(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＴＩのためのトレンチと、
該トレンチ内の基板上に形成されたチャンネルストップ薄膜と、
前記トレンチを埋め込む素子分離膜と、
前記トレンチの側壁に隣接して基板内に形成されたフォトダイオードと
を備え、前記チャンネルストップ薄膜が、前記基板と同じ導電型の不純物がドーピングされたＳＥＧ膜であることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記チャンネルストップ薄膜と素子分離膜との間に熱酸化膜をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記不純物が、ホウ素（Ｂ）であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記素子分離膜が、ＨＤＰ酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
基板にＳＴＩのためのトレンチを形成するステップと、
前記トレンチ内の前記基板上にチャンネルストップ薄膜を形成するステップと、
前記トレンチに素子分離膜を形成するステップと、
前記トレンチの側壁に隣接して基板内に形成されたフォトダイオードと
を含み、前記チャンネルストップ薄膜が、前記基板と同じ導電型の不純物がドーピングされたＳＥＧ膜であることを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項６】
前記チャンネルストップ薄膜を形成した後、熱酸化膜を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項７】
前記不純物が、ホウ素（Ｂ）であることを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項８】
前記ＳＥＧ膜が、７００℃〜１０００℃の範囲の工程温度、Ｂ２Ｈ６、ＳｉＨ４及びＨＣｌのうち、いずれか１つのガスを用いた工程条件において成長されることを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項９】
前記ＳＥＧ膜が、ホウ素が１×１０２０ＡＴＯＭＳ／ｃｍ３でドーピングされたことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１０】
前記熱酸化膜が、８００℃〜９００℃の範囲の工程温度で形成されることを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記熱酸化膜が、Ｏ２又はＨ２Ｏガスを用いたラウンド酸化工程を介して形成されることを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１２】
前記素子分離膜が、ＨＤＰ酸化膜であることを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造技術に関し、特に、半導体素子の製造工程のうち、イメージセンサの製造工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、イメージセンサは、デジタルカメラ、携帯電話などの家庭用製品や、病院で利用される内視鏡、地球を回っている人工衛星の望遠鏡に至るまで、かなり広範囲にわたる分野で使用されている。
【０００３】
図１は、従来の技術に係るイメージセンサを示した断面図である。
【０００４】
同図に示すように、Ｐ＋型基板１０１上にＰエピタキシャル層１０２が形成された半導体基板１０３がある。
【０００５】
この時、高濃度のＰ＋型基板１０１上に低濃度のＰエピタキシャル層１０２を使用する理由は、第１に、低濃度のＰエピタキシャル層１０２が存在することにより、フォトダイオードの空乏領域（Depletion region）を大きく、かつ、深く増加させることができ、それにより、光電荷を集めるためのフォトダイオードの能力を高めることができ、第２に、Ｐ型エピタキシャル層１０２の下に高濃度のＰ＋型基板１０１を有するようになると、隣接する単位画素に電荷が拡散される前に、この電荷が速く再結合されるため、光電荷の不規則拡散（Random Diffusion）を減らし、光電荷の伝達機能の変化を減少させることができるためである。
【０００６】
続いて、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）工程による素子分離膜の形成工程の一環として、前記半導体基板１０３にトレンチが形成される。
【０００７】
上記のように、半導体基板１０３をエッチングしてトレンチを形成するとき、前記トレンチの内壁は、エッチング時のダメージにより微細欠陥が多量に発生する。これを補完するために、ラウンド酸化工程（Rounding Oxidation）を行い、前記トレンチ内に熱酸化膜１０４を形成する。
【０００８】
また、前記トレンチには、ＨＤＰ（High Density Plasma）酸化膜１０６が埋め込まれる。
【０００９】
上記のように、熱酸化膜１０４を前記トレンチ内に形成するようになると、前記トレンチ内の表面が硬化されるという効果を有する。しかし、ラウンド酸化工程を行っても、前記熱酸化膜１０４と前記半導体基板１０３との間の界面には、欠陥によるトラップサイトが依然として存在する。このように、トラップサイトが存在する状態でフォトダイオード１０７を形成し、光による光電子を作ると、電子の一部は、前記トラップサイトに捕えられて光損失の原因となる。
【００１０】
これを補完するために、前記トレンチの内壁及び底部にホウ素（Boron）をイオン注入し、ＮＣＳＴ不純物領域１０５（N Channel Stop Implant）を形成する。前記ＮＣＳＴ不純物領域１０５を形成すると、フォトダイオード１０７の側面が前記ＮＣＳＴ不純物領域１０５により前記トレンチと隔離され、電子がトラップサイトに捕えられて光損失を誘発することを防止することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記ＮＣＳＴ不純物領域１０５は、横方向の厚さが０．１μｍ〜０．２μｍであるため、前記フォトダイオード１０７の面積が小さくなり、光特性の減少という問題が発生する。
【００１２】
本発明は、上記した従来の技術の問題を解決するために提案されたものであって、その目的は、トラップサイトによる光電子の損失という欠陥を解決し、フォトダイオードのフィルファクターを増やすイメージセンサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、上記の目的を達成するための本発明の一側面によれば、ＳＴＩのためのトレンチと、該トレンチ内の基板上に形成されたチャンネルストップ薄膜と、前記トレンチを埋め込む素子分離膜と、前記トレンチの側壁に隣接して基板内に形成されたフォトダイオードとを備えるイメージセンサが提供される。
【００１４】
また、基板にＳＴＩのためのトレンチを形成するステップと、前記トレンチ内の前記基板上にチャンネルストップ薄膜を形成するステップと、前記トレンチに素子分離膜を形成するステップと、前記トレンチの側壁に隣接して基板内に形成されたフォトダイオードとを含むイメージセンサの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、チャンネルストップ領域を、素子分離膜を形成するためのトレンチ内に基板と同じ導電型の不純物がドーピングされたＳＥＧ膜として成長させることにより、トラップサイトによる光電子の損失という問題を解決する。
【００１６】
したがって、光センシング効率が増大する。
【００１７】
そして、前記チャンネルストップ領域が前記トレンチ内に形成されることにより、フォトダイオードのフィルファクターが増大するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付された図面を参照し、本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に説明する。
【００１９】
図２は、本発明に係るイメージセンサを示した断面図である。
【００２０】
同図に示すように、Ｐ＋型基板２０１上にＰエピタキシャル層２０２が形成された半導体基板２０３がある。
【００２１】
この時、高濃度のＰ＋型基板２０１上に低濃度のＰエピタキシャル層２０２を使用する理由は、第１に、低濃度のＰエピタキシャル層２０２が存在することにより、フォトダイオードの空乏領域を大きく、かつ、深く増加させることができ、それにより、光電荷を集めるためのフォトダイオードの能力を高めることができ、第２に、Ｐ型エピタキシャル層２０２の下に高濃度のＰ＋型基板２０１を有すると、隣接する単位画素に電荷が拡散される前に、この電荷が速く再結合されるため、光電荷の不規則拡散を減らし、光電荷の伝達機能の変化を減少させることができるためである。
【００２２】
続いて、ＳＴＩ工程による素子分離膜の形成工程の一環として、前記半導体基板２０３にトレンチＴＲＥＮが形成される。
【００２３】
次に、前記トレンチＴＲＥＮにチャンネルストップ薄膜２０４が形成され、前記チャンネルストップ薄膜２０４上に熱酸化膜２０５及び素子分離膜２０６が形成される。
【００２４】
前記チャンネルストップ薄膜２０４は、前記基板と同じ導電型の不純物であるＰ型不純物（ホウ素）がドーピングされたものであって、ＳＥＧ（Selective Epitaxial Growth）膜である。前記ホウ素がドーピングされたＳＥＧ膜は、従来のトラップサイト問題を解決するために形成される膜である。
【００２５】
前記トラップサイトは、前記トレンチＴＲＥＮ形成によるシリコン格子の構造の変化により発生するが、前記ＳＥＧ膜の成長工程により前記シリコン格子の構造の変化による問題を解決し、前記ホウ素がドーピングされ、Ｎ型不純物からなるフォトダイオード２０７が前記トラップサイトに重なることを防止する。
【００２６】
この時、図面符号２０６は、素子分離膜であり、ＨＤＰ酸化膜として前記トレンチＴＲＥＮに埋め込まれて形成され、図面符号２０５は、熱酸化膜であり、ラウンド酸化工程を行って形成される。
【００２７】
また、図面符号２０８は、従来の技術に係るイメージセンサのフォトダイオードであって、本発明に係るフォトダイオード２０７と比較してみると、フィルファクターが増加していることが確認できる。
【００２８】
図３は、本発明及び従来の技術に係るチャンネルストップ領域の横の厚さを示したグラフである。
【００２９】
同図に示すように、本発明に係るチャンネルストップ領域Ａ（図２のチャンネルストップ薄膜）の不純物の濃度は、従来の技術に係るチャンネルストップ領域Ｂ（図１のＮＣＳＴ不純物領域）より高く、また、横の厚さは、より薄く形成されることが確認できる。
【００３０】
上記のように、不純物の濃度が高ければ、フォトダイオードとの隔離が容易であるという効果を有し、横の厚さが薄いことにより、前記フォトダイオードのフィルファクターを増加させるという効果を得る。
【００３１】
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明に係るイメージセンサの製造工程を示した断面図である。
【００３２】
本発明に係るイメージセンサの製造工程は、まず、図４Ａに示すように、Ｐ＋型基板３０１上にＰエピタキシャル層３０２が形成された半導体基板３０３を用意する。この時、高濃度のＰ＋型基板３０１上に低濃度のＰエピタキシャル層３０２を使用する理由は、第１に、低濃度のＰエピタキシャル層３０２が存在することにより、フォトダイオードの空乏領域を大きく、かつ、深く増加させることができ、それにより、光電荷を集めるためのフォトダイオードの能力を高めることができ、第２に、Ｐ型エピタキシャル層３０２の下に高濃度のＰ＋型基板３０１を有すると、隣接する単位画素に電荷が拡散される前に、この電荷が速く再結合されるため、光電荷の不規則拡散を減らして光電荷の伝達機能の変化を減少させることができるためである。
【００３３】
次いで、パッド酸化膜３０４及びパッド窒化膜３０５を順次蒸着した後、素子分離膜が形成される予定領域に前記パッド酸化膜３０４及びパッド窒化膜３０５をエッチングする。
【００３４】
次いで、素子分離膜が形成される予定領域がオープンされた前記パッド酸化膜３０４及びパッド窒化膜３０５をエッチングバリアとし、前記半導体基板３０３をエッチングしてトレンチＴＲＥＮを形成する。
【００３５】
次に、図４Ｂに示すように、前記半導体基板３０３をエッチングして形成されたトレンチＴＲＥＮに、チャンネルストップ薄膜３０６を形成する。
【００３６】
この時、前記チャンネルストップ薄膜３０６は、前記半導体基板３０３と同じ導電型の不純物であるホウ素がドーピングされたＳＥＧ膜であることが好ましい。
【００３７】
そして、前記ＳＥＧ膜は、７００℃〜１０００℃の範囲の工程温度、Ｂ２Ｈ６、ＳｉＨ４及びＨＣｌのうち、いずれか１つのガスを用いた工程条件において成長され、ホウ素が１×１０２０ＡＴＯＭＳ／ｃｍ３でドーピングされることが好ましい。
【００３８】
前記チャンネルストップ薄膜３０６は、従来のトラップサイト問題を解決するために形成される膜であって、前記トラップサイトは、前記トレンチＴＲＥＮ形成によるシリコン格子の構造の変化により発生するが、前記ＳＥＧ膜の成長工程により前記シリコン格子の構造の変化による問題を解決し、前記ホウ素がドーピングされ、後続する工程の際に形成されるＮ型不純物からなるフォトダイオードが前記トラップサイトに重なることを防止する。
【００３９】
次いで、ラウンド酸化工程を行い、前記チャンネルストップ薄膜３０６上に熱酸化膜３０７を形成した後、前記パッド酸化膜３０４及びパッド窒化膜３０５を除去する。
【００４０】
この時、前記熱酸化膜３０７は、８００℃〜９００℃の範囲の工程温度、Ｏ２又はＨ２Ｏガスを用いたラウンド酸化工程を介して形成されることが好ましい。
【００４１】
次に、図４Ｃに示すように、前記トレンチＴＲＥＮにＨＤＰ酸化膜を埋め込んで素子分離膜３０８を形成する。
【００４２】
次いで、前記トレンチＴＲＥＮ側壁に隣接する前記半導体基板３０３内にＮ型不純物をイオン注入してフォトダイオード３０９を形成する。
【００４３】
上述したように、チャンネルストップ領域（チャンネルストップ薄膜３０６）を前記トレンチＴＲＥＮ内にＳＥＧ膜として成長させることにより、前記フォトダイオード３０９のフィルファクターが増加される。
【００４４】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来の技術に係るイメージセンサを示した断面図である。
【図２】本発明に係るイメージセンサを示した断面図である。
【図３】本発明及び従来の技術に係るチャンネルストップ領域の横の厚さを示したグラフである。
【図４Ａ】本発明に係るイメージセンサの製造工程を示した断面図である。
【図４Ｂ】本発明に係るイメージセンサの製造工程を示した断面図である。
【図４Ｃ】本発明に係るイメージセンサの製造工程を示した断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
２０１      Ｐ＋型基板
２０２      Ｐエピタキシャル層
２０３      半導体基板
２０４      チャンネルストップ薄膜
２０５      熱酸化膜
２０６      素子分離膜
２０７      本発明のフォトダイオード
２０８      従来のフォトダイオード
【図１】
0005248757.tif 000002
【図２】
0005248757.tif 000003
【図３】
0005248757.tif 000004
【図４Ａ】
0005248757.tif 000005
【図４Ｂ】
0005248757.tif 000006
【図４Ｃ】
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