(57)【要約】【課題】固体撮像素子の光電変換部を取り囲む分離領域を効率的に形成する技術を提供することを目的とする。【解決手段】半導体基板において光電変換部を取り囲む分離領域を有する固体撮像素子の製造方法が提供される。この製造方法は、半導体基板の上に、光電変換部を覆う島状の遮蔽部を有するイオン注入マスクを形成するマスク形成工程と、少なくとも遮蔽部の傾斜した側面を通じて半導体基板にイオンを注入することによって分離領域を形成するイオン注入工程とを含み、側面は、遮蔽部の上方に向かって遮蔽部の面積が小さくなるように形成されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板において光電変換部を取り囲む分離領域を有する固体撮像素子の製造方法であって、
半導体基板の上に、前記光電変換部を覆う島状の遮蔽部を有するイオン注入マスクを形成するマスク形成工程と、
少なくとも前記遮蔽部の傾斜した側面を通じて前記半導体基板にイオンを注入することによって前記分離領域を形成するイオン注入工程とを含み、
前記側面は、前記遮蔽部の上方に向かって前記遮蔽部の面積が小さくなるように形成される
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記イオン注入工程において、前記傾斜した側面とともに、前記イオン注入マスクにおける前記島状の遮蔽部間の開口部を通じて前記半導体基板にイオンを注入することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記マスク形成工程は、
前記半導体基板の上にレジスト材料を塗布する工程と、
前記塗布されたレジスト材料をパターニングする工程と、
前記パターニングされたレジスト材料に熱処理を施すことによって前記イオン注入マスクを形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板の表面から前記分離領域の下端までの深さが０．８μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板は第１の導電型の半導体領域と、その上に位置する前記第１の導電型とは反対の第２の導電型の半導体領域とを有し、
前記光電変換部は、前記第２の導電型の半導体領域に含まれ、
前記分離領域は、前記第２の導電型の半導体領域において前記光電変換部を取り囲むように形成された、前記光電変換部よりも濃度が高い領域である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高画質かつ高速な固体撮像素子としてＣＭＯＳ型の固体撮像素子の進歩が著しい。市場からの高解像化の要求に応えるために、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子の画素間隔は縮小される傾向にある。画素間隔が小さくなると、一つの画素から隣接する画素へ電荷が混入しやすくなる。これに対して、特許文献１には、隣接する画素間に深い不純物層を設けることで、電荷に対するポテンシャルバリアを形成する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、不純物層を形成するために、半導体基板に対してイオンが注入される。注入されたイオンによる不純物原子の分布範囲は、イオンを注入する際の加速エネルギーによって決まるため、１回のイオン注入工程では加速エネルギーに応じた一定の深さの領域にしかイオンを注入できない。したがって、特許文献１に記載された技術では、基板の表面から深い位置まで続く領域に連続的な不純物層を形成するためには、加速エネルギーの設定を変更してイオンを複数回注入する必要がある。そのため、イオン注入工程の回数が増加し、製造コストが増加するという問題があった。本発明は、固体撮像素子の光電変換部を取り囲む分離領域を効率的に形成する技術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】
【０００５】
本発明は、半導体基板において光電変換部を取り囲む分離領域を有する固体撮像素子の製造方法に係り、該方法は、半導体基板の上に、前記光電変換部を覆う島状の遮蔽部を有するイオン注入マスクを形成するマスク形成工程と、少なくとも前記遮蔽部の傾斜した側面を通じて前記半導体基板にイオンを注入することによって前記分離領域を形成するイオン注入工程とを含む。ここで、前記側面は、前記遮蔽部の上方に向かって前記遮蔽部の面積が小さくなるように形成される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、固体撮像素子の光電変換部を取り囲む分離領域を効率的に形成する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の固体撮像素子の製造方法の一例を説明する断面模式図。
【図２】第２の実施形態の固体撮像素子の製造方法の一例を説明する断面模式図。
【図３】実施形態の撮像装置の概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を添付の図面を参照しつつ説明する。
【０００９】
〔第１の実施形態〕
図１を用いて本実施形態による固体撮像素子の製造方法を説明する。図１（ａ）は本実施形態の製造方法の初期段階における構造体１００を示す。図１（ａ）に示す構造体１００を形成するために、Ｎ型（第１の導電型）の半導体基板に、Ｐ型半導体を形成するためのイオン（例えば、ホウ素）を複数回注入する。それにより、半導体基板の表面から深さ方向に連続的な濃度分布でＰ型（第１の導電型とは反対の第２の導電型）のウェル領域１０２が形成される。ここで、半導体基板の表面とウェル領域１０２の表面とが一致しうる。例えば、注入するイオンの最大加速エネルギーを２〜３ＭｅＶの範囲から選択し、ドーズ量を１〜１０１３／ｃｍ２の範囲から選択することができる。また、注入するイオンの最小加速エネルギーを２００〜３００ｋｅＶの範囲から選択し、ドーズ量を１０１１／ｃｍ２程度とすることができる。この設定では、半導体基板の表面から３μｍ程度の深さまでイオンが注入され、ウェル領域１０２の下にＮ型の半導体領域１０１が残る。
【００１０】
続いて、ウェル領域１０２の表面に、素子分離用のＬＯＣＯＳ酸化膜１０３を形成する。ＬＯＣＯＳ酸化膜１０３は光電変換部１０４を取り囲むように形成される。ＬＯＣＯＳ酸化膜１０３によって、光電変換部１０４は他の素子（例えば、同一画素内のトランジスタや隣接画素内の光電変換部から分離される。
【００１１】
図１（ｂ）は、ウェル領域１０２の表面に対して側面が垂直に立った遮蔽部を有するレジストパターン１１１が形成された構造体１１０を示す。図１（ｂ）に示す構造体１１０を形成するために、まず、図１（ａ）に示した構造体１００にレジスト材料を塗布する。レジスト材料として例えば東京応化工業株式会社製ＴＨＭＲ−ｉＰ５７００ＨＰを使用し、４．０μｍの膜厚になるようにレジスト材料を塗布する。続いて、構造体１００に塗布されたレジスト材料をフォトリゾグラフィ工程によってパターニングして、レジストパターン１１１を形成する。レジストパターン１１１は島状の複数の遮蔽部を有し、それぞれの遮蔽部は光電変換部１０４を覆う位置に形成される。パターニングにより形成される遮蔽部の側面はウェル領域１０２の表面に対して垂直となる。遮蔽部同士の間隔ｄ１が０．８μｍとなるように露光パラメータを調整する。
【００１２】
図１（ｃ）は、側面が傾斜した遮蔽部を有するイオン注入マスク１２１が形成された構造体１２０を示す。図１（ｃ）に示す構造体１２０を形成するために、図１（ｂ）に示した構造体１１０に熱処理を施す。例えば、構造体１１０に１８０℃で１２０秒の熱処理を施してリフローさせる。このように、熱処理が施されたレジストパターン１１１をイオン注入マスク１２１とよぶ。このマスク形成工程により、熱処理が施されたそれぞれの遮蔽部は変形する。その結果、それぞれの遮蔽部の側面１２２は、遮蔽部の上方に向かうほど遮蔽部の断面積が小さくなるように傾斜する。言い換えると、それぞれの遮蔽部の側面１２２は、側面１２２とウェル領域１０２の露出部の表面とのなす角１２３が９０度より大きくなるように傾斜する。例えば、遮蔽部の上部における間隔ｄ２、遮蔽部の下部における間隔ｄ３、および遮蔽部の高さｄ４の値がそれぞれ、１．２μｍ、０．４μｍ、および３．５μｍとなるように熱処理の際のパラメータを設定する。
【００１３】
図１（ｄ）は、光電変換部１０４よりも高い濃度のＰ型の分離領域１３１が形成された構造体１３０を示す。図１（ｄ）に示す構造体１３０を形成するために、図１（ｃ）に示した構造体１２０にイオン（例えばホウ素）を注入する。イオン注入マスク１２１における遮蔽部間の開口部１３２を通して注入されたイオンは、設定された深さまで注入される。一方、側面１２２を通して注入されたイオンは、イオン注入マスク１２１の残膜厚に応じた深さまで注入される。すなわち、残膜厚と、ウェル領域１０２の表面からイオンが到達する位置までの距離との合計は、イオンの注入位置に関わらず、ほぼ一定となる。イオンが到達可能な距離よりも残膜厚が厚い位置で注入されたイオンは遮蔽部内にとどまる。したがって、光電変換部１０４に対してイオンが注入されることはない。イオン注入マスク１２１は傾斜した側面１２２を有するため、図１（ｄ）に示すように、同一の設定でイオンを１回注入するだけで、ウェル領域１０２の表面から、設定された位置まで続く深い分離領域１３１が形成される。図１（ｄ）に示す例では、側面１２２と開口部１３２との両方を通じて構造体１２０にイオンが注入される。しかし、側面１２２のみを通じて構造体１２０にイオンを注入して分離領域１３１を形成してもよい。これは、例えば、開口部１３２にマスク処理を別途に施してからイオンを注入することによって実現される。
【００１４】
画素領域内のＭＯＳトランジスタの閾値電圧変動を抑制するために、ウェル領域１０２の表面から分離領域１３１の下端までの深さは０．８μｍ以上であることが望ましい。そのためには、ホウ素をドーパントとして約３５０ＫｅＶ以上の加速エネルギーでイオンを注入するのが望ましい。例えば、加速エネルギーを約２．０ＭｅＶ、ドーズ量を４×１０１３／ｃｍ２とし、ウェル領域１０２の表面に垂直な方向からホウ素を注入する。
【００１５】
図１（ｅ）は、フォトダイオード等が形成された構造体１４０を示す。まず、図１（ｄ）に示した構造体１３０からイオン注入マスク１２１を剥離する。続いて、ポリシリコン電極及びゲート酸化膜１４１、フォトダイオードのＮ型領域１４２、フォトダイオードを埋め込むための浅いＰ型領域１４３、およびＭＯＳトランジスタのソースドレインとなるＮ型領域１４４を形成する。
【００１６】
以上のように、本実施形態によれば、イオンを１回だけ注入することによって、光電変換部であるフォトダイオードを取り囲む分離領域を形成することが可能となる。その結果、従来に比べて、このような分離領域を有する固体撮像素子の製造コストを低減することが出来る。
【００１７】
〔第２の実施形態〕
図２を用いて本実施形態による固体撮像素子の製造方法を説明する。第１の実施形態と同様の要素は同一の参照番号を付して説明を省略する。図２（ａ）は本実施形態の製造方法の初期段階における構造体２００を示す。構造体２００は、表面から近い順に、Ｎ型領域２０３、Ｐ型領域２０２、およびＮ型領域２０１が形成されている。Ｐ型領域２０２は、例えば、加速エネルギーを約２〜３ＭｅＶ、ドーズ量を１０１３／ｃｍ２程度とした条件でＮ型の半導体基板にイオンを注入することで形成される。この場合に、注入されるイオンの深さは３〜４μｍ程度、３σは０．６μｍ程度であるため、半導体基板の表面からＰ型領域２０２の上面までに注入されたイオンがとどまることはない。この結果、Ｎ型領域９０３はＮ型領域９０１と同等の不純物濃度になる。
【００１８】
図２（ａ）に示した構造体２００に対して第１の実施形態と同様の手順を施すことによって、図２（ｂ）に示す構造体２１０が形成される。この場合も、半導体基板において光電変換部を取り囲むＰ型の深い分離領域１３１が形成される。
【００１９】
〔その他の実施形態〕
図３は、本発明の好適な実施形態の撮像装置（カメラ）の概略構成を示す図である。撮像装置３００は、上記の実施形態の固体撮像素子に代表される固体撮像装置３０４を備える。
【００２０】
被写体の光学像は、レンズ３０２によって固体撮像装置３０４の撮像面に結像する。レンズ３０２の外側には、レンズ３０２のプロテクト機能とメインスイッチを兼ねるバリア３０１が設けられうる。レンズ３０２には、それから出射される光の光量を調節するための絞り３０３が設けられうる。固体撮像装置３０４から複数チャンネルで出力される撮像信号は、撮像信号処理回路３０５によって各種の補正、クランプ等の処理が施される。撮像信号処理回路３０５から複数チャンネルで出力される撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器３０６でアナログ−ディジタル変換される。Ａ／Ｄ変換器３０６から出力される画像データは、信号処理部３０７によって各種の補正、データ圧縮などがなされる。固体撮像装置３０４、撮像信号処理回路３０５、Ａ／Ｄ変換器３０６及び信号処理部３０７は、タイミング発生部３０８が発生するタイミング信号にしたがって動作する。
【００２１】
ブロック３０５〜３０８は、固体撮像装置３０４と同一チップ上に形成されてもよい。撮像装置３００の各ブロックは、全体制御・演算部３０９によって制御される。撮像装置３００は、その他、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部３１０、記録媒体への画像の記録又は読み出しのための記録媒体制御インターフェース（Ｉ／Ｆ）部３１１を備える。記録媒体３１２は、半導体メモリ等を含んで構成され、着脱が可能である。撮像装置３００は、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部３１３を備えてもよい。
【００２２】
次に、図３に示す撮像装置３００の動作について説明する。バリア３０１のオープンに応じて、メイン電源、コントロール系の電源、Ａ／Ｄ変換器３０６等の撮像系回路の電源が順にオンする。その後、露光量を制御するために、全体制御・演算部３０９が絞り３０３を開放にする。固体撮像装置３０４から出力された信号は、撮像信号処理回路３０５をスルーしてＡ／Ｄ変換器３０６へ提供される。Ａ／Ｄ変換器３０６は、その信号をＡ／Ｄ変換して信号処理部３０７に出力する。信号処理部３０７は、そのデータを処理して全体制御・演算部３０９に提供し、全体制御・演算部３０９において露出量を決定する演算を行う。全体制御・演算部３０９は、決定した露出量に基づいて絞り３０３を制御する。
【００２３】
次に、全体制御・演算部３０９は、固体撮像装置３０４から出力され信号処理部３０７で処理された信号にから高周波成分を取り出して、高周波成分に基づいて被写体までの距離を演算する。その後、レンズ３０２を駆動して、合焦か否かを判断する。合焦していないと判断したときは、再びレンズ３０２を駆動し、距離を演算する。
【００２４】
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像装置３０４から出力された撮像信号は、撮像信号処理回路３０５において補正等がされ、Ａ／Ｄ変換器３０６でＡ／Ｄ変換され、信号処理部３０７で処理される。信号処理部３０７で処理された画像データは、全体制御・演算部３０９によりメモリ部３１０に蓄積される。
【００２５】
その後、メモリ部３１０に蓄積された画像データは、全体制御・演算部３０９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部３１１を介して記録媒体３１２に記録される。また、画像データは、外部Ｉ／Ｆ部３１３を通してコンピュータ等に提供されて処理されうる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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