(57)【要約】【課題】  意図しないレジスト残渣に起因する不純物がイオン注入工程において基板内部へ侵入し、異常キャリアとなって活性化するのを防ぐ。【解決手段】  半導体基板１１上に、レジスト材料１２からなる所定のレジストパターンを形成する工程後、かかるレジストパターンをマスクとして半導体基板内に不純物イオン１５の注入を行う前に、半導体基板上のレジストパターンの形成領域外の領域に存在するレジスト残渣１３を、プラズマ処理により取り除く。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上に、レジスト材料を堆積して露光および現像処理を行い、所定のレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記半導体基板内に不純物イオン注入を行う工程と、
前記レジストパターンの形成後、前記不純物イオン注入の前に、前記半導体基板上の前記レジストパターンの形成領域外の領域に残存する前記レジスト材料をプラズマ処理により除去する工程を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記半導体装置が、複数の固体撮像素子を備えた固体撮像装置であり、
前記イオン注入を行う工程が、前記固体撮像素子のフォトダイオード形成のための不純物層の形成工程であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入により不純物半導体領域が形成される半導体装置の製造方法に関し、特に、固体撮像装置の各画素のフォトダイオード部の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等の半導体装置の製造では、半導体基板の所望領域への不純物導入法として、イオン注入法が用いられる。かかるイオン注入法で半導体領域を形成する場合、通常、イオン注入用のマスクとしてレジストパターンマスクが用いられる。かかるレジストパターンマスクは、半導体基板上にフォトレジスト膜を塗布形成した後、フォトレジスト膜をマスクとなるパターンに露光し、現像して形成される。
【０００３】
上記のレジストパターンマスクの形成技術として、以下の特許文献１〜３が挙げられる。
【０００４】
特許文献１に記載の発明は、基板表面に存在するアミン、水酸基等の塩基性物質をレジスト塗布前に酸素プラズマ等の活性粒子で処理し、物理的エネルギーにより除去することで、レジスト膜表面または基板とレジスト膜の界面付近でのレジストパターンが異常な形状となるのを防ぐものである。すなわち、レジスト塗布前にプラズマ処理を行い、基板表面の汚染を除去する技術である。
【０００５】
特許文献２に記載の発明は、塗布され、露光されたレジスト表面の難溶化層を酸素プラズマで全面アッシングすることにより、後の現像工程においてレジスト表面に難溶化層が残らないきれいなレジストパターンを形成するものである。すなわち、露光後、現像前にプラズマ処理を行い、きれいなレジストパターンを形成する技術である。
【０００６】
特許文献３に記載の発明は、塗布され、露光されたレジスト表面をプラズマ処理により親水性に変化させ、これにより現像液に対するレジストの濡れ特性を改善し、現像欠陥を低減するものである。すなわち、露光後、現像前にプラズマ処理を行い、きれいなレジストパターンを形成する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３４１５３６号公報
【特許文献２】特開平７−１９９４８３号公報
【特許文献３】特開平９−２４６１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体デバイスの高性能化に伴い、デバイス上の加工寸法は縮小化・複雑化し、これを実現するために解像力に優れ、倒れたりしない微細フォトレジストパターン形成が必要である。
【０００９】
一方、レジストパターンは、レジスト材料や露光の際に用いる光源によって微細パターンの限界が存在する。この限界を超えた微細パターンでは、マスクとして十分な機能が得られず、精度のよい半導体装置を作製することはできない。特に、固体撮像素子では、光電変換部と共に画素を構成するＭＯＳトランジスタのレイアウトが微細かつ複雑であり、このイオン注入用マスクとなるレジストマスクは、デザインルール制限の要因になっている。
【００１０】
解像力に優れ、倒れたり傾いたりしない微細フォトレジストパターンを形成する方法として、レジストに不純物を含有させ、これによりレジストと基板の界面に不溶化層を形成させる手法があるが、レジスト残渣が出やすい。特に、膜厚が厚くアスペクト比の大きいフォトレジストパターンにおいて現像溶解性が劣り、レジスト残渣が出やすくなる。これは、特に膜厚が２μｍ以上で、アスペクト比が３以上で顕著となる。
【００１１】
このように、フォトレジストパターン形成工程において、本来ならば現像で全て除去されるべき基板上にレジストが不純物として残存すると、このフォトパターンをマスクとして用いるイオン注入工程において、本来の意図とは異なるレジストまたはこれに含有する不純物が基板内部へ侵入し、アニール工程で活性化し異常キャリアとなって、不良や特性劣化の要因になる。
【００１２】
上述の問題を鑑み、本発明は、意図しないレジスト不純物が基板内部へ侵入するのを防ぐことができる半導体装置の製造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】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法であって、半導体基板上に、レジスト材料を堆積して露光および現像処理を行い、所定のレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記半導体基板内に不純物イオン注入を行う工程と、前記レジストパターンの形成後、前記不純物イオン注入の前に、前記半導体基板上の前記レジストパターンの形成領域外の領域に残存する前記レジスト材料をプラズマ処理により除去する工程を有することを特徴とする。
【００１４】
上記特徴の半導体装置の製造方法は、更に、前記半導体装置が、複数の固体撮像素子を備えた固体撮像装置であり、前記イオン注入を行う工程が、前記固体撮像素子のフォトダイオード形成のための不純物層の形成工程であることであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に依れば、イオン注入用のレジストマスクパターン形成後、本来なら現像で全て除去されるべき基板上に残った不要なレジスト不純物をプラズマ処理で除去することにより、その後のイオン注入工程において、異常キャリアの元となる不要な不純物が基板内部へ侵入し、アニール工程で活性化し異常キャリアとなるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法（不純物イオン注入方法）を説明する工程断面図
【図２】従来のイオン注入工程を説明する工程断面図
【図３】本発明の製造方法（不純物イオン注入方法）を適用可能な半導体装置（固体撮像装置）の一例を示すデバイス構造の模式的な断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を図１に示す。図１（ａ）〜（ｆ）は、半導体装置の製造において一般的に用いられるイオン注入工程において、本発明を適用する場合の製造工程の工程断面図である。
【００１８】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１１上にレジスト材料１２を堆積後、露光および現像処理を行い、所定のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、不純物領域の形成領域に開口部を有している。しかしながら、レジストパターンの微細化に伴って、当該開口部において、レジスト材料１２を完全に除去することができず、レジスト残渣１３が基板１１の露出面上に残存する場合がある。この状態で不純物イオン注入を行うと、レジスト残渣１３中の不純物が基板１１内に浸入し、異常キャリアの原因となる。
【００１９】
そこで、本発明では、図１（ｂ）に示すように、不純物イオン注入の前にプラズマ処理を行い、レジスト残渣１３を除去する。プラズマ処理の原料１４としては酸素、アルゴンなどが挙げられ、プラズマ処理の時間は不純物の大きさなど、程度により様々であるが、目視では確認できない程の微小な不純物であれば数秒で充分に除去できる。図１（ｃ）に、プラズマ処理後の状態を示す。開口部上に残存していたレジスト残渣１３は、プラズマ処理により取り除かれている。
【００２０】
その後、図１（ｄ）に示すように、不純物イオン１５の注入を行う。その後、アニール処理を行うことにより、図１（ｅ）に示すように、所定の深さに、キャリア１６が導入され、不純物半導体層が形成される。
【００２１】
その後、図１（ｆ）に示すように、レジスト材料１２により形成されたレジストパターンを除去することにより、本発明のイオン注入工程は完了する。
【００２２】
これに対し、従来のイオン注入工程を用いる場合の製造工程の工程断面図を図２（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、図２（ａ）〜（ｃ）は、図１（ｄ）〜（ｆ）に、夫々対応している。
【００２３】
従来のイオン注入工程では、図２（ａ）に示すように、レジストパターンの開口部にレジスト残渣１３が残存した状態で、不純物イオン１５の注入を行うことになる。この結果、図２（ｂ）に示すように、アニール処理により、キャリア１６が導入されるほか、レジスト残渣１３を構成する不純物も、異常キャリア１７となって基板１１内に侵入する。
【００２４】
この結果、レジストパターンを除去後の図２（ｃ）において、正常キャリア１６のほか、異常キャリア１７を含む不純物半導体層が形成されてしまう。この異常キャリアは、不良や特性劣化の要因になる。
【００２５】
一方、本発明では、レジストパターンの形成（図１（ａ））の後、不純物イオン注入（図１（ｄ））の前に、半導体基板１１上のレジストパターンの開口部（レジストパターンの形成領域外の領域）に残存するレジスト材料１２をプラズマ処理により除去する工程（図１（ｂ、ｃ））が追加されており、これにより、開口部に残存するレジスト残渣を確実に除去し、異常キャリア１７の発生を防止することができる。
【００２６】
図３に本発明の製造方法を適用可能な半導体装置の具体例を示す。図３に示す半導体装置は、特開２００８−９１０７２号公報に開示された、複数の固体撮像素子を備えた固体撮像装置であり、特に、固体撮像素子のフォトダイオード部の形成領域を示すデバイス構造の模式的な断面図である。
【００２７】
素子分離膜２２により画素を構成する固体撮像素子毎に区画された能動領域上の、低濃度ｎ‐型の半導体基板２１内の深い位置に、低濃度のｐ‐型のウェル２３が形成され、ｐ‐型のウェル２３の上方に、ｎ型の電荷蓄積層２４、及び、高濃度のｐ＋型不純物層２５が、半導体基板２１側から表面側にこの順で積層され、フォトダイオード２７が形成されている。素子分離膜２２の端部を覆うように、ｐ型の不純物領域２６が、ｎ型の電荷蓄積層２４及び高濃度ｐ＋型不純物層２５が素子分離膜２２と直接接しないように素子分離膜２２の外縁に形成されている。ｐ型の不純物領域２６は、フォトダイオード２７からの空乏層が素子分離領域と接しないように空乏層ストッパとして設けられており、素子分離膜２２を構成する酸化膜と半導体層との界面に生じる界面準位により生じる暗電流を防止するためのものである。ｐ型の不純物領域２６は、素子分離膜２２形成用の溝を形成後、かかる溝にｐ型の不純物をイオン注入することにより形成される。また、図示しないが、フォトダイオード２７と隣接するように、光電変換によりｎ型の電荷蓄積層２４に蓄積された信号電荷を検知するためのＭＯＳトランジスタが、能動領域内に設けられている。
【００２８】
ここで、低濃度のｐ‐型のウェル２３は、半導体基板２１全面の不純物イオン注入により形成されるが、ｎ型の電荷蓄積層２４、及び、高濃度ｐ＋型不純物層２５は、ｐ型の不純物領域２６及び素子分離膜２２の形成後、ｐ型の不純物領域２６の形成領域を除くフォトダイオード２７の形成領域を開口部とするレジストパターンを形成後、不純物イオン注入により形成される。
【００２９】
したがって、レジストパターンの形成工程において、開口部内にレジストが残存していると、レジスト残渣中の不純物が半導体基板２１内に侵入し、アニール工程により異常キャリアとなって活性化する虞がある。この異常キャリアは、固体撮像素子における暗電流増加の原因となる。
【００３０】
なお、一般のＭＯＳトランジスタの製造工程では、通常、ソース・ドレイン領域の形成ではゲート電極をマスクとして、レジストパターンを形成することなく自己整合的にイオン注入が行われるため、ソース・ドレイン領域に異常キャリアが発生するという問題は生じない。しかしながら、固体撮像素子の製造工程では、上述したように、フォトダイオードの形成のためのレジストマスクを必要とし、且つフォトダイオード形成および信号検出用のＭＯＳトランジスタのレイアウトが微細かつ複雑であるため、レジスト残渣に起因する異常キャリアの問題が生じる。
【００３１】
本発明の製造方法を用いることで、フォトダイオード形成領域に残存するレジスト残渣は予め取り除かれるため、異常キャリアが発生することはなく、暗電流の増加を防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、半導体装置の製造工程に利用可能であり、特に、不純物イオン注入のためのレジストマスクの形成工程に利用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１１：  半導体基板
１２：  レジスト材料
１３：  レジスト残渣
１４：  プラズマ
１５：  イオン注入される不純物
１６：  正常キャリア
１７：  異常キャリア
２１：  半導体基板
２２：  素子分離膜
２３：  ウェル（ｐ‐型）
２４：  電荷蓄積層（ｎ型）
２５：  高濃度不純物層（ｐ＋型）
２６：  不純物領域（ｐ型）
２７：  フォトダイオード
【図１】
2013149726.tif 000003
【図２】
2013149726.tif 000004
【図３】
2013149726.tif 000005