが注入されることを防ぐことができる。また、ボロンイオンが注入された場合には、これを打ち消すためにＮ型の不純物（例えばリンイオン）を注入する必要があるが、このイオン注入も必要なくなる。よって、素子分離領域に不必要な不純物を大量に注入することを防ぐことができるため、素子分離領域における欠陥の発生を抑制することができる。また、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を形成しているため、転送ゲート電極１０ｂに対してセルフアラインでフォトダイオードを形成することができる。
【００３４】
なお、フォトダイオードに蓄積された電荷の転送先となるＰ型ウェル５は、フォトダイオードの電荷収集拡散領域であるＰ型拡散層１１を形成する前に形成するのではなく、Ｐ型拡散層１１を形成した後に形成してもよい。この場合、図１（ａ）〜図１（ｃ）の各工程によってＮ型ウェル２，３とアイソレーション領域４とを形成した後、転送ゲート電極１０ｂ、フォトダイオードのＰ型拡散層１１、変調トランジスタ（Ｐ型ウェル５を含む）、の順に形成する。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、以上説明した電荷転送部を具備した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ＣＣＤ型のイメージセンサの製造や、光電変換部と電荷読み出し部とから構成される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】
【００３６】
【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。
【図４】図２（ｅ）において点線で囲んだ領域Ｂを拡大した断面図。
【符号の説明】
【００３７】
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】
2006319085.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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