문맥 (context)
불순물 확산층을 사용한 분리는 ＣＣＤ촬상소자 등의 고체촬상소자에 있어서, 단위 화소를 분리하는 기술이다. 포토다이오드를 포함하는 n형 수광 센서부가 단위 화소를 구성하면, 격자상의 p형 불순물 확산층을, 단위 화소간을 분리하는 소자 분리 영역으로서 형성한다. 이러한 소자 분리 영역은, 이온 주입용 마스크를 통해, 단위 화소간에 이온 주입됨으로써 형성된다.
최근 단위 화소가 미세화되고 있다. 따라서 수광 센서부를 증가시켜서, 각각에 입사하는 광량을 증가시킴으로써 촬상소자의 감도를 향상시킬 목적으로, 고심도, 좁은 영역의 소자 분리 영역이 요구되고 있다.
단위 화소간에 불순물을 이온 주입하고, 보다 고심도의 소자 분리 영역을 형성하기 위해서는, 어느 정도의 이온 주입 에너지가 필요하다. 그 때문에, 이온 주입용 마스크(이하, II(Ion Implantation) 마스크)의 개구에 필요한 어스펙트비도 필연적으로 높아진다. 현재, 포토레지스트를 마스크 재료로 사용한 경우에는, 원하는 고어스펙트비를 가지는 II 마스크 구조를 달성할 수 없다. 따라서 RIE(Reactive Ion Etching)에 의해, 원하는 구조의 SiO2에 의한 II 하드 마스크를 형성하는 기술이 일반적이다.
도 1a 내지 1c에, 종래의 II 하드 마스크를 사용한 고체촬상소자의 제조방법에 있어서의 개략 공정도를 나타낸다. 본 예는, 고체촬상소자에 있어서, 소자 분리 영역을 형성할 때의 개략 공정이며, 이온 주입에 의해 소자 분리 영역이 형성되는 예다.
우선, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 n형의 수광 센서부가 형성된 Si기판(20)의 표면에, 플라스마CVD(Chemical Vapor Deposition, 화학적 기상성장)법에 의한 SiN(이하, P-SiN)막(21), SiO2막(22), 및 레지스트 마스크(23)를 형성한다. 여기에서는 Si기판(20)에 형성된 수광 센서부의 도시를 생략한다. Si기판(20) 위에 형성된 Ｐ-SiN막(21)은 스토퍼층으로 사용되고, SiO2막(22)은 II 하드 마스크로 사용된다. SiO2막(22)은, 고어스펙트비를 가지는 II 하드 마스크를 구성하기 때문에, 막 두께는 예를 들면 5μm로 한다. 레지스트 마스크(23)는, 패턴 노광 및 현상에 의해, 슬릿형의 개구(25)를 가지는 패턴으로 형성된다. 여기에서의 개구(25)의 폭은, 예를 들면 0.5μm로 형성한다.
다음에 도 1b에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(23)의 개구(25)를 통해, SiO2막(22)에 에칭을 행함으로써, 고어스펙트비의 II 하드 마스크(26)가 형성된다.
다음에 도 1c에 나타낸 바와 같이, 고어스펙트비의 II 하드 마스크(26)를 통해, 예를 들면 p형 불순물을 Si기판(20)에 이온 주입하고, 열확산함으로써 소자 분리 영역(24)을 형성한다. 고어스펙트비의 II 하드 마스크(26)를 통해 Si기판(20)에 불순물을 이온 도입하기 때문에, 좁은 영역, 고심도의 p형 확산영역을 소자 분리 영역(24)으로서 형성할 수 있다.
현재, 화소의 미세화와 함께 좁은 소자 분리 영역이 요구됨에 따라, II 하드 마스크의 개구도 0.3μm 이하가 될 것이 요구된다. 도 2a 내지 2c에 어스펙트비가 예를 들면 20인 II 하드 마스크를 가지는 고체촬상소자의 개략적인 구성을 나타낸다. 도 2a 내지 2c에 있어서, 도 1에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부착하고, 중복 설명을 생략한다. 도 1a 내지 1c에 나타낸 바와 같은 II 하드 마스크(26)를 형성할 때에, 어스펙트비가 20 정도가 되면, SiO2막의 ＲＩＥ에 의한 수직 가공은 곤란해진다. 그 경우, II 하드 마스크(26)의 형상은, 도 2a에 나타내는 이상 형상인 수직형상에서 벗어나, 도 2b에 나타낸 바와 같은 테이퍼 형상, 혹은 도 2c에 나타낸 바와 같은 보잉 형상이 되어버린다. II 하드 마스크(26)의 개구 형상이 테이퍼 형상이나 보잉 형상이 되면, 이온 주입은 그 개구 형상의 가장 넓은 폭에 맞춰서 이루어진다. 따라서 불순물에 의한 확산층의 분포는, 도 2b, 2c에 나타낸 바와 같이, 파선으로 나타낸 원하는 분포에 비해 넓어진다. 따라서, 고체촬상소자에 있어서는, 소자 분리 영역(24)이 파선으로 나타내는 원하는 분포 영역보다 넓어지고, 인접하는 수광 센서부(도시 생략)가 좁아지기 때문에, 촬상소자의 입사광에 대한 감도가 저하하는 문제가 생긴다.
일본국 공개특허공보 특개 평9-162137호에는, 이온 주입법에 있어서, 마스크 패턴의 개구부 아래 가장자리의 개구 크기를 리플로에 의해 축소시켜서, 이온 주입 영역의 미세한 면적을 조정하고, 원하는 위치에 이온 주입하는 방법이 개시되어 있다.
지시문 (instruction)
주어진 원문을 읽고 필요한 정보를 파악하여, 원문에 근거해 질문에 답하라.
질문 (question)
고체촬상소자의 제조 공정 중 SiO2에 의한 II 하드 마스크를 형성할 때, 마스크의 개구 형상이 테이퍼 형상이나 보잉 형상이 되어 불순물 확산층의 분포가 넓어지게 되는 조건은 무엇인가?
추론 과정 (compact_reasoning)
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1과제 해석
task_interpretationII 하드 마스크의 형상이 변형되어 불순물 확산층이 넓어지는 원인(조건)을 파악해야 한다.
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2정보 추출
information_extraction마스크 형상이 테이퍼 또는 보잉 형상이 되는 상황과 그에 따른 결과를 추출한다.
- II 하드 마스크(26)를 형성할 때에, 어스펙트비가 20 정도가 되면, SiO2막의 ＲＩＥ에 의한 수직 가공은 곤란해진다. 그 경우, II 하드 마스크(26)의 형상은, 도 2a에 나타내는 이상 형상인 수직형상에서 벗어나, 도 2b에 나타낸 바와 같은 테이퍼 형상, 혹은 도 2c에 나타낸 바와 같은 보잉 형상이 되어버린다.
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3근거 선택
evidence_selection형상 변형의 직접적인 원인이 되는 수치적 조건을 선별한다.
- 어스펙트비가 20 정도가 되면, SiO2막의 ＲＩＥ에 의한 수직 가공은 곤란해진다.
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4논리 통합
logical_integration어스펙트비가 20 정도가 되면 RIE 수직 가공이 어려워져 형상이 변형되고, 이로 인해 이온 주입 시 확산층이 넓어진다는 인과관계를 연결한다.
- 이온 주입은 그 개구 형상의 가장 넓은 폭에 맞춰서 이루어진다. 따라서 불순물에 의한 확산층의 분포는, 도 2b, 2c에 나타낸 바와 같이, 파선으로 나타낸 원하는 분포에 비해 넓어진다.
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5결론 도출
conclusion_formulation어스펙트비가 20 정도가 되어 RIE에 의한 수직 가공이 곤란해지는 조건이 핵심임을 도출한다.
- 어스펙트비가 20 정도가 되면, SiO2막의 ＲＩＥ에 의한 수직 가공은 곤란해진다.
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6답변 생성
answer_generation질문에 대해 조건 중심으로 답변을 작성한다.
- 어스펙트비가 20 정도가 되면, SiO2막의 ＲＩＥ에 의한 수직 가공은 곤란해진다.
최종 답변 (final_answer)
II 하드 마스크를 형성할 때 어스펙트비가 20 정도가 되어 SiO2막의 RIE(Reactive Ion Etching)에 의한 수직 가공이 곤란해지는 조건에서 마스크 형상이 테이퍼 형상이나 보잉 형상이 되며, 이로 인해 불순물 확산층의 분포가 넓어진다.
핵심 해석 (core_interpretation)
고체촬상소자 제조 시 II 하드 마스크의 어스펙트비가 20 정도가 되면 RIE에 의한 수직 가공이 곤란해져 마스크 개구 형상이 테이퍼 형상이나 보잉 형상이 된다.