(57)【要約】【課題】基板に形成される不純物領域を微細化するのに有利な技術を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、基板の上に第１レジスト膜を形成し、その一部を露光して現像することにより得られた第１レジストパターンを用いて前記基板に不純物を注入する工程と、前記第１レジストパターンを除去して前記基板の上に第２レジスト膜を形成し、その一部を露光して現像することにより得られた第２レジストパターンを用いて前記基板に不純物を注入する工程と、を有し、前記第１レジストパターンは、前記平面視において所定の方向に沿って配された複数の第１ラインパターンを含んでおり、前記第２レジストパターンは、前記平面視において前記所定の方向に沿って配され且つ互いに隣り合う前記第１ラインパターンのそれぞれが形成されていた場所の間に各々が位置する複数の第２ラインパターンを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に第１レジスト膜を形成する第１工程と、
前記第１レジスト膜を露光および現像して、前記基板の上面に対する平面視において所定の方向に延びた複数の第１ラインパターンを含む第１レジストパターンを形成する第２工程と、
前記第１レジストパターンを用いて前記基板に不純物を注入する第３工程と、
前記第１レジストパターンを除去して前記基板の上に第２レジスト膜を形成する第４工程と、
前記第２レジスト膜を露光および現像して、前記平面視において前記所定の方向に延びた複数の第２ラインパターンを含む第２レジストパターンを形成する第５工程と、
前記第２レジストパターンを用いて前記基板に不純物を注入する第６工程と、を有し、
第５工程では、前記複数の第２ラインパターンのそれぞれを、互いに隣り合う前記第１ラインパターンのそれぞれが形成されていた場所の間に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記平面視において、
前記第２工程では、前記複数の第１ラインパターンを所定の間隔で形成し、
前記第５工程では、前記複数の第２ラインパターンを、前記複数の第１ラインパターンのそれぞれが形成されていた場所と、それと隣り合う前記第２ラインパターンのそれぞれとの距離が均一になるように形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記平面視において、
前記第１レジストパターンは、前記所定の方向と交差する方向に延び且つ前記複数の第１ラインパターンと交差する複数の第３ラインパターンをさらに含んでおり、
前記第２レジストパターンは、前記交差する方向に延び且つ前記複数の第２ラインパターンと交差する複数の第４ラインパターンをさらに含んでおり、
前記第５工程では、前記複数の第４ラインパターンのそれぞれを、互いに隣り合う前記第３ラインパターンのそれぞれが形成されていた場所の間に形成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記複数の第１ラインパターンと前記複数の第３ラインパターンとは格子状のパターンを形成し、
前記複数の第２ラインパターンと前記複数の第４ラインパターンとは格子状のパターンを形成する
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記平面視において、
前記第２工程では、前記複数の第３ラインパターンを所定の間隔で形成し、
前記第５工程では、前記複数の第４ラインパターンを、前記複数の第３ラインパターンのそれぞれが形成されていた場所と、それと隣り合う前記第４ラインパターンのそれぞれとの距離が均一になるように形成する
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体装置は、前記基板に配列された複数の画素を備える固体撮像装置であり、
前記複数の第１ラインパターンと前記複数の第２ラインパターンとは、行方向および列方向の一方に沿って前記複数の画素を区画するように形成され、
前記複数の第３ラインパターンと前記複数の第４ラインパターンとは、前記行方向および前記列方向の他方に沿って前記複数の画素を区画するように形成される
ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記複数の画素が配列された領域のうちの周辺領域に位置する画素の個々は、ダミー画素である
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第３工程および前記第６工程で前記基板に注入された不純物は、素子分離部を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２工程での露光と前記第５工程での露光とで、同じレチクルを用いる
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２工程で、露光装置のレチクルステージに前記レチクルを設置して露光を行った後、前記第５工程では、前記レチクルが設置された前記レチクルステージの前記基板に対する相対位置を、前記平面視において前記複数の第２ラインパターンのそれぞれが前記互いに隣り合う前記第１ラインパターンのそれぞれが形成されていた場所の間に形成されるように移動させて露光を行う
ことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１レジストパターンの厚さ及び前記第２レジストパターンの厚さは、いずれも５［μｍ］以上である
ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記平面視において、前記複数の第１ラインパターンのそれぞれの幅および前記複数の第２ラインパターンのそれぞれの幅は、０．４［μｍ］以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第３工程および前記第６工程では、３００［ＫｅＶ］〜１５００［ＫｅＶ］の範囲内の強度で不純物の注入を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン等の半導体で構成された基板には、トランジスタ等の素子の他、それらを電気的に分離するための素子分離部が配され、該素子分離部は例えば不純物領域により形成される。不純物領域は、基板上にレジストパターン（開口が形成されたレジスト膜ないしレジスト部材）を形成した後、該レジストパターンを用いて基板に不純物を注入することによって形成される。レジストパターンは、基板上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜のうちの所望の領域を露光し、その後、現像することによって得られる。
【０００３】
特許文献１には、格子状のパターンを有するレジストパターンを形成するため、レジスト膜のうち、基板の上面に対する平面視において格子状の領域を２回に分けて露光し、その後、現像することが開示されている。具体的には、第１の露光では、レジスト膜のうち、平面視において第１方向に各々が沿ったライン状の複数の領域を露光する。第２の露光では、第１方向と交差する第２方向に各々が沿ったライン状の複数の領域を露光する。この方法によると、第１の露光および第２の露光によって格子状の領域を露光しながら該格子状の領域を一度に露光する場合に生じうる回折光の影響を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１４０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、不純物の注入の際にレジストパターンがマスクとして適切に作用するように、レジストパターンは十分な高さ（厚さ）を有する必要がある。一方、回路の高集積化や素子の微細化のため、不純物領域の幅を小さくし又は互いに隣り合う不純物領域間の距離を小さくすること（不純物領域の微細化）が求められ、このような不純物領域を形成するため、例えばレジストパターンの幅を小さくする必要がある。
【０００６】
しかしながら、このようなレジストパターンは、不純物の注入前や注入の際に倒れてしまう可能性があり、レジストパターンが倒れた場合には不純物が基板に適切に注入されず、所望の不純物領域が形成されない。このことは、例えば、各々が不純物領域で区画された複数の画素を備える固体撮像装置において、画素領域の増大を抑制しながら多画素化する際にも重要な問題となる。なお、特許文献１では、上述のレジストパターンの倒れについて考慮されていない。
【０００７】
本発明の目的は、基板に形成される不純物領域を微細化するのに有利な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの側面は半導体装置の製造方法にかかり、前記半導体装置の製造方法は、基板の上に第１レジスト膜を形成する第１工程と、前記第１レジスト膜を露光および現像して、前記基板の上面に対する平面視において所定の方向に延びた複数の第１ラインパターンを含む第１レジストパターンを形成する第２工程と、前記第１レジストパターンを用いて前記基板に不純物を注入する第３工程と、前記第１レジストパターンを除去して前記基板の上に第２レジスト膜を形成する第４工程と、前記第２レジスト膜を露光および現像して、前記平面視において前記所定の方向に延びた複数の第２ラインパターンを含む第２レジストパターンを形成する第５工程と、前記第２レジストパターンを用いて前記基板に不純物を注入する第６工程と、を有し、第５工程では、前記複数の第２ラインパターンのそれぞれを、互いに隣り合う前記第１ラインパターンのそれぞれが形成されていた場所の間に形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、上述の不純物領域を微細化するのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画素アレイの一部の領域のレイアウトを説明するための図である。
【図２】本発明にかかる製造方法で用いるマスクパターンを説明するための図である。
【図３】本発明にかかる製造方法により形成された不純物領域を説明するための図である。
【図４】重複して不純物が注入された領域を説明するための図である。
【図５】参考例としてのレジストパターンおよびそれを用いて不純物注入を行った場合の態様を説明するための図である。
【図６】本発明にかかるレジストパターンおよびそれを用いて不純物注入を行った場合の態様を説明するための図である。
【図７】画素アレイの構成の例を説明するための図である。
【図８】カメラの構成例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下では、半導体装置の一例として代表される固体撮像装置（「固体撮像装置１００」とする。）を用いて本発明を述べる。図８に例示されるように、固体撮像装置１００は、例えばカメラに適用されうる。カメラは、固体撮像装置１００の他、例えば、処理部２００、ＣＰＵ３００（又はプロセッサ）、操作部４００、撮像部に被写体像を結像するための光学系５００を具備する。また、カメラは、静止画や動画を表示するための表示部６００、それらのデータを記憶するためのメモリ７００をさらに具備しうる。光学系５００からの入射光に基づいて固体撮像装置１００により画像データが得られ、該画像データは、処理部２００により所定の補正処理が為され、また、表示部６００やメモリ７００に出力される。また、ユーザにより操作部４００を介して入力された撮影条件に応じて、ＣＰＵ３００によって、各ユニットの設定情報が変更され、各ユニットの制御方法が変更されうる。なお、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。
【００１２】
固体撮像装置１００は、例えばシリコン等の半導体で構成された基板（「基板ＳＵＢ」とする。）に複数の画素が配列された画素アレイ（「画素アレイＡＰＸ」とする。）を備える。
【００１３】
図１は、画素アレイＡＰＸのレイアウトを説明するための模式図である。図１では、画素アレイＡＰＸのうちの一部の領域（「領域Ｋ」とする。）について示している。また、図を見やすくするため、図中には、各画素を構成する素子が配された領域ＲＰＸ、各画素を区画する素子分離部である不純物領域ＲＩＳ、活性領域ＲＡＣＴ、及び、トランジスタのゲート電極Ｇを主に示している。図中において、領域ＲＰＸの幅を幅ＷＰＸと示し、不純物領域ＲＩＳの幅（素子分離部の幅）を幅ＷＩＳと示す。
【００１４】
各画素は、例えば、光電変換部と、該光電変換部で生じた電荷を読み出すための転送トランジスタとを含みうる。図中のゲート電極Ｇは、該転送トランジスタのゲート電極である。なお、図中には示されていないが、各画素は、さらに、光電変換部を初期状態にするためのリセットトランジスタ、転送トランジスタにより転送された電荷に応じた信号を増幅するための増幅トランジスタ等を含んでもよい。
【００１５】
図２は、不純物領域ＲＩＳを形成するのに用いられるマスクパターン（レチクル）を説明するための図である。詳細は後述するが、不純物領域ＲＩＳは、露光装置を用いて２回の露光を行い且つ各露光の後に現像処理および不純物注入を行うことによって形成される。図２（ａ）は、第１の露光で用いられるマスクパターンＭ１＿Ｋのうち、図１で示された画素アレイＡＰＸの領域Ｋに対応する部分を示している。なお、例えばポジ型のレジスト膜を用いる場合、マスクパターンＭ１＿Ｋのうち、ハッチングが付された部分Ｐ１は露光光を遮光し、ハッチングが付されていない部分Ｐ２は露光光を通過させる。
【００１６】
同様に、図２（ｂ）は、第２の露光で用いられるマスクパターンＭ２＿Ｋのうち、同領域Ｋに対応する部分を示している。
【００１７】
平面視（基板ＳＵＢの上面に対する平面視）において、マスクパターンＭ１＿ＫおよびマスクパターンＭ２＿Ｋのそれぞれは、格子状のパターンを有しており、具体的には、部分Ｐ２は格子状に配されている。部分Ｐ２の幅Ｗ２は、不純物領域ＲＩＳの幅ＷＩＳに対応し、具体的には、露光装置の投影倍率を幅Ｗ２に乗じた値が幅ＷＩＳに相当する。一方、部分Ｐ１の幅Ｗ１は、幅（２×ＷＰＸ＋ＷＩＳ）に対応し、具体的には、露光装置の投影倍率を幅Ｗ１に乗じた値が幅（２×ＷＰＸ＋ＷＩＳ）に相当する。そして、マスクパターンＭ１＿Ｋが有するパターンおよびマスクパターンＭ２＿Ｋが有するパターンの一方は、他方に対して、行方向および列方向のそれぞれにおいて、幅ＷＰＸに対応する距離だけシフトしている。
【００１８】
このようなマスクパターンＭ１＿ＫおよびマスクパターンＭ２＿Ｋを用いて、不純物領域ＲＩＳを形成する。具体的には、
Ｓ１：基板ＳＵＢ上にポジ型の第１レジスト膜を塗布すること、
Ｓ２：マスクパターンＭ１＿Ｋを用いて第１レジスト膜を露光すること（第１の露光）、
Ｓ３：現像処理により、第１レジストパターンを形成すること、
Ｓ４：第１レジストパターンを用いて基板ＳＵＢに不純物を注入すること、
Ｓ５：第１レジストパターンを除去して、基板ＳＵＢ上にポジ型の第２レジスト膜を塗布すること、
Ｓ６：マスクパターンＭ２＿Ｋを用いて第２レジスト膜を露光すること（第２の露光）、
Ｓ７：現像処理により、第２レジストパターンを形成すること、
Ｓ８：第２レジストパターンを用いて基板ＳＵＢに不純物を注入すること
の各工程を行うことにより不純物領域ＲＩＳが形成される。
【００１９】
工程Ｓ１で塗布された第１レジスト膜の厚さ、及び、工程Ｓ２〜Ｓ３の露光処理および現像処理によって形成された第１レジストパターンの厚さは、５［μｍ］以上とすればよい。また、工程Ｓ４では、不純物は、例えば、３００［ＫｅＶ］〜１５００［ＫｅＶ］の範囲内の強度で注入されうる。同様に、第２レジスト膜（工程Ｓ５参照）および第２レジストパターン（工程Ｓ６〜Ｓ７参照）のそれぞれの厚さは５［μｍ］以上とし、不純物の注入（工程Ｓ８参照）は３００［ＫｅＶ］〜１５００［ＫｅＶ］の範囲内の強度で為されればよい。この例において、例えば、幅ＷＰＸは０．８［μｍ］程度又はそれ以下であり、幅ＷＩＳは、０．４［μｍ］程度又はそれ以下である。
【００２０】
図３は、不純物領域ＲＩＳのうち、工程Ｓ１〜Ｓ４で形成される第１部分（図中において「領域Ｒ１ＩＳ」とする。）と、工程Ｓ５〜Ｓ８で形成される第２部分（図中において「領域Ｒ２ＩＳ」とする。）と、を説明するための図である。
【００２１】
平面視において、上記第１部分である領域Ｒ１ＩＳは、２行×２列の４つの領域ＲＰＸごとに区画するように（即ち、２行×２列の４画素ごとに区画するように）格子状に形成される。一方、上記第２部分である領域Ｒ２ＩＳは、領域Ｒ１ＩＳ同様、２行×２列の４つの領域ＲＰＸごとに区画するように格子状に形成されるが、その位置は、領域Ｒ１ＩＳに対して、行方向および列方向のそれぞれにおいて、幅（ＷＰＸ＋ＷＩＳ）と略等しい距離だけシフトしている。換言すると、第２レジストパターンの格子状のパターンは、第１レジストパターンの格子状のパターンが形成されていた場所に対して、行方向および列方向のそれぞれに、画素の間隔（ピッチ）に相当する距離だけシフトしている。結果として、不純物領域ＲＩＳは、間隔が均一な格子状に、領域ＲＰＸごとに区画するように形成される。
【００２２】
なお、上述の方法によると、図４に示されるように、領域Ｒ１ＩＳと領域Ｒ２ＩＳとが重なる領域ＲＩＳ’（即ち、不純物が２回注入される領域ＲＩＳ’）が存在する点に留意されたい。この領域ＲＩＳ’が生じないように、例えば、上述の第１の露光に用いられるマスクパターンＭ１＿Ｋは、第１レジスト膜のうち、領域ＲＩＳ’に対応する部分が露光されないように設計されてもよい。或いは、上述の第２の露光に用いられるマスクパターンＭ２＿Ｋは、第２レジスト膜のうち、領域ＲＩＳ’に対応する部分が露光されないように設計されてもよい。
【００２３】
ここで、参考例として、図５を参照しながら、上述の不純物領域ＲＩＳを一度に（露光、現像および不純物注入の一連の処理を１回行うことによって）形成する場合について述べる。
【００２４】
図５（ａ１）は、第１の参考例として、不純物領域ＲＩＳを一度に形成するためのレジストパターン（「レジストパターンＲＳ１」とする。）のＳＥＭ写真を示している。図５（ａ２）は、カットラインＸ１−Ｘ２での断面構造を示す模式図である。図中に示されるように、レジストパターンＲＳ１におけるマスクとして作用する各部分の幅は幅ＷＰＸである。ここで、該各部分は、高さに対して幅が極めて小さくなっており、倒れてしまっている。なお、図中に示された矢印は、注入された不純物を示しており、該不純物の一部は、レジストパターンＲ１の倒れた部分によって基板に到達していない。
【００２５】
図５（ｂ１）は、第２の参考例として、不純物領域ＲＩＳを一度に形成するためのレジストパターン（「レジストパターンＲＳ２」とする。）のＳＥＭ写真を示している。図５（ｂ２）は、カットラインＹ１−Ｙ２での断面構造を示す模式図である。第２の参考例では、レジストパターンＲＳ２におけるマスクとして作用する各部分が倒れないように露光光量を調節した（露光光量を第１の参考例の場合よりも少なくした。）。しかし、それによって、図５（ｂ２）に示されるように、露光光が照射された領域にレジスト膜の残渣が残ってしまい、注入された不純物の一部は、該残渣によって基板に到達していない。
【００２６】
これに対して、上述のＳ１〜Ｓ８工程にしたがう固体撮像装置１００の製造方法によると、まず、不純物領域ＲＩＳの第１部分である領域Ｒ１ＩＳが形成され、その後、不純物領域ＲＩＳの第２部分である領域Ｒ２ＩＳが形成される。領域Ｒ１ＩＳ及び領域Ｒ２ＩＳは、いずれも、最終的に形成されるべき不純物領域ＲＩＳよりも間隔が大きい。そのため、領域Ｒ１ＩＳ及び領域Ｒ２ＩＳを形成するのに用いられる第１レジストパターン（Ｓ３参照）および第２レジストパターン（Ｓ７参照）のそれぞれの幅を、図５の参考例の場合に比べて、大きくすることができる。
【００２７】
図６（ａ）は、本製造方法により形成された第１レジストパターン（「第１レジストパターンＲＳ」とする）のＳＥＭ写真である。図６（ｂ）は、カットラインＺ１−Ｚ２での断面構造を示す模式図である。本製造方法によると、第１レジストパターンＲＳにおけるマスクとして作用する各部分の幅が、幅（２×ＷＰＸ＋ＷＩＳ）であり、図５の参考例の場合に比べて大きく、倒れにくい。第２レジストパターンについても同様である。
【００２８】
よって、本製造方法によると、第１レジストパターンおよび第２レジストパターンのそれぞれは不純物の注入前ないし注入時に倒れにくく、微細な不純物領域ＲＩＳを適切に形成することができる。
【００２９】
また、本製造方法によると、２回の露光を行うため、それらに対応する２つのマスクパターンＭ１＿Ｋ及びＭ２＿Ｋを準備した。しかしながら、これらは互いに同様のパターンを有するため、他の実施形態では、１つのマスクパターンを用いて不純物領域ＲＩＳを形成することも可能である。
【００３０】
具体的には、例えば、まず、露光装置のレチクルステージにマスクパターンＭ１＿Ｋを有するレチクルを設置し、且つ、第１レジスト膜が塗布された基板ＳＵＢを該露光装置のウエハステージに設置して第１の露光を行う。その後、基板ＳＵＢを該露光装置から取り出して現像処理および不純物注入を行う。これにより、不純物領域ＲＩＳの第１部分である領域Ｒ１ＩＳが基板ＳＵＢに形成される。
【００３１】
次に、領域Ｒ１ＩＳが形成された基板ＳＵＢを上記ウエハステージに再び設置し、且つ、上記マスクパターンＭ１＿Ｋを有するレチクルが設置されたレチクルステージの基板ＳＵＢに対する相対位置を移動させて第２の露光を行う。レチクルステージの移動量および移動方向は、この例では用いられないマスクパターンＭ２＿Ｋに対応する位置にマスクパターンＭ１＿Ｋがシフトするように定められればよい。その後、基板ＳＵＢを上記露光装置から取り出して現像処理および不純物注入を行う。これにより、不純物領域ＲＩＳの第２部分である領域Ｒ２ＩＳが基板ＳＵＢに形成され、その結果、不純物領域ＲＩＳが形成される。
【００３２】
この方法によると、レチクルステージの移動量および移動方向にしたがって基板ＳＵＢの露光領域がシフトする。そのため、画素アレイＡＰＸは、図７に例示されるように、撮像用の画素が配列された有効画素領域Ａ１ＰＸの他、その周辺領域であるダミー領域Ａ２ＰＸを含むとよい。ダミー領域Ａ２ＰＸに位置する画素の個々は、ダミー画素とも称され、画像信号の形成に実質的に用いられなくてもよい。
【００３３】
本発明は上述の態様に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜、その一部が変更されてもよい。例えば、上述の例では、ポジ型のレジスト膜を用いた場合について示したが、ネガ型のレジスト膜を用いた場合についても同様である。また、上述の例では、露光、現像および不純物注入の一連の処理を２回行うことによって不純物領域ＲＩＳを形成する場合を示したが、該一連の処理を３回以上行うことによって不純物領域ＲＩＳを形成してもよい。
【００３４】
更に、不純物領域ＲＩＳの形状は、平面視において、格子状でなくてもよく、ストライプ状でもよい（各々がライン状の複数の部分を含んでもよい）。この場合、マスクパターンＭ１＿Ｋ及びＭ２＿Ｋ、並びに、それらを用いて形成される第１レジストパターンおよび第２レジストパターンは、行方向または列方向に各々が延びた複数のラインパターンを有する。この例によると、第１レジストパターンおよび第２レジストパターンの各ラインパターンが、その伸び方向と交差する方向に倒れてしまうことを防ぐことができる。
【００３５】
その他、以上の各例では、本発明を、固体撮像装置１００の各画素を区画する不純物領域ＲＩＳを形成するのに適用した態様を示した。しかしながら、本発明は、この態様に限られるものでないことは言うまでもなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、他の半導体装置の製造方法に適用されてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
ＳＵＢ：基板、ＲＩＳ：不純物領域、ＲＡＣＴ：活性領域、ＲＳ：レジストパターン。
【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７】
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【図８】
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【図５】
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【図６】
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