专利名称：杂质层形成方法、曝光用掩膜及固体摄像装置的制造方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及杂质层形成方法、曝光用掩膜及固体摄像装置的制造方法。
背景技术：
一般，已知具有较深的杂质层的半导体装置。例如，CMOS传感器中的像素分离层或者CCD传感器中的阱层是需要形成为至少比光电转换部深的杂质层。通过改变离子的加速电压而进行多次离子注入，使其在深度方向上具有多个浓度峰值，由此形成这些像素分离层或阱层等较深的杂质层。或者，通过在一次离子注入之后、 通过长时间热扩散来使离子在深度方向上扩散，由此形成这些像素分离层或阱层等较深的杂质层。如此，以往通过多次离子注入工序或长时间热扩散工序来形成较深的杂质层，因此难以在短时间内形成这种较深的杂质层。因此，在CMOS传感器、CCD传感器等固体摄像装置的情况下，为了形成像素分离层或阱层而需要长时间，这成为妨碍固体摄像装置制造中的生产率提高的重要原因。
发明内容
本发明的实施方式的目的在于，提供能够从表面朝向内部方向在短时间内形成较深的杂质层的杂质层形成方法及曝光用掩膜，并且提供一种能够提高生产率的固体摄像装置的制造方法。本发明的实施方式的杂质层形成方法的特征在于，具备在基板上形成感光性的抗蚀剂材料的工序；使用多个单位透射区域二维排列而成的曝光用掩膜，对上述抗蚀剂材料进行曝光的工序，所述单位透射区域由透射率不同的多个部分区域构成；通过对所曝光的上述抗蚀剂材料进行显影，由此形成根据上述曝光用掩膜的透射率而膜厚局部不同的抗蚀剂层的工序；经由该抗蚀剂层向上述基板注入离子的工序；以及使通过上述工序向上述基板内的大致同一深度注入的离子群扩散为在横向上连结的工序。此外，本发明的实施方式的固体摄像装置的制造方法的特征在于，具备在硅基板的表面上所形成的基底层的表面上，以格子状排列形成多个光电转换部的工序；在包含上述多个光电转换部的上述基底层的表面上，形成感光性的抗蚀剂材料的工序；对曝光用掩膜进行对位，以使该曝光用掩膜的各非透射区域配置在上述多个光电转换部上的工序，该曝光用掩膜为，由排列为格子状的上述多个非透射区域及设置在这些非透射区域之间的透射区域构成，上述透射区域为多个单位透射区域二维排列，各上述单位透射区域由透射率不同的多个部分区域构成；使用上述曝光用掩膜对上述抗蚀剂材料进行曝光的工序；通过对所曝光的上述抗蚀剂材料进行显影，由此形成根据上述曝光用掩膜的透射率而膜厚局部不同的抗蚀剂层的工序；经由该抗蚀剂层，向上述基底层的上述光电转换部之间注入离子的工序；以及通过使注入到上述基底层内的大致同一深度的离子群扩散为在横向上连结， 由此形成像素分离层的工序。此外，本发明的实施方式的固体摄像装置的制造方法的特征在于，具备在硅基板的表面上形成感光性的抗蚀剂材料的工序；使用曝光用掩膜对上述抗蚀剂材料进行曝光的工序，该曝光用掩膜为，由透射区域及包围该透射区域的非透射区域构成，在上述透射区域中多个单位透射区域二维排列，各上述单位透射区域由透射率不同的多个部分区域构成； 通过对所曝光的上述抗蚀剂材料进行显影，形成根据上述曝光用掩膜的透射率而膜厚局部不同的抗蚀剂层的工序；经由该抗蚀剂层向上述硅基板注入离子的工序；通过使注入到上述硅基板内的大致同一深度的离子群扩散为在横向上连结且均勻化，由此形成阱层的工序；以及在该阱层的表面上，格子状地排列形成多个光电转换部的工序。此外，本发明的实施方式的曝光用掩膜是具有上述杂质层形成方法所使用的透射区域的曝光用掩膜，其特征在于，上述透射区域由多个单位透射区域构成，该单位透射区域由透射率不同的多个部分区域形成，上述单位透射区域在列方向或行方向上排列。根据上述构成的杂质层形成方法及曝光用掩膜，能够从表面朝向内部方向在短时间内形成较深的杂质层，并且根据固体摄像装置的制造方法，能够提高生产率。
图1是将本发明的实施方式的杂质层形成方法所使用的光栅掩膜的一部分放大表示的俯视图。图2是用于说明本发明的实施方式的杂质层形成方法的图，是表示在半导体基板上配置光栅掩膜的工序的俯视图。图3是用于说明本发明的实施方式的杂质层形成方法的图，(a)是表示使用光栅掩膜对抗蚀剂材料进行曝光的工序的、沿着图2的点划线X-X’的截面图，(b)是表示同一工序的沿着图2的点划线Y-Y’的截面图。图4是用于说明本发明的实施方式的杂质层形成方法的图，是表示在半导体基板上形成具有薄膜区域的抗蚀剂层的工序的俯视图。图5是图4的截面图，(a)是沿着图4的点划线X_X’的截面图，(b)是沿着图4的点划线Y-Y’的截面图。图6是放大表示抗蚀剂层的薄膜区域的一部分的立体图。图7是用于说明本发明的实施方式的杂质层形成方法的图，(a)是表示形成杂质层的工序的、相当于图5(a)的截面图，(b)是表示同一工序的、相当于图5(b)的截面图。图8是用于说明本发明的实施方式的杂质层形成方法的图，(a)同样是表示形成杂质层的工序的、相当于图5(a)的截面图，(b)是表示同一工序的、相当于图5(b)的截面图。图9是用于说明本发明的实施方式的杂质层形成方法的图，(a)同样是表示形成杂质层的工序的、相当于图5(a)的截面图，(b)是表示同一工序的、相当于图5(b)的截面图。
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图10是将通过本发明第一实施方式的固体摄像装置的制造方法而制造的固体摄像装置的像素部放大表示的俯视图。图11是沿着图10的点划线Z-Z’的截面图。图12是用于说明第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的图，是表示形成光电转换部的工序的、相当于图11的截面图。图13是用于说明第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的图，是表示形成阻挡层的工序的、相当于图11的截面图。图14是将第一实施方式的固体摄像装置的制造方法所使用的光栅掩膜的一部分放大表示的俯视图。图15是用于说明第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的图，是表示形成抗蚀剂层的工序的、相当于图11的截面图。图16是用于说明第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的图，是表示形成像素分离层的工序的、相当于图11的截面图。图17是将通过本发明第二实施方式的固体摄像装置的制造方法而制造的固体摄像装置的像素部放大表示的、相当于图11的截面图。图18是将第二实施方式的固体摄像装置的制造方法所使用的光栅掩膜的一部分放大表示的俯视图。图19是用于说明第二实施方式的固体摄像装置的制造方法的图，是表示形成抗蚀剂层的工序的、相当于图17的截面图。图20是用于说明第二实施方式的固体摄像装置的制造方法的图，是表示形成阱层的工序的、相当于图17的截面图。图21是用于说明第二实施方式的固体摄像装置的制造方法的图，同样是表示形成阱层的工序的、相当于图17的截面图。图22是将通过第二实施方式的固体摄像装置的制造方法而制造的阱层的浓度曲线与通过以往的固体摄像装置的制造方法而制造的阱层的浓度曲线进行比较表示的图表。图23是将通过第二实施方式的固体摄像装置的制造方法而制造的装置的分光特性和通过以往的固体摄像装置的制造方法而制造的装置的分光特性进行比较表示的图表。图M是将第三实施方式的固体摄像装置的制造方法所使用的光栅掩膜的一部分放大表示的俯视图。图25是用于说明第三实施方式的固体摄像装置的制造方法的图，是表示形成抗蚀剂层的工序的、相当于图17的截面图。图沈是用于说明第三实施方式的固体摄像装置的制造方法的图，是表示形成阱层的工序的、相当于图17的截面图。图27是用于说明第三实施方式的固体摄像装置的制造方法的图，同样是表示形成阱层的工序的、相当于图17的截面图。图观是将通过第三实施方式的固体摄像装置的制造方法而形成的阱层的离子浓度曲线与通过第二实施方式的固体摄像装置的制造方法而形成的阱层的离子浓度曲线进行比较表示的图表。
具体实施例方式首先，参照图1对本发明的实施方式的杂质层形成方法所使用的光栅掩膜进行说明。图1是将本发明的实施方式的杂质层形成方法所使用的光栅掩膜的一部分放大表示的俯视图。图1所示的光栅掩膜10为，根据部位不同而具有不同透射率的透射区域11，被透射率大致为0%的非透射区域12包围。该光栅掩膜10的透射区域11为如下区域将单位透射区域14作为透射区域11 的基本单位，多个单位透射区域14相互无间隙地排列为二维状。各单位透射区域14内，以分别成为具有微小面积的正方形状区域的方式、被矩阵状地均等分割为4部分。被均等分割为4部分的各个正方形状的部分区域，相互的透射率不同，按照透射率由高到低的顺序由第一透射部13A、第二透射部13B、第三透射部13C及第四透射部13D构成。以上说明的多个单位透射区域14，以这些单位透射区域14分别具有的、具有相同透射率的部分区域13A、13B、13C、13D相互离开地配置的方式，相互无间隙地排列为二维状。即，多个单位透射区域14分别具有的第一透射部13A相互离开地配置。同样，多个单位透射区域14分别具有的第二、第三、第四透射部13B、13C、13D也分别离开地配置。另外，具有相同透射率的部分区域13A、13B、13C、13D也可以不必被配置为相互离开。以上说明的光栅掩膜10为，例如在玻璃板等那样的透射曝光光的透明基板的表面上，适当形成反射曝光光的由铬膜构成的点图案。在该光栅掩膜10中，由点图案的面积大小来控制曝光光的透射率。因此，按照第一透射部13A、第二透射部13B、第三透射部13C、 第四透射部13D的顺序，形成有面积由小到大的点图案。另外，各透射部13A、i;3B、13C、13D 的曝光光的透射率，也可以由点图案的排列密度来控制，也可以由面积和排列密度来控制。接着，参照图2至图9对使用了该光栅掩膜10的杂质层形成方法进行说明。首先， 参照图2至图6对到使用图1的光栅掩膜10而形成抗蚀剂层的工序为止进行说明。图2、 图4是用于说明本实施方式的杂质层形成方法的装置的俯视图。图3(a)及图5(a)分别是沿着图2、图4的点划线X-X’的装置的截面图，图3(b)及图5(b)分别是沿着图2、图4的点划线Y-Y’的装置的截面图。此外，图6是放大表示抗蚀剂层的一部分的立体图。首先，如图2所示，在半导体基板15的表面上均勻地形成抗蚀剂材料16，在该抗蚀剂材料16的上方对位地配置图1所示的光栅掩膜10。接着，如图3(a)、(b)所示，使用光栅掩膜10对抗蚀剂材料16进行曝光。由此，光栅掩膜10的透射区域11正下方的抗蚀剂材料16，以与透射区域11的透射率相对应的曝光
量被曝光。S卩，如图3(a)所示，第一透射部13A正下方的抗蚀剂材料16被照射最多量的曝光光。另一方面，如图3(b)所示，第四透射部13D正下方的抗蚀剂材料16的曝光量为，被照射最少量的曝光光。如此，透射率越高的透射部正下方的抗蚀剂材料16，被照射越多量的曝光光。接着，如图4及图5(a)、(b)所示，对被曝光的抗蚀剂材料16进行显影。由此，曝光量越多的区域，抗蚀剂材料16越被除去。因此，在半导体基板15的表面上，形成根据光栅掩膜10的透射率而膜厚局部不同的抗蚀剂层18、即具有根据曝光量而膜厚局部不同的绗缝(quilting)状的薄膜区域17的抗蚀剂层18。薄膜区域17是如下区域将抗蚀剂单元20作为薄膜区域17的基本单位，多个抗蚀剂单元20相互无间隙地排列为二维状。各抗蚀剂单元20内，以分别成为具有微小面积的正方形状区域的方式，矩阵状地均等分割为4部分。被均等分割为4部分的各个部分区域，相互的膜厚不同，按照膜厚由薄到厚的顺序由第一薄膜部19A、第二薄膜部19B、第三薄膜部19C及第四薄膜部19D构成。在此，参照图6对抗蚀剂单元20进行更详细说明。图6是表示1个抗蚀剂单元20 的立体图。如图6所示，抗蚀剂单元20为，以与光栅掩膜10的单位透射区域14的透射率相对应的膜厚而形成的4根四方柱，相互无间隙地排列为二维状。该抗蚀剂单元20为，各四方柱的高度(膜厚)成为由单位透射区域14的各透射部13A至13D的透射率来控制的高度(膜厚)。此外，各四方柱的水平截面的面积，成为由单位透射区域14的各透射部13A 至13D的微小面积来控制的微小面积。另外，在图6所示的抗蚀剂单元20中，各薄膜部19A至19D的膜厚是在后述的离子注入工序中离子贯通的程度的膜厚即可。在此，在本申请中，薄膜部19A至19D的膜厚包含0 μ m的情况。因此，尤其是第一薄膜部19A，也可以如图6所示那样膜厚为0 μ m。薄膜区域17是以上说明的多个抗蚀剂单元20相互无间隙地排列为二维状的区域，但如图4所示，多个抗蚀剂单元20也可以排列形成为，这些抗蚀剂单元20部分具有的、 具有相同膜厚的薄膜部例如第一薄膜部19A相互离开地配置。接着，参照图7 (a)、(b)至图9 (a)、(b)对使用图4至图6所示的抗蚀剂层18在半导体基板15上形成杂质层的方法进行说明。另外，各图(a)是用于说明本实施方式的杂质层形成方法的相当于图5(a)的截面图。此外，各图(b)是用于说明本实施方式的杂质层形成方法的相当于图5(b)的截面图。首先，如图7(a)、(b)所示，经由抗蚀剂层18以所希望的加速电压向半导体基板 15注入例如P型离子。所注入的离子贯通薄膜区域17而到达半导体基板15的所希望的深度。离子到达的深度依存于薄膜区域17的膜厚，膜厚越薄则到达基板的越深处。因此，在与薄膜区域17的膜厚相对应的深度形成多个离子群21A’、21B’、21C’、21D’。例如，如图7(a)所示，由经由具有相同膜厚的相同膜厚部、即多个第一薄膜部19A 注入的离子所形成的多个第一离子群21A’的深度相同，但是在横向(水平方向)上形成在不同位置。同样，由经由多个第三薄膜部19C注入的离子所形成的多个第三离子群21C’，为比第一离子群21A’浅的相同深度，但是在横向(水平方向)上形成在不同位置。此外，如图7(b)所示，由经由多个第二薄膜部19B注入的离子所形成的多个第二离子群21B’，为比第一离子群21A’浅、且比第三离子群21C’深的相同深度，但是在横向(水平方向)上形成在不同位置。由经由多个第四薄膜部19D注入的离子所形成的多个第四离子群21D’，为比第三离子群21C’浅的相同深度，但是在横向(水平方向)上形成在不同位置。接着，如图8(a)、(b)所示，通过离子注入后的各离子群2认’、2让’、21(’、210’的扩散，由此按照朝向半导体基板15的深度方向而浓度峰值位置由深到浅的顺序，形成由第一杂质区域21A、第二杂质区域21B、第三杂质区域21C以及第四杂质区域21D构成的多个 P型杂质区域。
即，相同深度的多个离子群2认’、2让’、21(’、210’，例如多个第一离子群21八’通过离子注入后的各离子群21A’向横向的扩散，由此如图8(a)所示那样形成P型的第一杂质区域21A。同样，多个第三离子群21C’通过扩散而形成P型的第三杂质区域21C。另外， 各离子群21A’、21B’、21C’、21D’还同时向相对于纸面垂直的方向扩散，所以在图8(b)中由虚线所示的位置上，也分别形成第一、第三杂质区域21A、21C。与此完全相同，如图8 (a)、(b)所示，多个第二离子群21B’形成第二杂质区域21B， 多个第四离子群21D’形成第四杂质区域21D。并且，由于所注入的离子还在垂直方向上扩散，所以最终各杂质区域21A至21D的各峰值浓度大致均勻，如图9(a)、(b)所示，能够形成较深的杂质层22。另外，在本发明中，也可以在图8(a)、(b)所示的工序之后，进行热处理并使所注入的离子热扩散，由此如图9(a)、(b)所示那样形成多个浓度峰值大致均勻化的较深的杂质层22。但是，由于在半导体基板15中以预先在深度方向上具有多个浓度峰值的方式注入离子，所以用于使离子热扩散的热处理时间为极短时间即可。如以上说明的那样，根据本实施方式的杂质层形成方法，不需要多次离子注入工序或长时间的热扩散工序，仅通过一次离子注入，就能够从表面朝向内部方向形成较深的杂质层22。因此，能够在短时间内形成较深的杂质层。此外，根据本实施方式的光栅掩膜10，通过一次曝光、显影工序，就能够形成具有薄膜区域17的抗蚀剂层18，该薄膜区域17用于仅通过一次离子注入就从表面朝向内部方向形成较深的杂质层22。此外，在本申请中，将半导体基板15以及含有形成较深的杂质层22的任意层的半导体基板15都称作基板。此时，上述实施方式能够应用于在基板的表面上形成较深的杂质层22的所有情况。以下，对将上述杂质层形成方法及光栅掩膜应用于固体摄像装置的制造方法的情况进行说明。(第一实施方式)图10是将应用上述杂质层形成方法及光栅掩膜而制造的CMOS型的固体摄像装置的像素部放大而示意地表示的俯视图。如图10所示，该固体摄像装置的像素部由排列形成为格子状的多个像素30构成。这些各像素30是分别将光电转换部及微透镜等层叠而构成的。另外，在光电转换部和微透镜之间有时还形成有布线层、平坦化层、滤色器层等。图11是沿着图1的点划线Z-Z’的像素部的截面图。如图11所示，CMOS型的固体摄像装置的像素部形成在P型的硅基板31上。即，在P型的硅基板31的表面上形成有 N型的基底层32，在该N型的基底层32的表面上，由N+型的杂质层构成的多个光电转换部 33排列形成为格子状。各光电转换部33形成为，例如在四方与邻接的光电转换部33之间离开5 6 μ m左右。各光电转换部33是如下区域产生与由微透镜(未图示)聚光到该区域上的光量相对应的量的电子。另外，由这些各光电转换部33产生的电子，被传送到形成在P型的硅基板31上、由CMOS构成的电荷传送部(未图示)，电荷传送部(未图示)将电子传送到设置在该最终段的电荷电压转换部(未图示)。在这些各光电转换部33的表面上分别形成有P+型的阻挡层34。该阻挡层34是用于抑制来自外部的结晶缺陷的杂质层。通过设置该层34来抑制暗电流的产生。因此，优选形成阻挡层34，但是不一定必须形成。此外，在上述各光电转换部33之间形成有P+型的像素分离层35。像素分离层35 形成为，至少到比光电转换部33深的位置为止具有大致均勻的浓度分布。该像素分离层35 是用于抑制电荷在邻接的光电转换部33之间移动的杂质层。因此，像素分离层35以至少形成比由光电转换部33形成的电势低的电势的程度的离子浓度形成。另外，实际上如上所述，在上述光电转换部33上层叠形成有布线层、平坦化层、滤色器层及微透镜等，由这些来形成像素30，但是在此省略图示和说明。以上说明的CMOS型的固体摄像装置，与在N型的硅基板的表面上形成P型的基底层、并在该P型的基底层的表面上排列形成由N+型的杂质层构成的多个光电转换部的CMOS 型的固体摄像装置相比较，在高效地收集由光电转换部33产生的电子的这一点上是有利的构成。接着，参照图12至图16对上述固体摄像装置的制造方法进行说明。除了图14之外的图12至图16是用于说明本实施方式的固体摄像装置的制造方法的、相当于图11的截面图。此外，图14是将应用于该固体摄像装置的制造方法的光栅掩膜的一部分放大表示的俯视图。首先，如图12所示，在P型的硅基板31的表面上形成N型的基底层32，在该基底层32的表面上形成N+型的光电转换部33。N型的基底层32例如由硅构成，通过外延生长形成在P型的硅基板31的表面上。此外，N+型的光电转换部33如下形成在基底层32的表面上形成成为光电转换部的区域被开口的抗蚀剂层，将该抗蚀剂层用作为掩膜，例如注入磷(P)或砷(As)等N型的离子。接着，如图13所示，在各光电转换部33的表面上形成P型的阻挡层34。阻挡层34 如下形成在形成光电转换部33之后，使用上述抗蚀剂层，例如注入硼(B)等P型的离子。之后，在各光电转换部33之间，形成比光电转换部33深的杂质层、即P+型的像素分离层35。对于该像素分离层35的形成方法，应用上述杂质层形成方法。因此，首先参照图14对为了形成像素分离层35而应用的光栅掩膜进行说明。 如图14所示，为了形成像素分离层35而使用的光栅掩膜36为，非透射区域37排列形成为格子状，在这些非透射区域37之间形成根据部位的不同而透射率不同的透射区域38。透射区域38为如下区域与图1所示的光栅掩膜10同样，将按照透射率由高到低的顺序由第一透射部39A、第二透射部39B、第三透射部39C及第四透射部39D构成的4 个微小正方形状的部分区域，作为一个单位透射区域40，而排列形成了多个单位透射区域 40。另外，多个单位透射区域40的排列与图1所示的光栅掩膜10中的单位透射区域14的排列相同。使用图14所示的光栅掩膜36来形成像素分离层35。S卩，如图15所示，在包含光电转换部33及阻挡层34的基底层32的表面上，形成感光性的抗蚀剂材料41。然后，在以该非透射区域37被配置在光电转换部33上的方式将图14所示的光栅掩膜36进行对位之后，经由光栅掩膜36对抗蚀剂材料41进行曝光。之后，对抗蚀剂材料41进行显影。由此， 在基底层32的表面上，与光栅掩膜36的透射区域38的透射率相对应地形成具有薄膜区域
1042的抗蚀剂层43，该薄膜区域42由膜厚为4个阶段地不同的多个薄膜部构成。多个薄膜部形成为，例如在0 μ m 1. 5 μ m左右的范围内膜厚为4个阶段地不同。另外，在图15中，在薄膜区域42内，形成有膜厚为包含0 μ m在内的两个阶段地不同的薄膜部44A、44B。但是，在实际的薄膜区域42内，在相对于图15的截面而与纸面垂直的方向上，还形成有膜厚为两个阶段地不同的薄膜部。接着，如图16所示，经由抗蚀剂层43对基底层32例如以1400kV左右的加速电压注入P型的离子(例如硼(B))。当注入离子时，通过之后的离子向水平方向的扩散，由此对应于薄膜区域42的膜厚，形成浓度峰值的深度不同的4种杂质区域、即按照浓度峰值的位置由深到浅的顺序形成第一杂质区域45A、第二杂质区域45B、第三杂质区域45C及第四杂质区域45D。如此形成在光电转换部33之间的第一杂质区域45A、第二杂质区域45B、第三杂质区域45C及第四杂质区域45D，还分别进一步向垂直方向上扩散。因此，当如上所述地向基底层32注入离子时，最终形成如图11所示那样的比光电转换部33深的像素分离层35。另外，也可以在形成了第一杂质区域45A、第二杂质区域45B、第三杂质区域45C及第四杂质区域45D之后，进行热处理并使所注入的离子热扩散，由此形成图11所示那样的像素分离层35。此时，由于对基底层32预先以在深度方向上具有多个浓度峰值的方式注入有离子，因此用于使离子热扩散的热处理时间为极短时间即可。在如上所述地形成了像素分离层35之后，进一步适当形成布线层、平坦化层、滤色器层及微透镜等，由此制造CMOS型的固体摄像装置。与此相对，在应用以往的杂质层形成方法来形成与上述像素分离层35相同的像素分离层的情况下，如下地形成。S卩，在基底层的表面上形成成为像素分离层的区域开口了的抗蚀剂层，将该抗蚀剂层用作为掩膜而向基底层注入P型的离子(例如硼(B))。此时，为了在深度方向上具有多个浓度峰值，例如在300kV 1400kV的范围内改变离子的加速电压的同时，进行多次(例如4次)离子注入。由此，形成与上述像素分离层35相同的像素分离层。另外，在此之后也可以进行热处理并使所注入的离子热扩散，但该热处理时间与本实施方式同样，为极短时间即可。如以上说明的那样，根据本实施方式的固体摄像装置的制造方法，与以往的制造方法相比，离子的注入次数大幅度地减少，所以在短时间内形成作为较深的杂质层的像素分离层35。因此，提供一种能够提高生产率的固体摄像装置的制造方法。(第二实施方式)图17是将应用上述杂质层形成方法而制造的CXD型的固体摄像装置的像素部放大而示意地表示的、相当于图11的截面图。另外，由于该固体摄像装置的像素部的俯视图与图10相同，所以省略图示和说明。如图17所示，C⑶型的固体摄像装置的像素部，形成在N型的硅基板50上。艮口， 在N型的硅基板50的表面上，在从基板50的表面到深部的区域中，形成有P型的阱层51。 P型的阱层51形成为，相对于硅基板50的表面积，例如成为60 70%左右的表面积。在该阱层51的表面上，由N+型的杂质层构成的多个光电转换部52，以相互离开的方式排列形成。此外，在这些各光电转换部52的表面上分别形成有P+型的阻挡层53。
另外，在这些光电转换部52上，实际上与CMOS型固体摄像装置同样，层叠形成有布线层、平坦化层、滤色器层及微透镜等，通过这些来形成像素，但是在此省略图示和说明。在该固体摄像装置中，像素的灵敏度依存于P型的阱层51的离子浓度。尤其是阱层51的深度依存于像素的长波长侧的灵敏度。因此，在上述固体摄像装置中，阱层51较深地形成为能够得到所希望的像素灵敏度的程度，且以较浓的离子浓度形成。在以上说明的C⑶型的固体摄像装置的情况下，由这些各光电转换部52产生的电子，被传送到形成在N型的硅基板50上、由CCD构成的电荷传送部(未图示)，电荷传送部 (未图示)将电子传送到设置在该最终段的电荷电压转换部(未图示)。接着，参照图18至图21对上述CXD型的固体摄像装置的制造方法进行说明。图 18是将应用于该固体摄像装置的制造方法的光栅掩膜M的一部分放大表示的俯视图。此外，图19至图21是用于说明本实施方式的固体摄像装置的制造方法的、相当于图17的截面图。在CXD型的固体摄像装置的情况下，在N型的硅基板50的表面上，在从基板50的表面到深部的区域中形成P型的阱层51，在该阱层51的表面上形成光电转换部52等，由此来制造CCD型的固体摄像装置。在该固体摄像装置的制造方法中，对于阱层51的形成应用上述杂质层形成方法。因此，首先，参照图18对用于形成阱层51的光栅掩膜M进行说明。如图18所示，用于形成阱层51的光栅掩膜M为与阱层51的平面形状相对应的形状，根据部位的不同而透射率不同的透射区域55，被非透射区域(未图示)包围。透射区域55是如下区域将4个微小正方形状的部分区域作为1个单位透射区域 57，排列形成了多个单位透射区域57。4个微小正方形状的部分区域分别由1处的第一透射部56A、第二透射部56B、以及两处的第三透射部56C构成。这些是被控制为透射率按照第一透射部56A、第二透射部 56B、第三透射部56C的顺序由高变低的区域。此外，在单位透射区域57内，这些第一至第三透射部56A、56B、56C被排列为，相同部分在纵向以及横向上不邻接。在透射区域55内，如以上说明了那样的多个单位透射区域57排列形成为，具有相同透射率的部分区域不邻接。使用图18所示的光栅掩膜M来形成阱层51。S卩，如图19所示，在N型的硅基板 50的表面上形成感光性的抗蚀剂材料58。然后，在以该透射区域55被配置在所希望的位置上的方式将图18所示的光栅掩膜M对位之后，经由光栅掩膜M对抗蚀剂材料58进行曝光。之后，对抗蚀剂材料58进行显影。由此，在硅基板50的表面上，与光栅掩膜M的透射区域55的透射率相对应，形成具有薄膜区域59的抗蚀剂层60，该薄膜区域59由膜厚为 3个阶段地不同的多个薄膜部构成。多个薄膜部形成为，例如在0 μ m 1. 7 μ m左右的范围内膜厚为3个阶段地不同。在图19中，在薄膜区域59内，形成有膜厚为包含Ομπι在内的两个阶段地不同的第一薄膜部61Α及第三薄膜部61C。但是，在实际的薄膜区域59内，在相对于图19的截面而与纸面垂直的方向(以下称作垂直方向)上，还形成有膜厚不同的薄膜部。即，在与膜厚为 0 μ m的第一薄膜部61A在垂直方向上最邻接的位置上，形成有膜厚较厚的第三薄膜部61C， 在与图19所示的第三薄膜部61C在垂直方向上最相邻的位置上，形成有第一薄膜部61A和第三薄膜部61C的中间膜厚的第二薄膜部(未图示)。
另外，在薄膜区域59内，第三薄膜部61C形成有第一薄膜部61A或第二薄膜部的数量的两倍的数量。接着，如图20所示，经由薄膜区域59例如以2000kV左右的加速电压向硅基板50 注入P型的离子(例如硼(B))。当注入离子时，通过之后的离子向水平方向的扩散，根据薄膜区域59的膜厚，形成浓度峰值的深度不同的3种杂质区域、即按照浓度峰值的位置由深变浅的顺序形成第一杂质区域62A、第二杂质区域62B以及第三杂质区域62C。在此，由贯通了第三薄膜部61C的离子群而形成的第三杂质区域62C，具有由贯通了第一或第二薄膜部61A的离子群而形成的第一杂质区域62A或第二杂质区域62B的离子浓度的2倍的离子浓度。并且，在形成了各杂质区域62A至62C之后，例如进行10个小时左右热处理，使所注入的离子热扩散。由此，如图21所示，能够形成较深的阱层51。在如此地形成了阱层51之后，在该阱层51的表面上分别形成光电转换部52及阻挡层53，并且适当形成布线层、平坦化层、滤色器层及微透镜等，由此制造CCD型的固体摄
像装置。与此相对，在应用以往的杂质层形成方法来形成与上述阱层51同样的阱层的情况下，如下地形成。即，在硅基板的表面上形成成为阱层的区域开口了的抗蚀剂层，将该抗蚀剂层用作为掩膜，例如以IOOkV左右的加速电压向硅基板注入P型的离子(例如硼(B))。之后，使所注入的离子进行30个小时左右的热扩散。由此，形成与上述阱层51同样的阱层。在此，图22中表示通过本实施方式的制造方法来应用上述条件而形成的阱层51 的浓度曲线、以及通过以往的杂质层形成方法来应用上述条件而形成的阱层的浓度曲线。 如图22所示，可知通过本实施方式的制造方法而形成的阱层51的浓度曲线(图中的实线 Dl)，与通过以往的杂质层形成方法而形成的阱层的浓度曲线(图中的实线D2)大致一致。此外，图23中表示通过本实施方式的制造方法来应用上述条件而形成的具有阱层51的固体摄像装置的分光特性、以及通过以往的杂质层形成方法来应用上述条件而形成的具有阱层的固体摄像装置的分光特性。如图23所示，可知通过本实施方式的制造方法而形成的固体摄像装置的分光特性(图中的实线Si)，与通过以往的杂质层形成方法而形成的具有阱层的固体摄像装置的分光特性(图中的实线S2)大致一致。如以上说明的那样，根据本实施方式的固体摄像装置的制造方法，以多个离子浓度峰值在深度方向上形成在不同位置的方式注入离子，所以能够大幅缩短之后的热扩散工序所需的时间。因此，如根据图22、图23也可知的那样，能够在短时间内形成与通过以往的杂质层形成方法而形成的阱层大致相同的阱层51。因此，提供一种能够提高生产率的固体摄像装置的制造方法。另外，上述杂质层形成方法及固体摄像装置的制造方法，是与以往相比能够在短时间内形成具有与以往大致相同的离子浓度分布的像素分离层35及阱层61等较深的杂质层22的方法。但是，根据本发明，通过适当控制光栅掩膜10、36、讨的单位透射区域14、40、 57内的多个透射部的数量及排列，由此还能够在使制造时间不变的状态下，控制杂质层22 的深度方向的离子浓度。以下，将包含以提高像素灵敏度的方式控制离子浓度的阱层60的固体摄像装置的制造方法，作为第三实施方式进行说明。
(第三实施方式)第三实施方式的固体摄像装置的制造方法与第二实施方式的固体摄像装置的制造方法相比较，是具有如下阱层60的固体摄像装置的制造方法，该阱层60以提高像素灵敏度的方式控制深度方向的离子浓度。因此，通过本实施方式的固体摄像装置的制造方法所制造的固体摄像装置，除了阱层60的离子浓度不同之外，与图10及图17相同。以下，参照图M至图27对第三实施方式的固体摄像装置的制造方法进行说明。图 M是将应用于该固体摄像装置的制造方法的光栅掩膜61的一部分放大表示的俯视图。此外，图25至图27是用于说明本实施方式的固体摄像装置的制造方法的、相当于图17的截面图。图M所示的光栅掩膜61为与阱层60的平面形状相对应的形状，根据部位的不同而透射率不同的透射区域62被非透射区域(未图示)包围。透射区域62是如下区域将9个微小正方形状的部分区域作为1个单位透射区域 63，而排列形成多个单位透射区域63。9个微小正方形状的部分区域分别由3处的第一透射部64A、第二透射部64B及第三透射部64C构成。这些区域被控制为，按照第一透射部64A、第二透射部64B、第三透射部 64C的顺序透射率由高变低。并且，在单位透射区域63内，这些第一至第三透射部64A、64B、 64C被排列为，相同部分在纵向及横向上不邻接。在透射区域62内，以上说明了那样的多个单位透射区域63排列形成为，具有相同透射率的部分区域不相邻。S卩，图M所示的光栅掩膜61与图18所示的光栅掩膜M相比较，不同点为单位透射区域63内的第一透射部64A及第二透射部64B相对于第三透射部64C的数量比增加。使用图对所示的光栅掩膜61来形成以提高像素灵敏度的方式控制离子浓度的阱层60。即，如图25所示，在N型的硅基板50的表面上形成感光性的抗蚀剂材料65。然后， 在以该透射区域62被配置到所希望的位置上的方式将图M所示的光栅掩膜61进行对位之后，经由光栅掩膜61对抗蚀剂材料65进行曝光。之后，对抗蚀剂材料65进行显影。由此，在硅基板50的表面上，与光栅掩膜61的透射区域62的透射率相对应，形成具有薄膜区域66的抗蚀剂层67，该薄膜区域66由膜厚为3个阶段地不同的多个薄膜部构成。多个薄膜部形成为，膜厚例如在Ομπι 1.7μπι左右的范围内为3个阶段地不同。另外，图25中表示将膜厚3个阶段地不同的第一薄膜部68Α、第二薄膜部68Β及第三薄膜部68C(其中、按膜厚由薄到厚的顺序为第一薄膜部68Α、第二薄膜部68Β、第三薄膜部68C)作为一列的薄膜区域66的任意一列。但是，在实际的薄膜区域66内的其他列中， 形成有根据光栅掩膜61的透射区域62的透射率而排列的第一薄膜部68Α、第二薄膜部68Β 及第三薄膜部68C。另外，在薄膜区域66内，第一薄膜部68Α、第二薄膜部68Β及第三薄膜部68C分别形成有相同数量。S卩，薄膜区域66与图19所示的薄膜区域59相比较，第一薄膜部68Α及第二薄膜部68Β的数量相对于第三薄膜部68C的数量的比增加。接着，如图沈所示，例如以2000kV左右的加速电压经由薄膜区域66向硅基板50 注入P型的离子(例如硼(B))。当注入离子时，通过之后的离子向水平方向的扩散，由此根
14据薄膜区域66的膜厚，形成浓度峰值的深度不同的3种杂质区域、即按照浓度峰值的位置由深变浅的顺序形成第一杂质区域69A、第二杂质区域69B及第三杂质区域69C。在此，如上所述，与图19所示的薄膜区域59相比较，第一薄膜部68A或第二薄膜部68B的数量相对于第三薄膜部68C的数量的比增加，因此与图20所示的第一杂质区域 62A及第二杂质区域62B相比较，第一杂质区域69A及第二杂质区域69B的杂质浓度增加。并且，在形成了各杂质区域69A至69C之后，例如进行10个小时左右的热处理，使所注入的离子热扩散。由此，如图27所示，能够形成较深的阱层60。图观是将通过该方法而形成的阱层60的离子浓度曲线和通过第二实施方式的方法而形成的阱层51的离子浓度曲线进行比较表示的图表。如图观所示，通过本实施方式的方法而形成的阱层60(图中的实线)与通过第二实施方式的方法而形成的阱层51 (图中的虚线)相比较，深处的离子浓度提高。在如此地形成了阱层60之后，在该阱层60的表面上分别形成光电转换部52及阻挡层53，并且适当形成布线层、平坦化层、滤色器层及微透镜等，由此制造CCD型的固体摄
像装置。如以上说明了的那样，在本实施方式的固体摄像装置的制造方法中，也以多个离子浓度峰值在深度方向上形成在不同位置的方式注入离子，所以能够大幅缩短之后的热扩散工序所需的时间。因此，能够在短时间内形成阱层60，因此提供一种能够提高生产率的固体摄像装置的制造方法。并且，根据本实施方式的固体摄像装置的制造方法，与第三实施方式的固体摄像装置的制造方法所使用的光栅掩膜M相比较，使用单位透射区域63内的第一、第二透射部 64A、64B相对于第三透射部64C的数量的比被控制为增加的光栅掩膜61，来形成阱层60。 因此，与使用光栅掩膜M形成的阱层51相比较，能够形成深处的离子浓度提高的阱层60。 由此，与通过第三实施方式的固体摄像装置的制造方法而制造的固体摄像装置相比较，能够制造特别是长波长侧的像素灵敏度提高的固体摄像装置。以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是该实施方式只是作为例子来提示的， 不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的宗旨的范围内，能够进行各种省略、置换和变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或宗旨，并且包含在专利请求范围中记载的发明及与其均等的范围内。例如，在上述各光栅掩膜10、36、M、61中，分别通过透射率为3个阶段或4个阶段地不同的多个透射部来构成单位透射区域14、40、57、63。但是，单位透射区域由透射率为2 个阶段以上地不同的两个以上的透射部构成即可。因此，通过上述各光栅掩膜10、3654、61 形成的抗蚀剂单元20的形状，也不限定于图6所示的形状，抗蚀剂单元由膜厚为2个阶段以上地不同的两个以上的薄膜部构成即可。此外，在上述各光栅掩膜10、36、M、61中，单位透射区域14、40、57、63分别排列为二维形状。但是，本发明的实施方式的光栅掩膜也可以为，单位透射区域14、40、57、63至少在列方向或行方向上排列。另外，在本申请中，在称为掩膜或曝光用掩膜的情况下，除了表示上述本发明的光栅掩膜10、36、54、61那样的掩膜本身之外，还包含用于形成这些掩膜的设计数据。
权利要求
1.一种杂质层形成方法，其特征在于，包括 在基板上形成感光性的抗蚀剂材料的工序；使用多个单位透射区域二维排列而成的曝光用掩膜，对上述抗蚀剂材料进行曝光的工序，所述单位透射区域由透射率不同的多个部分区域构成；通过对所曝光的上述抗蚀剂材料进行显影，由此形成根据上述曝光用掩膜的透射率而膜厚局部不同的抗蚀剂层的工序；经由该抗蚀剂层向上述基板注入离子的工序；以及使通过上述工序向上述基板内的大致相同深度注入的离子群扩散为在横向上连结的工序。
2.根据权利要求1所记载的杂质层形成方法，其特征在于，上述曝光用掩膜的单位透射区域为，上述透射率不同的部分区域排列为格子状。
3.根据权利要求2所记载的杂质层形成方法，其特征在于，上述单位透射区域为大致正方形状，上述部分区域为上述单位透射区域被分割为4部分、分别具有上述单位透射区域的1/4面积的大致正方形状。
4.根据权利要求3所记载的杂质层形成方法，其特征在于， 具有相同透射率的上述部分区域相互离开地配置。
5.根据权利要求1所记载的杂质层形成方法，其特征在于，通过上述曝光工序形成的抗蚀剂层是多个单位抗蚀剂区域二维排列而成的，该单位抗蚀剂区域由膜厚不同的多个部分区域构成。
6.根据权利要求5所记载的杂质层形成方法，其特征在于，上述单位抗蚀剂区域所包含的多个部分区域中，包含膜厚实质上为0的部分。
7.根据权利要求1所记载的杂质层形成方法，其特征在于， 上述扩散工序为热扩散工序。
8.—种固体摄像装置的制造方法，其特征在于，包括在硅基板的表面上所形成的基底层的表面上，以格子状排列形成多个光电转换部的工序；在包含上述多个光电转换部的上述基底层的表面上，形成感光性的抗蚀剂材料的工序；对曝光用掩膜进行对位，以使该曝光用掩膜的各非透射区域配置在上述多个光电转换部上的工序，该曝光用掩膜为，由排列为格子状的上述多个非透射区域及设置在这些非透射区域之间的透射区域构成，上述透射区域为多个单位透射区域二维排列，各上述单位透射区域由透射率不同的多个部分区域构成；使用上述曝光用掩膜对上述抗蚀剂材料进行曝光的工序；通过对所曝光的上述抗蚀剂材料进行显影，由此形成根据上述曝光用掩膜的透射率而膜厚局部不同的抗蚀剂层的工序；经由该抗蚀剂层向上述基底层的上述光电转换部之间注入离子的工序；以及通过使注入到上述基底层内的大致相同深度的离子群扩散为在横向上连结，由此形成像素分离层的工序。
9.根据权利要求8所记载的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，上述曝光用掩膜的单位透射区域为，上述透射率不同的部分区域排列为格子状。
10.根据权利要求9所记载的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，上述单位透射区域为大致正方形状，上述部分区域为上述单位透射区域被分割为4部分、分别具有上述单位透射区域的1/4面积的大致正方形状。
11.根据权利要求8所记载的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，通过上述曝光工序形成的抗蚀剂层是多个单位抗蚀剂区域二维排列而成的，该单位抗蚀剂区域由膜厚不同的多个部分区域构成。
12.根据权利要求10所记载的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，上述单位抗蚀剂区域所包含的多个部分区域中，包含膜厚实质上为0的部分。
13.根据权利要求8所记载的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，上述扩散工序为热扩散工序。
14.一种固体摄像装置的制造方法，其特征在于，包括在硅基板的表面上形成感光性的抗蚀剂材料的工序；使用曝光用掩膜对上述抗蚀剂材料进行曝光的工序，该曝光用掩膜为，由透射区域及包围该透射区域的非透射区域构成，上述透射区域为多个单位透射区域二维排列，各上述单位透射区域由透射率不同的多个部分区域构成；通过对所曝光的上述抗蚀剂材料进行显影，由此形成根据上述曝光用掩膜的透射率而膜厚局部不同的抗蚀剂层的工序；经由该抗蚀剂层向上述硅基板注入离子的工序；通过使注入到上述硅基板内的大致相同深度的离子群扩散为在横向上连结且均勻化， 由此形成阱层的工序；以及在该阱层的表面上格子状地排列形成多个光电转换部的工序。
15.根据权利要求14所记载的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，上述曝光用掩膜的单位透射区域为，上述透射率不同的部分区域排列为格子状。
16.根据权利要求15所记载的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，上述单位透射区域为大致正方形状，上述部分区域为上述单位透射区域被分割为4部分、分别具有上述单位透射区域的1/4面积的大致正方形状。
17.根据权利要求3所记载的杂质层形成方法，其特征在于，上述被分割为4部分的部分区域中的两个部分区域具有相同透射率，这些具有相同透射率的两个部分区域相互离开地配置。
18.根据权利要求15所记载的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，通过上述曝光工序所形成的抗蚀剂层是多个单位抗蚀剂区域二维排列而成的，该单位抗蚀剂区域由膜厚不同的多个部分区域构成。
19.根据权利要求15所记载的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，上述单位透射区域为大致正方形状，上述部分区域为上述单位透射区域被分割为9部分、分别具有上述单位透射区域的1/9面积的大致正方形状。
20.根据权利要求19所记载的固体摄像装置的制造方法，其特征在于，上述被分割为9部分的部分区域中的3个部分区域具有相同透射率，这些具有相同透射率的3个部分区域相互离开地配置。
全文摘要
杂质层形成方法、曝光用掩膜及固体摄像装置的制造方法。杂质层形成方法包括在半导体基板(15)表面上形成抗蚀剂材料(16)的工序；使用光栅掩膜(10)曝光抗蚀剂材料的工序，该光栅掩膜具有由透射率相互不同的多个微小透射部(13A至13D)构成的多个单位透射区域(14)，并具有这些单位透射区域二维状排列的透射区域(11)；显影曝光的抗蚀剂材料，在半导体基板表面上形成具有与透射区域的透射率相对应的膜厚的薄膜区域(17)的抗蚀剂层(18)的工序；经由薄膜区域向半导体基板(15)注入离子的工序；以及使注入到相同深度的多个离子群(21A’、21B’、21C’、21D’)扩散为在横向上接合且均匀化的工序。
文档编号G03F7/20GK102412255SQ20111028216
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者富田健, 小原悦郭 申请人:株式会社东芝