(57)【要約】【解決手段】  感光性装置で発生する暗電流は、当該装置を製造する際の種の注入処理を改善することによって、低減される。暗電流は、アニーリング、注入、または、製造時に利用されるその他の処理工程によって発生する、フォトダイオード装置内の欠陥によって生じる可能性がある。処理対象物のフォトダイオード領域をアモルファス化することによって、欠陥の数を低減できるので、暗電流の発生要因が減る。暗電流はまた、隣接するＳＴＩに誘発される応力によっても発生する。裏打ち材料および充填材料に起因して生じる応力によって、処理対象物が含む欠陥はさらに深刻な問題となる。トレンチの側壁および底面をアモルファス化することによって、エッチング処理で形成される欠陥は低減され得る。このように欠陥が低減されることによってさらに、感光性装置での暗電流が低減される。【選択図】  図６Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物上に設けられる感光性装置において暗電流を低減する方法であって、
側壁および底面から構成される浅いトレンチを前記処理対象物にエッチングする段階と、
酸化処理または窒化処理を実行して前記トレンチの前記側壁および前記底面に層を形成する段階と、
前記トレンチの前記側壁および前記底面をアモルファス化する段階と、
前記トレンチに材料を充填する段階と、
前記トレンチに隣接させて前記感光性装置を形成する段階と
を備える方法。
【請求項２】
前記アモルファス化する段階は、前記酸化処理または前記窒化処理の前に実行される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アモルファス化する段階は、前記酸化処理または前記窒化処理の後に実行される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アモルファス化する段階は、少なくとも一部が、前記酸化処理または前記窒化処理の実行中に実行される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記アモルファス化する段階は、０．５ｋｅＶから２０ｋｅＶの間の注入エネルギーで、前記処理対象物内にイオンを注入する段階を有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記アモルファス化する段階は、１Ｅ１１から１Ｅ１５の間のドーズ量で、前記処理対象物内にイオンを注入する段階を有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記アモルファス化する段階は、非ドーピング用の種のイオンを注入する段階を有する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記非ドーピング用の種は、ヘリウム、水素、アルゴン、クリプトン、ネオン、キセノン、シリコン、ゲルマニウム、酸素、および窒素から成る群から選択される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記アモルファス化する段階は、摂氏プラス３０度未満の温度で実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記アモルファス化する段階は、摂氏６０度から摂氏９００度の間の温度で実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記形成する段階は、第１の種のイオンを注入してＰ型領域を形成して、第２の種のイオンを注入して前記Ｐ型領域の下方にＮ型領域を形成する段階を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
処理対象物上の感光性装置において暗電流を低減する方法であって、
前記処理対象物に第１の種のイオンを注入して第１のドーピング領域を形成する段階と、
前記処理対象物に第２の種のイオンを注入して前記第１の領域の上方に第２のドーピング領域を形成する段階と
を備え、
前記第１の種の注入は、前記第１の種の所望のドーズ量に応じて決まる温度で実行され、
前記第２の種の注入は、前記第２の種の所望のドーズ量に応じて決まる温度で実行される方法。
【請求項１３】
前記感光性装置は、画像センサを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記感光性装置は、光起電装置を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の種の注入は、前記第１の種のドーズレートが処理対象物のアモルファス化しきい値未満であれば、摂氏６０度から摂氏９００度の間で実行される請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の種の注入は、前記第１の種のドーズレートが処理対象物のアモルファス化しきい値よりも大きければ、摂氏プラス３０度から摂氏マイナス２００度の間で実行される請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の種の注入は、前記第２の種のドーズレートが処理対象物のアモルファス化しきい値未満であれば、摂氏６０度から摂氏９００度の間で実行される請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の種の注入は、前記第２の種のドーズレートが処理対象物のアモルファス化しきい値よりも大きければ、摂氏プラス３０度から摂氏マイナス２００度の間で実行される請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の種の注入の温度は、前記第１の種の質量に応じて決まり、前記第２の種の注入の温度は前記第２の種の質量に応じて決まる請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、種の注入に関する。特に、画像センサまたは光起電（ＰＶ）接合等の感光性装置に対する種の注入に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像センサおよびＰＶセル等の感光性装置は、光の強度を電気信号に変換する装置である。画像センサの一例として、光エネルギーを電圧に変換する密着型撮像素子（コンタクトイメージセンサ：ＣＩＳ）がある。このような光電変換を行なうのはフォトダイオードで、この電圧は後に、画像センサに接続されている相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）回路によってデジタルデータに変換され得る。
【０００３】
図１は、感光性装置の一例、具体的には画像センサ１５０を示す断面図である。センサ１５０は、シリコン基板等の処理対象物上に置かれる。フォトダイオード領域１５１は、低濃度ドープのＰ型バルク領域１５４内に含まれるＮ型ドープウェル１５３上にＰ型ドープ領域１５２を含む。他の実施形態では、領域１５２および１５４がＮ型ドープ領域であって、領域１５３がＰ型ドープ領域であってもよい。基板表面上に設けるフォトダイオードの高密度化を図るためには、フォトダイオード同士の間で漏れが発生するので、互いに分離する必要がある場合がある。分離方法の１つに、各フォトダイオードの傍または隣にトレンチを設ける方法がある。このトレンチは、フォトダイオード１５１の下方にも延在している。図１に示す実施形態では、フォトダイオード領域１５１に隣接してシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）部１５５が設けられている。Ｐ型ウェル１５６がＳＴＩ部１５５の周囲を取り囲むように設けられている。フォトダイオード領域１５１またはＰＮＰドープ領域が画像センサである。一実施形態によると、ＳＴＩ部１５５とは反対側にフォトダイオード領域１５１に隣接して別のＰ型ウェルおよびＮ型ドープ領域を設けるとしてもよい。図２は、画像センサの一例を示す別の断面図である。同図ではさらに、フォトダイオードが格納する電圧を読み出し、この電圧をリセットする機構も図示している。
【０００４】
別の種類の画像センサとして、裏面照射型（ＢＳＩ）画像センサがある。名称から推測されるように、このタイプの装置では（表面ではなく）裏面から光が入射する。上述したＣＩＳと同様に、ＢＳＩセンサではｐｎ接合を利用して電荷分離を実現する。
【０００５】
他の種類の画像センサとして、電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサがある。ＣＣＤ画像センサに光が当たると、電荷として画像センサ内に保持される。電荷は、ＣＣＤ画像センサを含むチップから読み出される際に、電圧に変換される。この電圧は後に、ＣＣＤ画像センサに接続されている回路によってデジタルデータに変換されるとしてよい。
【０００６】
図３は、太陽電池（ＰＶセル）の一例を示す断面図である。他の実施形態または設計も可能であり、本明細書に記載する処理の実施形態は、図３に示すＰＶセル１２０にのみ限定されるものではない。ＰＶセル１２０は、コンタクト１２１および裏面コンタクト１２５を備える。誘電体１２２の下方には、ＰＶセル１２０内でＰＮ接合を形成するエミッタ１２３およびベース１２４が設けられている。エミッタ１２３およびベース１２４は、ＰＶセル１２０の設計に応じて、Ｐ型またはＮ型であってよい。この誘電体１２２は誘電体パッシベーション層または反射防止コーティングの場合もある。
【０００７】
ＰＶセルに光が当たると、十分なエネルギー（半導体のバンドギャップよりも大きいエネルギー）を持った光子は、半導体材料の価電子帯内の電子を伝導帯へと移動させることができる。この自由電子には、価電子帯中の正に帯電した正孔が対応付けられている。外部負荷を駆動するための光電流を生成するには、この電子正孔（ｅ−ｈ）対を分離させる必要がある。これは、ｐ−ｎ接合に本来存在する電界を利用して行なう。このため、装置の空乏領域に拡散するほかの少数キャリアと同様に、ｐ−ｎ接合の空乏領域に生成されるいずれのｅ−ｈ対も分離する。入射する光子の大部分は装置の表面近傍の領域に吸収されるので、エミッタで生成される少数キャリアは、空乏領域に到達して反対側に流れるには、エミッタの深さ方向に拡散する必要がある。このため、光によって生成された電流の回収率を最大限に高めて、エミッタ内でのキャリア再結合の可能性を最小限に抑えるためには、エミッタ領域１２３を非常に浅く形成することが好ましい。
【０００８】
一部の光子はエミッタ領域１２３を通過してベース１２４に入射する。このような光子は、ベース１２４内の電子を励起することができる。この電子は、エミッタ領域１２３に自由に移動する電子であり、対応する正孔はベース１２４内に留まる。このｐｎ接合が存在することによって実現される電荷分離の結果として、光子によって生成される余剰キャリア（電子および正孔）は、回路を完成させるべく外部負荷を駆動することを目的として利用することができる。
【０００９】
外部負荷によってエミッタ領域１２３とベース１２４とを外部接続することによって、電流を導通させることが可能となり、その結果電力を供給することが可能となる。このためには、通常金属製であるコンタクト１２１、１２５は、エミッタ領域およびベースの外面上に設けられる。ベースは光子を直接受光するのではないので、外面の全面に沿って裏面コンタクト１２５が設けられるのが一般的である。これとは対照的に、エミッタ領域１２３の外面は光子を受光するので、コンタクトで全面を覆うことはできない。
【００１０】
ＣＭＯＳ画像センサおよびＣＣＤ画像センサのいずれにおいても、性能劣化の原因の１つは、ドープされた接合での「暗電流」として知られている寄生電流である。暗電流は、画像センサ内のフォトダイオードに特有の欠陥に起因して当該フォトダイオードが生成する寄生電流である。フォトダイオード内に欠陥（例えば、パッシベーションされていないＳｉ空孔、Ｓｉ格子間原子、格子間ドーパント、金属汚染、積層欠陥、および、転位）があると少数キャリアを捕捉してしまい、フォトダイオードに逆バイアスがかかると捕捉されたキャリアが開放される。この逆バイアスによる漏れ電流を、暗電流と呼ぶ。このように、暗電流の電荷発生率は、画像センサ内の結晶欠陥、特に画像センサの接合内および表面上の結晶欠陥と関連がある。暗電流は、画像センサの性能に関して鍵となる画像センサの信号ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を劣化させてしまう。
【００１１】
同様に、ＰＶセルのＰＮ接合での暗電流（ＰＶセルでは逆方向飽和電流と呼ばれている）もまた、ＰＮ接合に特有の欠陥に起因して発生する。この界面によって、基板内の少数キャリアの寿命が短くなり、ＰＶセルの効率が悪くなってしまう。
【００１２】
図４Ａから図４Ｄは、画像センサ製造の実施形態を説明するための図である。図４Ａにおいて、トレンチ１６０がエッチングで形成される。トレンチ１６０の角部分１６９および壁面は、このエッチングを実行する際に損傷する可能性がある。エッチングによって、トレンチ１６０の側壁１７０にシリコン空孔クラスタ（積層欠陥の核生成箇所）が形成される。エッチングの結果としてさらに、電荷が蓄積される灰化領域も不規則に形成される。また、エッチング処理は、エッチング表面のシリコンを損傷させ、ダングリングボンドが形成されることが多い。図４Ｂでは、酸化処理および／または窒化処理が実行され、層１６１が形成される。図４Ｃでは、高密度プラズマ化学気相成長（ＨＤＰ  ＣＶＤ）処理によって、トレンチ１６０を材料１６２で充填する。層１６１および材料１６２は、応力を発生させて、トレンチ１６０内に欠陥を成長させる。過剰な材料１６２は、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理で除去される。図４Ｄは、完成した画像センサである。Ｐ型ウェル１６８、Ｐ型ドープ領域１６３、Ｎ型ドープ領域１６４、Ｎ型ドープ領域１６６、Ｐ型ウェル１６５、および、トランスファゲート（ＴＧ）１６７が画像センサにさらに設けられる。圧縮応力（矢印６００で示す）は、トレンチ１６０に起因して発生し、Ｐ型ドープ領域１６３およびＮ型ドープ領域１６４に加えられるとしてよい。
【００１３】
応力が、特にＳＴＩウェル内で、大きくなると、暗電流が増大する可能性がある。ＨＤＰ  ＣＶＤに起因する応力は、酸化物を用いてＳＴＩウェル１６０を充填する場合に発生し得る。ＳＴＩウェル１６０をエッチングする際（つまり、ＨＤＰ  ＣＶＤの実行前）、シリコンの壁面は損傷されてしまう。酸化物高密度化または化学機械研磨（ＣＭＰ）等の後続の処理工程において欠陥が成長して広がってしまう。図５は、ＳＴＩウェルの角部分に見られる転位を示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。
【００１４】
暗電流の発生要因となる結晶欠陥が形成される原因は複数考えられ得る。第一に、ドーピング、アニーリング、エッチング、または、その他の集積回路（ＩＣ）処理による結晶構造の残留損傷によって欠陥が発生し得る。図１１は、図１に図示したような画像センサにおける暗電流の幾つかの原因を示す図である。暗電流の原因として第一に挙げられるのは（９０１）、表面暗電流である。この場合、表面と酸化物最上面との間の界面が不完全であることによって欠陥が形成される。この欠陥によって少数キャリアが捕捉される。暗電流の原因として第二に挙げられるのは（９０２）、空乏暗電流である。この場合、格子間原子、ＥＯＲ欠陥、および、その他のＰ型ドープ領域に存在する基板欠陥によって空乏領域にキャリアが生成される。暗電流の原因として第三に挙げられるのは（９０３）、ドープ領域からキャリアが拡散してくることである。暗電流の原因として第四に挙げられるのは（９０４）、バルク領域からキャリアが拡散してくることである。上記の四つの暗電流の原因は全て、アニーリング、注入、エッチング、または、その他のＩＣ処理工程によって通常形成される、シリコン結晶構造内の異常事態に起因する。
【００１５】
第二に、材料、構造、または、画像センサレイアウトのバラツキに起因して発生する応力によって欠陥が成長する場合がある。例えば、トレンチアイソレーション部の端縁は、トレンチの角部分および側壁は粗く欠陥があるので、欠陥の核となる。ＨＤＰ  ＣＶＤを利用してトレンチを充填すると、このような欠陥に応力がかかり、欠陥のサイズが広がってしまう場合がある。図１１は、上述したトレンチアイソレーション部に関連する応力によって生じる暗電流９０５を示す。
【００１６】
画像センサの暗電流は、接合または材料の品質を良く表す指標である。このため、暗電流は少数キャリアの寿命と直接関わってくる。所与のドープ領域における少数キャリアは、電荷キャリアのうち比較的少ない電荷キャリアであり、電子または正孔のいずれかとなり得る。キャリアの寿命は、余分な少数キャリアが再結合するために必要な時間（つまり、電子が正孔と結合するか、または、欠陥をパッシベーションするために必要な時間）の平均である。画像センサに入射する光は、キャリアを生成する。このキャリアは、回収されて発生電流として測定される。外部から光が入射している間にシリコン内の暗電流を測定するのは、光によって開始されたキャリア生成がバックグラウンドノイズとなるので、難しい。光がない状態で分離システムにおいてシリコンを分離すると、ノイズレベルが低くなるので、暗電流の測定が可能になる。この分離システムでダイオードに逆バイアスをかけると、漏れ電流を測定することによって、シリコン内に特有の欠陥の特徴を正しく表すことができる。既存の欠陥が捕捉していた少数キャリアを開放し始めるので、暗電流が発生する。キャパシタが深い空乏層型で動作する場合に少数キャリアの生成寿命もまた、暗電流に関連している。暗電流は、画像センサのＳ／Ｎ比を劣化させてしまうので、画像センサの収率が劣化する可能性がある。
【００１７】
従来、ＢＦ３を利用したＳＴＩウェルへの注入処理は、暗電流を低減するべく、約１Ｅ１５から３Ｅ１５でプラズマドーピングを用いて実行されていた。しかし、このようにＢＦ３のドーズ量を大きくすると、画像センサで寄生電流が生じる場合がある。高ドーズ量で実行されるその他の注入処理もまた、画像センサを損傷させたり、または、欠陥を発生させたりする可能性がある。同様に、フォトダイオードのｐ型領域およびｎ型領域にイオンをドープすると、材料内に欠陥が発生する可能性があり、この結果、暗電流が増大する。
【００１８】
したがって、画像センサまたはＰＶセルに種を注入する方法を改善する必要性がある。特に、暗電流の改善および欠陥の低減を実現しつつ画像センサまたはＰＶセルに種を注入する方法が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
感光性装置で発生する暗電流は、当該装置を製造する際の種の注入処理を改善することによって、低減される。暗電流は、アニーリング、注入、または、製造時に利用されるその他の処理工程によって発生する、フォトダイオード装置内の欠陥によって生じる可能性がある。処理対象物のフォトダイオード領域をアモルファス化することによって、欠陥の数を低減できるので、暗電流の発生要因が減る。
【００２０】
暗電流はまた、隣接するＳＴＩに誘発される応力によっても発生する。裏打ち材料および充填材料に起因して生じる応力によって、処理対象物が含む欠陥はさらに深刻な問題となる。トレンチの側壁および底面をアモルファス化することによって、エッチング処理で形成される欠陥は低減され得る。このように欠陥が低減されることによってさらに、感光性装置での暗電流が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本開示をより良く理解していただくべく、添付図面を参照する。添付図面では、同様の構成要素は同様の参照番号を割り当てている。図面は以下の通りである。
【図１】画像センサの一例を示す断面図である。
【図２】画像センサの一例を示す別の断面図である。
【図３】ＰＶセルの一例を示す断面図である。
【図４Ａ】画像センサの製造工程の実施形態を説明するための図である。
【図４Ｂ】画像センサの製造工程の実施形態を説明するための図である。
【図４Ｃ】画像センサの製造工程の実施形態を説明するための図である。
【図４Ｄ】画像センサの製造工程の実施形態を説明するための図である。
【図５】ＳＴＩウェルの角部分の転位を図示するＴＥＭ写真である。
【図６Ａ】ＳＴＩでの応力を低減する注入処理の実施形態を説明するための図である。
【図６Ｂ】ＳＴＩでの応力を低減する注入処理の実施形態を説明するための図である。
【図６Ｃ】ＳＴＩでの応力を低減する注入処理の実施形態を説明するための図である。
【図６Ｄ】ＳＴＩでの応力を低減する注入処理の実施形態を説明するための図である。
【図７】温度を下げることによって処理対象物の欠陥が低減されている様子を示す図である。
【図８Ａ】ウェルでの注入欠陥を低減する注入処理の実施形態を説明するための図である。
【図８Ｂ】ウェルでの注入欠陥を低減する注入処理の実施形態を説明するための図である。
【図９】プラズマドーピングシステムを示すブロック図である。
【図１０】ビームラインイオン注入装置を示すブロック図である。
【図１１】画像センサの一例での暗電流の要因を説明するための図である。
【図１２Ａ】ｐｎ接合を形成するためにドーパントを注入する処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２Ｂ】ｐｎ接合を形成するためにドーパントを注入する処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図６Ａから図６Ｄは、ＳＴＩでの応力を低減するための注入処理の実施形態を説明するための図である。図６Ａにおいて、トレンチ１６０をエッチングで形成する。トレンチ１６０の角部分１６９および側壁１７０は、このエッチングを実行中に損傷する場合がある。例えば、エッチングによって、トレンチ１６０の側壁１７０にシリコン空孔クラスタ（積層欠陥の核生成箇所）が形成される。エッチングの結果としてさらに、電荷が蓄積される灰化領域も不規則に形成される。
【００２３】
図６Ｂにおいて、酸化処理および／または窒化処理が実行され、層１６１が形成される。この処理は、炉または堆積によって実行され得る。図６Ｂにおいてさらに、種５００がトレンチ１６０の壁面および底面に注入される。この注入処理は、層１６１の形成の前または後に実行されるか、または、少なくとも一部が層１６１の形成と同時に実行されるとしてよい。種５００は、トレンチ１６０に沿ってシリコンをアモルファス化して、アモルファス化領域５０１が形成される。このアモルファス化によって、結晶格子の長範囲規則性が崩れたり、または、失われる。アモルファス化領域５０１は、図６Ａに示すトレンチ１６０のエッチングによって生じる損傷を一部除去して、トレンチ１６０の側壁１７０を均質化して、存在すれば、核生成箇所となり得る欠陥または空孔クラスタを除去する。このため、トレンチ１６０の側壁１７０は、アニーリング時に適切または正しい結晶形態で再度成長するとしてよい。
【００２４】
アモルファス化領域５０１は、トレンチ１６０の応力境界に沿って核を持つ応力欠陥を除去するとしてよい。応力欠陥は、トレンチ１６０を充填する層１６１に起因して発生する。層１６１の密度が高いので、トレンチ１６０の壁面に応力がかかる。トレンチ１６０の壁面に既に欠陥があれば、この応力によって成長し、応力欠陥が形成される。層１６１がトレンチ１６０を充填すると、材料１６２用の空間が小さくなるので、応力が高くなる。アモルファス化領域５０１は、応力が増加する原因となるトレンチ１６０の壁面での層１６１の成長を抑制または制限するとしてよい。
【００２５】
図６Ｃにおいて、ＨＤＰ  ＣＶＤ処理によってトレンチ１６０を材料１６２で充填する。この材料は、高密度酸化物を利用するのが一般的であるが、一部の有機誘電体も利用可能であるとしてよい。余分な材料１６２は、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理で除去する。図６Ｄは、完成した画像センサを示す。Ｐ型ウェル１６８、Ｐ型ドープ領域１６３、Ｎ型ドープ領域１６４、Ｎ型ドープ領域１６５、Ｐ型ウェル１６６、および、ＴＧ１６７が画像センサにさらに設けられている。別の実施形態によると、Ｐ型ウェル１６６および／またはＰ型ウェル１６８は、トレンチ１６０をエッチングで形成する前にドーピングされる。圧縮応力（矢印６００で表されている）が、トレンチ１６０からＰ型ドープ領域１６３およびＮ型ドープ領域１６４にかかるとしてよい。しかし、応力のレベルは、アモルファス化領域５０１があるために、図４Ａから図４Ｄの画像センサに比べて低くなっている場合がある。注入処理５００は、欠陥のある領域をアモルファス化して欠陥を除去する。これによって、壁面に沿って欠陥のない結晶成長が可能となる。このため、別にアニーリングを実行する必要がない。ＳＴＩ部の形成の後に行なわれる処理（例えば、ｐｎ接合の形成）および関連する熱処理によって、アモルファス化された側壁が成長するのに必要なサーマルバジェットが供給される。これによって暗電流が低減され得る。
【００２６】
種５００は、任意の種類のアモルファス化種であってよい。ドーピング種が利用され得るが、一実施形態では、非ドーピング種、例えば、Ｈｅ、Ｈ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏ、または、Ｎを種５００として利用するとしてよい。他の非ドーピング種もまた利用され得る。一実施形態によると、トレンチ１６０にドーピング種を注入するのは望ましくない場合がある。トレンチ１６０の壁面にドーピング種を注入すると蓄積表面が形成されるが、トレンチ１６０の下方に別のダイオードを形成するのでＩＣ内で寄生効果を生じさせる可能性もある。
【００２７】
画像センサの表面に対して傾斜注入処理を行なうとアモルファス化領域５０１のアモルファス化が改善され、トレンチ１６０の壁面および底面の両方のアモルファス化が可能となる。この場合、傾斜注入処理とは、基板表面またはトレンチ１６０の底面に対して垂直ではない注入処理を意味する。図６Ｂは２つの傾斜注入処理を図示しているが、注入処理の数または傾斜角度を変更することは可能である。アモルファス化注入処理のドーズ量は、約１Ｅ１１から１Ｅ１５の間の範囲であってよい。注入角度および注入エネルギーは、トレンチ１６０のアスペクト比（つまり、高さと幅との比）に基づいて設定される。注入エネルギーは、約０．５ｋｅＶから２０ｋｅＶの間であってよい。ドーズ量およびエネルギーは変更可能であり、本明細書に記載する処理の実施形態は上記のような特定のドーズ量およびエネルギーに限定されるものではない。
【００２８】
種が処理対象物をアモルファス化できるか否かは、注入される種、処理対象物の材料、および、用いられるドーズレートによって変わる。注入される種の、処理対象物をアモルファス化するドーズレートは、アモルファス化しきい値として既知の値である。例えば、ドーズレートが高い場合（１ｅ１５等）、ＢＦ２がシリコンをアモルファス化する。しかし、ドーズレートが低くなると、この限りではない。同様に、このドーズレート（１ｅ１５）では、ホウ素は（質量が軽いので）シリコンの処理対象物はアモルファス化しない。実際、ホウ素のアモルファス化しきい値は、約７ｅ１５である。アモルファス化効果の程度は、処理対象物で発生する損傷の量に影響する。
【００２９】
注入処理によって発生する損傷を最小限に抑えるべく、注入温度を変更するとしてよい。アモルファス化しきい値よりも高いドーズレートで注入処理が行なわれる場合、損傷を小さくするためには低温注入処理を用いるとしてよい。同様に、ドーズレートがアモルファス化しきい値に近い場合、低温注入処理が好まれるとしてよい。一実施形態によると、処理対象物は、約摂氏プラス３０度から摂氏マイナス２００度の間、より好ましくは、摂氏０度から摂氏マイナス２００度の間に維持される。温度は変更が可能で、本明細書に記載する処理の実施形態は、約摂氏プラス３０度から摂氏マイナス２００度の範囲のみに限定されない。処理対象物の温度が低くなると、種が当該処理対象物をアモルファス化することができるしきい値が低くなり、アモルファス化の品質が改善され得る。アモルファス化の品質が低温で改善されるのは、トレンチ１６０の結晶格子が高温の場合の結晶格子に比べて近くなっているためである。低温に設定することでさらに、注入処理によって発生するエンド・オブ・レンジ（終端：ＥＯＲ）欠陥が少なくなる。シリコン格子におけるＥＯＲは、当該ＥＯＲの直下にはじき出された複数のシリコン格子間原子である。低温に設定することで、アモルファス化しきい値が低くなり、種５００の所定のドーズ量で発生するアモルファス化効果を増大させる。このため、結晶格子ではより多くの置換空孔がより均一に、ＥＯＲに至るまで、形成される。後に行なわれるアニーリングでＥＯＲの格子間原子で再結晶化が始まり、この再結晶化が上向きに移動して、応力およびＥＯＲ欠陥を発生させる。所与の領域をより完全にアモルファス化することによって、いずれの格子間原子も置換箇所に戻る可能性が高くなり、ＥＯＲ欠陥が少なくなる。低温注入処理ではさらに、アモルファス化するために必要なドーズ量が少なくなる場合がある。図７には、低温に設定することで処理対象物に発生する欠陥が少なくなった様子が図示されている。アモルファス化効果を大きくして、欠陥を少なくすることによって、暗電流が低減され得る。
【００３０】
低温注入処理または冷注入処理によって基板の品質が改善する様子は、少数キャリアの寿命を比較することによって分かる。リンの通常の注入処理（１４０ｋｅＶ、５Ｅ１３、摂氏９５０度でのアニーリング）では、少数キャリアの拡散距離は２００μｍであった。同じ注入処理を摂氏マイナス６０度で行うと、少数キャリアの拡散距離は３１０μｍであった。これは、寿命、ひいては結晶品質が５０％以上改善したことを意味する。
【００３１】
しかし、注入される種について所望されるドーズレートがアモルファス化しきい値よりもはるかに低い場合、欠陥を少なくすると共に結晶格子の損傷を低減するためには、熱注入処理が実行される。この熱注入処理は、例えば、摂氏６０度から摂氏９００度の間で実行されるとしてよい。例えば、基板をこのような高温にまで加熱するには、例えば、裏面ガス冷却／加熱、事前加熱、抵抗加熱されたプラテン、または、ランプが用いられるとしてよい。この注入処理は、結晶格子からＳｉ原子をはじき出す。はじき出されたＳｉ原子の一部が結晶格子の格子間空間に移動する場合があり、置換空間が形成される。加熱注入処理を実行することによって、はじき出されたＳｉ原子の一部を格子間空間から結晶格子へと戻すことができる。この結果、非加熱注入処理に比べて、アモルファス化効果が小さくなり、空孔欠陥が少なくなる。つまり、アニーリング時に修復する必要がある損傷が少なくなる。
【００３２】
加熱注入処理は、アモルファス化しきい値またはアモルファス化レベル未満のドーズ量を注入する際に利用されるとしてよい。このようなドーズ量では加熱注入処理の場合に形成される空孔の数が少なくなる。一例を挙げると、注入ドーズ量の範囲は、非加熱注入処理と加熱注入処理とでは異なる場合がある。
【００３３】
図６Ａから図６Ｄは、フィーチャに誘発されて基板で発生する歪みに起因する暗電流（図１１では（５）で示す）を低減する方法を説明する図である。この特定の実施形態によると、この歪みはＳＴＩが形成された結果発生する。
【００３４】
図１１はさらに、通常は基板を処理すると発生する結晶構造の異常に関連する暗電流の他の原因も幾つか示している。図８Ａおよび図８Ｂは、ウェルの注入処理に関する欠陥を低減する注入処理の実施形態を説明するための図である。図８Ａでは、Ｐ型ウェル１６６およびＰ型ウェル１６８にドーピングが行われた後であり、トレンチ１６０がエッチングで形成されている。この結果、トレンチ１６０の角部分および側壁が損傷している場合がある。酸化処理および／または窒化処理もまた実行された後であり、層１６１が形成され、ＨＤＰ  ＣＶＤ処理によって、トレンチ１６０が材料１６２で充填されている。過剰な材料１６２は、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理を用いて除去される。
【００３５】
図８Ｂは、完成したＩＣを示す図である。Ｐ型ドープ領域１６３、Ｎ型ドープ領域１６４、Ｎ型ドープ領域１６６、および、ＴＧ１６７がＩＣに追加されている。Ｐ型ウェル１６６およびＰ型ウェル１６８は、トレンチ１６０をエッチングで形成する前または後にドーピングが行われる。
【００３６】
Ｐ型ウェル１６８またはＰ型ウェル１６６を形成するためには、高エネルギーで注入処理を行う必要があるとしてよい。このような高エネルギーでの注入は、例えば、Ｐ型ウェル１６８において欠陥を生じさせる可能性がある。この欠陥は、少数キャリアの寿命を低減する。これは、接合の暗電流と相関関係を持つ。Ｐ型ウェル１６８のシリコン格子内の欠陥は、パッシベーションされていない結合を持ち、これらの結合は少数キャリアによってパッシベーションされるので、少数キャリアに対する「捕獲部」のような機能を持つ場合がある。一例を挙げると、Ｐ型領域の電子である。特定の量の光エネルギーがＰＮ接合で吸収されると、励起して電子−正孔対が形成される。この電子−正孔対は、対応する伝導帯または価電子帯に向けてドリフトし始める。キャリアは、対応する帯域に到達するとカウントされ、これによって受け取る光エネルギーの量および種類が決まる。シリコン内の欠陥はキャリアを捕獲するので、キャリアは帯域に到達しない。少数キャリアの寿命とは、キャリアが欠陥によって捕獲されるまで結晶格子内にどのくらいの期間にわたって存在するかの推定結果である。欠陥密度が高いとキャリアの寿命が短くなる。同様に、欠陥密度が低いとキャリアの寿命が長くなる。寿命を推定するのは、生成されるキャリアの数は既知であるが、キャリアが測定されない場合にはキャリアが捕獲される場合もあると仮定され得るためである。
【００３７】
このような欠陥を最小限に抑え、且つ、注入処理による残留損傷を低減するべく、Ｐ型ウェル１６８またはＰ型ウェル１６６は、ドーズ量を低くして、高温で注入処理を行うとしてよい。図８Ａに示す実施形態では、Ｐ型ウェル１６８のみに注入処理が行われる。Ｐ型ウェル１６８の注入処理に一般的に用いられる種であればどの種を利用するとしてもよく、例えば、Ｂ、ＢＦ３、またはＰを利用するとしてよい。注入処理のドーズ量は、約１Ｅ１１から１Ｅ１４の間であるとしてよい。注入角度および注入エネルギーは、Ｐ型ウェル１６８に必要な深さに応じて設定される。注入エネルギーは、例えば、約５０ｋｅＶから６ＭｅＶの間であってよい。エネルギー範囲およびドーズ量は変更可能で、本明細書に記載している処理の実施形態は、約５０ｋｅＶから６ＭｅＶの間、または、１Ｅ１１から１Ｅ１４の間に限定されるものではない。
【００３８】
別の実施形態によると、図６Ａから図６Ｄに示した実施形態と同様に、Ｐ型ウェル１６８は注入処理が実行され、トレンチ１６０の壁面もまたアモルファス化される。
【００３９】
別の実施形態によると、Ｐ型ドープ領域１６３およびＮ型ドープ領域１６４は、暗電流を低減するべくアモルファス化される。図１１は、格子間原子およびＥＯＲ欠陥に起因して、空乏領域でキャリアが生成されることによって暗電流が発生し得る様子を示す図である。同様に、暗電流は、ドープされている接合およびバルク領域からキャリアが拡散することによっても発生し得る。Ｐ型ドープ領域１６３および／またはＮ型ドープ領域１６４をアモルファス化することによって、これらの領域の欠陥の数を減らすことができるので、暗電流の低減につながる。ドーピングのための注入処理はすべて、残留損傷を生じさせるとしてよい。この損傷を最小限に抑えるべく、ドーパントを注入する際のドーズ量がアモルファス化しきい値よりも大きい場合には、低温注入処理を実行する。これとは逆に、ドーパントのドーズ量がアモルファス化しきい値よりも小さい場合には高温注入処理が用いられる。このように改良された注入処理は、アニーリング後に見られる残留損傷を全体的に少なくするので、ドーピングをより良好に行うことができる。
【００４０】
さらに別の実施形態によると、少数キャリアの寿命の改善、暗電流の改善、または、欠陥の低減を目的として、ＰＶセルの一部の領域をアモルファス化する。この結果、ＰＶセルの効率が改善され得る。具体的には、ＰＮ接合、エミッタ、または、ベースをアモルファス化するとしてよい。ＰＶセルの他の領域も同様にアモルファス化するとしてよい。例えば、エミッタに選択的に注入処理を行い、コンタクトに注入処理を行い、埋め込み接合に注入処理を行い、裏面に電界注入を行い、アイソレーション部に注入処理を行う。これらの注入処理は、一実施形態によると、マスクを利用して実行され得る。ドーピング注入処理は全て、残留損傷を残す可能性がある。この損傷を最小限に抑えるべく、ドーパントを注入する際のドーズ量がアモルファス化しきい値よりも大きい場合には低温注入処理が実行される。逆に、ドーパントのドーズ量がアモルファス化しきい値よりも小さい場合には高温注入処理が利用される。このように改良された注入処理は、アニーリング後に見られる残留損傷を全体的に少なくするので、ドーピングをより良好に行うことができる。これは、暗電流またはドープ領域の逆方向飽和電流が改善されるという点で測定結果に現れる。
【００４１】
図１２Ａおよび図１２Ｂはそれぞれ、太陽電池で利用されるＮ型基板およびＰ型基板のフローチャートである。図１２Ａでは、基板がＮ型基板であると仮定する。この実施形態によると、Ｐ型注入処理がまず実行され、その後にＮ型注入処理が実行される。ｐｎ領域が形成された後、表側および裏側にｎ＋＋注入処理が実行される。これらの処理はそれぞれ、欠陥を最小限に抑える温度で実行されることに留意されたい。上述したように、注入されるドーズ量がアモルファス化しきい値よりも大きい場合には低温注入処理が最適であり、アモルファス化しきい値よりも小さいドーズ量が適切な場合には高温注入処理が最適である。図１２Ｂは、Ｐ型基板の場合に実行される同様の処理を示す図である。
【００４２】
本明細書の実施形態で開示している注入処理は、ＣＩＳ、ＢＳＩ画像センサ、ＣＣＤセンサ、および、ＰＶセル等、どのような種類の感光性装置にも利用可能である。フロント・サーフィス・フィールド（ＦＳＦ）またはバック・サーフィス・フィールド（ＢＳＦ）を形成するべく表面蓄積層が必要になる場合（ＢＳＩ画像センサの場合のように）、本明細書に記載する注入処理はドーズ量および種の種類に応じて低温／高温で実行され得る。他の感光性装置の場合と同様に、本明細書に記載する注入処理は欠陥を少なくするので、暗電流の原因を低減する。
【００４３】
また、本明細書の実施形態で開示する注入処理は、プラズマドーピングシステム１００またはビームラインイオン注入装置２００を用いて実行されるとしてよい。図９は、プラズマドーピングシステム１００を示すブロック図である。図１０は、ビームラインイオン注入装置２００を示すブロック図である。当業者であれば、プラズマドーピングシステム１００およびビームラインイオン注入装置２００はそれぞれ、さまざまなプラズマドーピングシステムおよびビームラインイオン注入装置の多くの例のうち１つに過ぎないことに想到するであろう。さらに、当業者であれば、種の注入に利用され得るその他の装置、例えば、プラズマ浸漬装置またはプラズマフラッド装置等にも想到するであろう。本明細書の実施形態に開示されている注入処理は、クラスタ構成装置または積層構成装置でも実行され得る。
【００４４】
図９を再び参照して説明すると、プラズマドーピングシステム１００は、密閉容積１０３を定めている処理チャンバ１０２を備える。処理チャンバ１０２または処理対象物１３８は、温度制御システム（不図示）によって冷却または加熱されるとしてよい。プラテン１３４は、処理チャンバ１０２内に配置され、処理対象物１３８を支持するとしてよい。プラテン１３４もまた、温度制御システム（不図示）によって冷却または加熱されるとしてよい。一例を挙げると、処理対象物１３８は、ディスク形状を持つ半導体ウェハであってよい。例えば、一実施形態によると、直径が３００ｍｍのシリコンウェハであってよい。しかし、処理対象物１３８はシリコンウェハに限定されない。処理対象物１３８はさらに、例えば、フラットパネル、太陽光発電基板、または、ポリマー基板であってもよい。処理対象物１３８は、静電力または機械的な力によって、プラテン１３４の平坦な面に固定されるとしてよい。一実施形態によると、プラテン１３４は、処理対象物１３８との間で接続を行うべく導電ピン（不図示）を有するとしてよい。プラズマドーピングシステム１００はさらに、処理チャンバ１０２内で注入ガスからプラズマ１４０を生成するソース１０１を備える。ソース１０１は、当業者には公知であるＲＦソースまたはその他のソースであってよい。プラテン１３４にはバイアスがかけられているとしてよい。このバイアスは、ＤＣ電源またはＲＦ電源から供給されるとしてよい。プラズマドーピングシステム１００はさらに、シールドリング、ファラデーセンサ、または、その他の構成要素を備えるとしてもよい。一部の実施形態によると、プラズマドーピングシステム１００は、クラスタ装置の一部、または、１つのプラズマドーピングシステム１００が備える複数の動作可能に接続されているプラズマドーピングチャンバである。このように、多くのプラズマドーピングチャンバを真空内で接続するとしてもよい。
【００４５】
動作について説明すると、ソース１０１は、処理チャンバ１０２内でプラズマ１４０を生成するように構成されている。一実施形態によると、ソースは、少なくとも１つのＲＦアンテナでＲＦ電流を共振させて発振磁界を生成するＲＦソースである。発振磁界は、処理チャンバ１０２内にＲＦ電流を誘導する。処理チャンバ１０２内のＲＦ電流は、注入ガスを励起およびイオン化してプラズマ１４０を生成する。プラテン１３４および、ひいては、処理対象物１３８に加えられるバイアスは、バイアスパルスのオン期間において、プラズマ１４０から処理対象物１３８に向けてイオンを加速する。パルス状のプラテン信号の周波数および／またはパルスのデューティサイクルは、所望のドーズレートとなるように選択されるとしてよい。パルス状のプラテン信号の振幅は、所望のエネルギーとなるように選択されるとしてよい。その他のパラメータが全て等しいとすると、エネルギーが大きくなると、注入深さも大きくなる。
【００４６】
図１０は、ビームラインイオン注入装置２００を示すブロック図である。繰り返しになるが、当業者であれば、ビームラインイオン注入装置２００は多くのビームラインイオン注入装置の例のうちの１つに過ぎないことに想到するであろう。概して、ビームラインイオン注入装置２００は、例えば、帯状ビームまたはスポット状ビームのイオンビーム２８１を形成するべく抽出されるイオンを生成するイオン源２８０を備える。イオンビーム２８１は、質量分析が実施され、発散イオンビームから、一例では略平行なイオン軌道を持つ帯状イオンビームへと変換されるとしてよい。ビームラインイオン注入装置２００はさらに、一部の実施形態では、加速部または減速部２９０を備えるとしてよい。
【００４７】
エンドステーション２１１は、１以上の処理対象物、例えば、処理対象物１３８を、所望の種のイオンが処理対象物１３８に注入されるように、イオンビーム２８１の経路中に支持する。一例を挙げると、処理対象物１３８は、ディスク形状を持つ半導体ウェハであるとしてよい。例えば、一実施形態では、直径が３００ｍｍのシリコンウェハであってよい。しかし、処理対象物１３８は、シリコンウェハに限定されるものではない。処理対象物１３８は、例えば、フラットパネル、太陽光発電基板、または、ポリマー基板であってもよい。エンドステーション２１１は、処理対象物１３８を支持するプラテン２９５を備えるとしてよい。エンドステーション２１１はさらに、一実施形態によると、処理対象物１３８をイオンビーム２８１の断面の長手方向に垂直に移動させて、処理対象物１３８の全面にわたってイオンを分配するスキャナー（不図示）を備えるとしてよい。
【００４８】
イオン注入装置２００は、処理対象物自動処理設備、ファラデーセンサ、または、電子フラッドガン等、当業者に公知の構成要素をさらに備えるとしてよい。当業者であれば、イオンビームが通る経路は全長にわたってイオン注入処理中は真空状態となるものと理解されたい。ビームラインイオン注入装置２００は、一部の実施形態では、イオンの高温注入処理または低温注入処理を含むとしてよい。
【００４９】
本明細書で用いた用語および表現は、説明を目的とするものであり、限定を目的とするものではない。特定の用語および表現を用いているとしても、図示および記載した特徴（またはその一部）の均等物を排除する意図はなく、さまざまな点で変形し得るものと認められたい。他の変形例、変更例、および、代替例もまた実施可能である。したがって、上述の説明は例示に過ぎず本発明を限定するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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