(57)【要約】【課題】格子欠陥を低減し且つイオン同士の弾性衝突を低減してリーク電流を抑制する。【解決手段】Ｐ型ウェル４の不純物濃度のピーク部分を形成するために所定のレジストパターン３を介して、半導体基板１の主面側に直に高エネルギーでＢイオンをイオンチャネリングを起こすように半導体基板１の結晶軸の方向にイオン注入する。例えばＳｉ（１００）面の場合に、半導体基板１の主面に立てた法線方向である（１００）軸方向にイオン注入する。次に、新たなレジストパターン５を介して多段Ｎ型ウェル６，７，８を半導体基板１のＰ型ウェル４中に形成する。このとき、この半導体基板１の表面からの不純物ピーク位置が深いイオンから順番にイオン注入を行う。このときのイオン注入も、格子欠陥を低減させるためにチャネリングを起こすように結晶軸方向から行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面側から直に行う高エネルギーチャネリングイオン注入を用いて、該半導体基板の表面からの不純物ピーク位置が深い不純物イオンから順にイオン注入を行うことにより該半導体基板に多段ウェルを形成する多段ウェルの形成方法。
【請求項２】
前記イオン注入の方向は、前記半導体基板の結晶軸方向である請求項１に記載の多段ウェルの形成方法。
【請求項３】
前記結晶軸方向は、前記半導体基板の主面がＳi(１００)面の場合、該半導体基板の主面に立てた法線方向の＜１００＞軸方向である請求項２に記載の多段ウェルの形成方法。
【請求項４】
半導体基板の撮像領域に、被写体光が入射される複数の受光部を形成する固体撮像素子の製造方法において、
該半導体基板の主面側から直に行う高エネルギーチャネリングイオン注入を用いて、該半導体基板の表面からの不純物ピーク位置が深い不純物イオンから順にイオン注入を行うことにより該受光部毎に多段ウェルを形成する多段ウェル形成ステップを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記多段ウェル形成ステップの前に、
前記半導体基板上にレジストを塗布し、非イオン注入領域にレジストが覆われるように第１レジストパターンを所定パターンに形成する第１レジストパターン形成ステップと、
該第１レジストパターンに覆われていない注入領域に、前記多段ウェルとは反対導電型の一方導電型ウェルの不純物濃度のピーク部分を形成するために、不純物イオンを高エネルギーで加速してイオンチャネリングを起こすように該半導体基板の結晶軸方向にイオン注入する第１イオン注入ステップとを更に有する請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記多段ウェル形成ステップは、
前記第１レジストパターンを除去して、前記半導体基板上にレジストを塗布し、非イオン注入領域にレジストが覆われるように第２レジストパターンを所定パターンに形成する第２レジストパターン形成ステップと、
該第２レジストパターンに覆われていない注入領域に他方導電型多段ウェルを形成するために、不純物イオンを高エネルギーで加速してイオンチャネリングを起こすように該半導体基板の結晶軸方向にイオン注入する第２イオン注入ステップとを有する請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法により製造された固体撮像素子。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深さ方向に複数段のウェルを形成する多段ウェルの形成方法、これを用いた固体撮像素子の製造方法、この製造方法により製造された固体撮像素子、この固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の半導体装置の製造方法では、不純物イオン注入によるＰ型半導体基板にＮ型ウェルを形成する方式、Ｎ型半導体基板にＰ型ウェルを形成する方式、さらには、ＣＭＯＳトランジスタのようにＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとを共に必要とするものなど、Ｐ型またはＮ型半導体基板にＰ型ウェルとＮ型ウェルを共に形成する方式などがあり、各種デバイス（半導体装置）に応じて使い分けられている。これらのＰ型ウェルやＮ型ウェルが深さ方向に複数段ある多段ウェルが用いられている。従来の固体撮像素子に用いられる多段ウェルの形成方法について図４を参照して説明する。
【０００３】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、従来の固体撮像素子の製造方法において、高エネルギーイオン注入を用いてその受光部として多段ウェルを形成する場合の各製造工程を説明するための要部断面図である。
【０００４】
まず、図４（ａ）に示すように、Ｎ型半導体基板１上に酸化膜２（例えば熱酸化膜）を形成する。
【０００５】
次に、図４（ｂ）に示すように、酸化膜２上にレジストを塗布し、非イオン注入領域にレジストが覆われるようにレジストパターン３をパターン形成し、レジストパターン３に覆われていない注入領域にＰ型ウェル４を形成をするために、Ｂイオンを高エネルギーで加速して注入する。
【０００６】
このときのイオン注入は、イオンチャネリングを回避するために、半導体基板１の結晶軸や結晶面を避けて行われる。一般的には、このイオン注入は、半導体基板１に立てた法線に対してイオン注入角度が７度程度傾けて行われる。
【０００７】
さらに、レジストパターン３の除去後、図４（ｃ）に示すように、再度、酸化膜２上にレジストを塗布して、非注入領域にレジストが覆われるようにレジストパターン５をパターン形成し、レジストパターン５に覆われていない注入領域にＮ型多段ウェル６、７、８を形成をするために、ＰイオンまたはＡｓイオンを高エネルギーで加速し、イオンチャネリングを回避するように、半導体基板１に立てた法線に対してイオン注入角度が７度程度傾けて多段のイオン注入をして、Ｐ型ウェル４内にＮ型多段ウェル６、７、８が形成される。このようにして、導電型の異なるウェルを形成する。
【０００８】
また、特許文献１のように、半導体基板に垂直方向から高エネルギーチャネリングイオン注入を行い、不純物濃度のピーク位置が深く格子欠陥の数が少ないウェル形成技術が知られている。
【特許文献１】特開平２−２１４１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の固体撮像素子の製造方法では、イオンチャネリングを回避するために格子原子衝突が起こって格子欠陥が生じ、この格子欠陥によってリーク電流が発生する。
【００１０】
また、特許文献１では、半導体基板に垂直方向から高エネルギーチャネリングイオン注入を行い、不純物濃度のピーク位置が深く格子欠陥の数が少ないウェル形成をするだけでは、格子欠陥の低減は不十分であり、多段ウェル注入を行った際に、イオン同士の弾性衝突によりリーク電流が発生し、固体撮像素子の性能が悪化するという問題を有していた。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、格子欠陥を低減し且つイオン同士の弾性衝突を低減してリーク電流を抑制することができる多段ウェルの形成方法、これを用いた固体撮像素子の製造方法、この製造方法により製造された固体撮像素子、この固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器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】
【００１２】
本発明の多段ウェルの形成方法は、半導体基板の主面側から直に行う高エネルギーチャネリングイオン注入を用いて、該半導体基板の表面からの不純物ピーク位置が深い不純物イオンから順にイオン注入を行うことにより該半導体基板に多段ウェルを形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１３】
また、本発明の多段ウェルの形成方法におけるイオン注入の方向は、前記半導体基板の結晶軸方向である。
【００１４】
さらに、本発明の多段ウェルの形成方法における結晶軸方向は、前記半導体基板の主面がＳi(１００)面の場合、該半導体基板の主面に立てた法線方向の＜１００＞軸方向である。
【００１５】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板の撮像領域に、被写体光が入射される複数の受光部を形成する固体撮像素子の製造方法において、該半導体基板の主面側から直に行う高エネルギーチャネリングイオン注入を用いて、該半導体基板の表面からの不純物ピーク位置が深い不純物イオンから順にイオン注入を行うことにより該受光部毎に多段ウェルを形成する多段ウェル形成ステップを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１６】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法における多段ウェル形成ステップの前に、前記半導体基板上にレジストを塗布し、非イオン注入領域にレジストが覆われるように第１レジストパターンを所定パターンに形成する第１レジストパターン形成ステップと、該第１レジストパターンに覆われていない注入領域に、前記多段ウェルとは反対導電型の一方導電型ウェルの不純物濃度のピーク部分を形成するために、不純物イオンを高エネルギーで加速してイオンチャネリングを起こすように該半導体基板の結晶軸方向にイオン注入する第１イオン注入ステップとを更に有する。
【００１７】
さらに、本発明の固体撮像素子の製造方法における多段ウェル形成ステップは、前記第１レジストパターンを除去して、前記半導体基板上にレジストを塗布し、非イオン注入領域にレジストが覆われるように第２レジストパターンを所定パターンに形成する第２レジストパターン形成ステップと、該第２レジストパターンに覆われていない注入領域に他方導電型多段ウェルを形成するために、不純物イオンを高エネルギーで加速してイオンチャネリングを起こすように該半導体基板の結晶軸方向にイオン注入する第２イオン注入ステップとを有する。
【００１８】
本発明の固体撮像素子は、本発明の上記固体撮像素子の製造方法により製造されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１９】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００２１】
本発明では、半導体基板の主面側にデチャネリング防止のために酸化膜の形成を行わず、半導体基板の主面に直に高エネルギーチャネリングイオン注入を行い、しかも、半導体基板の表面から不純物ピーク位置が深い不純物イオン（注入エネルギーが高いイオン）から順番にイオン注入を行うことによって、格子欠陥を低減し、且つ不純物イオン同士の弾性衝突を低減させてリーク電流の少ない多段ウェルを形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
以上により、本発明のよれば、半導体基板の主面側に酸化膜形成を行わず、半導体基板の主面に直に高エネルギーチャネリングイオン注入を行い、しかも半導体基板表面から不純物ピーク位置が深い不純物イオンから順番にイオン注入を行うことによって格子欠陥を低減し、且つ不純物イオン同士の弾性衝突を低減させることでリーク電流の少ない多段ウェルの形成を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の多段ウェルの形成方法の実施形態を固体撮像素子の製造方法に適用した場合について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の固体撮像素子の製造方法の実施形態において、高エネルギーイオン注入を用いてその受光部として多段ウェルを形成する場合の各製造工程を説明するための要部断面図である。
【００２５】
まず、図１（ａ）に示す半導体基板１上にレジストを塗布し、図１（ｂ）に示すように、非注入領域にレジストが覆うように第１レジストパターンとしてのレジストパターン３を所定パターンに形成し（第１レジストパターンステップ）、レジストパターン３に覆われていない注入領域に、レジストパターン３をマスクとしてＰ型ウェル４の不純物濃度のピーク部分を形成するために、不純物イオンとしてボロン（Ｂ）イオンを高エネルギーで加速してイオンチャネリングを起こすように半導体基板１の結晶軸の方向にイオン注入する（第１イオン注入ステップ）。例えば、半導体基板１の主面がＳi(１００)面の場合、半導体基板１の主面に立てた法線方向である＜１００＞軸方向（結晶軸方向）にイオン注入する。
【００２６】
次に、レジストパターン３を除去し、図１（ｃ）に示すように、再度、レジストを塗布し、非注入領域にレジストが覆うように第２レジストパターンとしてのレジストパターン５を所定パターンに形成し（第２レジストパターンステップ）、レジストパターン５に覆われていない注入領域に、レジストパターン５をマスクとしてＮ型多段ウェル６、７、８を形成をする。この多段注入を行う際に、半導体基板１の表面位置から不純物ピーク位置が深い不純物イオンから順番にイオン注入を行う（第２イオン注入ステップ）。また、このときのイオン注入も格子欠陥を低減させるためにチャネリングを起こすように結晶軸方向から行う。なお、レジストパターン３の開口部の内側にレジストパターン５の開口部がある。
【００２７】
このようにして、半導体基板１の撮像領域に、被写体光が入射される光電変換することにより撮像信号が得られる複数の受光部が形成された固定撮像素子が製造される。
【００２８】
ここで、本発明の固体撮像素子の製造方法の特性について更に説明する。
【００２９】
本発明による固体撮像素子の製造方法では、各受光部への多段ウェル形成のためのイオン注入は、半導体基板１の結晶軸方向に行われるので、従来のような酸化膜を形成せず注入された不純物イオンはチャネリングを起こし、半導体基板１の格子点にある原子（ここではＳｉ；シリコン）と近接衝突を起こすことなく結晶軸に囲まれた空間を交互に相対する軸への接近を繰り返しつつ通過することになり、イオン注入阻止能が低下する。その結果、不純物イオンが結晶軸を避けて注入する従来技術に比べて格子欠陥を低減でき、かつリーク電流を低減できる。
【００３０】
また、イオンチャネリングを起こすと、注入されたイオンは、格子原子と小角散乱のみを繰り返し、半導体基板１中に進入するために格子原子は格子位置から動きにくく、その結果、格子欠陥の数は減少することになる。
【００３１】
図２に、不純物イオンの注入角を結晶軸方向から変化させたときと、格子欠陥の量を表すサーマルウェーブ信号の依存性を示している。図２に示すように、結晶軸方向である入射角度０°時（主面に垂直な方向）のサーマルウェーブ信号が最小となり格子欠陥の数が最小に減少していることが分かる。
【００３２】
図３に、不純物ピーク深さ位置の順番（注入エネルギー順番）と、サーマルウェーブ信号との依存性を示している。図３の注入順番Ｃ（第１番目にイオン；７５Ａｓで注入エネルギー７００ｋｅＶ、第２番目にイオン；７５Ａｓで注入エネルギー１．５ＭｅＶ、第３番目にイオン；７５Ａｓで注入エネルギー３ＭｅＶ）に示すように、不純物ピーク深さ位置が浅い順番（注入エネルギーが小から大になる順番）からイオン注入すると、サーマルウェーブ信号は高くなり、Ａｓイオン同士の弾性衝突による格子欠陥の数が増えていることが分かる。
【００３３】
図３の注入順番Ａのように、チャネリングイオン注入を用い、且つ不純物ピーク深さ位置が深いイオンから順番にイオン注入を行うことによって、格子欠陥を低減し、且つイオン同士の弾性衝突を低減させることでリーク電流の低減を図ることができる。
【００３４】
以上により、本実施形態によれば、Ｐ型ウェル４の不純物濃度のピーク部分を形成するために所定のレジストパターン３を介して、半導体基板１の主面側に直に高エネルギーでＢイオンをイオンチャネリングを起こすように半導体基板１の結晶軸の方向にイオン注入する。半導体基板１の主面が例えばＳｉ（１００）面の場合に、半導体基板１の主面に立てた法線方向である＜１００＞軸方向（結晶軸方向）にイオン注入する。次に、新たなレジストパターン５を介して半導体基板１のＰ型ウェル４中に多段Ｎ型ウェル６，７，８を形成する。このとき、この半導体基板１の表面からの不純物ピーク位置が深いイオンから順番にイオン注入を行う。このときのイオン注入も、格子欠陥を低減させるためにチャネリングを起こすように結晶軸方向から行う。これによって、格子欠陥を低減し且つイオン同士の弾性衝突を低減してリーク電流を抑制することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記実施形態の固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の固体撮像素子を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００３６】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、深さ方向に複数段のウェルを形成する多段ウェルの形成方法、これを用いた固体撮像素子の製造方法、この製造方法により製造された固体撮像素子、この固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、半導体基板の主面側に酸化膜形成を行わず、高エネルギーチャネリングイオン注入を行い、しかも半導体基板表面から不純物ピーク位置が深いイオンから順番にイオン注入を行うことによって格子欠陥を低減し、且つイオン同士の弾性衝突を低減させることでリーク電流の少ない多段ウェル形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の固体撮像素子の製造方法の実施形態において、高エネルギーイオン注入を用いてその受光部として多段ウェルを形成する場合の各製造工程を説明するための要部断面図である。
【図２】Ａｓイオンをシリコン基板に注入したときの注入角度とサーマルウェーブ信号依存性を示す図である。
【図３】Ａｓイオンをシリコン基板に注入したときの各注入エネルギー注入順番とサーマルウェーブ信号依存性を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、従来の固体撮像素子の製造方法において、高エネルギーイオン注入を用いてその受光部として多段ウェルを形成する場合の各製造工程を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  半導体基板
２  熱酸化膜
３，５  レジストパターン
４  Ｐ型ウェル
６，７，８  Ｎ型ウェル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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