KR20090023102A - 반도체장치의 제조방법, 고체촬상소자, 전자기기의제조방법, 및 전자기기 - Google Patents

반도체장치의 제조방법, 고체촬상소자, 전자기기의제조방법, 및 전자기기 Download PDF

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Abstract

반도체장치의 제조방법이 제공된다. 상기 방법은, 기판 위에, 개구를 가지는 제1 하드 마스크를 형성하는 공정과, 제1 하드 마스크의 개구의 측면 위에 희생막을 형성하는 공정과, 측면 위에 희생막을 가지는 개구에 제2 하드 마스크를 형성하는 공정과, 제2 하드 마스크를 형성한 후에 희생막을 제거하는 공정과, 제1 하드 마스크를 통해 제1 도전형의 불순물을 이온 주입하는 공정과, 제1 및 제2 하드 마스크를 통해 제2 도전형의 불순물을 이온 주입하는 공정을 구비한다.
반도체, 개구, 하드 마스크, 희생막, 불순물

Description

반도체장치의 제조방법, 고체촬상소자, 전자기기의 제조방법, 및 전자기기{METHOD OF PRODUCING SEMICONDUCTOR DEVICE, SOLID-STATE IMAGING DEVICE, METHOD OF PRODUCING ELECTRONIC APPARATUS, AND ELECTRIC APPARATUS}
본 발명은 2007년 8월 29일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 JP 2007-223114에 관련된 주제를 포함하고, 그 모든 내용은 여기에 참조에 의해 포함된다.
본 발명은 반도체장치의 제조방법, 고체촬상소자, 전자기기의 제조방법, 및 전자기기에 관한 것이다.
불순물 확산층을 사용한 분리는 ＣＣＤ촬상소자 등의 고체촬상소자에 있어서, 단위 화소를 분리하는 기술이다. 포토다이오드를 포함하는 n형 수광 센서부가 단위 화소를 구성하면, 격자상의 p형 불순물 확산층을, 단위 화소간을 분리하는 소자 분리 영역으로서 형성한다. 이러한 소자 분리 영역은, 이온 주입용 마스크를 통해, 단위 화소간에 이온 주입됨으로써 형성된다.
최근 단위 화소가 미세화되고 있다. 따라서 수광 센서부를 증가시켜서, 각각에 입사하는 광량을 증가시킴으로써 촬상소자의 감도를 향상시킬 목적으로, 고심 도, 좁은 영역의 소자 분리 영역이 요구되고 있다.
단위 화소간에 불순물을 이온 주입하고, 보다 고심도의 소자 분리 영역을 형성하기 위해서는, 어느 정도의 이온 주입 에너지가 필요하다. 그 때문에, 이온 주입용 마스크(이하, II(Ion Implantation) 마스크)의 개구에 필요한 어스펙트비도 필연적으로 높아진다. 현재, 포토레지스트를 마스크 재료로 사용한 경우에는, 원하는 고어스펙트비를 가지는 II 마스크 구조를 달성할 수 없다. 따라서 RIE(Reactive Ion Etching)에 의해, 원하는 구조의 SiO2에 의한 II 하드 마스크를 형성하는 기술이 일반적이다.
도 1a 내지 1c에, 종래의 II 하드 마스크를 사용한 고체촬상소자의 제조방법에 있어서의 개략 공정도를 나타낸다. 본 예는, 고체촬상소자에 있어서, 소자 분리 영역을 형성할 때의 개략 공정이며, 이온 주입에 의해 소자 분리 영역이 형성되는 예다.
우선, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 n형의 수광 센서부가 형성된 Si기판(20)의 표면에, 플라스마CVD(Chemical Vapor Deposition, 화학적 기상성장)법에 의한 SiN(이하, P-SiN)막(21), SiO2막(22), 및 레지스트 마스크(23)를 형성한다. 여기에서는 Si기판(20)에 형성된 수광 센서부의 도시를 생략한다. Si기판(20) 위에 형성된 Ｐ-SiN막(21)은 스토퍼층으로 사용되고, SiO2막(22)은 II 하드 마스크로 사용된다. SiO2막(22)은, 고어스펙트비를 가지는 II 하드 마스크를 구성하기 때문에, 막 두께는 예를 들면 5μm로 한다. 레지스트 마스크(23)는, 패턴 노광 및 현상에 의해, 슬릿형의 개구(25)를 가지는 패턴으로 형성된다. 여기에서의 개구(25)의 폭은, 예를 들면 0.5μm로 형성한다.
다음에 도 1b에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(23)의 개구(25)를 통해, SiO2막(22)에 에칭을 행함으로써, 고어스펙트비의 II 하드 마스크(26)가 형성된다.
다음에 도 1c에 나타낸 바와 같이, 고어스펙트비의 II 하드 마스크(26)를 통해, 예를 들면 p형 불순물을 Si기판(20)에 이온 주입하고, 열확산함으로써 소자 분리 영역(24)을 형성한다. 고어스펙트비의 II 하드 마스크(26)를 통해 Si기판(20)에 불순물을 이온 도입하기 때문에, 좁은 영역, 고심도의 p형 확산영역을 소자 분리 영역(24)으로서 형성할 수 있다.
현재, 화소의 미세화와 함께 좁은 소자 분리 영역이 요구됨에 따라, II 하드 마스크의 개구도 0.3μm 이하가 될 것이 요구된다. 도 2a 내지 2c에 어스펙트비가 예를 들면 20인 II 하드 마스크를 가지는 고체촬상소자의 개략적인 구성을 나타낸다. 도 2a 내지 2c에 있어서, 도 1에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부착하고, 중복 설명을 생략한다. 도 1a 내지 1c에 나타낸 바와 같은 II 하드 마스크(26)를 형성할 때에, 어스펙트비가 20 정도가 되면, SiO2막의 ＲＩＥ에 의한 수직 가공은 곤란해진다. 그 경우, II 하드 마스크(26)의 형상은, 도 2a에 나타내는 이상 형상인 수직형상에서 벗어나, 도 2b에 나타낸 바와 같은 테이퍼 형상, 혹은 도 2c에 나타낸 바와 같은 보잉 형상이 되어버린다. II 하드 마스크(26)의 개구 형상이 테이퍼 형상이나 보잉 형상이 되면, 이온 주입은 그 개구 형상의 가장 넓은 폭에 맞춰 서 이루어진다. 따라서 불순물에 의한 확산층의 분포는, 도 2b, 2c에 나타낸 바와 같이, 파선으로 나타낸 원하는 분포에 비해 넓어진다. 따라서, 고체촬상소자에 있어서는, 소자 분리 영역(24)이 파선으로 나타내는 원하는 분포 영역보다 넓어지고, 인접하는 수광 센서부(도시 생략)가 좁아지기 때문에, 촬상소자의 입사광에 대한 감도가 저하하는 문제가 생긴다.
일본국 공개특허공보 특개 평9-162137호에는, 이온 주입법에 있어서, 마스크 패턴의 개구부 아래 가장자리의 개구 크기를 리플로에 의해 축소시켜서, 이온 주입 영역의 미세한 면적을 조정하고, 원하는 위치에 이온 주입하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 일본국 공개특허공보 특개 평9-162137호에 기재된 레지스트층으로 이루어진 마스크 패턴은, 개구 폭 1μm, 두께 1∼2μm로, 그 어스펙트비는 낮다. 따라서, 고심도의 이온 주입은 기대할 수 없다.
이상과 같이, 고심도의 이온 주입을 위해 막 두께가 두꺼운 하드 마스크를 사용했을 경우, 보다 좁은 개구 폭을 가지는 마스크 패턴을 정밀도 좋게 형성하는 것이 곤란하기 때문에, 요구되는 좁은 영역에의 이온 주입이 달성되지 않는 문제가 있었다.
상기의 점을 감안하여, 불순물 영역이 좁은 영역에 고심도로 형성되는 반도체장치의 제조방법 및 그것을 포함하는 고체촬상소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 불순물 영역이 좁은 영역에 고심도로 형성되는 전자기기의 제조방법 및 그것을 포함하는 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체장치의 제조방법 및 전자기기의 제조방법이 제공된다. 각 방법은, 기판 위에, 개구를 가지는 제1 하드 마스크를 형성하는 공정과, 제1 하드 마스크의 개구의 측면 위에 희생막을 형성하는 공정과, 측면 위에 희생막을 가지는 개구에 제2 하드 마스크를 형성하는 공정과, 제2 하드 마스크를 형성한 후에 희생막을 제거하는 공정과, 제1 하드 마스크를 통해 제1 도전형의 불순물을 이온 주입하는 공정과, 제1 및 제2 하드 마스크를 통해 제2 도전형의 불순물을 이온 주입하는 공정을 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체장치의 제조방법 및 전자기기의 제조방법에 있어서는, 제1 하드 마스크의 개구의 측면 위에 희생막을 형성하고, 제2 하드 마스크를 형성한 후, 희생막을 제거함으로써, 제2 하드 마스크를 셀프얼라인에 의해 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고체촬상소자와 전자기기가 제공되고, 각각은 제2 도전형의 수광 센서부와, 양단부가 제2 도전형의 불순물에 의해 보상되고 단위 화소를 분리하는 제1 도전형의 소자 분리 영역을 구비한 단위 화소를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체촬상소자와 전자기기에 있어서는, 제1 도전형의 소자 분리 영역의 양단부가 제2 도전형의 불순물에 의해 보상되기 때문에, 소자 분리 영역이 확대되지 않아, 수광 센서부가 좁아지지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체장치의 제조방법 및 전자기기의 제조방법에 있어서는, 제1 및 제2 하드 마스크를 사용하기 때문에, 어스펙트비가 높은 마스크를 사용하는 경우에, 불순물 영역이 좁은 영역에 고심도로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체촬상소자 및 전자기기에서는, 제1 도전형의 소자 분리 영역의 양단부가 제2 도전형의 불순물에 의해 보상되므로, 최종적으로 소자 분리 영역이 좁은 영역에 고심도로 형성되어, 수광 센서부의 축소에 의한 감 도 저하를 억제할 수 있다.
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시예에 관하여 설명한다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 제1 실시예에 관련되는 반도체장치의 제조방법에 있어서의 개략 공정을 나타낸다. 본 실시예는, 반도체장치에 있어서의 p형의 불순물 영역을 이온 주입에 의해 형성하는 예다.
우선, 도 3a에 나타낸 바와 같이, Si 등으로 이루어지는 기판(1)의 표면에, P-SiN막(2), SiO2막(3), 및 레지스트 마스크(4)를 형성한다. P-SiN막(2)은 스토퍼층으로 사용되고, SiO2막(3)은 하드 마스크로 사용된다. P-SiN막(2)은 0.3μm 정도의 막 두께로 형성된다. SiO2막(3)은 고어스펙트비를 가지는 하드 마스크를 구성하기 때문에, 예를 들면 5μm의 막 두께로 형성된다. 레지스트 마스크(4)는, 패턴 노광 및 현상에 의해, 슬릿형의 개구(5)를 가지는 패턴으로서 형성된다. 여기에서의 개구 폭(이하, 갭 길이(5a))은, 예를 들면 0.5μm로 형성한다. 갭 길이(5a)는, 본 실시예에서 최종적으로 형성하고자 하는 불순물 영역의 폭보다도 넓게 형성된다.
다음에 도 3b에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(4)의 개구(5)를 통해, SiO2막(3)에 에칭을 행함으로써, 어스펙트비가 약 10인 제1 하드 마스크(6)를 형성한다. 갭 길이(5a)가, 원하는 불순물 영역의 폭보다도 넓기 때문에, 제1 하드 마스크(6)에 있어서의 개구(5)의 어스펙트비는, 원하는 어스펙트비보다도 낮다. 에칭에 의해 제1 하드 마스크(6)를 형성한 후 레지스트 마스크(4)를 애싱에 의해 제거한 다. 본 실시예에서는 레지스트 마스크(4)를 제거한다. 그러나 레지스트 마스크(4)를 제거하지 않고 다음 공정으로 진행할 수도 있다.
그리고, 제1 하드 마스크(6)를 통해, 예를 들면 제1 도전형의 p형 불순물을 기판(1)에 이온 주입하여, 제1 도전형 불순물 영역(7)을 형성한다.
본 실시예의 이온 주입조건의 일례를 이하에 나타낸다.
<사용 장치>
이온빔원
<조건>
불순물:붕소
가속 전압:2.5MeV
다음에 도 3c에 나타낸 바와 같이, 제1 하드 마스크(6)의 갭 길이(5a)를 축소시키기 위해서, 희생막(8)을 성막한다. 희생막(8)의 재료가 되는 슈링크제로서는, 양호한 박리성과 박리시에 제1 하드 마스크(6)의 재료에 대하여 고선택비를 가지고, 제1 하드 마스크(6)의 측벽에의 피복률이 좋은 것, 즉 측벽 커버리지가 우수한 재료로 할 수 있다. 예를 들면, CH4, C2H4 등의 CxHy가스를 원료 가스로 사용하여, ＰＶＤ(Physical Vapor Deposition, 물리적 기상성장)법 혹은, ＣＶＤ법에 의해 성막하는 폴리에틸렌, 또는 탄화불소(CxFy)를 함유하는 폴리머를 들 수 있다. 구체적인 슈링크제로서, CFx(도쿄일렉트론사, 플라스마CVD막)를 들 수 있다. 또한 도포에 의해, 개구 패턴을 따라 일층 성막되는 슈링크제를 사용할 수도 있다. ＣＶ Ｄ법, ＰＶＤ법을 사용함으로써, 개구 패턴을 따라 일정한 두께를 가지는 희생막을 성막할 수 있다.
본 실시예에 있어서는, 희생막(8)으로서, 박리가 용이한 탄화불소 폴리머를 사용하여, 제1 하드 마스크(6)의 측벽에서의 막 두께가 100nm가 되도록, 유도 결합형 플라스마장치로 성막한다.
본 실시예에 있어서의 성막 조건의 일례를 이하에 나타낸다.
<사용 장치>
유도 결합형 플라스마장치
<조건>
압력:50mTorr
사용 가스 및 유량:C5F8/Ar=10/500sccm
파워:1000W
성막 시간:60s
그 후에 에치백에 의해 도 3d에 나타낸 바와 같이, 희생막(8)이 제1 하드 마스크(6)의 측벽에만 성막된다. 제1 하드 마스크(6)의 갭 길이(5b)는 300nm 정도가 된다.
계속해서, 도 4e에 나타낸 바와 같이, 제1 하드 마스크(6)의 축소된 갭(gap)(300nm)에, ＳＯＧ(Spin On Glass) 산화막 등의 재료층을 성막한 후, 에치백에 의해 제2 하드 마스크(9)를 형성한다. 제2 하드 마스크(9)의 재료로서는, 희 생막(8)의 박리시에, 높은 에칭 내성을 가지고, 매립성이 좋은 재료가 바람직하다. 예를 들면, 상기의 ＳＯＧ 산화막과 함께, TiO 등의 금속 함유 실록시산 등을 들 수 있다. 이들 재료로 이루어진 제2 하드 마스크(9)는, ＣＶＤ법 혹은 ＳＯＧ법에 의해 성막된다.
본 실시예에 있어서는, 매립성이 좋은 ＳＯＧ 산화막을 제2 하드 마스크(9)로서 매립 도포에 의해 성막한다.
본 실시예에 있어서의 성막 조건의 일례를 이하에 나타낸다.
<사용 장치>
스핀 코터
<조건>
회전수:1500rpm
처리 시간:10s
다음에, 도 4f에 나타낸 바와 같이, 도 4e에 나타내는 공정에서 형성한 희생막(8)을 플라즈마 애싱 등에 의해 제거한다.
본 실시예에 있어서의 애싱 조건의 일례를 이하에 나타낸다.
<사용 장치>
유도 결합형 애싱
<조건>
압력:20mTorr
사용 가스 및 유량:N2/O2=400/50sec
ＩＣＰ파워:700W
처리 시간:300s
희생막(8)을 제거함으로써, 제2 하드 마스크(9)가 셀프얼라인에 의해 형성된다. 제2 하드 마스크(9)를 형성함으로써, 제1 하드 마스크(6)와 제2 하드 마스크(9)의 사이에, 새로운 개구(10)가 형성된다. 즉, 제1 및 제2 하드 마스크(6, 9)에 의해, 제1 도전형 불순물 영역(7)의 단부에 개구를 갖는 셀프얼라인의 II 하드 마스크가 완성된다.
그리고, 도 4g에 나타낸 바와 같이, p형 불순물 영역의 단부를 노출하는 개구(10)를 구성하는 제1 및 제2 하드 마스크(6, 9)를 사용하여, 제2 도전형, 예를 들면 n형 불순물을 이온 주입한다.
본 실시예에 있어서의 이온 주입조건의 일례를 이하에 나타낸다.
<사용 장치>
이온빔원
<조건>
불순물:인
가속 전압:3.0MeV
전술한 바와 같이, 제1 및 제2 하드 마스크(6, 9)를 사용함으로써, 제1 도전형 불순물 영역(7)의 양측의 단부가, 제2 도전형 불순물에 의해 보상된 보상 영 역(11)이 형성된다. 이 제2 도전형 불순물, 예를 들면 n형 불순물에 의한 보상 영역(11)이 형성됨으로써, 예를 들면 p형의 제1 도전형 불순물 영역(7)의 폭이 좁아지고, 원하는 좁은 영역, 고심도의 제1 도전형 불순물 영역(7)이 형성된다.
본 실시예에 의하면, 하드 마스크의 막 두께를 충분히 확보할 수 있으므로, 보다 고심도의 이온 주입이 가능하다.
제1 하드 마스크에서는, 원래 필요한 고어스펙트비의 개구보다도 낮은 어스펙트비를 가지는 개구를 형성하므로, 고어스펙트의 개구 패턴형성에 기인하는 개구 형상의 불량을 막고, 안정적으로 불순물 영역을 형성할 수 있다. 또한 제2 하드 마스크를 셀프얼라인에 의해 형성할 수 있고, 제1 및 제2 하드 마스크에 의해 형성된 개구(10)에 의해, 보상용의 불순물을 주입할 수 있다. 따라서 제1 하드 마스크에 의해 형성된 불순물 영역의 단부가 보상되어, 좁은 영역의 불순물 영역을 형성할 수 있다.
다음에 도 5a 내지 6f에 본 발명의 제2 실시예에 관련되는 반도체장치의 제조방법에 있어서의 개략 공정을 나타낸다.
본 실시예는, 제1 실시예와 마찬가지로 반도체장치에 있어서의 불순물 영역을 이온 주입에 의해 형성하는 예다.
우선, 도 5a에 나타낸 바와 같이, Si 등으로 이루어지는 기판(1)의 표면에, P-SiN막(2), SiO2막(3), 및 레지스트 마스크(4)를 형성한다. P-SiN막(2)은 스토퍼층으로 사용되고, SiO2막(3)은 하드 마스크로 사용된다. P-SiN막(2)은 0.3μm 정도의 막 두께로 형성된다. SiO2막(3)은, 고어스펙트비를 가지는 하드 마스크를 구성하기 때문에, 예를 들면 막 두께를 5μm로 형성된다. 레지스트 마스크(4)에서는, 노광에 의해, 슬릿형의 개구(5)를 가지는 레지스트 마스크 패턴이 형성된다. 여기에서의 개구 폭(이하, 갭 길이(5a))은, 예를 들면 0.5μm로 형성한다. 이 갭 길이(5a)는, 본 실시예에서 최종적으로 형성하고자 하는 불순물 영역의 폭보다도 넓게 형성된다.
다음에 도 5b에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(4)를 통해 SiO2막(3)에 에칭을 행함으로써, 어스펙트비가 약 10인 개구(5)를 가지는 제1 하드 마스크(6)를 형성한다. 갭 길이(5a)가, 원하는 불순물 영역의 폭보다도 넓기 때문에, 제1 하드 마스크(6)에 있어서의 개구(5)의 어스펙트비는, 원하는 어스펙트비보다도 낮다. 에칭에 의해, 제1 하드 마스크(6)를 형성한 후, 레지스트 마스크(4)를 애싱 등에 의해 제거한다. 본 실시예에서는 레지스트 마스크(4)를 제거하는 예로 했다. 그러나 레지스트 마스크(4)를 제거하지 않고, 다음 공정으로 진행할 수도 있다.
계속해서, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 제1 하드 마스크(6)의 갭 길이(5a)를 축소하기 위해서, 희생막(8)을 성막한다. 제1 실시예와 마찬가지로 희생막(8)의 재료가 되는 슈링크제로서는, 양호한 박리성과 박리시에 제1 하드 마스크(6)의 재료에 대하여 고선택비를 가지고, 제1 하드 마스크(6)의 측벽에의 피복률이 좋은 것, 즉 측벽 커버리지가 우수한 재료로 할 수 있다. 예를 들면 CH4, C2H4 등의 CxHy가스를 원료 가스로 사용해서 ＰＶＤ법, 혹은 ＣＶＤ법에 의해 성막하는 폴리에틸렌계 폴리머를 들 수 있다. 또한 도포에 의해, 개구 패턴을 따라 일층 성막되는 슈링크제를 사용할 수도 있다. 구체적인 슈링크제로서, CFx(도쿄일렉트론사, 플라즈마ＣＶＤ막)을 들 수 있다.
본 실시예에 있어서는, 박리가 용이한 탄화불소 폴리머를, 제1 하드 마스크(6)의 측벽에서의 막 두께가 100nm가 되도록, 유도 결합형 플라스마장치로 성막한다.
본 실시예에 있어서의 성막 조건의 일례를 이하에 나타낸다.
<사용 장치>
유도 결합형 플라스마장치
<조건>
압력:50mTorr
사용 가스 및 유량:C5F8/Ar=10/500sccm
파워:1000W
성막 시간:60s
그 후에 도 6d에 나타낸 바와 같이, 에치백에 의해, 희생막(8)을 제1 하드 마스크(6)의 측벽에만 성막되도록 한다. 제1 하드 마스크(6)의 갭 길이(5b)는 300nm가 된다.
이어서, 도 6e에 나타낸 바와 같이, 제1 하드 마스크(6)의 축소된 갭(5b)(300nm)에, TiN 등의 재료를 성막하고, 에치백에 의해 제2 하드 마스크(9)를 형성한다. 제2 하드 마스크(9)의 재료로서는, 희생막(8) 박리시에, 높은 에칭 내성을 가지고, 매립성 좋고, 절연막에의 밀착성이 높은 재료가 바람직하다. 예를 들면 상기의 TiN 외에도, TiO 등의 금속 함유 실록시산 등을 들 수 있다. 이러한 TiN나 TiO 등의 금속 함유 실록시산 등으로 형성된 제2 하드 마스크(9)는 ＣＶＤ법 혹은 ＳＯＧ법에 의해 성막된다.
본 실시예에서는 제2 하드 마스크(9)는 제1 하드 마스크(6)와 재료특성이 다른 재료로 성막한다. 즉, 제2 하드 마스크(9)는 후술하는 제2 하드 마스크(9)의 약액 제거시에, 제1 하드 마스크를 구성하는 예를 들면 SiO2에 대하여, 고선택비를 가지는 재료로 성막한다.
본 실시예에 있어서는, 제1 하드 마스크(6)에 사용된 SiO2과 재료특성이 다른 TiN을 매립 도포에 의해 성막한다.
본 실시예에 있어서의 성막 조건의 일례를 이하에 나타낸다.
<사용 장치>
스퍼터 성막 장치
<조건>
타겟:TiN
압력:5mTorr
사용 가스 및 유량:Ar/N2=30/80sccm
DC:8kW
온도:150도
성막 시간:10min
그리고 도 6f에 나타낸 바와 같이, 도 6e에 나타내는 공정에서 형성한 희생막(8)을 예를 들면 플라즈마 애싱에 의해 제거한다.
본 실시예에 있어서의 애싱 조건의 일례를 이하에 나타낸다.
<사용 장치>
유도 결합형 애싱 장치
<조건>
압력:20mTorr
사용 가스 및 유량:N2/O2=400/50sec
ICP파워:700W
처리 시간:300s
희생막(8)을 제거함으로써, 제2 하드 마스크(9)가 셀프얼라인에 의해 형성되고, 제1 하드 마스크(6)와 제2 하드 마스크(9)의 사이에는 개구(10)가 형성된다.
계속해서, 도 7g에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 하드 마스크(6, 9)에 의해 형성된 개구(10)를 통해, 보상용으로서 제2 도전형의 불순물이 불순물로서 이온 주입된다. 본 실시예에서는 제1 도전형은 p형 불순물이며, 이 보상용의 n형 불순물로서는, 예를 들면 인이 사용된다.
본 실시예에 있어서의 이온 주입조건의 일례를 이하에 나타낸다.
<사용 장치>
이온빔원
<조건>
불순물:인
가속 전압:3.0MeV
이와 같이 하여, 제1 및 제2 하드 마스크(6, 9)에 의해 형성되는 개구(10)에 대응하는 기판(1)에, 미리 보상 영역(11)이 형성된다.
다음에 도 7h에 나타낸 바와 같이, 제2 하드 마스크(9)를 약액에 의해 제거한다. 사용되는 약액은, 제2 하드 마스크(9)만을 제거하고, 제1 하드 마스크(6)는 제거하지 않는 특성의 것을 사용한다.
본 실시예에 있어서의 약액 제거 조건을 이하에 나타낸다.
<사용 약액＞
H2O=50ml, HCl(1.19)=50ml
그리고, 도 7i에 나타낸 바와 같이, 제1 하드 마스크(6)에서 재차 갭 길이가 넓혀진 개구(5)를 통해, 제1 도전형의 예를 들면 p형 불순물이 불순물로서 이온 주입된다. p형 불순물로서는 예를 들면 인이 사용된다.
본 실시예에 있어서의 이온 주입조건의 일례를 이하에 나타낸다.
<사용 장치>
이온빔원
<조건>
불순물:붕소
가속 전압:2.5MeV
제1 하드 마스크의 개구(5)로부터 제1 도전형, 예를 들면 p형 불순물이 이온 주입됨으로써, 기판(1)의 개구(5)에 해당하는 영역에 p형 불순물이 도프 되어, 제1 도전형 불순물 영역(7)을 형성한다. 여기에서, 본 실시예에서는 도 7i에 나타낸 바와 같이, 제1 도전형, 예를 들면 p형 불순물이 도프 된 제1 도전형 불순물 영역(7)의 단부에는, 전술한 공정에 의해 미리 보상용의 제2 도전형, 예를 들면 n형 불순물이 도프 되어, 보상 영역(11)이 형성되어 있다. 따라서 실질적인 제1 도전형 불순물 영역(7)은, p형 불순물이 도프 된 영역의 양단부를 제외한 부분이 된다. 이렇게 하여, 원하는 좁은 영역, 고심도의 제1 도전형 불순물 영역(7)을 형성할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 원하는 영역 및 심도를 가지는 불순물 영역을 형성하기 위해서 사용되는 어스펙트비가 높은 하드 마스크보다도 어스펙트비가 낮은 하드 마스크를 사용해서 불순물 영역을 형성한다. 그리고 그 양단에 셀프얼라인에 의한 하드 마스크를 사용해서 보상 영역을 형성함으로써 원하는 불순물 영역을 형성할 수 있다. 따라서 종래의 고어스펙트비를 가지는 하드 마스크의 형상 불량에 기인하는 불순물 영역의 확대를 막고, 안정적으로 좁은 영역, 고심도의 불순물 영역을 형성할 수 있다.
종래의 고어스펙트비의 하드 마스크를 사용한 이온 주입에 의해 불순물 영역 을 형성하는 방법에 있어서는, 원하는 불순물 영역이 미세화되면, 불순물 영역 형성의 정밀도에 한계가 생긴다.
전술한 제1 및 제2 실시예에 의하면, 단부에 보상 영역이 형성되기 때문에, 불순물 영역의 더욱 미세화할 때, 좁은 영역, 고심도의 불순물 영역을 정밀하게 형성할 수 있다. 또한 보상 영역의 분포 정밀도의, 불순물 영역의 성능에 대한 영향은 작다고 여겨진다. 즉, 보상 영역이 다소 넓게 형성되더라도, 불순물 영역은 그 성능을 충분하게 발휘할 수 있다. 따라서 보상 영역에 의해 불순물 영역을 보다 좁힐 수 있는 효과는 높다.
본 실시예의 좁은 영역, 고심도의 불순물 영역을 형성하는 반도체장치의 제조방법은, 예를 들면 ＣＣＤ 고체촬상소자나 ＣＭＯＳ 이미지센서 등의 고체촬상소자의 소자 분리 영역을 형성할 때에 적용할 수 있다.
도 8에, 본 발명의 제3 실시예에 관련되는 고체촬상소자의 주요부의 단면구조를 나타낸다. 본 실시예는, 예를 들면 ＣＣＤ 고체촬상소자의 소자 분리 영역을, 제1 실시예 또는 제2 실시예의 불순물 영역의 형성 방법을 사용해서 형성한 예다.
본 실시예의 고체촬상소자(101)는, ＨＡＤ(Hole Accumulated Diode) 구조의 수광 센서부(103)를 가지는 ＣＣＤ 고체촬상소자이다. 예를 들면, Si로 이루어진 반도체기판(120)은 n형 서브스트레이트(111)에 형성된 제1 p형 웰 영역(112)을 가진다. 제1 p형 웰 영역(112) 위에 n형 저불순물 농도영역(113)이 형성된다. 또한 표면에 전하 축적 영역(p+ 어큐뮬레이션 영역)(115)이 형성된 포토다이오드(114)가 수직 방향 및 수평 방향으로 매트릭스 모양으로 배열된다. 수광 센서부(103)의 각 화소가 이런 식으로 형성된다.
제2 p형 웰 영역(123)이 공통의 수직 라인 위에 배열된 수광 센서부(103), 즉 포토다이오드(114)와 소요의 거리를 두고 형성된다. 제2 p형 웰 영역(123) 위에 n형의 전하 전송 영역(소위 전송 채널 영역)(124)이 형성되어서 수직 전하 전송부(105)가 구성된다.
수직 전하 전송부(105)와, 대응하는 포토다이오드(114)와의 사이에, p형의 신호 전하의 판독 영역(122)이 형성되어서, 판독부(104)가 구성된다. 인접하는 다른 수직 전송부 간에는, p형의 소자 분리 영역(125)에 의한 소자 분리부(107)가 형성된다. 1개의 수광 센서부(103)와 판독부(104)와 수직 전하 전송부(105)와 소자 분리부(107)에 의해, 단위 화소(102)가 구성된다.
보상 영역(100)이 본 실시예의 p형의 소자 분리 영역(125)의 단부에 형성된다. 소자 분리 영역(125)은 정밀하게 좁은 영역으로 형성되어, 포토다이오드(114)의 영역을 방해하지 않는다.
반도체기판(120)의 표면에는, 광 투과성을 갖는 예를 들면 SiO2로 이루어진 절연막(116)이 형성된다. 전하 전송 영역(124)과 판독 영역(122) 위의 절연막(116)에 다결정 실리콘에 의한 열저항성 수직 전송 전극(117)이 형성된다.
또한 수직 전송 전극(117)의 전체 면에 SiO2 등의 층간 절연막(118)을 사이에 두고 차광막(119)이 형성된다.
차광막(119)에는 수광 센서부(103)를 노출하는 개구(134)가 형성된다. 개구(134)를 통해 수광 센서부(103)에 의해 수광되고, 이 수광량에 따른 신호 전하가 포토다이오드(114)에서 발생한다.
ＣＣＤ 고체촬상소자(101)에서는, 각 수광 센서부(103)에서 광전 변환되어 축적된 신호 전하가 판독부(104)를 통해서 각각 대응하는 수직 전하 전송부(105)에 판독되고, 수직 전하 전송부(105) 내를 전송해서 수평 라인마다 수평 전하 전송부(도시 생략)에 전송되고, 수평 전하 전송부 내에서 일방향으로 더 전송되고, 출력 회로를 통해서 전압 변환되어서 출력된다.
본 실시예의 ＣＣＤ 등의 고체촬상소자(101)에 의하면, 소자 분리 영역(125)의 포토다이오드(114)측의 단부에 보상 영역(100)이 형성되어 있으므로, 소자 분리 영역(125)이 넓어지지 않고, 이로써 포토다이오드(114)의 영역도 좁아지지 않는다. 화소의 미세화에 따라 소자 분리 영역(125)도 미세화된다. 그러나 본 실시예의 ＣＣＤ 고체촬상소자(101)에서는, 소자 분리 영역 형성시에, 그 영역의 단부에 보상 영역(100)이 형성되므로, 정밀하게 원하는 좁은 영역, 고심도의 소자 분리 영역(125)을 형성할 수 있다. 이로써, 수광 센서부(103)의 축소에 의한 감도 저하가 억제된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 관련되는 카메라의 모식적 단면도다. 본 실시예의 카메라는 예를 들면, 정지화상이나 동화상을 촬상할 수 있는 비디오 카메라다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 카메라에는 CCD, CMOS, 또는 본 발명 의 일 실시예에 따른 CMD 등의 고체촬상소자(101), 광학계(510), 기계적 셔터 장치(511), 신호처리회로(512)가 포함된다.
광학계(510)는 물체로부터의 빛(입사광)의 상을 고체촬상소자(101)의 촬상화면에 맺게 한다. 그 결과 특정 기간 동안 신호전기전하가 고체촬상소자(101)에 축적된다.
기계적 셔터 장치(511)는 고체촬상소자(101)에 대한 광 조사기간과 광 차단기간을 조절한다.
신호처리회로(512)는 다양한 종류의 신호처리를 실행한다. 처리된 화상신호는 메모리 등의 저장매체에 저장되거나 디스플레이에 출력된다.
전술한 실시예에 있어서, 예를 들면 고체촬상소자(101)는 행렬모양으로 배열된 단위 화소를 포함한다. 단위 화소는 신호전하를 가시광선에 대해 물리값으로 검출하기 위해 배치된다. 그러나 본 발명의 일 실시예는 고체촬상소자(101)에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고체촬상소자는 화소 어레이부에 있어서 화소의 각 열에 대해 배치된 컬럼회로를 포함한 것이면 어느 것으로 해도 상관없다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고체촬상소자는 입사하는 가시광의 양의 분포를 검출함으로써 촬상하는 고체촬상소자이거나, 입사하는 적외광, X선, 입자 등의 양의 분포를 검출함으로써 촬상하는 고체촬상소자일 수 있다. 또한 넓은 의미에서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고체촬상소자는 압력, 전기용량, 또는 다른 물리값을 검출하여 촬상하기 위한 지문센서 등의 고체촬상소자(물리량 분포 검출기) 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고체촬상소자는 화소 어레이부에 있어서 단위 화소의 각 행을 순차 주사해서 각 단위 화소로부터 화소신호를 판독하는 고체촬상소자이거나, 모든 화소를 독립적으로 선택해서 그 화소로부터 화소신호를 판독하는 XY 어드레스형 고체촬상소자일 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 고체촬상소자는 하나의 칩으로 형성되거나, 촬상부와 신호처리부가 패캐지되거나 촬상부와 광학계가 패키지된 촬상 기능 모듈로 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고체촬상소자와 함께 촬상장치가 제공된다. 이러한 촬상장치에는 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 카메라계, 촬상 기능이 있는 모바일폰 유닛 등의 전자기기가 포함된다. 촬상장치는 이러한 전자기기에 장착된, 전술한 바와 같은 모듈, 즉 카메라 모듈일 수 있다.
전술한 고체촬상소자(101)는 모바일폰 유닛과 같은 휴대용 장치의 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라, 카메라 모듈 등의 고체촬상소자로 사용될 수 있고, 이에 따라 간략화된 고체촬상소자(101)의 구조로 뛰어난 화상을 얻을 수 있다.
전술한 실시예에 있어서, 단부에 보상 영역(100)을 설치한 소자 분리 영역(125)을 가지는 고체촬상소자(101)로서, ＣＣＤ 고체촬상소자의 예를 설명했다. 그러나 이렇게 단부에 보상 영역(100)을 설치한 소자 분리 영역(125)은, ＣＭＯＳ 이미지센서 등에도 적용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고체촬상소자는, 상기의 실시예에 한정되지 않고, 소자 분리 영역 및 보상 영역의 재료, 형상, 구성 을 포함해서, 본 발명 구성을 일탈하지 않는 범위에 있어서, 여러 가지 변형, 변경이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
첨부된 청구항이나 그 동등 범위에 있는 한, 설계 요구나 다른 요소에 따라 다양한 변형, 조합, 하위 조합, 변경을 할 수 있다는 것을 당업자에게 당연하게 이해된다.
도 1a 내지 1c는 종래의 고체촬상소자에 있어서의 소자 분리 영역의 형성 방법의 개략 공정도다.
도 2a는 고체촬상소자에 있어서의 고어스펙트비의 개구를 가지는 II 하드 마스크를 사용했을 때, 소자 분리 영역이 이상적인 형상이 되는 예를 게시하고, 도 2b 및 2c는 불량한 형상이 되는 예를 게시한다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 제1 실시예에 관련되는 반도체장치의 제조방법을 나타내는 개략 공정도(그 1)이다.
도 4e 내지 4g는 본 발명의 제1 실시예에 관련되는 반도체장치의 제조방법을 나타내는 개략 공정도(그 2)이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 제2 실시예에 관련되는 반도체장치의 제조방법을 나타내는 개략 공정도(그 1)이다.
도 6d 내지 6f는 본 발명의 제2 실시예에 관련되는 반도체장치의 제조방법을 나타내는 개략 공정도(그 2)이다.
도 7g 내지 7i는 본 발명의 제2 실시예에 관련되는 반도체장치의 제조방법을 나타내는 개략 공정도(그 3)이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 관련되는 고체촬상소자의 개략적인 단면도다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 관련되는 카메라의 개략적인 단면도다.

Claims (8)

  1. 기판 위에, 개구를 가지는 제1 하드 마스크를 형성하는 공정과,
    상기 제1 하드 마스크의 상기 개구의 측면 위에 희생막을 형성하는 공정과,
    상기 측면 위에 희생막을 가지는 개구에 제2 하드 마스크를 형성하는 공정과,
    상기 제2 하드 마스크를 형성한 후에 상기 희생막을 제거하는 공정과,
    상기 제1 하드 마스크를 통해 제1 도전형의 불순물을 이온 주입하는 공정과,
    상기 제1 및 제2 하드 마스크를 통해 제2 도전형의 불순물을 이온 주입하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 희생막은, 적어도 폴리에틸렌 또는 CxFy를 함유하는 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 희생막은, 화학적 기상성장법 또는 물리적 기상성장법에 의해 성막되는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 하드 마스크는 SiO2, TiN 또는 TiO를 포함한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 하드 마스크는 화학적 기상성장법 또는 스핀 온 글래스법에 의해 성막되는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  6. 제2 도전형의 수광 센서부를 갖는 단위 화소와,
    상기 단위 화소를 분리하는 제1 도전형의 소자 분리 영역을 구비하고,
    상기 제1 도전형의 소자 분리 영역의 양단부가 제2 도전형의 불순물에 의해 보상되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  7. 기판 위에, 개구를 가지는 제1 하드 마스크를 형성하는 공정과,
    상기 제1 하드 마스크의 상기 개구의 측면 위에 희생막을 형성하는 공정과,
    상기 측면 위에 희생막을 가지는 개구에 제2 하드 마스크를 형성하는 공정과,
    상기 제2 하드 마스크를 형성한 후에 상기 희생막을 제거하는 공정과,
    상기 제1 하드 마스크를 통해 제1 도전형의 불순물을 이온 주입하는 공정과,
    상기 제1 및 제2 하드 마스크를 통해 제2 도전형의 불순물을 이온 주입하는 공정과,
    신호처리회로를 장착하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자기기의 제조방법.
  8. 제2 도전형의 수광 센서부를 갖는 단위 화소와,
    상기 단위 화소를 분리하는 제1 도전형의 소자 분리 영역과,
    상기 제2 도전형의 수광 센서부 위에 배치된 렌즈를 구비하고,
    상기 제1 도전형의 소자 분리 영역의 양단부가 제2 도전형의 불순물에 의해 보상되는 것을 특징으로 하는 전자기기.
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