JP2015023150A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the performance of a semiconductor device.SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor device comprises the steps of: forming a p-type well PW1, used for a photo diode PD, within a semiconductor substrate SB; forming an n-type semiconductor region NW, used for the photo diode PD, within the semiconductor substrate SB so as to be included in the p-type well PW1; and forming a ptype semiconductor region PR in a surface layer portion of the n-type semiconductor region NW. The ptype semiconductor region PR is formed by ion-implanting a cluster composed of multiple boron and hydrogen atoms.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、固体撮像素子を含む半導体装置の製造方法に好適に利用できるものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and can be suitably used for, for example, a method for manufacturing a semiconductor device including a solid-state imaging element.

固体撮像素子として、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)を用いた固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の開発が進められている。このCMOSイメージセンサは、フォトダイオードと転送用トランジスタとを有する複数の画素を含んで構成される。   As a solid-state imaging device, development of a solid-state imaging device (CMOS image sensor) using a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) has been advanced. This CMOS image sensor includes a plurality of pixels each having a photodiode and a transfer transistor.

特開2008−226925号公報(特許文献1)には、ボロンを少なくともその一部が6個のボロンからなる8面体構造のクラスタの形態で含有する不純物領域が半導体層または半導体基板の所定領域に設けられている半導体装置に関する技術が記載されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 2008-226925 (Patent Document 1), an impurity region containing at least a part of boron in the form of an octahedral cluster composed of six boron atoms is formed in a predetermined region of a semiconductor layer or a semiconductor substrate. A technique related to the provided semiconductor device is described.

特開2008−226925号公報JP 2008-226925 A

フォトダイオードを有する半導体装置があるが、そのような半導体装置においても、できるだけ性能を向上させることが望まれる。または、製造歩留まりを向上させることが望まれる。あるいは、性能を向上させ、かつ、製造歩留まりを向上させることが望まれる。   There is a semiconductor device having a photodiode, and it is desired to improve the performance of such a semiconductor device as much as possible. Alternatively, it is desired to improve the manufacturing yield. Alternatively, it is desired to improve the performance and improve the manufacturing yield.

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

一実施の形態によれば、半導体基板内にフォトダイオード用のp型の第1半導体領域を形成する工程と、前記半導体基板内に前記フォトダイオード用のn型の第2半導体領域を形成する工程と、前記半導体基板内にp型の第3半導体領域を形成する工程とを有している。前記第2半導体領域は前記第1半導体領域に内包され、前記第3半導体領域は前記第2半導体領域の表層部分に形成される。前記第3半導体領域は、複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタをイオン注入することにより形成される。   According to one embodiment, a step of forming a p-type first semiconductor region for a photodiode in a semiconductor substrate, and a step of forming an n-type second semiconductor region for the photodiode in the semiconductor substrate. And a step of forming a p-type third semiconductor region in the semiconductor substrate. The second semiconductor region is included in the first semiconductor region, and the third semiconductor region is formed in a surface layer portion of the second semiconductor region. The third semiconductor region is formed by ion implantation of a cluster composed of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms.

一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。   According to one embodiment, the performance of a semiconductor device can be improved.

または、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。   Alternatively, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

あるいは、半導体装置の性能を向上させ、かつ、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。   Alternatively, the performance of the semiconductor device can be improved and the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

一実施の形態の半導体装置の構成例を示す回路ブロック図である。1 is a circuit block diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device according to an embodiment; 画素の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a pixel. 一実施の形態の半導体装置の画素を示す平面図である。It is a top view which shows the pixel of the semiconductor device of one embodiment. 各プラグの結線例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of a connection of each plug. 一実施の形態の半導体装置が形成される半導体ウエハおよびチップ領域を示す平面図である。It is a top view which shows the semiconductor wafer and chip area | region in which the semiconductor device of one embodiment is formed. 一実施の形態の半導体装置の周辺回路領域に形成されるトランジスタを示す平面図である。3 is a plan view showing a transistor formed in a peripheral circuit region of the semiconductor device of one embodiment. FIG. 一実施の形態の半導体装置の画素領域に形成される複数の画素を示す平面図である。It is a top view showing a plurality of pixels formed in a pixel region of a semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態の半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。It is a process flow figure showing a manufacturing process of a semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態の半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。It is a process flow figure showing a manufacturing process of a semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device which is one Embodiment. 図12と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 13 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 12 during a manufacturing step; 図12に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 12; 図14と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 15 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 14 during a manufacturing step; 図14に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 15 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 14; 図16と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 17 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 16 during a manufacturing step; 図16に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 17 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 16; 図18と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 19 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 18 during a manufacturing step; 図18に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 19 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 18; 図20と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 21 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 20 during a manufacturing step; 図20に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 21 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 20; 図22と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 23 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 22 during a manufacturing step; 図22に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 23 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 22; 図24と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 25 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 24 during a manufacturing step; 図24に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 25 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 24; 図26と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 27 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 26 during a manufacturing step; 図26に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 27 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 26; 図28と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 29 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 28 during a manufacturing step; 図28に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 29 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 28; 図30と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 31 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 30 during a manufacturing step; 図30に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 31 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 30; 図32と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 33 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 32 during a manufacturing step; 図32に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 33 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 32; 図34と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 35 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 34 during a manufacturing step; 型半導体領域の結晶構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the crystal structure of a p + type semiconductor region. シート抵抗を比較した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having compared sheet resistance. シート抵抗を比較した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having compared sheet resistance. 暗電流を比較した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having compared dark current. 白点の発生率を比較した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having compared the incidence rate of a white spot. 他の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of other embodiment. 他の実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device which is other Embodiment. 図42に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 43 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 42; 図43に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 44 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 43; 図44に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 45 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 44; 図45に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 46 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 45; 図46に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 47 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 46;

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。   In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.

(実施の形態1)
以下、図面を参照しながら本実施の形態1の半導体装置の構造および製造工程について詳細に説明する。本実施の形態1では、半導体装置が、半導体基板の表面側から光を入射する表面照射型のイメージセンサとしてのCMOSイメージセンサである例について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the structure and manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, an example in which the semiconductor device is a CMOS image sensor as a surface irradiation type image sensor in which light is incident from the surface side of the semiconductor substrate will be described.

<半導体装置の構成>
図1は、本実施の形態の半導体装置の構成例を示す回路ブロック図である。図2は、画素の構成例を示す回路図である。なお、図1では、アレイ状(行列状)に配置された4行4列(4×4)の16個の画素を示すが、画素の配列数はこれに限定されず、種々変更可能であり、例えば、実際にカメラなどの電子機器に使用される画素数は数百万のものがある。
<Configuration of semiconductor device>
FIG. 1 is a circuit block diagram illustrating a configuration example of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a pixel. FIG. 1 shows 16 pixels of 4 rows and 4 columns (4 × 4) arranged in an array (matrix), but the number of pixels is not limited to this and can be variously changed. For example, there are millions of pixels actually used in electronic devices such as cameras.

図1に示す画素領域1Aには、複数の画素PUがアレイ状に配置され、その周囲には、垂直走査回路VSCや水平走査回路HSCなどの駆動回路が配置されている。各画素(セル、画素ユニット)PUは、選択線SLおよび出力線OLの交点に配置されている。選択線SLは垂直走査回路VSCと接続され、出力線OLはそれぞれ列回路CLCと接続されている。列回路CLCはスイッチSWTを介して出力アンプAPと接続されている。各スイッチSWTは水平走査回路HSCと接続され、水平走査回路HSCにより制御される。   In the pixel region 1A shown in FIG. 1, a plurality of pixels PU are arranged in an array, and a drive circuit such as a vertical scanning circuit VSC or a horizontal scanning circuit HSC is arranged around the pixel PU. Each pixel (cell, pixel unit) PU is arranged at the intersection of the selection line SL and the output line OL. The selection line SL is connected to the vertical scanning circuit VSC, and the output line OL is connected to the column circuit CLC. The column circuit CLC is connected to the output amplifier AP via the switch SWT. Each switch SWT is connected to the horizontal scanning circuit HSC and controlled by the horizontal scanning circuit HSC.

例えば、垂直走査回路VSCおよび水平走査回路HSCにより選択された画素PUから読み出された電気信号は、出力線OLおよび出力アンプAPを介して出力される。   For example, the electrical signal read from the pixel PU selected by the vertical scanning circuit VSC and the horizontal scanning circuit HSC is output via the output line OL and the output amplifier AP.

画素PUの構成は、例えば、図2に示されるように、フォトダイオードPDと、4つのトランジスタRST,TX,SEL,AMIとで構成される。これらのトランジスタRST,TX,SEL,AMIは、それぞれnチャネル型のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)により形成される。このうち、トランジスタRSTはリセットトランジスタ(リセット用トランジスタ)であり、トランジスタTXは転送トランジスタ(転送用トランジスタ)であり、トランジスタSELは選択トランジスタ(選択用トランジスタ)であり、トランジスタAMIは増幅トランジスタ(増幅用トランジスタ)である。なお、転送トランジスタTXは、フォトダイオードPDにより生成された電荷を転送する転送用トランジスタである。また、これらのトランジスタの他に、他のトランジスタや容量素子などの素子が組み込まれることもある。また、これらのトランジスタの接続形態には種々の変形・応用形態がある。   The configuration of the pixel PU is configured by, for example, a photodiode PD and four transistors RST, TX, SEL, and AMI as shown in FIG. These transistors RST, TX, SEL, and AMI are each formed of an n-channel type MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor). Among these, the transistor RST is a reset transistor (reset transistor), the transistor TX is a transfer transistor (transfer transistor), the transistor SEL is a selection transistor (selection transistor), and the transistor AMI is an amplification transistor (amplification transistor). Transistor). The transfer transistor TX is a transfer transistor that transfers the charge generated by the photodiode PD. In addition to these transistors, other transistors and capacitors may be incorporated. Further, there are various modifications and application forms for the connection form of these transistors.

図2に示す回路例においては、接地電位(GND)とノードN1との間にフォトダイオードPDと転送トランジスタTXとが直列に接続されている。ノードN1と電源電位(電源電位線)VDDとの間にはリセットトランジスタRSTが接続されている。電源電位VDDは、電源電位線LVDD(後述する図4参照)の電位である。電源電位VDDと出力線OLとの間には、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIが直列に接続されている。この増幅トランジスタAMIのゲート電極はノードN1に接続されている。また、リセットトランジスタRSTのゲート電極はリセット線LRSTに接続されている。また、選択トランジスタSELのゲート電極は選択線SLと接続され、転送トランジスタTXのゲート電極は転送線(第2選択線)LTXと接続されている。   In the circuit example shown in FIG. 2, a photodiode PD and a transfer transistor TX are connected in series between a ground potential (GND) and a node N1. A reset transistor RST is connected between the node N1 and the power supply potential (power supply potential line) VDD. The power supply potential VDD is a potential of a power supply potential line LVDD (see FIG. 4 described later). A selection transistor SEL and an amplification transistor AMI are connected in series between the power supply potential VDD and the output line OL. The gate electrode of the amplification transistor AMI is connected to the node N1. The gate electrode of the reset transistor RST is connected to the reset line LRST. The gate electrode of the selection transistor SEL is connected to the selection line SL, and the gate electrode of the transfer transistor TX is connected to the transfer line (second selection line) LTX.

例えば、転送線LTXおよびリセット線LRSTを立ち上げ(Hレベルとし)、転送トランジスタTXおよびリセットトランジスタRSTをオン状態とする。この結果、フォトダイオードPDの電荷が抜かれて空乏化される。その後、転送トランジスタTXをオフ状態とする。   For example, the transfer line LTX and the reset line LRST are raised (set to H level), and the transfer transistor TX and the reset transistor RST are turned on. As a result, the charge of the photodiode PD is removed and depleted. Thereafter, the transfer transistor TX is turned off.

この後、例えば、カメラなどの電子機器のメカニカルシャッターを開くと、シャッターが開いている間、フォトダイオードPDにおいて、入射光によって電荷が発生し、蓄積される。つまり、フォトダイオードPDは、入射光を受光して電荷を生成する。   Thereafter, for example, when a mechanical shutter of an electronic device such as a camera is opened, electric charges are generated and accumulated in the photodiode PD by incident light while the shutter is opened. That is, the photodiode PD receives incident light and generates charges.

次いで、シャッターを閉じた後、リセット線LRSTを立ち下げ(Lレベルとし)、リセットトランジスタRSTをオフ状態とする。さらに、選択線SLおよび転送線LTXを立ち上げ(Hレベルとし)、選択トランジスタSELおよび転送トランジスタTXをオン状態とする。これにより、フォトダイオードPDにより生成された電荷が転送トランジスタTXのノードN1側の端部(後述の図3および図4のフローティングディフュージョンFDに対応)に転送される。このとき、フローティングディフュージョンFDの電位は、フォトダイオードPDから転送された電荷に応じた値に変化し、この値が、増幅トランジスタAMIにより増幅され出力線OLに表れる。この出力線OLの電位が、電気信号(受光信号)となり、列回路CLCおよびスイッチSWTを介して出力アンプAPから出力信号として読み出される。   Next, after closing the shutter, the reset line LRST is lowered (set to L level), and the reset transistor RST is turned off. Further, the selection line SL and the transfer line LTX are raised (set to H level), and the selection transistor SEL and the transfer transistor TX are turned on. As a result, the charge generated by the photodiode PD is transferred to the end of the transfer transistor TX on the node N1 side (corresponding to a floating diffusion FD in FIGS. 3 and 4 described later). At this time, the potential of the floating diffusion FD changes to a value corresponding to the charge transferred from the photodiode PD, and this value is amplified by the amplification transistor AMI and appears on the output line OL. The potential of the output line OL becomes an electric signal (light reception signal) and is read out as an output signal from the output amplifier AP via the column circuit CLC and the switch SWT.

図3は、本実施の形態の半導体装置の画素を示す平面図である。また、図4は、各プラグの結線例を示す平面図であり、図3に結線状態を追加して示したものである。   FIG. 3 is a plan view showing a pixel of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 4 is a plan view showing an example of connection of each plug, and shows the connection state added to FIG.

図3および図4に示されるように、本実施の形態の半導体装置の画素PU(図1参照)は、フォトダイオードPDと転送トランジスタTXとが配置されている活性領域AcTPと、リセットトランジスタRSTが配置されている活性領域AcRとを有している。さらに、画素PUは、選択トランジスタSELと増幅トランジスタAMIとが配置されている活性領域AcASと、接地電位線LGNDと接続されているプラグPgが配置されている活性領域AcGとを有している。   As shown in FIGS. 3 and 4, the pixel PU (see FIG. 1) of the semiconductor device of the present embodiment includes an active region AcTP in which the photodiode PD and the transfer transistor TX are arranged, and a reset transistor RST. The active region AcR is disposed. Further, the pixel PU has an active region AcAS in which the selection transistor SEL and the amplification transistor AMI are arranged, and an active region AcG in which a plug Pg connected to the ground potential line LGND is arranged.

活性領域AcRには、ゲート電極Grが配置され、その両側のソース・ドレイン領域上にはプラグPr1,Pr2が配置されている。このゲート電極Grとソース・ドレイン領域とによりリセットトランジスタRSTが構成される。   A gate electrode Gr is disposed in the active region AcR, and plugs Pr1 and Pr2 are disposed on the source / drain regions on both sides thereof. The gate electrode Gr and the source / drain regions constitute a reset transistor RST.

活性領域AcTPには、ゲート電極Gtが配置され、平面視において、ゲート電極Gtの両側のうちの一方には、フォトダイオードPDが配置され、他方には、フローティングディフュージョンFDが配置されている。フォトダイオードPDは、PN接合ダイオードであり、例えば、複数のn型またはp型の不純物拡散領域(半導体領域)により構成される。また、フローティングディフュージョンFDは、電荷蓄積部または浮遊拡散層としての機能を有しており、例えば、n型の不純物拡散領域(半導体領域)で構成される。このフローティングディフュージョンFD上には、プラグPfdが配置されている。   In the active region AcTP, a gate electrode Gt is disposed. In a plan view, a photodiode PD is disposed on one of both sides of the gate electrode Gt, and a floating diffusion FD is disposed on the other side. The photodiode PD is a PN junction diode and includes, for example, a plurality of n-type or p-type impurity diffusion regions (semiconductor regions). The floating diffusion FD has a function as a charge storage portion or a floating diffusion layer, and is constituted by, for example, an n-type impurity diffusion region (semiconductor region). A plug Pfd is disposed on the floating diffusion FD.

活性領域AcASには、ゲート電極Gaおよびゲート電極Gsが配置され、活性領域AcASのゲート電極Ga側の端部にはプラグPaが配置され、活性領域AcASのゲート電極Gs側の端部にはプラグPsが配置されている。ゲート電極Gaおよびゲート電極Gsの両側は、ソース・ドレイン領域であり、このゲート電極Gaおよびゲート電極Gsとソース・ドレイン領域とにより、直列に接続された選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIが構成されている。   In the active region AcAS, a gate electrode Ga and a gate electrode Gs are disposed, a plug Pa is disposed at an end of the active region AcAS on the gate electrode Ga side, and a plug is disposed at an end of the active region AcAS on the gate electrode Gs side. Ps is arranged. Both sides of the gate electrode Ga and the gate electrode Gs are a source / drain region, and a selection transistor SEL and an amplification transistor AMI connected in series are configured by the gate electrode Ga, the gate electrode Gs and the source / drain region. Yes.

活性領域AcGの上部にはプラグPgが配置されている。このプラグPgは、接地電位線LGNDと接続される。よって、活性領域AcGは、半導体基板のウエル領域に、接地電位GNDを印加するための給電領域である。   A plug Pg is disposed on the active region AcG. This plug Pg is connected to the ground potential line LGND. Therefore, the active region AcG is a power feeding region for applying the ground potential GND to the well region of the semiconductor substrate.

また、ゲート電極Gr、ゲート電極Gt、ゲート電極Gaおよびゲート電極Gs上には、プラグPrg、プラグPtg、プラグPagおよびプラグPsgがそれぞれ配置されている。   Further, a plug Prg, a plug Ptg, a plug Pag, and a plug Psg are arranged on the gate electrode Gr, the gate electrode Gt, the gate electrode Ga, and the gate electrode Gs, respectively.

上記プラグPr1,Pr2,Pg,Pfd,Pa,Ps,Prg,Ptg,Pag,Psgを、複数の配線層(例えば後述する図8に示される配線M1〜M3)により必要に応じて接続する。これにより、上記図1および図2に示される回路を形成することができる。図4には、プラグの結線例の一例が示されている。   The plugs Pr1, Pr2, Pg, Pfd, Pa, Ps, Prg, Ptg, Pag, and Psg are connected as necessary by a plurality of wiring layers (for example, wirings M1 to M3 shown in FIG. 8 described later). Thereby, the circuit shown in FIGS. 1 and 2 can be formed. FIG. 4 shows an example of plug connection.

図5は、本実施の形態の半導体装置が形成される半導体ウエハおよびチップ領域を示す平面図である。図5に示すように、半導体ウエハWF(後述の半導体基板SBに相当する半導体ウエハ)は、複数のチップ領域CHPを有し、図1に示す画素領域1Aは、周辺回路領域2Aとともに1つのチップ領域CHPに形成される。この周辺回路領域2Aには、論理回路(ロジック回路)が配置されている。この論理回路は、例えば、画素領域1Aから出力される出力信号を演算し、この演算結果に基づき画像データが出力される。チップ領域CHPは、そこから1つの半導体チップが取得される領域であり、半導体ウエハWFにおける各チップ領域CHPは、それぞれ同じ構成(画素領域1Aおよび周辺回路領域2A)が形成される。半導体ウエハWFは、後でダイシングにより切断され、個片化された個々のチップ領域CHPが、半導体チップとなる。   FIG. 5 is a plan view showing a semiconductor wafer and a chip region on which the semiconductor device of the present embodiment is formed. As shown in FIG. 5, the semiconductor wafer WF (a semiconductor wafer corresponding to a semiconductor substrate SB described later) has a plurality of chip regions CHP, and the pixel region 1A shown in FIG. 1 has one chip together with the peripheral circuit region 2A. It is formed in region CHP. A logic circuit (logic circuit) is arranged in the peripheral circuit region 2A. For example, the logic circuit calculates an output signal output from the pixel region 1A, and outputs image data based on the calculation result. The chip region CHP is a region from which one semiconductor chip is obtained, and each chip region CHP in the semiconductor wafer WF has the same configuration (pixel region 1A and peripheral circuit region 2A). The semiconductor wafer WF is later cut by dicing, and individual chip regions CHP that have been separated into individual chips become semiconductor chips.

図6は、本実施の形態の半導体装置の周辺回路領域に形成されるトランジスタを示す平面図である。   FIG. 6 is a plan view showing a transistor formed in the peripheral circuit region of the semiconductor device of the present embodiment.

図6に示されるように、周辺回路領域2Aには、ロジックトランジスタとしての周辺トランジスタLTが配置されている。実際には、周辺回路領域2Aには、論理回路を構成するトランジスタとして、複数のnチャネル型MISFETと複数のpチャネル型MISFETとが形成されているが、図6には、論理回路を構成するトランジスタのうちの一つのnチャネル型MISFETが、周辺トランジスタLTとして示されている。   As shown in FIG. 6, a peripheral transistor LT as a logic transistor is arranged in the peripheral circuit region 2A. Actually, a plurality of n-channel MISFETs and a plurality of p-channel MISFETs are formed in the peripheral circuit region 2A as transistors constituting the logic circuit. FIG. 6 shows the logic circuit. One n-channel MISFET of the transistors is shown as a peripheral transistor LT.

図6に示されるように、周辺回路領域2Aには、活性領域AcLが形成され、この活性領域AcLには、周辺トランジスタLTのゲート電極Gltが配置され、ゲート電極Gltの両側であって、活性領域AcLの内部には、後述するn型半導体領域SDを含む周辺トランジスタLTのソース・ドレイン領域が形成されている。また、周辺トランジスタLTのソース・ドレイン領域上には、プラグPt1、Pt2が配置されている。 As shown in FIG. 6, an active region AcL is formed in the peripheral circuit region 2A, and in this active region AcL, the gate electrode Glt of the peripheral transistor LT is arranged, on both sides of the gate electrode Glt, Inside the region AcL, source / drain regions of a peripheral transistor LT including an n + type semiconductor region SD described later are formed. In addition, plugs Pt1 and Pt2 are disposed on the source / drain regions of the peripheral transistor LT.

図6においては、1つの周辺トランジスタLTのみを示しているが、実際には、周辺回路領域2Aには、複数のトランジスタが配置されている。これらの複数のトランジスタのソース・ドレイン領域上のプラグまたはゲート電極上のプラグを複数の配線層(後述の配線M1〜M3)により接続することで、論理回路を構成することができる。また、MISFET以外の素子、例えば、容量素子や他の構成のトランジスタなどが論理回路に組み込まれる場合もある。   In FIG. 6, only one peripheral transistor LT is shown, but actually, a plurality of transistors are arranged in the peripheral circuit region 2A. A logic circuit can be configured by connecting plugs on the source / drain regions of these transistors or plugs on the gate electrodes with a plurality of wiring layers (wirings M1 to M3 described later). In addition, an element other than the MISFET, for example, a capacitor or a transistor having another structure may be incorporated in the logic circuit.

なお、以下では、周辺トランジスタLTがnチャネル型MISFETである例を説明するが、周辺トランジスタLTはpチャネル型MISFETであってもよい。   Hereinafter, an example in which the peripheral transistor LT is an n-channel MISFET will be described, but the peripheral transistor LT may be a p-channel MISFET.

図7は、本実施の形態の半導体装置の画素領域に形成される複数の画素を示す平面図である。   FIG. 7 is a plan view showing a plurality of pixels formed in the pixel region of the semiconductor device of this embodiment.

図7に示されるように、画素領域1Aには、図3に示す画素PUがX方向およびY方向に複数並んで配置され、画素アレイを構成している。図7では、例として2×2の合計4つの画素PUを示しているが、画素の配列数は種々変更可能である。   As shown in FIG. 7, in the pixel area 1A, a plurality of pixels PU shown in FIG. 3 are arranged in the X direction and the Y direction to constitute a pixel array. In FIG. 7, a total of four 2 × 2 pixels PU are shown as an example, but the number of pixels can be variously changed.

<画素領域および周辺回路領域の素子構造>
次に、本実施の形態の半導体装置の断面図(図8および図9)を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の構造を説明する。図8および図9は、本実施の形態の半導体装置の要部断面図であり、図8は、上記図3のA−A線での断面図にほぼ対応し、図9は、上記図6のB−B線での断面図にほぼ対応している。
<Element structure of pixel area and peripheral circuit area>
Next, the structure of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to cross-sectional views (FIGS. 8 and 9) of the semiconductor device of this embodiment. 8 and 9 are cross-sectional views of the main part of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 8 substantially corresponds to the cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 3, and FIG. Corresponds substantially to the cross-sectional view taken along the line BB.

図8に示されるように、半導体基板SBの画素領域1Aの活性領域AcTPには、フォトダイオードPDと転送トランジスタTXとが形成されている。フォトダイオードPDは、半導体基板SBに形成されたp型ウエルPW1、n型半導体領域(n型ウエル)NWおよびp型半導体領域PRからなる。また、図9に示されるように、半導体基板SBの周辺回路領域2Aの活性領域AcLには、周辺トランジスタLTが形成されている。 As shown in FIG. 8, a photodiode PD and a transfer transistor TX are formed in the active region AcTP of the pixel region 1A of the semiconductor substrate SB. The photodiode PD includes a p-type well PW1, an n-type semiconductor region (n-type well) NW, and a p + -type semiconductor region PR formed in the semiconductor substrate SB. Also, as shown in FIG. 9, a peripheral transistor LT is formed in the active region AcL of the peripheral circuit region 2A of the semiconductor substrate SB.

半導体基板SBは、例えば、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物(ドナー)が導入されたn型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)である。他の形態として、半導体基板SBを、いわゆるエピタキシャルウエハとすることもできる。半導体基板SBをエピタキシャルウエハとする場合、例えば、n型不純物(例えばヒ素(As))が導入されたn型の単結晶シリコン基板の主面上に、n型不純物(例えばリン(P))が導入されたn型単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を成長させることにより、半導体基板SBを形成することができる。 The semiconductor substrate SB is a semiconductor substrate (semiconductor wafer) made of n-type single crystal silicon into which an n-type impurity (donor) such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced. As another form, the semiconductor substrate SB can be a so-called epitaxial wafer. When the semiconductor substrate SB is an epitaxial wafer, for example, an n-type impurity (for example, phosphorus (P)) is formed on the main surface of an n + type single crystal silicon substrate into which an n-type impurity (for example, arsenic (As)) is introduced. The semiconductor substrate SB can be formed by growing an epitaxial layer made of n type single crystal silicon into which is introduced.

活性領域AcTPの外周には、絶縁体からなる素子分離領域LCSが配置されている。このように、素子分離領域LCSで囲まれた半導体基板SBの露出領域が、活性領域AcTPおよび活性領域AcLなどの活性領域となる。   An element isolation region LCS made of an insulator is arranged on the outer periphery of the active region AcTP. Thus, the exposed region of the semiconductor substrate SB surrounded by the element isolation region LCS becomes an active region such as the active region AcTP and the active region AcL.

半導体基板SBの主面から所定の深さにわたって、p型ウエル(p型半導体領域)PW1,PW2が形成されている。p型ウエルPW1は、活性領域AcTP全体にわたって形成されている。すなわち、p型ウエルPW1は、フォトダイオードPDが形成されている領域と、転送トランジスタTXが形成されている領域とにわたって形成されている。また、p型ウエルPW2は、活性領域AcL全体にわたって形成されている。すなわち、p型ウエルPW2は、周辺トランジスタLTが形成される領域に形成されている。p型ウエルPW1およびp型ウエルPW2は、いずれも、ホウ素(B)などのp型不純物が導入されたp型の半導体領域である。   P-type wells (p-type semiconductor regions) PW1 and PW2 are formed from the main surface of the semiconductor substrate SB to a predetermined depth. The p-type well PW1 is formed over the entire active region AcTP. That is, the p-type well PW1 is formed across a region where the photodiode PD is formed and a region where the transfer transistor TX is formed. The p-type well PW2 is formed over the entire active region AcL. That is, the p-type well PW2 is formed in a region where the peripheral transistor LT is formed. Each of the p-type well PW1 and the p-type well PW2 is a p-type semiconductor region into which a p-type impurity such as boron (B) is introduced.

図8に示されるように、活性領域AcTPの半導体基板SBにおいて、p型ウエルPW1に内包されるように、n型半導体領域(n型ウエル)NWが形成されている。n型半導体領域NWは、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物が導入されたn型の半導体領域である。   As shown in FIG. 8, in the semiconductor substrate SB in the active region AcTP, an n-type semiconductor region (n-type well) NW is formed so as to be included in the p-type well PW1. The n-type semiconductor region NW is an n-type semiconductor region into which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced.

n型半導体領域NWは、フォトダイオードPDを形成するためのn型半導体領域であるが、転送トランジスタTXのソース領域もn型半導体領域NWにより形成される。すなわち、n型半導体領域NWは、主として、フォトダイオードPDが形成されている領域に形成されているが、n型半導体領域NWの一部は、転送トランジスタTXのゲート電極Gtと平面的に(平面視で)重なるような位置に、形成されている。n型半導体領域NW(の底面)の深さは、p型ウエルPW1(の底面)の深さよりも浅く、n型半導体領域NWは、p型ウエルPW1に内包されるように形成されている。   The n-type semiconductor region NW is an n-type semiconductor region for forming the photodiode PD, but the source region of the transfer transistor TX is also formed by the n-type semiconductor region NW. That is, the n-type semiconductor region NW is mainly formed in a region where the photodiode PD is formed, but a part of the n-type semiconductor region NW is planarly (planar) with the gate electrode Gt of the transfer transistor TX. It is formed in the position where it overlaps (by visual observation). The depth of the n-type semiconductor region NW (bottom surface) is shallower than the depth of the p-type well PW1 (bottom surface), and the n-type semiconductor region NW is formed so as to be included in the p-type well PW1.

n型半導体領域NWの表面の一部には、p型半導体領域PRが形成されている。p型半導体領域PRは、ホウ素(B)などのp型不純物が高濃度で導入(ドープ)されたp型の半導体領域であり、p型半導体領域PRの不純物濃度(p型不純物濃度)は、p型ウエルPW1の不純物濃度(p型不純物濃度)よりも高い。このため、p型半導体領域PRの導電率(電気伝導率)は、p型ウエルPW1の導電率(電気伝導率)よりも高い。 A p + type semiconductor region PR is formed on a part of the surface of the n type semiconductor region NW. p + -type semiconductor region PR is boron (B) is a p + -type semiconductor region p-type impurity is introduced at a high concentration (doping), such as the impurity concentration (p-type impurity concentration of the p + -type semiconductor region PR ) Is higher than the impurity concentration (p-type impurity concentration) of the p-type well PW1. Therefore, the conductivity (electric conductivity) of the p + type semiconductor region PR is higher than the conductivity (electric conductivity) of the p type well PW1.

型半導体領域PR(の底面)の深さは、n型半導体領域NW(の底面)の深さよりも浅い。p型半導体領域PRは、主として、n型半導体領域NWの表層部分(表面部分)に形成される。このため、半導体基板SBの厚さ方向に見ると、最上層のp型半導体領域PRの下にn型半導体領域NWが存在し、n型半導体領域NWの下にp型ウエルPW1が存在する状態となる。 The depth of the p + type semiconductor region PR (the bottom surface thereof) is shallower than the depth of the n type semiconductor region NW (the bottom surface thereof). The p + type semiconductor region PR is mainly formed in the surface layer portion (surface portion) of the n type semiconductor region NW. Therefore, when viewed in the thickness direction of the semiconductor substrate SB, the n-type semiconductor region NW exists under the uppermost p + -type semiconductor region PR, and the p-type well PW1 exists under the n-type semiconductor region NW. It becomes a state.

また、n型半導体領域NWが形成されていない領域において、p型半導体領域PRの一部はp型ウエルPW1に接している。すなわち、p型半導体領域PRは、直下にn型半導体領域NWが存在してそのn型半導体領域NWに接する部分と、直下にp型ウエルPW1が存在してそのp型ウエルPW1に接する部分とを有している。 In the region where the n-type semiconductor region NW is not formed, a part of the p + -type semiconductor region PR is in contact with the p-type well PW1. That is, the p + type semiconductor region PR includes a portion where the n-type semiconductor region NW exists immediately below and contacts the n-type semiconductor region NW, and a portion where the p-type well PW1 exists immediately below and contacts the p-type well PW1. And have.

p型ウエルPW1とn型半導体領域NWとの間には、PN接合が形成される。また、p型半導体領域PRとn型半導体領域NWとの間には、PN接合が形成される。p型ウエルPW1(p型半導体領域)とn型半導体領域NWとp型半導体領域PRとによって、フォトダイオード(PN接合ダイオード)PDが形成される。 A PN junction is formed between the p-type well PW1 and the n-type semiconductor region NW. A PN junction is formed between the p + type semiconductor region PR and the n type semiconductor region NW. A photodiode (PN junction diode) PD is formed by the p-type well PW1 (p-type semiconductor region), the n-type semiconductor region NW, and the p + -type semiconductor region PR.

型半導体領域PRは、半導体基板SBの表面に多数形成されている界面準位に基づく電子の発生を抑制する目的で形成される領域である。すなわち、半導体基板SBの表面領域では、界面準位の影響により、光が照射されていない状態でも電子が発生し、暗電流の増加を引き起こす場合がある。このため、電子を多数キャリアとするn型半導体領域NWの表面に、正孔(ホール)を多数キャリアとするp型半導体領域PRを形成することにより、光が照射されていない状態での電子の発生を抑制し、暗電流の増加を抑制することができる。従って、p型半導体領域PRは、フォトダイオード最表面から湧き出る電子をそのp型半導体領域PRのホールと再結合させて、暗電流を低下させる役割がある。 The p + type semiconductor region PR is a region formed for the purpose of suppressing the generation of electrons based on interface states that are formed on the surface of the semiconductor substrate SB. That is, in the surface region of the semiconductor substrate SB, electrons are generated due to the influence of the interface state, which may cause an increase in dark current even when light is not irradiated. For this reason, by forming a p + type semiconductor region PR having holes as majority carriers on the surface of the n-type semiconductor region NW having electrons as majority carriers, electrons in a state where no light is irradiated. Can be suppressed, and an increase in dark current can be suppressed. Therefore, the p + type semiconductor region PR has a role of reducing dark current by recombining electrons springing from the outermost surface of the photodiode with holes in the p + type semiconductor region PR.

フォトダイオードPDは、受光素子である。また、フォトダイオードPDは、光電変換素子とみなすこともできる。フォトダイオードPDは、入力された光を光電変換して電荷を生成し、生成した電荷を蓄積する機能を有し、転送トランジスタTXは、フォトダイオードPDで蓄積された電荷をフォトダイオードPDから転送する際のスイッチとしての役割を有している。   The photodiode PD is a light receiving element. The photodiode PD can also be regarded as a photoelectric conversion element. The photodiode PD has a function of photoelectrically converting input light to generate charges and storing the generated charges, and the transfer transistor TX transfers the charges accumulated in the photodiode PD from the photodiode PD. It has a role as a switch.

また、n型半導体領域NWの一部と平面的に重なるように、ゲート電極Gtが形成されている。このゲート電極Gtは、転送トランジスタTXのゲート電極であり、半導体基板SB上にゲート絶縁膜GOXを介して形成(配置)されている。ゲート電極Gtの側壁上には、側壁絶縁膜としてサイドウォールスペーサSWが形成されている。   Further, the gate electrode Gt is formed so as to overlap with a part of the n-type semiconductor region NW in a plan view. The gate electrode Gt is a gate electrode of the transfer transistor TX, and is formed (arranged) on the semiconductor substrate SB via the gate insulating film GOX. A sidewall spacer SW is formed as a sidewall insulating film on the sidewall of the gate electrode Gt.

活性領域AcTPの半導体基板SB(p型ウエルPW1)において、ゲート電極Gtの両側のうちの一方の側には、上記n型半導体領域NWが形成されており、他方の側には、n型半導体領域NRが形成されている。n型半導体領域NRは、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物が高濃度で導入(ドープ)されたn型半導体領域であり、p型ウエルPW1内に形成されている。n型半導体領域NRは、フローティングディフュージョン(浮遊拡散層)FDとしての半導体領域であり、転送トランジスタTXのドレイン領域でもある。 In the semiconductor substrate SB (p-type well PW1) of the active region AcTP, the n-type semiconductor region NW is formed on one side of both sides of the gate electrode Gt, and the n-type semiconductor is formed on the other side. Region NR is formed. The n-type semiconductor region NR is an n + -type semiconductor region into which n-type impurities such as phosphorus (P) or arsenic (As) are introduced (doped) at a high concentration, and is formed in the p-type well PW1. The n-type semiconductor region NR is a semiconductor region as a floating diffusion (floating diffusion layer) FD, and is also a drain region of the transfer transistor TX.

n型半導体領域NRは、転送トランジスタTXのドレイン領域として機能するが、フローティングディフュージョン(浮遊拡散層)FDとみなすこともできる。また、n型半導体領域NWは、フォトダイオードPDの構成要素であるが、転送トランジスタTXのソース用の半導体領域としても機能することができる。すなわち、転送トランジスタTXのソース領域は、n型半導体領域NWにより形成される。このため、n型半導体領域NWとゲート電極Gtとは、ゲート電極Gtの一部(ソース側)が、n型半導体領域NWの一部と平面的に(平面視で)重なるような位置関係となっていることが好ましい。n型半導体領域NWとn型半導体領域NRとは、転送トランジスタTXのチャネル形成領域(ゲート電極Gtの直下の基板領域に対応)を挟んで互いに離間するように形成されている。   The n-type semiconductor region NR functions as a drain region of the transfer transistor TX, but can also be regarded as a floating diffusion (floating diffusion layer) FD. The n-type semiconductor region NW is a constituent element of the photodiode PD, but can also function as a semiconductor region for the source of the transfer transistor TX. That is, the source region of the transfer transistor TX is formed by the n-type semiconductor region NW. For this reason, the n-type semiconductor region NW and the gate electrode Gt have a positional relationship such that a part (source side) of the gate electrode Gt overlaps a part of the n-type semiconductor region NW in plan view. It is preferable that The n-type semiconductor region NW and the n-type semiconductor region NR are formed so as to be separated from each other with a channel formation region (corresponding to a substrate region immediately below the gate electrode Gt) of the transfer transistor TX interposed therebetween.

フォトダイオードPD(図3参照)の表面、すなわちn型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRの表面には、キャップ絶縁膜CPが形成されている。このキャップ絶縁膜CPは、半導体基板SBの表面特性、すなわち界面特性を良好に保つために形成される。このキャップ絶縁膜CP上には、反射防止膜ARFが形成されている。すなわち、反射防止膜ARFは、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PR上に、キャップ絶縁膜CPを介して形成されている。反射防止膜ARFの一部(端部)は、ゲート電極Gt上に乗り上げることもできる。 A cap insulating film CP is formed on the surface of the photodiode PD (see FIG. 3), that is, on the surfaces of the n-type semiconductor region NW and the p + -type semiconductor region PR. The cap insulating film CP is formed to keep the surface characteristics of the semiconductor substrate SB, that is, the interface characteristics good. An antireflection film ARF is formed on the cap insulating film CP. That is, the antireflection film ARF is formed on the n-type semiconductor region NW and the p + -type semiconductor region PR via the cap insulating film CP. A part (end part) of the antireflection film ARF can also run on the gate electrode Gt.

一方、図9に示されるように、活性領域AcLのp型ウエルPW2上には、ゲート絶縁膜GOXを介して、周辺トランジスタLTのゲート電極Gltが形成されており、ゲート電極Gltの両側の側壁上には、サイドウォールスペーサSWが形成されている。また、ゲート電極Gltの両側のp型ウエルPW2中には、周辺トランジスタLTのソース・ドレイン領域が形成されている。周辺トランジスタLTのソース・ドレイン領域は、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、n型の低濃度半導体領域であるn型半導体領域NMと、n型の高濃度半導体領域であるn型半導体領域SDとからなる。 On the other hand, as shown in FIG. 9, the gate electrode Glt of the peripheral transistor LT is formed on the p-type well PW2 in the active region AcL via the gate insulating film GOX, and the sidewalls on both sides of the gate electrode Glt. A sidewall spacer SW is formed on the top. In the p-type well PW2 on both sides of the gate electrode Glt, source / drain regions of the peripheral transistor LT are formed. The source / drain regions of the peripheral transistor LT have an LDD (Lightly Doped Drain) structure, and an n type semiconductor region NM that is an n-type low concentration semiconductor region and an n type high concentration semiconductor region. It comprises a + type semiconductor region SD.

半導体基板SB上には、ゲート電極Gt、反射防止膜ARFおよびゲート電極Gltを覆うように、層間絶縁膜IL1が形成されている。層間絶縁膜IL1は、画素領域1Aおよび周辺回路領域2Aを含む半導体基板SBの主面全体上に形成されている。   On the semiconductor substrate SB, an interlayer insulating film IL1 is formed so as to cover the gate electrode Gt, the antireflection film ARF, and the gate electrode Glt. The interlayer insulating film IL1 is formed over the entire main surface of the semiconductor substrate SB including the pixel region 1A and the peripheral circuit region 2A.

層間絶縁膜IL1は、例えば、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原料とした酸化シリコン膜により形成されている。層間絶縁膜IL1には、上記プラグPr1,Pr2,Pg,Pfd,Pa,Ps,Prg,Ptg,Pag,Psg,Pt1,Pt2などの導電性のプラグPGが埋め込まれている。例えば、図8に示されるように、フローティングディフュージョンFDとしてのn型半導体領域NR上にプラグPGとしてプラグPfdが形成されており、このプラグPfdは、層間絶縁膜IL1を貫通してn型半導体領域NRに達しており、n型半導体領域NRと電気的に接続されている。   The interlayer insulating film IL1 is formed of, for example, a silicon oxide film using TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) as a raw material. In the interlayer insulating film IL1, conductive plugs PG such as the plugs Pr1, Pr2, Pg, Pfd, Pa, Ps, Prg, Ptg, Pag, Psg, Pt1, and Pt2 are embedded. For example, as shown in FIG. 8, a plug Pfd is formed as a plug PG on the n-type semiconductor region NR as the floating diffusion FD, and this plug Pfd penetrates the interlayer insulating film IL1 and forms the n-type semiconductor region. NR is reached and is electrically connected to the n-type semiconductor region NR.

上記プラグPr1,Pr2,Pg,Pfd,Pa,Ps,Prg,Ptg,Pag,Psg,Pt1,Pt2などの導電性のプラグPGは、層間絶縁膜IL1に形成されたコンタクトホールに、例えば、バリア導体膜とバリア導体膜上に形成されたタングステン膜とを埋め込むことにより形成されている。そのバリア導体膜は、例えば、チタン膜と該チタン膜上に形成された窒化チタン膜との積層膜(すなわちチタン/窒化チタン膜)からなる。   Conductive plugs PG such as the plugs Pr1, Pr2, Pg, Pfd, Pa, Ps, Prg, Ptg, Pag, Psg, Pt1, and Pt2 are formed in contact holes formed in the interlayer insulating film IL1, for example, barrier conductors. It is formed by embedding a film and a tungsten film formed on the barrier conductor film. The barrier conductor film is made of, for example, a laminated film of a titanium film and a titanium nitride film formed on the titanium film (that is, a titanium / titanium nitride film).

また、図8および図9には表れないが、上記リセットトランジスタRST、上記選択トランジスタSELおよび上記増幅トランジスタAMIも、半導体基板SBに形成されたp型ウエル上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、ゲート電極の両側のp型ウエル中に形成されたソース・ドレイン領域とを有している(上記図3参照)。選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIは直列に接続されているため、一方のソース・ドレイン領域を共有している(図3参照)。   Although not shown in FIGS. 8 and 9, the reset transistor RST, the selection transistor SEL, and the amplification transistor AMI are also formed on the p-type well formed in the semiconductor substrate SB via a gate insulating film. It has a gate electrode and source / drain regions formed in p-type wells on both sides of the gate electrode (see FIG. 3 above). Since the selection transistor SEL and the amplification transistor AMI are connected in series, they share one source / drain region (see FIG. 3).

プラグPG(Pr1,Pr2,Pg,Pfd,Pa,Ps,Prg,Ptg,Pag,Psg)が埋め込まれた層間絶縁膜IL1上には、例えば、層間絶縁膜IL2が形成されており、この層間絶縁膜IL2に配線M1が形成されている。   On the interlayer insulating film IL1 in which the plug PG (Pr1, Pr2, Pg, Pfd, Pa, Ps, Prg, Ptg, Pag, Psg) is embedded, for example, an interlayer insulating film IL2 is formed. A wiring M1 is formed in the film IL2.

層間絶縁膜IL2は、例えば酸化シリコン膜により形成されるが、これに限定されるものではなく、酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜により形成することもできる。低誘電率膜としては、例えば、SiOC膜を挙げることができる。   The interlayer insulating film IL2 is formed of, for example, a silicon oxide film, but is not limited to this, and may be formed of a low dielectric constant film having a dielectric constant lower than that of the silicon oxide film. An example of the low dielectric constant film is a SiOC film.

配線M1は、例えば、銅配線により形成されており、ダマシン法を用いて形成することができる。なお、配線M1は、銅配線に限定されるものではなく、アルミニウム配線により形成することもできる。配線M1が埋込銅配線(ダマシン銅配線)の場合(図8および図9はこの場合に対応)は、その埋込銅配線は、層間絶縁膜IL1に形成された配線溝内に埋め込まれているが、配線M1がアルミニウム配線の場合は、そのアルミニウム配線は、層間絶縁膜上に形成された導電膜をパターニングすることにより形成される。   The wiring M1 is formed of, for example, a copper wiring, and can be formed using a damascene method. Note that the wiring M1 is not limited to a copper wiring, and can be formed of an aluminum wiring. When the wiring M1 is a buried copper wiring (damascene copper wiring) (FIGS. 8 and 9 correspond to this case), the buried copper wiring is buried in a wiring trench formed in the interlayer insulating film IL1. However, when the wiring M1 is an aluminum wiring, the aluminum wiring is formed by patterning a conductive film formed on the interlayer insulating film.

配線M1を形成した層間絶縁膜IL2上には、例えば、酸化シリコン膜や低誘電率膜からなる層間絶縁膜IL3が形成されており、この層間絶縁膜IL3に配線M2が形成されている。また、配線M2を形成した層間絶縁膜IL3上には、層間絶縁膜IL4が形成されており、この層間絶縁膜IL4に配線M3が形成されている。配線M1〜M3は、配線層を形成している。配線M1〜M3は、フォトダイオードと平面的に重ならないように形成されている。これは、フォトダイオードに入射する光が配線M1〜M3によって遮られないようにするためである。   On the interlayer insulating film IL2 on which the wiring M1 is formed, for example, an interlayer insulating film IL3 made of a silicon oxide film or a low dielectric constant film is formed, and the wiring M2 is formed in the interlayer insulating film IL3. An interlayer insulating film IL4 is formed on the interlayer insulating film IL3 on which the wiring M2 is formed, and the wiring M3 is formed in the interlayer insulating film IL4. The wirings M1 to M3 form a wiring layer. The wirings M1 to M3 are formed so as not to overlap the photodiode in plan view. This is to prevent light incident on the photodiode from being blocked by the wirings M1 to M3.

さらに、配線M3を形成した層間絶縁膜IL4上には、マイクロレンズMLが搭載されている。なお、マイクロレンズMLと層間絶縁膜IL4との間にカラーフィルタが設けられていてもよい。   Further, a microlens ML is mounted on the interlayer insulating film IL4 on which the wiring M3 is formed. A color filter may be provided between the microlens ML and the interlayer insulating film IL4.

図8において、光が画素PU(図1参照)に照射されると、まず、入射光は、マイクロレンズMLを通過する。その後、可視光に対して透明な層間絶縁膜IL4〜IL1を通過した後、反射防止膜ARFに入射する。反射防止膜ARFでは、入射光の反射が抑制されて充分な光量の入射光がフォトダイオードPDに入射する。フォトダイオードPDでは、入射光のエネルギーがシリコンのバンドギャップよりも大きいため、光電変換により入射光が吸収されて正孔電子対が生成される。このとき生成された電子は、n型半導体領域NWに蓄積される。そして、適切なタイミングで、転送トランジスタTXをオンする。具体的には、転送トランジスタTXのゲート電極Gtにしきい値電圧以上の電圧を印加する。すると、転送トランジスタTXのゲート絶縁膜GOX直下のチャネル形成領域にチャネル領域が形成され、転送トランジスタTXのソース領域としてのn型半導体領域NWと、転送トランジスタTXのドレイン領域としてのn型半導体領域NRとが、電気的に導通することになる。この結果、n型半導体領域NWに蓄積された電子は、チャネル領域を通ってドレイン領域(n型半導体領域NR)に達し、ドレイン領域(n型半導体領域NR)からプラグPfdおよび配線層を伝わって外部回路に取り出される。   In FIG. 8, when light is irradiated to the pixel PU (see FIG. 1), first, incident light passes through the microlens ML. Thereafter, the light passes through the interlayer insulating films IL4 to IL1 transparent to visible light, and then enters the antireflection film ARF. In the antireflection film ARF, reflection of incident light is suppressed, and a sufficient amount of incident light is incident on the photodiode PD. In the photodiode PD, since the energy of incident light is larger than the band gap of silicon, the incident light is absorbed by photoelectric conversion and a hole electron pair is generated. The electrons generated at this time are accumulated in the n-type semiconductor region NW. Then, the transfer transistor TX is turned on at an appropriate timing. Specifically, a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode Gt of the transfer transistor TX. Then, a channel region is formed in the channel formation region immediately below the gate insulating film GOX of the transfer transistor TX, and the n-type semiconductor region NW as the source region of the transfer transistor TX and the n-type semiconductor region NR as the drain region of the transfer transistor TX. Is electrically conducted. As a result, electrons accumulated in the n-type semiconductor region NW pass through the channel region to reach the drain region (n-type semiconductor region NR), and are transmitted from the drain region (n-type semiconductor region NR) to the plug Pfd and the wiring layer. Taken out to an external circuit.

<半導体装置の製造方法>
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図10〜図35を参照して説明する。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図10および図11は、本実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示す工程フロー図である。図12〜図35は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図12〜図35のうち、図12、図14、図16、図18、図20、図22、図24、図26、図28、図30、図32および図34は、上記図8に相当する断面図、すなわち、上記図3のA−A線に相当する位置での断面図である。図12〜図35のうち、図13、図15、図17、図19、図21、図23、図25、図27、図29、図31、図33および図35は、上記図9に相当する断面図、すなわち、上記図6のB−B線に相当する位置での断面図である。   10 and 11 are process flowcharts showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 12 to 35 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of the present embodiment during the manufacturing process. 12 to 35, FIGS. 12, 14, 16, 18, 20, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 30, 32, and 34 correspond to FIG. 8 above. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 12 to 35, FIGS. 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, and 35 correspond to FIG. 9 described above. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 6.

本実施の形態の半導体装置を製造するには、まず、図12および図13に示されるように、半導体基板(半導体ウエハ)SBを用意(準備)する(図10のステップS1)。   To manufacture the semiconductor device of the present embodiment, first, as shown in FIGS. 12 and 13, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) SB is prepared (prepared) (step S1 in FIG. 10).

半導体基板SBは、例えば、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物が導入されたn型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)である。他の形態として、半導体基板SBを、いわゆるエピタキシャルウエハとすることもできる。半導体基板SBをエピタキシャルウエハとする場合、例えば、n型不純物(例えばヒ素(As))が導入されたn型の単結晶シリコン基板の主面上に、n型不純物(例えばリン(P))が導入されたn型単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を成長させることにより、半導体基板SBを形成することができる。 The semiconductor substrate SB is a semiconductor substrate (semiconductor wafer) made of n-type single crystal silicon into which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced, for example. As another form, the semiconductor substrate SB can be a so-called epitaxial wafer. When the semiconductor substrate SB is an epitaxial wafer, for example, an n-type impurity (for example, phosphorus (P)) is formed on the main surface of an n + type single crystal silicon substrate into which an n-type impurity (for example, arsenic (As)) is introduced. The semiconductor substrate SB can be formed by growing an epitaxial layer made of n type single crystal silicon into which is introduced.

次に、半導体基板SBに素子分離領域LCSを形成する(図10のステップS2)。   Next, the element isolation region LCS is formed in the semiconductor substrate SB (Step S2 in FIG. 10).

素子分離領域LCSは、酸化膜などの絶縁膜からなる。例えば、半導体基板SBのうち、活性領域AcTPおよび活性領域AcL等の活性領域となる領域を窒化シリコン膜で覆った状態で、半導体基板SBを熱酸化することにより、窒化シリコン膜で覆われていない領域の半導体基板SBの主面に、熱酸化膜からなる素子分離領域LCSを形成することができる。このような素子分離領域の形成法をLOCOS(Local oxidation of silicon)法という。素子分離領域LCSにより、活性領域AcTPおよび活性領域AcL等の活性領域が区画(規定)される。   The element isolation region LCS is made of an insulating film such as an oxide film. For example, the semiconductor substrate SB is not covered with the silicon nitride film by thermally oxidizing the semiconductor substrate SB in a state where the active regions such as the active region AcTP and the active region AcL are covered with the silicon nitride film. An element isolation region LCS made of a thermal oxide film can be formed on the main surface of the semiconductor substrate SB in the region. Such a method for forming an element isolation region is called a LOCOS (Local oxidation of silicon) method. The active regions such as the active region AcTP and the active region AcL are partitioned (defined) by the element isolation region LCS.

LOCOS法に代えてSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて素子分離領域LCSを形成してもよい。STI法を用いた場合、素子分離領域LCSは、半導体基板SBの溝内に埋め込まれた絶縁膜(例えば酸化シリコン膜)からなる。例えば、半導体基板SBのうち、活性領域AcTPおよび活性領域AcL等の活性領域となる領域を窒化シリコン膜で覆ってから、その窒化シリコン膜をエッチングマスクとして半導体基板SBをエッチングすることにより、半導体基板SBに素子分離用の溝を形成し、その後、その素子分離用の溝内に酸化シリコン膜などの絶縁膜を埋め込むことにより、素子分離領域LCSを形成することができる。   The element isolation region LCS may be formed using an STI (Shallow Trench Isolation) method instead of the LOCOS method. When the STI method is used, the element isolation region LCS is made of an insulating film (for example, a silicon oxide film) embedded in the trench of the semiconductor substrate SB. For example, the semiconductor substrate SB is covered with a silicon nitride film in regions that become active regions such as the active region AcTP and the active region AcL, and then the semiconductor substrate SB is etched using the silicon nitride film as an etching mask. An element isolation region LCS can be formed by forming a groove for element isolation in SB and then embedding an insulating film such as a silicon oxide film in the groove for element isolation.

なお、活性領域AcTPは、画素領域1Aに形成され、活性領域AcLは、周辺回路領域2Aに形成される。   The active region AcTP is formed in the pixel region 1A, and the active region AcL is formed in the peripheral circuit region 2A.

次に、図14および図15に示されるように、画素領域1Aの半導体基板SBにp型ウエル(p型半導体領域)PW1を形成し、周辺回路領域2Aの半導体基板SBにp型ウエル(p型半導体領域)PW2を形成する(図10のステップS3)。   Next, as shown in FIGS. 14 and 15, a p-type well (p-type semiconductor region) PW1 is formed in the semiconductor substrate SB in the pixel region 1A, and a p-type well (p-type well) is formed in the semiconductor substrate SB in the peripheral circuit region 2A. Type semiconductor region) PW2 is formed (step S3 in FIG. 10).

p型ウエルPW1は、フォトダイオードPDを形成するためのp型半導体領域であり、また、nチャネル型の転送トランジスタTXを形成するためのp型ウエル領域でもある。p型ウエルPW2は、nチャネル型の周辺トランジスタLTを形成するためのp型ウエル領域である。   The p-type well PW1 is a p-type semiconductor region for forming the photodiode PD, and is also a p-type well region for forming the n-channel type transfer transistor TX. The p-type well PW2 is a p-type well region for forming the n-channel peripheral transistor LT.

p型ウエルPW1,PW2は、それぞれ、半導体基板SBの主面から所定の深さにわたって形成される。p型ウエルPW1,PW2は、半導体基板SBに、例えばホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することなどによって形成することができる。   The p-type wells PW1 and PW2 are each formed over a predetermined depth from the main surface of the semiconductor substrate SB. The p-type wells PW1 and PW2 can be formed by ion-implanting a p-type impurity such as boron (B) into the semiconductor substrate SB.

p型ウエルPW1は、画素領域1Aにおいて、フォトダイオードPDが形成される予定領域と、転送トランジスタTXが形成される予定領域とにわたって形成される。すなわち、画素領域1Aにおいて、活性領域AcTP全体にp型ウエルPW1が形成される。p型ウエルPW2は、周辺回路領域2Aに形成される。p型ウエルPW1を形成するためのイオン注入と、p型ウエルPW2を形成するためのイオン注入とは、異なるイオン注入工程で行うか、あるいは、同じイオン注入工程で行う。   The p-type well PW1 is formed in the pixel region 1A over a region where the photodiode PD is to be formed and a region where the transfer transistor TX is to be formed. That is, in the pixel region 1A, the p-type well PW1 is formed in the entire active region AcTP. The p-type well PW2 is formed in the peripheral circuit region 2A. The ion implantation for forming the p-type well PW1 and the ion implantation for forming the p-type well PW2 are performed in different ion implantation processes or in the same ion implantation process.

p型ウエルPW1,PW2の導電型はp型であり、半導体基板SBの導電型であるn型とは反対の導電型である。   The conductivity type of the p-type wells PW1 and PW2 is p-type, and is the conductivity type opposite to the n-type which is the conductivity type of the semiconductor substrate SB.

なお、本実施の形態では、周辺回路領域2Aに形成される周辺トランジスタLTが、nチャネル型のMISFETの場合について説明しているが、導電型を逆にして、周辺トランジスタLTをpチャネル型のMISFETとすることもでき、あるいは、nチャネル型のMISFETとpチャネル型のMISFETの両方を周辺回路領域2Aに形成することもできる。   In the present embodiment, the case where the peripheral transistor LT formed in the peripheral circuit region 2A is an n-channel type MISFET is described. However, the conductivity type is reversed and the peripheral transistor LT is replaced with a p-channel type. It may be a MISFET, or both an n-channel MISFET and a p-channel MISFET may be formed in the peripheral circuit region 2A.

次に、図16および図17に示されるように、画素領域1Aにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上にゲート絶縁膜GOXを介して転送トランジスタTX用のゲート電極Gtを形成し、周辺回路領域2Aにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW2)上にゲート絶縁膜GOXを介して周辺トランジスタLT用のゲート電極Gltを形成する(図10のステップS4)。   Next, as shown in FIGS. 16 and 17, in the pixel region 1A, the gate electrode Gt for the transfer transistor TX is formed on the semiconductor substrate SB (p-type well PW1) via the gate insulating film GOX, In the circuit region 2A, the gate electrode Glt for the peripheral transistor LT is formed on the semiconductor substrate SB (p-type well PW2) via the gate insulating film GOX (step S4 in FIG. 10).

具体的には、ステップS4は、次のように行うことができる。   Specifically, step S4 can be performed as follows.

すなわち、まず、半導体基板SBの主面を洗浄処理などにより清浄化してから、半導体基板SBの主面にゲート絶縁膜GOX用の絶縁膜を形成する。このゲート絶縁膜GOX用の絶縁膜は、例えば酸化シリコン膜からなり、熱酸化法などを用いて形成することができる。他の形態として、ゲート絶縁膜GOX用の絶縁膜として、酸窒化シリコン膜や、あるいは、金属酸化物膜(例えばハフニウム酸化物膜)などの高誘電率絶縁膜を用いることもできる。それから、半導体基板SB上、すなわちゲート絶縁膜GOX用の絶縁膜上に、ゲート電極用の導電膜(例えば多結晶シリコン膜)をCVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて形成した後、このゲート電極用の導電膜をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてパターニングする。これにより、パターニングされた導電膜(例えば多結晶シリコン膜)からなるゲート電極Gt,Gltを形成することができる。ゲート電極Gt,Gltの下に残存するゲート絶縁膜GOX用の絶縁膜が、ゲート絶縁膜GOXとなる。また、このゲート電極用の導電膜をパターニングするためのドライエッチング、あるいはそのドライエッチングの後のウェットエッチングにより、ゲート電極Gt,Gltで覆われていない領域のゲート絶縁膜GOX用の絶縁膜は除去され得る。ゲート電極用の導電膜をパターニングしてゲート電極Gt,Gltを形成する際に、例えば上記図3に示される他のトランジスタ、すなわちリセットトランジスタRST、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIのゲート電極Gr、ゲート電極Gsおよびゲート電極Gaを一緒に形成することもできる。   That is, first, the main surface of the semiconductor substrate SB is cleaned by a cleaning process or the like, and then an insulating film for the gate insulating film GOX is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB. The insulating film for the gate insulating film GOX is made of, for example, a silicon oxide film, and can be formed using a thermal oxidation method or the like. As another form, a high dielectric constant insulating film such as a silicon oxynitride film or a metal oxide film (for example, a hafnium oxide film) can be used as the insulating film for the gate insulating film GOX. Then, a conductive film (for example, a polycrystalline silicon film) for a gate electrode is formed on the semiconductor substrate SB, that is, the insulating film for the gate insulating film GOX by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. The electrode conductive film is patterned using a photolithography method and a dry etching method. Thereby, gate electrodes Gt and Glt made of a patterned conductive film (for example, a polycrystalline silicon film) can be formed. The insulating film for the gate insulating film GOX remaining under the gate electrodes Gt and Glt becomes the gate insulating film GOX. Also, the insulating film for the gate insulating film GOX in the region not covered with the gate electrodes Gt and Glt is removed by dry etching for patterning the conductive film for the gate electrode or wet etching after the dry etching. Can be done. When patterning the conductive film for the gate electrode to form the gate electrodes Gt and Glt, for example, other transistors shown in FIG. 3, that is, the reset transistor RST, the selection transistor SEL, the gate electrode Gr of the amplification transistor AMI, the gate The electrode Gs and the gate electrode Ga can also be formed together.

ゲート電極Gtは、転送トランジスタTXのゲート電極として機能し、画素領域1Aにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上にゲート絶縁膜GOXを介して形成される。ゲート電極Gtの下のゲート絶縁膜GOXが、転送トランジスタTXのゲート絶縁膜として機能する。ゲート電極Gltは、周辺トランジスタLTのゲート電極として機能し、周辺回路領域2Aにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW2)上にゲート絶縁膜GOXを介して形成される。ゲート電極Gltの下のゲート絶縁膜GOXが、周辺トランジスタLTのゲート絶縁膜として機能する。   The gate electrode Gt functions as a gate electrode of the transfer transistor TX, and is formed on the semiconductor substrate SB (p-type well PW1) via the gate insulating film GOX in the pixel region 1A. The gate insulating film GOX below the gate electrode Gt functions as the gate insulating film of the transfer transistor TX. The gate electrode Glt functions as a gate electrode of the peripheral transistor LT, and is formed on the semiconductor substrate SB (p-type well PW2) via the gate insulating film GOX in the peripheral circuit region 2A. The gate insulating film GOX under the gate electrode Glt functions as the gate insulating film of the peripheral transistor LT.

なお、ステップS4の工程(ゲート電極形成工程)については、ステップS3を行ってp型ウエルPW1,PW2を形成した後、後述するステップS10(n型半導体領域NR形成工程)を行う前の、いずれかの時点で行うことができる。   Note that the step S4 (gate electrode formation step) is performed after step S3 is performed to form the p-type wells PW1 and PW2, and before step S10 (n-type semiconductor region NR formation step) described later is performed. At some point.

次に、図18および図19に示されるように、画素領域1Aの活性領域AcTPにおける半導体基板SBに、n型半導体領域NWをイオン注入により形成する(図10のステップS5)。n型半導体領域NWは、画素領域1Aの活性領域AcTPの半導体基板SBにリン(P)またヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することによって、形成することができる。   Next, as shown in FIGS. 18 and 19, an n-type semiconductor region NW is formed by ion implantation in the semiconductor substrate SB in the active region AcTP of the pixel region 1A (step S5 in FIG. 10). The n-type semiconductor region NW can be formed by ion-implanting n-type impurities such as phosphorus (P) or arsenic (As) into the semiconductor substrate SB in the active region AcTP of the pixel region 1A.

n型半導体領域NWは、フォトダイオードPDを形成するためのn型半導体領域であり、n型半導体領域NW(の底面)の深さは、p型ウエルPW1(の底面)の深さよりも浅く、n型半導体領域NWは、p型ウエルPW1に内包されるように形成される。n型半導体領域NWは、p型ウエルPW1に内包されるように形成されるため、n型半導体領域NWの底面と側面とは、p型ウエルPW1に接している。   The n-type semiconductor region NW is an n-type semiconductor region for forming the photodiode PD, and the depth of the n-type semiconductor region NW (the bottom surface) is shallower than the depth of the p-type well PW1 (the bottom surface). The n-type semiconductor region NW is formed so as to be enclosed in the p-type well PW1. Since the n-type semiconductor region NW is formed so as to be included in the p-type well PW1, the bottom surface and the side surface of the n-type semiconductor region NW are in contact with the p-type well PW1.

n型半導体領域NWは、画素領域1Aの活性領域AcTP全体に形成されるのではなく、活性領域AcTPの半導体基板SBにおけるゲート電極Gtの両側の領域のうち、一方の側(ソース側)に形成され、他方側(ドレイン側)には形成されない。   The n-type semiconductor region NW is not formed in the entire active region AcTP of the pixel region 1A, but is formed on one side (source side) of the regions on both sides of the gate electrode Gt in the semiconductor substrate SB of the active region AcTP. However, it is not formed on the other side (drain side).

n型半導体領域NWは、具体的には、例えば次のようにして形成することができる。すなわち、図18および図19に示されるように、まず、半導体基板SB上にレジスト層としてフォトレジストパターン(フォトレジスト層)RS1を、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。フォトレジストパターンRS1は、画素領域1Aの活性領域AcTPにおけるゲート電極Gtの両側のうちの一方の側(ソース側)を開口(露出)する開口部OP1を有しており、画素領域1Aの活性領域AcTPにおけるゲート電極Gtの両側のうちの他方の側(ドレイン側)は、フォトレジストパターンRS1で覆われている。それから、このフォトレジストパターンRS1をマスク(イオン注入阻止マスク)として用いて、半導体基板SBにn型の不純物イオンをイオン注入する。これにより、画素領域1Aにおいて、開口部OP1に平面視で重なる位置の半導体基板SBにn型不純物がイオン注入され、それによって、画素領域1Aの活性領域AcTPの半導体基板SBに、p型ウエルPW1に内包されるように、n型半導体領域NWが形成される。その後、フォトレジストパターンRS1は除去される。   Specifically, the n-type semiconductor region NW can be formed as follows, for example. That is, as shown in FIGS. 18 and 19, first, a photoresist pattern (photoresist layer) RS1 is formed as a resist layer on the semiconductor substrate SB by using a photolithography technique. The photoresist pattern RS1 has an opening OP1 that opens (exposes) one side (source side) of both sides of the gate electrode Gt in the active region AcTP of the pixel region 1A, and the active region of the pixel region 1A. The other side (drain side) of both sides of the gate electrode Gt in AcTP is covered with a photoresist pattern RS1. Then, n-type impurity ions are ion-implanted into the semiconductor substrate SB using the photoresist pattern RS1 as a mask (ion implantation blocking mask). Thereby, in the pixel region 1A, n-type impurities are ion-implanted into the semiconductor substrate SB at a position overlapping the opening OP1 in plan view, whereby the p-type well PW1 is implanted into the semiconductor substrate SB in the active region AcTP of the pixel region 1A. An n-type semiconductor region NW is formed so as to be included in the. Thereafter, the photoresist pattern RS1 is removed.

なお、n型半導体領域NWを形成するためのイオン注入工程においては、図19に示されるように、周辺回路領域2A全体にフォトレジストパターンRS1が形成されている、すなわち、周辺回路領域2A全体において、ゲート電極Gltを覆うように半導体基板SB上にフォトレジストパターンRS1が形成されている。このため、n型半導体領域NWを形成するためのイオン注入工程においては、周辺回路領域2Aの半導体基板SB(p型ウエルPW2)では、フォトレジストパターンRS1がマスク(イオン注入阻止マスク)として機能するため、イオン注入されない。つまり、n型半導体領域NWを形成するためのイオン注入の際には、n型半導体領域NW形成予定領域以外の半導体基板SBは、フォトレジストパターンRS1で覆っておき、n型半導体領域NW形成予定領域に選択的にn型不純物をイオン注入するのである。   In the ion implantation process for forming the n-type semiconductor region NW, as shown in FIG. 19, the photoresist pattern RS1 is formed in the entire peripheral circuit region 2A, that is, in the entire peripheral circuit region 2A. A photoresist pattern RS1 is formed on the semiconductor substrate SB so as to cover the gate electrode Glt. Therefore, in the ion implantation step for forming the n-type semiconductor region NW, the photoresist pattern RS1 functions as a mask (ion implantation blocking mask) in the semiconductor substrate SB (p-type well PW2) in the peripheral circuit region 2A. Therefore, ions are not implanted. That is, at the time of ion implantation for forming the n-type semiconductor region NW, the semiconductor substrate SB other than the region where the n-type semiconductor region NW is to be formed is covered with the photoresist pattern RS1, and the n-type semiconductor region NW is to be formed. An n-type impurity is selectively ion-implanted into the region.

次に、図20および図21に示されるように、画素領域1Aの活性領域AcTPにおける半導体基板SBに、p型半導体領域PRをイオン注入により形成する(図10のステップS6)。 Next, as shown in FIGS. 20 and 21, a p + -type semiconductor region PR is formed in the semiconductor substrate SB in the active region AcTP of the pixel region 1A by ion implantation (step S6 in FIG. 10).

ステップS6において、p型半導体領域PRは、複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタ(B、ここでx,yはそれぞれ2以上の整数)を半導体基板SBにイオン注入することによって形成する。 In step S6, the p + -type semiconductor region PR is ion-implanted with a cluster (B x H y , where x and y are integers of 2 or more) composed of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms into the semiconductor substrate SB. To form.

型半導体領域PRは、p型不純物が高濃度で導入(ドープ)されたp型の半導体領域であり、p型半導体領域PRの不純物濃度(p型不純物濃度)は、p型ウエルPW1の不純物濃度(p型不純物濃度)よりも高い。p型半導体領域PRは、複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタ(B)を半導体基板SBにイオン注入することによって形成されるため、p型半導体領域PRに導入されたp型不純物は、主としてホウ素(B:ボロン)である。 p + -type semiconductor region PR is, p-type impurity is a semiconductor region of p + -type introduced (doped) at a high concentration, impurity concentration (p-type impurity concentration) of the p + -type semiconductor region PR is, p-type well It is higher than the impurity concentration of PW1 (p-type impurity concentration). Since the p + type semiconductor region PR is formed by ion-implanting a cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms into the semiconductor substrate SB, it is introduced into the p + type semiconductor region PR. The formed p-type impurity is mainly boron (B: boron).

型半導体領域PR(の底面)の深さは、n型半導体領域NW(の底面)の深さよりも浅い。p型半導体領域PRは、主として、n型半導体領域NWの表層部分(表面領域)に形成される。このため、半導体基板SBの厚さ方向に見ると、最上層のp型半導体領域PRの下にn型半導体領域NWが存在し、n型半導体領域NWの下にp型ウエルPW1が存在する状態となる。 The depth of the p + type semiconductor region PR (the bottom surface thereof) is shallower than the depth of the n type semiconductor region NW (the bottom surface thereof). The p + type semiconductor region PR is mainly formed in the surface layer portion (surface region) of the n type semiconductor region NW. Therefore, when viewed in the thickness direction of the semiconductor substrate SB, the n-type semiconductor region NW exists under the uppermost p + -type semiconductor region PR, and the p-type well PW1 exists under the n-type semiconductor region NW. It becomes a state.

また、ステップS6で複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタ(B)が半導体基板SBにイオン注入されると、クラスタ(B)を構成していた複数のホウ素(B)原子および複数の水素(H)原子は、半導体基板SB(p型半導体領域PR)内で分散する。このため、p型半導体領域PRとなる半導体基板SB内では、ホウ素(B)はクラスタの状態で存在しているのではなく、個々のホウ素(B)原子が分散して存在している。 In addition, when a cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms is ion-implanted into the semiconductor substrate SB in step S6, a plurality of boron atoms constituting the cluster (B x H y ) are formed. (B) The atoms and the plurality of hydrogen (H) atoms are dispersed in the semiconductor substrate SB (p + type semiconductor region PR). For this reason, in the semiconductor substrate SB to be the p + type semiconductor region PR, boron (B) does not exist in a cluster state, but individual boron (B) atoms exist in a dispersed state.

型半導体領域PRは、具体的には、例えば次のようにして形成することができる。すなわち、図20および図21に示されるように、まず、半導体基板SB上にレジスト層としてフォトレジストパターン(フォトレジスト層)RS2を、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。フォトレジストパターンRS2は、画素領域1Aの活性領域AcTPにおけるp型半導体領域PR形成予定領域を開口(露出)する開口部OP2を有している。それから、このフォトレジストパターンRS2をマスク(イオン注入阻止マスク)として用いて半導体基板SBに、複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタ(B、ここでx,yはそれぞれ2以上の整数)をイオン注入する。これにより、画素領域1Aにおいて、開口部OP2に平面視で重なる位置の半導体基板SB(具体的にはn型半導体領域NRの表層部分)に前記クラスタ(B)がイオン注入され、それによって、画素領域1Aの活性領域AcTPの半導体基板SB(具体的にはn型半導体領域NWの表層部分)にp型半導体領域PRが形成される。その後、フォトレジストパターンRS2は除去される。 Specifically, the p + type semiconductor region PR can be formed as follows, for example. That is, as shown in FIGS. 20 and 21, first, a photoresist pattern (photoresist layer) RS2 is formed as a resist layer on the semiconductor substrate SB by using a photolithography technique. The photoresist pattern RS2 has an opening OP2 that opens (exposes) a p + -type semiconductor region PR formation region in the active region AcTP of the pixel region 1A. Then, using this photoresist pattern RS2 as a mask (ion implantation blocking mask), a cluster (B x H y , where x and y are each 2 consisting of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms is formed on the semiconductor substrate SB. The above integer) is ion-implanted. As a result, in the pixel region 1A, the cluster (B x H y ) is ion-implanted into the semiconductor substrate SB (specifically, the surface layer portion of the n-type semiconductor region NR) at a position overlapping the opening OP2 in plan view. Thus, the p + type semiconductor region PR is formed in the semiconductor substrate SB (specifically, the surface layer portion of the n type semiconductor region NW) of the active region AcTP in the pixel region 1A. Thereafter, the photoresist pattern RS2 is removed.

なお、p型半導体領域PRを形成するためのイオン注入工程においては、図21に示されるように、周辺回路領域2A全体にフォトレジストパターンRS2が形成されている、すなわち、周辺回路領域2A全体において、ゲート電極Gltを覆うように半導体基板SB上にフォトレジストパターンRS2が形成されている。このため、p型半導体領域PRを形成するためのイオン注入工程においては、周辺回路領域2Aの半導体基板SB(p型ウエルPW2)では、フォトレジストパターンRS2がマスク(イオン注入阻止マスク)として機能するため、イオン注入されない。つまり、p型半導体領域PRを形成するためのイオン注入の際には、p型半導体領域PR形成予定領域以外の半導体基板SBは、フォトレジストパターンRS2で覆っておき、p型半導体領域PR形成予定領域に選択的に、複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタ(B)をイオン注入するのである。 In the ion implantation step for forming the p + type semiconductor region PR, as shown in FIG. 21, the photoresist pattern RS2 is formed in the entire peripheral circuit region 2A, that is, the entire peripheral circuit region 2A. , A photoresist pattern RS2 is formed on the semiconductor substrate SB so as to cover the gate electrode Glt. For this reason, in the ion implantation process for forming the p + type semiconductor region PR, the photoresist pattern RS2 functions as a mask (ion implantation blocking mask) in the semiconductor substrate SB (p type well PW2) in the peripheral circuit region 2A. Therefore, ions are not implanted. That is, when the ion implantation for forming the p + -type semiconductor region PR includes a semiconductor substrate SB other than the p + -type semiconductor region PR formation region is previously covered with photoresist pattern RS2, p + -type semiconductor region A cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms is selectively ion-implanted into the PR formation planned region.

また、n型半導体領域NWが形成されていない領域において、p型半導体領域PRの一部はp型ウエルPW1に接している。すなわち、p型半導体領域PRは、直下にn型半導体領域NWが存在してそのn型半導体領域NWに接する部分と、直下にp型ウエルPW1が存在してそのp型ウエルPW1に接する部分とを有している。 In the region where the n-type semiconductor region NW is not formed, a part of the p + -type semiconductor region PR is in contact with the p-type well PW1. That is, the p + type semiconductor region PR includes a portion where the n-type semiconductor region NW exists immediately below and contacts the n-type semiconductor region NW, and a portion where the p-type well PW1 exists immediately below and contacts the p-type well PW1. And have.

p型ウエルPW1は、フォトダイオードPDを形成するためのp型半導体領域であり、n型半導体領域NWは、フォトダイオードPDを形成するためのn型半導体領域であり、p型半導体領域PRは、フォトダイオードPDを形成するためのp型半導体領域である。p型ウエルPW1(p型半導体領域)とn型半導体領域NWとp型半導体領域PRとによって、フォトダイオード(PN接合ダイオード)PDが形成される。p型ウエルPW1とn型半導体領域NWとの間には、PN接合が形成され、また、p型半導体領域PRとn型半導体領域NWとの間には、PN接合が形成される。 The p-type well PW1 is a p-type semiconductor region for forming the photodiode PD, the n-type semiconductor region NW is an n-type semiconductor region for forming the photodiode PD, and the p + -type semiconductor region PR is , A p-type semiconductor region for forming the photodiode PD. A photodiode (PN junction diode) PD is formed by the p-type well PW1 (p-type semiconductor region), the n-type semiconductor region NW, and the p + -type semiconductor region PR. A PN junction is formed between the p-type well PW1 and the n-type semiconductor region NW, and a PN junction is formed between the p + -type semiconductor region PR and the n-type semiconductor region NW.

フォトダイオード(PN接合ダイオード)PDは、主として、n型半導体領域NWとp型ウエルPW1とによって(すなわちn型半導体領域NWとp型ウエルPW1とのPN接合によって)、形成される。また、n型半導体領域NWは、転送トランジスタTXのソース領域としても機能するものであるため、n型半導体領域NWの一部は、転送トランジスタTXのゲート電極Gtと平面視において重なることが好ましい。なお、転送トランジスタTXは、フォトダイオードPDにより生成された電荷を転送する転送用トランジスタである。フォトダイオードPDは、受光素子である。また、フォトダイオードPDは、光電変換素子とみなすこともできる。   The photodiode (PN junction diode) PD is mainly formed by the n-type semiconductor region NW and the p-type well PW1 (that is, by a PN junction between the n-type semiconductor region NW and the p-type well PW1). Further, since the n-type semiconductor region NW also functions as a source region of the transfer transistor TX, it is preferable that a part of the n-type semiconductor region NW overlaps with the gate electrode Gt of the transfer transistor TX in plan view. The transfer transistor TX is a transfer transistor that transfers the charge generated by the photodiode PD. The photodiode PD is a light receiving element. The photodiode PD can also be regarded as a photoelectric conversion element.

n型半導体領域NWの表面の一部にp型半導体領域PRが形成されるが、このp型半導体領域PRは、主として、半導体基板SBの表面に多数形成されている界面準位に基づく電子の発生を抑制する目的で形成される領域である。すなわち、半導体基板SBの表面領域では、界面準位の影響により、光が照射されていない状態でも電子が発生し、暗電流の増加を引き起こすことになる。このため、電子を多数キャリアとするn型半導体領域NWの表面に、正孔(ホール)を多数キャリアとするp型半導体領域PRを形成することにより、光が照射されていない状態での電子の発生を抑制し、暗電流の増加を抑制することができる。 A p + type semiconductor region PR is formed in a part of the surface of the n type semiconductor region NW. The p + type semiconductor region PR is mainly based on interface states formed in large numbers on the surface of the semiconductor substrate SB. This is a region formed for the purpose of suppressing the generation of electrons. That is, in the surface region of the semiconductor substrate SB, electrons are generated due to the influence of the interface state even in a state where no light is irradiated, thereby causing an increase in dark current. For this reason, by forming a p + type semiconductor region PR having holes as majority carriers on the surface of the n-type semiconductor region NW having electrons as majority carriers, electrons in a state where no light is irradiated. Can be suppressed, and an increase in dark current can be suppressed.

また、ステップS6でp型半導体領域PRをイオン注入によって形成した後、結晶欠陥(主としてイオン注入に起因した結晶欠陥)を回復させるためのアニール処理、すなわち熱処理を行うことが好ましい。このアニール処理により、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRの結晶欠陥を回復させることができる。 In addition, after the p + type semiconductor region PR is formed by ion implantation in step S6, it is preferable to perform an annealing process for recovering crystal defects (mainly crystal defects caused by ion implantation), that is, a heat treatment. By this annealing treatment, crystal defects in the n-type semiconductor region NW and the p + -type semiconductor region PR can be recovered.

このステップS6のイオン注入後に行うアニール処理(熱処理)は、例えば、レーザアニール、マイクロ波アニール、RTA(Rapid thermal anneal)、またはファーネスアニール、あるいは、それらの組み合わせにより、行うことができる。このステップS6のイオン注入後に行うアニール処理(熱処理)の温度は、例えば300〜1200℃程度とすることができる。ここで、レーザアニールは、レーザを照射することによるアニール(熱処理)であり、マイクロ波アニールは、マイクロ波を照射することによるアニール(熱処理)であり、RTAは、ランプ加熱などを用いた短時間アニールであり、ファーネスアニールは、アニール炉で加熱することによるアニール(熱処理)である。   The annealing process (heat treatment) performed after the ion implantation in step S6 can be performed by, for example, laser annealing, microwave annealing, RTA (Rapid thermal anneal), furnace annealing, or a combination thereof. The temperature of the annealing process (heat treatment) performed after the ion implantation in step S6 can be set to about 300 to 1200 ° C., for example. Here, laser annealing is annealing (heat treatment) by irradiating laser, microwave annealing is annealing (heat treatment) by irradiating microwave, and RTA is a short time using lamp heating or the like. It is annealing and furnace annealing is annealing (heat treatment) by heating in an annealing furnace.

本実施の形態では、ステップS6のイオン注入の後にアニール処理(熱処理)を行うが、そのアニール処理(熱処理)を行った後は、ステップS6で注入されたホウ素(B)原子は、p型半導体領域PRにおいて、半導体基板SBを構成するシリコン結晶のシリコンサイト(Siの格子点)に位置している(後述の図36参照)。このため、p型半導体領域PRでは、ホウ素(B)はクラスタの状態で存在しているのではなく、シリコン結晶のSiサイト(Siの格子点)の一部がホウ素(B)原子に置換された状態になる。 In this embodiment, annealing treatment (heat treatment) is performed after the ion implantation in step S6. After the annealing treatment (heat treatment) is performed, the boron (B) atoms implanted in step S6 are p + type. In the semiconductor region PR, it is located at a silicon site (Si lattice point) of the silicon crystal constituting the semiconductor substrate SB (see FIG. 36 described later). Therefore, in the p + type semiconductor region PR, boron (B) does not exist in a cluster state, but a part of the Si site (Si lattice point) of the silicon crystal is replaced with boron (B) atoms. It will be in the state.

また、このステップS6のイオン注入後に行うアニール処理(熱処理)によって、イオン注入された領域(例えばn型半導体領域NWおよびp型半導体領域PR)の結晶欠陥が回復するとともに、注入された不純物を活性化させることもできる。 Further, the annealing process (heat treatment) performed after the ion implantation in step S6 recovers the crystal defects in the ion-implanted regions (for example, the n-type semiconductor region NW and the p + -type semiconductor region PR) and removes the implanted impurities. It can also be activated.

また、ステップS6でp型半導体領域PRをイオン注入によって形成した後、p型半導体領域PRなどの結晶欠陥を回復させるためのアニール処理(熱処理)を行うことが好ましいが、この時点でアニール処理を行わなかった場合は、以降の工程のいずれかの段階でアニール処理(熱処理)を行う。また、ステップS6のイオン注入によって形成した後、後述のステップS11までアニール処理を行わなかった場合は、後述のステップS11のアニール処理(熱処理)が、p型半導体領域PRなどの結晶欠陥を回復させるためのアニール処理を兼ねることになる。 Further, after the p + -type semiconductor region PR are formed by ion implantation in the step S6, it is preferable to perform annealing treatment for recovering crystal defects such as p + -type semiconductor region PR (heat treatment), annealing at this point When the treatment is not performed, annealing treatment (heat treatment) is performed at any stage of the subsequent steps. In addition, after forming by ion implantation in step S6, if annealing is not performed until step S11 described later, annealing processing (heat treatment) in step S11 described later recovers crystal defects such as the p + type semiconductor region PR. It also serves as an annealing process for the

次に、図22および図23に示されるように、周辺回路領域2Aにおいて、ゲート電極Gltの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW2)中に、n型半導体領域(ソース・ドレインエクステンション領域)NMをイオン注入により形成する(図10のステップS7)。 Next, as shown in FIGS. 22 and 23, in the peripheral circuit region 2A, n type semiconductor regions (source / drain extension regions) in the semiconductor substrate SB (p-type well PW2) on both sides of the gate electrode Glt. NM is formed by ion implantation (step S7 in FIG. 10).

型半導体領域NMは、具体的には、例えば次のようにして形成することができる。すなわち、図22および図23に示されるように、まず、半導体基板SB上にレジスト層として周辺回路領域2Aを開口(露出)するフォトレジストパターン(フォトレジスト層)RS3を、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。それから、そのフォトレジストパターンRS3をマスク(イオン注入阻止マスク)として用いて、周辺回路領域2Aの半導体基板SB(p型ウエルPW2)に、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物をイオン注入する。この際、周辺回路領域2Aでは、ゲート電極Gltがマスク(イオン注入阻止マスク)として機能するため、半導体基板SBにおけるゲート電極Gltの直下の領域では、不純物の注入が防止される。このため、周辺回路領域2Aの半導体基板SB(p型ウエルPW2)におけるゲート電極Gltの両側の領域に、n型の不純物がイオン注入されることにより、n型半導体領域NMが形成される。その後、フォトレジストパターンRS3は除去される。 Specifically, the n type semiconductor region NM can be formed as follows, for example. That is, as shown in FIGS. 22 and 23, first, a photoresist pattern (photoresist layer) RS3 that opens (exposes) the peripheral circuit region 2A as a resist layer on the semiconductor substrate SB is formed using a photolithography technique. Form. Then, using the photoresist pattern RS3 as a mask (ion implantation blocking mask), an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is added to the semiconductor substrate SB (p-type well PW2) in the peripheral circuit region 2A. Ion implantation. At this time, since the gate electrode Glt functions as a mask (ion implantation blocking mask) in the peripheral circuit region 2A, impurity implantation is prevented in the region immediately below the gate electrode Glt in the semiconductor substrate SB. Therefore, an n type semiconductor region NM is formed by ion-implanting an n type impurity into the regions on both sides of the gate electrode Glt in the semiconductor substrate SB (p type well PW2) in the peripheral circuit region 2A. Thereafter, the photoresist pattern RS3 is removed.

なお、n型半導体領域NMを形成するためのイオン注入工程では、図22に示されるように、画素領域1Aにおいて、ゲート電極Gtの表面を含めて半導体基板SB上に、フォトレジストパターンRS3が形成されている。すなわち、画素領域1Aにおける活性領域AcTPはフォトレジストパターンRS3で覆われている。このため、n型半導体領域NMを形成するためのイオン注入工程においては、活性領域AcTPの半導体基板SBでは、フォトレジストパターンRS3がマスク(イオン注入阻止マスク)として機能するため、イオン注入されない。このため、n型半導体領域NMを形成するためのイオン注入工程では、活性領域AcTPのp型ウエルPW1、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRにはイオン注入されない。 In the ion implantation process for forming the n type semiconductor region NM, as shown in FIG. 22, in the pixel region 1A, the photoresist pattern RS3 is formed on the semiconductor substrate SB including the surface of the gate electrode Gt. Is formed. That is, the active region AcTP in the pixel region 1A is covered with the photoresist pattern RS3. For this reason, in the ion implantation process for forming the n type semiconductor region NM, the photoresist pattern RS3 functions as a mask (ion implantation blocking mask) in the semiconductor substrate SB in the active region AcTP, so that ions are not implanted. For this reason, in the ion implantation step for forming the n type semiconductor region NM, ions are not implanted into the p type well PW1, the n type semiconductor region NW, and the p + type semiconductor region PR of the active region AcTP.

次に、図24および図25に示されるように、画素領域1Aの半導体基板SB上に、キャップ絶縁膜CPを形成する(図11のステップS8)。   Next, as shown in FIGS. 24 and 25, a cap insulating film CP is formed on the semiconductor substrate SB in the pixel region 1A (step S8 in FIG. 11).

キャップ絶縁膜CPは、例えば、半導体基板SBの主面上に絶縁膜を形成してから、この絶縁膜をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてパターニングすることにより、形成することができる。キャップ絶縁膜CPは、例えば、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜により形成することができる。キャップ絶縁膜CPは、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRの表面(露出面)上に形成される。このキャップ絶縁膜CPは、半導体基板SBの表面特性、すなわち界面特性を良好に保つために形成される。 The cap insulating film CP can be formed, for example, by forming an insulating film on the main surface of the semiconductor substrate SB and then patterning the insulating film using a photolithography method and a dry etching method. The cap insulating film CP can be formed of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film. Cap insulating film CP is formed on the surfaces (exposed surfaces) of n type semiconductor region NW and p + type semiconductor region PR. The cap insulating film CP is formed to keep the surface characteristics of the semiconductor substrate SB, that is, the interface characteristics good.

次に、反射防止膜ARFとサイドウォールスペーサSWを形成する(図11のステップS9)。反射防止膜ARFは、キャップ絶縁膜CP上に形成され、サイドウォールスペーサSWは、ゲート電極Gt,Gltの側壁上に形成される。   Next, an antireflection film ARF and a sidewall spacer SW are formed (step S9 in FIG. 11). The antireflection film ARF is formed on the cap insulating film CP, and the side wall spacer SW is formed on the side walls of the gate electrodes Gt and Glt.

反射防止膜ARFおよびサイドウォールスペーサSWは、例えば次のようにして形成することができる。すなわち、まず、半導体基板SBの主面上に、ゲート電極Gt,Gltを覆うように、絶縁膜ZMを形成する。この絶縁膜ZMは、反射防止膜ARF形成用の絶縁膜とサイドウォールスペーサSW形成用の絶縁膜とを兼ねている。それから、反射防止膜ARFを形成する予定領域の絶縁膜ZM上に、フォトレジストパターン(図示せず)を、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。それから、そのフォトレジストパターンをマスク(エッチングマスク)として用いて、絶縁膜ZMを異方性エッチングによりエッチバックする。これにより、ゲート電極Gt,Gltの側壁上に絶縁膜ZMを局所的に残すことにより、サイドウォールスペーサSWを形成するとともに、フォトレジストパターンの下に絶縁膜ZMを残すことにより、反射防止膜ARFを形成する。その後、フォトレジストパターンは除去され、図24および図25には、この段階が示されている。   The antireflection film ARF and the sidewall spacer SW can be formed, for example, as follows. That is, first, the insulating film ZM is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB so as to cover the gate electrodes Gt and Glt. This insulating film ZM also serves as an insulating film for forming the antireflection film ARF and an insulating film for forming the sidewall spacer SW. Then, a photoresist pattern (not shown) is formed on the insulating film ZM in a region where the antireflection film ARF is to be formed by using a photolithography technique. Then, using the photoresist pattern as a mask (etching mask), the insulating film ZM is etched back by anisotropic etching. Accordingly, the insulating film ZM is locally left on the side walls of the gate electrodes Gt and Glt, thereby forming the sidewall spacer SW and leaving the insulating film ZM under the photoresist pattern, thereby preventing the antireflection film ARF. Form. Thereafter, the photoresist pattern is removed, and this stage is shown in FIGS.

反射防止膜ARFは、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PR上にキャップ絶縁膜CPを介して形成され、反射防止膜ARFの一部(端部)は、ゲート電極Gt上に乗り上げることもできる。 The antireflection film ARF is formed on the n-type semiconductor region NW and the p + type semiconductor region PR via the cap insulating film CP, and a part (end part) of the antireflection film ARF runs on the gate electrode Gt. You can also.

ゲート電極Gltの両側壁上にサイドウォールスペーサSWが形成されるが、ゲート電極Gtについては、ゲート電極Gtの両側壁上のうち、ドレイン側(フローティングディフュージョンFD側)の側壁上にサイドウォールスペーサSWが形成される。ゲート電極Gtのソース側の側壁は、反射防止膜ARFで覆われる。   Sidewall spacers SW are formed on both side walls of the gate electrode Glt. For the gate electrode Gt, the side wall spacers SW are formed on the side walls on the drain side (floating diffusion FD side) on both side walls of the gate electrode Gt. Is formed. The side wall on the source side of the gate electrode Gt is covered with the antireflection film ARF.

ここでは、反射防止膜ARFとサイドウォールスペーサSWとを、同じ絶縁膜ZMを用いて同工程で形成する場合について説明し、図24および図25もその場合に対応している。   Here, the case where the antireflection film ARF and the sidewall spacer SW are formed in the same process using the same insulating film ZM will be described, and FIGS. 24 and 25 correspond to that case.

他の形態として、反射防止膜ARFとサイドウォールスペーサSWとを別々の工程で形成することもできる。その場合、まず、半導体基板SB上にゲート電極Gt,Gltを覆うように、サイドウォールスペーサSW形成用の絶縁膜を形成してから、その絶縁膜を異方性エッチングによりエッチバックすることにより、ゲート電極Gt,Gltの両側壁上にサイドウォールスペーサSWを形成する。それから、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域PRの表面上に上記キャップ絶縁膜CPを形成してから、半導体基板SB上に反射防止膜ARF用の絶縁膜を形成し、その絶縁膜をパターニングすることにより、反射防止膜ARFを形成することができる。この場合は、ゲート電極Gtの両側壁上にサイドウォールスペーサSWが形成され、反射防止膜ARFは、ゲート電極Gtのソース側の側壁上のサイドウォールスペーサSWを覆い、反射防止膜ARFの一部(端部)が、ゲート電極Gt上に乗り上げることになる。 As another form, the antireflection film ARF and the sidewall spacer SW can be formed in separate steps. In that case, first, an insulating film for forming the sidewall spacer SW is formed on the semiconductor substrate SB so as to cover the gate electrodes Gt and Glt, and then the insulating film is etched back by anisotropic etching. Sidewall spacers SW are formed on both side walls of the gate electrodes Gt and Glt. Then, after forming the cap insulating film CP on the surfaces of the n-type semiconductor region NW and the p + -type semiconductor region PR, an insulating film for the antireflection film ARF is formed on the semiconductor substrate SB, and the insulating film is formed. By patterning, the antireflection film ARF can be formed. In this case, the side wall spacer SW is formed on both side walls of the gate electrode Gt, and the antireflection film ARF covers the side wall spacer SW on the side wall on the source side of the gate electrode Gt, and a part of the antireflection film ARF. The (end part) rides on the gate electrode Gt.

次に、図26および図27に示されるように、画素領域1Aの活性領域AcTPにおいて、ゲート電極Gtの両側のうちの他方の側(ドレイン側)の半導体基板SB(p型ウエルPW1)中に、n型半導体領域NRをイオン注入により形成する(図11のステップS10)。なお、ドレイン側は、n型半導体領域NWが形成されている側とは反対側に対応している。   Next, as shown in FIGS. 26 and 27, in the active region AcTP of the pixel region 1A, in the semiconductor substrate SB (p-type well PW1) on the other side (drain side) of both sides of the gate electrode Gt. The n-type semiconductor region NR is formed by ion implantation (step S10 in FIG. 11). The drain side corresponds to the side opposite to the side where the n-type semiconductor region NW is formed.

n型半導体領域NRを形成するイオン注入工程では、反射防止膜ARFおよびゲート電極Gtがマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができるため、半導体基板SBにおける反射防止膜ARFおよびゲート電極Gtの直下の領域では、不純物の注入が防止される。これにより、図26に示されるように、転送トランジスタTXのゲート電極Gtの両側のうちの他方の側(ドレイン側、すなわちn型半導体領域NWが形成されている側とは反対側)の半導体基板SB(p型ウエルPW1)中に、n型半導体領域NRを形成することができる。また、反射防止膜ARFをフォトレジスト層(図示せず)で覆った状態で、n型半導体領域NRを形成するためのイオン注入を行うこともでき、その場合は、n型半導体領域NR形成予定領域は、そのフォトレジスト層から露出させておく。   In the ion implantation process for forming the n-type semiconductor region NR, since the antireflection film ARF and the gate electrode Gt can function as a mask (ion implantation prevention mask), the antireflection film ARF and the gate electrode Gt of the semiconductor substrate SB Implantation of impurities is prevented in the region immediately below. As a result, as shown in FIG. 26, the semiconductor substrate on the other side (the drain side, that is, the side opposite to the side where the n-type semiconductor region NW is formed) of both sides of the gate electrode Gt of the transfer transistor TX. An n-type semiconductor region NR can be formed in SB (p-type well PW1). Further, ion implantation for forming the n-type semiconductor region NR can be performed in a state where the antireflection film ARF is covered with a photoresist layer (not shown). In this case, the n-type semiconductor region NR is scheduled to be formed. The region is exposed from the photoresist layer.

従って、活性領域AcTPの半導体基板におけるゲート電極Gtの両側の領域のうち、一方の側(ソース側)にステップS5でn型半導体領域NWが形成され、他方の側(ドレイン側)にステップS10でn型半導体領域NRが形成される。   Accordingly, the n-type semiconductor region NW is formed on one side (source side) of the active region AcTP on both sides of the gate electrode Gt in the semiconductor substrate in step S5 and on the other side (drain side) in step S10. An n-type semiconductor region NR is formed.

n型半導体領域NWとn型半導体領域NRとは、転送トランジスタTXのチャネル形成領域(ゲート電極Gtの直下の基板領域に対応)を挟んで互いに離間するように形成される。n型半導体領域NRは、転送トランジスタTXのドレイン領域として機能するn型の高濃度半導体領域である。n型半導体領域NRは、転送トランジスタTXのドレイン領域として機能するが、フローティングディフュージョン(浮遊拡散層)FDとみなすこともできる。   The n-type semiconductor region NW and the n-type semiconductor region NR are formed so as to be separated from each other with a channel formation region (corresponding to a substrate region immediately below the gate electrode Gt) of the transfer transistor TX interposed therebetween. The n-type semiconductor region NR is an n-type high concentration semiconductor region that functions as a drain region of the transfer transistor TX. The n-type semiconductor region NR functions as a drain region of the transfer transistor TX, but can also be regarded as a floating diffusion (floating diffusion layer) FD.

また、このステップS10では、周辺回路領域2Aにおいて、ゲート電極GltおよびサイドウォールスペーサSWの合成体の両側の半導体基板SB(p型ウエルPW2)中に、イオン注入によりn型半導体領域SDを形成する。n型半導体領域SDを形成するイオン注入の際には、ゲート電極Gltとその側壁上のサイドウォールスペーサSWとがマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができる。このため、周辺回路領域2Aの半導体基板SB(p型ウエルPW2)におけるゲート電極GltおよびサイドウォールスペーサSWの合成体の両側の領域に、n型の不純物がイオン注入されることにより、n型半導体領域SDが形成される。 In step S10, in the peripheral circuit region 2A, an n + type semiconductor region SD is formed by ion implantation in the semiconductor substrate SB (p-type well PW2) on both sides of the composite of the gate electrode Glt and the sidewall spacer SW. To do. At the time of ion implantation for forming the n + type semiconductor region SD, the gate electrode Glt and the sidewall spacer SW on the sidewall thereof can function as a mask (ion implantation blocking mask). Therefore, the regions on both sides of the composite gate electrode Glt and the sidewall spacers SW in the semiconductor substrate SB in the peripheral circuit region 2A (p-type well PW2), by which the n-type impurity is ion-implanted, n + -type A semiconductor region SD is formed.

型半導体領域SDは、n型半導体領域NMと同じ導電型(ここではn型)の半導体領域であるが、n型半導体領域NMよりも、不純物濃度(n型不純物濃度)が高く、かつ、深さ(接合深さ)が深い。これにより、周辺回路領域2Aにおいて、周辺トランジスタLTのソースまたはドレインとして機能する半導体領域(ソース・ドレイン領域)が、n型半導体領域SDおよびn型半導体領域NMにより形成される。従って、周辺トランジスタLTのソース・ドレイン領域は、LDD構造を有している。 n + -type semiconductor region SD is, n - -type semiconductor regions the same conductivity type as NM but (here n-type) is a semiconductor region of, n - -type than semiconductor regions NM, higher impurity concentration (n-type impurity concentration) And the depth (junction depth) is deep. As a result, in the peripheral circuit region 2A, a semiconductor region (source / drain region) functioning as a source or drain of the peripheral transistor LT is formed by the n + type semiconductor region SD and the n type semiconductor region NM. Therefore, the source / drain regions of the peripheral transistor LT have an LDD structure.

なお、n型半導体領域NRとn型半導体領域SDとは、同じイオン注入工程により形成することができるが、別々のイオン注入により形成することも可能である。 The n-type semiconductor region NR and the n + -type semiconductor region SD can be formed by the same ion implantation process, but can also be formed by separate ion implantation.

また、このステップS10を利用して、例えば図3に示した他のトランジスタ、すなわちリセットトランジスタRST、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIのソース・ドレイン領域を形成することもできる。リセットトランジスタRST、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIのソース・ドレイン領域は、n型半導体領域NRおよびn型半導体領域SDの一方または両方と同じイオン注入工程により形成することができるが、n型半導体領域NRおよびn型半導体領域SDとは別のイオン注入により形成することも可能である。 Further, by using this step S10, for example, the other transistors shown in FIG. 3, that is, the source / drain regions of the reset transistor RST, the selection transistor SEL, and the amplification transistor AMI can be formed. The source / drain regions of the reset transistor RST, selection transistor SEL, and amplification transistor AMI can be formed by the same ion implantation process as one or both of the n-type semiconductor region NR and the n + -type semiconductor region SD. The region NR and the n + type semiconductor region SD can be formed by ion implantation different from those of the region NR and the n + type semiconductor region SD.

また、周辺回路領域2Aにpチャネル型MISFETが形成される場合には、周辺回路領域2Aにおいて、p型MISFETのソース・ドレイン領域となるp型半導体領域を形成すればよい。例えば、周辺回路領域2Aの図示しないpチャネル型MISFETのゲート電極の両側のn型ウエル中にp型不純物をイオン注入することで、p型MISFETのソース・ドレイン領域となるp型半導体領域を形成することができる。この際、上記活性領域AcGにp型不純物をイオン注入してもよい。 Further, when a p-channel type MISFET is formed in the peripheral circuit region 2A, a p + type semiconductor region that becomes a source / drain region of the p-type MISFET may be formed in the peripheral circuit region 2A. For example, by implanting p-type impurities into n-type wells on both sides of a gate electrode of a p-channel MISFET (not shown) in the peripheral circuit region 2A, a p + -type semiconductor region serving as a source / drain region of the p-type MISFET is formed. Can be formed. At this time, p-type impurities may be ion-implanted into the active region AcG.

次に、これまでのイオン注入で導入した不純物の活性化のためのアニール処理(熱処理)を行う(図11のステップS11)。   Next, annealing treatment (heat treatment) for activating the impurities introduced by the conventional ion implantation is performed (step S11 in FIG. 11).

以上の工程により、半導体基板SBの各画素領域1Aに、フォトダイオードPD、転送トランジスタTX、ならびに、図26および図27の断面図に表れない他のトランジスタ、すなわちリセットトランジスタRST、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIが形成される(上記図3参照)。また、半導体基板SBの周辺回路領域2Aに、MISFETとしての周辺トランジスタLTが形成される。   Through the above steps, the photodiode PD, the transfer transistor TX, and other transistors not shown in the cross-sectional views of FIGS. 26 and 27, that is, the reset transistor RST, the selection transistor SEL, and the amplification are formed in each pixel region 1A of the semiconductor substrate SB. A transistor AMI is formed (see FIG. 3 above). Further, a peripheral transistor LT as a MISFET is formed in the peripheral circuit region 2A of the semiconductor substrate SB.

次に、図28および図29に示されるように、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)技術により、n型半導体領域NRおよびn型半導体領域SDの上部(表層部)や、ゲート電極Gltの上部(表層部)などに、低抵抗の金属シリサイド層SILを形成する(図11のステップS12)。 Next, as shown in FIGS. 28 and 29, the salicide (Salicide: Self Aligned Silicide) technique is used to upper the n-type semiconductor region NR and the n + -type semiconductor region SD (surface layer portion) and the upper portion of the gate electrode Glt. A low-resistance metal silicide layer SIL is formed on the (surface layer portion) or the like (step S12 in FIG. 11).

この金属シリサイド層SILを形成するには、例えば、金属シリサイド層形成用の金属膜を半導体基板SB上に形成してから、熱処理を行うことにより、その金属膜をn型半導体領域NR、n型半導体領域SDおよびゲート電極Gltの表層部分と反応させてから、金属膜の未反応部分を除去する。これにより、n型半導体領域NRおよびn型半導体領域SDの上部(表層部)や、ゲート電極Gltの上部(表層部)などに、それぞれ金属シリサイド層SILを形成することができる。なお、この際、例えば図3に示した他のトランジスタ、すなわちリセットトランジスタRST、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIの、ゲート電極Gr、ゲート電極Gsおよびゲート電極Ga、ならびに、ソース・ドレイン領域の各上部(表層部)にも、金属シリサイド層SILを形成することができる。金属シリサイド層SILを形成することにより、拡散抵抗やコンタクト抵抗などを低抵抗化することができる。 In order to form the metal silicide layer SIL, for example, a metal film for forming a metal silicide layer is formed on the semiconductor substrate SB, and then the heat treatment is performed to form the metal film in the n-type semiconductor regions NR, n +. After reacting with the surface layer portion of the type semiconductor region SD and the gate electrode Glt, the unreacted portion of the metal film is removed. Thereby, the metal silicide layers SIL can be formed on the n-type semiconductor region NR and the n + -type semiconductor region SD (surface layer portion), on the gate electrode Glt (surface layer portion), and the like. At this time, the gate electrode Gr, the gate electrode Gs and the gate electrode Ga, and the upper portions of the source / drain regions of the other transistors shown in FIG. 3, for example, the reset transistor RST, the selection transistor SEL, and the amplification transistor AMI The metal silicide layer SIL can also be formed on the (surface layer portion). By forming the metal silicide layer SIL, diffusion resistance, contact resistance, and the like can be reduced.

また、金属シリサイド層形成用の金属膜を形成する前に、シリサイド化が不要なシリコン基板領域やゲート電極を覆うような絶縁膜(シリサイドブロック膜)を形成してもよく、そうすれば、その絶縁膜で覆われたシリコン基板領域やゲート電極には、金属シリサイド層形成用の金属膜が接しないため、金属シリサイド層SILは形成されなくなる。例えば、ゲート電極Gtおよび反射防止膜ARFを覆い、かつn型半導体領域NR、n型半導体領域SDおよびゲート電極Gltを露出するような絶縁膜(シリサイドブロック膜)を形成してから、金属シリサイド層形成用の金属膜を形成し、熱処理を行う。これにより、金属シリサイド層SILは、n型半導体領域NR、n型半導体領域SDおよびゲート電極Gltの上部に形成されるが、ゲート電極Gt上には形成されない。 In addition, before forming the metal film for forming the metal silicide layer, an insulating film (silicide block film) may be formed so as to cover the silicon substrate region and the gate electrode that do not require silicidation. Since the metal film for forming the metal silicide layer is not in contact with the silicon substrate region and the gate electrode covered with the insulating film, the metal silicide layer SIL is not formed. For example, after forming an insulating film (silicide block film) that covers the gate electrode Gt and the antireflection film ARF and exposes the n-type semiconductor region NR, the n + -type semiconductor region SD, and the gate electrode Glt, the metal silicide is formed. A metal film for forming a layer is formed and heat treatment is performed. Thereby, the metal silicide layer SIL is formed on the n-type semiconductor region NR, the n + -type semiconductor region SD, and the gate electrode Glt, but is not formed on the gate electrode Gt.

また、この金属シリサイド層SILは形成しなくともよく、あるいは、n型半導体領域NR、n型半導体領域SDおよびゲート電極Gltのうち、金属シリサイド層SILを形成するものと、形成しないものとを設けることもできる。以降の図30〜図35は、金属シリサイド層SILを形成しない場合、すなわち、ステップS12の金属シリサイド層SIL形成工程を省略した場合について図示してあるが、以降の図30〜図35において、金属シリサイド層SILが形成されていてもよい。 Further, the metal silicide layer SIL may not be formed, or among the n-type semiconductor region NR, the n + -type semiconductor region SD, and the gate electrode Glt, the one that forms the metal silicide layer SIL and the one that does not form the metal silicide layer SIL. It can also be provided. The subsequent FIGS. 30 to 35 illustrate the case where the metal silicide layer SIL is not formed, that is, the case where the step of forming the metal silicide layer SIL in step S12 is omitted. In FIGS. A silicide layer SIL may be formed.

次に、図30および図31に示されるように、半導体基板SBの主面(主面全面)上に、絶縁膜として層間絶縁膜IL1を形成する(図11のステップS13)。すなわち、ゲート電極Gt,Glt、サイドウォールスペーサSWおよび反射防止膜ARFを覆うように、半導体基板SB上に層間絶縁膜IL1を形成する。層間絶縁膜IL1として、例えば、TEOS(tetra ethyl ortho silicate)ガスを原料ガスとしたCVD法により酸化シリコン膜を半導体基板SB上に堆積することができる。   Next, as shown in FIGS. 30 and 31, an interlayer insulating film IL1 is formed as an insulating film on the main surface (entire main surface) of the semiconductor substrate SB (step S13 in FIG. 11). That is, the interlayer insulating film IL1 is formed over the semiconductor substrate SB so as to cover the gate electrodes Gt and Glt, the sidewall spacer SW, and the antireflection film ARF. As the interlayer insulating film IL1, for example, a silicon oxide film can be deposited on the semiconductor substrate SB by a CVD method using TEOS (tetraethyl orthosilicate) gas as a source gas.

層間絶縁膜IL1の成膜後、層間絶縁膜IL1の表面(上面)をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)法により研磨するなどして、層間絶縁膜IL1の上面を平坦化することもできる。層間絶縁膜IL1を成膜した段階で、下地段差に起因して層間絶縁膜IL1の表面に凹凸形状が形成されていても、成膜後に層間絶縁膜IL1の表面をCMP法により研磨することにより、その表面が平坦化された層間絶縁膜IL1を得ることができる。   After the interlayer insulating film IL1 is formed, the upper surface of the interlayer insulating film IL1 is planarized by polishing the surface (upper surface) of the interlayer insulating film IL1 by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. You can also. By polishing the surface of the interlayer insulating film IL1 after the film formation by the CMP method even when the surface of the interlayer insulating film IL1 is uneven due to the base step at the stage of forming the interlayer insulating film IL1. The interlayer insulating film IL1 whose surface is planarized can be obtained.

次に、図32および図33に示されるように、層間絶縁膜IL1上に形成したフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして用いて、層間絶縁膜IL1をドライエッチングすることにより、層間絶縁膜IL1にコンタクトホール(貫通孔、孔、開口部)CTを形成する(図11のステップS14)。   Next, as shown in FIGS. 32 and 33, the interlayer insulating film IL1 is dry-etched using a photoresist pattern (not shown) formed on the interlayer insulating film IL1 as an etching mask, thereby providing interlayer insulation. Contact holes (through holes, holes, openings) CT are formed in the film IL1 (step S14 in FIG. 11).

コンタクトホールCTは、層間絶縁膜IL1を貫通するように形成される。コンタクトホールCTは、例えば、n型半導体領域NR上や、n型半導体領域SD上などに形成される。n型半導体領域NR上に形成されたコンタクトホールCTの底部では、n型半導体領域NRの表面(n型半導体領域NRの上部に金属シリサイド層SILが形成されている場合はその金属シリサイド層SILの表面)の一部が露出される。また、n型半導体領域SD上に形成されたコンタクトホールCTの底部では、n型半導体領域SDの表面(n型半導体領域SDの上部に金属シリサイド層SILが形成されている場合はその金属シリサイド層SILの表面)の一部が露出される。また、図示はしないけれども、ゲート電極Gt,Glt上にもコンタクトホールCTが形成され、また、上記図3に示した他のトランジスタ、すなわちリセットトランジスタRST、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIの各ゲート電極(Gr,Gs,Ga)およびソース・ドレイン領域上にも、コンタクトホールCTが形成される。 The contact hole CT is formed so as to penetrate the interlayer insulating film IL1. The contact hole CT is formed, for example, on the n-type semiconductor region NR or the n + -type semiconductor region SD. At the bottom of the contact hole CT formed on the n-type semiconductor region NR, the surface of the n-type semiconductor region NR (if the metal silicide layer SIL is formed above the n-type semiconductor region NR, the metal silicide layer SIL Part of the surface is exposed. Further, the n + -type semiconductor region the bottom of the contact hole CT formed on the SD, when n + -type semiconductor region SD of the surface (n + -type semiconductor region the metal silicide layer SIL on top of the SD is formed that A part of the surface of the metal silicide layer SIL is exposed. Although not shown, contact holes CT are also formed on the gate electrodes Gt and Glt, and the other transistors shown in FIG. 3, that is, the gate electrodes of the reset transistor RST, the selection transistor SEL, and the amplification transistor AMI. Contact holes CT are also formed on (Gr, Gs, Ga) and the source / drain regions.

次に、コンタクトホールCT内に、接続用の導電体部として、タングステン(W)などからなる導電性のプラグPGを形成する(図11のステップS15)。プラグPGは、例えば次のようにして形成することができる。   Next, a conductive plug PG made of tungsten (W) or the like is formed in the contact hole CT as a conductive portion for connection (step S15 in FIG. 11). The plug PG can be formed as follows, for example.

プラグPGを形成するには、まず、コンタクトホールCTの内部(底面および内壁上)を含む層間絶縁膜IL1上に、バリア導体膜を形成する。このバリア導体膜は、例えば、チタン膜と該チタン膜上に形成された窒化チタン膜との積層膜(すなわちチタン/窒化チタン膜)からなり、スパッタリング法などを用いて形成することができる。それから、タングステン膜などからなる主導体膜を、CVD法などによってバリア導体膜上にコンタクトホールCTを埋めるように形成する。その後、コンタクトホールCTの外部(層間絶縁膜IL1上)の不要な主導体膜およびバリア導体膜をCMP法またはエッチバック法などによって除去する。これにより、層間絶縁膜IL1の上面が露出し、層間絶縁膜IL1のコンタクトホールCT内に埋め込まれて残存するバリア導体膜および主導体膜により、プラグPGが形成される。なお、図面の簡略化のために、図32および図33では、プラグPGを構成するバリア導体膜と主導体膜とを一体化して示してある。   To form the plug PG, first, a barrier conductor film is formed on the interlayer insulating film IL1 including the inside of the contact hole CT (on the bottom surface and the inner wall). This barrier conductor film is made of, for example, a laminated film of a titanium film and a titanium nitride film formed on the titanium film (that is, a titanium / titanium nitride film), and can be formed using a sputtering method or the like. Then, a main conductor film made of a tungsten film or the like is formed by CVD or the like so as to fill the contact hole CT on the barrier conductor film. Thereafter, unnecessary main conductor film and barrier conductor film outside the contact hole CT (on the interlayer insulating film IL1) are removed by a CMP method, an etch back method, or the like. As a result, the upper surface of the interlayer insulating film IL1 is exposed, and the plug PG is formed by the barrier conductor film and the main conductor film that remain buried in the contact hole CT of the interlayer insulating film IL1. For simplification of the drawings, in FIGS. 32 and 33, the barrier conductor film and the main conductor film constituting the plug PG are shown integrally.

プラグPGには、上記プラグPr1,Pr2,Pg,Pfd,Pa,Ps,Prg,Ptg,Pag,Psg,Pt1,Pt2がある。このうち、プラグPfdは、n型半導体領域NR上に形成されたコンタクトホールCTに埋め込まれており、層間絶縁膜IL1を貫通してn型半導体領域NRに達して、n型半導体領域NRと電気的に接続されている。また、プラグPt1,Pt2のそれぞれは、n型半導体領域SD上に形成されたコンタクトホールCTに埋め込まれており、層間絶縁膜IL1を貫通してn型半導体領域SDに達して、n型半導体領域SDと電気的に接続されている。 The plugs PG include the plugs Pr1, Pr2, Pg, Pfd, Pa, Ps, Prg, Ptg, Pag, Psg, Pt1, and Pt2. Among these, the plug Pfd is embedded in the contact hole CT formed on the n-type semiconductor region NR, penetrates the interlayer insulating film IL1, reaches the n-type semiconductor region NR, and is electrically connected to the n-type semiconductor region NR. Connected. Further, each of plugs Pt1, Pt2, n + -type semiconductor region is embedded on the contact hole CT formed in SD, it reaches the n + -type semiconductor region SD through the interlayer insulating film IL1, n + It is electrically connected to the type semiconductor region SD.

次に、図34および図35に示されるように、プラグPGが埋め込まれた層間絶縁膜IL1上に、層間絶縁膜IL2〜IL4および配線M1〜M3を形成する。   Next, as shown in FIGS. 34 and 35, interlayer insulating films IL2 to IL4 and wirings M1 to M3 are formed on the interlayer insulating film IL1 in which the plug PG is embedded.

例えば、層間絶縁膜IL1上に、層間絶縁膜IL2として窒化シリコン膜と該窒化シリコン膜上の酸化シリコン膜との積層膜をCVD法などを用いて形成してから、その積層膜に、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて配線溝を形成する。それから、配線溝の内部(底面および内壁上)を含む層間絶縁膜IL2上に、バリア導体膜を形成する。このバリア導体膜は、例えば、タンタル(Ta)膜と該タンタル膜上の窒化タンタル(TaN)膜との積層膜からなり、スパッタリング法などを用いて形成することができる。それから、バリア導体膜上にシード膜として薄い銅膜をスパッタリング法などで堆積してから、電解めっき法によりシード膜上に主導体膜として銅めっき膜を堆積し、この銅めっき膜により配線溝の内部を埋め込む。それから、配線溝の外部(層間絶縁膜IL2上)の不要な銅めっき膜、シード膜およびバリア導体膜をCMP法などにより除去することにより、配線溝内に、銅を主導電材料とする第1層目の配線M1を形成する。なお、図面の簡略化のために、図34および図35では、配線M1を構成する銅めっき膜、シード層およびバリア導体膜を一体化して示してある。このように、配線溝の内部にバリア膜、シード膜および銅めっき膜を埋め込むことにより、配線M1を形成することができる。   For example, a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film over the silicon nitride film is formed as an interlayer insulating film IL2 over the interlayer insulating film IL1 by using a CVD method or the like, and then the photolithography is applied to the stacked film. A wiring trench is formed using a technique and a dry etching technique. Then, a barrier conductor film is formed on the interlayer insulating film IL2 including the inside of the wiring trench (on the bottom surface and the inner wall). This barrier conductor film is made of, for example, a laminated film of a tantalum (Ta) film and a tantalum nitride (TaN) film on the tantalum film, and can be formed using a sputtering method or the like. Then, after depositing a thin copper film as a seed film on the barrier conductor film by a sputtering method or the like, a copper plating film is deposited as a main conductor film on the seed film by an electrolytic plating method. Embed the inside. Then, unnecessary copper plating film, seed film, and barrier conductor film outside the wiring trench (on the interlayer insulating film IL2) are removed by CMP or the like, so that copper is used as the main conductive material in the wiring trench. A layer wiring M1 is formed. For simplification of the drawings, in FIG. 34 and FIG. 35, the copper plating film, the seed layer, and the barrier conductor film constituting the wiring M1 are shown integrally. Thus, the wiring M1 can be formed by embedding the barrier film, the seed film, and the copper plating film in the wiring groove.

更に、同様にして、図34および図35に示されるように、配線M1を形成した層間絶縁膜IL2上に層間絶縁膜IL3を形成し、層間絶縁膜IL3中に配線M2を形成し、配線M2を形成した層間絶縁膜IL3上に層間絶縁膜IL4を形成し、層間絶縁膜IL4中に配線M3を形成する。配線M1は、シングルダマシン法により形成したが、配線M2および配線M3は、シングルダマシン法またはデュアルダマシン法により形成することができる。   Further, similarly, as shown in FIGS. 34 and 35, an interlayer insulating film IL3 is formed on the interlayer insulating film IL2 on which the wiring M1 is formed, and a wiring M2 is formed in the interlayer insulating film IL3. An interlayer insulating film IL4 is formed on the interlayer insulating film IL3 on which the layer is formed, and a wiring M3 is formed in the interlayer insulating film IL4. The wiring M1 is formed by a single damascene method, but the wiring M2 and the wiring M3 can be formed by a single damascene method or a dual damascene method.

なお、層間絶縁膜IL3中には、配線M2と配線M1との間に配置されて配線M2と配線M1とを接続するビア部も形成され、層間絶縁膜IL4中には、配線M3と配線M2との間に配置されて配線M3と配線M2とを接続するビア部も形成される。配線M2をデュアルダマシン法により形成した場合は、配線M2と配線M1とを接続するビア部は、配線M2と一緒に配線M2と一体的に形成されるが、配線M2をシングルダマシン法により形成した場合は、配線M2と配線M1とを接続するビア部は、配線M2とは別々に形成される。同様に、配線M3をデュアルダマシン法により形成した場合は、配線M3と配線M2とを接続するビア部は、配線M3と一緒に配線M3と一体的に形成されるが、配線M3をシングルダマシン法により形成した場合は、配線M3と配線M2とを接続するビア部は、配線M3とは別々に形成される。   In the interlayer insulating film IL3, a via portion that is disposed between the wiring M2 and the wiring M1 and connects the wiring M2 and the wiring M1 is also formed. In the interlayer insulating film IL4, the wiring M3 and the wiring M2 are formed. Is also formed between the wiring M3 and the wiring M2. When the wiring M2 is formed by the dual damascene method, the via portion connecting the wiring M2 and the wiring M1 is integrally formed with the wiring M2 together with the wiring M2, but the wiring M2 is formed by the single damascene method. In this case, the via portion that connects the wiring M2 and the wiring M1 is formed separately from the wiring M2. Similarly, when the wiring M3 is formed by the dual damascene method, the via portion connecting the wiring M3 and the wiring M2 is formed integrally with the wiring M3 together with the wiring M3. However, the wiring M3 is formed by the single damascene method. In this case, the via portion that connects the wiring M3 and the wiring M2 is formed separately from the wiring M3.

次に、図34に示されるように、最上層の層間絶縁膜IL4上に、フォトダイオードPDを構成するn型半導体領域NWと平面視において重なるように、オンチップレンズとしてのマイクロレンズMLを取り付ける。なお、マイクロレンズMLと層間絶縁膜IL4との間にカラーフィルタを設けてもよい。また、不要であれば、マイクロレンズMLの取り付けは、省略することもできる。   Next, as shown in FIG. 34, a microlens ML as an on-chip lens is attached on the uppermost interlayer insulating film IL4 so as to overlap the n-type semiconductor region NW constituting the photodiode PD in plan view. . A color filter may be provided between the microlens ML and the interlayer insulating film IL4. Further, if unnecessary, the attachment of the microlens ML can be omitted.

以上の工程により、本実施の形態の半導体装置を製造することができる。   Through the above steps, the semiconductor device of this embodiment can be manufactured.

<本実施の形態の課題について>
固体撮像素子として、CMOSを用いた固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の開発が進められている。このCMOSイメージセンサは、フォトダイオードと転送トランジスタとを有する複数の画素を含んで構成される。CMOSイメージセンサデバイスにおいては、センサの処理性能の向上を図るために、周辺回路を微細化し、動作速度を向上させることが望まれる。一方、CMOSイメージセンサデバイスにおいて、撮像感度はフォトダイオードの容量に比例するため、微細化によりフォトダイオードの容量面積(接合面積)を小さくすると、撮像感度が低下してしまう。撮像感度の低下は、半導体装置の性能の低下につながる。このため、撮像感度は、できるだけ高くすることが望ましく、撮像感度を高めるためには、フォトダイオードの容量面積(接合面積)をできるだけ大きくすることが望まれる。一方、CMOSイメージセンサデバイスにおいて、電源電圧は、微細化に伴い小さくする必要があるが、電源電圧を小さくすることは、フォトダイオードに蓄積した電荷を転送トランジスタを介して転送しにくくなることにつながる。従って、フォトダイオードに蓄積した電荷の転送特性を低下させずに、かつ、撮像感度を保つためには、フォトダイオードの構造設計が重要となる。
<About the problem of this embodiment>
As a solid-state image sensor, development of a solid-state image sensor (CMOS image sensor) using a CMOS is underway. This CMOS image sensor includes a plurality of pixels each having a photodiode and a transfer transistor. In the CMOS image sensor device, in order to improve the processing performance of the sensor, it is desired to reduce the peripheral circuit and improve the operation speed. On the other hand, in the CMOS image sensor device, since the imaging sensitivity is proportional to the capacitance of the photodiode, if the capacitance area (junction area) of the photodiode is reduced by miniaturization, the imaging sensitivity is lowered. A decrease in imaging sensitivity leads to a decrease in performance of the semiconductor device. For this reason, it is desirable to increase the imaging sensitivity as much as possible, and in order to increase the imaging sensitivity, it is desirable to increase the capacitance area (junction area) of the photodiode as much as possible. On the other hand, in the CMOS image sensor device, it is necessary to reduce the power supply voltage with miniaturization. However, reducing the power supply voltage makes it difficult to transfer the charge accumulated in the photodiode through the transfer transistor. . Therefore, in order to maintain the imaging sensitivity without deteriorating the transfer characteristic of the charge accumulated in the photodiode, the structural design of the photodiode is important.

一般的に使用されているフォトダイオードは、pnp型の埋め込みフォトダイオードであり、n型層(本実施の形態のn型半導体領域NWに相当するn型層)に電子を蓄積する構造である。フォトダイオードの平面寸法は、チップサイズや画素数などにより制約されてしまう。このため、フォトダイオードの容量を大きくするためには、n型層(本実施の形態のn型半導体領域NWに相当するn型層)の深さを深くすることが有効である。n型層の深さを深くすれば、フォトダイオードを構成するpn接合の面積が増えるため、フォトダイオードの容量を大きくすることができ、撮像感度を向上させることができる。しかしながら、単純にn型層の深さを深くすると、フォトダイオードに蓄積した電荷を転送トランジスタを介して転送しにくくなることにつながってしまう。これは、フォトダイオードに蓄積した電荷の転送特性を低下させ、また、電源電圧を低下させたときに、フォトダイオードに蓄積した電荷の転送不良を引き起こすことにつながってしまう。これは、半導体装置の性能の低下につながる。   A generally used photodiode is a pnp-type embedded photodiode and has a structure in which electrons are accumulated in an n-type layer (an n-type layer corresponding to the n-type semiconductor region NW in the present embodiment). The planar dimensions of the photodiode are limited by the chip size, the number of pixels, and the like. Therefore, in order to increase the capacitance of the photodiode, it is effective to increase the depth of the n-type layer (the n-type layer corresponding to the n-type semiconductor region NW in the present embodiment). Increasing the depth of the n-type layer increases the area of the pn junction that constitutes the photodiode, so that the capacitance of the photodiode can be increased and the imaging sensitivity can be improved. However, simply increasing the depth of the n-type layer leads to difficulty in transferring charges accumulated in the photodiode via the transfer transistor. This deteriorates the transfer characteristic of the charge accumulated in the photodiode, and causes a transfer failure of the charge accumulated in the photodiode when the power supply voltage is lowered. This leads to a decrease in the performance of the semiconductor device.

そこで、本発明者は、フォトダイオードに蓄積した電荷を転送トランジスタを介して的確に転送できるようにするとともに、撮像感度を向上させるためには、pnp型のフォトダイオードにおける最上層のp型層(本実施の形態のp型半導体領域PRに相当するp型層)を浅く形成することが有効であることを見出した。pnp型のフォトダイオードにおいて、n型層の深さを変えずに最上層のp型層を浅くすれば、フォトダイオードを構成するpn接合の面積が増えるため、フォトダイオードの容量を大きくすることができ、撮像感度を向上させることができる。また、pnp型のフォトダイオードにおける最上層のp型層を浅くしても、フォトダイオードに蓄積した電荷の転送特性は低下しない。このため、半導体装置の性能を向上させることができる。 Therefore, the present inventor makes it possible to accurately transfer the charge accumulated in the photodiode via the transfer transistor, and in order to improve the imaging sensitivity, the uppermost p-type layer (in the pnp type photodiode ( It has been found that it is effective to form a shallow p-type layer corresponding to the p + -type semiconductor region PR of the present embodiment. In a pnp type photodiode, if the uppermost p-type layer is made shallow without changing the depth of the n-type layer, the area of the pn junction constituting the photodiode increases, so that the capacitance of the photodiode can be increased. Imaging sensitivity can be improved. Further, even if the uppermost p-type layer in the pnp photodiode is shallow, the transfer characteristic of the charge accumulated in the photodiode is not deteriorated. For this reason, the performance of the semiconductor device can be improved.

しかしながら、pnp型のフォトダイオードにおける最上層のp型層(本実施の形態のp型半導体領域PRに相当するp型層)をB(ホウ素)のイオン注入で形成すると、注入するイオンの原子量が小さいため、チャネリング現象が生じやすい。ここで、チャネリング現象とは、注入されたイオンが、原子配列の隙間を通して半導体基板の深い位置まで達する現象である。pnp型のフォトダイオードにおける最上層のp型層(p型半導体領域PRに相当するp型層)を形成するイオン注入でチャネリング現象が生じてしまうと、そのp型層(p型半導体領域PRに対応するp型層)を浅く均一に形成することが難しくなる。また、pnp型のフォトダイオードにおける最上層のp型層(p型半導体領域PRに相当するp型層)を浅く形成しようとすると、そのp型層(p型半導体領域PRに相当するp型層)を形成するためのイオン注入の注入エネルギーを小さくする必要があるが、注入エネルギーが小さいと、イオン注入時のイオンビームを安定して生成しにくいため、イオン注入を上手く行えなくなる虞がある。このため、pnp型のフォトダイオードにおける最上層のp型層(p型半導体領域PRに相当するp型層)を浅くすることは難しく、無理にそのp型層(p型半導体領域PRに相当するp型層)を浅くしようとすると、かえって半導体装置の性能の低下や、半導体装置の製造歩留まりの低下を引き起こしてしまう。 However, when the uppermost p-type layer in the pnp-type photodiode (p-type layer corresponding to the p + -type semiconductor region PR in the present embodiment) is formed by ion implantation of B (boron), the atomic weight of ions to be implanted Is small, channeling phenomenon is likely to occur. Here, the channeling phenomenon is a phenomenon in which implanted ions reach a deep position of the semiconductor substrate through a gap in the atomic arrangement. If a channeling phenomenon occurs by ion implantation for forming the uppermost p-type layer (p-type layer corresponding to the p + -type semiconductor region PR) in the pnp-type photodiode, the p-type layer (p + -type semiconductor region) It becomes difficult to form a shallow and uniform p-type layer corresponding to PR. Further, when an uppermost p-type layer (p-type layer corresponding to the p + -type semiconductor region PR) of the pnp photodiode is to be formed shallowly, the p-type layer (p + corresponding to the p + -type semiconductor region PR) is formed. It is necessary to reduce the implantation energy for ion implantation for forming the mold layer). However, if the implantation energy is small, it is difficult to stably generate an ion beam at the time of ion implantation. is there. Therefore, it is difficult to shallow p-type layer of the top layer in a pnp photodiode (p-type layer corresponding to the p + -type semiconductor region PR), forcibly to its p-type layer (p + -type semiconductor region PR If an attempt is made to make the corresponding p-type layer shallow, the performance of the semiconductor device and the manufacturing yield of the semiconductor device are reduced.

<本実施の形態の主要な特徴と効果について>
そこで、本実施の形態では、p型半導体領域PRを形成するためのイオン注入として、複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタをイオン注入する手法を採用しており、これを、本実施の形態の主張な特徴のうちの一つとしている。すなわち、ステップS6では、複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタをイオン注入することにより、p型半導体領域PRを形成している。
<Main features and effects of the present embodiment>
Therefore, in this embodiment, a technique of ion-implanting a cluster composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms is employed as ion implantation for forming the p + type semiconductor region PR. This is one of the assertive features of the present embodiment. That is, in step S6, the p + type semiconductor region PR is formed by ion-implanting a cluster composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms.

ここで、複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタは、複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなる分子とみなすこともできる。また、複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタは、水素化ボロンのクラスタとみなすこともできる。   Here, a cluster composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms can be regarded as a molecule composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms. A cluster composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms can also be regarded as a cluster of boron hydride.

複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタは、B(ここでx,yはそれぞれ2以上の整数)と表記することができる。すなわち、上記ステップS6では、x個のホウ素(B)原子とy個の水素(H)原子とからなる分子であるB(ここでx,yはそれぞれ2以上の整数)をイオン注入することにより、p型半導体領域PRを形成する。 A cluster composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms can be expressed as B x H y (where x and y are integers of 2 or more, respectively). That is, in step S6, B x H y, which is a molecule composed of x boron (B) atoms and y hydrogen (H) atoms (where x and y are integers of 2 or more, respectively) is ion-implanted. As a result, the p + type semiconductor region PR is formed.

ステップS6でイオン注入するクラスタ(分子)が含むホウ素(B)原子の数は2以上(すなわちBと表記したときにxは2以上の整数)であるが、ステップS6でイオン注入するクラスタ(分子)が含むホウ素(B)原子の数が5以上(すなわちBと表記したときにxが5以上の整数)であれば、より好ましい。 The number of boron (B) atoms contained in the cluster (molecule) to be ion-implanted in step S6 is 2 or more (that is, x is an integer of 2 or more when expressed as B x H y ), but ion implantation is performed in step S6. It is more preferable if the number of boron (B) atoms contained in the cluster (molecule) is 5 or more (that is, x is an integer of 5 or more when expressed as B x H y ).

ステップS6でイオン注入するクラスタ(分子)の例を挙げれば、B1014(デカボラン)またはB1822(オクタデカボラン)などがある。ここで、B1014(デカボラン)は、10個のホウ素(B)原子と14個の水素(H)原子とからなる分子であり、B1822(オクタデカボラン)は、18個のホウ素(B)原子と22個の水素(H)原子とからなる分子である。 Examples of clusters (molecules) to be ion-implanted in step S6 include B 10 H 14 (decaborane) or B 18 H 22 (octadecaborane). Here, B 10 H 14 (decaborane) is a molecule composed of 10 boron (B) atoms and 14 hydrogen (H) atoms, and B 18 H 22 (octadecaborane) consists of 18 A molecule composed of boron (B) atoms and 22 hydrogen (H) atoms.

本実施の形態では、複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタ(B)をイオン注入することによりp型半導体領域PRを形成しているが、これにより、次のような効果を得られる。 In the present embodiment, the p + type semiconductor region PR is formed by ion implantation of a cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms. Effects can be obtained.

すなわち、クラスタをイオン注入する場合、1個のクラスタ当たりの質量が大きくなることを反映して、注入エネルギーを大きくすることになる。注入エネルギーが大きいと、イオン注入時のイオンビームを安定して生成することができるため、イオン注入を安定して行うことができる。本実施の形態では、複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタ(B)をイオン注入することによりp型半導体領域PRを形成するため、p型半導体領域PRを浅くしても、イオン注入の注入エネルギーを大きくすることができるので、イオンビームを安定して生成することができ、p型半導体領域PRを形成するためのイオン注入を安定して行うことができる。これにより、p型半導体領域PRを浅くしても、p型半導体領域PRを安定して的確に形成することができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。また、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。 That is, when ions are implanted into a cluster, the implantation energy is increased to reflect an increase in mass per cluster. When the implantation energy is large, an ion beam at the time of ion implantation can be stably generated, so that ion implantation can be performed stably. In this embodiment, for forming the p + -type semiconductor region PR by a cluster of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms (B x H y) is ion-implanted, shallow p + -type semiconductor region PR Even so, since the ion implantation energy can be increased, an ion beam can be stably generated, and ion implantation for forming the p + -type semiconductor region PR can be performed stably. . Thereby, even if the p + type semiconductor region PR is shallow, the p + type semiconductor region PR can be stably and accurately formed. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved. In addition, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

また、クラスタをイオン注入する場合、1個のクラスタ当たりの質量が大きくなることを反映して、衝突エネルギーが大きくなるが、これは、チャネリング現象が生じにくくなることにつながる。これは、衝突エネルギーが大きいと、イオン注入された半導体基板の表層部分にアモルファス層が形成されやすく、アモルファス層が形成されるとチャネリング現象が起きにくくなるためである。本実施の形態では、複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタ(B)をイオン注入することによりp型半導体領域PRを形成することで、p型半導体領域PRを形成するためのイオン注入時にチャネリング現象が生じるのを抑制または防止することができる。これにより、p型半導体領域PRを浅く均一に形成することができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。また、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。 In addition, when ion implantation is performed on clusters, the collision energy increases reflecting the increase in mass per cluster, which leads to less channeling phenomenon. This is because when the collision energy is large, an amorphous layer is likely to be formed on the surface layer portion of the semiconductor substrate into which ions are implanted, and when the amorphous layer is formed, channeling phenomenon is less likely to occur. In the present embodiment, the p + type semiconductor region PR is formed by ion implantation of a cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms, thereby forming the p + type semiconductor region PR. It is possible to suppress or prevent the occurrence of a channeling phenomenon at the time of ion implantation for forming. Thereby, the p + type semiconductor region PR can be formed shallowly and uniformly. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved. In addition, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

また、p型半導体領域PR内において、もしもクラスタの形態でホウ素(B)が存在していると、結晶が歪んでしまい、それが暗電流の増加につながってしまう。また、p型半導体領域PR内において、もしもクラスタの形態でホウ素(B)が存在していると、欠陥(転移)が生じやすく、それも暗電流の増加につながってしまう。これは、半導体装置の性能の低下や、半導体装置の製造歩留まりの低下につながる虞がある。 Further, if boron (B) is present in the form of clusters in the p + type semiconductor region PR, the crystal is distorted, which leads to an increase in dark current. Further, if boron (B) is present in the form of clusters in the p + type semiconductor region PR, defects (transition) are likely to occur, which also leads to an increase in dark current. This may lead to a decrease in performance of the semiconductor device and a decrease in manufacturing yield of the semiconductor device.

本実施の形態では、複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタ(B)をイオン注入することによりp型半導体領域PRを形成する。複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタ(B)が半導体基板SBにイオン注入されると、そのクラスタ(B)を構成していた複数のホウ素(B)原子および複数の水素(H)原子は、半導体基板SB内でばらばらになって分散する。すなわち、クラスタ(B)が半導体基板SBに衝突するまでは、複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタ(B)の状態が維持されているが、クラスタ(B)が半導体基板SBに衝突すると、そのクラスタ(B)を構成していた複数のホウ素(B)原子および複数の水素(H)原子は、ばらばらになって半導体基板SB内に侵入し拡散する。すなわち、p型半導体領域PRとなる半導体基板SB内では、ホウ素はクラスタの状態で存在しているのではなく、個々のホウ素原子が分散して存在している。 In the present embodiment, the p + type semiconductor region PR is formed by ion implantation of a cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms. When a cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms is ion-implanted into the semiconductor substrate SB, a plurality of boron (B) atoms constituting the cluster (B x H y ) The plurality of hydrogen (H) atoms are dispersed and dispersed in the semiconductor substrate SB. That is, the cluster (B x H y) until impinging on the semiconductor substrate SB is the state of the cluster of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms (B x H y) are maintained However, when the cluster (B x H y ) collides with the semiconductor substrate SB, a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms constituting the cluster (B x H y ) are separated. It enters and diffuses into the semiconductor substrate SB. That is, in the semiconductor substrate SB that becomes the p + type semiconductor region PR, boron does not exist in a cluster state, but individual boron atoms exist in a dispersed state.

ステップS6のイオン注入(すなわちp型半導体領域PRを形成するためのイオン注入)の後に、結晶欠陥を回復させるためのアニール処理(熱処理)を行うと、図36に模式的に示されるように、ステップS6で注入されたホウ素(B)原子は、p型半導体領域PRにおいて、半導体基板SB(p型半導体領域PR)を構成するシリコン結晶のシリコン(Si)サイト(シリコンの格子点)に位置した状態になる。すなわち、p型半導体領域PRは、シリコン結晶のSiサイト(シリコンの格子点)の一部が、ホウ素(B)原子に置換された状態になる。ここで、図36は、p型半導体領域PRの結晶構造を模式的に示す説明図である。このとき、p型半導体領域PRにおいて、ホウ素(B)原子はある程度均一に分散しており、各ホウ素(B)原子に隣接する原子は、シリコン(Si)原子である。p型半導体領域PRにおいて、ホウ素(B)はクラスタの形態で存在しているのではなく、個々のホウ素(B)原子が分散して存在しているため、結晶の歪みや欠陥を防ぎやすく、暗電流を抑制または防止することができる。 When an annealing process (heat treatment) for recovering crystal defects is performed after the ion implantation in step S6 (that is, ion implantation for forming the p + type semiconductor region PR), as schematically shown in FIG. in implanted boron (B) atom is step S6, the p + -type semiconductor region PR, the silicon of the silicon crystal constituting the semiconductor substrate SB (p + -type semiconductor region PR) (Si) sites (the lattice point of silicon) It will be in the state located. That is, the p + type semiconductor region PR is in a state where a part of the Si site (silicon lattice point) of the silicon crystal is replaced with a boron (B) atom. Here, FIG. 36 is an explanatory view schematically showing the crystal structure of the p + type semiconductor region PR. At this time, in the p + type semiconductor region PR, boron (B) atoms are uniformly dispersed to some extent, and atoms adjacent to each boron (B) atom are silicon (Si) atoms. In the p + -type semiconductor region PR, boron (B) does not exist in the form of clusters, but individual boron (B) atoms exist in a dispersed manner, so that it is easy to prevent crystal distortion and defects. , Dark current can be suppressed or prevented.

本実施の形態においては、ステップS6でクラスタイオン注入によってp型半導体領域PRを形成するが、注入するクラスタとして、複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタ(B)を用いることが重要である。複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とが互いに結合したクラスタ(B)は、結合力が弱いため、半導体基板SBに注入されたときに結合が切れてばらばらになりやすい。本実施の形態では、ステップS6で、複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタ(B)、すなわち複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とが互いに結合したクラスタ(B)をイオン注入するで、p型半導体領域PR内で、ホウ素(B)がクラスタの状態で存在するのではなく、個々のホウ素(B)原子が分散して存在するようにしている。すなわち、ステップS6で複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタ(B)が半導体基板SBにイオン注入されると、クラスタ(B)を構成していた複数のホウ素(B)原子および複数の水素(H)原子は、半導体基板SB(p型半導体領域PR)内で分散する。これにより、p型半導体領域PRにおいて、結晶の歪みや欠陥(転移)を防ぐことができ、暗電流をより的確に抑制または防止することができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。また、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。 In the present embodiment, the p + type semiconductor region PR is formed by cluster ion implantation in step S6. As a cluster to be implanted, a cluster (a cluster composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms ( it is important to use a B x H y). A cluster (B x H y ) in which a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms are bonded to each other has a weak bonding force, so that the bonds are broken when they are injected into the semiconductor substrate SB. Prone. In this embodiment, in step S6, a cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms, that is, a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H ) By implanting a cluster (B x H y ) in which atoms are bonded to each other, boron (B) does not exist in a cluster state in the p + type semiconductor region PR, but individual boron (B) The atoms are dispersed and exist. That is, when a plurality of boron (B) consisting of atoms and a plurality of hydrogen (H) atom cluster (B x H y) are ion-implanted into the semiconductor substrate SB in step S6, constitute a cluster (B x H y) The plurality of boron (B) atoms and the plurality of hydrogen (H) atoms that have been dispersed are dispersed in the semiconductor substrate SB (p + type semiconductor region PR). Thereby, in the p + type semiconductor region PR, crystal distortion and defects (transition) can be prevented, and dark current can be suppressed or prevented more accurately. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved. In addition, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

また、ステップS6でp型半導体領域PRを形成するためのイオン注入を行うが、そのイオン注入として、複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタ(B)のイオン注入を用いた場合、クラスタイオン注入を用いなかった場合に比べて、注入されたホウ素(B)原子の活性化率を高めることができる。このため、p型半導体領域PRによる暗電流の抑制効果を高めることができる。また、白点(暗時白点)の発生を抑制することができる。また、活性化率が高くなる分、イオン注入時のドーズ量を少なくすることができ、ドーズ量を少なくすることができる分、イオン注入時のダメージ(イオン注入された基板領域のダメージ)を小さくすることができるため、p型半導体領域PRを、より的確に形成することができ、p型半導体領域PRによる暗電流の抑制効果を高めることができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。また、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。 In step S6, ion implantation for forming the p + type semiconductor region PR is performed. As the ion implantation, a cluster (B x H) composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms is used. When the ion implantation of y ) is used, the activation rate of the implanted boron (B) atoms can be increased as compared with the case where the cluster ion implantation is not used. For this reason, the effect of suppressing dark current by the p + type semiconductor region PR can be enhanced. In addition, the occurrence of white spots (dark white spots) can be suppressed. In addition, the amount of dose at the time of ion implantation can be reduced as the activation rate increases, and the amount of damage at the time of ion implantation (damage of the substrate region into which ions are implanted) can be reduced by the amount that can be reduced. Therefore, the p + type semiconductor region PR can be formed more accurately, and the dark current suppression effect by the p + type semiconductor region PR can be enhanced. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved. In addition, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

図37は、p型半導体領域PRに相当するp型半導体領域のシート抵抗を比較した結果を示すグラフである。ここで、図37のグラフには、B(x,yはそれぞれ2以上の整数)のイオン注入を用いてp型半導体領域PRに相当するp型半導体領域を形成した場合のそのp型半導体領域のシート抵抗と、B(ホウ素)のイオン注入を用いてp型半導体領域PRに相当するp型半導体領域を形成した場合のそのp型半導体領域のシート抵抗とを示してある。図37のグラフにも示されるように、複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタ(B)のイオン注入を用いた場合、クラスタイオン注入を用いなかった場合に比べて、イオン注入で形成されたp型半導体領域(p型半導体領域PRに相当)のシート抵抗を低くすることができる。これは、複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタ(B)のイオン注入を用いた場合、クラスタイオン注入を用いなかった場合に比べて、注入されたホウ素(B)原子の活性化率が高くなることを示唆している。 FIG. 37 is a graph showing a result of comparing the sheet resistance of the p-type semiconductor region corresponding to the p + -type semiconductor region PR. Here, the graph of FIG. 37 shows the case where a p-type semiconductor region corresponding to the p + -type semiconductor region PR is formed using ion implantation of B x H y (x and y are each an integer of 2 or more). The sheet resistance of the p-type semiconductor region and the sheet resistance of the p-type semiconductor region when a p-type semiconductor region corresponding to the p + -type semiconductor region PR is formed by ion implantation of B (boron) are shown. . As shown in the graph of FIG. 37, when ion implantation of a cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms is used, cluster ion implantation is not used. Compared to the case, the sheet resistance of the p-type semiconductor region (corresponding to the p + -type semiconductor region PR) formed by ion implantation can be lowered. This is because the ion implantation of a cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms is implanted as compared with the case where cluster ion implantation is not used. This suggests that the activation rate of boron (B) atoms is increased.

図38は、n型半導体領域NWに相当するn型半導体領域のシート抵抗を比較した結果を示すグラフである。ここで、図38のグラフには、注入エネルギーは同じにして、B(x,yはそれぞれ2以上の整数)のイオン注入を用いてp型半導体領域PRに相当するp型半導体領域を形成した場合と、B(ホウ素)のイオン注入を用いてp型半導体領域PRに相当するp型半導体領域を形成した場合についての、n型半導体領域NWに相当するn型半導体領域のシート抵抗を示してある。注入エネルギーが同じであれば、図38のグラフにも示されるように、p型半導体領域PRに相当するp型半導体領域を形成するのにBのクラスタイオン注入を用いた場合は、クラスタイオン注入を用いなかった場合に比べて、n型半導体領域NWに相当するn型半導体領域のシート抵抗を低くすることができる。これは、p型半導体領域PRに相当するp型半導体領域を形成するのに、Bのクラスタイオン注入を用いた場合は、クラスタイオン注入を用いなかった場合に比べて、n型半導体領域NWに相当するn型半導体領域の実効的な厚さが厚くなり、それによってそのn型半導体領域のシート抵抗が低くなることを示唆している。すなわち、p型半導体領域PRを形成するのにBのクラスタイオン注入を用いた場合は、クラスタイオン注入を用いなかった場合に比べて、p型半導体領域PRを浅くかつ高い活性化率で形成できるため、そのp型半導体領域PRの下のn型半導体領域NWの実効的な厚さを厚くすることができることを示唆している。n型半導体領域NWの実効的な厚さが厚くなることは、フォトダイオードPDを構成するpn接合(p型ウエルPW1とn型半導体領域NWとの間のpn接合)の実効的な面積が増加することにつながり、ひいては、撮像感度の向上につながる。 FIG. 38 is a graph showing the result of comparing the sheet resistance of the n-type semiconductor region corresponding to the n-type semiconductor region NW. Here, in the graph of FIG. 38, the p-type semiconductor corresponding to the p + -type semiconductor region PR using the same implantation energy and ion implantation of B x H y (x and y are each an integer of 2 or more). The n-type semiconductor region corresponding to the n-type semiconductor region NW when the region is formed and when the p-type semiconductor region corresponding to the p + -type semiconductor region PR is formed using B (boron) ion implantation. Sheet resistance is shown. If the implantation energies are the same, as shown in the graph of FIG. 38, when the B x H y cluster ion implantation is used to form the p-type semiconductor region corresponding to the p + -type semiconductor region PR. The sheet resistance of the n-type semiconductor region corresponding to the n-type semiconductor region NW can be reduced as compared with the case where cluster ion implantation is not used. This is because the p-type semiconductor region corresponding to the p + -type semiconductor region PR is formed by using B x H y cluster ion implantation as compared with the case where no cluster ion implantation is used. This suggests that the effective thickness of the n-type semiconductor region corresponding to the semiconductor region NW is increased, thereby reducing the sheet resistance of the n-type semiconductor region. That, p + -type semiconductor to form the region PR in the case of using a cluster ion implantation B x H y, in comparison with the case of using no cluster ion implantation, p + -type semiconductor region PR shallow and high activity This suggests that the effective thickness of the n-type semiconductor region NW under the p + -type semiconductor region PR can be increased. Increasing the effective thickness of the n-type semiconductor region NW increases the effective area of the pn junction (the pn junction between the p-type well PW1 and the n-type semiconductor region NW) constituting the photodiode PD. Leading to an improvement in imaging sensitivity.

図39は、暗電流を比較した結果を示すグラフであり、図40は、白点の発生率を比較した結果を示すグラフである。ここで、図39および図40に示される「比較例」は、本実施の形態とは異なり、B(x,yはそれぞれ2以上の整数)のイオン注入を用いずにホウ素のイオン注入によりp型半導体領域PRを形成した場合に対応している。また、図39および図40に示される「実施形態1」は、B(x,yはそれぞれ2以上の整数)のイオン注入を用いてp型半導体領域PRを形成した場合に対応している。図39および図40のグラフにも示されるように、B(x,yはそれぞれ2以上の整数)のイオン注入を用いてp型半導体領域PRを形成することにより、暗電流を抑制することができ、また、白点の発生を抑制することができる。B(x,yはそれぞれ2以上の整数)のイオン注入によりp型半導体領域PRを形成したことで得られる暗電流の抑制効果や、白点の発生を抑制する効果は、p型半導体領域PRの深さによらず、得られる効果である。 FIG. 39 is a graph showing a result of comparing dark currents, and FIG. 40 is a graph showing a result of comparing white dot occurrence rates. Here, the “comparative example” shown in FIGS. 39 and 40 is different from the present embodiment in that boron ions are used without ion implantation of B x H y (x and y are integers of 2 or more, respectively). This corresponds to the case where the p + type semiconductor region PR is formed by implantation. Further, “Embodiment 1” shown in FIGS. 39 and 40 corresponds to the case where the p + type semiconductor region PR is formed by using ion implantation of B x H y (x and y are integers of 2 or more, respectively). doing. As shown in the graphs of FIGS. 39 and 40, the dark current can be reduced by forming the p + type semiconductor region PR by using ion implantation of B x H y (x and y are integers of 2 or more, respectively). It is possible to suppress the occurrence of white spots. The effect of suppressing dark current and the effect of suppressing generation of white spots obtained by forming the p + type semiconductor region PR by ion implantation of B x H y (x and y are each an integer of 2 or more) are p This effect is obtained regardless of the depth of the + type semiconductor region PR.

また、p型半導体領域PRを形成するためのイオン注入において、ドーズ量が大きすぎると、イオン注入時のダメージが大きく、暗電流や白点の増加につながる懸念がある。このため、ステップS6で複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタ(B)をイオン注入することによってp型半導体領域PRを形成するが、その際のドーズ量は、1×1014/cm以下、例えば1×1013〜1×1014/cm程度が好ましい。ここで言うドーズ量は、1cmの面積当たりに注入されるホウ素(B)原子の数に対応している。これにより、ステップS6のイオン注入時のダメージを小さくすることができるため、p型半導体領域PRによる暗電流の抑制効果を的確に高めることができる。また、白点の発生を的確に抑制することができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。また、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。 Further, in the ion implantation for forming the p + -type semiconductor region PR, if the dose amount is too large, there is a concern that damage at the time of ion implantation is large, leading to an increase in dark current and white spots. For this reason, the p + type semiconductor region PR is formed by ion-implanting a cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms in step S6. Is preferably 1 × 10 14 / cm 2 or less, for example, about 1 × 10 13 to 1 × 10 14 / cm 2 . The dose referred to here corresponds to the number of boron (B) atoms implanted per 1 cm 2 area. Thereby, since the damage at the time of ion implantation in step S6 can be reduced, the effect of suppressing dark current by the p + type semiconductor region PR can be accurately enhanced. Moreover, generation | occurrence | production of a white spot can be suppressed exactly. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved. In addition, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

本実施の形態では、ステップS6で複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタ(B)をイオン注入することによってp型半導体領域PRを形成することで、p型半導体領域PRの深さを浅くしたときの不具合を防止することができる。例えば、上述のように、イオン注入時のチャネリング現象を防止でき、また、イオン注入時のイオンビームを安定して生成することができる。このため、本実施の形態では、浅いp型半導体領域PRを的確に形成することができる。 In the present embodiment, the p + type semiconductor region PR is formed by ion-implanting clusters (B x H y ) composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms in step S6. Thus, it is possible to prevent problems when the depth of the p + type semiconductor region PR is reduced. For example, as described above, the channeling phenomenon at the time of ion implantation can be prevented, and the ion beam at the time of ion implantation can be stably generated. For this reason, in the present embodiment, the shallow p + type semiconductor region PR can be accurately formed.

従って、本実施の形態は、p型半導体領域PRの深さを浅くした場合に適用すれば効果が大きい。そして、p型半導体領域PRの深さを浅くすることで、フォトダイオードPDを構成するpn接合(p型ウエルPW1とn型半導体領域NWとの間のpn接合)の実効的な面積を増加させることができるため、フォトダイオードPDの容量を大きくすることができる。また、フォトダイオードPDの飽和電荷量を大きくすることができる。これにより、撮像感度を向上させることができる。また、p型半導体領域PRの深さを浅くしても、フォトダイオードPDに蓄積した電荷の転送特性は低下しない。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。また、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。 Therefore, this embodiment has a great effect when applied to the case where the depth of the p + type semiconductor region PR is reduced. Then, by reducing the depth of the p + type semiconductor region PR, the effective area of the pn junction (pn junction between the p type well PW1 and the n type semiconductor region NW) constituting the photodiode PD is increased. Therefore, the capacitance of the photodiode PD can be increased. In addition, the saturation charge amount of the photodiode PD can be increased. Thereby, imaging sensitivity can be improved. Further, even if the depth of the p + type semiconductor region PR is reduced, the transfer characteristic of the charge accumulated in the photodiode PD is not deteriorated. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved. In addition, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

このため、本実施の形態は、p型半導体領域PRの深さを浅くした場合に適用すれば効果が大きく、特に、ステップS6で形成されたp型半導体領域PRの、半導体基板SBの表面からの深さT1が、30nm以下(T1≦30nm)の場合に適用すれば、特に効果が大きい。なお、p型半導体領域PRの深さT1は、図20に示されており、ステップS6でp型半導体領域PRを形成したときの、半導体基板SBの表面からp型半導体領域PRの底面までの距離(深さ)に対応している。従って、別の言い方をすると、本実施の形態は、ステップS6でp型半導体領域PRを形成したときに、半導体基板SBの表面からp型半導体領域PRの底面までの距離(すなわち深さT1)が30nm以下(T1≦30nm)である場合に、特に効果が大きい。なお、p型半導体領域PRを形成した領域では、半導体基板SBの表面は、p型半導体領域PRの上面となっているため、p型半導体領域PRの深さT1は、ステップS6で形成されたp型半導体領域PRの厚さとみなすこともできる。 For this reason, the present embodiment is highly effective when applied to a case where the depth of the p + type semiconductor region PR is reduced, and in particular, the p + type semiconductor region PR formed in step S6 of the semiconductor substrate SB. The effect is particularly great when applied when the depth T1 from the surface is 30 nm or less (T1 ≦ 30 nm). Incidentally, p + -type semiconductor region depth T1 of the PR is shown in Figure 20, when forming the p + -type semiconductor region PR in step S6, from the surface of the semiconductor substrate SB in the p + -type semiconductor region PR It corresponds to the distance (depth) to the bottom. Therefore, in other words, in the present embodiment, when the p + type semiconductor region PR is formed in step S6, the distance (that is, the depth) from the surface of the semiconductor substrate SB to the bottom surface of the p + type semiconductor region PR. The effect is particularly great when T1) is 30 nm or less (T1 ≦ 30 nm). In the region where the p + type semiconductor region PR is formed, the surface of the semiconductor substrate SB is the upper surface of the p + type semiconductor region PR. Therefore, the depth T1 of the p + type semiconductor region PR is determined in step S6. It can also be regarded as the thickness of the formed p + type semiconductor region PR.

型半導体領域PRの深さT1を30nm以下(T1≦30nm)にしようとすると、クラスタイオン注入を用いなければ、チャネリング現象が発生することや、イオン注入時のイオンビームを安定して生成できないことなどにより、p型半導体領域PRを上手く形成できなくなってしまう。それに対して、本実施の形態では、ステップS6で複数のホウ素(B)原子と複数の水素(H)原子とからなるクラスタ(B)をイオン注入することによってp型半導体領域PRを形成することにより、p型半導体領域PRの深さT1が30nm以下(T1≦30nm)であっても、p型半導体領域PRを的確に形成することができる。従って、本実施の形態では、深さが30nm以下のp型半導体領域PRを的確に形成することができるため、p型半導体領域PRの深さを浅くしたことによる効果、例えば、フォトダイオードPDを構成するpn接合の実効的な面積を増加させることによってフォトダイオードPDの容量を増大させ、撮像感度を向上させることができるという効果を、不具合を生じずに享受することができる。 If the depth T1 of the p.sup. + type semiconductor region PR is set to 30 nm or less (T1.ltoreq.30 nm), if cluster ion implantation is not used, a channeling phenomenon occurs and an ion beam is stably generated during ion implantation. For example, the p + type semiconductor region PR cannot be formed successfully. On the other hand, in this embodiment, the p + type semiconductor region PR is obtained by ion-implanting a cluster (B x H y ) composed of a plurality of boron (B) atoms and a plurality of hydrogen (H) atoms in step S6. By forming the p + type semiconductor region PR, the p + type semiconductor region PR can be accurately formed even if the depth T1 of the p + type semiconductor region PR is 30 nm or less (T1 ≦ 30 nm). Therefore, in the present embodiment, the p + type semiconductor region PR having a depth of 30 nm or less can be accurately formed. Therefore, the effect of reducing the depth of the p + type semiconductor region PR, for example, a photodiode The effect of increasing the capacitance of the photodiode PD by increasing the effective area of the pn junction constituting the PD and improving the imaging sensitivity can be enjoyed without causing any problems.

また、ステップS6で形成されたp型半導体領域PRの、半導体基板SBの表面からの深さT1は、5nm以上(T1≧5nm)であれば、更に好ましい。すなわち、本実施の形態は、ステップS6でp型半導体領域PRを形成したときに、半導体基板SBの表面からp型半導体領域PRの底面までの距離(すなわち深さT1)が5nm以上(T1≧5nm)であれば、更に好ましい。これにより、p型半導体領域PRを設けたことによる暗電流の抑制効果を的確に得ることができる。 Further, the depth T1 of the p + type semiconductor region PR formed in step S6 from the surface of the semiconductor substrate SB is more preferably 5 nm or more (T1 ≧ 5 nm). That is, in this embodiment, when the p + type semiconductor region PR is formed in step S6, the distance from the surface of the semiconductor substrate SB to the bottom surface of the p + type semiconductor region PR (that is, the depth T1) is 5 nm or more ( (T1 ≧ 5 nm) is more preferable. As a result, the dark current suppressing effect due to the provision of the p + type semiconductor region PR can be obtained accurately.

従って、ステップS6で形成されたp型半導体領域PRの、半導体基板SBの表面からの深さT1は、5nm以上で30nm以下(5nm≦T1≦30nm)であれば、最も好ましい。 Therefore, the depth T1 of the p + type semiconductor region PR formed in step S6 from the surface of the semiconductor substrate SB is most preferably 5 nm or more and 30 nm or less (5 nm ≦ T1 ≦ 30 nm).

また、ステップS5で形成されたn型半導体領域NWの、半導体基板SBの表面からの深さT2は、例えば0.2〜1μm程度とすることができる(すなわち0.2μm≦T2≦1μm)。なお、n型半導体領域NWの深さT2は、図18に示されており、ステップS5でn型半導体領域NWを形成したときの、半導体基板SBの表面からn型半導体領域NWの底面までの距離(深さ)に対応している。   Further, the depth T2 of the n-type semiconductor region NW formed in step S5 from the surface of the semiconductor substrate SB can be set to, for example, about 0.2 to 1 μm (that is, 0.2 μm ≦ T2 ≦ 1 μm). Note that the depth T2 of the n-type semiconductor region NW is shown in FIG. 18, and from the surface of the semiconductor substrate SB to the bottom surface of the n-type semiconductor region NW when the n-type semiconductor region NW is formed in step S5. It corresponds to the distance (depth).

本実施の形態では、B(x,yはそれぞれ2以上の整数)のイオン注入によってp型半導体領域PRを形成することにより、イオン注入時のチャネリング現象を防止できる効果や、イオン注入時のイオンビームを安定して生成できる効果を得られるが、これは、浅いp型半導体領域PRを形成する場合に特に有益な効果である。更に、B(x,yはそれぞれ2以上の整数)のイオン注入によってp型半導体領域PRを形成することにより、暗電流の抑制効果や、白点の発生の抑制効果も得られるが、これは、p型半導体領域PRが浅い場合はもちろんのこと、p型半導体領域PRが浅くない場合であっても、得られる効果である。従って、本実施の形態は、浅いp型半導体領域PRを形成する場合に適用すれば特に効果が大きいが、p型半導体領域PRが浅くない場合であっても有効である。 In the present embodiment, by forming the p + type semiconductor region PR by ion implantation of B x H y (x and y are each an integer of 2 or more), the effect of preventing channeling phenomenon during ion implantation, Although an effect of stably generating an ion beam at the time of implantation can be obtained, this is a particularly beneficial effect when the shallow p + type semiconductor region PR is formed. Furthermore, by forming the p + type semiconductor region PR by ion implantation of B x H y (x and y are each an integer of 2 or more), the effect of suppressing dark current and the effect of suppressing the generation of white spots can be obtained. but this is the p + type when semiconductor region PR is shallow, of course, even if the p + -type semiconductor region PR is not shallow, an effect obtained. Therefore, this embodiment is particularly effective when applied to the formation of a shallow p + type semiconductor region PR, but is effective even when the p + type semiconductor region PR is not shallow.

(実施の形態2)
上記実施の形態1では、半導体装置が、半導体基板の表面側から光を入射する表面照射型のイメージセンサである例について説明した。一方、本実施の形態2では、半導体装置が、半導体基板の裏面側から光を入射する裏面照射型のイメージセンサである例について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the example in which the semiconductor device is a surface irradiation type image sensor that receives light from the surface side of the semiconductor substrate has been described. On the other hand, in the second embodiment, an example will be described in which the semiconductor device is a backside illumination type image sensor in which light is incident from the backside of the semiconductor substrate.

例えば、表面照射型のイメージセンサ(上記実施の形態1の半導体装置に対応)では、マイクロレンズ(ML)に入射した光は、層間絶縁膜(IL1〜IL4)を透過してフォトダイオード(PD)に照射される。層間絶縁膜(IL1〜IL4)のうちフォトダイオード(PD)の上方に位置する部分には、配線(M1〜M3)は形成されておらず、光の透過領域となっているが、イメージセンサの画素数の増加や小型化に伴って、この光の透過領域の面積が小さくなり、表面照射型のイメージセンサでは、フォトダイオードに入射する光量が減少するおそれがある。   For example, in a front-illuminated image sensor (corresponding to the semiconductor device of the first embodiment), light incident on the microlens (ML) is transmitted through an interlayer insulating film (IL1 to IL4) and is a photodiode (PD). Is irradiated. Wirings (M1 to M3) are not formed in the portions of the interlayer insulating films (IL1 to IL4) located above the photodiodes (PD) and serve as light transmission regions. As the number of pixels is increased and the size is reduced, the area of the light transmission region is reduced, and in the surface irradiation type image sensor, the amount of light incident on the photodiode may be reduced.

そこで、半導体基板の裏面側から光を入射させて、この入射光を効率よくフォトダイオードに到達させる裏面照射型のイメージセンサが提案されている。本実施の形態2では、この裏面照射型のイメージセンサへの適用例について説明する。   In view of this, a back-illuminated image sensor has been proposed in which light is incident from the back side of the semiconductor substrate and the incident light efficiently reaches the photodiode. In the second embodiment, an application example to this back-illuminated image sensor will be described.

本実施の形態2の半導体装置の構成、および、周辺回路領域の素子構造については、上記図1〜図7および図9を用いて説明した上記実施の形態1の半導体装置の構成、および、周辺回路領域の素子構造と同様であり、その説明を省略する。   Regarding the configuration of the semiconductor device of the second embodiment and the element structure of the peripheral circuit region, the configuration of the semiconductor device of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 7 and FIG. This is the same as the element structure in the circuit region, and the description thereof is omitted.

<画素領域の素子構造>
次いで、本実施の形態2の半導体装置の画素領域の素子構造を説明する。図41は、実施の形態2の半導体装置の構成を示す断面図である。図41は、本実施の形態2の半導体装置の要部断面図であり、上記図3のA−A線での断面図にほぼ対応しており、上記実施の形態1の上記図8に相当するものである。
<Element structure of pixel region>
Next, the element structure of the pixel region of the semiconductor device according to the second embodiment will be described. FIG. 41 is a cross-sectional view showing a configuration of the semiconductor device of Second Embodiment. 41 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment, which substantially corresponds to the cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3, and corresponds to FIG. 8 in the first embodiment. To do.

図41に示されるように、半導体基板SBにフォトダイオードPDと転送トランジスタTXとが形成され、かつ、半導体基板SBの表面側(図41では下側に対応)に層間絶縁膜(IL1〜IL4)および配線層(M1〜M3)が形成されている点は、本実施の形態2も上記実施の形態1と同様である。そして、さらに、本実施の形態2では、図41に示されるように、層間絶縁膜(IL4)の下層に、密着膜OXFが形成されており、この密着膜OXFの下層に支持基板SSが配置されている。   As shown in FIG. 41, a photodiode PD and a transfer transistor TX are formed on a semiconductor substrate SB, and interlayer insulating films (IL1 to IL4) are formed on the surface side of the semiconductor substrate SB (corresponding to the lower side in FIG. 41). The second embodiment is the same as the first embodiment in that the wiring layers (M1 to M3) are formed. Further, in the second embodiment, as shown in FIG. 41, the adhesion film OXF is formed under the interlayer insulating film (IL4), and the support substrate SS is arranged under the adhesion film OXF. Has been.

また、本実施の形態2では、半導体基板SBの厚さが、上記実施の形態1における半導体基板SBの厚さに比べて薄くなっており、かつ、半導体基板SBの裏面(図41では上側の面に対応)に、例えば、酸窒化シリコン膜から形成された反射防止膜ARFが形成されており、この反射防止膜ARF上にマイクロレンズMLが搭載されている。なお、半導体基板SBと反射防止膜ARFとの間にp型半導体領域が形成されていてもよい。 In the second embodiment, the thickness of the semiconductor substrate SB is thinner than the thickness of the semiconductor substrate SB in the first embodiment, and the back surface of the semiconductor substrate SB (the upper side in FIG. 41). For example, an antireflection film ARF made of a silicon oxynitride film is formed, and a microlens ML is mounted on the antireflection film ARF. A p + type semiconductor region may be formed between the semiconductor substrate SB and the antireflection film ARF.

このように構成されている画素領域1Aにおいて、マイクロレンズMLに光が入射されると、マイクロレンズMLに入射された光は、反射防止膜ARFを介して半導体基板SBの裏面に到達する。そして、半導体基板SBの裏面に到達した光は、半導体基板SBの内部に入り込み、フォトダイオードPDに照射される。   In the pixel region 1A configured as described above, when light is incident on the microlens ML, the light incident on the microlens ML reaches the back surface of the semiconductor substrate SB via the antireflection film ARF. Then, the light that reaches the back surface of the semiconductor substrate SB enters the semiconductor substrate SB and is irradiated to the photodiode PD.

<半導体装置の製造方法>
次いで、本実施の形態2の半導体装置の製造方法について説明する。なお、以下では、画素領域における製造工程について説明する。図42〜図47は、実施の形態2の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。なお、図42〜図47は、上記図41に相当する断面図、すなわち、上記図3のA−A線に相当する位置での断面図である。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described. Hereinafter, a manufacturing process in the pixel region will be described. 42 to 47 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of the second embodiment during the manufacturing steps thereof. 42 to 47 are cross-sectional views corresponding to FIG. 41, that is, cross-sectional views at positions corresponding to the AA line in FIG.

本実施の形態2では、反射防止膜ARFを形成しないこと以外は、上記実施の形態1と同様の工程(上記ステップS1〜S9)を行って、上記図26に相当する図42の構造を得る。図42に示されるように、本実施の形態2では、ゲート電極Gtの両方の側壁上にサイドウォールスペーサSWが形成されるが、半導体基板SB上に反射防止膜ARFは、まだ形成されていない。本実施の形態2では、反射防止膜ARFは、後述の図47の工程で形成される。   In the second embodiment, the same processes (steps S1 to S9) as those of the first embodiment are performed except that the antireflection film ARF is not formed, and the structure of FIG. 42 corresponding to FIG. 26 is obtained. . As shown in FIG. 42, in the second embodiment, sidewall spacers SW are formed on both sidewalls of the gate electrode Gt, but the antireflection film ARF is not yet formed on the semiconductor substrate SB. . In the second embodiment, the antireflection film ARF is formed in the process of FIG. 47 described later.

次に、図43に示されるように、本実施の形態2においても、上記ステップS10を行ってn型半導体領域NRを形成する。n型半導体領域NRの形成位置や機能については、本実施の形態2も上記実施の形態1と基本的には同じであるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。なお、上記ステップS10は、本実施の形態2も上記実施の形態1とほぼ同様に行うことができるが、本実施の形態2では、反射防止膜ARFを形成していないため、転送トランジスタTXのゲート電極Gtの両側のうち、ソース側をフォトレジスト層(図示せず)で覆い、ドレイン側をフォトレジスト層から露出させた状態で、イオン注入を行ってn型半導体領域NRを形成する。   Next, as shown in FIG. 43, also in the second embodiment, step S10 is performed to form an n-type semiconductor region NR. Since the formation position and function of the n-type semiconductor region NR are basically the same as in the first embodiment, the repeated description thereof is omitted here. The step S10 can be performed in the second embodiment in substantially the same manner as the first embodiment. However, in the second embodiment, since the antireflection film ARF is not formed, the transfer transistor TX is configured. Ion implantation is performed to form an n-type semiconductor region NR with the source side covered with a photoresist layer (not shown) on both sides of the gate electrode Gt and the drain side exposed from the photoresist layer.

次に、本実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様に、上記ステップS11〜S15と、上記層間絶縁膜IL2〜IL4および配線M1〜M3の形成工程とを行って、図44の構造を得る。なお、上記ステップS11〜S15と、上記層間絶縁膜IL2〜IL4および配線M1〜M3の形成工程とについては、本実施の形態2も上記実施の形態1と基本的には同じであるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。但し、本実施の形態2では、反射防止膜ARFは、まだ形成されていない。   Next, also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the steps S11 to S15 and the steps of forming the interlayer insulating films IL2 to IL4 and the wirings M1 to M3 are performed, as shown in FIG. Get the structure. The steps S11 to S15 and the steps of forming the interlayer insulating films IL2 to IL4 and the wirings M1 to M3 are basically the same as those of the first embodiment. Then, the repeated explanation is omitted. However, in the second embodiment, the antireflection film ARF is not yet formed.

また、図44には、n型半導体領域NRの上部に上記金属シリサイド層SILを形成していない場合が示されているが、n型半導体領域NRの上部に上記金属シリサイド層SILを形成することもできる。   FIG. 44 shows the case where the metal silicide layer SIL is not formed above the n-type semiconductor region NR, but the metal silicide layer SIL is formed above the n-type semiconductor region NR. You can also.

次に、図45に示されるように、配線M3を形成した層間絶縁膜IL4の表面を下側に向け、この層間絶縁膜IL4の表面に、例えば、酸化シリコン膜からなる密着膜OXFを介して支持基板SSを配置する。これにより、半導体基板SBの裏面が上を向いた状態で、半導体基板SBおよび絶縁膜IL1〜1L4からなる積層構造体が支持基板SSに固定される。それから、図46に示されるように、上を向いた半導体基板SBの裏面を研削する。これにより、半導体基板SBの厚さを薄くすることができる。   Next, as shown in FIG. 45, the surface of the interlayer insulating film IL4 on which the wiring M3 is formed is directed downward, and the surface of the interlayer insulating film IL4 is formed on the surface of the interlayer insulating film IL4 via, for example, an adhesion film OXF made of a silicon oxide film. A support substrate SS is disposed. Accordingly, the stacked structure including the semiconductor substrate SB and the insulating films IL1 to 1L4 is fixed to the support substrate SS with the back surface of the semiconductor substrate SB facing upward. Then, as shown in FIG. 46, the back surface of the semiconductor substrate SB facing upward is ground. Thereby, the thickness of the semiconductor substrate SB can be reduced.

次に、図47に示されるように、半導体基板SBの裏面上に、例えば、酸窒化シリコン膜からなる反射防止膜ARFを形成する。なお、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用することにより、半導体基板SBの上面側を向いている裏面に、ホウ素(B)などのp型不純物を導入し、半導体基板SBと反射防止膜ARFとの間にp型半導体領域を形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 47, an antireflection film ARF made of, for example, a silicon oxynitride film is formed on the back surface of the semiconductor substrate SB. In addition, by using a photolithography technique and an ion implantation method, a p-type impurity such as boron (B) is introduced into the back surface facing the top surface side of the semiconductor substrate SB, and the semiconductor substrate SB, the antireflection film ARF, A p + type semiconductor region may be formed between the two.

次に、図47に示されるように、反射防止膜ARF上に、フォトダイオードPDを構成するn型半導体領域NWと平面視において重なるように、マイクロレンズMLを取り付ける。以上のようにして、本実施の形態2におけるイメージセンサとしての半導体装置を製造することができる。   Next, as shown in FIG. 47, the microlens ML is attached on the antireflection film ARF so as to overlap with the n-type semiconductor region NW constituting the photodiode PD in plan view. As described above, the semiconductor device as the image sensor according to the second embodiment can be manufactured.

本実施の形態2も、フォトダイオードPDやトランジスタの形成法は、上記実施の形態1と同様である。このため、本実施の形態2においても、上記実施の形態1で説明したのとほぼ同様の効果を得ることができる。   In the second embodiment, the method for forming the photodiode PD and the transistor is the same as that in the first embodiment. For this reason, also in this Embodiment 2, the effect similar to having demonstrated in the said Embodiment 1 can be acquired.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

1A 画素領域
2A 周辺回路領域
AcAS、AcG、AcL、AcR、AcTP 活性領域
AMI 増幅トランジスタ
ARF 反射防止膜
AP 出力アンプ
CHP チップ領域
CLC 列回路
CP キャップ絶縁膜
CT コンタクトホール
FD フローティングディフュージョン
Ga、Glt、Gr、Gs、Gt ゲート電極
GND 接地電位
GOX ゲート絶縁膜
HSC 水平走査回路
IL1,IL2,IL3,IL4 層間絶縁膜
LCS 素子分離領域
LGND 接地電位線
LRST リセット線
LT 周辺トランジスタ
LTX 転送線
LVDD 電源電位線
M1,M2,M3 配線
ML マイクロレンズ
N1 ノード
NM n型半導体領域
NR,NW n型半導体領域
OL 出力線
OP1,OP2 開口部
OXF 密着膜
Pa,Pag,Pfd,Pg,Pr1,Pr2,Prg プラグ
PD フォトダイオード
PG プラグ
PR p型半導体領域
Ps、Psg、Pt1、Pt2、Ptg プラグ
PU 画素
PW1,PW2 p型ウエル
RS1,RS2,RS3 フォトレジストパターン
RST リセットトランジスタ
SB 半導体基板
SD n型半導体領域
SEL 選択トランジスタ
SIL 金属シリサイド層
SL 選択線
SS 支持基板
SWT スイッチ
SW サイドウォールスペーサ
TX 転送トランジスタ
VDD 電源電位
VSC 垂直走査回路
WF 半導体ウエハ
1A Pixel region 2A Peripheral circuit region AcAS, AcG, AcL, AcR, AcTP Active region AMI Amplifying transistor ARF Antireflection film AP Output amplifier CHP Chip region CLC Column circuit CP Cap insulating film CT Contact hole FD Floating diffusion Ga, Glt, Gr, Gs, Gt Gate electrode GND Ground potential GOX Gate insulating film HSC Horizontal scanning circuit IL1, IL2, IL3, IL4 Interlayer insulating film LCS Element isolation region LGND Ground potential line LRST Reset line LT Peripheral transistor LTX Transfer line LVDD Power supply potential line M1, M2 , M3 wiring ML micro lens N1 node NM n type semiconductor region NR, NW n type semiconductor region OL output line OP1, OP2 opening OXF adhesion film Pa, Pag, Pfd, Pg, Pr1, Pr2, Pr g plug PD photodiode PG plug PR p + type semiconductor region Ps, Psg, Pt1, Pt2, Ptg plug PU pixel PW1, PW2 p type well RS1, RS2, RS3 photoresist pattern RST reset transistor SB semiconductor substrate SD n + type semiconductor Region SEL Select transistor SIL Metal silicide layer SL Select line SS Support substrate SWT Switch SW Side wall spacer TX Transfer transistor VDD Power supply potential VSC Vertical scanning circuit WF Semiconductor wafer

Claims (7)

(a)半導体基板を用意する工程、
(b)前記半導体基板内に、フォトダイオード用のp型の第1半導体領域を形成する工程、
(c)前記半導体基板内に、前記フォトダイオード用のn型の第2半導体領域を形成する工程、
(d)前記半導体基板内に、p型の第3半導体領域を形成する工程、
を有し、
前記第2半導体領域は、前記第1半導体領域に内包され、
前記第3半導体領域は、前記第2半導体領域の表層部分に形成され、
前記(d)工程では、複数のホウ素原子と複数の水素原子とからなるクラスタをイオン注入することにより、前記第3半導体領域が形成される、半導体装置の製造方法。
(A) preparing a semiconductor substrate;
(B) forming a p-type first semiconductor region for a photodiode in the semiconductor substrate;
(C) forming an n-type second semiconductor region for the photodiode in the semiconductor substrate;
(D) forming a p-type third semiconductor region in the semiconductor substrate;
Have
The second semiconductor region is included in the first semiconductor region;
The third semiconductor region is formed in a surface layer portion of the second semiconductor region,
In the step (d), the third semiconductor region is formed by ion-implanting a cluster composed of a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
(e)前記半導体基板上に、前記フォトダイオードにより生成された電荷を転送する転送用トランジスタのゲート電極を、ゲート絶縁膜を介して形成する工程、
(f)前記半導体基板内に、前記転送用トランジスタのドレイン領域を形成する工程、
を更に有し、
前記第2半導体領域は、前記転送用トランジスタのソース領域としても機能する、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
(E) forming a gate electrode of a transfer transistor for transferring charges generated by the photodiode on the semiconductor substrate via a gate insulating film;
(F) forming a drain region of the transfer transistor in the semiconductor substrate;
Further comprising
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second semiconductor region also functions as a source region of the transfer transistor.
請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程で前記クラスタが前記半導体基板にイオン注入されると、前記クラスタを構成していた複数のホウ素原子および複数の水素原子は、前記半導体基板内で分散する、半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
When the cluster is ion-implanted into the semiconductor substrate in the step (d), a plurality of boron atoms and a plurality of hydrogen atoms constituting the cluster are dispersed in the semiconductor substrate. .
請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
(g)前記(d)工程の後、熱処理を行う工程、
を更に有し、
前記(g)工程を行った後は、前記(d)工程で注入されたホウ素原子は、前記第3半導体領域において、前記半導体基板を構成するシリコン結晶のシリコンサイトに位置している、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
(G) a step of performing a heat treatment after the step (d),
Further comprising
After performing the step (g), the boron atom implanted in the step (d) is located in a silicon site of a silicon crystal constituting the semiconductor substrate in the third semiconductor region. Manufacturing method.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程で形成された前記第3半導体領域の、前記半導体基板の表面からの深さは、30nm以下である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The depth of the third semiconductor region formed in the step (d) from the surface of the semiconductor substrate is 30 nm or less.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3半導体領域の不純物濃度は、前記第1半導体領域の不純物濃度よりも高い、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein an impurity concentration of the third semiconductor region is higher than an impurity concentration of the first semiconductor region.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3半導体領域の一部は、前記第1半導体領域に接している、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a part of the third semiconductor region is in contact with the first semiconductor region.
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