本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置和半導(dǎo)體裝置的制造方法，特別涉及在同一硅襯底上形成用于檢測(cè)紫外線(xiàn)那樣的短波長(zhǎng)的光的半導(dǎo)體受光元件和mos晶體管的半導(dǎo)體裝置的制造方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體受光元件有各個(gè)種類(lèi)。其中，使用了硅襯底的受光元件通過(guò)在同一襯底上制作使用了mos晶體管等的集成電路，能夠在一個(gè)芯片上進(jìn)行從受光到信號(hào)處理的過(guò)程，所以在較多的用途中被使用。

硅中的光的穿透深度(入射到硅中的光的強(qiáng)度由于吸收而衰減為1/e的深度)具有如圖7的波長(zhǎng)依賴(lài)性，在紫外線(xiàn)(uva：320～400nm、uvb：280～320nm)的情況下，大部分的光在幾nm～幾十nm的區(qū)域中被吸收。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1和非專(zhuān)利文獻(xiàn)1中示出了用于使用具有這樣的特征的硅來(lái)檢測(cè)紫外線(xiàn)的構(gòu)造。

具體而言，將pn結(jié)的深度減小為幾十～100nm左右，以檢測(cè)通過(guò)紫外線(xiàn)照射而產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)來(lái)作為光電流。此外，通過(guò)形成為使硅最表面的雜質(zhì)濃度為10¹⁹cm^-3以上且濃度相對(duì)于深度方向逐漸降低的雜質(zhì)分布，產(chǎn)生基于濃度梯度的電場(chǎng)，使電子-空穴對(duì)高效分離而獲得光電流。

并且，在這種硅受光元件構(gòu)造中，如非專(zhuān)利文獻(xiàn)2所記載地那樣，在通過(guò)紫外線(xiàn)照射而在硅上的絕緣膜上俘獲有電荷時(shí)，對(duì)pn結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，而受光元件的感光度特性發(fā)生變動(dòng)。因此，需要使與硅表面接觸的絕緣膜形成為電荷阱較少的熱二氧化硅膜。使硅最表面的雜質(zhì)濃度成為高濃度還具有屏蔽絕緣膜中的固定電荷的影響的優(yōu)點(diǎn)。

另一方面，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了與mos晶體管一起形成使用了硅的紫外線(xiàn)受光元件的以往的方法。圖8和圖9是按照工序順序示出以往的制造方法的剖視圖。在圖中，pd是形成受光元件的受光元件形成區(qū)域，tr是形成pmos晶體管的mos晶體管形成區(qū)域。

首先，如圖8的(a)所示，在p型的硅襯底101的表面形成n阱區(qū)域102和元件分離區(qū)域103，在根據(jù)需要進(jìn)行用于調(diào)節(jié)晶體管的閾值電壓的離子注入以后，通過(guò)熱氧化形成柵氧化膜104。

接著，如圖8的(b)所示，堆疊作為柵電極材料的多晶硅膜105，并通過(guò)蝕刻進(jìn)行構(gòu)圖，從而形成柵電極106(圖8的(c))。

然后，在用第1光致抗蝕劑膜(未圖示)對(duì)受光元件形成區(qū)域pd上進(jìn)行了掩蔽的狀態(tài)下，對(duì)mos晶體管形成區(qū)域tr進(jìn)行離子注入，形成ldd(lightlydopeddrain：輕摻雜漏)區(qū)域109(圖8的(d))。

在去除第1光致抗蝕劑膜以后，在整個(gè)面上堆疊絕緣膜110(圖9的(a))，以不去除受光元件形成區(qū)域pd上的柵氧化膜104的方式，在用第2光致抗蝕劑膜(未圖示)對(duì)受光元件形成區(qū)域pd進(jìn)行了掩蔽的狀態(tài)下進(jìn)行各向異性蝕刻。由此，在柵電極106的側(cè)面形成側(cè)壁111，并且在受光元件形成區(qū)域pd上殘留有柵氧化膜104和絕緣膜110(圖9的(b))。

接著，對(duì)mos晶體管形成區(qū)域tr進(jìn)行離子注入，形成源漏區(qū)域112(圖9的(c))。

然后，對(duì)受光元件形成區(qū)域pd進(jìn)行用于形成淺結(jié)的離子注入，形成雜質(zhì)區(qū)域108(圖9的(d))。

這樣，根據(jù)以往的制造方法，能夠在同一硅襯底一起形成具有使用了硅的pn結(jié)的紫外線(xiàn)受光元件和mos晶體管。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特許第5692880號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2014-154793號(hào)公報(bào)

非專(zhuān)利文獻(xiàn)1：itetrans.onmtavol.2no.2pp.123-130(2014)

非專(zhuān)利文獻(xiàn)2：spie-is&t/vol.829882980m-1～8(2012)

在圖8和圖9所示的以往的制造方法中，雖然與受光元件形成區(qū)域pd的硅襯底表面直接接觸的絕緣膜是熱氧化膜，但是由于是在用于形成柵電極的構(gòu)圖后殘留的柵氧化膜104，所以可能產(chǎn)生由柵構(gòu)圖時(shí)的蝕刻損傷等引起的膜質(zhì)量下降。如上所述，為了抑制受光元件的感光度特性的變動(dòng)，與硅表面接觸的絕緣膜需要是電荷阱少的熱二氧化硅膜，所以膜質(zhì)量下降的柵氧化膜104與硅表面接觸的受光元件的可靠性較低。

此外，為形成側(cè)壁111而進(jìn)行堆疊的絕緣膜110通常比柵氧化膜104厚(例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，柵氧化膜厚度為10nm～50nm、側(cè)壁用絕緣膜厚度為200nm～500nm)，所以為了穿過(guò)柵氧化膜104和側(cè)壁用絕緣膜110的層疊膜對(duì)受光元件形成區(qū)域pd進(jìn)行離子注入，而使得雜質(zhì)區(qū)域108成為期望的濃度，需要超過(guò)10¹⁶cm^-2的較高的劑量。

如果一次注入該劑量，則存在抗蝕劑燒毀等制造上的障礙，所以通常分為兩次以上進(jìn)行注入，生產(chǎn)能力下降。此外，結(jié)深也會(huì)成為200nm左右，不會(huì)成為原本為了高感光度地檢測(cè)紫外線(xiàn)所需的100nm以下的淺結(jié)。并且，還需要使硅最表面的雜質(zhì)濃度為10¹⁹cm^-3以上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的課題在于提供一種能夠在同一硅襯底上一起形成可靠性高的受光元件和mos晶體管的半導(dǎo)體裝置和半導(dǎo)體裝置的制造方法。

本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，具有以下工序：第一工序，在具有受光元件形成區(qū)域和mos晶體管形成區(qū)域的硅襯底表面上，形成作為mos晶體管的柵氧化膜的第一熱氧化膜；第二工序，在所述第一熱氧化膜上形成多晶硅膜；第三工序，對(duì)所述多晶硅膜進(jìn)行構(gòu)圖，在所述mos晶體管形成區(qū)域形成所述mos晶體管的柵電極；第四工序，去除所述第一熱氧化膜中的、除所述柵電極的下部以外的所述第一熱氧化膜；第五工序，在所述硅襯底表面形成第二熱氧化膜；以及第六工序，穿過(guò)所述第二熱氧化膜，對(duì)所述受光元件形成區(qū)域離子注入雜質(zhì)而形成雜質(zhì)區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，由于在去除了除柵電極的下部以外的第一熱氧化膜以后，重新形成第二熱氧化膜，所以能夠使與受光元件形成區(qū)域的硅襯底表面直接接觸的絕緣膜為不會(huì)受到由多晶硅膜的構(gòu)圖引起的蝕刻損傷的熱氧化膜。此外，第二熱氧化膜的膜厚能夠與柵氧化膜的膜厚無(wú)關(guān)地進(jìn)行設(shè)定。因此，以適當(dāng)?shù)暮穸?例如厚度為30nm以下)形成電荷阱少的第二熱氧化膜，穿過(guò)該第二熱氧化膜對(duì)受光元件形成區(qū)域進(jìn)行離子注入而形成雜質(zhì)區(qū)域，由此能夠?qū)㈦x子注入的劑量抑制得較低，且能夠形成具有淺結(jié)的受光元件，在該受光元件中，雜質(zhì)區(qū)域的硅襯底的最表面的雜質(zhì)濃度為10¹⁹cm^-3以上，雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)濃度成為10¹⁷cm^-3以下時(shí)的、距硅襯底表面的深度為100nm以下。

附圖說(shuō)明

圖1是按照工序順序示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

圖2是按照工序順序示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

圖3是按照工序順序示出本發(fā)明第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

圖4是按照工序順序示出本發(fā)明第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

圖5是示出穿過(guò)膜厚10nm的熱氧化膜而注入了bf2時(shí)的硼的濃度分布的圖。

圖6是示出穿過(guò)膜厚30nm的熱氧化膜而注入了bf2時(shí)的硼的濃度分布的圖。

圖7是示出在光入射到了硅中時(shí)光穿透的深度的波長(zhǎng)依賴(lài)性的圖。

圖8是按照工序順序示出以往的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

圖9是按照工序順序示出以往的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明

1：硅襯底；2：n阱區(qū)域；3：元件分離區(qū)域；4：柵氧化膜；5：多晶硅膜；6：柵電極；7：熱氧化膜；8：雜質(zhì)區(qū)域；9：ldd區(qū)域；10、10a、10b：絕緣膜；11、11b：側(cè)壁；12：源漏區(qū)域；r：掩模層。

具體實(shí)施方式

[第一實(shí)施方式]

圖1和圖2是按照工序順序示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

在圖中，pd是形成受光元件的受光元件形成區(qū)域，tr是形成pmos晶體管的mos晶體管形成區(qū)域。

首先，如圖1的(a)所示，在p型的硅襯底1的表面形成n阱區(qū)域2和元件分離區(qū)域3，并根據(jù)需要進(jìn)行用于調(diào)節(jié)晶體管的閾值電壓的離子注入。

然后，通過(guò)對(duì)硅襯底1的整個(gè)面進(jìn)行熱氧化，形成柵氧化膜(也稱(chēng)作“第一熱氧化膜”))4。柵氧化膜4的厚度例如是10nm。

接著，堆疊作為柵電極材料的多晶硅膜5(圖1的(b))，并通過(guò)蝕刻對(duì)其進(jìn)行構(gòu)圖，從而形成柵電極6。這里，為了清除在蝕刻后殘留的異物等，進(jìn)行濕法處理，去除柵電極6的下部以外的區(qū)域的柵氧化膜4(圖1的(c))。

然后，通過(guò)對(duì)整個(gè)面進(jìn)行熱氧化，在硅襯底1的表面、柵電極6的側(cè)面和上表面上形成熱氧化膜(也稱(chēng)作“第二熱氧化膜”))7(圖1的(d))。該熱氧化膜7的厚度在例如受光元件形成區(qū)域pd上是10nm。另外，在該工序中，對(duì)柵電極6的側(cè)面進(jìn)行熱氧化起到如下等作用：去除柵電極6的構(gòu)圖時(shí)的蝕刻損傷；防止之后工序的源漏區(qū)域形成用的離子注入中的離子對(duì)柵電極6的穿通。

接著，穿過(guò)熱氧化膜7，對(duì)受光元件形成區(qū)域pd的n阱區(qū)域2進(jìn)行p型雜質(zhì)的離子注入，形成p型雜質(zhì)區(qū)域8(圖1的(e))。該注入條件例如是bf2、10kev、5.0×10¹³cm^-2。由此，形成了淺的pn結(jié)。這里，熱氧化膜7不是柵氧化膜(第一熱氧化膜)4，而是在去除柵氧化膜4以后新形成的熱氧化膜，所以不會(huì)受到蝕刻損傷等。并且，能夠在熱氧化膜7上未形成其他絕緣膜的狀態(tài)下進(jìn)行離子注入。

因此，能夠如上述那樣將離子注入的劑量抑制得較低，且能夠形成具有淺結(jié)的可靠性高的受光元件，在該受光元件中，雜質(zhì)區(qū)域的硅襯底的最表面的雜質(zhì)濃度為10¹⁹cm^-3以上，雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)濃度成為10¹⁷cm^-3以下時(shí)的、距硅襯底表面的深度為100nm以下。

接著，在mos晶體管形成區(qū)域tr，以柵電極6和設(shè)置于柵電極6的側(cè)面的第二熱氧化膜為掩模，進(jìn)行p型雜質(zhì)的離子注入，自對(duì)準(zhǔn)地形成ldd(lightlydopeddrain：輕摻雜漏)區(qū)域9(圖2的(a))。

接著，在整個(gè)面上堆疊絕緣膜10(圖2的(b))。該絕緣膜10的厚度例如是300nm。接著，在通過(guò)由抗蝕劑構(gòu)成的掩模層r覆蓋了受光元件形成區(qū)域pd的狀態(tài)下進(jìn)行各向異性蝕刻，并在柵電極6的側(cè)面形成側(cè)壁11(圖2的(c))。這時(shí)，在mos晶體管形成區(qū)域tr的ldd區(qū)域9表面，被去除至熱氧化膜7，但是受光元件形成區(qū)域pd被掩模層r覆蓋，所以殘留有絕緣膜10，由此，蝕刻損傷難以進(jìn)入到與硅襯底1的表面直接接觸的熱氧化膜7。

然后，如圖2的(d)所示，對(duì)mos晶體管形成區(qū)域tr進(jìn)行p型雜質(zhì)的離子注入，形成源漏區(qū)域12。而且，進(jìn)行例如950℃、1秒這樣的高溫短時(shí)間的活化退火，使得不損害受光元件形成區(qū)域pd的淺結(jié)。

圖5示出如上述那樣形成的受光元件形成區(qū)域pd的硼的濃度分布。如上所述，受光元件形成區(qū)域pd上的熱氧化膜7的厚度是10nm，離子注入條件是bf2、10kev、5.0×10¹³cm^-2。

如圖5所示，硅最表面的硼濃度為2×10¹⁹cm^-3，硼濃度成為10¹⁷cm^-3以下時(shí)的、距硅表面的深度是55nm，實(shí)現(xiàn)了以高感光度檢測(cè)紫外線(xiàn)所需的雜質(zhì)分布。

這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，由于雜質(zhì)區(qū)域8形成用的離子注入的劑量是10¹³cm^-2左右，所以不存在如在以往的制造方法中產(chǎn)生的制造上的障礙，而能夠通過(guò)與mos晶體管的制造工序匹配的制造方法，與mos晶體管一起形成具有如圖5所示的雜質(zhì)分布的可靠性高的受光元件。

[第二實(shí)施方式]

圖3是按照工序順序示出本發(fā)明第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。圖3的(a)示出了與圖1的(d)相同的工序，由于直到該工序?yàn)橹古c第一實(shí)施方式相同，因此省略說(shuō)明。但是，在本實(shí)施方式中，使熱氧化膜7的厚度比第一實(shí)施方式厚，為30nm。

在該狀態(tài)下，如圖3的(b)所示，在受光元件形成區(qū)域pd進(jìn)行淺結(jié)形成用的離子注入。離子注入條件例如是bf2、15kev、5.3×10¹⁴cm^-2。該離子注入還在mos晶體管形成區(qū)域tr同時(shí)進(jìn)行而形成ldd區(qū)域9。

在圖3的(b)的工序以后經(jīng)過(guò)與圖2的(b)之后相同的工序，由此能夠在同一硅表面上形成pmos晶體管和受光元件。

在使用本實(shí)施方式的方法時(shí)，受光元件形成區(qū)域pd的雜質(zhì)區(qū)域8的形成、即淺結(jié)形成用的離子注入兼顧了mos晶體管的ldd區(qū)域9形成用的離子注入，所以與第一實(shí)施方式相比能夠削減工序數(shù)量。

圖6示出本實(shí)施方式中的受光元件形成區(qū)域pd的硼的濃度分布。如上所述，受光元件形成區(qū)域pd上的熱氧化膜7的厚度是30nm、離子注入條件是bf2、15kev、5.0×10¹⁴cm^-2。

如圖6所示，硅最表面的硼濃度為2×10¹⁹cm^-3，硼濃度成為10¹⁷cm^-3以下時(shí)的、硅表面的深度是65nm，實(shí)現(xiàn)了以高感光度檢測(cè)紫外線(xiàn)所需的雜質(zhì)分布。

根據(jù)圖5和圖6可知，在穿過(guò)氧化膜進(jìn)行離子注入的情況下，如果將氧化膜厚從10nm變?yōu)?0nm，則為了使硅最表面的硼濃度成為10¹⁹cm^-3以上，需要將注入劑量增大一個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，在增厚氧化膜時(shí)，還需要提高注入能量，難以控制性良好地形成淺結(jié)。因此，氧化膜的厚度優(yōu)選為30nm以下。

[第三實(shí)施方式]

圖4是按照工序順序示出本發(fā)明第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。圖4的(a)示出了與圖2的(a)相同的工序，由于直到該工序?yàn)橹古c第一實(shí)施方式相同，因此省略說(shuō)明。

接著，如圖4的(b)所示，堆疊側(cè)壁形成用的絕緣膜10a和10b。這里，絕緣膜10a是厚度為20nm的氮化硅膜，絕緣膜10b是厚度為280nm的二氧化硅膜。此外，受光元件形成區(qū)域表面上的熱氧化膜7的厚度是30nm以下。

接著，如圖4的(c)所示，使用各向異性蝕刻而在柵電極6的側(cè)面上形成由絕緣膜(二氧化硅膜)10b構(gòu)成的側(cè)壁11b。這時(shí)，通過(guò)使用氧化膜的蝕刻速率較快而氮化膜的蝕刻速率較慢的蝕刻條件，絕緣膜(氮化硅膜)10a作為蝕刻阻擋層而殘留。由此，能夠減輕對(duì)與受光元件形成區(qū)域pd的硅表面直接接觸的熱氧化膜7的蝕刻損傷。在形成側(cè)壁11b后進(jìn)行離子注入從而形成源漏區(qū)域12(圖4的(d))。

如上所述，能夠在同一硅襯底上一起形成mos晶體管和受光元件。

使用本實(shí)施方式的方法，在形成側(cè)壁11b時(shí)，無(wú)需通過(guò)抗蝕劑覆蓋受光元件形成區(qū)域pd上的絕緣膜，所以能夠削減工序數(shù)量。另外，雖然在本實(shí)施方式中，使用了氮化膜10a和氧化膜10b的層疊構(gòu)造，但在氮化膜存在于硅表面附近時(shí)，作為電荷阱發(fā)揮作用，有時(shí)對(duì)受光元件特性和mos晶體管特性產(chǎn)生影響。在這樣的情況下，還能夠形成為如氧化膜/氮化膜/氧化膜的三層以上的構(gòu)造。

此外，通過(guò)對(duì)存在于受光元件形成區(qū)域pd上的氮化膜和氧化膜的層疊構(gòu)造分別最優(yōu)地設(shè)計(jì)膜厚，能夠?qū)μ囟ǖ墓獾牟ㄩL(zhǎng)區(qū)域選擇性地提高透射率，因此能夠制作在特定的波長(zhǎng)區(qū)域中具有高感光度的受光元件。

以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不受上述實(shí)施方式限定，當(dāng)然能夠在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。

例如，在上述各實(shí)施方式中，示出了在n阱區(qū)域上制作pmos晶體管和最表面為p型的受光元件的例子，但是當(dāng)然也能夠在p阱區(qū)域上制作nmos晶體管和最表面為n型的受光元件。在該情況下，在用于形成淺的pn結(jié)的離子注入中使用砷、磷、銻等離子種類(lèi)。

此外，在上述各實(shí)施方式中，離子注入的離子種類(lèi)使用了bf2，但也可以在離子注入中使用硼單體或包含硼的簇離子等。