(57)【要約】【課題】製造コストを高騰させることなく暗電流を抑制する再結合層を形成する半導体装置の製造方法及び固体撮像素子の製造方法及び固体撮像素子を提供する。【解決手段】素子分離層を設けた半導体基板の上面に素子分離層部分を開口したレジストマスクを設け、素子分離層の下側に不純物を注入することにより不純物層からなる素子分離拡散層を形成するとともに、レジストマスクの開口から不純物を半導体基板に対して斜め方向に注入することにより素子分離拡散層となっている不純物層の縁を伸延させた不純物層からなる再結合層を形成する。特に、レジストマスクに設けた開口の端縁形状を変更することにより不純物層からなる再結合層のサイズを調整する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子分離層を設けた半導体基板の上面に前記素子分離層部分を開口したレジストマスクを設け、このレジストマスクの開口から前記半導体基板に対して斜め方向にイオン注入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記レジストマスクに設けた開口の端縁形状を変更することにより前記イオン注入による注入範囲を調整することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
素子分離層を設けた半導体基板の上面に前記素子分離層部分を開口したレジストマスクを設け、前記素子分離層の下側に不純物を注入することにより不純物層を形成する固体撮像素子の製造方法において、
前記レジストマスクの開口から不純物を前記半導体基板に対して斜め方向に注入することにより前記不純物層の縁を伸延させた不純物層を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記レジストマスクに設けた開口の端縁形状を変更することにより前記不純物層のサイズを調整することを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
素子分離層を設けた半導体基板の上面に前記素子分離層部分を開口したレジストマスクを設け、前記素子分離層の下側に不純物を注入することにより不純物層を形成した固体撮像素子において、
前記レジストマスクの開口から不純物を前記半導体基板に対して斜め方向に注入することにより前記不純物層の縁を伸延させた不純物層を形成したことを特徴とする固体撮像素子。
【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、及び固体撮像素子の製造方法、及び固体撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置となる半導体基板には所要の位置にＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）やＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）からなる素子分離層を形成し、さらにこの素子分離層の下側部分に不純物を注入して素子分離拡散層からなる不純物層を形成することにより、半導体基板上に形成した各素子を電気的に分離している。
【０００３】
ここで、素子分離層は酸化膜を用いて構成していることにより、素子分離層と半導体基板との境界部分には格子欠陥が生じやすく、この格子欠陥に基づいて電子あるいは正孔が発生することに起因してノイズ電流が生じることが知られている。
【０００４】
そこで、素子分離拡散層を形成する際には、素子分離拡散層を形成するために用いるレジストマスクに素子分離層の部分だけでなくその周囲まで不純物の注入が可能なように開口させた開口部を形成し、この開口部に不純物を注入することによって、素子分離層の周囲において電子あるいは正孔が発生すること抑止してノイズ電流を抑止している。
【０００５】
このような半導体装置において、昨今、さらなる高集積化が要求されることによって、素子分離拡散層をノイズ電流の抑止に十分な大きさとすることが困難となってきており、ノイズ電流の抑制が困難となるおそれがあった。
【０００６】
特に半導体装置が固体撮像素子である場合には、抑止できなかった暗電流によって画質劣化が生じるおそれがあった。しかも、固体撮像素子の場合には、素子分離層の周囲に拡張させて素子分離拡散層を設けることによって素子分離層に隣設したセンサ部の面積が抑制されることとなり、光電変換効率の低下を招くおそれもあった。
【０００７】
そこで、素子分離拡散層は素子分離層の直下方にのみ形成し、その後、素子分離層の直上部にレジストマスクを形成して、素子分離拡散層の形成に用いた不純物と同じ導電型の不純物を受光部の表層に注入して再結合層を形成し、この再結合層において格子欠陥に起因して発生した電子あるいは正孔を再結合させることが行われていた（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２８４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、素子分離拡散層の形成後に再結合層形成のためのレジストマスクを形成する場合には、作業工程が増加することによる製造コストの高騰を招くという問題があった。
【０００９】
しかも、素子分離拡散層の形成に用いるレジストマスクは、先に形成している素子分離層及び素子分離拡散層に対して位置ずれなく形成する必要があり、素子分離拡散層形成用のレジストマスクに位置ずれが生じた場合には、再結合層と素子分離拡散層との間に拡散させる不純物がない領域からなる薄い領域が生じるおそれがあり、この領域に起因してノイズ電流の抑制が困難となるおそれもあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明の半導体装置の製造方法では、素子分離層を設けた半導体基板の上面に素子分離層部分を開口したレジストマスクを設け、このレジストマスクの開口から半導体基板に対して斜め方向にイオン注入することとした。さらに、レジストマスクに設けた開口の端縁形状を所望の形状に形成することによりイオン注入による注入範囲を調整することにも特徴を有するものである。
【００１１】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法では、素子分離層を設けた半導体基板の上面に素子分離層部分を開口したレジストマスクを設け、素子分離層の下側に不純物を注入することにより不純物層を形成する固体撮像素子の製造方法において、レジストマスクの開口から不純物を半導体基板に対して斜め方向に注入することにより不純物層の縁を伸延させた不純物層を形成することとした。さらに、レジストマスクに設けた開口の端縁形状を変更することにより不純物層のサイズあるいは形状を調整することにも特徴を有するものである。
【００１２】
また、本発明の固体撮像素子では、素子分離層を設けた半導体基板の上面に素子分離層部分を開口したレジストマスクを設け、素子分離層の下側に不純物を注入することにより不純物層を形成した固体撮像素子において、レジストマスクの開口から不純物を半導体基板に対して斜め方向に注入することにより不純物層の縁を伸延させた不純物層を形成した。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、素子分離層を設けた半導体基板の上面に素子分離層部分を開口したレジストマスクを設け、このレジストマスクの開口から半導体基板に対して斜め方向にイオン注入することによって、レジストマスクで被覆された素子分離層の縁部分に、新たなレジストマスクを形成することなくイオン注入することができ、注入したイオンによって暗電流の発生を抑止できる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、レジストマスクに設けた開口の端縁形状を変更することによりイオン注入による注入範囲を調整することによって、素子分離層の縁部分に注入するイオンの分布を極めて容易に最適化することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、素子分離層を設けた半導体基板の上面に素子分離層部分を開口したレジストマスクを設け、素子分離層の下側に不純物を注入することにより不純物層を形成する固体撮像素子の製造方法において、レジストマスクの開口から不純物を半導体基板に対して斜め方向に注入することにより不純物層の縁を伸延させた不純物層を形成することによって、再結合層を形成するためのレジストマスクを設けることなく再結合層となる不純物層を形成することができる。しかも、１つのレジストマスクで素子分離拡散層と再結合層とを不純物層によって形成することにより、再結合層と素子分離拡散層とを確実に接続させて形成することができるので、素子分離層を再結合層と素子分離拡散層とで確実に被覆して暗電流の発生を抑止できる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、レジストマスクに設けた開口の端縁形状を変更することにより再結合層となる不純物層のサイズを調整することによって、再結合層の最適化を極めて容易に行うことができる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、素子分離層を設けた半導体基板の上面に素子分離層部分を開口したレジストマスクを設け、素子分離層の下側に不純物を注入することにより不純物層を形成した固体撮像素子において、レジストマスクの開口から不純物を半導体基板に対して斜め方向に注入することにより不純物層の縁を伸延させた不純物層を形成したことによって、再結合層と素子分離拡散層とを不純物層で一体的に形成することができ、素子分離層を不純物層で構成した再結合層と素子分離拡散層とで確実に被覆して暗電流の発生を確実に抑止できる。しかも、再結合層となる不純物層を形成するためのレジストマスクを設けることなく再結合層を形成することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法、特に固体撮像素子の製造方法では、半導体基板に素子分離構造を形成するために、半導体基板に酸化膜からなる素子分離層を形成し、この素子分離層の下側に所要の導電型となる不純物をイオン注入して不純物層からなる素子分離拡散層を形成しているものであって、イオン注入を行う際に、半導体基板の上面に素子分離層部分を開口したレジストマスクを設け、このレジストマスクの開口から半導体基板に対して斜め方向にもイオン注入を行っているものである。
【００１９】
斜め方向にもイオン注入を行うことによって、不純物層からなる素子分離拡散層の縁を伸延させた不純物層を形成し、レジストマスクで被覆された素子分離層の縁部分にも新たなレジストマスクを形成することなく不純物層を形成して、不純物層からなる再結合層を形成することができる。
【００２０】
したがって、従来であれば再結合層を形成するために設けていたレジストマスクの作成工程を省くことができ、製造コストの削減を図ることができる。
【００２１】
しかも、再結合層と素子分離拡散層とを不純物層で一体的に形成していることにより、再結合層と素子分離拡散層とが互いに離隔することなく再結合層を形成することができるので、素子分離層を再結合層と素子分離拡散層とで確実に被覆して暗電流の発生を確実に抑止できる。
【００２２】
さらに、レジストマスクに設けた開口の端縁形状を変更した場合には、イオン注入による注入範囲を容易に調整することができ、イオンの注入範囲を容易に最適化することができる。
【００２３】
レジストマスクに設けた開口の端縁形状は、レジストマスクのエッチング条件を調整することによって所要のテーパを有するように形成することができ、テーパの形状を調整することによってレジストマスクを横断してレジストマスク下の半導体基板に注入されるイオンの量を容易に調整できる。
【００２４】
また、開口の形成後にレジストマスクをリフローさせることにより、開口の端縁形状を傾斜面でなく所要の曲率を有する曲線形状とすることもできる。レジストマスクをリフローさせることによって、レジストマスクのエッチング処理におけるバラツキを解消することもでき、半導体基板全体にわたって均質な再結合層を形成可能とすることができる。
【００２５】
このようにイオン注入のマスクとしてレジストマスクを用いることによって、マスク下側の半導体基板へのイオン注入を行うことができるとともに、比較的低エネルギーでイオン注入を行うことができるので、半導体基板の表面に効率よく再結合層を形成できる。
【００２６】
以下において、図面に基づいて本発明の実施形態をさらに詳説する。ここでは、半導体装置として固体撮像素子、特にＣＭＯＳの製造プロセスで製造した固体撮像素子を用いて説明を行うが、固体撮像素子だけでなく、所要の半導体装置に適用可能である。また、固体撮像素子の光電変換部及び電荷蓄積部をＮ型不純物領域で構成したものとして説明を行うが、光電変換部及び電荷蓄積部をＰ型不純物領域で構成したものであってもよく、光電変換部及び電荷蓄積部をＰ型不純物領域で構成した場合には、以下において説明する導電型が全て逆となる。
【００２７】
図１に示すように、固体撮像素子は、表面にＰ型のウェル領域２を形成したＮ型の半導体基板１を用いて構成しており、半導体基板１には所要位置にＬＯＣＯＳで形成した素子分離層３を設けている。素子分離層３はＬＯＣＯＳで形成したものに限定するものではなく、ＳＴＩで形成してもよい。
【００２８】
素子分離層３の形成後、半導体基板１上には第１レジストマスク４を塗布し、この第１レジストマスク４の所要位置にセンサ部形成用開口4aを設け、このセンサ部形成用開口4aから半導体基板１にＮ型不純物をイオン注入してＰＮ接合を形成することによりセンサ部５を形成している。
【００２９】
センサ部５の形成後、第１レジストマスク４を除去し、図２に示すように、半導体基板１上には第２レジストマスク６を塗布し、この第２レジストマスク６の素子分離層３の直上部分に素子分離拡散層形成用開口6aを設け、この素子分離拡散層形成用開口6aから半導体基板１にＰ型不純物をイオン注入して素子分離層３の下側に素子分離拡散層７を形成している。この素子分離拡散層７と素子分離層３とで素子分離を行っており、この素子分離構造を、センサ部５を取り囲むように形成している。図２中、Ａは不純物の注入方向を示す矢印である。
【００３０】
素子分離拡散層７の形成後、さらに、図３に示すように、素子分離拡散層形成用開口6aから半導体基板１にＰ型不純物を、半導体基板に対して斜め方向にもイオン注入して、第２レジストマスク６の下側となっている素子分離層３の縁部分に再結合層８を形成している。図３中、A'は不純物の注入方向を示す矢印である。
【００３１】
ここで、半導体基板に対して斜め方向に注入する不純物は、導電型が同じであれば素子分離拡散層７の形成に用いた不純物と同種の不純物であってもよいし、異種の不純物であってもよい。
【００３２】
再結合層８を形成するための不純物の注入条件は、形成する再結合層８の大きさに合わせて適宜の加速電圧、注入方向等の条件としてよい。なお、注入方向は、第２レジストマスク６の厚み寸法、素子分離拡散層形成用開口6aの開口面積及び開口形状、製造装置にも規制されるが、注入方向と平板状の半導体基板１とのなす角が４５〜８５°となる程度が望ましい。ちなみに、素子分離拡散層７の形成時の注入方向が９０°である。
【００３３】
本実施形態では素子分離拡散層７を形成した後に、不純物を半導体基板に対して斜め方向に注入して再結合層８を形成しているが、最初から不純物を半導体基板に対して斜め方向に注入することにより、素子分離拡散層７と再結合層８とを同時に形成してもよい。
【００３４】
さらには、注入方向と平板状の半導体基板１とのなす角を逐次異ならせながら注入することにより、再結合層８の部分に注入した不純物の濃度を調整してもよい。
【００３５】
このように再結合層８を形成することによって、第２レジストマスク６で被覆された素子分離層３の縁部分にも新たなレジストマスクを形成することなく再結合層８を形成することができるので製造コストの低減を図ることができる。
【００３６】
しかも、再結合層８と素子分離拡散層７とが互いに離隔することなく再結合層８を形成することができるので、素子分離層３を再結合層８と素子分離拡散層７とで確実に被覆して暗電流の発生を確実に抑止できる。
【００３７】
さらに、素子分離拡散層７を比較的小さく形成することができるので、固体撮像素子の場合には、センサ部５の減少を抑制することができ、一般的な半導体装置の場合には、集積度の向上を図ることができる。
【００３８】
上記したように再結合層８を形成した後、第２レジストマスク６を除去し、図４に示すように、半導体基板１の上面にはゲート酸化膜９を形成し、このゲート酸化膜９の上面に多結晶シリコン層を形成して、この多結晶シリコン層をパターンニングすることによりゲート電極10を形成している。
【００３９】
その後、固体撮像素子の読出領域部分にＮ型不純物を低濃度に注入した低不純物濃度領域11を形成し、この低不純物濃度領域11にＮ型不純物を高濃度に注入した高不純物濃度領域12を形成してＮＭＯＳトランジスタからなる読出スイッチを形成している。その後、層間絶縁膜（図示せず）及び適宜の配線（図示せず）を形成して、固体撮像素子を形成している。
【００４０】
他の実施形態として、図５に示すように、第２レジストマスク６をエッチングして素子分離拡散層形成用開口6aを形成する際に、エッチング条件を調整することによって、素子分離拡散層形成用開口6aの端縁にテーパを形成することができ、特に、エッチング条件を調整することによって、このテーパの傾斜面6bの傾斜角度を適宜に変更することができる。
【００４１】
傾斜面6bの傾斜角度を変更することによって、半導体基板に対して不純物を斜め方向に注入した場合に、第２レジストマスク６部分を通過する不純物の通過距離を調整することができ、再結合層８のサイズあるいは不純物濃度の分布を調整できる。
【００４２】
したがって、第２レジストマスク６に設けた素子分離拡散層形成用開口6aの端縁形状を利用して再結合層８のサイズあるいは再結合層８における不純物濃度の分布を調整できるので、より最適化された再結合層８を極めて容易に行うことができる。
【００４３】
素子分離拡散層形成用開口6aの端縁形状の変更は、エッチングによって傾斜面6bを形成するだけでなく、素子分離拡散層形成用開口6aの形成後に第２レジストマスク６をリフローさせることによって所定形状としてもよい。
【００４４】
第２レジストマスク６をリフローした場合には、図６に示すように、素子分離拡散層形成用開口6aの端縁を曲面6cで構成することができ、比較的浅く不純物を注入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明にかかる固体撮像素子の製造工程の説明図である。
【図２】本発明にかかる固体撮像素子の製造工程の説明図である。
【図３】本発明にかかる固体撮像素子の製造工程の説明図である。
【図４】本発明にかかる固体撮像素子の製造工程の説明図である。
【図５】他の実施形態の説明図である。
【図６】他の実施形態の説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  半導体基板
２  ウェル領域
３  素子分離層
５  センサ部
６  第２レジストマスク
6a  素子分離拡散層形成用開口
７  素子分離拡散層
８  再結合層
９  ゲート酸化膜
10  ゲート電極
11  低不純物濃度領域
12  高不純物濃度領域
【図６】
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【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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