JP5922905B2

JP5922905B2 - 固体撮像装置の製造方法

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Publication number: JP5922905B2
Application number: JP2011223457A
Authority: JP
Inventors: 篠原　真人; 真人篠原; 旬史岩田
Original assignee: Canon Inc
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Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2016-05-24
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Description

本発明は固体撮像装置の製造方法に関する。

固体撮像装置の一種であるＣＭＯＳ型の固体撮像装置は光電変換素子に蓄積された電荷を処理するために、リセット用トランジスタ、増幅用トランジスタ、転送用トランジスタなどの複数のＭＯＳトランジスタを有する。これらのＭＯＳトランジスタの閾値電圧は、チャネル領域にドーパントイオンまたはアクセプタイオンを注入することによって制御される。特許文献１では、ＭＯＳトランジスタごとに閾値電圧を異ならせるために、対象のＭＯＳトランジスタのチャネル領域を開口するレジストパターンを形成する工程と、該開口からチャネル領域にイオンを注入する工程とをＭＯＳトランジスタごとに実施する。

特開平１１−１９６３３１号公報

特許文献１のように、半導体基板の複数の異なる領域に異なる条件でイオンを注入するためには、その条件ごとにレジストパターン形成工程とイオン注入工程とを繰り返す必要がある。それにより、製造工数が増加し、それに応じて製造コスト・製造時間も増大する。そこで、本発明は半導体基板の複数の異なる領域に異なる条件でイオンを注入するために必要な工程を低減する技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の１つの側面は、電荷を蓄積する蓄積領域をそれぞれが含む複数の光電変換素子と、１つ以上のＭＯＳトランジスタとが半導体基板に形成され、前記半導体基板のうち互いに隣接する前記蓄積領域の間に分離領域を有する固体撮像装置の製造方法であって、開口と遮蔽部とを有するレジストパターンを前記半導体基板の上に形成する形成工程と、前記レジストパターンの前記開口を通じて前記半導体基板にイオンを注入する注入工程とを有し、前記形成工程で形成される前記レジストパターンは、前記半導体基板を第１方向から見た場合に、前記分離領域を前記開口から露出し、前記半導体基板を前記第１方向とは異なる方向から見た場合に、前記１つ以上のＭＯＳトランジスタが形成される領域を前記開口から露出するとともに、前記分離領域を前記遮蔽部により遮り、前記注入工程では、前記第１方向に沿って照射されたイオンが前記分離領域に注入され、前記異なる方向に沿って照射されたイオンが前記１つ以上のＭＯＳトランジスタが形成される領域に注入され、前記分離領域に注入されたイオンが、前記１つ以上のＭＯＳトランジスタが形成される領域に注入されたイオンよりも、前記半導体基板の表面からの位置が深くなるようにイオンを照射することを特徴とする固体撮像装置の製造方法を提供する。本発明の別の側面は、電荷を蓄積する蓄積領域をそれぞれが含む複数の光電変換素子と、ＭＯＳトランジスタとが半導体基板に形成された固体撮像装置の製造方法であって、前記ＭＯＳトランジスタが形成される領域を含む第１領域と、前記第１領域と異なる領域で、隣接する前記蓄積領域の間に位置する分離領域を含む第２領域と、を露出させる開口を有するレジストパターンを前記半導体基板の上に形成する形成工程と、前記レジストパターンの前記開口を通じて前記半導体基板にイオンを注入する注入工程と、を有し、前記注入工程は、第１の角度で、少なくとも前記第２領域にイオンを注入する工程と、前記第１の角度とは異なる第２の角度で、前記第１領域のみにイオンを注入する工程と、を有し、前記第１の角度で前記第２領域に注入されたイオンが、前記第２の角度で前記第１領域に注入されたイオンよりも、前記半導体基板の表面からの位置が深くなるようにイオンを照射することを特徴とする固体撮像装置の製造方法を提供する。

上記手段により、半導体基板の複数の異なる領域に異なる条件でイオンを注入するために必要な工程を低減する技術が提供される。

本発明の１つの実施形態の固体撮像装置のレイアウト図。本発明の第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。本発明の第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。本発明の第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。本発明の第２実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。本発明の第３実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。本発明の第３実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。本発明の第１実施形態の固体撮像装置の製造方法の変形例を説明する図。

添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。本発明は一般にＭＯＳトランジスタと、素子間を分離する不純物拡散層とを有する半導体装置に対して適用可能であり、以下ではこのような半導体装置の一例としてＣＭＯＳ型の固体撮像装置を扱う。図１は本発明の様々な実施形態に係る製造方法によって製造される固体撮像装置１００の構成の一例を説明するレイアウト図である。図１（ａ）は固体撮像装置１００の平面図を示し、図１（ｂ）および図１（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）のＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線における断面図を示す。図２から図８においても同様に（ａ）が平面図を示し、（ｂ）および（ｃ）がそれぞれ各平面図におけるＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線における断面図を示す。

固体撮像装置１００は、複数の画素が二次元状（アレイ状）に配置された画素アレイ、該画素アレイにおける行を選択する行選択回路、該画素アレイにおける列を選択する列選択回路、列信号線を介して該画素アレイから信号を読み出す読み出し回路を含みうる。画素アレイ、行選択回路、列選択回路および読み出し回路は、半導体基板１０１に形成される。典型的には、読み出し回路は、該画素アレイにおける該行選択回路によって選択された行の画素の信号を読み出し、該列選択回路は、該読み出し回路によって読み出された１行分の画素の信号の中から外部に出力すべき信号を選択する。

固体撮像装置１００の各画素は同様の構成を有しうるので、図１では１つの画素ＰＸＬとその周辺の画素の一部分とを示し、画素ＰＸＬについて説明する。図１では説明のために画素の境界を点線で示す。場合によっては、この点線が直線でない場合も有り得る。半導体基板１０１は、例えば半導体領域１０２とその上に配置されたウェル領域１０３（不純物半導体領域ともいう）とを含みうる。半導体領域１０２は、第１導電型のシリコン基板でありうる。ウェル領域１０３は、第１導電型でありうる。ウェル領域１０３の中には、第１導電型の蓄積領域１０４が形成されうる。半導体基板１０１の表面（ウェル領域１０３の表面）には酸化膜等の絶縁膜１０７が形成され、該絶縁膜１０７の上には転送ゲート１０６が形成されている。ここで、第１導電型がＮ型であり第２導電型がＰ型である場合は蓄積領域１０４には電子が蓄積され、第１導電型がＰ型であり第２導電型がＮ型である場合は蓄積領域１０４には正孔が蓄積される。以下では説明のために第１導電型がＮ型であり、第２導電型がＰ型である場合を扱うが、その逆でも本発明は成り立つ。

画素ＰＸＬは蓄積領域１０４、電荷電圧変換部１０５（フローティングディフュージョン）および転送ゲート１０６を有する。光電変換素子は少なくとも蓄積領域１０４とウェル領域１０３とによって形成され、固体撮像装置１００への入射光によって光電変換素子で発生した電荷は、当該光電変換素子の蓄積領域１０４に蓄積される。転送ゲート１０６は、ＭＯＳトランジスタのゲートとして機能する。行選択回路から転送ゲート１０６にアクティブレベルの電圧が供給されることによって転送ゲート１０６の下にＭＯＳトランジスタのチャネルが形成され、蓄積領域１０４に蓄積された電荷がこのチャネルを通して電荷電圧変換部１０５に転送される。このチャネルが出来る領域を含み、ゲートの下にあり、ソースとドレインとの間にある領域をチャネル領域と称する。

画素ＰＸＬは電荷電圧変換部１０５の電圧をリセットするリセットスイッチや、電荷電圧変換部１０５の電圧に応じた信号を列信号線に出力する増幅部や、画素を選択するための選択スイッチ等として機能する１つ以上のＭＯＳトランジスタを含みうる。その他のＭＯＳトランジスタとして、光電変換素子の電荷と隣接する光電変換素子の電荷とを加算するためのスイッチ等も挙げられる。これらのＭＯＳトランジスタのうちの１つをＭＯＳトランジスタＴ１（第１ＭＯＳトランジスタ）とよび、別のものをＭＯＳトランジスタＴ２（第２ＭＯＳトランジスタ）とよぶ。ＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２は何れの機能を有するトランジスタであってもよい。本実施形態では、ＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２のいずれもＮ型である場合を扱うが、少なくとも一方がＰ型であってもよい。ＭＯＳトランジスタＴ１は、半導体基板１０１内のウェル領域１０３のアクティブ領域に形成されたソースＴ１ｓ、ドレインＴ１ｄと、ソースＴ１ｓおよびドレインＴ１ｄの間のチャネル領域に形成されたイオン導入層（注入層）Ｔ１ｉとを有しうる。ＭＯＳトランジスタＴ１はさらにチャネル領域を覆うように半導体基板１０１の絶縁膜１０７の上に形成されたゲートＴ１ｇを有しうる。ＭＯＳトランジスタＴ２もＭＯＳトランジスタＴ１と同様に、ソースＴ２ｓ、ドレインＴ２ｄ、イオン導入層（注入層）Ｔ２ｉおよびゲートＴ２ｇを有しうる。固体撮像装置１００はさらに、トランジスタＴ１、Ｔ２の下にＰ型の不純物拡散層１１２を有しうる。

固体撮像装置１００では各画素が電荷電圧変換部１０５とＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２とを有しているが、複数の画素が電荷電圧変換部１０５とＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２とを共有してもよい。また、固体撮像装置１００は電荷電圧変換部１０５やＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２に接続される配線層を有しうるが、配線層は周知の構成と同じであってもよいため、説明および図示を省略する。

固体撮像装置１００はまた、半導体基板１０１の表面に形成された絶縁膜１０７と蓄積領域１０４との間に形成されたＰ型の拡散層１０８を有する。固体撮像装置１００はさらに、ＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２を他の素子から分離するための酸化膜等の絶縁膜１０９、および絶縁膜１０９の直下に配置されたチャネルストップとして機能するＰ型の半導体層１１１を有しうる。固体撮像装置１００はさらに、隣接する画素の光電変換素子を分離するＰ型の不純物拡散層１１０を有しうる。不純物拡散層１１０は隣接する画素の光電変換素子の間に配置され、特にこれらの画素の蓄積領域１０４の間に配置されうる。

説明のために、各図に示すような座標系ＣＳを設定する。この座標系ＣＳでは、ＸＹ平面が半導体基板１０１の表面に平行であり、Ｚ軸が半導体基板１０１の表面の法線に平行である。本実施形態では、Ｘ方向に隣接した２つの画素の蓄積領域１０４の間に電荷電圧変換部１０５やＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２が形成され、Ｙ方向に隣接した２つの画素の蓄積領域１０４の間には他の素子が形成されずに不純物拡散層１１０が形成される。以下の説明において、半導体領域の形成される範囲を図面に示しているが、あくまで模式的なものである。

続いて、図２から図４を用いて図１に示した固体撮像装置１００の製造方法の第１実施形態を説明する。まず、図２に示される半導体基板１０１を準備する。この半導体基板１０１には、ウェル領域１０３、電荷電圧変換部１０５、絶縁膜１０７、１０９、半導体層１１１、拡散層１０８、ソースＴ１ｓ、Ｔ２ｓ、ドレインＴ１ｄ、Ｔ２ｄが形成されている。また、半導体基板１０１の上に転送ゲート１０６およびゲートＴ１ｇ、Ｔ２ｇが形成されている。以下の各実施形態における製造方法では、説明を簡単にするため、転送ゲート１０６およびゲートＴ１ｇ、Ｔ２ｇは不図示である。このような半導体基板１０１を形成する方法は周知の技術を用いればよいため、その説明を省略する。次に、半導体基板１０１の上にフォトリソグラフィー工程によってレジストパターンＲＰを形成する。レジストパターンＲＰは図２に示すような開口ＯＰと遮蔽部ＳＤとを有する。本実施形態では、レジストパターンＲＰは、Ｚ軸方向から半導体基板１０１を見た場合に、遮蔽部ＳＤによって蓄積領域１０４と電荷電圧変換部１０５とを覆う。また、レジストパターンＲＰは、Ｚ軸方向から半導体基板１０１を見た場合に、ＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２のチャネル領域（ソースとドレインとの間の領域）と、隣接する蓄積領域１０４の間の領域（以下、蓄積領域分離領域とよぶ）とを開口ＯＰから露出する。

続いて、図３に示すように、Ｚ軸に平行な方向ＤＲ１（第１方向）、すなわち半導体基板１０１の表面に直交する方向ＤＲ１に沿ってイオンを照射（注入）する工程を行う。つまり、イオン照射方向（注入方向）が方向ＤＲ１である。ここで、方向ＤＲ１は半導体基板の表面の法線に対して０度である。本明細書において、方向は座標系ＣＳにおける空間ベクトルによって規定される。レジストパターンＲＰは、方向ＤＲ１から半導体基板１０１を見た場合に、蓄積領域１０４および電荷電圧変換部１０５を遮蔽部ＳＤによって遮り、蓄積領域分離領域およびＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２が形成される領域を開口ＯＰから露出する。そのため、レジストパターンＲＰの開口ＯＰを通過したイオンは、半導体基板１０１の表面のうち、図３（ａ）の斜線部３０１で示す部分に到達し、半導体基板１０１内に注入される。ここで注入されるイオンは例えばホウ素やインジウムなどのＰ型半導体領域を形成するためのイオンである。蓄積領域分離領域に注入されたイオンは半導体基板１０１内にＰ型の不純物拡散層１１０を形成する。また、ＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２が形成される領域に注入されたイオンはこれらのトランジスタのソースＴ１ｓ、Ｔ２ｓおよびドレインＴ１ｄ、Ｔ２ｄの下にＰ型の不純物拡散層１１２を形成する。

続いて、図４に示すように、ＹＺ平面に平行で、Ｚ軸から傾いた方向ＤＲ２（第２方向）に沿ってイオンを照射（注入）する工程を行う。つまり、イオン照射方向（注入方向）が方向ＤＲ２である。ここで、方向ＤＲ２は半導体基板の表面の法線ＮＬに対して角度θを有する。これにより、レジストパターンＲＰの開口ＯＰを通過したイオンが、半導体基板１０１の表面のうち、図４（ａ）の斜線部４０１で示す部分に到達し、半導体基板１０１内に注入される。ＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２の閾値電圧を上昇したい場合にはボロンなどのドナーイオンを注入し、この閾値電圧を低下したい場合には砒素や燐などのアクセプタイオンを注入する。レジストパターンＲＰは、方向ＤＲ２から半導体基板１０１を見た場合に、蓄積領域１０４、電荷電圧変換部１０５および蓄積領域分離領域を遮蔽部ＳＤによって遮り、ＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２が形成される領域を開口ＯＰから露出する。そのため、ＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２が形成される領域に注入されたイオンはこれらのトランジスタのチャネル領域にイオン導入層Ｔ１ｉ、Ｔ２ｉを形成する。一方で、蓄積領域分離領域へ向けて照射されたイオンはレジストパターンＲＰの遮蔽部ＳＤに遮蔽されて、半導体基板１０１に到達しない。レジストパターンＲＰは半導体基板に垂直な側面を有しているので、この遮蔽される領域の一辺をＤＳＤとすると、レジストパターンＲＰの厚さＤＲＰとイオン注入方向の角度θから、ＤＳＤ＝ｔａｎθ×ＤＲＰの関係がある。ここで、所望のＤＳＤを有するために、レジストパターンの厚さＤＲＰやイオン注入方向の角度θを設定できる。

このように、方向ＤＲ２から半導体基板１０１を見た場合に、隣接する蓄積領域１０４を分離する領域はレジストパターンＲＰの遮蔽部ＳＤの陰になるため、この領域にはＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２の閾値電圧を調整するためのイオンが導入されない。そのため、このイオンによる蓄積領域１０４を分離する不純物拡散層１１０の分離特性がこのイオンにより低下すること、または蓄積領域１０４の特性がこのイオンにより低下することを防止できる。また、ＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２の下には不純物拡散層１１２が形成されるが、不純物拡散層１１２はイオン導入層Ｔ１ｉ、Ｔ２ｉよりも深くに位置し、ウェル領域１０３よりも高濃度である。この不純物拡散層１１２は、Ｎ型のウェル領域１０３に配置されるＮ型のＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２を動作させるためのポテンシャルバリアとして機能可能である。なお、転送ゲート１０６は、これらイオン注入工程（照射工程）が終了した後に形成することも可能である。以上の工程を経て、図１の固体撮像装置１００が製造される。

本実施形態のＣＭＯＳ型の固体撮像装置においては、増幅部のＭＯＳトランジスタの閾値は信号のダイナミックレンジやノイズに大きな影響を与えるため、増幅部のＭＯＳトランジスタにイオン導入層を形成することが好ましい。本実施形態では、ＭＯＳトランジスタＴ１を増幅部のＭＯＳトランジスタとし、Ｎ型の半導体領域を形成するためのイオンを注入してＮ型のイオン導入層Ｔ１ｉを形成する。増幅部のＭＯＳトランジスタＴ１をノイズが低減可能な埋め込みチャネル型のＭＯＳトランジスタとして形成するためである。また、ＭＯＳトランジスタＴ２をリセットスイッチとし、Ｎ型の半導体領域を形成するためのイオンをＮ型のイオン導入層Ｔ２ｉを形成する。ここでは、リセットスイッチの閾値の設定に合わせて、Ｎ型あるいはＰ型のイオン導入層Ｔ２ｉを形成できる。

上記の実施形態では、２つのイオン注入工程で共通のレジストパターンＲＰを使用することにより、レジストパターンの形成工程および剥離工程を低減でき、固体撮像装置１００を安価かつ短時間で製造できる。上記の例では方向ＤＲ２が方向ＤＲ１よりも半導体基板１０１の表面の法線に対する角度が大きい場合を扱った。しかし、イオンを照射する方向を調整することによって、これらの角度を等しくしてもよいし、大小関係を逆にしてもよい。例えば、図３で説明した不純物拡散層１１０を形成するためのイオンを、ＸＺ平面に平行で、Ｚ軸から傾いた方向に沿って注入してもよい。この方向から半導体基板１０１を見た場合に、レジストパターンＲＰは、蓄積領域１０４、電荷電圧変換部１０５およびＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２が形成される領域を遮蔽部ＳＤによって遮る。また、この方向から半導体基板１０１を見た場合に、レジストパターンＲＰは、蓄積領域分離領域を開口ＯＰから露出する。そのため、不純物拡散層１１０は形成されるが、ＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２の下にある不純物拡散層１１２は形成されない。

続いて、図５を用いて図１に示した固体撮像装置１００の製造方法の第２実施形態を説明する。第２実施形態では、図４を用いて説明したイオン注入工程までは第１実施形態と同様であり、その後にＹＺ平面に平行で、Ｚ軸から傾いた方向ＤＲ３（第３方向）からイオンを注入する工程をさらに行う。方向ＤＲ２と方向ＤＲ３とは互いに異なる。本実施例では、半導体基板１０１の表面の法線と方向ＤＲ３との成す角は、半導体基板１０１の表面の法線と方向ＤＲ２との成す角よりも大きい。ここで表面の法線と方向が成す角とは、当該法線と、方向に沿った直線とがなす角度（９０度以下）をいう。第１実施形態におけるイオン注入方向の角度θを用いると、第３方向の角度θ３は第２方向の角度θと、θ＜θ３となる。そのため、レジストパターンＲＰは、方向ＤＲ３から半導体基板１０１を見た場合に、蓄積領域１０４、電荷電圧変換部１０５、蓄積領域分離領域およびＭＯＳトランジスタＴ１が形成される領域を遮蔽部ＳＤによって遮る。また、レジストパターンＲＰは、方向ＤＲ３から半導体基板１０１を見た場合に、ＭＯＳトランジスタＴ２が形成される領域を開口ＯＰから露出する。これにより、レジストパターンＲＰの開口ＯＰを通過したイオンが、半導体基板１０１の表面のうち、図５（ａ）の斜線部５０１で示す部分に到達し、半導体基板１０１内に導入される。このイオンにより、ＭＯＳトランジスタＴ１のイオン導入層Ｔ１ｉの濃度は更に高くなる。しかし、ＭＯＳトランジスタＴ２のイオン導入層Ｔ２ｉには方向ＤＲ３から注入されたイオンは到達しないので、イオン導入層Ｔ２ｉの濃度は変わらない。また、蓄積領域分離領域に向けて照射されたイオンはレジストパターンＲＰの遮蔽部ＳＤに遮蔽されて、半導体基板１０１に到達しない。

ＭＯＳトランジスタＴ１にはイオン導入層Ｔ１ｉを形成する必要があるが、ＭＯＳトランジスタＴ２にはイオン導入層Ｔ２ｉを形成する必要がない場合には、図５に示すイオン注入工程を行い、図４に示すイオン注入工程を省略すればよい。

第２実施形態では、複数のＭＯＳトランジスタの閾値電圧が異なるようにできるため、第１実施形態の利点に加えて、固体撮像装置１００の性能を向上できる。

続いて、図６および図７を用いて図１に示した固体撮像装置１００の製造方法の第３実施形態を説明する。第３実施形態では、図３を用いて説明したイオン注入工程までは第１実施形態と同様である。その後に図６に示されるようなＹＺ平面に平行で、Ｚ軸から傾いた方向ＤＲ４に沿ってイオンを注入する工程と、図７に示されるようなＺ軸から傾いた方向ＤＲ５に沿ってイオンを注入する工程とをさらに行う。本実施例では、方向ＤＲ４（第２方向）と方向ＤＲ５（第３方向）とは半導体基板１０１との成す角が同じであり、ＸＺ平面に関して面対称である。

図６に示すように、レジストパターンＲＰは、方向ＤＲ４から半導体基板１０１を見た場合に、蓄積領域１０４、電荷電圧変換部１０５、蓄積領域分離領域およびＭＯＳトランジスタＴ１が形成される領域を遮蔽部ＳＤによって遮る。また、レジストパターンＲＰは、方向ＤＲ４から半導体基板１０１を見た場合に、ＭＯＳトランジスタＴ２が形成される領域を開口ＯＰから露出する。そのため、方向ＤＲ４から照射され、レジストパターンＲＰの開口ＯＰを通過したイオンは、半導体基板１０１の表面のうち、図６（ａ）の斜線部６０１で示す部分に到達し、半導体基板１０１内に注入される。このイオンにより、ＭＯＳトランジスタＴ１のチャネル領域にイオン導入層Ｔ１ｉが形成される。しかし、ＭＯＳトランジスタＴ２のチャネル領域には方向ＤＲ４から注入されたイオンは到達しないので、この工程ではイオン導入層Ｔ２ｉは形成されない。

図７に示すように、レジストパターンＲＰは、方向ＤＲ４から半導体基板１０１を見た場合に、蓄積領域１０４、電荷電圧変換部１０５、蓄積領域分離領域およびＭＯＳトランジスタＴ２が形成される領域を遮蔽部ＳＤによって遮る。また、レジストパターンＲＰは、方向ＤＲ４から半導体基板１０１を見た場合に、ＭＯＳトランジスタＴ１が形成される領域を開口ＯＰから露出する。そのため、方向ＤＲ５から照射され、レジストパターンＲＰの開口ＯＰを通過したイオンは、半導体基板１０１の表面のうち、図７（ａ）の斜線部７０１で示す部分に到達し、半導体基板１０１内に注入される。このイオンにより、ＭＯＳトランジスタＴ２のチャネル領域にイオン導入層Ｔ２ｉが形成される。しかし、ＭＯＳトランジスタＴ１のチャネル領域には方向ＤＲ４から注入されたイオンは到達しないので、この工程ではイオン導入層Ｔ１ｉの濃度は変わらない。

また、図６および図７のイオン注入工程の両方において、隣接する画素の蓄積領域１０４の間を露出する開口ＯＰから注入されたイオンはレジストパターンＲＰの遮蔽部ＳＤに遮蔽されて、半導体基板１０１に到達しない。

また、ＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ２のうちの一方のみにイオン導入層を形成する場合には、図６のイオン注入工程と図７のイオン注入工程のどちらか一方を実施すればよい。

第３実施形態では、複数のＭＯＳトランジスタの閾値電圧を独立して制御できるため、第１実施形態および第２実施形態の利点に加えて、ＭＯＳトランジスタの閾値電圧の調整の自由度が高まる。例えば、それぞれのＭＯＳトランジスタの閾値電圧を調整するために異なるイオン種を用いることもできる。

続いて、図８を参照して上述の実施形態の変形例を説明する。第１実施形態に対して変形例を適用した場合を説明するが、第２実施形態や第３実施形態にも適用できる。この変形例では、レジストパターンＲＰの開口ＯＰは蓄積領域１０４の中央部分をさらに露出する。これにより、図３のイオン注入工程において、蓄積領域１０４の中央部分にもＰ型の不純物拡散層１１０が形成される。これにより、Ｎ型の蓄積領域１０４に蓄積された電荷を電荷電圧変換部１０５に転送する転送効率が向上しうる。この内側の領域を開口する部分の開口ＯＰの大きさは、図４のイオン注入工程においてイオンが到達しない程度に形成しうる。このため、蓄積領域１０４の内側に形成された不純物拡散層１１０はＭＯＳトランジスタの閾値電圧を調整するためのイオンの影響を受けない。

上述の実施形態では、画素の構成に限って説明してきたが、読み出し回路等の回路のトランジスタにも適用可能である。また、上述の実施形態では２つのＭＯＳトランジスタの閾値電圧を調整する方法を説明してきたが、レジストパターンの厚さや開口の位置・大きさ、イオンを導入する方向を調整することによって、３つ以上のＭＯＳトランジスタの閾値電圧を調整することもできる。各実施形態は組み合わせ可能である。また、上記ではＣＯＭＳ型固体撮像装置を例として説明したが、他の形態の固体撮像装置に適用可能である。また、例えばＭＯＳトランジスタを有するメモリセルの信号保持部を分離する不純物拡散層と、該ＭＯＳトランジスタの閾値電圧を調整するイオン導入層とを有する記憶装置などの半導体装置にも適用可能である。また、各実施形態における複数のイオン注入工程は上述した順番後は異なる順番で実施されてもよいし、同時に実施されてもよい。同時に実施するためには、例えば、イオンを発生するイオン源、イオンを輸送するビームライン、イオンを加速する加速管を含むイオン注入機構を２系統有するイオン注入装置を準備すればよい。イオン注入工程は、熱処理工程を伴っていてもよい。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、少なくとも２つの領域を露出させる開口を有するレジストパターンを用い、異なる方向に沿って少なくとも２回のイオンを注入する工程を実施することで、２つの領域の半導体領域を作り分けることができる。

Claims

電荷を蓄積する蓄積領域をそれぞれが含む複数の光電変換素子と、１つ以上のＭＯＳトランジスタとが半導体基板に形成され、前記半導体基板のうち互いに隣接する前記蓄積領域の間に分離領域を有する固体撮像装置の製造方法であって、
開口と遮蔽部とを有するレジストパターンを前記半導体基板の上に形成する形成工程と、
前記レジストパターンの前記開口を通じて前記半導体基板にイオンを注入する注入工程と
を有し、
前記形成工程で形成される前記レジストパターンは、
前記半導体基板を第１方向から見た場合に、前記分離領域を前記開口から露出し、
前記半導体基板を前記第１方向とは異なる方向から見た場合に、前記１つ以上のＭＯＳトランジスタが形成される領域を前記開口から露出するとともに、前記分離領域を前記遮蔽部により遮り、
前記注入工程では、
前記第１方向に沿って照射されたイオンが前記分離領域に注入され、
前記異なる方向に沿って照射されたイオンが前記１つ以上のＭＯＳトランジスタが形成される領域に注入され、
前記分離領域に注入されたイオンが、前記１つ以上のＭＯＳトランジスタが形成される領域に注入されたイオンよりも、前記半導体基板の表面からの位置が深くなるようにイオンを照射する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
前記第１方向に沿って照射されたイオンによって、前記分離領域に不純物拡散層が形成され、前記異なる方向に沿って照射されたイオンによって、前記１つ以上のＭＯＳトランジスタのチャネル領域にイオン導入層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記異なる方向は前記第１方向よりも前記半導体基板の表面の法線に対する角度が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記蓄積領域は第１導電型であり、前記第１方向に沿って照射されたイオンは、第２導電型の半導体領域を形成するためのイオンであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記蓄積領域は第１導電型であり、前記異なる方向に沿って照射されたイオンは、第１導電型の半導体領域を形成するためのイオンであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記１つ以上のＭＯＳトランジスタは第１ＭＯＳトランジスタと第２ＭＯＳトランジスタとを含み、
前記異なる方向は互いに異なる第２方向及び第３方向を含み、
前記形成工程で形成される前記レジストパターンは、
前記半導体基板を前記第２方向から見た場合に、前記第１ＭＯＳトランジスタが形成される領域を前記開口から露出し、
前記半導体基板を前記第３方向から見た場合に、前記第２ＭＯＳトランジスタが形成される領域を前記開口から露出するとともに、前記第１ＭＯＳトランジスタが形成される領域を前記遮蔽部により遮り、
前記注入工程では、
前記第２方向に沿って照射されたイオンが前記第１ＭＯＳトランジスタが形成される領域に注入され
前記第３方向に沿って照射されたイオンが前記第２ＭＯＳトランジスタが形成される領域に注入される
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記形成工程で形成される前記レジストパターンは、前記半導体基板を前記第２方向から見た場合に、前記第２ＭＯＳトランジスタが形成される領域を前記遮蔽部により遮ることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記形成工程で形成される前記レジストパターンは、
前記半導体基板を前記第１方向から見た場合に、前記蓄積領域が形成される領域の中央部分を前記開口から露出し、
前記半導体基板を前記異なる方向から見た場合に、前記中央部分を前記遮蔽部により遮り、
前記注入工程では、
前記第１方向に沿って照射されたイオンが前記中央部分に注入される
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
電荷を蓄積する蓄積領域をそれぞれが含む複数の光電変換素子と、ＭＯＳトランジスタとが半導体基板に形成された固体撮像装置の製造方法であって、
前記ＭＯＳトランジスタが形成される領域を含む第１領域と、前記第１領域と異なる領域で、隣接する前記蓄積領域の間に位置する分離領域を含む第２領域と、を露出させる開口を有するレジストパターンを前記半導体基板の上に形成する形成工程と、
前記レジストパターンの前記開口を通じて前記半導体基板にイオンを注入する注入工程と、を有し、
前記注入工程は、
第１の角度で、少なくとも前記第２領域にイオンを注入する工程と、
前記第１の角度とは異なる第２の角度で、前記第１領域のみにイオンを注入する工程と、
を有し、
前記第１の角度で前記第２領域に注入されたイオンが、前記第２の角度で前記第１領域に注入されたイオンよりも、前記半導体基板の表面からの位置が深くなるようにイオンを照射する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。