(57)【要約】  【課題】  高い膜質を有するゲート酸化膜を有するとともに、電荷転送領域における不純物プロファイルの崩れの少ない固体撮像装置の製造方法を提供する。      【解決手段】  ｐ型半導体基板１００の主面に対し、膜厚ｔ１の薄膜領域１０３ａと、膜厚ｔ１より厚い膜厚ｔ２の厚膜領域１０３ｂとからなる酸化膜（絶縁膜）１０３、１０１を形成する絶縁膜形成ステップを実行し、この絶縁膜形成ステップの後に、酸化膜１０１、１０３における厚膜領域１０３ｂをバッファ膜として、ｐ型半導体基板１００に対しｎ型不純物イオンを注入し、ｐ型半導体基板１００の表面から厚み方向内方にかけて電荷転送領域１０４を形成する転送領域形成ステップを実行する。上記薄膜領域１０３ａは、フォトダイオードＰＤを形成しようとする領域に対応させておく。  【選択図】  図１
2007067325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面に対し、埋め込み型フォトダイオードを形成しようとする領域に対応し、第１の膜厚を有する第１領域と、当該第１領域の周辺において前記第１の膜厚よりも厚い第２の膜厚を有する第２領域とからなる絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、
前記絶縁膜における第２領域をバッファ膜として前記基板に対しイオン注入を行い、当該基板の表面から厚み方向内方にかけて電荷転送領域を形成する転送領域形成ステップとを有する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁膜形成ステップは、
前記基板の表面における前記第２領域を形成しようとする領域に対し、前記第２の膜厚から前記第１の膜厚を差し引いた値に等しい第３の膜厚を有する第１要素膜を形成する第１要素膜形成サブステップと、
前記基板の主面における前記第1領域および第２領域を形成しようとする両領域に対し、前記第１の膜厚で第２要素膜を形成する第２要素膜形成サブステップとを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２要素膜形成サブステップでは、化学的気相成長法または熱酸化法を用いる
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜形成ステップは、
前記基板の主面における第１領域および第２領域を形成しようとする領域に対し、前記第２の膜厚の絶縁形成膜を形成する絶縁形成膜サブステップと、
前記絶縁形成膜における前記第１領域に相当する部分に対し、膜厚が前記第１の膜厚になるまでハーフエッチングするハーフエッチングサブステップとを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記ハーフエッチングサブステップでは、ウェットエッチング法を用いる
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁膜形成ステップは、
前記基板の主面における第１領域および第２領域を形成しようとする両領域に対し、前記第１の膜厚の絶縁形成膜を形成する絶縁形成膜サブステップと、
前記第２領域を形成しようとする領域の前記絶縁形成膜を露出させた状態で、前記絶縁形成膜上の前記第１領域を形成しようとする領域に窒化膜を堆積形成する窒化膜形成サブステップと、
熱酸化法を用いて前記第２領域を形成しようとする領域における前記絶縁形成膜の膜厚を前記第２の膜厚まで増大させ、前記絶縁膜を形成する熱酸化サブステップとを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記基板の第１領域に相当する領域に対しイオン注入を行い、埋め込み型フォトダイオードの第１導電型領域を形成する第１導電型領域形成ステップを有し、
前記第１導電型領域形成ステップは、前記絶縁膜形成ステップの完了前に実行される
ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜における第２領域をバッファ膜として前記基板に対しイオン注入を行い、前記電荷転送領域と前記埋め込み型フォトダイオードの第１導電型領域との間の前記基板の表面から厚み方向内方にかけて電荷読出し領域を形成する読出し領域形成ステップを有する
ことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁膜における第２領域上に対し、転送電極を積層形成する転送電極形成ステップを有する
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁膜における第１領域をバッファ膜として前記基板に対しイオン注入を行い、当該基板の表面から厚み方向内方にかけて埋め込み型フォトダイオードの第２導電型領域を形成する第２導電型領域形成ステップを有する
ことを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の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、固体撮像装置の製造方法に関し、特に、酸化膜の形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、近年、カメラや携帯電話機などの画像入力デバイスとして、広く使用されるようになっている。固体撮像装置の製造方法について、特許文献１の方法を一例として図９を用い説明する。図９は、特許文献１で提案されている固体撮像装置の製造方法の一部を示す工程図である。
図９（ａ）に示すように、ｐ型半導体基板６００の表面から内方に向けて、互いに間隔をあけて電荷転送（ｎ型不純物）領域６０４を形成する。そして、ｐ型半導体基板６００の主面上にゲート酸化膜６０１および多結晶シリコン膜６０６を順に形成する。ここで、ゲート酸化膜６０１は、熱酸化法（約９００℃）を用い形成され、膜厚が約９３（ｎｍ）である。また、多結晶シリコン膜６０６は、ＣＶＤ法を用い形成され、膜厚が約３００（ｎｍ）である。
【０００３】
このようにｐ型半導体基板６００上に積層したゲート酸化膜６０１および多結晶シリコン膜６０６の一部を、反応性イオンエッチング（以下では、「ＲＩＥ」と記載する。）および弗化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）によるウェットエッチングにより開口し、開口部６０６ａからｐ型半導体基板６００の一部表面６００ａが露出する状態とする。多結晶シリコン膜６０６は、上記エッチングによって区分けされ、各々がゲート（ＣＣＤ）電極となる。
【０００４】
図９（ｂ）に示すように、上記のようにゲート酸化膜６０１およびゲート電極６０６が形成されてなるｐ型半導体基板６００に対し、熱酸化法（約９００℃）を用いて、表面全体に酸化シリコンからなる再酸化膜６０３を形成する。再酸化膜６０３の膜厚は、約２５（ｎｍ）である。
図９（ｃ）に示すように、凹部６０３ａからｐ型半導体基板６００に対し、ゲート電極６０６をイオン注入用マスクとし、再酸化膜６０３をバッファ膜として、ｎ型不純物イオン（リンイオン：Ｐ＋）と、ｐ型不純物イオン（ボロンイオン：Ｂ＋）とを順に注入する。これによって、ｎ＋領域６０２およびｐ＋領域６０７とからなるフォトダイオードＰＤ６が形成される。
【０００５】
以上のようにして、固体撮像装置の主要部分が形成される。この固体撮像装置の製造方法では、再酸化膜６０３をバッファ膜としてｎ型不純物イオンおよびｐ型不純物イオンを打ち込むので、フォトダイオードＰＤ６のｐ＋領域６０７をシャローに形成しながら、ｎ＋領域６０２およびｐ＋領域６０７のイオン注入プロファイルのバラツキを抑制することができるとされている。
【特許文献１】特開平０９−９２８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術に係る固体撮像装置の製造方法では、電荷転送領域６０４が形成された半導体基板を対象として熱酸化法を用いてゲート酸化膜６０１や再酸化膜６０３が形成されるためこれらの膜質は良いが、ｐ型半導体基板６００に対し加えられる高い熱により電荷転送領域６０４の不純物プロファイルが崩れ、電荷転送領域６０４に蓄積可能な電荷量の減少や読み出し電圧の変動等を生じることになる。また、図９では図示を省略しているが、電荷転送領域６０４に隣接して形成される電荷読出し領域のｐ型不純物が、熱酸化の際の高い温度の付加により電荷転送領域６０４に拡散した場合には、電荷転送領域６０４のｎ型不純物が拡散されたｐ型不純物により打ち消されて減少する。この事項から、特許文献１に係る技術の方法で製造された固体撮像装置では、フォトダイオードＰＤ６から電荷転送領域６０４への電荷の読出しに際して電荷読出し電圧の変動という問題を生じる。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、高い膜質を有するゲート酸化膜を有するとともに、電荷転送領域における不純物プロファイルの崩れの少なく、蓄積電荷量が確保される固体撮像装置を製造するのに適した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、上記目的を達成するために、基板の主面に対し、埋め込み型フォトダイオードを形成しようとする領域に対応するとともに第１の膜厚を有する第１領域と、当該第１領域の周辺において第１の膜厚よりも厚い第２の膜厚を有する第２領域とからなる絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、絶縁膜における第２領域をバッファ膜として基板に対しイオン注入を行い、当該基板の表面から厚み方向内方にかけて電荷転送領域を形成する転送領域形成ステップとを有することを主たる特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、絶縁膜形成ステップにおいて、埋め込み型フォトダイオードを形成しようとする領域に対応し、第２領域よりも膜厚の薄い（第１の膜厚）第１領域を形成するので、この第１領域をバッファ膜として埋め込み型フォトダイオードにおける第２導電型（ｐ＋）領域をシャローに形成することができる。よって、本発明に係る製造方法では、高い電荷蓄積量が確保可能な固体撮像装置を製造することができる。
【００１０】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、絶縁膜形成ステップの後に転送領域形成ステップを実行しているので、絶縁膜形成ステップにおいて高い膜質を確保するために熱酸化法を用いた場合にも、電荷転送領域が高い熱の影響を受けることがない。よって、本発明に係る製造方法では、電荷転送領域における不純物プロファイルの崩れを生じることはない。
【００１１】
従って、本発明では、高い膜質を有するゲート酸化膜を有するとともに、電荷転送領域における不純物プロファイルの崩れの少なく、高い蓄積電荷量が確保される固体撮像装置を製造することが可能である。
上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、絶縁膜形成ステップの具体例として、次の３方法を採用することができる。
【００１２】
１）第１要素膜形成サブステップ：基板の表面における第２領域を形成しようとする領域に対し、第２の膜厚から第１の膜厚を差し引いた値に等しい第３の膜厚を有する第１要素膜を形成する。
第２要素膜形成サブステップ：基板の主面における第1領域および第２領域を形成しようとする両領域に対し、第１の膜厚で第２要素膜を形成する。
【００１３】
２）絶縁形成膜サブステップ：基板の主面における第１領域および第２領域を形成しようとする領域に対し、第２の膜厚を有する絶縁形成膜を形成する。
ハーフエッチングサブステップ：絶縁形成膜における第１領域に相当する部分に対し、膜厚が第１の膜厚になるまでハーフエッチングする。
３）絶縁形成膜サブステップ：基板の主面における第１領域および第２領域を形成しようとする両領域に対し、第１の膜厚を有する絶縁形成膜を形成する。
【００１４】
窒化膜形成サブステップ：第２領域を形成しようとする領域の絶縁形成膜を露出させた状態で、絶縁形成膜上の第１領域を形成しようとする領域に窒化膜を堆積形成する。
熱酸化サブステップ：熱酸化法を用いて第２領域を形成しようとする領域における絶縁形成膜の膜厚を第２の膜厚まで増大させ、絶縁膜を形成する。
上記１）の方法を採用する場合には、上述のように、本発明に係る製造方法では絶縁膜形成ステップの後に電荷転送領域を形成するので、第２要素膜形成サブステップで化学気相成長法のみならず熱酸化法を用いることも可能である。熱酸化法を用いて第２要素膜を形成する場合には、形成された第２要素膜の高い（良好な）膜質を維持することができるという観点から望ましい。即ち、この部分が絶縁膜の第１領域に相当することとなり、この部分をバッファ膜として埋め込み型フォトダイオードの各導電型領域を形成する場合に、そのバラツキなどを小さく抑えることが可能となる。
【００１５】
また、上記２）の方法を採用する場合には、ハーフエッチングサブステップにおいて、ウェットエッチング法を用いることが望ましい。これは、一般的にドライエッチング法を用いる場合よりもウェットエッチング法を用いる場合の方が、膜厚のバラツキを小さく抑えることが可能であり、上記同様に埋め込み型フォトダイオードにおける各導電型領域の形成バラツキを抑えることが可能となるためである。
【００１６】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、基板の第１領域に相当する領域に対しイオン注入を行い、埋め込み型フォトダイオードの第１導電型領域を形成する第１導電型領域形成ステップを、絶縁膜形成ステップの完了前に実行することが望ましい。これは、絶縁膜形成時の熱酸化法により高い熱が加わることで、第１導電型領域形成時のイオン注入により発生する結晶欠陥を回復させることができ、埋め込み型フォトダイオードにおける暗電流を抑制することができるためである。
【００１７】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、絶縁膜における第２領域をバッファ膜として基板に対しイオン注入を行い、電荷転送領域と埋め込み型フォトダイオードとの間の基板の表面から厚み方向内方にかけて電荷読出し領域を形成する読出し領域形成ステップを有することが望ましい。これは、上述の通り、読出し領域形成ステップを絶縁膜形成ステップよりもあとに実行することで、絶縁膜の形成に際して熱酸化法を用いた場合にも電荷読出し領域から電荷転送領域への不純物拡散が発生することがないためである。即ち、このように電荷転送領域への不純物拡散を抑制することにより、電荷転送領域内での不純物の打ち消しの発生を抑制することができ、固体撮像装置における蓄積可能な電荷量の低下、および読出し電圧の変動を抑制することができる。
【００１８】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、絶縁膜における第１領域をバッファ膜として基板に対しイオン注入を行い、当該基板の表面から厚み方向内方にかけて埋め込み型フォトダイオードの第２導電型領域を形成する第２導電型領域形成ステップを有することが望ましい。これは、絶縁膜における第２領域よりも膜厚の薄い第１領域をバッファ膜としてイオン注入することにより、埋め込み型フォトダイオードにおけるシャローな第２導電型領域を形成するのに優位となるためである。そして、シャローな第２導電型領域を有する固体撮像装置は、蓄積電荷量という観点から優位性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる各実施の形態については、本発明に係る固体撮像装置の製造方法を分かりやすく説明するため一例とするものであって、本発明は、その要旨とする部分以外についてこれらに限定を受けるものではない。
（実施の形態１）
１．固体撮像装置１０の製造方法
実施の形態１に係る固体撮像装置１０の製造方法について、図１および図２を用いて説明する。図１および図２は、固体撮像装置１０の製造過程における主要なステップ毎の断面図である。
【００２０】
図１（ａ）の示すように、本実施の形態に係る製造方法では、ｐ型半導体基板１００における一方の主面に、約１５ｎｍの膜厚の第１酸化形成膜１０１０を積層形成する。第１酸化形成膜１０１０の形成には、熱酸化法を用い、約９００℃の温度条件を採用する。次に、第１酸化形成膜１０１０を介して、ｐ型半導体基板１００の表面から厚み方向内方に向けて、ｎ型不純物イオン（例えば、砒素イオン）を注入し、ｎ＋型領域１０２を形成する。ｎ＋型領域１０２の形成に係るイオン注入条件は、例えば、加速電圧が５００ｋｅＶ、ドーズ量が１．０×１０１２／ｃｍ２である。
【００２１】
次に、図示を省略するが、第１酸化形成膜１０１０の表面全体にレジスト膜（不図示）を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、後述する埋め込み型フォトダイオードのｎ＋型領域１０２を形成しようとする領域を開口する。
図１（ｂ）に示すように、上記開口を有するレジスト膜をマスクとして、弗化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）を用いてウェットエッチングを行い、ｐ型半導体基板１００に形成されたｎ＋領域１０２の表面が露出する状態に、上記レジスト膜の開口に相当する部分の第１酸化形成膜１０１０の除去を実施し、第１酸化膜１０１を形成する。この後に、ＳＰＭ洗浄によりレジスト膜の除去を行う。なお、第１酸化膜１０１の開口部１０１ａの形成には、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）法を用いることもできる。
【００２２】
図１（ｃ）に示すように、第１酸化膜１０１上およびｎ＋領域１０２の表面上に膜厚ｔ１の第２酸化膜１０３を堆積形成する。第２酸化膜１０３の形成には、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法または熱酸化法を用いることができる。第２酸化膜１０３の形成により、ｐ型半導体基板１００上には、ｎ＋型領域１０２上の膜厚ｔ１を有する薄膜部分１０３ａと、第１酸化膜１０１に第２酸化膜１０３が積層され、膜厚ｔ２を有する厚膜部分１０３ｂとが形成されるに至る。ここで、本実施の形態においては、膜厚ｔ１が１〜２０ｎｍ（好ましくは、５〜１５ｎｍ）であり、膜厚ｔ２が１６〜３５ｎｍ（好ましくは、２０〜３０ｎｍ）であって、完成後の固体撮像装置１０では、厚膜部分１０３ｂがゲート酸化膜としての機能を果たす。
【００２３】
なお、酸化膜１０１、１０３の形成に熱酸化法を用いる場合には、ＣＶＤ法を用いる場合に比べて高温下で酸化膜形成を実施することになるので、高い膜質の酸化膜を形成することが可能となる。このため、ゲート酸化膜（厚膜部分１０３ｂ）の耐圧向上という観点から望ましい。
次に、図示を省略するが、第２酸化膜１０３の表面全体にレジスト膜（不図示）を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、後述する電荷転送領域１０４を形成しようとする領域を開口する。そして、このレジスト膜をマスクとして用い、ｎ型不純物をイオン注入し、垂直ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）の電荷転送領域１０４を形成する。電荷転送領域１０４を形成した後に、ＳＰＭ洗浄により一旦レジスト膜を除去する。
【００２４】
電荷転送領域１０４を形成した後に、再びレジスト膜（不図示）を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、ｎ＋型領域１０２と電荷転送領域１０４との間に相当する領域を開口する。レジスト膜をマスクとしてｐ型不純物をイオン注入し、電荷読出領域１０５を形成する。この後に、ＳＰＭ洗浄によりレジスト膜を除去して、図１（ｄ）の状態となる。
【００２５】
図２（ａ）の示すように、ＣＶＤ法を用いて、第２酸化膜１０３の表面上に約２５０ｎｍの膜厚で多結晶シリコン膜１０６０を形成する。そして、多結晶シリコン膜１０６０の表面全体にレジスト膜（不図示）を形成し、フォトリソグラフィー法によりパターニングしてＲＩＥ法によりエッチングを行い、多結晶シリコン膜１０６０の一部に開口部１０６ａを設ける。ＳＰＭ洗浄によりレジスト膜を除去することで、図２（ｂ）に示すように、第１酸化膜１０１と第２酸化膜１０３との積層された部分の上に、Ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート電極（以下では、単に「ゲート電極」と記載する。）１０６が積層形成される。
【００２６】
次に、上記ゲート電極１０６および露出された第２酸化膜１０３の表面全体にレジスト膜（不図示）を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、ｐ＋型領域１０７を形成しようとする領域を開口する。そして、このレジスト膜をマスクとして、ｐ型不純物イオン（例えば、硼素イオン）をイオン注入して、図２（ｃ）に示すように、ｐ＋型領域１０７を形成する。ここで、ｐ型不純物イオンの注入条件は、ｐ＋型領域１０７をシャローに形成すべく、例えば、加速電圧が０．５〜１５ｋｅＶ（好ましくは、１〜５ｋｅＶ）、ドーズ量が１．０×１０１４／ｃｍ２である。この後に、ＳＰＭ洗浄によりレジスト膜を除去して、本実施の形態に係る固体撮像装置１０の主要部が完成する。固体撮像装置１０では、ｎ＋型領域１０２とｐ＋型領域１０７とで埋め込み型フォトダイオードＰＤ１が構成される。
【００２７】
２．本実施の形態に係る固体撮像装置１０の製造方法が有する優位性
上述のように、本実施の形態に係る固体撮像装置１０の製造方法では、ゲート酸化膜である厚膜部分１０３ｂを含む酸化膜１０１、１０３を形成した後に、電荷転送領域１０４および電荷読出領域１０５の形成を実行している。よって、本実施の形態に係る製造方法では、高い膜質を得るために第２酸化膜１０３の形成に熱酸化法を用いた場合にあっても、電荷転送領域１０４および電荷読出領域１０５の不純物プロファイルの崩れを生じることはない。
【００２８】
上記特許文献１に係る固体撮像装置の製造方法では、電荷転送領域６０４を形成した後に熱酸化法を用いて酸化膜６０３を形成しているので（図９を参照。）、熱酸化法の実行に際して先に形成されている電荷転送領域６０４の不純物プロファイルに崩れを生じる。このような電荷転送領域６０４における不純物プロファイルの崩れは、固体撮像装置における電荷転送領域６０４に蓄積可能な電荷量の減少を招くことになる。また、電荷読出領域についても、熱酸化法を実行する際に電荷読出領域との間で互いの不純物が拡散し、両領域での不純物量が打ち消されてしまう。このため、上記特許文献１に係る製造方法では、固体撮像装置の読出し電圧の変動という問題も生じる。
【００２９】
これに対して、本実施の形態に係る固体撮像装置１０の製造方法では、上述のように、酸化膜１０１、１０３の形成ステップ（図１（ａ）から図１（ｃ））において、膜厚ｔ１の薄膜領域１０３ａと、酸化膜１０１と酸化膜１０３とが積層されて膜厚ｔ２の厚膜領域１０３ｂとを形成し、薄膜領域１０３ａがｐ＋型領域１０７形成時のバッファ膜として機能するものであり、厚膜領域１０３ｂがゲート耐圧を確保する機能を有するものである。
【００３０】
本実施の形態に係る製造方法では、上記酸化膜１０１、１０３の形成ステップを実行した後に、電荷転送領域１０４および電荷読出領域１０５を形成するステップ（図１（ｄ））を有するので、電荷転送領域１０４および電荷読出領域１０５での不純物プロファイルの崩れ、および両領域１０４、１０５間での不純物の拡散といった問題を生じることがない。
【００３１】
従って、本実施の形態に係る製造方法では、高い膜質の酸化膜１０１、１０３を形成する場合にも、電荷転送領域１０４および電荷読出領域１０５での不純物プロファイルの崩れなどを抑制することが可能であって、高い画質を有する固体撮像装置１０を製造することが可能である。
また、本実施の形態に係る製造方法では、図１（ａ）に示すように、装置製造に係る各ステップに先行して埋め込み型フォトダイオードＰＤ１のｎ＋型領域１０２を形成するので、絶縁膜形成時に加わる高い熱によって、ｎ＋型領域１０２形成時のイオン注入により生じる結晶欠陥を回復することができ、埋め込み型フォトダイオードＰＤ１での暗電流の発生を抑制することができる。
【００３２】
また、本実施の形態に係る製造方法では、図１（ｃ）に示すように、酸化膜１０３の薄膜部分１０３ａにおける膜厚ｔ１を１〜２０ｎｍ（好ましくは、５〜１５ｎｍ）とすることにより、埋め込み型フォトダイオードＰＤ１のｐ＋型領域１０７の形成時における加速電圧の低加速化が可能となる（図２（ｃ）を参照）。このため、本実施の形態に係る製造方法では、シャローなｐ＋型領域１０７を形成することができ、蓄積電荷量の多い固体撮像装置１０とすることができる。
（変形例１）
次に、上記実施の形態１に係る製造方法に対する変形例について、図３を用いて説明する。図３は、上記実施の形態１の図２（ｃ）に相当する断面図である。
【００３３】
図３に示すように、第１酸化膜２０１および第２酸化膜２０３よりも下方の構成は、上記実施の形態１と同様である。このため、これらの説明を省略する。本変形例１に係る固体撮像装置２０の製造方法が特徴とするのは、薄膜部分２０３ａのサイズにある。具体的には、図２（ｃ）の断面図と比べて、本変形例では第２酸化膜２０３がｐ型半導体基板１００の表面に直に接する薄膜部分２０３ａのサイズが大きく設定されている。そして、この大きなサイズの薄膜部分２０３ａの設定により、本変形例に係る製造方法では、埋め込み型フォトダイオードＰＤ２のｐ＋型領域１０２の形成領域を大きくすることができ、フォトダイオード領域におけるｐ型半導体基板１００とゲート絶縁膜の界面準位により発生する暗電流をより抑えることができる。
【００３４】
なお、上述以外の構成については、上記実施の形態１に係る製造方法と変わるところはないので、固体撮像装置２０の製造方法では、上記実施の形態１と同様の優位性を有する。
（実施の形態２）
１．固体撮像装置３０の製造方法
本実施の形態２に係る固体撮像装置３０の製造方法について、図４および図５を用いて説明する。なお、図４および図５においては、上記実施の形態１および変形例１と同一構成を有する部分には、同一の符号を付している。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、ｐ型半導体基板１００の表面全体に対し、熱酸化法を用いて１６〜３５ｎｍ（好ましくは、２０〜３０ｎｍ）の膜厚の酸化形成膜３０１０を形成する。このときの温度条件は、約９００℃である。そして、上記実施の形態１と同様に、ｎ型不純物イオン（例えば、砒素イオン）を注入して埋め込み型フォトダイオードＰＤ３のｎ＋型領域１０２を形成する。なお、このときのイオン注入条件は、加速電圧が５００ｋｅＶ、ドーズ量が１．０×１０１２／ｃｍ２である。
【００３６】
次に、酸化形成膜３０１０の表面上に、ｐ＋型領域１０７の形成相当領域に開口部を有するレジスト膜（図示を省略。）を形成し、弗化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）を用いてハーフエッチングを行い、その後にレジスト膜を除去する。これによって、ｐ＋型領域１０７の形成相当領域上に凹部３０１ｈを有する酸化膜３０１が形成される。
酸化膜３０１は、その凹部３０１ｈの底の膜厚がｔ４（例えば、１〜２０ｎｍ、好ましくは、５〜１５ｎｍ）であり、上記実施の形態１に係る図１（ｃ）と同様に、薄膜部分３０１ａと厚膜部分３０１ｂとを有する。ここで、厚膜部分３０１ｂの膜厚ｔ５は、酸化形成膜３０１０の厚みが維持されている。
【００３７】
次に、図４（ｃ）に示すように、ｐ型半導体基板１００に電荷転送領域１０４および電荷読出領域１０５を形成する。これらの形成方法については、上記実施の形態１に係る製造方法と同様である。そして、図４（ｄ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて多結晶シリコン膜３０６０を形成する。
多結晶シリコン膜３０６０の表面にパターニングされたレジスト膜を形成し、この状態でＲＩＥ法でエッチングを行い、図５（ａ）に示すゲート電極３０６が形成される。多結晶シリコン膜３０６０のエッチングでは、その開口部３０６ａから酸化膜３０１における薄膜部分３０１ａの表面を露出させる。
【００３８】
図５（ｂ）に示すように、上記レジスト膜を除去し、再び所要形状（埋め込み型フォトダイオードＰＤ３のｐ＋型領域１０７を形成しようとする部分が開口された形状）にパターニングされたレジスト膜（図示を省略。）を形成した後、ｐ型不純物イオン（例えば、硼素イオン）を注入して埋め込み型フォトダイオードＰＤ３のｐ＋型領域１０７を形成する。ｐ型不純物イオンの注入条件は、上記実施の形態１と同様の条件を採用することができる。
【００３９】
以上の各ステップを経ることによって、ｎ＋型領域１０２およびｐ＋型領域１０７からなる埋め込み型フォトダイオードＰＤ３を備える固体撮像装置３０の主要部分が完成する。
２．本実施の形態に係る固体撮像装置３０の製造方法が有する優位性
上述のように、本実施の形態に係る固体撮像装置３０の製造方法においても、酸化膜３０１の形成が終了した後に、電荷転送領域１０４および電荷読出領域１０５の形成を行うので、電荷転送領域１０４および電荷読出領域１０５での不純物プロファイルの崩れや相互での不純物の拡散といった問題を生じることがない。よって、上記実施の形態１および変形例１などと同様の効果を得ることができる。
【００４０】
さらに、本実施の形態では、酸化膜３０１の形成方法に関連して、次のような優位性も有する。即ち、本実施の形態に係る製造方法では、図４（ａ）から図４（ｂ）に示すように、ゲート酸化膜（酸化膜３０１の厚膜部分３０１ｂ）に相当する膜厚の酸化形成膜３０１０を形成しておき、ハーフエッチングにより薄膜部分３０１ａを形成しているので、工程中にｐ型半導体基板１００の表面が露出されることがなく、常に酸化膜３０１で覆われた状態としているので、重金属等によるｐ型半導体基板１００の不純物汚染を確実に防止することができる。このため、本実施の形態に係る製造方法を用いて製造された固体撮像装置３０では、上記実施の形態１および変形例１に係る固体撮像装置１０、２０よりも白キズの低減が図られる。
【００４１】
また、本実施の形態に係る固体撮像装置３０の製造方法では、ゲート電極３０６の形成に先駆けて酸化形成膜３０１０のエッチングを行い、且つ、ウェットエッチングを用いているので、ゲート電極３０６と酸化膜３０１との間に隙間が生じるようなことはない。これらより、本実施の形態に係る方法を用いて製造された固体撮像装置３０では、読出し電圧の変動幅が小さく高い画質を有する。
【００４２】
なお、ウェットエッチングは、ドライエッチングに比べてエッチングに要する時間を短くすることができる。そして、ドライエッチングを用いる場合には、ｐ型半導体基板１００が長時間プラズマに曝されることになるのに対して、ウェットエッチングを用いる本実施の形態では、そのような問題を生じることがなく、ドライエッチングを用いる場合に比べて白キズの発生を抑制することができる。
（実施の形態３）
１．固体撮像装置４０の製造方法
以下では、実施の形態３に係る固体撮像装置４０の製造方法について、図６、図７および図８を用いて説明する。図６、図７および図８では、本実施の形態に係る製造方法の内、その特徴となるステップ毎にその断面図を示す。なお、上記実施の形態１などと同一の構成については、同一の符号を付している。
【００４３】
図６（ａ）に示すように、ｐ型半導体基板１００の一方の主面に対して、熱酸化法を用いて１〜２０ｎｍ（好ましくは、５〜１５ｎｍ）の膜厚の酸化形成膜４０１０を形成する。このときの温度条件は、約９００℃である。そして、上記実施の形態１に係る製造方法などと同様に、ｎ型不純物イオン（例えば、砒素イオン）を注入して、ｐ型半導体基板１００の表面から厚み方向内方にかけての部分にｎ＋型領域１０２を形成する。なお、ｎ＋型領域１０２の形成に係るイオン注入条件は、上記実施の形態１に係る製造方法と同一条件を採用することができる。
【００４４】
図６（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、酸化形成膜４０１０の表面全体に窒化形成膜４０７０を堆積形成する。窒化形成膜４０７０上にレジスト膜（不図示）を形成し、これをパターニングした後に、これをマスクとしてＲＩＥ法を用い窒化形成膜４０７０をエッチングし、ＳＰＭ洗浄によりレジスト膜を除去して、図６（ｃ）に示すように、ｎ＋型領域１０２の上の部分に窒化膜４０７を形成し、他の部分においては、酸化形成膜４０１０を露出させた状態とする。
【００４５】
図６（ｃ）に示す状態のｐ型半導体基板１００に対し、熱酸化を行う。温度条件は、約９００℃である。そして、図７（ａ）に示すように、この熱酸化（ＬＯＣＯＳ法）により、酸化形成膜４０１０における窒化膜４０７に覆われていない部分では、その膜厚が増大する。リン酸溶液を用い窒化膜４０７を除去し、図７（ｂ）に示すように、膜厚ｔ６の薄膜部分４０１ａと膜厚ｔ７の厚膜部分４０１ｂとを有する酸化膜４０１が形成される。
【００４６】
酸化膜４０１における薄膜部分４０１ａでの厚みは、酸化形成膜４０１０と略同一であるのに対して、厚膜部分４０１ｂでの膜厚ｔ７は、１６〜３５ｎｍ（好ましくは、２０〜３０ｎｍ）である。
次に、図１（ｄ）に示す上記実施の形態１に係る製造方法と同様に、それぞれにパターニングされたレジスト膜を順次マスクとし、且つ、酸化膜４０１の厚膜部分４０１ｂをバッファ膜として、ｎ型不純物およびｐ型不純物をイオン注入する。これらの領域１０４、１０５の形成に係る各イオン注入の条件についても、上記実施の形態１などの各製造方法と同一である。ＳＰＭ洗浄によりレジスト膜を除去することにより、図７（ｃ）に示すように、電荷転送領域１０４および電荷読出領域１０５が形成される。
【００４７】
次に、図８（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、酸化膜４０１の表面全体に対して約２５０ｎｍの膜厚を有する多結晶シリコン膜４０６０を堆積形成する。そして、上記実施の形態１、２などと同様に、所要形状にパターニングされたレジスト膜（不図示）を用い、ＲＩＥ法によるエッチングを実施して多結晶シリコン膜４０６０の一部に開口部４０６ａを形成する。当該開口部４０６ａは、その底部分に酸化膜４０１における薄膜部分４０１ａの表面が露出する。ＳＰＭ洗浄によりレジスト膜を除去することで、酸化膜４０１の厚膜部分４０１ｂ（図７（ｃ）を参照。）の上にゲート電極４０６が形成される。
【００４８】
次に、ゲート電極４０６の表面および酸化膜４０１の露出部分にレジスト膜（不図示）を形成し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングを行う。そして、パターニングされたレジスト膜で覆われたｐ型半導体基板１００に対し、ｐ型不純物イオン（例えば、硼素イオン）をイオン注入して、埋め込み型フォトダイオードＰＤ４のｐ＋型領域１０７を形成する。このときの注入条件は、例えば、加速電圧が０．５〜１５ｋｅＶ（好ましくは、１〜５ｋｅＶ）、ドーズ量が１．０×１０１４／ｃｍ２である。最後に、ＳＰＭ洗浄によりレジスト膜を除去する。
【００４９】
以上の各ステップを経て、埋め込み型フォトダイオードＰＤ４を備える固体撮像装置４０の主要部が完成する。
２．本実施の形態に係る固体撮像装置４０の製造方法が有する優位性
本実施の形態に係る固体撮像装置４０の製造方法においても、膜厚ｔ６の薄膜部分４０１ａと膜厚ｔ７の厚膜部分４０１ｂとからなる酸化膜４０１を形成した後に、垂直ＣＣＤにおける電荷転送領域１０４および電荷読出領域１０５を形成するステップを有するので、酸化膜４０１の形成に上述のように熱酸化法を用いても、各領域１０４、１０５での不純物プロファイルの崩れを生じることがなく、また、各領域１０４、１０５間での不純物拡散に伴う不純物濃度の変動という問題を生じることがない。
【００５０】
さらに、本実施の形態に係る固体撮像装置４０の製造方法では、酸化膜４０１の形成には熱酸化法（ＬＯＣＯＳ法）を採用しているので、その膜厚ｔ６、ｔ７のバラツキを小さく抑えることが可能であって、例えば、ｐ＋型領域１０７の形成の際の注入バラツキを小さく抑えることができる。このため、本実施の形態に係る方法を以って製造された固体撮像装置４０は、蓄積可能な最大電荷量のバラツキが小さい。
【００５１】
なお、膜厚ｔ６、ｔ７のバラツキについては、例えば、上記実施の形態２に係る方法では、約２ｎｍであるのに対して、本実施の形態に係る方法では、約０．５ｎｍと１／４程度まで低減が可能である。
（その他の事項）
上記実施の形態１、２、３および変形例１に係る各固体撮像装置１０、２０、３０、４０の製造方法は、本発明の構成およびそれより得られる効果を分かり易く説明するために用いた一例であって、本発明は、その本質的な特徴以外の部分を除いて、これに限定を受けるものではない。例えば、本実施の形態１、２、３および変形例１では、各埋め込み型フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４を形成するまでのステップを示したが、これらのステップの後にマイクロレンズや平坦化膜などを積層形成することとしてもよい。
【００５２】
また、上記実施の形態１、２、３および変形例１の各々で示した各条件などについては一例であり、これら条件については、酸化膜１０１、１０３、２０１、２０３、３０１、４０１の膜厚や形成しようとする各構成部分のサイズなどに応じて適宜の変更が可能である。
また、上記実施の形態１、２、３および変形例１では、ｐ型半導体基板１００をベースとして固体撮像装置１０、２０、３０、４０における各構成要素を形成することとしたが、基板におけるｐ型ウェル領域に対して各画素の構成要素を形成することとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、高い蓄積電荷量を有し、高い画質での撮像が可能な固体撮像装置を実現するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施の形態１に係る固体撮像装置１０の製造方法を示す工程図である。
【図２】実施の形態１に係る固体撮像装置１０の製造方法を示す工程図である。
【図３】変形例１に係る固体撮像装置２０の構成を示す要部断面図である。
【図４】実施の形態２に係る固体撮像装置３０の製造方法を示す工程図である。
【図５】実施の形態２に係る固体撮像装置３０の製造方法を示す工程図である。
【図６】実施の形態３に係る固体撮像装置４０の製造方法を示す工程図である。
【図７】実施の形態３に係る固体撮像装置４０の製造方法を示す工程図である。
【図８】実施の形態３に係る固体撮像装置４０の製造方法を示す工程図である。
【図９】従来の技術に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０、２０、３０、４０．固体撮像装置
１００．ｐ型半導体基板
１０１、２０１、４０１．第１酸化膜
１０２．ｎ＋型領域（ＰＤ）
１０３、２０３．第２酸化膜
１０４．電荷転送領域
１０５．電荷読出領域
１０６、２０６、３０６．Ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート電極
１０７．ｐ＋型領域（ＰＤ）
３０１．酸化膜
４０７．窒化膜
ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４．埋め込み型フォトダイオード
【図１】
2007067325.tif 000003
【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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