(57)【要約】【課題】表面から内部方向に向かって深い不純物層を短時間で形成することができる不純物層の形成方法を提供すること。【解決手段】半導体基板１５の表面上にレジスト材料１６を形成する工程と、このレジスト材料１６を、互いに透過率が異なる複数の微小な透過部１３Ａ乃至１３Ｄによって構成された単位透過領域１４を複数有し、これらの単位透過領域１４が２次元状に配列された透過領域１１を有するグレーティングマスク１０を用いて露光する工程と、露光されたレジスト材料１６を現像することにより、半導体基板１５の表面上に、透過領域１１の透過率に対応した膜厚の薄膜領域１７を有するレジスト層１８を形成する工程と、薄膜領域１７を介して半導体基板１５にイオンを注入する工程と、同一の深さに注入された複数のイオン群２１Ａ´、２１Ｂ´２１Ｃ´２１Ｄ´が、横方向に接合且つ均一化するように拡散させる工程と、を具備する不純物層の形成方法。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、感光性のレジスト材料を形成する工程と、
複数の単位透過領域が２次元配列され、各前記単位透過領域は、透過率が異なる複数の部分領域からなる露光用マスクを用いて、前記レジスト材料を露光する工程と、
露光された前記レジスト材料を現像することにより、前記露光用マスクの透過率に応じて膜厚が部分的に異なるレジスト層を形成する工程と、
このレジスト層を介して、前記基板にイオンを注入する工程と、
前記レジスト層の同一の膜厚部を介して注入されたイオン群が、横方向に接合且つ均一化するように拡散させる工程と、
を具備することを特徴とする不純物層の形成方法。
【請求項２】
前記拡散させる工程は、熱拡散させる工程であることを特徴とする請求項１に記載の不純物層の形成方法。
【請求項３】
シリコン基板の表面上に形成された下地層の表面に、複数の光電変換部を、格子状に配列形成する工程と、
前記複数の光電変換部を含む前記下地層の表面上に、感光性のレジスト材料を形成する工程と、
格子状に配列された複数の非透過領域、およびこれらの非透過領域間に設けられた透過領域からなり、前記透過領域は、複数の単位透過領域が２次元配列され、各前記単位透過領域は、透過率が異なる複数の部分領域からなる露光用マスクを、この露光用マスクの各前記非透過領域が、前記複数の光電変換部上に配置されるように位置合わせする工程と、
前記露光用マスクを用いて前記レジスト材料を露光する工程と、
露光された前記レジスト材料を現像することにより、前記露光用マスクの透過率に応じて膜厚が部分的に異なるレジスト層を形成する工程と、
このレジスト層を介して、前記下地層の前記光電変換部間にイオンを注入する工程と、
前記レジスト層の同一の膜厚部を介して注入されたイオン群を、横方向に接合且つ均一化するように拡散させることにより、画素分離層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
シリコン基板の表面上に、感光性のレジスト材料を形成する工程と、
透過領域およびこの透過領域を囲う非透過領域からなり、前記透過領域は、複数の単位透過領域が２次元配列され、各前記単位透過領域は、透過率が異なる複数の部分領域からなる露光用マスクを用いて、前記レジスト材料を露光する工程と、
露光された前記レジスト材料を現像することにより、前記露光用マスクの透過率に応じて膜厚が部分的に異なるレジスト層を形成する工程と、
このレジスト層を介して、前記シリコン基板にイオンを注入する工程と、
前記レジスト層の同一の膜厚部を介して注入されたイオン群を、横方向に接合且つ均一化するように拡散させることにより、ウェル層を形成する工程と、
このウェル層の表面に、複数の光電変換部を、格子状に配列形成する工程と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
同一の透過率を有する前記部分領域の数は、それぞれ同数であ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】
前記請求項１または２に記載の不純物層の形成方法に用いられる透過領域を有する露光用マスクであって、
前記透過領域は、透過率が異なる複数の部分領域からなる複数の単位透過領域から構成され、
前記単位透過領域は、列方向または行方向に配列されたことを特徴とする露光用マスク。
【請求項７】
前記複数の単位透過領域は、２次元列配列されたことを特徴とする請求項６に記載の露光用マスク。
【請求項８】
前記単位透過領域は、略正方形状であり、
前記部分領域は、前記単位透過領域が４分割され、それぞれが前記単位透過領域の１／４の面積を有する略正方形状であることを特徴とする請求項６に記載の露光用マスク。
【請求項９】
同一の透過率を有する前記部分領域は、互いに離間して配置されることを特徴とする請求項６に記載の露光用マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、不純物層の形成方法、露光用マスクおよび固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、深い不純物層を有する半導体装置が知られている。例えばＣＭＯＳセンサにおける画素分離層、または、ＣＣＤセンサにおけるウェル層は、少なくとも光電変換部よりも深く形成される必要がある不純物層である。
【０００３】
これらの画素分離層、若しくはウェル層等の深い不純物層は、イオンの加速電圧を変えて複数回のイオン注入を行い、深さ方向に複数の濃度ピークを持たせることにより形成される。若しくは、一度のイオン注入の後、長時間の熱拡散により深さ方向にイオンを拡散させることにより形成される。
【０００４】
このように、従来は、複数回のイオン注入工程、または長時間の熱拡散工程によって深い不純物層を形成していたため、このような深い不純物層を短時間で形成することは困難であった。従って、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等の固体撮像装置の場合、画素分離層、またはウェル層を形成するために長時間を必要とし、これが、固体撮像装置の製造におけるスループットの向上を阻害する要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７０６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、表面から内部方向に向かって深い不純物層を短時間で形成することができる不純物層の形成方法、および露光用マスクを提供すること、さらには、スループットを向上させることができる固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態に係る不純物層の形成方法は、基板上に、感光性のレジスト材料を形成する工程と、複数の単位透過領域が２次元配列され、各前記単位透過領域は、透過率が異なる複数の部分領域からなる露光用マスクを用いて、前記レジスト材料を露光する工程と、露光された前記レジスト材料を現像することにより、前記露光用マスクの透過率に応じて膜厚が部分的に異なるレジスト層を形成する工程と、このレジスト層を介して、前記基板にイオンを注入する工程と、前記レジスト層の同一の膜厚部を介して注入されたイオン群が、横方向に接合且つ均一化するように拡散させる工程と、を具備することを特徴とする方法である。
【０００８】
また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、シリコン基板の表面上に形成された下地層の表面に、複数の光電変換部を、格子状に配列形成する工程と、前記複数の光電変換部を含む前記下地層の表面上に、感光性のレジスト材料を形成する工程と、格子状に配列された複数の非透過領域、およびこれらの非透過領域間に設けられた透過領域からなり、前記透過領域は、複数の単位透過領域が２次元配列され、各前記単位透過領域は、透過率が異なる複数の部分領域からなる露光用マスクを、この露光用マスクの各前記非透過領域が、前記複数の光電変換部上に配置されるように位置合わせする工程と、前記露光用マスクを用いて前記レジスト材料を露光する工程と、露光された前記レジスト材料を現像することにより、前記露光用マスクの透過率に応じて膜厚が部分的に異なるレジスト層を形成する工程と、このレジスト層を介して、前記下地層の前記光電変換部間にイオンを注入する工程と、前記レジスト層の同一の膜厚部を介して注入されたイオン群を、横方向に接合且つ均一化するように拡散させることにより、画素分離層を形成する工程と、を具備することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、シリコン基板の表面上に、感光性のレジスト材料を形成する工程と、透過領域およびこの透過領域を囲う非透過領域からなり、前記透過領域は、複数の単位透過領域が２次元配列され、各前記単位透過領域は、透過率が異なる複数の部分領域からなる露光用マスクを用いて、前記レジスト材料を露光する工程と、露光された前記レジスト材料を現像することにより、前記露光用マスクの透過率に応じて膜厚が部分的に異なるレジスト層を形成する工程と、このレジスト層を介して、前記シリコン基板にイオンを注入する工程と、前記レジスト層の同一の膜厚部を介して注入されたイオン群を、横方向に接合且つ均一化するように拡散させることにより、ウェル層を形成する工程と、このウェル層の表面に、複数の光電変換部を、格子状に配列形成する工程と、を具備することを特徴とする方法である。
【００１０】
また、本発明の実施形態に係る露光用マスクは、上記不純物層の形成方法に用いられる透過領域を有する露光用マスクであって、前記透過領域は、透過率が異なる複数の部分領域からなる複数の単位透過領域から構成され、前記単位透過領域は、列方向または行方向に配列されたことを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る不純物層の形成方法に用いられるグレーティングマスクの一部を拡大して示す上面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る不純物層の形成方法を説明するための図であって、半導体基板上にグレーティングマスクを配置する工程を示す上面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る不純物層の形成方法を説明するための図であって、（ａ）は、グレーティングマスクを用いてレジスト材料を露光する工程を示す、図２の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った断面図であり、（ｂ）は、同工程を示す、図２の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る不純物層の形成方法を説明するための図であって、半導体基板上に薄膜領域を有するレジスト層を形成する工程を示す上面図である。
【図５】図４の断面図であって、（ａ）は、図４の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った断面図であり、（ｂ）は、図４の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った断面図である。
【図６】レジスト層の薄膜領域の一部を拡大して示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態に係る不純物層の形成方法を説明するための図であって、（ａ）は、不純物層を形成する工程を示す、図５（ａ）に相当する断面図であり、（ｂ）は、同工程を示す、図５（ｂ）に相当する断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る不純物層の形成方法を説明するための図であって、（ａ）は、同じく不純物層を形成する工程を示す、図５（ａ）に相当する断面図であり、（ｂ）は、同工程を示す、図５（ｂ）に相当する断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る不純物層の形成方法を説明するための図であって、（ａ）は、同じく不純物層を形成する工程を示す、図５（ａ）に相当する断面図であり、（ｂ）は、同工程を示す、図５（ｂ）に相当する断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造される固体撮像装置の画素部を拡大して示す上面図である。
【図１１】図１０の一点鎖線Ｚ−Ｚ´に沿った断面図である。
【図１２】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、光電変換部を形成する工程を示す、図１１に相当する断面図である。
【図１３】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、バリア層を形成する工程を示す、図１１に相当する断面図である。
【図１４】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法に用いられるグレーティングマスクの一部を拡大して示す上面図である。
【図１５】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、レジスト層を形成する工程を示す、図１１に相当する断面図である。
【図１６】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、画素分離層を形成する工程を示す、図１１に相当する断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造される固体撮像装置の画素部を拡大して示す、図１１に相当する断面図である。
【図１８】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法に用いられるグレーティングマスクの一部を拡大して示す上面図である。
【図１９】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、レジスト層を形成する工程を示す、図１７に相当する断面図である。
【図２０】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、ウェル層を形成する工程を示す、図１７に相当する断面図である。
【図２１】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、同じくウェル層を形成する工程を示す、図１７に相当する断面図である。
【図２２】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造されたウェル層の濃度プロファイルと、従来の固体撮像装置の製造方法によって製造されたウェル層の濃度プロファイルと、を比較して示すグラフである。
【図２３】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された装置の分光特性と、従来の固体撮像装置の製造方法によって製造された装置の分光特性と、を比較して示すグラフである。
【図２４】第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法に用いられるグレーティングマスクの一部を拡大して示す上面図である。
【図２５】第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、レジスト層を形成する工程を示す、図１７に相当する断面図である。
【図２６】第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、ウェル層を形成する工程を示す、図１７に相当する断面図である。
【図２７】第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、同じくウェル層を形成する工程を示す、図１７に相当する断面図である。
【図２８】第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法により形成されたウェル層のイオン濃度プロファイルと、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法により形成されたウェル層のイオン濃度プロファイルとを、比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
はじめに、本発明の実施形態に係る不純物層の形成方法に用いられるグレーティングマスクについて、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る不純物層の形成方法に用いられるグレーティングマスクの一部を拡大して示す上面図である。図１に示すグレーティングマスク１０は、場所によって異なる透過率を有する透過領域１１が、ほぼ透過率が０％である非透過領域１２で囲われたものである。
【００１３】
このグレーティングマスク１０の透過領域１１は、単位透過領域１４を透過領域１１の基本単位として、複数の単位透過領域１４が、互いに隙間なく２次元状に配列された領域である。
【００１４】
各単位透過領域１４内は、それぞれが微小な面積を有する正方形状の領域となるように、マトリクス状に４つに等分割されている。４つに等分割されたそれぞれの正方形状の部分領域は、互いに透過率が異なっており、透過率が高い順に、第１の透過部１３Ａ、第２の透過部１３Ｂ、第３の透過部１３Ｃ、および第４の透過部１３Ｄからなる。
【００１５】
以上に説明した複数の単位透過領域１４は、これらの単位透過領域１４がそれぞれ有する、同一の透過率を有する部分領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄが互いに離間して配置されるように、互いに隙間なく２次元状に配列されている。すなわち、複数の単位透過領域１４がそれぞれ有する第１の透過部１３Ａは、互いに離間して配置される。同様に、複数の単位透過領域１４がそれぞれ有する第２、第３、第４の透過部１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄもそれぞれ、互いに離間して配置される。
【００１６】
なお、同一の透過率を有する部分領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄは、必ずしも互いに離間するように配置されなくてもよい。
【００１７】
以上に説明したグレーティングマスク１０は、例えばガラス板等のような露光光が透過する透明基板の表面に、露光光を反射するクロム膜からなるドットパターンが適宜形成されたものである。このグレーティングマスク１０において、露光光の透過率は、ドットパターンの面積の大きさによって制御される。従って、第１の透過部１３Ａ、第２の透過部１３Ｂ、第３の透過部１３Ｃ、第４の透過部１３Ｄの順に、面積が大きいドットパターンが形成されている。なお、各透過部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄの露光光の透過率は、ドットパターンの配列密度によって制御されてもよいし、面積と配列密度によって制御されてもよい。
【００１８】
次に、このグレーティングマスク１０を用いた不純物層の形成方法について、図２乃至図９を参照して説明する。まず初めに、図１のグレーティングマスク１０を用いてレジスト層を形成する工程までを、図２乃至図６を参照して説明する。図２、図４は、本実施形態に係る不純物層の形成方法を説明するための装置の上面図である。図３（ａ）および図５（ａ）は、それぞれ図２、図４の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の断面図であり、図３（ｂ）および図５（ｂ）は、それぞれ図２、図４の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の断面図である。また、図６は、レジスト層の一部を拡大して示す斜視図である。
【００１９】
まず、図２に示すように、半導体基板１５の表面上にレジスト材料１６を一様に形成し、このレジスト材料１６の上方に、図１に示されるグレーティングマスク１０を位置合わせして配置する。
【００２０】
次に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、グレーティングマスク１０を用いて、レジスト材料１６を露光する。これにより、グレーティングマスク１０の透過領域１１直下のレジスト材料１６は、透過領域１１の透過率に応じた露光量で露光される。
【００２１】
すなわち、図３（ａ）に示すように、第１の透過部１３Ａの直下のレジスト材料１６には、最も多い量の露光光が照射される。一方で、図３（ｂ）に示すように、第４の透過部１３Ｄの直下のレジスト材料１６の露光量は、最も少ない量の露光光が照射される。このように、透過率が高い透過部の直下のレジスト材料１６ほど、多い量の露光光が照射される。
【００２２】
次に、図４および図５（ａ）、（ｂ）に示すように、露光されたレジスト材料１６を現像する。これにより、露光量が多い領域ほど、レジスト材料１６は除去される。従って、半導体基板１５の表面上に、グレーティングマスク１０の透過率に応じて膜厚が部分的に異なるレジスト層１８、すなわち、露光量に応じて膜厚が部分的に異なるキルティング状の薄膜領域１７を有するレジスト層１８が形成される。
【００２３】
薄膜領域１７は、レジストユニット２０を薄膜領域１７の基本単位として、複数のレジストユニット２０が、互いに隙間なく２次元状に配列された領域である。
【００２４】
各レジストユニット２０内は、それぞれが微小な面積を有する正方形状の領域となるように、マトリクス状に４つに等分割されている。４つに等分割されたそれぞれの部分領域は、互いに膜厚が異なっており、膜厚が薄い順に、第１の薄膜部１９Ａ、第２の薄膜部１９Ｂ、第３の薄膜部１９Ｃ、および第４の薄膜部１９Ｄからなる。
【００２５】
ここで、レジストユニット２０について、図６を参照してさらに詳細に説明する。図６は、一つのレジストユニット２０を示す斜視図である。図６に示すように、レジストユニット２０は、グレーティングマスク１０の単位透過領域１４の透過率に応じた膜厚で形成された４本の四角柱が、互いに隙間なく２次元状に配列されたものである。このレジストユニット２０は、各四角柱の高さ（膜厚）が、単位透過領域１４の各透過部１３Ａ乃至１３Ｄの透過率によって制御された高さ（膜厚）となっている。また、各四角柱の水平断面における面積が、単位透過領域１４の各透過部１３Ａ乃至１３Ｄの微小面積によって制御された微小面積となっている。
【００２６】
なお、図６に示されるレジストユニット２０において、各薄膜部１９Ａ乃至１９Ｄの膜厚は、後述するイオン注入工程において、イオンが貫通する程度の膜厚であればよい。ここで、本願において、薄膜部１９Ａ乃至１９Ｄは、膜厚が０μｍの場合を含むものとする。従って、特に第１の薄膜部１９Ａは、図６に示すように膜厚が０μｍであってもよい。
【００２７】
薄膜領域１７は、以上に説明した複数のレジストユニット２０が互いに隙間なく２次元状に配列された領域であるが、複数のレジストユニット２０は、図４に示すように、これらのレジストユニット２０がそれぞれ有する、同一の膜厚を有する薄膜部、例えば第１の薄膜部１９Ａが、互いに離間して配置されるように配列形成されている。
【００２８】
次に、図４乃至図６に示されるレジスト層１８を用いて半導体基板１５に不純物層を形成する方法を、図７（ａ）、（ｂ）乃至図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。なお、各図（ａ）は、本実施形態に係る不純物層の形成方法を説明するための、図５（ａ）に相当する断面図である。また、各図（ｂ）は、本実施形態に係る不純物層の形成方法を説明するための、図５（ｂ）に相当する断面図である。
【００２９】
まず、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体基板１５に、レジスト層１８を介して、所望の加速電圧で、例えばＰ型のイオンを注入する。注入されるイオンは、薄膜領域１７を貫通して半導体基板１５の所望の深さまで到達する。イオンが到達する深さは、薄膜領域１７の膜厚に依存し、膜厚が薄いほど、基板深くまで到達する。従って、薄膜領域１７の膜厚に応じた深さに、複数のイオン群２１Ａ´、２１Ｂ´、２１Ｃ´、２１Ｄ´が形成される。
【００３０】
例えば、同一の膜厚を有する同一の膜厚部、すなわち、複数の第１の薄膜部１９Ａを介して注入されたイオンによって形成される複数の第１のイオン群２１Ａ´は、図７（ａ）に示すように、深さは同一であるが、横方向（水平方向）においては異なる位置に形成される。同様に、複数の第３の薄膜部１９Ｃを介して注入されたイオンによって形成される複数の第３のイオン群２１Ｃ´は、第１のイオン群２１Ａ´よりも浅い同一の深さであるが、横方向（水平方向）においては異なる位置に形成される。
【００３１】
また、図７（ｂ）に示すように、複数の第２の薄膜部１９Ｂを介して注入されたイオンによって形成される複数の第２のイオン群２１Ｂ´は、第１のイオン群２１Ａ´よりも浅く、かつ第３のイオン群２１Ｃ´よりも深い同一の深さであるが、横方向（水平方向）においては異なる位置に形成される。複数の第４の薄膜部１９Ｄを介して注入されたイオンによって形成される複数の第４のイオン群２１Ｄ´は、第３のイオン群２１Ｃ´よりも浅い同一の深さであるが、横方向（水平方向）においては異なる位置に形成される。
【００３２】
次に、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、イオン注入後の各イオン群２１Ａ´、２１Ｂ´、２１Ｃ´、２１Ｄ´の拡散によって、半導体基板１５の深さ方向に向かって濃度ピーク位置が深い順に、第１の不純物領域２１Ａ、第２の不純物領域２１Ｂ、第３の不純物領域２１Ｃ、第４の不純物領域２１Ｄからなる複数のＰ型の不純物領域が形成される。
【００３３】
すなわち、同一深さの複数のイオン群２１Ａ´、２１Ｂ´、２１Ｃ´、２１Ｄ´、例えば複数の第１のイオン群２１Ａ´は、イオン注入後の各イオン群２１Ａ´の横方向への拡散によって、図８（ａ）に示されるように、Ｐ型の第１の不純物領域２１Ａを形成する。同様にして、複数の第３のイオン群２１Ｃ´は、拡散によって、Ｐ型の第３の不純物領域２１Ｃを形成する。なお、各イオン群２１Ａ´、２１Ｂ´、２１Ｃ´、２１Ｄ´は、紙面に対して垂直方向にも同時に拡散するため、図８（ｂ）に点線で示される位置にも、それぞれ第１、第３の不純物領域２１Ａ、２１Ｃが形成される。
【００３４】
これと全く同様にして、図８（ａ）、（ｂ）に示されるように、複数の第２のイオン群２１Ｂ´は、第２の不純物領域２１Ｂを形成し、複数の第４のイオン群２１Ｄ´は、第４の不純物領域２１Ｄを形成する。
【００３５】
さらに、注入されたイオンは垂直方向にも拡散するため、最終的には、各不純物領域２１Ａ乃至２１Ｄの各ピーク濃度は略均一化され、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、深い不純物層２２を形成することができる。
【００３６】
なお、本発明においては、図８（ａ）、（ｂ）に示される工程の後、熱処理を行い、注入されたイオンを熱拡散させることによって、図９（ａ）、（ｂ）に示されるように、複数の濃度ピークが略均一化された深い不純物層２２を形成してもよい。しかし、半導体基板１５には、予め深さ方向に複数の濃度ピークを有するようにイオン注入されているため、イオンを熱拡散させるための熱処理時間は、極めて短時間でよい。
【００３７】
以上に説明したように、本実施形態に係る不純物層の形成方法によれば、複数回のイオン注入工程、または長時間の熱拡散工程を必要とせず、一度のイオン注入のみで、表面から内部方向に向かって深い不純物層２２を形成することができる。従って、短時間で深い不純物層を形成することができる。
【００３８】
また、本実施形態に係るグレーティングマスク１０によれば、一度のイオン注入のみで、表面から内部方向に向かって深い不純物層２２を形成するための薄膜領域１７を有するレジスト層１８を、一度の露光、現像工程により形成することができる。
【００３９】
なお、本願において、半導体基板１５、および深い不純物層２２が形成される任意の層を含む半導体基板１５を、基板と称する。このとき、上述の実施形態は、基板の表面に深い不純物層２２を形成する全ての場合に適用可能である。
【００４０】
以下に、上述の不純物層の形成方法およびグレーティングマスクを、固体撮像装置の製造方法に適用した場合について説明する。
【００４１】
（第１の実施形態）
図１０は、上述の不純物層の形成方法およびグレーティングマスクを適用して製造されたＣＭＯＳ型の固体撮像装置の画素部を拡大して模式的に示す上面図である。図１０に示すように、この固体撮像装置の画素部は、格子状に配列形成された複数の画素３０によって構成されている。これらの各画素３０は、それぞれ光電変換部、およびマイクロレンズ等が積層されて構成されている。なお、光電変換部とマイクロレンズとの間には、配線層、平坦化層、カラーフィルタ層等が形成されている場合もある。
【００４２】
図１１は、図１の一点鎖線Ｚ−Ｚ´に沿った画素部の断面図である。図１１に示すように、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置の画素部は、Ｐ型のシリコン基板３１上に形成されている。すなわち、Ｐ型のシリコン基板３１の表面上には、Ｎ型の下地層３２が形成されており、このＮ型の下地層３２の表面には、Ｎ＋型の不純物層からなる複数の光電変換部３３が格子状に配列形成されている。各光電変換部３３は、例えば四方において隣接する光電変換部３３との間が、５〜６μｍ程度離れるように形成されている。
【００４３】
各光電変換部３３は、マイクロレンズ（図示せず）によってこの領域に集光された光量に応じた量の電子を発生させる領域である。なお、これらの各光電変換部３３で発生した電子は、Ｐ型のシリコン基板３１上に形成されたＣＭＯＳからなる電荷伝送部（図示せず）に転送され、電荷伝送部（図示せず）は、電子を、この最終段に設けられた電荷・電圧変換部（図示せず）に転送する。
【００４４】
これらの各光電変換部３３の表面には、それぞれＰ＋型のバリア層３４が形成されている。このバリア層３４は、外部からの結晶欠陥を抑制するための不純物層である。この層３４を設けることにより、暗電流の発生が抑制される。従って、バリア層３４は、形成されることが好ましいが、必ずしも形成されなければならないものではない。
【００４５】
また、上述の各光電変換部３３の間には、Ｐ＋型の画素分離層３５が形成されている。画素分離層３５は、少なくとも光電変換部３３より深い位置まで、ほぼ均一な濃度分布を有するように形成されている。この画素分離層３５は、隣接する光電変換部３３間で電荷が移動することを抑制するための不純物層である。従って、画素分離層３５は、少なくとも光電変換部３３によって形成されるポテンシャルよりも浅いポテンシャルが形成される程度のイオン濃度で形成される。
【００４６】
なお、上述の光電変換部３３上には、実際には上述のように、配線層、平坦化層、カラーフィルタ層、およびマイクロレンズ等が積層形成されており、これらによって画素３０が形成されるが、ここでは図示とともに説明を省略する。
【００４７】
以上に説明したＣＭＯＳ型の固体撮像装置は、Ｎ型のシリコン基板の表面上に、Ｐ型の下地層が形成し、このＰ型の下地層の表面に、Ｎ＋型の不純物層からなる複数の光電変換部が配列形成されたＣＭＯＳ型の固体撮像装置と比較して、光電変換部３３で発生した電子を効率よく集める点で、有利な構成である。
【００４８】
次に、上述の固体撮像装置の製造方法を、図１２乃至図１６を参照して説明する。図１４を除く図１２乃至図１６は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１１に相当する断面図である。また、図１４は、この固体撮像装置の製造方法に適用されるグレーティングマスクの一部を拡大して示す上面図である。
【００４９】
まず、図１２に示すように、Ｐ型のシリコン基板３１の表面上にＮ型の下地層３２を形成し、この下地層３２の表面に、Ｎ＋型の光電変換部３３を形成する。Ｎ型の下地層３２は、例えばシリコンからなるものであり、Ｐ型のシリコン基板３１の表面上に、エピタキシャル成長により形成される。また、Ｎ＋型の光電変換部３３は、下地層３２の表面上に、光電変換部となる領域が開口されたレジスト層を形成し、このレジスト層をマスクとして用いて、例えばリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）等のＮ型のイオンを注入することにより形成される。
【００５０】
次に、図１３に示すように、各光電変換部３３の表面に、Ｐ型のバリア層３４を形成する。バリア層３４は、光電変換部３３を形成した後、上述のレジスト層を用いて、例えばホウ素（Ｂ）等のＰ型のイオンを注入することにより形成される。
【００５１】
この後、各光電変換部３３の間に、光電変換部３３より深い不純物層であるＰ＋型の画素分離層３５を形成する。この画素分離層３５の形成方法に対して、上述の不純物層の形成方法を適用する。そこで、まず、画素分離層３５を形成するために適用されるグレーティングマスクについて、図１４を参照して説明する。
【００５２】
図１４に示すように、画素分離層３５を形成するために用いられるグレーティングマスク３６は、非透過領域３７が格子状に配列形成されており、これらの非透過領域３７間に、場所によって透過率が異なる透過領域３８が形成されたものである。
【００５３】
透過領域３８は、図１に示されるグレーティングマスク１０と同様に、透過率が高い順に第１の透過部３９Ａ、第２の透過部３９Ｂ、第３の透過部３９Ｃ、および第４の透過部３９Ｄからなる４つの微小な正方形状の部分領域を一つの単位透過領域４０として、複数の単位透過領域４０が配列形成された領域である。なお、複数の単位透過領域４０の配列は、図１に示されるグレーティングマスク１０における単位透過領域１４の配列と同様である。
【００５４】
画素分離層３５は、図１４に示されるグレーティングマスク３６を用いて形成される。すなわち、図１５に示すように、光電変換部３３およびバリア層３４を含む下地層３２の表面上に、感光性のレジスト材料４１を形成する。そして、図１４に示されるグレーティングマスク３６を、この非透過領域３７が光電変換部３３上に配置されるように位置合わせをした後、グレーティングマスク３６を介してレジスト材料４１を露光する。この後、レジスト材料４１を現像する。これにより、下地層３２の表面上に、グレーティングマスク３６の透過領域３８の透過率に対応して、４段階に膜厚が異なる複数の薄膜部からなる薄膜領域４２を有するレジスト層４３が形成される。複数の薄膜部は、例えば０μｍ〜１．５μｍ程度の範囲内において４段階に膜厚が異なるように形成される。
【００５５】
なお、図１５において、薄膜領域４２内には、０μｍを含む２段階に膜厚が異なる薄膜部４４Ａ、４４Ｂが形成されている。しかし、実際の薄膜領域４２内には、図１５の断面に対して紙面垂直方向に、さらに２段階に膜厚が異なる薄膜部が形成されている。
【００５６】
次に、図１６に示すように、レジスト層４３を介して下地層３２に、Ｐ型のイオン（例えばホウ素（Ｂ））を、例えば１４００ｋＶ程度の加速電圧で注入する。イオンを注入すると、その後のイオンの水平方向への拡散により、薄膜領域４２の膜厚に応じて、濃度ピークの深さが異なる４種類の不純物領域、すなわち、濃度ピークの位置が深い順に、第１の不純物領域４５Ａ、第２の不純物領域４５Ｂ、第３の不純物領域４５Ｃ、第４の不純物領域４５Ｄが形成される。
【００５７】
このように光電変換部３３間に形成された第１の不純物領域４５Ａ、第２の不純物領域４５Ｂ、第３の不純物領域４５Ｃ、第４の不純物領域４５Ｄは、それぞれさらに垂直方向にも拡散する。従って、上述のように下地層３２にイオンを注入すると、最終的には、図１１に示されるような、光電変換部３３より深い画素分離層３５が形成される。
【００５８】
なお、第１の不純物領域４５Ａ、第２の不純物領域４５Ｂ、第３の不純物領域４５Ｃ、第４の不純物領域４５Ｄを形成した後、熱処理を行い、注入されたイオンを熱拡散させることによって、図１１に示されるような画素分離層３５を形成してもよい。この際、下地層３２には、予め深さ方向に複数の濃度ピークを有するようにイオン注入されているため、イオンを熱拡散させるための熱処理時間は、極めて短時間でよい。
【００５９】
以上のように画素分離層３５を形成した後、さらに、配線層、平坦化層、カラーフィルタ層、およびマイクロレンズ等を適宜形成することにより、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置が製造される。
【００６０】
これに対して、従来の不純物層の形成方法を適用して、上述の画素分離層３５と同様の画素分離層を形成する場合、以下のように形成される。
【００６１】
すなわち、下地層の表面に、画素分離層となる領域が開口したレジスト層を形成し、このレジスト層をマスクとして用いて下地層に、Ｐ型のイオン（例えばホウ素（Ｂ））を注入する。この際、深さ方向に複数の濃度ピークを持たせるために、例えば３００ｋＶ〜１４００ｋＶの範囲内でイオンの加速電圧を変えながら、複数回（例えば４回）のイオン注入を行う。これにより、上述の画素分離層３５と同様の画素分離層が形成される。なお、この後に熱処理を行い、注入されたイオンを熱拡散させてもよいが、この熱処理時間は、本実施形態と同様に、極めて短時間でよい。
【００６２】
以上に説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、従来の製造方法と比較して、イオンの注入回数が大幅に低減されるため、深い不純物層である画素分離層３５が短時間で形成される。従って、スループットを向上させることができる固体撮像装置の製造方法が提供される。
【００６３】
（第２の実施形態）
図１７は、上述の不純物層の形成方法を適用して製造されたＣＣＤ型の固体撮像装置の画素部を拡大して模式的に示す、図１１に相当する断面図である。なお、
この固体撮像装置の画素部の上面図は、図１０と同様であるため、図示とともに説明を省略する。
【００６４】
図１７に示すように、ＣＣＤ型の固体撮像装置の画素部は、Ｎ型のシリコン基板５０上に形成されている。すなわち、Ｎ型のシリコン基板５０の表面には、基板５０の表面から深部に至る領域に、Ｐ型のウェル層５１が形成されている。Ｐ型のウェル層５１は、シリコン基板５０の表面積に対して、例えば６０〜７０％程度の表面積になるように形成される。このウェル層５１の表面には、Ｎ＋型の不純物層からなる複数の光電変換部５２が、互いに離間するように配列形成されている。また、これらの各光電変換部５２の表面には、それぞれＰ＋型のバリア層５３が形成されている。
【００６５】
なお、これらの光電変換部５２上には、実際にはＣＭＯＳ型固体撮像装置と同様に、配線層、平坦化層、カラーフィルタ層、およびマイクロレンズ等が積層形成されており、これらによって画素が形成されるが、ここでは図示とともに説明を省略する。
【００６６】
この固体撮像装置において、画素の感度は、Ｐ型のウェル層５１のイオン濃度に依存する。特にウェル層５１の深さは、画素の長波長側の感度に依存する。従って、上述の固体撮像装置において、ウェル層５１は、所望の画素感度が得られる程度に深く、かつ濃いイオン濃度で形成されている。
【００６７】
以上に説明したＣＣＤ型の固体撮像装置の場合、これらの各光電変換部５２で発生した電子は、Ｎ型のシリコン基板５０上に形成されたＣＣＤからなる電荷伝送部（図示せず）に転送され、電荷伝送部（図示せず）は、電子を、この最終段に設けられた電荷・電圧変換部（図示せず）に転送する。
【００６８】
次に、上述のＣＣＤ型の固体撮像装置の製造方法を、図１８乃至図２１を参照して説明する。図１８は、この固体撮像装置の製造方法に適用されるグレーティングマスク５４の一部を拡大して示す上面図である。また、図１９乃至図２１は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１７に相当する断面図である。
【００６９】
ＣＣＤ型の固体撮像装置の場合、Ｎ型のシリコン基板５０の表面に、基板５０の表面から深部に至る領域にＰ型のウェル層５１を形成し、このウェル層５１の表面に、光電変換部５２等を形成することにより製造される。この固体撮像装置の製造方法においては、ウェル層５１の形成に対して、上述の不純物層の形成方法を適用する。そこで、まずウェル層５１を形成するためのグレーティングマスク５４について、図１８を参照して説明する。
【００７０】
図１８に示すように、ウェル層５１を形成するためのグレーティングマスク５４は、ウェル層５１の平面形状に対応した形状であって、場所によって透過率が異なる透過領域５５が、非透過領域（図示せず）で囲われたものである。
【００７１】
透過領域５５は、４つの微小な正方形状の部分領域を一つの単位透過領域５７として、複数の単位透過領域５７が配列形成された領域である。
【００７２】
４つの微小な正方形状の部分領域は、それぞれ一箇所の第１の透過部５６Ａ、第２の透過部５６Ｂ、および２箇所の第３の透過部５６Ｃからなる。これらは、第１の透過部５６Ａ、第２の透過部５６Ｂ、第３の透過部５６Ｃの順に透過率が高くなるように制御された領域である。そして、単位透過領域５７内において、これらの第１乃至第３の透過部５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃは、同一箇所が縦方向および横方向において隣り合わないように配列されている。
【００７３】
透過領域５５内には、以上に説明したような複数の単位透過領域５７が、同一の透過率を有する部分領域が隣り合わないように配列形成されている。
【００７４】
ウェル層５１は、図１８に示されるグレーティングマスク５４を用いて形成される。すなわち、図１９に示すように、Ｎ型のシリコン基板５０の表面上に、感光性のレジスト材料５８を形成する。そして、図１８に示されるグレーティングマスク５４を、この透過領域５５が所望の位置に配置されるように位置合わせをした後、グレーティングマスク５４を介してレジスト材料５８を露光する。この後、レジスト材料５８を現像する。これにより、シリコン基板５０の表面上に、グレーティングマスク５４の透過領域５５の透過率に対応して、３段階に膜厚が異なる複数の薄膜部からなる薄膜領域５９を有するレジスト層６０が形成される。複数の薄膜部は、例えば０μｍ〜１．７μｍ程度の範囲内において３段階に膜厚が異なるように形成される。
【００７５】
図１９において、薄膜領域５９内には、０μｍを含む２段階に膜厚が異なる第１の薄膜部６１Ａおよび第３の薄膜部６１Ｃが形成されている。しかし、実際の薄膜領域５９内には、図１９の断面に対して紙面垂直方向（以下、垂直方向と称する）に、さらに膜厚が異なる薄膜部が形成されている。すなわち、膜厚が０μｍである第１の薄膜部６１Ａに垂直方向において最も隣接する箇所には、厚い膜厚の第３の薄膜部６１Ｃが形成されており、図１９に示される第３の薄膜部６１Ｃに垂直方向において最も隣接する箇所には、第１の薄膜部６１Ａと第３の薄膜部６１Ｃとの中間の膜厚の第２の薄膜部（図示せず）が形成されている。
【００７６】
なお、薄膜領域５９内において、第３の薄膜部６１Ｃは、第１の薄膜部６１Ａまたは第２の薄膜部の数の２倍の数だけ形成されている。
【００７７】
次に、図２０に示すように、薄膜領域５９を介してシリコン基板５０に、Ｐ型のイオン（例えばホウ素（Ｂ））を、例えば２０００ｋＶ程度の加速電圧で注入する。イオンを注入すると、その後のイオンの水平方向への拡散により、薄膜領域５９の膜厚に応じて、濃度ピークの深さが異なる３種類の不純物領域、すなわち、濃度ピークの位置が深い順に、第１の不純物領域６２Ａ、第２の不純物領域６２Ｂ、第３の不純物領域６２Ｃが形成される。ここで、第３の薄膜部６１Ｃを貫通したイオン群によって形成される第３の不純物領域６２Ｃは、第１または第２の薄膜部６１Ａを貫通したイオン群によって形成される第１の不純物領域６２Ａまたは第２の不純物領域６２Ｂのイオン濃度の２倍のイオン濃度を有している。
【００７８】
さらに、各不純物領域６２Ａ乃至６２Ｃを形成した後、例えば１０時間程度熱処理を行い、注入されたイオンを熱拡散させる。これにより、図２１に示されるように、深いウェル層５１を形成することができる。
【００７９】
このようにウェル層５１を形成した後、このウェル層５１の表面に、光電変換部５２およびバリア層５３をそれぞれ形成し、さらに、配線層、平坦化層、カラーフィルタ層、およびマイクロレンズ等を適宜形成することにより、ＣＣＤ型の固体撮像装置が製造される。
【００８０】
これに対して、従来の不純物層の形成方法を適用して、上述のウェル層５１と同様のウェル層を形成する場合、以下のように形成される。
【００８１】
すなわち、シリコン基板の表面に、ウェル層となる領域が開口したレジスト層を形成し、このレジスト層をマスクとして用いてシリコン基板に、Ｐ型のイオン（例えばホウ素（Ｂ））を、例えば１００ｋＶ程度の加速電圧で注入する。この後、注入されたイオンを、３０時間程度熱拡散させる。これにより、上述のウェル層５１と同様のウェル層が形成される。
【００８２】
ここで、図２２に、本実施形態の製造方法により、上述の条件を適用して形成されたウェル層５１の濃度プロファイル、および従来の不純物層の形成方法により、上述の条件を適用して形成されたウェル層の濃度プロファイルを示す。図２２に示すように、本実施形態の製造方法により形成されたウェル層５１の濃度プロファイル（図中の実線Ｄ１）は、従来の不純物層の形成方法により形成されたウェル層の濃度プロファイル（図中の実線Ｄ２）にほぼ一致していることが分かる。
【００８３】
また、図２３に、本実施形態の製造方法により、上述の条件を適用して形成されたウェル層５１を有する固体撮像装置の分光特性、および従来の不純物層の形成方法により、上述の条件を適用して形成されたウェル層を有する固体撮像装置の分光特性を示す。図２３に示すように、本実施形態の製造方法により形成された固体撮像装置の分光特性（図中の実線Ｓ１）は、従来の不純物層の形成方法により形成されたウェル層を有する固体撮像装置の分光特性（図中の実線Ｓ２）にほぼ一致していることが分かる。
【００８４】
以上に説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、複数のイオン濃度ピークが深さ方向において異なる位置に形成されるように、イオンが注入されるため、その後の熱拡散工程に必要な時間を大幅に短縮することができる。従って、図２２、図２３からも明らかなように、従来の不純物層の形成方法により形成されたウェル層とほぼ同一のウェル層５１を短時間で形成することができる。従って、スループットを向上させることができる固体撮像装置の製造方法が提供される。
【００８５】
なお、上述の不純物層の形成方法、および固体撮像装置の製造方法は、従来とほぼ同じイオン濃度分布を有する画素分離層３５およびウェル層５１等の深い不純物層２２を、従来よりも短時間で形成することができる方法である。しかし、本願発明によれば、グレーティングマスク１０、３６、５４の単位透過領域１４、４０、５７内の複数の透過部の数、および配列を適宜コントロールすることにより、さらに、製造時間をそのままに、不純物層２２の深部方向のイオン濃度をコントロールすることもできる。以下に、画素感度が向上するようにイオン濃度がコントロールされたウェル層６０を含む固体撮像装置の製造方法を、第３の実施形態として説明する。
【００８６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法と比較して、画素感度が向上するように深部方向のイオン濃度がコントロールされたウェル層６０を有する固体撮像装置の製造方法である。従って、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置は、ウェル層６０のイオン濃度が異なる他は、図１０および図１７と同様である。
【００８７】
以下に、第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を、図２４乃至図２７を参照して説明する。図２４は、この固体撮像装置の製造方法に適用されるグレーティングマスク６１の一部を拡大して示す上面図である。また、図２５乃至図２７は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１７に相当する断面図である。
【００８８】
図２４に示すグレーティングマスク６１は、ウェル層６０の平面形状に対応した形状であって、場所によって透過率が異なる透過領域６２が、非透過領域（図示せず）で囲われたものである。
【００８９】
透過領域６２は、９つの微小な正方形状の部分領域を一つの単位透過領域６３として、複数の単位透過領域６３が配列形成された領域である。
【００９０】
９つの微小な正方形状の部分領域は、それぞれ３箇所の第１の透過部６４Ａ、第２の透過部６４Ｂ、第３の透過部６４Ｃからなる。これらは、第１の透過部６４Ａ、第２の透過部６４Ｂ、第３の透過部６４Ｃの順に透過率が高くなるように制御された領域である。そして、単位透過領域６３内において、これらの第１乃至第３の透過部６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃは、同一箇所が縦方向および横方向において隣り合わないように配列されている。
【００９１】
透過領域６２内には、以上に説明したような複数の単位透過領域６３が、同一の透過率を有する部分領域が隣り合わないように配列形成されている。
【００９２】
すなわち、図２４に示すグレーティングマスク６１は、図１８に示すグレーティングマスク５４と比較して、単位透過領域６３内の第３の透過部６４Ｃに対する第１の透過部６４Ａおよび第２の透過部６４Ｂの数の比が増加している点が異なる。
【００９３】
画素感度が向上するようにイオン濃度がコントロールされたウェル層６０は、図２４に示されるグレーティングマスク６１を用いて形成される。すなわち、図２５に示すように、Ｎ型のシリコン基板５０の表面上に、感光性のレジスト材料６５を形成する。そして、図２４に示されるグレーティングマスク６１を、この透過領域６２が所望の位置に配置されるように位置合わせをした後、グレーティングマスク６１を介してレジスト材料６５を露光する。この後、レジスト材料６５を現像する。これにより、シリコン基板５０の表面上に、グレーティングマスク６１の透過領域６２の透過率に対応して、３段階に膜厚が異なる複数の薄膜部からなる薄膜領域６６を有するレジスト層６７が形成される。複数の薄膜部は、例えば０μｍ〜１．７μｍ程度の範囲内において３段階に膜厚が異なるように形成される。
【００９４】
なお、図２５には、３段階に膜厚が異なる第１の薄膜部６８Ａ、第２の薄膜部６８Ｂ、第３の薄膜部６８Ｃ（ただし、膜厚が薄い順に第１の薄膜部６８Ａ、第２の薄膜部６８Ｂ、第３の薄膜部６８Ｃ）を一列とする薄膜領域６６の任意の一列のみが示されている。しかし、実際の薄膜領域６６内の他の列には、グレーティングマスク６１の透過領域６２の透過率に応じて配列された第１の薄膜部６８Ａ、第２の薄膜部６８Ｂ、第３の薄膜部６８Ｃが形成されている。
【００９５】
なお、薄膜領域６６内において、第１の薄膜部６８Ａ、第２の薄膜部６８Ｂ、第３の薄膜部６８Ｃは、それぞれ同数だけ形成されている。
【００９６】
すなわち、薄膜領域６６は、図１９に示される薄膜領域５９と比較して、第３の薄膜部６８Ｃの数に対する、第１の薄膜部６８Ａおよび第２の薄膜部６８Ｂの数の比が増加している。
【００９７】
次に、図２６に示すように、薄膜領域６６を介してシリコン基板５０に、Ｐ型のイオン（例えばホウ素（Ｂ））を、例えば２０００ｋＶ程度の加速電圧で注入する。イオンを注入すると、その後のイオンの水平方向への拡散により、薄膜領域６６の膜厚に応じて、濃度ピークの深さが異なる３種類の不純物領域、すなわち、濃度ピークの位置が深い順に、第１の不純物領域６９Ａ、第２の不純物領域６９Ｂ、第３の不純物領域６９Ｃが形成される。
【００９８】
ここで、上述のように、第３の薄膜部６８Ｃの数に対する、第１の薄膜部６８Ａまたは第２の薄膜部６８Ｂの数の比が、図１９に示される薄膜領域５９と比較して増加しているため、第１の不純物領域６９Ａおよび第２の不純物領域６９Ｂの不純物濃度は、図２０に示される第１の不純物領域６２Ａおよび第２の不純物領域６２Ｂと比較して、増加したものとなる。
【００９９】
さらに、各不純物領域６９Ａ乃至６９Ｃを形成した後、例えば１０時間程度熱処理を行い、注入されたイオンを熱拡散させる。これにより、図２７に示されるように、深いウェル層６０を形成することができる。
【０１００】
図２８は、この方法により形成されたウェル層６０のイオン濃度プロファイルと、第２の実施形態に係る方法により形成されたウェル層５１のイオン濃度プロファイルとを、比較して示すグラフである。
【０１０１】
図２８に示すように、本実施形態に係る方法により形成されたウェル層６０（図中の実線）は、第２の実施形態に係る方法により形成されたウェル層５１（図中の点線）と比較して、深部におけるイオン濃度が向上している。
【０１０２】
以上のようにウェル層６０を形成した後、このウェル層６０の表面に、光電変換部５２およびバリア層５３をそれぞれ形成し、さらに、配線層、平坦化層、カラーフィルタ層、およびマイクロレンズ等を適宜形成することにより、ＣＣＤ型の固体撮像装置が製造される。
【０１０３】
以上に説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法であっても、複数のイオン濃度ピークが深さ方向において異なる位置に形成されるように、イオンが注入されるため、その後の熱拡散工程に必要な時間を大幅に短縮することができる。従って、ウェル層６０を短時間で形成することができるため、スループットを向上させることができる固体撮像装置の製造方法が提供される。
【０１０４】
さらに、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法に用いられたグレーティングマスク５４と比較して、単位透過領域６３内の第３の透過部６４Ｃに対する第１、第２の透過部６４Ａ、６４Ｂの数の比が増加するように制御されたグレーティングマスク６１を用いてウェル層６０を形成する。従って、グレーティングマスク５４を用いて形成されたウェル層５１と比較して、深部のイオン濃度が向上したウェル層６０を形成することができる。これにより、第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置と比較して、特に長波長側の画素感度が向上した固体撮像装置を製造することができる。
【０１０５】
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【０１０６】
例えば、上述の各グレーティングマスク１０、３６、５４、６１においては、単位透過領域１４、４０、５７、６３を、それぞれ３段階若しくは４段階に透過率が異なった複数の透過部により構成した。しかし、単位透過領域は、２段階以上に透過率が異なった２つ以上の透過部により構成されていればよい。従って、上述の各グレーティングマスク１０、３６、５４、６１によって形成されるレジストユニット２０の形状も、図６に示される形状に限定されるものではなく、レジストユニットは、２段階以上に膜厚が異なった２つ以上の薄膜部により構成されればよい。
【０１０７】
また、上述の各グレーティングマスク１０、３６、５４、６１においては、単位透過領域１４、４０、５７、６３がそれぞれ２次元状に配列された。しかし、本発明の実施形態に係るグレーティングマスクは、単位透過領域１４、４０、５７、６３が、少なくとも列方向または行方向に配列されたものであってもよい。
【０１０８】
なお、本願において、マスク、若しくは露光用マスクと称する場合は、上述した本発明に係るグレーティングマスク１０、３６、５４、６１のようにマスク自身を示す他、これらのマスクを形成するための設計データも含むものとする。
【符号の説明】
【０１０９】
１０、３６、５４、６１・・・グレーティングマスク
１１、３８、５５、６２・・・透過領域
１２、３７・・・非透過領域
１３Ａ、３９Ａ、５６Ａ、６４Ａ・・・第１の透過部
１３Ｂ、３９Ｂ、５６Ｂ、６４Ｂ・・・第２の透過部
１３Ｃ、３９Ｃ、５６Ｃ、６４Ｃ・・・第３の透過部
１３Ｄ、３９Ｄ・・・第４の透過部
１４、４０、５７、６３・・・単位透過領域
１５・・・半導体基板
１６、４１、５８、６５・・・レジスト材料
１７、４２、５９、６６・・・薄膜領域
１８、４３、６０、６７・・・レジスト層
１９Ａ、６１Ａ、６８Ａ・・・第１の薄膜部
１９Ｂ、６８Ｂ・・・第２の薄膜部
１９Ｃ、６１Ｃ、６８Ｃ・・・第３の薄膜部
１９Ｄ・・・第４の薄膜部
２０・・・レジストユニット
２１Ａ、４５Ａ、６２Ａ、６９Ａ・・・第１の不純物領域
２１Ｂ、４５Ｂ、６２Ｂ、６９Ｂ・・・第２の不純物領域
２１Ｃ、４５Ｃ、６２Ｃ、６９Ｃ・・・第３の不純物領域
２１Ｄ、４５Ｄ・・・第４の不純物領域
２１Ａ´・・・第１のイオン群
２１Ｂ´・・・第２のイオン群
２１Ｃ´・・・第３のイオン群
２１Ｄ´・・・第４のイオン群
２２・・・不純物層
３０・・・画素
３１、５０・・・シリコン基板
３２・・・下地層
３３、５２・・・光電変換部
３４、５３・・・バリア層
３５・・・画素分離層
４４Ａ、４４Ｂ・・・薄膜部
５１、６０・・・ウェル層
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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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１４】
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【図１８】
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【図２４】
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