JP2005033192A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 共通の注入領域の無い２種類の不純物領域をイオン注入により形成する際に、重ね合わせずれと寸法のばらつきを抑制する。
【解決手段】 シリコン基板１上に第一の注入阻止材９を成膜し、レジストパターン２をマスクとするエッチングにより第一の注入阻止材をパタニングし、レジストを除去した後第一の注入阻止材のパターンをマスクとして第一のイオン注入により第一の不純物領域４を形成し、第二の注入阻止材１０を第一の注入阻止材のエッチングされた領域を埋め込んで成膜し、第二の注入阻止材をエッチングして第一の注入阻止材を露出させた後、第一の注入阻止材を選択的にエッチングすることにより第二の注入阻止材のパターンを形成し、第二の注入阻止材のパターンをマスクとして第二のイオン注入により第二の不純物領域７を形成する。
【選択図】 図１Ｂ

Description

本発明は、共通の注入領域の無い２種類の不純物領域をイオン注入によって形成する工程を含む半導体素子の製造方法に関し、特に、２回のマスク合わせ工程によって発生する重ね合わせずれと寸法のばらつきを抑制することが可能な半導体素子の製造方法に関する。

共通の注入領域の無い２種類の不純物領域をイオン注入によって形成する従来例の方法について、図５を参照して説明する。図５は、特許文献１に記載された固体撮像素子の製造方法における、共通の注入領域の無い２種類の不純物領域を形成する方法の工程を示す断面図である。

まず図５（ａ）に示すように、シリコン基板１の上にマスク合わせ工程により、第一のレジスト２をパタニングする。次に図５（ｂ）のように、第一のレジスト２をマスクとしてシリコン基板１に第一のイオン３を注入して、第一の不純物領域４を形成する。その後、図５（ｃ）のように、第一のレジスト２を除去する。

次に、図５（ｄ）のように、シリコン基板１の上に、マスク合わせ工程により第二のレジスト５をパタニングする。次に図５（ｅ）のように、第二のレジスト５をマスクとしてシリコン基板１に第二のイオン６を注入して、第二の不純物領域７を形成する。その後、図５（ｆ）のように、第二のレジスト５を除去する。
特許第２９６３２９３号公報

従来の技術で、上述のように共通の注入領域の無い２種類の不純物領域４、７を形成すると、マスク合わせに用いるレチクルの寸法と位置のばらつき、及び、マスク合わせ装置に起因する２回のマスク合わせ工程間の重ね合わせずれと寸法のばらつきが、合計０．１μｍ程度は必ず発生する。従って、共通の注入領域の無い２種類の不純物領域４、７間には、例えば図５（ｇ）に示すように、第一の不純物領域４と第二の不純物領域７とが、０．１μｍ程度ずれる場合が必ず発生する。

従来はこの程度のばらつきでも、例えば固体撮像素子の量産は可能であったが、近年、固体撮像素子の微細化が進み、このばらつきが素子特性の変動の大きな要因となってきた。そのため、量産時に特性変動が大きく歩留まりが安定しないという問題が発生するようになった。

このような事情を考慮して、本発明は、共通の注入領域の無い２種類の不純物領域をイオン注入により形成する際に、重ね合わせずれと寸法のばらつきを抑制することが可能な半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の半導体素子の製造方法は、半導体基板上に第一の注入阻止材を形成する工程と、前記第一の注入阻止材上にレジストのパターンを形成する工程と、前記レジストのパターンをマスクとして前記第一の注入阻止材をエッチングする工程と、前記レジストを除去する工程と、前記第一の注入阻止材のパターンをマスクとして前記半導体基板に第一のイオンを注入して第一の不純物領域を形成する工程と、第二の注入阻止材を前記第一の注入阻止材のパターンにおけるエッチングされた領域を埋め込むように成膜する工程と、前記第二の注入阻止材を前記第一の注入阻止材が露出するまでエッチングする工程と、前記第一の注入阻止材を前記第二の注入阻止材に対して選択的にエッチングすることにより前記第二の注入阻止材のパターンを形成する工程と、前記第二の注入阻止材のパターンをマスクとして前記半導体基板に第二のイオンを注入して第二の不純物領域を形成する工程とを有する。

本発明の他の半導体素子の製造方法は、半導体基板の表面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜上に第一の注入阻止材を形成する工程と、前記第一の注入阻止材上にレジストのパターンを形成する工程と、前記レジストのパターンをマスクとして前記第一の注入阻止材をエッチングする工程と、前記レジストを除去する工程と、前記第一の注入阻止材のパターンをマスクとして前記半導体基板に第一のイオンを注入して第一の不純物領域を形成する工程と、第二の注入阻止材を前記第一の注入阻止材のパターンにおけるエッチングされた領域を埋め込むように成膜する工程と、前記第二の注入阻止材を前記第一の注入阻止材が露出するまでエッチングする工程と、前記第一の注入阻止材を前記第二の注入阻止材と前記保護膜とに対して選択的にエッチングすることにより前記第二の注入阻止材のパターンを形成する工程と、前記第二の注入阻止材のパターンをマスクとして前記半導体基板に第二のイオンを注入して第二の不純物領域を形成する工程とを有する。

本発明によれば、イオン注入領域の端を決定するためのマスク合わせ工程は一度だけ必要であるが、第二の注入阻止材のパターンは、第一の不純物領域に対して自己整合的に形成される。従って、第一の不純物領域と第二の不純物領域との間の、二度のマスク合わせに起因する重ね合わせずれと寸法のばらつきを抑制することができる。

本発明の半導体素子の製造方法において、前記第二の注入阻止材のパターンを形成する工程の次に、一部領域に対する注入阻止のためのレジストのパターンを、そのパターンの端が前記第二の注入阻止材の上に位置するようにマスク合わせにより形成し、その後、前記第二の注入阻止材のパターン及び前記注入阻止のためのレジストのパターンをマスクとして、前記第二の不純物領域を形成する工程における前記第二のイオンの注入を行う構成とすることができる。この方法により、第一の不純物領域に対して自己整合的に第二の不純物領域を形成するとともに、第一の不純物領域でも第二の不純物領域でも無い領域を形成することができる。

また、前記第二の注入阻止材のパターンを形成する工程の次に、前記第二の注入阻止材の側壁に注入阻止材からなるサイドウオールを形成し、その後、前記第二の注入阻止材と前記サイドウオールとをマスクとして、前記第二の不純物領域を形成する工程における前記第二のイオン注入を行う構成とすることができる。

また、前記第二の不純物領域を形成する工程において、前記第二の注入阻止材のパターンをマスクとして、前記半導体基板と第二の注入阻止材に対して斜めに前記第二のイオン注入を行うこともできる。それにより、第一の不純物領域に対して自己整合的に第二の不純物領域を形成するとともに、第一の不純物領域でも第二の不純物領域でも無い領域を形成することができる。

以上のいずれかの半導体素子の製造方法の工程を、固体撮像素子の製造方法に用いることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、固体撮像素子の製造方法を例として、イオン注入による不純物領域の形成方法を説明する。

（実施の形態１）
図１Ａおよび図１Ｂは、実施の形態１における固体撮像素子の製造方法の要部、すなわち、イオン注入により不純物領域を形成する工程を示す断面図である。この工程により、共通の注入領域の無い２種類の不純物領域を形成する。

まず図１Ａ（ａ）に示すように、シリコン基板１に、シリコン基板１の保護膜８を成膜した後、更に第一の注入阻止材９を成膜する。シリコン基板１の保護膜８としては熱酸化膜を、第一の注入阻止材９としてはＳｉＮ膜を用いることができる。その後、第一の注入阻止材９の上に、マスク合わせ工程により第一のレジスト２をパタニングする。

次に、図１Ａ（ｂ）のように、第一のレジスト２をマスクとして第一の注入阻止材９をエッチングし、その後、図１Ａ（ｃ）のように、第一のレジスト２を除去する。第一の注入阻止材９のエッチングには寸法の制御が必要なので、異方性の高いドライエッチングを用いる。次に、パタニングした第一の注入阻止材９をマスクとして、図１Ａ（ｄ）のように、シリコン基板１に第一のイオン３を注入し、第一の不純物領域４を形成する。第一の注入阻止材９は、この工程において第一のイオン３をシリコン基板１に到達させないように、十分な注入阻止能を有する膜厚に成膜しておく。

次に、図１Ｂ（ｅ）のように、全面に第二の注入阻止材１０を成膜し、その後、図１Ｂ（ｆ）のように、第一の注入阻止材９の表面が露出するまで、第二の注入阻止材１０の全面をエッチングする。第二の注入阻止材１０としてはＮＳＧ（Non-Doped Silicate Glass）膜を用い、第二の注入阻止材１０の全面エッチングにはエッチバックかＣＭＰ（化学機械研磨）を用いることができる。

その後、図１Ｂ（ｇ）のように、第二の注入阻止材１０と保護膜８の両者に対して選択性のある方法で、第一の注入阻止材９を除去する。この第一の注入阻止材９の除去は、例えばリン酸ボイルによるウエットエッチを用いる。第二の注入阻止材１０とシリコン基板１の保護膜８は、どちらも酸化膜系の膜なので、リン酸ボイルによる両膜の膜減りはほとんど無い状態で、第一の注入阻止材９を除去することができる。保護膜８が設けられていない場合は、リン酸ボイルでシリコン基板１がエッチングされてしまう。

以上のようにして、第一のイオン３を注入した第一の不純物領域４を第二の注入阻止材１０で覆い、かつ、第一のイオン３を注入しなかった領域には第一の注入阻止材９も第二の注入阻止材１０も存在しない状態を形成することができる。しかもこの状態は、第一の注入阻止材９に対して第二の注入阻止材１０を自己整合的に位置決めした結果として得られ、第一の注入阻止材９に対するマスク合わせは伴わない。したがって、第一の注入阻止材９と第二の注入阻止材１０の間に、マスク合わせに起因する位置合わせずれは発生しない。

こうして形成した第二の注入阻止材１０をマスクとして、図１Ｂ（ｈ）のように、シリコン基板１に第二のイオン６を注入する。第二の注入阻止材１０は、この工程において第二のイオン６をシリコン基板１に到達させないように、十分な注入阻止能を有する膜厚に成膜しておく。その後、図１Ｂ（ｉ）のように、シリコン基板１に対して選択性のある方法で第二の注入阻止材１０とシリコン基板１の保護膜８を除去する。この除去方法としては、例えばバッファードフッ酸によるウエットエッチを用いる。

本実施の形態の方法によれば、イオン注入によって、共通の注入領域の無い２種類の不純物領域を形成する際に、第一の不純物領域４の領域を決めるマスク合わせ以外には注入領域を決めるマスク合わせが不要である。従って、二度のマスク合わせに起因する重ね合わせずれと寸法のばらつきを無くし、第一の不純物領域４に対して自己整合的に第二の不純物領域７を形成することが可能である。

なお、上述の製造工程において、シリコン基板１の保護膜８を形成することは必須ではない。つまり、第一の注入阻止材９の除去に用いるエッチャントを適切に選択すれば、シリコン基板１に実用上の影響を与えることなく、第一の注入阻止材９を除去することは可能である。

（実施の形態２）
図２は、実施の形態２におけるイオン注入による不純物領域の形成工程を示す断面図である。この方法は、図１Ａ、Ｂに示した実施の形態１の方法の一部を変更した例である。すなわち、実施の形態１の方法では、シリコン基板１の表面は、必ず、第一の不純物領域４か第二の不純物領域７かのどちらかになり、どちらの不純物領域でもない領域を形成できないが、本実施の形態は、どちらの不純物領域でもない領域を容易に形成する方法を提供する。

そのため、図１Ｂ（ｈ）の工程を、図２（ａ）に示すように変更する。すなわち、図１Ｂ（ｇ）に示されるように、第一の不純物領域４に自己整合的に第二の注入阻止材１０を形成した後、図２（ａ）の工程では、一部領域に対する注入阻止のためのレジスト１１を形成する。注入阻止のためのレジスト１１は、そのパタンの端が第二の注入阻止材１０の上に位置するように、マスク合わせによってパタニングされる。その後イオン注入６を行い、第二の不純物領域７を形成する。

その結果、図１Ｂ（ｉ）に示された不純物領域の構造は、図２（ｂ）のように変更される。すなわち、第一の不純物領域４に対して自己整合的に第二の不純物領域７が形成され、同時に、第一の不純物領域４でも第二の不純物領域７でも無い領域を形成することができる。

（実施の形態３）
図３は、実施の形態３におけるイオン注入による不純物領域の形成工程を示す断面図である。この方法も、図１Ａ、Ｂに示した実施の形態１の方法を一部の変更した例である。すなわち、実施の形態１の方法の場合、第一の不純物領域４と第二の不純物領域７は必ず隣接しており、その間に第一の不純物領域４でも第二の不純物領域７でもない領域を形成することができないが、本実施の形態は、どちらの不純物領域でもない領域を容易に形成する方法を提供する。

そのために、図１Ｂ（ｈ）の工程を図３（ａ）のように変更し、第二のイオン６を、シリコン基板１と第二の注入阻止材１０に対して斜めに注入する。この注入の結果、第二の注入阻止材１０の影になる部分には第二のイオン６が注入されないので、図１Ｂ（ｉ）に示した構造は図３（ｂ）のように変更される。すなわち、第一の不純物領域４に対して自己整合的に第二の不純物領域７を形成しながら、第一の不純物領域４と第二の不純物領域７の間に、第一の不純物領域４でも第二の不純物領域７でもない領域を形成することができる。

（実施の形態４）
図４は、実施の形態４におけるイオン注入による不純物領域の形成工程を示す断面図である。この方法も、図１Ａ、Ｂに示した実施の形態１の方法を一部の変更した例である。すなわち、実施の形態１の方法の場合、第一の不純物領域４と第二の不純物領域７は必ず隣接しており、その間に第一の不純物領域４でも第二の不純物領域７でもない領域を形成することができないが、本実施の形態は、どちらの不純物領域でもない領域を容易に形成する方法を提供する。

そのために、図１Ｂ（ｈ）の工程を図４（ａ）のように変更し、第二の注入阻止材１０の側壁に注入阻止材からなるサイドウオール１２を形成する。第二の注入阻止材１０及びサイドウオール１２をマスクとして第二のイオン６を注入すれば、図１Ｂ（ｉ）に示した構造は、図４（ｂ）のように変更される。すなわち、第一の不純物領域４に対して自己整合的に第二の不純物領域７を形成しながら、第一の不純物領域４と第二の不純物領域７の間に、第一の不純物領域４でも第二の不純物領域７でもない領域を形成することができる。サイドウオール１２を形成する注入阻止材の材質としては、例えばＳｉＮを用いることができる。

尚、本発明は、複数の隣接する不純物領域を有する固体撮像素子の製造工程において特に有効であるが、固体撮像素子に限らず、マスク合わせ工程と、その後のイオン注入工程との組み合わせを複数回行う製造工程を有する他の半導体素子の製造に対しても、同様に効果的に適用することができる。

本発明によれば、共通の注入領域の無い２種類の不純物領域をイオン注入によって形成する際に、２種類の不純物領域の間に、二度のマスク合わせに起因する重ね合わせずれと寸法のばらつきを抑制することができる。

実施の形態１における固体撮像素子の製造方法の一部を構成する、２種類の不純物領域を形成する方法の工程を示す断面図 図１Ａに続く工程を示す断面図 実施の形態２における固体撮像素子の製造方法の工程の一部を示す断面図 実施の形態３における固体撮像素子の製造方法の工程の一部を示す断面図 実施の形態４における固体撮像素子の製造方法の工程の一部を示す断面図 従来例の固体撮像素子の製造方法の一部を構成する、２種類の不純物領域を形成する方法の工程を示す断面図

符号の説明

１ シリコン基板
２ 第一のレジスト
３ 第一のイオン
４ 第一の不純物領域
５ 第二のレジスト
６ 第二のイオン
７ 第二の不純物領域
８ シリコン基板の保護膜
９ 第一の注入阻止材
１０ 第二の注入阻止材
１１ 注入阻止のためのレジスト
１２ サイドウオール

Claims (6)

1. 共通の注入領域の無い不純物領域をイオン注入により形成する工程を含む半導体素子の製造方法において、前記工程が、
   半導体基板上に第一の注入阻止材を形成する工程と、
   前記第一の注入阻止材上にレジストのパターンを形成する工程と、
   前記レジストのパターンをマスクとして前記第一の注入阻止材をエッチングする工程と、
   前記レジストを除去する工程と、
   前記第一の注入阻止材のパターンをマスクとして前記半導体基板に第一のイオンを注入して第一の不純物領域を形成する工程と、
   第二の注入阻止材を前記第一の注入阻止材のパターンにおけるエッチングされた領域を埋め込むように成膜する工程と、
   前記第二の注入阻止材を前記第一の注入阻止材が露出するまでエッチングする工程と、
   前記第一の注入阻止材を前記第二の注入阻止材に対して選択的にエッチングすることにより前記第二の注入阻止材のパターンを形成する工程と、
   前記第二の注入阻止材のパターンをマスクとして前記半導体基板に第二のイオンを注入して第二の不純物領域を形成する工程とを有する半導体素子の製造方法。
2. 共通の注入領域の無い不純物領域をイオン注入により形成する工程を含む半導体素子の製造方法において、前記工程が、
   半導体基板の表面に保護膜を形成する工程と、
   前記保護膜上に第一の注入阻止材を形成する工程と、
   前記第一の注入阻止材上にレジストのパターンを形成する工程と、
   前記レジストのパターンをマスクとして前記第一の注入阻止材をエッチングする工程と、
   前記レジストを除去する工程と、
   前記第一の注入阻止材のパターンをマスクとして前記半導体基板に第一のイオンを注入して第一の不純物領域を形成する工程と、
   第二の注入阻止材を前記第一の注入阻止材のパターンにおけるエッチングされた領域を埋め込むように成膜する工程と、
   前記第二の注入阻止材を前記第一の注入阻止材が露出するまでエッチングする工程と、
   前記第一の注入阻止材を前記第二の注入阻止材と前記保護膜とに対して選択的にエッチングすることにより前記第二の注入阻止材のパターンを形成する工程と、
   前記第二の注入阻止材のパターンをマスクとして前記半導体基板に第二のイオンを注入して第二の不純物領域を形成する工程とを有する半導体素子の製造方法。
3. 前記第二の注入阻止材のパターンを形成する工程の次に、一部領域に対する注入阻止のためのレジストのパターンを、そのパターンの端が前記第二の注入阻止材の上に位置するようにマスク合わせにより形成し、
   その後、前記第二の注入阻止材のパターン及び前記注入阻止のためのレジストのパターンをマスクとして、前記第二の不純物領域を形成する工程における前記第二のイオンの注入を行う請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
4. 前記第二の注入阻止材のパターンを形成する工程の次に、前記第二の注入阻止材の側壁に注入阻止材からなるサイドウオールを形成し、
   その後、前記第二の注入阻止材と前記サイドウオールとをマスクとして、前記第二の不純物領域を形成する工程における前記第二のイオン注入を行う請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
5. 前記第二の不純物領域を形成する工程において、前記第二の注入阻止材のパターンをマスクとして、前記半導体基板と第二の注入阻止材に対して斜めに前記第二のイオン注入を行う請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
6. 半導体素子が固体撮像素子である請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。

Images