(57)【要約】【課題】フォトダイオードの飽和電荷量Ｑｓの低下を防止可能な固体撮像素子を提供する。【解決手段】固体撮像素子は、フォトダイオードと、画素分離領域と、高濃度部とを具備する。上記フォトダイオードは、主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列される。上記画素分離領域は、上記半導体基板に設けられ、非キャリア性の第１不純物と、ホウ素から成る第２不純物とを含み、上記複数のフォトダイオードの間に配置される。上記高濃度部は、上記画素分離領域に設けられ、上記第１不純物の濃度と、上記第２不純物の濃度とがいずれも相対的に高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列されるフォトダイオードと、
前記半導体基板に設けられ、非キャリア性の第１不純物と、ホウ素から成る第２不純物とを含み、前記複数のフォトダイオードの間に配置される画素分離領域と、
前記画素分離領域に設けられ、前記第１不純物の濃度と、前記第２不純物の濃度とがいずれも相対的に高い高濃度部と
を具備する固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記第１不純物は炭素から成る
固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記高濃度部は、前記主面からの深さが相互に異なる複数の高濃度部を有する
固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記半導体基板に設けられ、前記第１不純物と前記第２不純物とを含み、前記主面に前記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域を更に具備する
固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記高濃度部及び前記フォトダイオードにわたって前記主面に平行に延び、前記第１不純物の濃度が相対的に高い高濃度層を更に具備する
固体撮像素子。
【請求項６】
主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列される複数のフォトダイオードの間を仕切るための画素分離領域を形成する固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板に対して、予め設定される飛程位置に基づいた条件で、前記主面から非キャリア性の第１不純物の第１イオン注入を行い、
前記第１イオン注入を行った前記半導体基板の熱処理を行い、
前記熱処理を行った前記半導体基板の前記画素分離領域に対して、前記飛程位置に基づいた条件で、前記主面からホウ素から成る第２不純物の第２イオン注入を行う
固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第１イオン注入は、前記画素分離領域に対して行われる
固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第１イオン注入は、前記複数のフォトダイオード及び前記画素分離領域に対して行われる
固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第１イオン注入による前記飛程位置ごとの前記第１不純物のドーズ量は５×１０１０ｉｏｎ／ｃｍ２以上１×１０１３ｉｏｎ／ｃｍ２以下の範囲内である
固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記熱処理では、前記半導体基板を、１０００℃以上で、１０分以上１０時間以下保持する
固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第１イオン注入及び前記第２イオン注入は、相互に異なる複数の飛程位置に基づいた複数の条件でそれぞれ行われる
固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第１イオン注入及び前記第２イオン注入は、前記画素分離領域に加え、前記主面に前記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域に対しても行われる
固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
更に、前記第２イオン注入を行った前記半導体基板の熱処理を行う
固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、フォトダイオードの間を仕切るための画素分離領域が設けられる固体撮像素子、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な固体撮像素子は、フォトダイオードが並べて形成された半導体基板を有する。固体撮像素子の半導体基板には、各画素ごとにフォトダイオードの間を仕切るための画素分離領域が設けられる。画素分離領域は、例えば、半導体基板へのホウ素（Ｂ）のイオン注入により形成される。
【０００３】
画素分離領域へのホウ素のドーズ量が不足すると、画素分離領域による各フォトダイオードの分離が不十分となり、画素間の混色が発生する。一方、画素分離領域へのホウ素のドーズ量が過剰であると、フォトダイオードに欠陥が発生しやすくなる。つまり、画素分離領域へのホウ素のドーズ量が多すぎても少なすぎても、固体撮像素子の品質が低下してしまう。
【０００４】
画素分離領域へのホウ素のドーズ量が適切である場合であっても、画素分離領域のホウ素が、製造プロセスにおける熱履歴に応じて、フォトダイオードに拡散してしまう場合がある。このような場合に、画素分離領域におけるホウ素の濃度が低下するため、画素分離領域による各フォトダイオードの分離が不十分になりやすい。
【０００５】
また、各フォトダイオードへのホウ素の拡散により、各フォトダイオードにおける光電変換領域が縮小する。これにより、フォトダイオードの飽和電荷量Ｑｓが低下してしまう。近年、固体撮像素子の画素の微細化に伴い、各フォトダイオードの小型化が進んできている。小型のフォトダイオードでは、ホウ素の拡散による飽和電荷量Ｑｓの低下がより顕著に現れる。
【０００６】
特許文献１には、Ｐ型領域のホウ素がＮ型領域に拡散することを抑制可能な技術が開示されている。特許文献１に記載の技術では、Ｐ型領域とＮ型領域との間に炭化シリコン層が配置される。ホウ素は炭化シリコン層に拡散しにくいため、Ｐ型領域のホウ素は、炭化シリコン層によって、Ｎ型領域への拡散が妨げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−０７７４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ホウ素のイオン注入により形成される画素分離領域には、イオン注入法の性質上、その深さ方向にホウ素の濃度分布が生じる。画素分離領域では、ホウ素の濃度が高い部分ほどホウ素がフォトダイオードに拡散しやすく、ホウ素の濃度が低い部分ほどホウ素がフォトダイオードに拡散しにくくなる。つまり、画素分離領域には、ホウ素がフォトダイオードに拡散しやすい高濃度部と、ホウ素がＮ型領域に拡散しにくい低濃度部とが生じる。
【０００９】
その点、特許文献１に記載の技術では、炭化シリコン層によって、Ｐ型領域の低濃度部からＮ型領域へのホウ素の拡散を良好に抑制できても、Ｐ型領域の高濃度部からＮ型領域へのホウ素の拡散を充分に抑制できない場合があり得る。したがって、特許文献１に記載の技術を用いたとしても、やはり画素分離領域のホウ素のフォトダイオードへの拡散が生じるため、フォトダイオードの飽和電荷量Ｑｓが低下してしまう。
【００１０】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、フォトダイオードの飽和電荷量Ｑｓの低下を防止可能な固体撮像素子、及びそ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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る固体撮像素子は、フォトダイオードと、画素分離領域と、高濃度部とを具備する。
上記フォトダイオードは、主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列される。
上記画素分離領域は、上記半導体基板に設けられ、非キャリア性の第１不純物と、ホウ素から成る第２不純物とを含み、上記複数のフォトダイオードの間に配置される。
上記高濃度部は、上記画素分離領域に設けられ、上記第１不純物の濃度と、上記第２不純物の濃度とがいずれも相対的に高い。
【００１２】
この構成では、画素分離領域におけるホウ素が多く含まれる高濃度部に、ホウ素の拡散を抑制する機能を有する非キャリア性の第１不純物が多く含まれる。画素分離領域内のホウ素は高濃度であるほど拡散しやすく、画素分離領域内の第１不純物は高濃度であるほどホウ素の拡散を良好に抑制する。
【００１３】
したがって、高濃度部では、高濃度のホウ素がフォトダイオードに拡散しようとするものの、高濃度の第１不純物がホウ素のフォトダイオードへの拡散を妨げるように作用する。このように、この構成では、画素分離領域にホウ素の濃度分布がある場合にも、第１不純物によってホウ素のフォトダイオードへの拡散が良好に抑制される。そのため、この固体撮像素子では、フォトダイオードの飽和電荷量Ｑｓの低下を防止することができる。
【００１４】
上記第１不純物は炭素から成ってもよい。
この構成では、炭素から成る第１不純物がホウ素の拡散をより良好に抑制可能であるため、フォトダイオードの飽和電荷量Ｑｓの低下をより効果的に防止可能である。
【００１５】
上記高濃度部は、上記主面からの深さが相互に異なる複数の高濃度部を有してもよい。
この構成では、画素分離領域がホウ素の濃度が高い複数の高濃度部を含む場合にも、当該複数の高濃度部における高濃度の第１不純物により、ホウ素のフォトダイオードへの拡散を良好に抑制することができる。
【００１６】
上記半導体基板に設けられ、上記第１不純物と上記第２不純物とを含み、上記主面に上記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域を更に具備してもよい。
この構成では、画素分離領域及び下層領域によって各フォトダイオードを区画可能であるとともに、画素分離領域及び下層領域からフォトダイオードへのホウ素の拡散を良好に抑制することができる。
【００１７】
上記高濃度部及び上記フォトダイオードにわたって上記主面に平行に延び、上記第１不純物の濃度が相対的に高い高濃度層を更に具備してもよい。
この構成では、半導体基板に対して画素分離領域のパターニングを行うことなく、画素分離領域に第１不純物をイオン注入することが可能となる。そのため、製造プロセスの簡略化や製造コストの低減を図ることができる。
【００１８】
本技術の一形態に係る固体撮像素子の製造方法では、主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列される複数のフォトダイオードの間を仕切るための画素分離領域が形成される。
上記半導体基板に対して、予め設定される飛程位置に基づいた条件で、上記主面から非キャリア性の第１不純物の第１イオン注入が行われる。
上記第１イオン注入を行った上記半導体基板の熱処理が行われる。
上記熱処理を行った上記半導体基板の上記画素分離領域に対して、上記飛程位置に基づいた条件で、上記主面からホウ素から成る第２不純物の第２イオン注入が行われる。
【００１９】
この構成では、画素分離領域の飛程位置にホウ素の第２イオン注入を行う前に、当該飛程位置に予め非キャリア性の第１不純物の第１イオン注入が行われる。これにより、画素分離領域において、第１イオン注入による第１不純物と、第２イオン注入によるホウ素とが、同様の濃度分布を有するようになる。
【００２０】
したがって、ホウ素の濃度が高い部分では第１不純物の濃度も高くなるため、ホウ素のフォトダイオードへの拡散が第１不純物によって良好に抑制される。また、ホウ素の濃度が低い部分では第１不純物の濃度も低くなるため、画素分離領域における第１不純物のドーズ量が抑制され、フォトダイオードにおける欠陥の発生が抑制される。
【００２１】
上記第１イオン注入は、上記画素分離領域に対して行われてもよい。
上記第１イオン注入は、上記複数のフォトダイオード及び上記画素分離領域に対して行われてもよい。
これらにより、画素分離領域に第１イオン注入を行う具体的な構成が提供される。複数のフォトダイオード及び画素分離領域に対して第１イオン注入を行う構成では、第１イオン注入前に半導体基板の主面をパターニングする必要がないため、製造プロセスの簡略化や製造コストの低減を図ることができる。
【００２２】
上記第１イオン注入による上記飛程位置ごとの上記第１不純物のドーズ量は５×１０１０ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上１×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下の範囲内であってもよい。
この構成では、第１イオン注入による各飛程位置ごとの第１不純物のドーズ量を、フォトダイオードへのホウ素の拡散を効果的に抑制するために充分で、かつ、フォトダイオードにおける欠陥の発生を抑制可能な範囲内とすることができる。
【００２３】
上記熱処理では、上記半導体基板を、１０００℃以上で、１０分以上１０時間以下保持してもよい。
この構成により、第１イオン注入によりフォトダイオードに生じる欠陥を良好に回復させることが可能となる。
【００２４】
上記第１イオン注入及び上記第２イオン注入は、相互に異なる複数の飛程位置に基づいた複数の条件でそれぞれ行われてもよい。
この構成では、相互に異なる複数の飛程位置に基づいた複数の条件で第２イオン注入を行う前に、当該第２イオン注入と同様の複数の飛程位置に基づいた複数の条件で第１イオン注入が行われる。これにより、画素分離領域において、第１イオン注入による第１不純物と、第２イオン注入によるホウ素とが、同様の濃度分布を有するようになる。
【００２５】
上記第１イオン注入及び上記第２イオン注入は、上記画素分離領域に加え、上記主面に上記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域に対しても行われてもよい。
この構成では、画素分離領域及び下層領域によって各フォトダイオードを区画可能であるとともに、画素分離領域及び下層領域からフォトダイオードへのホウ素の拡散を良好に抑制することができる。
【００２６】
更に、上記第２イオン注入を行った上記半導体基板の熱処理が行われてもよい。
この構成により、第２イオン注入によりフォトダイオードに生じる欠陥を良好に回復させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本技術によれば、フォトダイオードの飽和電荷量Ｑｓの低下を防止可能な固体撮像素子、及びその製造方法を提供することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本技術の第１の実施形態に係る固体撮像素子の部分断面図である。
【図２】上記固体撮像素子の図１の一点鎖線で囲んだ部分における不純物の濃度分布を示す図である。
【図３】上記固体撮像素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】上記固体撮像素子の製造プロセスにおける部分断面図である。
【図５】上記固体撮像素子の製造プロセスにおける不純物の濃度分布を示す図である。
【図６】上記固体撮像素子の製造プロセスにおける部分断面図である。
【図７】本技術の第２の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図８】上記固体撮像素子の製造プロセスにおける不純物の濃度分布を示す図である。
【図９】上記固体撮像素子の製造プロセスにおける部分断面図である。
【図１０】本技術の第３の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図１１】上記固体撮像素子の製造プロセスにおける部分断面図である。
【図１２】上記固体撮像素子の製造プロセスにおける部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図面には、適宜相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は全図において共通である。
【００３０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本技術の第１の実施形態に係る固体撮像素子１の部分断面図である。本実施形態に係る固体撮像素子１は、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサとして構成される。
【００３１】
［固体撮像素子１の全体構成］
固体撮像素子１は、ＸＹ平面に沿って延びる平板状に構成され、ＸＹ平面に沿って二次元的に配列される複数の画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを具備する。また、固体撮像素子１は、Ｚ軸方向に積層される、半導体基板５０と、カラーフィルタ３０と、レンズアレイ４０とを具備する。
【００３２】
半導体基板５０は、Ｚ軸方向上面である第１主面５０ａと、Ｚ軸方向下面である第２主面５０ｂとを有するシリコンウエハとして構成される。
【００３３】
半導体基板５０には、複数の画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂについてそれぞれフォトダイオード１４が設けられている。各フォトダイオード１４は、Ｎ型領域１１と、Ｎ型層１２と、Ｐ型層１３とにより構成される。また、半導体基板５０は、フォトダイオード１４を各画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂごとに区画する画素分離領域２０及び下層領域２１を有する。
【００３４】
Ｎ型領域１１は、低濃度のＮ型不純物を含むｎ−型の領域であり、下層領域２１を挟んで半導体基板５０の第２主面５０ｂに隣接して設けられる。Ｎ型領域１１はフォトダイオード１４の大部分を占める。Ｎ型層１２は、高濃度のＮ型不純物を含むｎ＋型の薄層であり、Ｎ型領域１１に対してＺ軸方向上側に隣接して設けられている。Ｎ型領域１１及びＮ型層１２に採用可能なＮ型不純物としては、例えば、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）が挙げられる。
【００３５】
Ｐ型層１３は、高濃度のホウ素（Ｂ）を含むｐ＋型の薄層であり、フォトダイオード１４のＺ軸方向上端部、つまり半導体基板５０の第１主面５０ａに、Ｎ型層１２に対してＺ軸方向上側に隣接して設けられている。Ｐ型層１３とＮ型層１２とはＰＮ接合を形成している。
【００３６】
画素分離領域２０及び下層領域２１は、低濃度のホウ素を含むＰ−型の領域である。画素分離領域２０はフォトダイオード１４に対してＸ軸方向及びＸ軸方向に隣接し、各フォトダイオード１４の間を仕切っている。下層領域２１はフォトダイオード１４のＺ軸方向下側を閉塞している。
【００３７】
このように、画素分離領域２０及び下層領域２１は、各フォトダイオード１４の第１主面５０ａ以外の部分を取り囲み、各フォトダイオード１４を区画している。画素分離領域２０は、各フォトダイオード１４間を仕切り、各フォトダイオード１４間における電荷の移動を妨げる。下層領域２１は、各フォトダイオード１４を外部から遮蔽し、各フォトダイオード１４と外部との間の電荷の移動を妨げる。
【００３８】
画素分離領域２０及び下層領域２１は、ホウ素から成るキャリア性の不純物に加えて、炭素（Ｃ）から成る非キャリア性の不純物を含む。画素分離領域２０及び下層領域２１内の炭素は、画素分離領域２０及び下層領域２１内のホウ素のフォトダイオード１４への拡散を抑制する機能を有する。画素分離領域２０の詳細については後述する。
【００３９】
また、半導体基板５０には、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタなどの画素トランジスタが設けられる。一例として、転送トランジスタは画素１０Ｒと画素１０Ｇとの間の画素分離領域２０上に設けられ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタは画素１０Ｇと画素１０Ｂとの間の画素分離領域２０上に設けられる。
【００４０】
カラーフィルタ３０は、半導体基板５０に対してＺ軸方向下側に隣接して、つまり半導体基板５０の第２主面５０ｂに対向して配置されている。カラーフィルタ３０は、画素１０Ｒに配置される赤色のフィルタ３０Ｒと、画素１０Ｇに配置される緑色のフィルタ３０Ｇと、画素１０Ｂに配置される青色のフィルタ３０Ｂとを有する。
【００４１】
レンズアレイ４０は、カラーフィルタ３０に対してＺ軸方向下側に隣接して配置される。レンズアレイ４０は、各画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂごとに配置される複数のレンズ４０ａを含む。レンズアレイ４０は、各画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂごとに、レンズ４０ａを透過する光がカラーフィルタ３０を介してフォトダイオード１４に入射するように構成されている。
【００４２】
［画素分離領域２０］
図２は、図１の一点鎖線で囲んだ部分を拡大して示した固体撮像素子１の部分断面図である。また、図２には、固体撮像素子１の部分断面図とともに、画素分離領域２０におけるホウ素の濃度分布と、画素分離領域２０における炭素の濃度分布とを定性的に示すグラフを示している。各グラフの縦軸は画素分離領域２０のＺ軸方向における位置を示し、各グラフの横軸はホウ素及び炭素の濃度を示している。
【００４３】
画素分離領域２０には、半導体基板５０の第１主面５０ａから、ホウ素及び炭素がイオン注入されている。イオン注入は、一般的に、予め決定される飛程位置Ｒｐに基づいて物質ごとに決定される条件で行われる。飛程位置Ｒｐとは、イオン注入される物質が、半導体基板５０の第１主面５０ａから入り込む平均深さを示している。
【００４４】
半導体基板５０の第１主面５０ａからイオン注入された物質の濃度は、飛程位置Ｒｐにおいて最も高くなり、飛程位置Ｒｐから離れるにつれて低くなる。したがって、物質をイオン注入することにより形成される画素分離領域２０には必ず当該物質の濃度分布が発生することとなる。
【００４５】
本実施形態に係る固体撮像素子１では、図２に示す３つの飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３が設定され、３つの飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に基づいた条件で、ホウ素及び炭素が画素分離領域２０にイオン注入されている。そのため、図２のグラフに示すように、画素分離領域２０では、３つの飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に、ホウ素の濃度及び炭素の濃度がいずれも相対的に高い高濃度部２２が形成されている。
【００４６】
画素分離領域２０内のホウ素は、固体撮像素子１の製造プロセスにおける熱履歴に応じて、フォトダイオード１４のＮ型領域１１に拡散する。ここで、ホウ素の濃度のみに着目すると、ホウ素の濃度が高い部分ほどフォトダイオード１４のＮ型領域１１へのホウ素の拡散が生じやすく、ホウ素の濃度が低い部分ほどフォトダイオード１４のＮ型領域１１へのホウ素の拡散が生じにくい。
【００４７】
この一方で、画素分離領域２０内の炭素は、画素分離領域２０内のホウ素がフォトダイオード１４のＮ型領域１１に拡散することを抑制する。ここで、炭素の濃度のみに着目すると、炭素の濃度が高い部分ほどフォトダイオード１４のＮ型領域１１へのホウ素の拡散を抑制する作用が強く、ホウ素の濃度が低い部分ほどフォトダイオード１４のＮ型領域１１へのホウ素の拡散を抑制する作用が弱い。
【００４８】
その点、本実施形態に係る画素分離領域２０では、図２のグラフに示すように、ホウ素の濃度分布と炭素の濃度分布とが実質的に同様の曲線を描いている。つまり、ホウ素の濃度が高い部分では炭素の濃度も高く、ホウ素の濃度が低い部分では炭素の濃度も低い。これにより、画素分離領域２０は、ホウ素が拡散しやすい部分ほど、ホウ素の拡散を抑制する作用が強くなるように構成されている。
【００４９】
この構成により、固体撮像素子１では、その製造プロセスにおいて、画素分離領域２０の全体にわたってフォトダイオード１４のＮ型領域１１へのホウ素の拡散が良好に抑制される。特に、ホウ素の濃度が高い高濃度部２２においてもフォトダイオード１４のＮ型領域１１へのホウ素の拡散が効果的に抑制される。
【００５０】
このように、固体撮像素子１では、フォトダイオード１４のＮ型領域１１へのホウ素の拡散による、各フォトダイオード１４における光電変換領域であるＮ型領域１１の縮小が発生しにくい。したがって、固体撮像素子１では、フォトダイオード１４の飽和電荷量Ｑｓの低下を防止することができる。
【００５１】
また、固体撮像素子１では、画素分離領域２０内のホウ素の拡散による、画素分離領域２０におけるホウ素の濃度の低下が発生しにくい。したがって、固体撮像素子１では、各フォトダイオード１４間の画素分離領域２０による分離が確保され、各画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ間の混色の発生を防止することができる。
【００５２】
更に、固体撮像素子１では、フォトダイオード１４のＮ型領域１１へのホウ素の拡散が発生しにくいため、各フォトダイオード１４のＮ型領域１１におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の幅が狭まり、駆動時に各フォトダイオード１４のＮ型領域１１に強電界がかかることが防止される。これにより、固体撮像素子１では、白キズなどの画面欠陥の発生を防止することができる。
【００５３】
また、固体撮像素子１の画素分離領域２０は、高濃度部２２の間にあるホウ素の濃度が低くホウ素の拡散が発生しにくい低濃度部において炭素の濃度も低くなるように構成されている。そのため、固体撮像素子１では、画素分離領域２０における炭素のイオン注入量（ドーズ量）が抑制され、フォトダイオード１４における欠陥の発生が抑制される。
【００５４】
［画素分離領域２０の形成方法］
図３は画素分離領域２０の形成方法を示すフローチャートである。図４〜６は、画素分離領域２０の形成プロセスを示す半導体基板５０の部分断面図である。図３に沿って、図４〜６を適宜参照しながら、画素分離領域２０の形成方法について説明する。
【００５５】
（Ｓ１０：レジストパターニング）
図４（Ａ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａに、画素分離領域２０のパターンに合わせてレジスト６０をパターニングする。これにより、半導体基板５０の第１主面５０ａにおける、画素分離領域２０を形成するための開口領域６０ａ以外の領域がレジスト６０によって覆われ、イオン注入による影響を受けなくなる。
【００５６】
（Ｓ２０：第１イオン注入）
図４（Ｂ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａから炭素のイオン注入（第１イオン注入）を行う。第１イオン注入は、３つの飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に基づいた３つの条件においてそれぞれ行う。これにより、開口領域６０ａのＺ軸方向下方に炭素注入領域２０ａが形成される。
【００５７】
第１イオン注入における各飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に対する炭素のドーズ量は、画素分離領域２０におけるフォトダイオード１４へのホウ素の拡散を効果的に抑制するために、５×１０１０ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上であることが好ましい。また、第１イオン注入における炭素の各飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に対するドーズ量は、フォトダイオード１４における欠陥の発生を抑制するために、１×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下であることが好ましい。
【００５８】
図５は、炭素注入領域２０ａにおけるホウ素及び炭素の濃度分布を示す図である。図５に示すように、炭素注入領域２０ａでは、飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３において炭素濃度が相対的に高くなっている。
【００５９】
（Ｓ３０：レジスト剥離）
図４（Ｃ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａからレジスト６０を剥がす。
【００６０】
（Ｓ４０：第１熱処理）
図４（Ｃ）に示すレジスト剥離後の半導体基板５０の熱処理（第１熱処理）を行う。第１熱処理では、半導体基板５０を比較的高温で比較的長時間保持することにより、第１イオン注入により半導体基板５０に生じる欠陥を回復させるとともに、炭素注入領域２０ａ内の炭素を少し拡散させて炭素注入領域２０ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅をやや拡張させる。
【００６１】
第１熱処理において炭素注入領域２０ａをホウ素が注入される領域よりも拡張しておくことにより、ホウ素のイオン注入後の画素分離領域２０からホウ素が少々拡散した場合であっても、ホウ素が炭素注入領域２０ａ内に留まるようになる。これにより、画素分離領域２０内のホウ素が拡散してフォトダイオード１４内に侵入する範囲を狭めることができる。
【００６２】
半導体基板５０の欠陥の回復及び炭素注入領域２０ａの拡張を良好に行うために、第１熱処理における温度は１０００℃以上１１００℃以下であることが好ましく、第１熱処理における保持時間は１０分以上１０時間以下であることが好ましい。
【００６３】
（Ｓ５０：レジストパターニング）
図６（Ａ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａに、画素分離領域２０のパターンに合わせてレジスト６０をパターニングする。これにより、半導体基板５０の第１主面５０ａにおける、画素分離領域２０を形成するための開口領域６０ａ以外の領域がレジスト６０によって覆われ、イオン注入による影響を受けなくなる。
【００６４】
（Ｓ６０：第２イオン注入）
図６（Ｂ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａからホウ素のイオン注入（第２イオン注入）を行う。第２イオン注入は、第１イオン注入と共通の３つの飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に基づいた３つの条件においてそれぞれ行う。これにより、開口領域６０ａのＺ軸方向下方に画素分離領域２０が形成される。
【００６５】
第２イオン注入における各飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に対するホウ素のドーズ量は、５×１０１０ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上１×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下であることが好ましい。
【００６６】
（Ｓ７０：レジスト剥離）
図６（Ｃ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａからレジスト６０を剥がす。
【００６７】
（Ｓ８０：第２熱処理）
レジスト剥離後の半導体基板５０の熱処理（第２熱処理）を行う。第２熱処理では、第２イオン注入により半導体基板５０に生じる欠陥を回復させる。半導体基板５０の欠陥の回復を良好に行うために、第２熱処理における温度は８００℃以上１１００℃以下であることが好ましく、第２熱処理における保持時間は６０分以下であることが好ましい。なお、第２熱処理は、一定の温度で保持する構成に限らず、例えば、目的温度に到達してすぐに加熱を停止する構成であってもよい。
【００６８】
以上の要領にて得られる画素分離領域２０のホウ素及び炭素の濃度分布は図２に示すようになっている。
【００６９】
画素分離領域２０を形成した後に、半導体基板５０に、上述のフォトダイオード１４や、下層領域２１や、各種画素トランジスタなどが形成される。なお、フォトダイオード１４及び下層領域２１は画素分離領域２０より前に形成されてもよい。そして、半導体基板５０に、カラーフィルタ３０及びレンズアレイ４０が接続されることにより固体撮像素子１が完成する。
【００７０】
以上述べたように、本実施形態では、特殊な装置などを導入することなく一般的な半導体プロセスを用いて半導体基板５０を製造可能であるため、固体撮像素子１の製造コストを低く抑えることができる。
【００７１】
＜第２の実施形態＞
本技術の第２の実施形態は、半導体基板５０における炭素の濃度分布以外の構成が第１の実施形態と共通する。第２の実施形態における第１の実施形態と共通する構成の説明は適宜省略する。
【００７２】
図７は画素分離領域２０の形成方法を示すフローチャートである。図８，９は、画素分離領域２０の形成プロセスを示す半導体基板５０の部分断面図である。図７に沿って、図８，９を適宜参照しながら、画素分離領域２０の形成方法について説明する。
【００７３】
（Ｓ２０：第１イオン注入）
本実施形態では、第１の実施形態とは異なり、炭素のイオン注入を行う前に、レジスト６０のパターニングを行わない。つまり、図８に示すように、図１に示す複数のフォトダイオード１４及びその間の画素分離領域２０にわたって、半導体基板５０の第１主面５０ａの全面から炭素のイオン注入（第１イオン注入）を行う。
【００７４】
第１イオン注入は、飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に基づいた３つの条件においてそれぞれ行う。これにより、図８に示す飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に、炭素の濃度が相対的に高い高濃度層がそれぞれ形成される。高濃度層は、第１主面５０ａの全面にわたって、第１主面５０ａに平行に延びる層として構成される。
【００７５】
（Ｓ４０：第１熱処理）
図８に示す半導体基板５０の熱処理（第１熱処理）を行う。第１熱処理では、イオン注入により半導体基板５０に生じる欠陥を回復させる。
【００７６】
（Ｓ５０：レジストパターニング）
図９（Ａ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａに、画素分離領域２０のパターンに合わせてレジスト６０をパターニングする。
【００７７】
（Ｓ６０：第２イオン注入）
図９（Ｂ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａからホウ素のイオン注入（第２イオン注入）を行う。第２イオン注入は、第１イオン注入と共通の３つの飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に基づいた３つの条件においてそれぞれ行う。これにより、開口領域６０ａのＺ軸方向下方に画素分離領域２０が形成される。
【００７８】
（Ｓ７０：レジスト剥離）
図９（Ｃ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａからレジスト６０を剥がす。
【００７９】
（Ｓ８０：第２熱処理）
レジスト剥離後の半導体基板５０の熱処理（第２熱処理）を行う。
【００８０】
以上の要領にて得られる画素分離領域２０のホウ素及び炭素の濃度分布は図２に示すようになっている。
【００８１】
以上述べたように、本実施形態では、第１の実施形態に係る図３のステップＳ１０，Ｓ３０を省略可能であるため、製造プロセスの簡略化や製造コストの低減を図ることができる。なお、本実施形態では、フォトダイオード１４にも炭素がイオン注入されるが、フォトダイオード１４の機能は炭素の存在によって大きな影響を受けない。
【００８２】
＜第３の実施形態＞
本技術の第３の実施形態では、画素分離領域２０の形成の際に、下層領域２１の形成も行う。第３の実施形態は、これ以外の構成が第１の実施形態と共通する。第３の実施形態における第１の実施形態と共通する構成の説明は適宜省略する。
【００８３】
図１０は画素分離領域２０及び下層領域２１の形成方法を示すフローチャートである。図１１，１２は、画素分離領域２０及び下層領域２１の形成プロセスを示す半導体基板５０の部分断面図である。図１０に沿って、図１１，１２を適宜参照しながら、画素分離領域２０の形成方法について説明する。
（Ｓ１０：レジストパターニング）
図１１（Ａ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａに、画素分離領域２０のパターンに合わせてレジスト６０をパターニングする。
【００８４】
（Ｓ２０：第１イオン注入Ａ）
図１１（Ｂ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａから炭素のイオン注入（第１イオン注入Ａ）を行う。第１イオン注入Ａは、３つの飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に基づいた３つの条件においてそれぞれ行う。
【００８５】
（Ｓ３０：レジスト剥離）
図１１（Ｃ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａからレジスト６０を剥がす。
【００８６】
（Ｓ３５：第１イオン注入Ｂ）
図１１（Ｃ）に示すように、更に、半導体基板５０の第１主面５０ａから炭素をイオン注入（第１イオン注入Ｂ）を行う。第１イオン注入Ｂは、下層領域２１に対応する飛程位置Ｒｐ４に基づいた条件において行う。これにより、下層領域２１に対応する炭素注入領域２１ａが形成される。
【００８７】
（Ｓ４０：第１熱処理）
図１１（Ｄ）に示す第１イオン注入後の半導体基板５０の熱処理（第１熱処理）を行う。第１熱処理では、第１イオン注入Ａ及び第１イオン注入Ｂにより半導体基板５０に生じる欠陥を回復させるとともに、炭素注入領域２０ａ，２０ｂ内の炭素を少し拡散させて、炭素注入領域２０ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅、及び炭素注入領域２０ｂのＺ軸方向の幅をやや拡張させる。
【００８８】
（Ｓ５０：レジストパターニング）
図１２（Ａ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａに、画素分離領域２０のパターンに合わせてレジスト６０をパターニングする。
【００８９】
（Ｓ６０：第２イオン注入Ａ）
図１２（Ｂ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａからホウ素のイオン注入（第２イオン注入Ａ）を行う。第２イオン注入Ａは、第１イオン注入Ａと共通の３つの飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に基づいた３つの条件においてそれぞれ行う。
【００９０】
（Ｓ７０：レジスト剥離）
図１２（Ｃ）に示すように、半導体基板５０の第１主面５０ａからレジスト６０を剥がす。
【００９１】
（Ｓ７５：第２イオン注入Ｂ）
図１２（Ｃ）に示すように、更に、半導体基板５０の第１主面５０ａからホウ素をイオン注入（第２イオン注入Ｂ）を行う。第２イオン注入Ｂは、第１イオン注入Ｂと共通の飛程位置Ｒｐ４に基づいた条件において行う。これにより、下層領域２１が形成される。
【００９２】
（Ｓ８０：第２熱処理）
図１２（Ｄ）に示す第２イオン注入後の半導体基板５０の熱処理（第２熱処理）を行う。
【００９３】
以上述べたように、本実施形態では、画素分離領域２０の形成の際に、下層領域２１の形成も行うため、固体撮像素子１の製造プロセスを効率化することができる。
【００９４】
＜その他の実施形態＞
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００９５】
例えば、本技術を適用可能な固体撮像素子は上記実施形態に係る裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサに限定されない。本技術は、フォトダイオードの間を画素分離領域によって仕切る構成の固体撮像素子に対して広く適用可能である。このような固体撮像素子としては、例えば、表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサなどが挙げられる。
【００９６】
また、画素分離領域内のホウ素のフォトダイオードへの拡散を抑制するために、画素分離領域にイオン注入される非キャリア性の不純物は上記実施形態に係る炭素に限定されない。ホウ素の拡散を抑制可能な非キャリア性の不純物としては、例えば、窒素（Ｎ）やフッ素（Ｆ）やアルゴン（Ａｒ）などが挙げられる。
【００９７】
更に、フッ素及び炭素のイオン注入のために設定される飛程位置Ｒｐは、上記実施形態に係る３つの飛程位置Ｒｐ１，Ｒｐ２，Ｒｐ３に限定されず、適宜決定可能である。また、フッ素及び炭素のイオン注入のために設定される飛程位置Ｒｐの数は、単数であっても複数であってもよいが、画素分離領域におけるフッ素及び炭素の濃度分布を抑制するために複数であることが望ましい。
【００９８】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列されるフォトダイオードと、
上記半導体基板に設けられ、非キャリア性の第１不純物と、ホウ素から成る第２不純物とを含み、上記複数のフォトダイオードの間に配置される画素分離領域と、
上記画素分離領域に設けられ、上記第１不純物の濃度と、上記第２不純物の濃度とがいずれも相対的に高い高濃度部と
を具備する固体撮像素子。
（２）
上記（１）に記載の固体撮像素子であって、
上記第１不純物は炭素から成る
固体撮像素子。
（３）
上記（１）又は（２）に記載の固体撮像素子であって、
上記高濃度部は、上記主面からの深さが相互に異なる複数の高濃度部を有する
固体撮像素子。
（４）
上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
上記半導体基板に設けられ、上記第１不純物と上記第２不純物とを含み、上記主面に上記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域を更に具備する
固体撮像素子。
（５）
上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の固体撮像素子であって、
上記高濃度部及び上記フォトダイオードにわたって上記主面に平行に延び、上記第１不純物の濃度が相対的に高い高濃度層を更に具備する
固体撮像素子。
（６）
主面を有する半導体基板に設けられ、当該主面に沿って配列される複数のフォトダイオードの間を仕切るための画素分離領域を形成する固体撮像素子の製造方法であって、
上記半導体基板に対して、予め設定される飛程位置に基づいた条件で、上記主面から非キャリア性の第１不純物の第１イオン注入を行い、
上記第１イオン注入を行った上記半導体基板の熱処理を行い、
上記熱処理を行った上記半導体基板の上記画素分離領域に対して、上記飛程位置に基づいた条件で、上記主面からホウ素から成る第２不純物の第２イオン注入を行う
固体撮像素子の製造方法。
（７）
上記（６）に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記第１イオン注入は、上記画素分離領域に対して行われる
固体撮像素子の製造方法。
（８）
上記（６）又は（７）に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記第１イオン注入は、上記複数のフォトダイオード及び上記画素分離領域に対して行われる
固体撮像素子の製造方法。
（９）
上記（６）〜（８）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記第１イオン注入による上記第１不純物のドーズ量は５×１０１０〜１×１０１３ｉｏｎ／ｃｍ２の範囲内である
固体撮像素子の製造方法。
（１０）
上記（６）〜（９）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記熱処理では、上記半導体基板を、１０００℃以上で、１０分以上１０時間以下保持する
固体撮像素子の製造方法。
（１１）
上記（６）〜（１０）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記第１イオン注入及び上記第２イオン注入は、相互に異なる複数の飛程位置に基づいた複数の条件でそれぞれ行われる
固体撮像素子の製造方法。
（１２）
上記（６）〜（１１）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
上記第１イオン注入及び上記第２イオン注入は、上記画素分離領域に加え、上記主面に上記複数のフォトダイオードを挟んで対向する下層領域に対しても行われる
固体撮像素子の製造方法。
（１３）
上記（６）〜（１２）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
更に、上記第２イオン注入を行った上記半導体基板の熱処理を行う
固体撮像素子の製造方法。
【符号の説明】
【００９９】
１…固体撮像素子
１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…画素
１１…Ｎ型領域
１２…Ｎ型層
１３…Ｐ型層
１４…フォトダイオード
２０…画素分離領域
２１…下層領域
３０…カラーフィルタ
４０…レンズアレイ
５０…半導体基板
【図１】
2016001646.tif 000003
【図２】
2016001646.tif 000004
【図３】
2016001646.tif 000005
【図４】
2016001646.tif 000006
【図５】
2016001646.tif 000007
【図６】
2016001646.tif 000008
【図７】
2016001646.tif 000009
【図８】
2016001646.tif 000010
【図９】
2016001646.tif 000011
【図１０】
2016001646.tif 000012
【図１１】
2016001646.tif 000013
【図１２】
2016001646.tif 000014