JP2010287656A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】転送電極を所望の位置に精度よく形成することができ、かつ、転送バリア部を所望の深さおよび濃度に精度よく形成す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。
【解決手段】チャネル領域13が形成されたSi基板12上に、光が完全に透過する開口パターン24−1および、開口パターン24−1を透過する光量よりも少ない光量の光が透過するドットパターン領域24−2を有するグレーティングマスクを使用してSi基板12上のレジスト層23を露光、現像することにより、開口23−1および薄膜部23−2を形成する。レジスト層23をマスクとしてSi基板12にイオン注入することにより、転送バリア部15を形成した後、レジスト層23をマスクとしてSi基板12をエッチングすることにより、位置合わせ用マーク16を形成する。
【選択図】図5B
【解決手段】チャネル領域13が形成されたSi基板12上に、光が完全に透過する開口パターン24−1および、開口パターン24−1を透過する光量よりも少ない光量の光が透過するドットパターン領域24−2を有するグレーティングマスクを使用してSi基板12上のレジスト層23を露光、現像することにより、開口23−1および薄膜部23−2を形成する。レジスト層23をマスクとしてSi基板12にイオン注入することにより、転送バリア部15を形成した後、レジスト層23をマスクとしてSi基板12をエッチングすることにより、位置合わせ用マーク16を形成する。
【選択図】図5B
Description
本発明は、固体撮像装置の製造方法に関し、特に、高精度に転送バリア部と転送電極との重ね合わせを実現することができる固体撮像装置の製造方法に関する。
ビデオカメラ、デジタルカメラ等に広く利用される固体撮像装置は、半導体基板上に格子状に形成された複数のフォトダイオードによってそれぞれ受光した光を電子に変換し、これらの変換された電子を、フォトダイオードの垂直方向の列に沿ってそれぞれ形成された複数の垂直転送レジスタ、これらの複数の垂直転送レジスタの終端部に接続された水平転送レジスタによって順次転送し、電荷・電圧変換を行うことにより所望の画像が出力されるものである。
このような固体撮像装置における垂直転送レジスタ若しくは水平転送レジスタの構成は、以下の通りである。
例えばp型のシリコン基板の表面には、n型のチャネル領域が形成されている。このチャネル領域の表面には、ボロン等のイオン注入によって、複数のp型の転送バリア部が、一列に互いに離間して設けられている。このようなチャネル領域及び転送バリア部が形成されたシリコン基板上には、絶縁膜を介して、複数の転送電極が一列に互いに離間して設けられている。それぞれの転送電極は、絶縁膜上の領域において、転送バリア部の一端から電荷の転送方向に向かって、転送バリア部上を通り、チャネル領域に至る領域に形成されている。
このような固体撮像装置による電荷の転送は、一列に配列形成された転送電極に対して、交互に電圧を印加し、シリコン基板内の電位を制御することによって行われている。
ところで、上述した固体撮像装置の製造方法においては、イオン注入により形成された転送バリア部を視覚的に認識することができないため、その後の工程である転送電極の形成において、転送バリア部上に転送電極を重ね合わせて形成することが困難である。そこで、従来は、シリコン基板上の装置領域外に、位置合わせの基準となる位置合わせ用マークをエッチングにより設けた後に、この位置合わせ用マークを基準にして、上述の工程を行うことにより、固体撮像装置を製造していた。
これに対して、シリコン基板上に、位置合わせ用マーク形成のための開口と、転送バリア部形成のための薄膜部とを有するレジスト層を形成し、このレジスト層を介してドライエッチングを行うことにより位置合わせ用マークを形成した後、このレジスト層を介してイオン注入を行うことにより、転送バリア部と、位置合わせ用マークとを単一のレジスト層を介して形成する方法が知られている(特許文献1参照)。
この方法によれば、単一のレジスト層を用いて位置合わせ用マークと転送バリア部とを形成するため、上述した位置合わせ用マークのみを形成するための工程を省略することができる。さらに、この位置合わせ用マークを基準にして直接的に転送電極形成用レジスト層の位置合わせを行うことができるため、転送電極を所望の位置に精度よく形成することができる。
しかし、この方法では、先に位置合わせ用マークを形成するためにドライエッチングを行うため、レジスト層の薄膜部もドライエッチングによって削られる。従って、この後のイオン注入工程においては、設計された膜厚より薄い膜厚の薄膜部を介してイオン注入することになるため、転送バリア部の深さおよび濃度を精度よく形成することが困難であるという問題がある。
本発明の課題は、転送電極を所望の位置に精度よく形成することができ、かつ、転送バリア部を所望の深さおよび濃度に精度よく形成す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にある。
本発明による固体撮像装置の製造方法は、チャネル領域が形成された基板上に、レジスト層を形成する工程と、光が透過する第1の領域および、この領域を透過する光量よりも少ない光量の光が透過する第2の領域を有するマスクを使用して前記レジスト層を露光、現像することにより、前記レジスト層に、開口および薄膜部を形成する工程と、この開口および薄膜部が形成された前記レジスト層をマスクとして前記基板にイオン注入することにより、転送バリア部を形成する工程と、このイオン注入工程の後に、前記レジスト層をマスクとして前記基板をエッチングすることにより、位置合わせ用マークを形成する工程と、この位置合わせ用マークを基準にして、前記転送バリア部および前記チャネル領域の一部上に、転送電極を形成する工程と、を具備することを特徴とする方法である。
本発明によれば、転送電極を所望の位置に精度よく形成することができ、かつ、転送バリア部を所望の深さおよび濃度に精度よく形成す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ができる。
以下、本発明の実施形態に係る製造方法によって形成される固体撮像装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態に係る固体撮像装置においては、一例として垂直転送レジスタについて説明する
図1Aは、本実施形態に係る製造方法によって形成される固体撮像装置の垂直転送レジスタの要部を示す上面図である。また、図1Bは、図1Aの破線X−X´に沿った断面図を示す。なお、図1Aにおいては、説明の都合上、一部を省略して示している。
図1Aは、本実施形態に係る製造方法によって形成される固体撮像装置の垂直転送レジスタの要部を示す上面図である。また、図1Bは、図1Aの破線X−X´に沿った断面図を示す。なお、図1Aにおいては、説明の都合上、一部を省略して示している。
図1Bに示すように、本実施形態に係る製造方法によって形成される固体撮像装置の垂直転送レジスタ11において、p型のSi基板12の表面には、n型のチャネル領域13が埋め込み形成されている。チャネル領域13は、シリコン(Si)基板12上に格子状に配列形成された図示しないフォトダイオードの垂直方向の列に沿って、図1Aに示すように帯状に形成されている。なお、このチャネル領域13外は、チャネルストップ領域14となる。
チャネル領域13の表面には、図1Bに示すように、複数のp型の転送バリア部15が、チャネル領域13の長手方向に沿って互いに一定の間隔で離間して形成されている。これらの複数のp型の転送バリア部15は、それぞれ一定の濃度および深さで形成されている。
このように、複数のp型の転送バリア部15が形成されたことにより、Si基板12には、図2Aに示すような電位が形成される。すなわち、転送バリア部15を形成することによって、チャネル領域13によって形成される電位21−2よりも低電位21−2の領域が形成される。
また、上述のチャネルストップ領域14には、図1Aに示すように、位置合わせ用マーク16が、Si基板12の表面をエッチングすることにより凹状に形成されている。この位置合わせ用マーク16は、チャネル領域13の長手方向と、この方向に垂直な方向とに、それぞれ沿って形成されている。
このようにチャネル領域13、転送バリア部15および位置合わせ用マーク16が形成されたSi基板12上には、図1Bに示すように、例えばSiO2からなる第1の酸化膜17を介して、複数の転送電極18が形成されている。それぞれの転送電極18は、例えばポリシリコンからなる長方形の電極である。これらの転送電極18は、チャネル領域13の長手方向においては、図1Bに示すように、それぞれの転送バリア部15の一端から、この転送バリア部15上を通ってチャネル領域13に至る領域に形成されている。そして、チャネル領域13の長手方向に対して垂直な方向においては、チャネル領域13上および転送バリア部15上からチャネルストップ領域14に至る領域に形成されている。
なお、図1Aにおいては説明の都合上示されないが、転送電極18上には、複数の配線層からなる多層配線層19が形成されている。具体的には図1Bに示すように、転送電極18上には、第2の酸化膜19−1を介して第1の配線層19−2が形成されており、この第1の配線層19−2上には、第3の酸化膜19−3を介して第2の配線層19−4が形成されている。ここで、図示はされていないが、第1の配線層19−2に形成された配線の少なくとも一部は、転送電極18と電気的に接続されており、この配線により、転送電極18に電圧を印加することができる。
また、上述した多層配線層19上には、表面保護層であるパッシベーション膜20が形成されている。
以上に説明した垂直転送レジスタ11は、図2Bに示すように、一つおきの複数の転送電極18aに対して電圧を印加し、転送電極18a下の電位21を上昇させることにより、図2Aに示す位置に蓄積された電荷22を、図2Bに示す矢印の方向に転送させる。そして、次に一つおきの複数の転送電極18bに対して電圧を印加することにより、同様に電荷22を転送させる。これを繰り返すことにより、垂直転送レジスタ11は、電荷22を転送させる。
次に、本実施形態の固体撮像装置の製造方法について、図面を参照して説明する。なお、固体撮像装置の製造方法については、上述の垂直転送レジスタ11の製造方法を説明する。
まず、本実施形態の固体撮像装置の製造方法において使用されるグレーティングマスクについて、図3を参照して説明する。
図3は、本実施形態に係る製造方法において使用されるグレーティングマスクを示す上面図である。図3に示すように、グレーティングマスク24は、開口パターン24−1と、ドットパターン領域24−2とが形成されたレチクルマスク24である。
グレーティングマスク24が有する開口パターン24−1は、ガラス基板上の遮光性のクロム膜が除去されることにより形成された領域である。従って、開口パターン24−1は、グレーティングマスク24に照射される光が完全に透過する領域である。
これに対してドットパターン領域24−2は、クロム膜が楕円状に除去された微小領域24−2aの集合である。従って、ドットパターン領域24−2は、グレーティングマスク24に照射される光の一部だけを透過させる領域である。
なお、ドットパターン領域24−2を透過する光量は、微小領域24−2aの配置および密度によって制御することが可能である。
次に、以上に説明したグレーティングマスク24を使用して、Si基板12上のレジスト層23に、位置合わせ用マーク16を形成するための開口および、転送バリア部15を形成するための薄膜部を形成する方法を、図4A乃至図4Cを参照して説明する。
まず、図4Aに示すように、Si基板12の表面に第1の酸化膜17を形成した後、例えばリン(P)、砒素(As)のいずれかを注入することによって帯状にチャネル領域13を形成する。そして、チャネル領域13が形成されたSi基板12上に、レジストを全面塗布することにより、レジスト層23を形成する。
次に、図4Bに示すように、グレーティングマスク24を使用して、レジスト層23を露光する。このとき、開口パターン24−1直下のレジスト層23に対しては露光量が多く、ドットパターン領域24−2直下のレジスト層23に対しては、開口パターン24−1直下の露光量に比べて露光量が少なくなるように露光量が制御されてレジスト層23が露光される。
次に、図4Cに示すように、グレーティングマスク24を使用して露光されたレジスト層23を現像する。このとき、露光量が多い開口パターン24−1直下は開口し、これより露光量が少ないドットパターン領域24−2直下はレジストが残存する。
以上の工程により、一度の露光、現像によって、レジスト層23に、位置合わせ用マーク16を形成するための開口23−1および、転送バリア部15を形成するための薄膜部23−2が形成される。
次に、このレジスト層23をマスクとして使用した垂直転送レジスタの製造方法について、図5A乃至図5Dを参照して説明する。
まず、図5Aに示すように、Si基板12上に形成されたレジスト層23をマスクとして用いて、Si基板12に例えばボロン(B)をイオン注入する。そして、熱処理であるアニール工程を経ることにより、所望の深さおよび不純物濃度の転送バリア部15が形成される。転送バリア部15は、イオン注入エネルギー、薄膜部23−2の膜厚および第1の酸化膜17の膜厚を考慮して、これらを適宜調節することにより、所望の深さおよび不純物濃度で形成される。
なお、転送バリア部15の形成の際には、レジスト層23の開口23−1を介して、位置合わせ用マーク16が形成される箇所にも、不純物領域15aが形成される。
次に、図5Bに示すように、上述のイオン注入工程において使用されたレジスト層23をマスクとして使用して、Si基板12をドライエッチングする。この場合、開口23−1にはレジスト層23が形成されていないため、Si基板12の表面がエッチングにより除去されて凹部が形成される。これにより、Si基板12の表面に位置合わせ用マーク16が形成される。
次に、図5Cに示すように、アッシングにより、Si基板12上からレジスト層23を除去する。
次に、図5Dに示すように、位置合わせ用マーク16を位置合わせの基準にすることによって、転送バリア部15とチャネル領域13の一部との上に転送電極18を形成する。具体的には、レジスト層23が剥離されたSi基板12上に、位置合わせ用マーク16を基準にして、所望の位置に転送電極形成用の開口が形成された電極形成用のレジスト層を形成し、このレジスト層を介して、例えばCVD法によってポリシリコン膜を形成した後、電極形成用のレジスト層を除去することにより、転送電極18が形成される。
以上に示すように転送電極18を形成した後は、この転送電極18が形成されたSi基板12上に、例えばこの転送電極18を基準にして、多層配線層19、パッシベーション膜20を順次形成することによって、図1A、図1Bに示す固体撮像装置の垂直転送レジスタ11が形成される。
以上に示したように、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、位置合わせ用マーク16を基準にすることによって、転送電極18を所望の位置に精度よく形成することができる。
また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法においては、転送バリア部15を形成するためのイオン注入を行った後に、位置合わせ用マーク16を形成するためのエッチングを行うため、イオン注入工程において、レジスト層23の薄膜部23−2は所望の膜厚よりも薄くなることはない。従って、転送バリア部15を所望の深さおよび濃度に精度よく形成することができる。
以上に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明した。しかし、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、上述した固体撮像装置の垂直転送レジスタ11の製造方法に限定されるものではない。
例えば、水平転送レジスタの形成方法においても、本実施形態の製造方法を適用することができる。
また、位置合わせ用マーク16形状は、上述した形状に限定されるものではなく、例えばクロス形状やL字状等であってもよい。さらに、位置合わせ用マーク16の位置および数も、上述した位置および数に限定されるものではなく、必要な箇所に必要な数だけ形成する場合であっても、本発明を適用することができる。
また、上述のグレーティングマスク24が有するドットパターン領域24−2は、クロム膜が楕円状に除去された微小領域24−2aの集合であった。このドットパターン領域24−2を構成する微小領域24−2aの配置、密度、形状は、図3に示す配置、密度、形状に限定されるものではない。さらに、ドットパターン領域24−2は、これに限らず、グレーティングマスク24に照射される光の一部だけを透過させる領域であればよい。
また、上述の固体撮像装置は、単層電極構造であったが、多層電極構造の固体撮像装置の製造方法においても、本発明を適用することができる。さらに、少なくとも、基板にイオン注入により不純物領域を形成する工程と、この工程により形成された不純物領域上に他の構成を重ね合わせて形成する工程と、を具備する半導体装置の製造方法に対しては、本発明を適用することができる。
11・・・垂直転送レジスタ
12・・・Si基板
13・・・チャネル領域
14・・・チャネルストップ領域
15・・・転送バリア部
15a・・・不純物領域
16・・・位置合わせ用マーク
17・・・第1の酸化膜
18・・・転送電極
19・・・多層配線層
19−1・・・第2の酸化膜
19−2・・・第1の配線層
19−3・・・第3の配線層
19−4・・・第2の配線層
20・・・パッシベーション膜
21・・・転送電極下の電位
21−1・・・転送バリア部によって形成される電位
21−2・・・チャネル領域によって形成される電位
22・・・電荷
23・・・レジスト層
23−1・・・位置合わせ用マークを形成するための開口
23−2・・・転送バリア部を形成するための薄膜部
24・・・グレーティングマスク
24−1・・・開口パターン
24−2・・・ドットパターン領域
24−2a・・・楕円形状の微小領域
12・・・Si基板
13・・・チャネル領域
14・・・チャネルストップ領域
15・・・転送バリア部
15a・・・不純物領域
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17・・・第1の酸化膜
18・・・転送電極
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19−1・・・第2の酸化膜
19−2・・・第1の配線層
19−3・・・第3の配線層
19−4・・・第2の配線層
20・・・パッシベーション膜
21・・・転送電極下の電位
21−1・・・転送バリア部によって形成される電位
21−2・・・チャネル領域によって形成される電位
22・・・電荷
23・・・レジスト層
23−1・・・位置合わせ用マークを形成するための開口
23−2・・・転送バリア部を形成するための薄膜部
24・・・グレーティングマスク
24−1・・・開口パターン
24−2・・・ドットパターン領域
24−2a・・・楕円形状の微小領域
Claims (3)
- チャネル領域が形成された基板上に、レジスト層を形成する工程と、
光が透過する第1の領域および、この領域を透過する光量よりも少ない光量の光が透過する第2の領域を有するマスクを使用して前記レジスト層を露光、現像することにより、前記レジスト層に、開口および薄膜部を形成する工程と、
この開口および薄膜部が形成された前記レジスト層をマスクとして前記基板にイオン注入することにより、転送バリア部を形成する工程と、
このイオン注入工程の後に、前記レジスト層をマスクとして前記基板をエッチングすることにより、位置合わせ用マークを形成する工程と、
この位置合わせ用マークを基準にして、前記転送バリア部および前記チャネル領域の一部上に、転送電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記第2の領域は、微小な開口パターンの集合からなる領域であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記レジスト層の露光は、前記マスクに形成された前記第1の領域直下の前記レジスト層に対しては露光量が多く、前記マスクに形成された前記第2の領域直下の前記レジスト層に対しては、前記第1の領域開口直下の露光量に比べて露光量が少なくなるように前記レジスト層を露光することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。
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