(57)【要約】      （修正有）【課題】信頼性の高いマスク材を簡便な工程で形成可能にする。【解決手段】基板上に第１のフォトレジスト膜を形成する第１の工程と、第１のフォトレジスト膜を露光した後、現像して第１のフォトレジストパターンを形成する第２の工程と、第１のフォトレジストパターンに紫外線を照射して第１のフォトレジストパターンの表面を硬化させる第３の工程と、基板と第１のレジストパターンとを覆うように第２のフォトレジスト膜を形成する第４の工程と、第２のフォトレジスト膜を露光した後、現像して少なくとも一部が第１のフォトレジストパターンの上に設けられた第２のフォトレジストパターンを形成する第５の工程と、第２のレジストパターンを用いて基板にイオン注入を行う第６の工程とを有する。イオン注入の前に照射される紫外線の量、照射時間及び照射時の雰囲気温度の少なくともいずれかが減少された条件で、第２のフォトレジストパターンに紫外線を照射する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
基板上に第１のフォトレジスト膜を形成する第１の工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を露光した後、現像して、第１のフォトレジストパターンを形成する第２の工程と、
前記第１のフォトレジストパターンに紫外線を照射して、前記第１のフォトレジストパターンの表面を硬化させる第３の工程と、
前記基板と前記第１のフォトレジストパターンとを覆うように第２のフォトレジスト膜を形成する第４の工程と、
前記第２のフォトレジスト膜を露光した後、現像して、少なくとも一部が前記第１のフォトレジストパターンの上に設けられた第２のフォトレジストパターンを形成する第５の工程と、
前記第２のフォトレジストパターンを用いて前記基板にイオン注入を行う第６の工程と
を有し、
前記第２のフォトレジスト膜を現像した後であって前記イオン注入の前に、前記第２のフォトレジストパターンに紫外線照射を行わないこと、又は、
前記第２のフォトレジスト膜を現像した後であって前記イオン注入の前に、前記３の工程の場合と比較して、照射される紫外線の量、紫外線の照射時間、及び、紫外線照射時の雰囲気温度の少なくともいずれかが減少された条件で前記第２のフォトレジストパターンに紫外線を照射すること、を特徴とする方法。
【請求項２】
前記第５の工程では、前記第２の工程で使用されるマスクが有する開口の径よりも小さい開口を有するマスクが用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のフォトレジストパターンには前記第１乃至第５の工程を経て、前記第１のフォトレジストパターンと前記第２のフォトレジストパターンとを貫通する開口が形成され、
前記開口の側面は前記第１のフォトレジストパターンと前記第２のフォトレジストパターンのうち、前記第２のフォトレジストパターンのみで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のフォトレジストパターンには前記第１乃至第５の工程を経て、前記第１のフォトレジストパターンと前記第２のフォトレジストパターンとを貫通する開口が形成され、
前記開口の側面は前記第１のフォトレジストパターンと前記第２のフォトレジストパターンとで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のフォトレジスト膜の膜厚は、前記第１のフォトレジスト膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２のフォトレジスト膜は、前記第１のフォトレジスト膜とは異なる種類の材料であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第６の工程では、ウェルまたはポテンシャルバリアが形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のフォトレジストパターンと前記第２のフォトレジストパターンとの厚みの合計は９μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第６の工程では、前記基板に形成された素子分離部に囲まれた活性領域内に光電変換領域が形成され、
前記第２のフォトレジストパターンは、前記光電変換領域を形成するための開口の側面の一部を形成する端部を前記活性領域に有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第６の工程では、前記素子分離部に囲まれた同一の活性領域内に複数の光電変換領域が形成され、
前記第２のフォトレジストパターンは、前記複数の光電変換領域を前記同一の活性領域内に形成するための複数の開口の側面の一部を形成する端部を前記活性領域に有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のフォトレジストパターンは、前記複数の開口のそれぞれの側面の一部を形成する端部を表と裏に有する部分を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記端部は、前記基板に対して垂直に形成されていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のフォトレジストパターンは、前記光電変換領域からの電荷を転送するための転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極を形成するために用いられることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
フォトレジストパターンを形成する方法であって、
基板上に第１のフォトレジスト膜を形成する第１の工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を露光した後、現像して、第１のフォトレジストパターンを形成する第２の工程と、
前記第１のフォトレジストパターンに紫外線を照射して、前記第１のフォトレジストパターンの表面を硬化させる第３の工程と、
前記基板と前記第１のフォトレジストパターンとを覆うように第２のフォトレジスト膜を形成する第４の工程と、
前記第２のフォトレジスト膜を露光した後、現像して、少なくとも一部が前記第１のフォトレジストパターンの上に設けられた第２のフォトレジストパターンを形成する第５の工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記第２のフォトレジストパターンに紫外線を照射して、前記第２のフォトレジストパターンの表面を硬化する第６の工程を更に含み、
前記第６の工程では、前記３の工程の場合と比較して、照射される紫外線の量、紫外線の照射時間、及び、紫外線照射時の雰囲気温度の少なくともいずれかが減少されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第５の工程では、前記第２の工程で使用されるマスクが有する開口の径よりも小さい開口を有するマスクが用いられることを特徴とする請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のフォトレジストパターンには前記第１乃至第５の工程を経て、前記第１のフォトレジストパターンと前記第２のフォトレジストパターンとを貫通する開口が形成され、
前記開口の側面は前記第１のフォトレジストパターンと前記第２のフォトレジストパターンとで形成されていることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のフォトレジストパターンには前記第１乃至第５の工程を経て、前記第１のフォトレジストパターンと前記第２のフォトレジストパターンとを貫通する開口が形成され、
前記開口の側面は前記第１のフォトレジストパターンと前記第２のフォトレジストパターンとで形成されていることを特徴とする請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２のフォトレジスト膜の膜厚は、前記第１のフォトレジスト膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２のフォトレジスト膜は、前記第１のフォトレジスト膜とは異なる種類の材料であることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及びレジストパターンを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換装置の高感度化が強く要求されている。これに応える方法としてシリコン基板中の深い位置まで光電変換部を形成する方法がある。この方法によると、これまで以上に深い箇所にまで不純物を注入しなければならない。そこで、シリコン基板に対し1MeVを超えるエネルギーでイオン注入を行える超高エネルギー注入機の実用化が進められている。
【０００３】
一方、シリコン基板の特定箇所にイオン注入を行うために周知のレジストによるマスクが用いられる。このマスクの材料は少なくとも注入エネルギーに対して充分なイオン阻止能力を有することが求められる。一般に注入エネルギーが高くなるほど、そのエネルギーを阻止するためのマスク材は厚く形成することが必要となる。特に上記のような超高エネルギーでのイオン注入を実施する場合、マスク材としては十分なイオン阻止能力を満足するためにマスク材をより厚く形成する必要がある。
【０００４】
特許文献1は、ボロンイオンの注入エネルギーが4MeVの場合、注入深さは約3μmであり、マスク材として阻止能力を確保するためにはその厚さは7μm程度必要になると記載する。また5ＭｅＶの場合には、注入深さは約5μmであり、マスク材として阻止能力を確保するために、厚さは10μm程度必要になると記載する。十分なイオン阻止能力を有するマスク材を形成するために、特許文献1では10μm以上の厚いシリコン層をマスク材として形成する方法を開示する。
【０００５】
また別の方法として、マスク材としてフォトレジストを用い、そのフォトレジストを厚く形成する方法もある。例えばレジストを積層してマスク材を形成する方法が知られており、これによりマスク材を厚く形成することも可能である。レジストを積層する方法については、特許文献２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2002-217123号公報
【特許文献２】特開2006-73611号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献1の方法では、マスク材となるシリコン層をパターン化するためにフォトレジストマスクを用いてシリコン層をエッチングする工程が必要である。フォトレジストマスクの形成のためには、シリコン層の上にフォトレジスト層を塗布し、このフォトレジスト層に対する露光、現像処理をしてフォトレジストマスクを形成する。このようなフォトエッチングを用いたイオン注入のためのマスク材形成工程は煩雑であり、このために作業性が低下する。
【０００８】
特許文献２においては、２層のフォトレジストマスクを形成する工程が記載されているが、超高エネルギーでのイオン注入用のフォトレジストマスクに関する検討はなされていない。
【０００９】
そこで、本発明は、信頼性の高いマスク材を簡便な工程で形成可能にすること及び当該マスクを用いた半導体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】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明は、半導体装置の製造方法であって、基板上に第１のフォトレジスト膜を形成する第１の工程と、前記第１のフォトレジスト膜を露光した後、現像して、第１のフォトレジストパターンを形成する第２の工程と、前記第１のフォトレジストパターンに紫外線を照射して、前記第１のフォトレジストパターンの表面を硬化させる第３の工程と、前記基板と前記第１のレジストパターンとを覆うように第２のフォトレジスト膜を形成する第４の工程と、前記第２のフォトレジスト膜を露光した後、現像して、少なくとも一部が前記第１のフォトレジストパターンの上に設けられた第２のフォトレジストパターンを形成する第５の工程と、前記第２のレジストパターンを用いて前記基板にイオン注入を行う第６の工程とを有し、前記第２のフォトレジスト膜を現像した後であって前記イオン注入の前に、前記第２のレジストパターンに紫外線照射を行わないこと、又は、前記第２のフォトレジスト膜を現像した後であって前記イオン注入の前に、前記３の工程の場合と比較して、照射される紫外線の量、紫外線の照射時間、及び、紫外線照射時の雰囲気温度の少なくともいずれかが減少された条件で前記第２のフォトレジストパターンに紫外線を照射すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、信頼性の高いマスク材を簡便な工程で形成し、当該マスクを用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の概略説明図
【図２】発明の第１、第２の実施形態に係るレジストパターンの形成工程を示す図
【図３】発明の第３の実施形態に係るレジストパターンの形成工程を示す図
【図４】発明の第４の実施形態に係るレジストパターンの形成工程を示す図
【図５】発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の概略説明図
【図６】レジストパターンの形成工程を示す図
【図７】発明の第５、第６の実施形態に係るレジストパターンの一例を示す図
【図８】発明の第５の実施形態に係るレジストパターンの形成工程を示す図
【図９】発明の第６の実施形態に係るレジストパターンの形成工程を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［実施形態１］
以下、発明の第１の実施形態に係る半導体装置としての光電変換装置について図面を参照して説明する。本実施形態では、ＣＭＯＳ型の光電変換装置について説明を行うが、光電変換装置の種類はこれに限ったものではない。また、本実施形態は、他の半導体装置にも適用可能である。
【００１４】
本実施形態で説明する光電変換装置は、画素配列領域および周辺領域を有する。画素配列領域は、複数の画素が配列される領域である。周辺領域は、画素配列領域の周辺に配された領域で、複数の画素を制御するためのＭＯＳトランジスタを含む複数の制御回路や読み出し経路となる回路が配される領域である。
【００１５】
画素配列領域には、複数の画素が行方向および列方向に配列されている。各画素は、例えば、光電変換部、転送トランジスタ、電荷電圧変換部、リセット部、出力部および選択部を含む。また周辺領域には複数の制御回路が配される。複数の制御回路は、垂直走査回路、定電流源ブロック、列アンプブロック、保持容量ブロック、水平走査回路および出力アンプブロックが配される。
【００１６】
なお本実施形態では光電変換装置の画素配列領域に配置された不純物領域を形成するためのイオン注入工程について説明する。
【００１７】
以下で説明に使用する各図においては、簡略化のために画素配列領域、周辺回路、及び非有効領域の要部を説明するが、記載のない回路等の部分についても通常の光電変換装置の製造方法により形成されるものとする。本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置の画素配列領域となる部分に配置されたウェルを形成するためのイオン注入工程において、特に超高エネルギー注入(ボロンＢ、エネルギー６ＭｅＶ)の一例を示す断面図を図１に示した。
【００１８】
図１は、基板１a上に所定のパターンで開口を有するレジスト層１ｂを設け、該開口を通してイオン１ｄを注入することによりに基板１a内にウェル１eが形成される様子を示している。レジスト層１ｂは、図２以降で説明する発明の実施形態に対応するレジストパターン形成方法により形成されるレジストマスクである。素子分離部１ｃは、画素で光電変換によって発生した電荷の一部が隣接する画素や素子へ混入することを防止するために形成される領域である。素子分離部１ｃには、例えば、ＳＴＩ法やＬＯＣＯＳ法などによって形成される絶縁体からなる分離構造や、ＰＮ接合を利用した分離構造などを設けることができる。ＰＮ接合を利用した分離とは、信号電荷に対してポテンシャルバリアとなる不純物領域を形成した構造を有するものである。このポテンシャルバリアも、以下に説明する発明の実施形態に対応する処理方法により形成されたレジストパターンを利用して形成することができる。なお、上記の注入エネルギーに対して十分なイオン阻止能力を必要とするレジストマスクの厚さは9μm程度である。以下では、このように非常に厚いレジストマスクを適用したイオン注入工程について詳細に説明する。
【００１９】
図２は、発明の実施形態に対応する半導体装置の製造方法におけるレジストマスクの形成方法について工程順に示したものである。
【００２０】
まず、図２（ａ）に示すように、基板上にフォトレジストを塗布して第１フォトレジスト膜２ｂを形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、基板に形成される不純物領域の位置に対応する、イオンを深く注入したい箇所に開口を有するレチクル２ｄを用いて露光光２ｃを遮断して、第１フォトレジスト膜２ｂの一部を露光する。その後、第１フォトレジスト膜２ｂを現像し、パターンを生成する。このとき、レジストマスクを形成する際に、第１フォトレジスト膜２ｂの厚みを９μmとするのではなく、1回あたりの膜厚を５．５μm以下にし、２回に分けて合計で９μｍ以上となるレジストマスクを形成すると歩留まりがよい。なお、ここでは２回に分けているが、分割して塗布する回数を制限するものではなく、３回以上としてもかまわない。なお、上記フォトレジストに適用する材料としては、入手可能な市販の材料を使用すればよい。
【００２１】
１回目の形成工程で形成した第１フォトレジストパターンとなった第１フォトレジスト膜２ｂの現像処理を行った後、紫外線硬化（UV硬化）処理を行う。紫外線硬化処理は、例えば９００Ｗ/cm2以下の照射強度で６０秒間照射しながら、雰囲気温度を１７０℃まで上昇させる条件で実施することができる。紫外線硬化処理の条件はここに記載したものに限定されず、例えば照射強度を８００から１０００Ｗ／ｃｍ２の範囲、雰囲気温度を１３０から２００℃の範囲で実施することができる。この紫外線硬化処理により第１フォトレジスト膜２ｂからの脱ガスを促進させることにより、次工程での圧力及び熱環境による変形を抑制することができる。図２（ｃ）は硬化部２ｅが形成されたことで、第１フォトレジスト膜２ｂの表面が硬化した様子を示している。上記の第１フォトレジスト膜の厚みを５．５μm以下に抑えると、紫外線硬化（UV硬化）中にフォトレジストが変形することも防ぐことができる。
【００２２】
なお、上記硬化処理の後に、熱処理工程（例えばポストベーク工程）、あるいは減圧雰囲気であるイオン注入工程において、第１フォトレジスト膜２ｂの厚さが7μｍ以上であった場合には、第１フォトレジスト膜２ｂの表面などにクラックが生じ、歩留まりが低下する。クラックが生じた箇所ではマスク材としての阻止能力が低下するため、クラック箇所を介して意図しない領域に注入イオンが貫通してしまい、結果として光電変換装置の特性に影響を及ぼす可能性がある。例えば隣接する配線間が短絡してしまう問題が生じることがある。このようにフォトレジストにクラックが生じてしまう原因の一つとして、フォトレジストに含有される水分の脱水処理が不十分であることが考えられる。
【００２３】
紫外線硬化処理はこのクラックを防ぐために行われる処理であるが、フォトレジストの変形を招くおそれがある。その変形の原因は、膜厚が厚い為にフォトレジストに含有されている揮発物や昇華物の量が多くなるのにも関わらず、フォトレジストの表面を硬化させて揮発物がフォトレジストの外へ逃げにくくなり、フォトレジスト表面にストレスが大きく加わるためと考えられる。このストレスによる変形の一例としてホッピングと呼ばれる、レジストの一部がはじきとばされる現象などがある。このようなホッピングはフォトレジストの厚みが5.5μm以上の場合、特に7μm以上になると、紫外線硬化処理の途中で発生しやすくなる。このため、フォトレジストをそれよりも薄い膜厚とすることが有効である。特に厚い膜厚のフォトレジストでホッピング(変形)が発生する理由として、フォトレジスト内のガス成分が多いことがあげられる。このため紫外線硬化処理の過程においてフォトレジスト内の脱ガスが不十分な状態のままでフォトレジスト表層が硬化し、処理中にホッピングが発生する。
【００２４】
以上の処理により１層目を紫外線硬化させた後、望ましくはHMDS(Hexamethyldisilazane)処理を行うのが良い。これにより２層目のフォトレジストを塗布する際に下層との密着性を高めることができる。その後、２層目のフォトレジスト膜を形成するため、図２（ｄ）に示すように１層目の上に１層目と同じフォトレジストを同じ塗布条件で再度塗布して、第２フォトレジスト膜２ｆ形成し、さらに図２（ｅ）に示すように 同一のレチクル２ｄを用いて露光する。これにより第２フォトレジスト膜の一部２ｇが感光するので、その後現像処理を行う。これにより図２（ｆ）に示す、第２のフォトレジストパターン２ｈが形成され、例えば９μmの膜厚を有するレジストパターン２ｉを形成することができる。なお2層目である第２のフォトレジスト膜に対しては、１層目と異なり紫外線硬化処理は実施しない。これは紫外線効果処理によって１層目である第１フォトレジスト膜（パターン）の残留ガスに起因するホッピングを回避するためである。なお、第２のフォトレジストパターン２ｈの少なくとも１部が第１のフォトレジストパターンの上に設けられることによって、厚膜のレジストパターンの形成を可能にしている。
【００２５】
以上のようにして形成した厚さ９μｍのレジストパターン２ｉをマスク材として用いた場合、６．０ＭｅＶの超高エネルギーイオン注入した場合であっても、このレジストパターンにおいてクラックを防ぐことができた。レジストパターン２ｉは、光電変換装置の画素配列領域となる部分に配置されたウェルを形成するイオン注入工程において、ボロンＢをエネルギー６ＭｅＶにて注入するために用いられ、イオン注入後に剥離される。
【００２６】
このように本実施形態では、厚膜レジストパターンを形成する際、膜厚を分割して塗布露光現像を行い複数回かけて厚膜のレジストパターンを形成させる。また、複数回のうち、少なくとも最下層のフォトレジスト（パターン）を現像した後、ＵＶ硬化させることで、超高エネルギーイオン注入に対応できるレジストマスク２ｉを作製することができる。このようなレジストマスク２ｉは、フォトレジストに変形が生じてしまうことを防ぎつつ、なおかつイオン注入時のクラックの発生も抑制できる。
【００２７】
［実施形態２］
上記発明の第１の実施形態では、最上層のフォトレジストパターンのＵＶ硬化処理を行わなかった。これに対し本実施形態では、最上層のフォトレジストパターンに対してもＵＶ硬化処理を行うことを特徴とする。
【００２８】
本実施形態に対応する最上層のフォトレジストパターンに対するＵＶ硬化処理として、下層に対して行った処理に比べて紫外線硬化の度合いを弱めて処理を行うことができる。紫外線硬化の度合いの弱め方は、照射強度、照射時間、雰囲気温度の少なくともいずれかの値を下げる（照射強度を弱める、照射時間を短くする、雰囲気温度を下げる）ことにより行う。例えば、１回目の値に比べて約３／４以下、より好ましくは１／２以下の条件とすることができる。紫外線照射の条件はクラックが発生しない範囲で決定する。例えば照射量を３００Ｗ／ｃｍ2以下まで下げてフォトレジストの表面の硬化部２ｅの厚さを薄くさせる方法がある。これによりイオン注入時のレジストの収縮を抑制し、クラックを発生させにくくすることができる。
【００２９】
また、下層のフォトレジストに比べてUV硬化処理時の処理温度をより低くしたり、照射時間を短くすることができる。具体的に、下層の処理よりも低く温度を例えば１３０℃以下にすることができる。また、熱を与える時間を２０秒以下にすることで、与える熱量を小さくすることができる。
【００３０】
本実施形態では最上層のフォトレジストについてのＵＶ硬化処理を行うが、その際、紫外線の照射量、紫外線の照射時間、紫外線照射時の雰囲気温度の少なくともいずれかを、下層のフォトレジストのＵＶ硬化処理時よりも減少させて行う。これにより、フォトレジストからの脱ガスを少なくさせることができるため、ホッピング等の変形を十分に抑制することができる。そのうえでイオン注入時のレジストの収縮を抑制することができるため、クラックを発生させにくくすることができる。
【００３１】
［実施形態３］
次に発明の第３の実施形態を説明する。上記の第１、第２の実施形態では2層目以降のフォトレジストパターニングで使用するレチクルを１層目と同一のパターンのものを用いていた。これに対し本実施形態では、１層目のフォトレジストパターンを第１又は第２の実施形態と同様にして形成した後、２層目以降は１層目と異なるレチクルを使用することを特徴としている。
【００３２】
図３は、本実施形態に対応する半導体装置の製造方法におけるフォトレジストによるイオン注入対応マスクの形成方法について工程順に示したものである。図３（a）から図３（ｄ）までは図２と同様であり対応する参照番号を付している。これに対し図３（e）では、図３（ｂ）で使用していたレチクル２ｄと比較して開口がより狭まったレチクル３aを用いてパターニングを行う。具体的に、レチクル３aの開口の径をレチクル２ｄの開口の径より数μm狭めることができる。これによりレチクル３aを通過し第２フォトレジスト膜２ｆを感光する露光光３ｂは、図３（ｂ）においてレチクル２ｄを通過した露光光と比較して範囲が狭まっていることが分かる。感光した第２のフォトレジスト膜の一部３ｃは、平面視した時に、図２（ｅ）における一部２ｇよりも面積が小さくなり、一部２ｇに内包される。これは1層目と2層目のアライメントずれを抑えること、及び、1層目と２層目の段差を防ぐことを目的とするが、これにより図３（ｆ）に示すように２層目を現像した後に1層目の開口を覆うような第２のフォトレジストパターン３ｄが形成される。図３（ｆ）では、フォトレジストパターン３ｅの開口の側面は、図３（ｃ）に示した硬化部２ｅが二度目に塗布された第２のフォトレジスト膜に覆われるように形成されていることが分かる。つまり、図２（ｆ）に示すように第１、第２の実施形態では、レジストパターン２ｉの開口の側面は、第１のフォトレジストパターン（２ｂ、２ｅ）と第２のフォトレジストパターン２ｈとで形成されていた。しかし、本実施形態では、フォトレジストパターン３ｅの開口の側面は、第２のフォトレジストパターン３ｄのみで形成されている。
【００３３】
このように第２層で第1層に対してパターンをオーバーラップさせてパターニングすることで、クラックを生じなくさせるだけでなく、１層目と２層目のアライメントずれに対してマージンをもたせることができる。すなわち、第１、第２の実施形態ではイオン注入される箇所が第1層のパターンと第２層のパターンの和集合の部分であったが、本実施形態ではイオン注入個所が2層目のパターンのみに依存するため、所定の領域に再現よく注入することができる。
【００３４】
［実施形態４］
次に発明の第４の実施形態について説明する。上記実施形態では１層目と２層目以降とで使用するフォトレジストの種類や膜厚は等しかった。これに対し本実施形態では、１層目のフォトレジストパターンを第１又は第２の実施形態と同様にして形成した後、２層目以降で使用するフォトレジストの種類やフォトレジスト膜厚を１層目で使用したものと異ならせることを特徴とする。
【００３５】
図４は、本実施形態に対応するフォトレジストによるイオン注入対応マスクの形成方法について工程順に示したものである。図４（a）から図４（ｃ）までは図２と同様であり、対応する参照番号を付している。これに対し図４（ｄ）では、図４（a）で形成した第１のフォトレジスト膜２ｂとは異なる種類のフォトフォトレジストを使用して第２のフォトレジスト膜４aを形成している。その後、レチクル２ｄを用いて露光する。これにより第２のフォトレジスト膜４aのうち４ｂで示す部分が感光するので、その後現像処理を行う。これにより図４（ｆ）に示す第２のフォトレジストパターン４ｃが形成され、フォトレジストパターン４ｄを形成することができる。
【００３６】
図４はフォトレジストの種類を変更する場合を説明したが、これ以外に膜厚を変えてもよい。例えば、７．０ＭｅＶの超高エネルギーイオン注入に耐え得るために、１０μmのレジスト膜厚が必要であるが、１層目で５．５μmの膜厚を塗布したのち、２層目の膜厚は５．５μｍよりも厚くして例えば６．５μmとすることができる。
［実施形態５］
実施形態１では、先に形成された第１のフォトレジストパターンにのみ紫外線硬化処理を実施し、第１のフォトレジストパターンの上に少なくとも一部が形成される第２のフォトレジストパターンについては紫外線硬化処理を行わないフォトレジストパターン形成方法を説明した。当該方法は、超高エネルギーイオン注入に耐え得るフォトレジストパターンを形成する目的で実施することができるが、それに限定されず、白キズを抑制するためのフォトレジストパターンの形成方法としても実施可能である。これ以降の実施形態では、白キズの抑制を目的としたフォトレジストパターンの形成方法について具体的に説明する。
【００３７】
まず、発明の第５の実施形態に係る半導体装置としての光電変換装置について図面を参照して説明する。本実施形態でもＣＭＯＳ型の光電変換装置について説明を行うが、光電変換装置の種類はこれに限ったものではない。また、本実施形態は、他の半導体装置にも適用可能である。
【００３８】
本実施形態で説明する光電変換装置は、上述の実施形態と同様、画素配列領域及び周辺領域を有する。図５は、本実施形態に対応する光電変換装置の断面模式図であり、光電変換装置５００は、光電変換部５０１、光電変換された電荷を転送する転送ＭＯＳトランジスタ部５０２を少なくとも有する。より具体的には、半導体基板５０３にはＰ型不純物領域５０４が形成され、Ｐ型不純物領域５０４には電荷蓄積層用のＮ型不純物領域５０７と埋め込み型フォトダイオード構造とするための表面Ｐ型不純物領域５０８とが形成されている。また、半導体基板５０３上には酸化シリコン膜等のゲート酸化膜５１０が形成されている。光電変換部５０１と転送ＭＯＳトランジスタ部５０２の近傍にはシリコン酸化膜層により素子分離部５０５が形成され、他の素子から分離されている。転送ＭＯＳトランジスタ部５０２はゲート電極５０６Ａを有し、光電変換部５０１で変換されＮ型不純物領域５０７に蓄積された電荷は、フローティングディフュージョンとして機能するＮ型不純物領域５０９に転送される。
【００３９】
また、半導体基板５０３上には、ゲート電極５０６Ａと第１の配線層と５１３を絶縁する層間絶縁膜５１１が形成され、当該層間絶縁膜５１１を貫通してＮ型不純物領域５０９と第１の配線層５１３とを電気的に接続する第１のコンタクトプラグ５１２が形成されている。層間絶縁膜５１１の上には更に、第１の配線層５１３と第２の配線層５１６とを絶縁するための層間絶縁膜５１４が形成され、当該層間絶縁膜５１４内には第１の配線層５１３と第２の配線層５１６とを電気的に接続するための第２のコンタクトプラグ５１５が形成されている。さらに層間絶縁膜５１４の上には第２の配線層５１６と第３の配線層５１９とを絶縁するための層間絶縁膜５１７が形成され、当該層間絶縁膜５１７内には第２の配線層５１６と第３の配線層５１９とを電気的に接続するための第３のコンタクトプラグ５１８が形成されている。さらに、第３の配線層５１９を覆うように表面保護層であるパッシベーション膜５２０が形成されている。
【００４０】
図５に示す構成において、表面から入射した光は光電変換部５０１により電荷に変換され、転送用ＭＯＳトランジスタのゲート電極５０６Ａに加えるパルスによって電荷がＮ型不純物領域５０９に転送され、第１のコンタクトプラグ５１２、第１の配線層５１３を介して信号として出力される。
【００４１】
図６は、ＣＭＯＳプロセスにより半導体基板５０３としてＮ型シリコン基板を用いて上記光電変換装置５００を製造する場合の、転送用ＭＯＳトランジスタのゲート電極５０６ＡからＮ型不純物領域５０７を形成するまでの製造工程の一例を説明する図である。
【００４２】
まず、Ｐ型不純物領域５０４が形成された半導体基板５０３にシリコン酸化膜により素子分離部５０５を形成した後にゲート酸化膜５１０、多結晶シリコン膜５０６Ｂをこの順に成膜する。次いで多結晶シリコン膜５０６Ｂの上にレジストの塗布・露光・現像を行って第１のフォトレジストパターン６０１を形成し、第１のフォトレジストパターンに対して紫外線６０２を照射し、紫外線硬化処理を実施する。このときの状態を図６（ａ）に示す。次いで、第１のフォトレジストパターン６０１をマスクとして多結晶シリコン膜５０６Ｂをエッチングし第１のフォトレジストパターン６０１と同様にパターニングする。これにより、ゲート電極５０６Ａが形成され、図６（ｂ）に示す状態となる。
【００４３】
次に第１のフォトレジストパターン６０１を除去せずに、電荷蓄積領域形成時のイオン注入用マスクとして第２のフォトレジストパターン６０３を形成する。第２のフォトレジストパターン６０３は、基板の一部を覆うように形成され、Ｎ型不純物領域５０７を形成するための開口を有し、当該開口を形成するフォトレジスト端部が基板上に形成される。次いで後工程で行われるイオン注入時にフォトレジストから発生するアウトガスを抑制する為に第２のフォトレジストパターン６０３に対して紫外線６０４を照射し、紫外線硬化処理を実施する。このときの状態を図６（ｃ）に示す。次に第１のフォトレジストパターン６０１と第２のフォトレジストパターン６０３とをマスクとして、Ｎ型不純物領域形成用のイオン注入６０５を実施する。このときの状態を図６（ｄ）に示す。これにより、Ｎ型不純物領域５０７が形成される。最後に第１のフォトレジストパターン６０１と第２のフォトレジストパターン６０３とを剥離すると図６（ｅ）に示す状態となる。
【００４４】
上記製造工程において、図６（ｃ）の丸６０６で示すように光電変換部５０１の形成領域の上部にフォトレジストマスクを形成して紫外線照射を行うと、丸６０６で囲われた基板上に形成されたレジストマスク端部の形状が垂直ではなくなってしまう。この場合、その後に行うイオン注入時に、フォトレジストマスクを透過したイオンビームが半導体基板に注入されてしまうことになる。このとき、フォトレジスト内部に含まれる金属原子がイオンビームにより押し出され半導体基板中に注入されてしまう、ノックオンと一般に呼ばれる現象が発生する。このノックオンされた金属原子は、白キズの増加の原因となる。電荷蓄積領域を形成するために活性領域上にフォトレジスト端部を配置する理由は、暗電流の発生を抑制するためである。電荷蓄積領域形成用のフォトレジストパターンの端部が素子分離の為のシリコン酸化膜上部にあった場合、電荷蓄積領域と素子分離の為のシリコン酸化膜が接することにより、暗電流が発生してしまうのである。また、フォトダイオードを焦点検知装置として使用する場合の素子分離でも、電荷蓄積層形成用のフォトレジストの両端部が光電変換部領域内に存在し、この構造においても白キズの増加が問題となる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、上記第２のフォトレジストパターン６０３に対しては紫外線硬化処理を実施せずに、第１のフォトレジストパターン６０１と第２のフォトレジストパターン６０３をマスクとして、Ｎ型不純物領域形成用のイオン注入を行い、光電変換部を形成する。
【００４６】
より具体的に、Ｎ型不純物領域５０７を形成する製造工程の一例を、図を参照して説明する。図７（ａ）は、Ｎ型不純物領域５０７を形成するためのフォトレジストパターンの一例を示す図である。また、図８は、図７の点線７０２での断面に基づき、Ｎ型不純物領域５０７を形成する製造工程を説明する図である。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、本実施形態では、転送ＭＯＳトランジスタ部５０２のゲート電極５０６Ａを形成するためのフォトレジストパターン６０１、及び、電荷蓄積領域であるＮ型不純物領域５０７を形成するためのフォトレジストパターン６０３が形成される。なお、点線７０１は素子分離部５０５の境界線を示している。図７（ａ）に示すように、ゲート電極５０６Ａ用のフォトレジストパターン６０１とＮ型不純物領域５０７用のフォトレジストパターン６０３とは一部がオーバーラップしている。また、フォトレジストパターン６０３には、Ｎ型不純物領域５０７を形成するための開口が設けられている。当該開口は、上記の電荷蓄積領域と素子分離部との接触による暗電流を防止するために素子分離部５０５の境界の内側の活性領域内に設けられている。
【００４８】
次に図８を参照して、このようなフォトレジストパターンを形成する製造工程を具体的に説明する。まず、Ｐ型不純物領域５０４が形成された半導体基板５０３に素子分離部５０５を形成した後にゲート酸化膜５１０、多結晶シリコン膜５０６Ｂをこの順に成膜する。次いで多結晶シリコン膜５０６Ｂの上にレジストの塗布・露光・現像を行って第１のフォトレジストパターン６０１を形成し、第１のフォトレジストパターン６０１に対して紫外線６０２を照射し、紫外線硬化処理を実施する。このときの状態を図８（ａ）に示す。ここでの紫外線硬化処理は、例えば照射強度を８００から１０００Ｗ／ｃｍ２の範囲、雰囲気温度を１３０から２００℃の範囲で実施することができる。第１のフォトレジストパターン６０１の膜厚は例えば０．５から１．５μmの範囲とすることができる。
【００４９】
次いで、第１のフォトレジストパターン６０１をマスクとして多結晶シリコン膜５０６Ｂをエッチングし第１のフォトレジストパターン６０１と同様にパターニングする。これにより、ゲート電極５０６Ａが形成され、図８（ｂ）に示す状態となる。次に第１のフォトレジストパターン６０１を除去せずに、電荷蓄積領域形成時のイオン注入用マスクとして第２のフォトレジストパターン６０３を形成する。このとき第２のフォトレジストパターン６０３は、基板の一部を覆うように形成され、Ｎ型不純物領域５０７を形成するための開口を有し、丸６０６で示す当該開口を形成するフォトレジスト端部は基板上に形成される。第２のフォトレジストパターン６０３の膜厚は例えば０．５から１．５μmの範囲とすることができる。
【００５０】
次いで第２のフォトレジストパターン６０３に対しては紫外線を照射せずに、第１のフォトレジストパターン６０１と第２のフォトレジストパターン６０３とをマスクとして、Ｎ型不純物領域形成用のイオン注入６０５を実施する。このときイオン注入のエネルギーは３００から６００ＫｅＶの範囲とすることができる。このときの状態を図８（ｃ）に示す。最後に第１のフォトレジストパターン６０１と第２のフォトレジストパターン６０３とを剥離すると図８（ｄ）に示す状態となる。
【００５１】
以上のフォトレジストマスク形成方法によれば、光電変換部５０１が形成される領域内に配置された第２のフォトレジストパターン６０３には紫外線硬化処理を実施しないので、フォトレジスト端部の形状が垂直に保たれることになる。よって、フォトレジスト中の金属不純物のノックオンを防ぐことができ、白キズの増加を抑制することが可能になる。
【００５２】
（実施形態６）
以下、発明の第６の実施形態に係る半導体装置としての光電変換装置について図面を参照して説明する。本実施形態に対応する光電変換装置も図５と同様の断面を有する。
【００５３】
本実施形態に対応するフォトレジストマスクの形成方法でも、ゲート電極５０６Ａを形成するためのフォトレジストパターンのみ紫外線を照射し、Ｎ型不純物領域５０７を形成するためのフォトレジストパターンに対しては紫外線を照射しない。但し、本実施形態では、図７（ｂ）に示すようにＮ型不純物領域５０７が隣接して形成され、隣り合うＮ型不純物領域５０７の間にフォトレジストパターンが形成されることになる。
【００５４】
より具体的に、Ｎ型不純物領域５０７を形成する製造工程の一例を、図を参照して説明する。図７（ｂ）は、Ｎ型不純物領域５０７を形成するためのフォトレジストパターンの一例を示す図である。また、図９は、図７（ｂ）の点線７０３での断面に基づき、Ｎ型不純物領域５０７を形成する製造工程を説明する図である。なお、点線７０２での断面から見た場合の製造工程は、実施形態５で説明した図８に示す製造工程と同様となる。
【００５５】
図７（ｂ）に示すように、本実施形態では、転送ＭＯＳトランジスタ部５０２のゲート電極５０６Ａを形成するためのフォトレジストパターン６０１、電荷蓄積領域であるＮ型不純物領域５０７を形成するためのフォトレジストパターン６０３が形成される。なお、点線７０１は素子分離部５０５の境界を示す境界線を示している。図７（ｂ）に示すように、ゲート電極５０６Ａ用のフォトレジストパターン６０１とＮ型不純物領域５０７用のフォトレジストパターン６０３とは一部がオーバーラップしている。また、フォトレジストパターン６０３には、隣り合うＮ型不純物領域５０７を形成するための２つの開口が設けられている。換言すると、光電変換領域であるＮ型不純物領域５０７を横断するように電荷蓄積領域用フォトレジストパターンが配置されている。当該２つ開口は、上記の電荷蓄積領域と素子分離部との接触による暗電流を防止するために素子分離部５０５の境界を示す境界線７０１の内側に設けられ、素子分離部５０５で規定される活性領域内で隣接している。
【００５６】
次に図９を参照して、このようなフォトレジストパターンを形成する製造工程を具体的に説明する。まず、Ｐ型不純物領域５０４が形成された半導体基板５０３に素子分離部５０５を形成した後にゲート酸化膜５１０、多結晶シリコン膜５０６Ｂをこの順に成膜する。次いで多結晶シリコン膜５０６Ｂの上にレジストの塗布・露光・現像を行って第１のフォトレジストパターン６０１を形成し、第１のフォトレジストパターン６０１に対して紫外線を照射し、紫外線硬化処理を実施する。このときの状態を図９（ａ）に示す。なお、図９は、図７（ｂ）の点線７０３での断面での製造工程を示しているため、第１のフォトレジストパターン６０１は示されていない。点線７０２の断面で見た場合には図８（ａ）に示す状態となっている。
【００５７】
次いで、第１のフォトレジストパターン６０１をマスクとして多結晶シリコン膜５０６Ｂをエッチングし第１のフォトレジストパターン６０１と同様にパターニングする。このときの状態を図９（ｂ）に示す。なお、図９は、図７（ｂ）の点線７０３での断面での製造工程を示しているため、多結晶シリコン膜５０６Ｂは除去されて存在せず、また、第１のフォトレジストパターン６０１は示されていない。点線７０２の断面で見た場合には図８（ｂ）に示す状態となっている。ここでの紫外線硬化処理は、例えば照射強度を８００から１０００Ｗ／ｃｍ２の範囲、雰囲気温度を１３０から２００℃の範囲で実施することができる。第１のフォトレジストパターン６０１の膜厚は例えば０．５から１．５μmの範囲とすることができる。
【００５８】
次に第１のフォトレジストパターン６０１を除去せずに、電荷蓄積領域形成時のイオン注入用マスクとして第２のフォトレジストパターン６０３を形成する。第２のフォトレジストパターン６０３の膜厚は例えば０．５から１．５μmの範囲とすることができる。このとき第２のフォトレジストパターン６０３は、基板の一部を覆うように形成され、Ｎ型不純物領域５０７を隣接して形成するための２つの隣接する開口を有し、丸６０６で示す当該開口を形成するフォトレジスト端部は開口ごとに向かい合って基板上に形成される。次いで第２のフォトレジストパターン６０３に対しては紫外線を照射せずに、第１のフォトレジストパターン６０１と第２のフォトレジストパターン６０３とをマスクとして、Ｎ型不純物領域形成用のイオン注入６０５を実施する。このときイオン注入のエネルギーは３００から６００KeVの範囲とすることができる。このときの状態を図９（ｃ）に示す。なお、図９は、図７（ｂ）の点線７０３での断面での製造工程を示しているため、第１のフォトレジストパターン６０１は示されていない。点線７０２の断面で見た場合には図８（ｃ）に示す状態となっている。最後に第１のフォトレジストパターン６０１と第２のフォトレジストパターン６０３を剥離すると図９（ｄ）に示す状態となる。なお、点線７０２の断面で見た場合には図８（ｄ）に示す状態となっている。
【００５９】
図７（ｂ）に示すように光電変換部５０１が形成される領域を横断するように第２のフォトレジストパターン６０３が形成されている場合、フォトレジスト端部の面積が増加することにより、より多くの白キズは発生させてしまうおそれがある。しかし、問題の領域でフォトレジスト端部を形成する第２のフォトレジストパターン６０３に紫外線を照射しないのでレジスト形状を垂直に保つことができ、第２のフォトレジストパターン内部の金属原子をノックオンすることを効果的に防止して、白キズの増加を抑制することができる。
【００６０】
［実施形態７］
上記の実施形態５及び６では、第２のフォトレジストパターン６０３には紫外線硬化処理を実施しない場合を説明したが、本実施形態では条件を変更して紫外線硬化処理を実施する場合を説明する。
【００６１】
本実施形態に対応する第２のフォトレジストパターン６０３に対する紫外線硬化処理として、第１のフォトレジストパターン６０１に対して行った処理に比べて紫外線硬化の度合いを弱めて処理を行うことができる。紫外線硬化の度合いの弱め方は、照射強度、照射時間、雰囲気温度の少なくともいずれかの値を下げる（照射強度を弱める、照射時間を短くする、雰囲気温度を下げる）ことにより行う。例えば、１回目の値に比べて約３／４以下、より好ましくは１／２以下の条件とすることができる。紫外線照射の条件はレジストの形状変化が発生しない範囲で決定する。
【００６２】
本実施形態では第２のフォトレジストパターン６０３についての紫外線硬化処理を行うが、その際、紫外線の照射量、紫外線の照射時間、紫外線照射時の雰囲気温度の少なくともいずれかを、第１のフォトレジストパターン６０１の処理時よりも減少させて行う。これにより、レジスト形状が大きく変形することを防止し、第２のフォトレジストパターン内部の金属原子をノックオンすることを効果的に防止して、白キズの増加を抑制することができる。
【００６３】
以上のように、信頼性の高いマスク材を簡便な工程で形成可能にする発明の実施形態を実施形態１から実施形態７まで説明した。しかし、発明の実施形態は、上述した第１〜第７の実施形態に限られることなく、適宜組み合わせ、変更が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
1a.  基板、1b.  レジスト層、1c.  素子分離部、1d.  注入イオン、1e.  ウェル、2a.  基板、2b.  第１フォトレジスト膜、2c.  露光光、2d.  レチクル、2e.   フォトレジストの硬化部、2f.  第２フォトレジスト膜、2g.  第２フォトレジスト膜の感光箇所、3a.  第２レチクル、3b.  第２レチクル透過後の露光光、3c.  第２フォトレジスト膜の感光箇所、4a.  第２フォトレジスト膜、4b.  第２フォトレジスト膜の感光箇所 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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