JP2010114409A - Soi基板とその製造方法、固体撮像装置とその製造方法、および撮像装置 - Google Patents

Soi基板とその製造方法、固体撮像装置とその製造方法、および撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】SOI基板の単結晶シリコン層の表面側から侵入した金属不純物のような汚染物質をSOI基板の支持基板側にゲッタリングし易くすることを可能にする。
【解決手段】シリコン基板11と、前記シリコン基板11上に形成された酸化シリコン層12と、前記酸化シリコン層12上に形成されたシリコン層13と、前記シリコン基板11中に形成されたゲッター層14と、前記酸化シリコン層12に形成された不純物注入領域からなるダメージ層15を備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、SOI基板とその製造方法、固体撮像装置とその製造方法、および撮像装置に関するものである。
SOI(Silicon on insulator)は、高集積CMOS素子や高耐圧素子に加え、最近は、イメージセンサ分野でも、大幅な感度向上が期待できることで注目されている。例えば「積層型全開口CMOSセンサ」では不可欠であり、ゲッタリング能力の向上が望まれている。
SOI基板の具体的な構造は、支持基板上に、酸化シリコン(SiO2)膜等の埋め込み絶縁膜を介して、デバイス形成領域として使用される単結晶シリコン層が形成された三層構造が主である。また、単結晶シリコン層上にエピタキシャル成長層を形成して用いることもある。
上記SOI基板は、寄生容量が小さく、耐放射性能力が高いなどの特徴から、高速・低消費電力対応やラッチアップ防止などの効果が期待され、高性能半導体素子用の基板として広く用いられている。
さらに最近では、イメージセンサ分野でも大幅な感度向上が期待できることで注目されている「積層型全開口CMOSセンサ」構造において、フォトダイオード層の厚みを制御良く形成できることから、広く用いられるようになってきている。
SOI基板の製造方法は、様々なものが知られており、酸素を高濃度にイオン注入するSIMOX法により形成したSOI基板や、張り合わせ法によるSOI基板が、生産的には広く使われている。
特に、張り合わせ法によるSOI基板が主流である。
その製造方法は、まず、鏡面研磨された2枚の単結晶シリコン基板を用意する。1枚はSOI層となる単結晶シリコン基板(基板A)であり、もう1枚は支持基板となる単結晶シリコン基板(基板B)である。そして少なくとも一方の単結晶シリコン基板の表面に酸化膜を形成しておく。次いで、これらの単結晶シリコン基板を、上記酸化膜を挟んで張り合わせた後、熱処理で張り合わせの結合強度を高め、その後、基板Aを裏面側から薄膜化して、SOI基板を得ていた。
上記基板Aの薄膜化の方法としては以下のような方法がある。(a)基板Aを所望の厚さまで研削や研磨等を施す方法である。(b)不純物濃度の違いによるエッチング速度差を用いる方法である。(c)基板Aと基板Bを張り合わせる前に、予め水素またはヘリウムをイオン注入して剥離層を形成しておき、張り合わせ熱処理温度よりも低い温度で剥離熱処理して基板Aをこの剥離層で剥離する方法(イオン注入剥離法、例えばスマートカット法)がある。
SOI基板は、電気的特性の観点や、均一なシリコン層を形成できる等のメリットを有するが、金属不純物汚染に対しては、構造的に不利である。すなわち、多くの金属不純物の拡散係数は、シリコン中よりも酸化シリコン膜中の方が小さい。また、金属の酸化物形成エネルギーが安定である。したがって、単結晶シリコン層の表面側から汚染が侵入した場合、金属不純物が酸化シリコン層を通過しにくいため、薄い単結晶シリコン層に蓄積されることになる。そのため、SOI構造を有しないシリコン基板の場合よりも金属汚染の悪影響がより大きくなる場合が多い。特に、金属不純物に起因して、白点欠陥や暗電流の影響を受け易いイメージセンサでは深刻な問題となっている。
したがって、SOI基板では、金属不純物を捕獲して半導体素子の活性層となる単結晶シリコン層から除去する能力、いわゆるゲッタリング能力が強いことが不可欠である。
SOI基板に関するゲッタリング技術としては、図31(1)に示すように、SOI基板210のSOI層211の下部の酸化シリコン層212側にゲッター層214(中性元素のイオン注入等)を形成する手法がある。または、図31(2)に示すように、SOI基板210の酸化シリコン層212側の下の支持基板213側にゲッター層214を形成する手法等が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
上記図31(1)に示した構成では、デバイス活性領域がSOI層211深部まで形成できないことが問題となる。また、ゲッター層214からの影響(歪や電子の再放出によるダーク成分)等の問題がある。さらに、図31(2)に示した構成では、酸化シリコン層212下にゲッター層214があるため、SOI層211側からの汚染に対しては、有効なゲッター層とはならないという問題があった。
イメージセンサは、小型化、高画素化に伴い、セルサイズは年々微細化されてきている。例えば、CCDイメージャでは、1.65μmセルが商品化され、CMOSセンサも1.4μm代のセルが開発されている。
画素セルの微細化に伴い、当然、1画素当りの光量が減少するので、イメージャの感度は下がる傾向にある。しかしながら、集光率の向上、上層膜の反射・吸収の低減、バルクでの光電変換領域の拡大(深さ方向および横方向)等の改善により、これまでは感度低下を防いできていた。
しかしながら、2μmセル以下になると、集光率改善は限界が見えている。
そこで、センサを全面開口する「積層型全開口イメージセンサ」として裏面照射型CMOSイメージセンサが開発されている(例えば、特許文献2参照。)。光電変換部を単結晶シリコンで形成するために、残像やダーク特性の悪化はなく、有望視されている。
その形成方法として、SOI基板(SIMOX法、張り合わせ法等)を用いる方法や、エピタキシャル成長層を形成したエピタキシャル成長基板を用いて受光部であるシリコン(Si)層を薄膜化する方法がある。特に、張り合わせ法を用いたSOI基板が、生産性やSOI層の品質面からも有望視されている。
特開2007−318102号公報 特開2004−134672号公報
解決しようとする問題点は、SOI基板の単結晶シリコン層の表面側から金属不純物のような汚染物質が侵入した場合、金属不純物が酸化シリコン層を通過しにくいため、単結晶シリコン層に汚染物質が蓄積される点である。
本発明は、SOI基板の単結晶シリコン層の表面側から侵入した金属不純物のような汚染物質をSOI基板の支持基板側にゲッタリングし易くすることを可能にする。
本発明のSOI基板は、シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層上に形成されたシリコン層と、前記シリコン基板中に形成されたゲッター層と、前記酸化シリコン層に形成された不純物注入領域からなるダメージ層を備えている。
本発明のSOI基板では、酸化シリコン層に不純物注入領域からなるダメージ層を形成することで、酸化シリコン層の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られ、その間をシリコン層中に存在する金属汚染物質が通過して、シリコン基板中に拡散され、ゲッター層にトラップされやすくなる。
本発明のSOI基板の製造方法(第1製造方法)は、シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層上に形成されたシリコン層と、前記シリコン基板中に形成されたゲッター層を有するSOI基板を用意し、前記SOI基板の表面に酸化膜を形成する工程と、前記SOI基板の前記シリコン層側の表面より不純物を注入して前記酸化シリコン層または前記酸化シリコン層と前記シリコン基板の前記酸化シリコン層側に不純物注入領域からなるダメージ層を形成する工程と、前記酸化膜を除去する工程を備えている。
本発明のSOI基板の製造方法(第1製造方法)では、酸化シリコン層に不純物注入領域からなるダメージ層が形成されることで、酸化シリコン層の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られ、その間をシリコン層中に存在する金属汚染物質が通過して、シリコン基板中に拡散され、ゲッター層にトラップされやすくなる。
本発明のSOI基板の製造方法(第2製造方法)は、シリコン基板からなる第1基板の表面に酸化シリコン層を形成する工程と、前記第1基板に水素もしくは希ガス元素をイオン注入してスプリット層を形成する工程と、前記酸化シリコン層に不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層を形成する工程と、内部のゲッター層が形成された第2基板を用意する工程と、前記ダメージ層が形成されている側の前記酸化シリコン層表面と前記第2基板を張り合わせる工程と、前記スプリット層で前記第1基板を剥離する工程と、前記第2基板側に残された前記第1基板からなるシリコン層表面を研磨する工程を備えている。
本発明のSOI基板の製造方法(第2製造方法)では、酸化シリコン層に不純物注入領域からなるダメージ層が形成されることで、酸化シリコン層の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られ、その間をシリコン層中に存在する金属汚染物質が通過して、シリコン基板中に拡散され、ゲッター層にトラップされやすくなる。
本発明のSOI基板の製造方法(第3製造方法)は、シリコン基板からなる第1基板の表面に第1酸化シリコン層を形成する工程と、前記第1基板に水素もしくは希ガス元素をイオン注入してスプリット層を形成する工程と、第2基板の表面に第2酸化シリコン層を形成する工程と、
第2基板の内部にゲッター層を形成する工程と、前記第2酸化シリコン層または前記第2酸化シリコン層と前記第2基板の前記第2酸化シリコン層側に不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層を形成する工程と、前記ダメージ層が形成されている側の前記第2酸化シリコン層表面と前記第1酸化シリコン層表面を張り合わせる工程と、前記スプリット層で前記第1基板を剥離する工程と、露出している前記第1酸化シリコン層および前記第2酸化シリコン層を除去する工程と、前記第2基板側に残された前記第1基板からなるシリコン層表面を研磨する工程を備えている。
本発明のSOI基板の製造方法(第3製造方法)では、酸化シリコン層に不純物注入領域からなるダメージ層が形成されることで、酸化シリコン層の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られ、その間をシリコン層中に存在する金属汚染物質が通過して、シリコン基板中に拡散され、ゲッター層にトラップされやすくなる。
本発明のSOI基板の製造方法(第4製造方法)は、シリコン基板の内部にゲッター層を形成する工程と、前記シリコン基板上に第1シリコンエピタキシャル成長層を形成する工程と、前記シリコン基板と前記第1シリコンエピタキシャル成長層の表面に酸化膜を形成する工程と、前記第1シリコンエピタキシャル成長層中に酸化シリコン層を形成する工程と、前記酸化シリコン層または前記酸化シリコン層と前記シリコン基板側の前記第1シリコンエピタキシャル成長層の前記酸化シリコン層側に不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層を形成する工程と、露出している前記酸化膜を除去する工程を備えている。
本発明のSOI基板の製造方法(第4製造方法)では、酸化シリコン層に不純物注入領域からなるダメージ層が形成されることで、酸化シリコン層の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られ、その間をシリコン層中に存在する金属汚染物質が通過して、シリコン基板中に拡散され、ゲッター層にトラップされやすくなる。
本発明の固体撮像装置は、光電変換部、画素トランジスタおよび周辺回路部が形成されたシリコン層と、前記光電変換部に入射される光の光路上で前記シリコン層上に形成されたカラーフィルター層と、前記カラーフィルター層上に形成されていて入射光を前記光電変換部に導く集光レンズと、前記シリコン層の光入射側とは反対側の面に形成されていて、複数層の配線とその配線を被覆する層間絶縁膜とからなる配線層と、前記配線層に形成された支持基板と、前記光電変換部に入射される光の入射側で、前記光電変換部に入射される光の入射領域を除く前記シリコン層の表面に形成された不純物注入領域からなるダメージ層と、前記シリコン層側から前記配線層の配線に達する開口部を有する。
本発明の固体撮像装置では、光電変換部に入射される光の入射領域を除くシリコン層の表面に不純物注入領域からなるダメージ層が形成されていることから、例えば、カラーフィルター層の形成工程、集光レンズの形成工程、電極取り出し部の形成工程等において、ダメージ層がゲッター効果を有する。例えば、電極取り出しの開口部の形成工程では、配線層の配線まで達する加工を行うので、配線が金属配線で形成されていると金属汚染の懸念があるが、ゲッター効果により金属汚染が防止される。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層上に形成されたシリコン層と、前記シリコン基板中に形成されたゲッター層と、前記酸化シリコン層に形成された不純物注入領域からなるダメージ層を備えたSOI基板を用い、前記シリコン層に光電変換部、画素トランジスタおよび周辺回路部を形成する工程と、前記シリコン層上に配線層を形成する工程と、
前記配線層上に支持基板を張り合わせる工程と、前記シリコン基板および前記酸化シリコン層を除去して前記シリコン層表面を露出させる工程と、前記光電変換部に入射される光の光路上で前記シリコン層上にカラーフィルター層を形成する工程と、前記カラーフィルター層上に入射光を前記光電変換部に導く集光レンズを形成する工程を有する。
本発明の固体撮像装置の製造方法では、シリコン層の金属汚染物質がダメージ層を通してゲッター層にトラップされた本発明のSOI基板を用いることから、金属汚染物質が提言されたシリコン層に光電変換部が形成されることになる。
本発明の撮像装置は、入射光を集光する集光光学部と、前記集光光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置を有する撮像部と、前記固体撮像装置で光電変換された信号を処理する信号処理部を有し、前記固体撮像装置は、光電変換部、画素トランジスタおよび周辺回路部が形成されたシリコン層と、前記光電変換部に入射される光の光路上で前記シリコン層上に形成されたカラーフィルター層と、前記カラーフィルター層上に形成されていて入射光を前記光電変換部に導く集光レンズと、前記シリコン層の光入射側とは反対側の面に形成された配線層と、前記配線層に形成された支持基板と、前記光電変換部に入射される光の入射側で、前記光電変換部に入射される光の入射領域を除く前記シリコン層の表面に形成された不純物注入領域からなるダメージ層と、前記シリコン層側から前記配線層の配線に達する電極取り出しの開口部を有する。
本発明の撮像装置では、本発明の固体撮像装置を用いることから、光電変換部が形成されるシリコン層の金属汚染が低減される。
本発明のSOI基板は、シリコン層中に存在する金属汚染物質がダメージ層を通してゲッター層に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板を提供できるという利点がある。
本発明の各SOI基板の製造方法(第1〜第4製造方法)は、シリコン層中に存在する金属汚染物質がダメージ層を通してゲッター層に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板を製造できるという利点がある。
本発明の固体撮像装置は、ゲッタリング能力の高い本発明のSOI基板のシリコン層に光電変換部が形成されているため、白点や暗電流の大幅な低減ができるので、撮像品質の高い固体撮像装置を提供できるという利点がある。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、ゲッタリング能力の高い本発明のSOI基板のシリコン層に光電変換部が形成されているため、白点や暗電流の大幅な低減ができるので、撮像品質の高い固体撮像装置を製造できるという利点がある。
本発明の撮像装置は、白点や暗電流の大幅な低減ができる本発明の固体撮像装置を用いているため、撮像装置の画質の向上を図ることができるという利点がある。
本発明の第1の実施の形態に係るSOI基板の構成の第1例を示した概略構成断面図である。 ダメージ層と酸化シリコン層との厚さ方向の一例として関係を示した図1のA部拡大図である。 第1の実施の形態に係るSOI基板の構成の第2例を示した概略構成断面図である。 第1の実施の形態に係るSOI基板の構成の第3例を示した概略構成断面図である。 ダメージ層と酸化シリコン層との厚さ方向の一例として関係を示した図4のB部拡大図である。 本発明に係るSOI基板が適用例されるゲッター層の形成位置の一例を示した概略構成断面図である。 本発明の第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第1例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第1例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第1例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第2例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第2例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第3例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第3例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第3例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第4例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第5例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第6例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第6例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第7例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第7例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第8例を示した製造工程断面図である。 第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第8例を示した製造工程断面図である。 本発明の第3の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一例を示した概略構成断面図である。 本発明の第4の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第1例を示した製造工程断面図である。 第4の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第1例を示した製造工程断面図である。 第4の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第2例を示した製造工程断面図である。 第4の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第2例を示した製造工程断面図である。 第4の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第3例を示した製造工程断面図である。 第4の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第3例を示した製造工程断面図である。 本発明の第5の実施の形態に係る撮像装置の構成の一例を示したブロック図である。 従来の技術の係る一例を示した概略構成断面図である。
以下、発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態とする)について説明する。
<1.第1の実施の形態>
[SOI基板の構成の第1例]
本発明の第1の実施の形態に係るSOI基板の構成の第1例を、図1の概略構成断面図によって説明する。
図1に示すように、シリコン基板11上に酸化シリコン層12(例えばBox層ともいう。)が形成されている。上記シリコン基板11には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。上記酸化シリコン層12上にはシリコン層13が形成されている。上記シリコン層13は、例えば、上記酸化シリコン層12に単結晶シリコン基板を張り合わせた後、単結晶シリコン基板を薄く加工したものからなる。
また上記シリコン基板11中にはゲッター層14が形成されている。
上記ゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素が注入された領域からなる。例えば、上記ゲッター層14は、上記シリコン基板11中に炭素をイオン注入して形成された層であり、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量で炭素を注入して形成されている。
また上記酸化シリコン層12には不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されている。このダメージ層15は、上記酸化シリコン層12の面内の少なくとも一部にかつ上記酸化シリコン層12の厚さ方向の全域に形成されている。その詳細は、後に図2によって説明する。
上記ダメージ層15は、炭素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)が注入された領域である。もしくは上記元素の化合物もしくはクラスターもしくは数十〜数千の分子状クラスターイオンが注入された領域である。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
さらに上記シリコン層(第1シリコン層)13上には、エピタキシャル成長によって形成された第2シリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16が形成されている。このシリコンエピタキシャル成長層16の膜厚は、例えば3μm以上8μm以下に形成されている。上記シリコンエピタキシャル成長層16の膜厚が3μmあれば、固体撮像装置(例えばイメージセンサ)の光電変換部を形成するのに最低限必要な膜厚が確保される。また、シリコンエピタキシャル成長層16の膜厚が8μmあれば、固体撮像装置(例えばイメージセンサ)の長波長領域(例えば、近赤外線もしくは赤外線)に感度を有する光電変換部を形成するのに最低限必要な膜厚が確保される。
このように、SOI基板10(10A)が構成されている。
上記SOI基板10Aは、酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15を形成することで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。その結合が切られているダメージ層15を、シリコン層13中に存在する金属が通過して、通過した金属がシリコン基板11中に拡散し、ゲッター層14にトラップされやすくなる。
また、ダメージ層15が酸化シリコン層12の厚さ方向の全域に形成されていることによって、シリコン層13の金属(例えば金属汚染物質)が酸化シリコン層12を通過しやすくなる。
よって、シリコン層13中に存在する金属汚染物質がダメージ層15を通してゲッター層14に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板10を提供できるという利点がある。
次に、上記ダメージ層15について詳細に説明する。
上記ダメージ層15は、SOI基板10上から見て、部分的に形成されている。そして、基本的に素子活性領域ではない部分(例えば、スクライブ部分、周辺回路の不活性部分等)に設けられている。
次に、上記ダメージ層15と上記酸化シリコン層12との厚さ方向の一例として位置関係を、図2に示した前記図1のA部拡大図によって説明する。
図2(1)に示すように、酸化シリコン層12に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12の厚さ方向の全域に形成されている。
図2(2)に示すように、酸化シリコン層12に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12の厚さ方向の全域に形成され、かつ一部が酸化シリコン層12側のシリコン層13にも形成されている。
図2(3)に示すように、酸化シリコン層12に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12の厚さ方向の全域に形成され、かつ一部が酸化シリコン層12側のシリコン基板11にも形成されている。
図2(4)に示すように、酸化シリコン層12に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12の厚さ方向の全域に形成され、かつ一部が酸化シリコン層12側のシリコン層13にも形成されている。さらに一部が酸化シリコン層12側のシリコン基板11にも形成されている。
図2(5)に示すように、酸化シリコン層12に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12の厚さ方向において、酸化シリコン層12内に収まるように形成されている。
図2(6)に示すように、酸化シリコン層12に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12の厚さ方向において、酸化シリコン層12内に収まるように、かつシリコン層13との界面まで形成されている。
図2(7)に示すように、酸化シリコン層12に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12の厚さ方向において、酸化シリコン層12内に収まるように、かつシリコン基板11との界面まで形成されている。
図2(8)に示すように、酸化シリコン層12に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12の厚さ方向において、シリコン層13側は酸化シリコン層12内に収まるように、かつシリコン基板11にはみ出して形成されている。
図2(9)に示すように、酸化シリコン層12に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12の厚さ方向において、シリコン基板11側は酸化シリコン層12内に収まるように、かつシリコン層13にはみ出して形成されている。
なお、上記各ダメージ層15は、イオン注入により形成されるため、急峻な濃度分布を有するとしても、上部側(シリコン層13側)および下部側(シリコン基板11側)では、テールを引く状態の濃度分布となる。したがって、いずれの構成においても、ダメージ層15が形成されている酸化シリコン層12の膜厚方向には、ダメージ層15を構成する不純物が分布していることになる。
上記説明したダメージ層15は、シリコン層13中の金属汚染物質が酸化シリコン層12中よりも速く通過できる濃度を有する部分(主要部)を示したものである。
例えば、上記ダメージ層15は、炭素(C)を用いる場合には、1×1013cm-2以上1×1016cm-2以下のドーズ量で注入されている領域である。好ましくは、1×1014cm-2以上5×1015cm-2以下のドーズ量で注入されている。
上記ドーズ量が、1×1013cm-2よりも低いと金属汚染物質の通過が困難になってくる。一方、ドーズ量が1×1016cm-2よりも高いと、酸化シリコン層12が脆弱になりすぎる。
上記ダメージ層15と上記酸化シリコン層12との位置関係は、目的に応じて選択され、イオン注入のエネルギーやドーズ量で調整すれば良い。
上記説明したように、ダメージ層15は、酸化シリコン層12に対して種々の形態をとることができる。このうち、酸化シリコン層12の厚さ方向の全域に形成されている構成(図2(1)〜(4)の構成)が、シリコン層13中の金属汚染物質をゲッター層14に導くといいう点では好ましい。
また、ダメージ層15がシリコン層13に大きくはみだす場合は、シリコン層13に形成されるデバイスの特性に悪影響を与える懸念がある。このような構成(例えば図2(2)、(4)、(9)に示した構成)では、ダメージ層15を光電変換部が形成されない領域に形成すればよい。
また、酸化シリコン層12を支持基板との張り合わせ面として使う場合には、ダメージ層15が露出していると、支持基板との接着力の低下が懸念される。このため、ダメージ層15を酸化シリコン層12の支持基板との張り合わせ面側に露出しないようにすることが好ましい。
また、上記ダメージ層15は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)やリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)等のイオン注入で形成されている。したがって、上記ダメージ層15を、金属汚染物質の拡散の加速層のみならず、ゲッター層として機能させることができる。
この場合、シリコン基板中のゲッター層を形成しなくとも良い場合がある。
[SOI基板の構成の第2例]
次に、第1の実施の形態に係るSOI基板の構成の第2例を、図3の概略構成断面図によって説明する。
図3に示すように、シリコン基板11上に酸化シリコン層12(例えばBox層ともいう。)が形成されている。上記シリコン基板11には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。上記酸化シリコン層12上にはシリコン層13が形成されている。上記シリコン層13は、例えば、上記酸化シリコン層12に単結晶シリコン基板を張り合わせた後、単結晶シリコン基板を薄く加工したものからなる。
なお、上記シリコン層13上にエピタキシャル成長によって形成されたシリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層(図示せず)が形成されていてもよい。この場合、前記図1の構成と同様になる。
また上記シリコン基板11にはゲッター層14が形成されている。上記ゲッター層14は、図面では、シリコン基板11の裏面側(酸化シリコン層12とは反対側の面)に形成されているが、シリコン基板11中に形成されていてもよい。また、シリコン基板11の全域に形成されていてもよい。
上記ゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素が注入された領域からなる。例えば、上記ゲッター層14は、上記シリコン基板11中に炭素をイオン注入して形成された層であり、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量で炭素を注入して形成されている。
また上記酸化シリコン層12には不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されている。このダメージ層15は、上記酸化シリコン層12の面内の少なくとも一部にかつ上記酸化シリコン層12の厚さ方向の全域に形成されている。上記酸化シリコン層12に対する上記ダメージ層15の位置関係については、前記図2によって説明した通りである。
上記ダメージ層15は、炭素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)が注入された領域である。もしくは上記元素の化合物、もしくは上記元素のクラスター、もしくは上記元素の数十〜数千の分子状クラスターイオンが注入された領域である。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
また、上記ゲッター層14は、上記ゲッター層14を構成する不純物をシリコン基板11の裏面側にイオン注入して形成したものでも、上記シリコン基板11の裏面側から上記ゲッター層14を構成する不純物を気相ドーピングしたものでもよい。または上記シリコン基板11の裏面に上記ゲッター層14を構成する不純物をドーピングしたポリシリコン層を形成したものでもよい。
上記SOI基板10(10B)は、酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15を形成することで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。その結合が切られているダメージ層15を、シリコン層13中に存在する金属が通過して、シリコン基板11中に拡散し、ゲッター層14にトラップされやすくなる。
また、ダメージ層15が酸化シリコン層12の厚さ方向の全域に形成されていることによって、シリコン層13の金属汚染物質が酸化シリコン層12を通過しやすくなる。
よって、シリコン層13中に存在する金属汚染物質がダメージ層15を通してゲッター層14に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板10を提供できるという利点がある。
上記ダメージ層15は、上記酸化シリコン層12中に形成された部分でゲッターシンクとなる場合がある。例えば、リン(P)を注入して形成されたダメージ層15では、酸化シリコン層12中で、いわゆるPSG(リンシリケートガラス)のような構造になることから、その分極作用によってイオン化した不純物を捕獲(ゲッタリング)することが可能になる。
また、上記酸化シリコン層12は非晶質であるが、この酸化シリコン層12に炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)等を注入すると、注入ダメージによりダングリングボンドが増加し、不純物の捕獲領域(トラップサイト)が増加される。これによって、注入領域がゲッターシンクとなる。
また、シリコン基板11中にはみ出して形成されたダメージ層15の部分やシリコン層13にはみ出して形成されたダメージ層15の部分もゲッターシンクとなる。例えば、ダメージ層15を形成する注入不純物の炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)等の元素がシリコン基板11やシリコン層13にはみ出して注入された領域では、ゲッター層となる。
上記SOI基板10(10A,10B)では、上記ダメージ層15は、上記シリコン層13に形成される例えばイメージセンサのパッドの形成領域、スクライブの形成領域、素子分離の形成領域等の不活性領域下の酸化シリコン層12に形成されることが好ましい。一方、例えば、上記シリコン層13に形成される例えばイメージセンサの受光部の形成領域やトランジスタの形成領域等の素子活性領域下の酸化シリコン層12に形成する。すると、ダメージ層15の欠陥やトラップされた金属不純物が上記素子活性領域に形成されるデバイス特性に悪影響を与える場合も懸念される。
しかし、素子活性領域が数mm〜数十mm角以上と広いLSIやイメージセンサでは、素子活性領域の周辺の不活性領域下の酸化シリコン層12に上記ダメージ層15を形成しても、十分なゲッタリング効果が得られない場合がある。すなわち、素子活性領域の面積が広くなると素子活性領域中の不純物がダメージ層15を通してゲッター層14まで十分に拡散されない懸念がある。
[SOI基板の構成の第3例]
そこで、ダメージ層15を通して素子活性領域中の不純物をゲッター層14に拡散できる能力をさらに高めたSOI基板の構成の一例として、第1の実施の形態に係るSOI基板の構成の第3例を、図4の概略構成断面図によって説明する。
図4に示すように、シリコン基板11上に酸化シリコン層12(例えばBox層ともいう。)が形成されている。上記シリコン基板11には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。上記酸化シリコン層12上にはシリコン層13が形成されている。上記シリコン層13は、例えば、上記酸化シリコン層12に単結晶シリコン基板を張り合わせた後、単結晶シリコン基板を薄く加工したものからなる。
また上記シリコン基板11中にはゲッター層14が形成されている。
上記ゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素が注入された領域からなる。例えば、上記ゲッター層14は、上記シリコン基板11中に炭素をイオン注入して形成された層であり、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量で炭素を注入して形成されている。
また上記酸化シリコン層12には、平面レイアウト上、全域にわたって不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されている。このダメージ層15は、上記酸化シリコン層12の厚さ方向の全域もしくは一部に形成されている。すなわち、上記ダメージ層15は、上記酸化シリコン層12内に形成され、上記シリコン層13側にはみ出して形成されていない。例えば、上記シリコン層13側に1μm以下の膜厚の上記酸化シリコン層12を残した状態に形成される。また、上記ダメージ層15が上記酸化シリコン層12内から上記酸化シリコン層12と上記シリコン層13の界面まで形成されることは差し支えない。その詳細は、後に図5によって説明する。
上記ダメージ層15は、炭素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)が注入された領域である。もしくは上記元素の化合物もしくはクラスターもしくは数十〜数千の分子状クラスターイオンが注入された領域である。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
さらに上記シリコン層(第1シリコン層)13上には、エピタキシャル成長によって形成された第2シリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16が形成されている。このシリコンエピタキシャル成長層16の膜厚は、例えば3μm以上8μm以下に形成されている。上記シリコンエピタキシャル成長層16の膜厚が3μmあれば、固体撮像装置(例えばイメージセンサ)の光電変換部を形成するのに最低限必要な膜厚が確保される。また、シリコンエピタキシャル成長層16の膜厚が8μmあれば、固体撮像装置(例えばイメージセンサ)の長波長領域(例えば、近赤外線もしくは赤外線)に感度を有する光電変換部を形成するのに最低限必要な膜厚が確保される。
このように、SOI基板10(10C)が構成されている。
上記SOI基板10Cは、酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15を形成することで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。その結合が切られているダメージ層15を、シリコン層13の全域に金属が存在していても、それらの金属が通過して、通過した金属がシリコン基板11中に拡散し、ゲッター層14にトラップされやすくなる。
また、ダメージ層15が酸化シリコン層12の厚さ方向の全域またはそれに近い状態に形成されていることによって、シリコン層13の金属(例えば金属汚染物質)が酸化シリコン層12をより通過しやすくなる。
よって、上記SOI基板10(10C)は、シリコン層13中の全域に存在する金属汚染物質がダメージ層15を通してゲッター層14に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板10を提供できるという利点がある。
また、上記ダメージ層15は、上記シリコン層13にはみ出して形成されていない。上記酸化シリコン層12の内部に形成されていることが好ましい。一方、上記ダメージ層15は、上記シリコン基板11側にはみ出して形成されることはかまわない。
このように、ダメージ層15がシリコン層13側にはみ出して形成されていないことから、シリコン層13にダメージ層15のダメージは形成されない。このため、シリコン層13にイメージセンサの受光素子、トランジスタ素子やLSIのトランジスタ素子等を形成しても、受光素子における白点の発生や、トランジスタ素子における暗電流の発生がない。
次に、上記第3例のダメージ層15について詳細に説明する。
上記ダメージ層15は、SOI基板10上、平面レイアウト的に見て、全面に形成されている。そして、基本的に酸化シリコン層12とシリコン基板11に設けられている。
次に、上記ダメージ層15と上記酸化シリコン層12との厚さ方向の位置関係を、図5に示した前記図4のB部拡大図によって説明する。
図5(1)に示すように、酸化シリコン層12の厚さ方向に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12の厚さ方向の全域に形成されている。すなわち、ダメージ層15は、酸化シリコン層12とシリコン基板11との界面より酸化シリコン層12側で、酸化シリコン層12とシリコン層13との界面より酸化シリコン層12側に形成されている。
図5(2)に示すように、酸化シリコン層12の厚さ方向に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12の厚さ方向の全域に形成され、かつ一部が酸化シリコン層12側のシリコン基板11にも形成されている。すなわち、ダメージ層15は、酸化シリコン層12とシリコン基板11との界面より酸化シリコン層12側に形成されている。
図5(3)に示すように、酸化シリコン層12の厚さ方向に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12内に収まるように、かつ酸化シリコン層12とシリコン基板11との界面より酸化シリコン層12側に形成されている。また、ダメージ層15からみてシリコン基板11側に、ダメージ層15が形成されていない酸化シリコン層12が残されている。
図5(4)に示すように、酸化シリコン層12の厚さ方向に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12内に収まるように形成されている。すなわち、ダメージ層15からみてシリコン基板11側とシリコン層13側に、ダメージ層15が形成されていない酸化シリコン層12が残されている。
図5(5)に示すように、酸化シリコン層12の厚さ方向に対するダメージ層15の位置は、シリコン層13側は酸化シリコン層12内に収まるように、かつシリコン基板11にはみ出して形成されている。すなわち、ダメージ層15からみてシリコン層13側に、ダメージ層15が形成されていない酸化シリコン層12が残されている。
図5(6)に示すように、酸化シリコン層12の厚さ方向に対するダメージ層15の位置は、酸化シリコン層12内に収まるように、かつシリコン基板11との界面まで形成されている。すなわち、ダメージ層15からみてシリコン層13側に、ダメージ層15が形成されていない酸化シリコン層12が残されている。
上記説明したように、ダメージ層15をシリコン層13にはみ出させないことにより、ダメージ層15の欠陥やトラップされた金属不純物がシリコン層13に形成される素子活性領域に影響するのを抑制することが可能となる。
なお、上記各ダメージ層15は、イオン注入により形成されるため、急峻な濃度分布を有するとしても、上部側(シリコン層13側)および下部側(シリコン基板11側)では、テールを引く状態の濃度分布となる。したがって、いずれの構成においても、ダメージ層15が形成されている酸化シリコン層12の膜厚方向には、ダメージ層15を構成する不純物が分布していることになる。
したがって、厳密には、上記酸化シリコン層12内で上記シリコン層13との界面近傍まで上記ダメージ層15を形成した場合、上記シリコン層13にもダメージ層15を形成する不純物が注入される。しかしながら、その量はわずかであるので、不純物注入による悪影響が上記シリコン層13に発生するには至らない。
上記説明したダメージ層15は、シリコン層13中の金属汚染物質が酸化シリコン層12中よりも速く通過できる濃度を有する部分(主要部)を示したものである。
例えば、上記ダメージ層15は、炭素(C)を用いる場合には、1×1013cm-2以上1×1016cm-2以下のドーズ量で注入されている領域である。好ましくは、1×1014cm-2以上5×1015cm-2以下のドーズ量で注入されている。
上記ドーズ量が、1×1013cm-2よりも低いと金属汚染物質の通過が困難になってくる。一方、ドーズ量が1×1016cm-2よりも高いと、酸化シリコン層12が脆弱になりすぎる。
上記ダメージ層15と上記酸化シリコン層12との位置関係は、目的に応じて選択され、イオン注入のエネルギーやドーズ量で調整すれば良い。
また、酸化シリコン層12を支持基板との張り合わせ面として使う場合には、ダメージ層15が露出していると、支持基板との接着力の低下が懸念されるので、ダメージ層15を酸化シリコン層12の支持基板との張り合わせ面側に露出しないようにすることが好ましい。
また、上記ダメージ層15は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)やリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)等のイオン注入で形成されている。したがって、上記ダメージ層15を、金属汚染物質の拡散の加速層のみならず、ゲッター層として機能させることができる。
例えばリン(P)を注入して形成されたダメージ層15では、酸化シリコン層12中で、いわゆるPSG(リンシリケートガラス)のような構造になることから、その分極作用によってイオン化した不純物をゲッタリングすることが可能になる。
また、上記酸化シリコン層12は非晶質であるが、この酸化シリコン層12に炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)等が注入されると、注入ダメージによりダングリングボンドが増加し、不純物の捕獲領域(トラップサイト)が増加される。これによって、注入領域がゲッターシンクとなる。
また、シリコン基板11中にはみ出して形成されたダメージ層15の部分もゲッターシンクとなる。例えば、ダメージ層15を形成する注入不純物の炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)等の元素がシリコン基板11にはみ出して注入された領域では、ゲッター層となる。
この場合、シリコン基板中のゲッター層を形成しなくとも良い場合がある。
上記図4および図5によって説明した第3例のSOI基板基板10Cは、図6(1)に示すように、シリコン基板11の裏面にゲッター層14が形成されている構成にも適用することができる。このゲッター層14は、上記ゲッター層14を構成する不純物をシリコン基板11の裏面側にイオン注入して形成したものでも、上記シリコン基板11の裏面側から上記ゲッター層14を構成する不純物を気相ドーピングしたものでもよい。または上記シリコン基板11の裏面に上記ゲッター層14を構成する不純物をドーピングしたポリシリコン層を形成したものでもよい。
また、図6(2)に示すように、シリコン基板11の全域にゲッター層14が形成されている、いわゆるイントリンシックゲッタリング(IG:Intrinsic Gettering)や炭素ドープ結晶、ホウ素の高ドープ結晶などの構成にも適用することができる。
また、図示はしていないが、上記シリコン層13上に上記シリコンエピタキシャル成長層16を形成していない構成にも適用できる。
<2.第2の実施の形態>
[SOI基板の製造方法の第1例]
次に、本発明の第2の実施の形態に係るSOI基の製造方法の第1例を示した製造工程断面図によって説明する。
まず、スマートカット法によるゲッター層を有するSOI基板の製造方法を説明する。
図7(1)に示すように、第1基板21を用意する。上記第1基板21には、例えばシリコン基板を用いる。
次に、図7(2)に示すように、熱酸化により上記第1基板21の表面に酸化シリコン層12を形成する。上記酸化シリコン層12は、例えば熱酸化によって、例えば500nmの厚さに形成される。
次に、図7(3)に示すように、イオン注入によって上記第1基板21中にスプリット層17を形成する。例えば、このスプリット層17は、第1基板21側より例えば0.1μm〜1μm程度の範囲内で、後の工程で第1基板21の剥離ができるように形成される。
上記イオン注入では、水素イオンを注入することにより、スプリット面となる脆弱な上記スプリット層17が形成される。
例えば、水素を数百keVのエネルギーで、その投影飛程Rp(Project Range)が1μm弱となるように、上記イオン注入条件を設定する。
上記イオン注入では、水素以外の不純物を用いることも可能である。例えば、ヘリウム(He)等の不活性元素を用いることができる。
次に、図7(4)に示すように、上記スプリット層17が形成されている側の上記酸化シリコン層12表面に第2基板22を張り合わせる。
上記第2基板22は、以下のようにして形成される。
図7(5)に示すように第2基板22を用意する。上記第2基板22には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。
次に、図7(6)に示すように、熱酸化により上記第2基板22の表面に酸化膜31を形成する。上記酸化膜31は、例えば熱酸化によって、例えば20nm〜100nmの厚さに形成される。
次に、図7(7)に示すように、イオン注入によって上記第2基板22中にゲッター層14を形成する。例えば、このゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素がイオン注入されて形成される。
上記ゲッター層14は、上記第2基板22中に炭素を、例えば5×1013cm-2以上のドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上のドーズ量でイオン注入して形成される。例えば、約20nmの厚さの上記酸化膜31を介してイオン注入する場合には、例えば注入エネルギーを150keVとして、1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入する。
その後、ダメージ回復の熱処理を行う。例えば1000℃、10分の熱処理を行う。
次に、図7(8)に示すように、上記第2基板22表面に形成された酸化膜31(前記図7(7)参照)を除去する。
このようにして、第2基板22が完成する。
そして、前記図7(4)によって説明したように、上記酸化シリコン層12表面に第2基板22を張り合わせる。
上記張り合わせは、例えば1100℃、2時間程度の熱処理で行う。
次に、図8(9)に示すように、上記スプリット層17で上記第1基板21側を剥離する。
この結果、第2基板22がシリコン基板11となり、このシリコン基板11側に残された第1基板21からなるシリコン層13が酸化シリコン層12を介して形成される。
次に、図8(10)に示すように、上記シリコン基板11上に酸化シリコン層12を介して形成された上記シリコン層13の表面(スプリット面)を平坦化処理する。この平坦化処理は、例えば、水素アニールと研磨によって行なう。この研磨は、例えば、化学的機械研磨(CMP)を用いる。
また、上記シリコン層13表面の自然酸化膜を除去するエッチングを行ってもよい。このとき、シリコン層13の側壁に形成されていた酸化膜31(前記図7(7)等参照)も除去される。また必要に応じてベベル処理を行う。
このようにして、SOI基板10が完成される。
さらに、上記SOI基板10に対して以下の工程を行う。
まず図9(1)に示すように、上記SOI基板10を用意し、このSOI基板10の表面に酸化膜33を形成する。
上記SOI基板10のシリコン基板11中にはゲッター層14が形成されている。
次に、図9(2)に示すように、上記シリコン層13側の上記酸化膜33上にレジスト膜41を形成した後、リソグラフィー技術によって、シリコン層13中の金属汚染物質を通過させるダメージ層を形成する領域上に開口部42を形成する。
次に、図9(3)に示すように、上記レジスト膜41をイオン注入マスクに用いて、上記SOI基板10の上記シリコン層13側の表面より不純物を注入して上記酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15を形成する。
上記イオン注入は、例えば不純物(イオン注入種)に炭素を用い、上記シリコン層13の厚さが約0.3μm、上記酸化シリコン層12の厚さが約0.3μmの場合、注入エネルギーを200keV、ドーズ量を1×1014cm-2に設定する。この炭素のイオン注入条件は、シリコン層13、酸化シリコン層12等の膜厚や、前記第2図に示した酸化シリコン層12とダメージ層15の位置関係をどのケースにするかで決まり、上述の条件に限定されるものではない。
上記ダメージ層15を形成するイオン注入に用いる不純物は、上記炭素(C)の他に、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)を用いることができる。または上記元素の化合物もしくは上記元素のクラスターもしくは数十〜数千の分子状クラスターイオンであってもよい。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
次に、図9(4)に示すように、上記レジスト膜41〔前記図9(3)参照〕を除去する。さらに上記酸化膜33〔前記図9(1)参照〕を除去して、SOI基板10を露出させる。図面は上記レジスト膜41および上記酸化膜33を除去した後の状態を示した。
次に、図9(5)に示すように、上記シリコン層13上にエピタキシャル成長によってシリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16を形成する。
上記エピタキシャル成長は、例えば基板温度を1100℃にして、例えば約3μmのシリコンエピタキシャル成長層を形成する。このシリコンエピタキシャル成長層16の膜厚は、適宜選択される。
例えば、上記シリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部を形成するには、少なくとも3μm以上の厚さが必要である。通常、シリコン層13は1μm以下の厚さであるため、シリコンエピタキシャル成長層16を積みますことで、光電変換部を形成することができる膜厚になる。特に長波長の感度を有する光電変換部は6μm程度のシリコン層の膜厚が必要であるので、上記シリコンエピタキシャル成長層16を6μm〜8μm程度の厚さに形成することで、長波長に感度を有する光電変換部を形成することが可能になる。
上記シリコンエピタキシャル成長に用いるシリコン原料ガスには、四塩化シリコン(SiCl4)、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、モノシラン(SiH4)等の通常の半導体プロセスで用いられる材料を使用することが可能である。例えば、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を用いる。
上記エピタキシャル成長条件としては、常圧CVD法、減圧CVD法のいずれでも良く、成長温度は結晶性と生産性を満足する範囲とする。
このようにして、SOI基板10が完成する。
上記製造方法の第1例では、シリコン層13上にシリコンエピタキシャル成長層16を形成している。このシリコンエピタキシャル成長層16を形成せずに、予め、スプリット層17を深く形成し、第2基板22のシリコン基板11側に残す第1基板21からなるシリコン層13の膜厚を厚く形成してもよい。この場合、上記ダメージ層15を形成するイオン注入では、投影飛程が長くなるので、その長さに対応した注入エネルギーが選択される。
上記SOI基板10の製造方法の第1例では、酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されることで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。このダメージ層15によって上記シリコン層13中に存在する金属汚染物質が通過しやすくなるので、上記金属汚染物質が上記シリコン基板11に拡散する。そしてシリコン基板11中に拡散した金属汚染物質は上記ゲッター層14にトラップされることになる。
よって、シリコン層13中に存在する金属汚染物質がダメージ層15を通してゲッター層14に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板10を製造できるという利点がある。
[SOI基板の製造方法の第2例]
第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第2例を、図10〜図11の概略構成断面図によって説明する。
図10(1)に示すように、第1基板21を用意する。上記第1基板21には、例えばシリコン基板を用いる。
次に、図10(2)に示すように、熱酸化により上記第1基板21の表面に酸化シリコン層12を形成する。上記酸化シリコン層12は、例えば熱酸化によって、例えば500nmの厚さに形成される。
次に、図10(3)に示すように、イオン注入によって上記第1基板21中にスプリット層17を形成する。例えば、このスプリット層17は、第1基板21側より例えば0.1μm〜1μm程度の範囲内で後の工程における第1基板21の剥離ができるように形成される。
上記イオン注入では、水素イオンを注入することにより、スプリット面となる脆弱な上記スプリット層17が形成される。
例えば、水素を数百keVのエネルギーで、その投影飛程Rp(Project Range)が1μm弱となるように、上記イオン注入条件を設定する。
上記イオン注入では、水素以外の不純物を用いることも可能である。例えば、ヘリウム(He)等の不活性元素を用いることができる。
次に、図10(4)に示すように、上記スプリット層17が形成されている側の第1基板21上に形成された上記酸化シリコン層12上にレジスト膜43を形成した後、リソグラフィー技術によって、シリコン層13中の金属汚染物質を通過させるダメージ層を形成する領域上に開口部44を形成する。
次に、上記レジスト膜43をイオン注入マスクに用いて、上記酸化シリコン層12に不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層15を形成する。
上記イオン注入は、例えば不純物(イオン注入種)に炭素を用いる。
この場合、酸化シリコン層12表面が後の工程での基板張り合わせの接合面になるので、ダメージ層15は、酸化シリコン層12からはみ出ないように形成することが望ましい。
上記ダメージ層15を形成するイオン注入に用いる不純物は、上記炭素(C)の他に、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)を用いることができる。または上記元素の化合物もしくは上記元素のクラスターもしくは数十〜数千の分子状クラスターイオンであってもよい。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
ここで、上記酸化シリコン層12に張り合わされる第2基板22について説明する。
図10(5)に示すように、第2基板22を用意する。上記第2基板22には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。
次に、図10(6)に示すように、熱酸化により上記第2基板22の表面に酸化膜31を形成する。上記酸化膜31は、例えば熱酸化によって、例えば20nm〜100nmの厚さに形成される。
次に、図10(7)に示すように、イオン注入によって上記第2基板22中にゲッター層14を形成する。例えば、このゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素がイオン注入されて形成される。
上記ゲッター層14は、上記第2基板22中に炭素を、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量でイオン注入して形成される。例えば、約20nmの厚さの上記酸化膜31を介してイオン注入する場合には、例えば注入エネルギーを150keVとして、1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入する。
その後、ダメージ回復の熱処理を行う。例えば1000℃、10分の熱処理を行う。
次に、図10(8)に示すように、上記第2基板22表面に形成された酸化膜31(前記図10(7)参照)を除去する。
このようにして、第2基板22が完成する。
そして、上記レジスト膜43〔前記図10(4)参照〕を除去する。その後図11(9)示すように、上記第1基板21を反転させ、上記ダメージ層15が形成されている側の上記酸化シリコン層12表面に第2基板22を張り合わせる。ここでは、ゲッター層14が形成されている側に近い第2基板22の表面を張り合わせた。
上記張り合わせは、例えば1100℃、2時間程度の熱処理で行う。
次に、図11(10)に示すように、上記スプリット層17で上記第1基板21側を剥離する。
この結果、第2基板22がシリコン基板11となり、このシリコン基板11側に残された第1基板21からなるシリコン層13が酸化シリコン層12を介して形成される。
次に、図11(11)に示すように、上記シリコン基板11上に酸化シリコン層12を介して形成された上記シリコン層13の表面(スプリット面)を平坦化処理する。この平坦化処理は、例えば、水素アニールと研磨によって行なう。この研磨は、例えば、化学的機械研磨(CMP)を用いる。
また、上記シリコン層13表面の自然酸化膜を除去するエッチングを行ってもよい。このとき、シリコン層13の側壁に形成されていた酸化シリコン層12(前記図11(10)等参照)も除去される。また必要に応じてベベル処理を行う。
このようにして、SOI基板10が完成される。
さらに、図11(12)に示すように、上記シリコン層13上にエピタキシャル成長によってシリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16を形成してもよい。
上記エピタキシャル成長は、例えば基板温度を1100℃にして、例えば3μmのシリコンエピタキシャル成長層を形成する。このシリコンエピタキシャル成長層16の膜厚は、適宜選択される。
例えば、上記シリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部を形成するには、少なくとも3μm以上の厚さが必要である。シリコン層13は1μm以下の厚さであるため、シリコンエピタキシャル成長層16を積みますことで、光電変換部が形成できる膜厚にすることが可能になる。特に長波長の感度を有する光電変換部は6μm程度のシリコン層の膜厚が必要であるので、上記シリコンエピタキシャル成長層16を6μm〜8μm程度の厚さに形成することで、長波長に感度を有する光電変換部を形成することが可能になる。
上記シリコンエピタキシャル成長に用いるシリコン原料ガスには、四塩化シリコン(SiCl4)、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、モノシラン(SiH4)等の通常の半導体プロセスで用いられる材料を使用することが可能である。例えば、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を用いる。
上記エピタキシャル成長条件としては、常圧CVD法、減圧CVD法のいずれでも良く、成長温度は結晶性と生産性を満足する範囲とする。
このようにして、SOI基板10が完成する。
上記製造方法では、上記シリコンエピタキシャル成長層16を形成せずに、予め、スプリット層17を深く形成し、第2基板22のシリコン基板11側に残す第1基板21からなるシリコン層13の膜厚を厚く形成してもよい。
上記SOI基板10の製造方法の第2例では、酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されることで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。このようなダメージ層15は、上記シリコン層13中に存在する金属汚染物質が通過しやすくするので、上記金属汚染物質が上記シリコン基板11に拡散する。そしてシリコン基板11中に拡散した金属汚染物質は上記ゲッター層14にトラップされることになる。
よって、シリコン層13中に存在する金属汚染物質がダメージ層15を通してゲッター層14に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板10を製造できるという利点がある。
[SOI基板の製造方法の第3例]
第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第3例を、図12〜図13の概略構成断面図によって説明する。
図12(1)に示すように、第1基板21を用意する。上記第1基板21には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。
次に、図12(2)に示すように、熱酸化により上記第1基板21の表面に第1酸化シリコン層34を形成する。上記第1酸化シリコン層34は、例えば熱酸化によって、例えば500nmの厚さに形成される。
次に、図12(3)に示すように、イオン注入によって上記第1基板21中にスプリット層17を形成する。例えば、このスプリット層17は、第1基板21側より例えば0.1μm〜1μm程度の範囲内で後の工程における第1基板21の剥離ができるように形成される。
上記イオン注入では、水素イオンを注入することにより、スプリット面となる脆弱な上記スプリット層17が形成される。
例えば、水素を数百keVのエネルギーで、その投影飛程Rp(Project Range)が1μm弱となるように、上記イオン注入条件を設定する。
上記イオン注入では、水素以外の不純物を用いることも可能である。例えば、ヘリウム(He)等の不活性元素を用いることができる。
次に、図12(4)に示すように、上記スプリット層17が形成されている側の上記第1酸化シリコン層34表面に第2基板22を張り合わせる。
上記第2基板22は、以下のようにして形成される。
図12(5)に示すように、第2基板22を用意する。上記第2基板22には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。
次に、図12(6)に示すように、熱酸化により上記第2基板22の表面に第2酸化シリコン層35を形成する。上記第2酸化シリコン層35は、例えば熱酸化によって、例えば100nmの厚さに形成される。
次に、図12(7)に示すように、イオン注入によって上記第2基板22中にゲッター層14を形成する。例えば、このゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素がイオン注入されて形成される。
上記ゲッター層14は、上記第2基板22中に炭素を、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量でイオン注入して形成される。例えば、約100nmの厚さの上記第2酸化シリコン層35を介してイオン注入する場合には、例えば注入エネルギーを150keVとして、1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入する。
その後、ダメージ回復の熱処理を行う。例えば1000℃、10分の熱処理を行う。
次に、図12(8)に示すように、上記第2基板22上に形成された上記第2酸化シリコン層35上にレジスト膜45を形成した後、リソグラフィー技術によって、上記第2酸化シリコン層35中の金属汚染物質を通過させるダメージ層を形成する領域上に開口部46を形成する。
次に、上記レジスト膜45をイオン注入マスクに用いて、上記第2酸化シリコン層35に不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層15を形成する。
上記イオン注入は、例えば不純物(イオン注入種)に炭素を用いる。
この場合、第2酸化シリコン層35表面が後の工程での基板張り合わせの接合面になるので、ダメージ層15は、第2酸化シリコン層35から露出しないように配慮することが望ましい。
上記ダメージ層15を形成するイオン注入に用いる不純物は、上記炭素(C)の他に、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)を用いることができる。または上記元素の化合物、もしくは上記元素のクラスター、もしくは上記元素の数十〜数千の分子状クラスターイオンであってもよい。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
次に、図12(9)に示すように、上記レジスト膜45(前記図12(8)参照)を除去する。図面では上記レジスト膜45を除去した後の状態を示した。
このようにして、第2基板22が完成する。
そして、前記図12(4)によって説明したように、上記スプリット層17に近い側の上記第1酸化シリコン層34表面と、第2基板22の上記ダメージ層15が形成された第2酸化シリコン層35表面を張り合わせる。
上記張り合わせは、例えば1100℃、2時間程度の熱処理で行う。
次に、図13(10)に示すように、上記スプリット層17で上記第1基板21側を剥離する。
この結果、第2基板22がシリコン基板11となり、このシリコン基板11側に残された第1基板21からなるシリコン層13が酸化シリコン層12を介して形成される。この酸化シリコン層12は、上記第1酸化シリコン層34とこれに張り合わされた上記第2酸化シリコン層35を含めていう。
次に、図13(11)に示すように、上記シリコン基板11上に酸化シリコン層12を介して形成された上記シリコン層13の表面(スプリット面)を平坦化処理する。この平坦化処理は、例えば、水素アニールと研磨によって行なう。この研磨は、例えば、化学的機械研磨(CMP)を用いる。
また、上記シリコン層13表面の自然酸化膜を除去するエッチングを行ってもよい。このとき、シリコン層13の側壁、第2基板22の表面に形成されていた酸化シリコン層12(前記図13(10)等参照)も除去される。また必要に応じてベベル処理を行う。
さらに、図13(12)に示すように、上記シリコン層13上にエピタキシャル成長によってシリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16を形成してもよい。
上記エピタキシャル成長は、例えば基板温度を1100℃にして、例えば3μmのシリコンエピタキシャル成長層を形成する。このシリコンエピタキシャル成長層16の膜厚は、適宜選択される。
例えば、上記シリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部を形成するには、少なくとも3μm以上の厚さが必要である。シリコン層13は1μm以下の厚さであるため、シリコンエピタキシャル成長層16を積みますことで、光電変換部が形成できる膜厚にすることが可能になる。特に長波長の感度を有する光電変換部は6μm程度のシリコン層の膜厚が必要であるので、上記シリコンエピタキシャル成長層16を6μm〜8μm程度の厚さに形成することで、長波長に感度を有する光電変換部を形成することが可能になる。
上記シリコンエピタキシャル成長に用いるシリコン原料ガスには、四塩化シリコン(SiCl4)、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、モノシラン(SiH4)等の通常の半導体プロセスで用いられる材料を使用することが可能である。例えば、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を用いる。
上記エピタキシャル成長条件としては、常圧CVD法、減圧CVD法のいずれでも良く、成長温度は結晶性と生産性を満足する範囲とする。
このようにして、SOI基板10が完成する。
上記SOI基板の製造方法の第3例において、図14(1)に示すように、第1基板21中にスプリット層17を形成した後、第1基板21表面に形成されていた第1酸化シリコン層34を除去して、図14(2)に示すように、第1基板21を露出させる。
次に、図14(3)に示すように、上記スプリット層17に近い側の上記第1基板21表面と、第2基板22の上記ダメージ層15が形成された第2酸化シリコン層35表面を張り合わせる。以下、第2酸化シリコン層35を酸化シリコン層12とする。
上記張り合わせは、例えば1100℃、2時間程度の熱処理で行う。
その後、上記と同様な工程を経て、図14(4)に示すような、SOI基板10を得る。
上記製造方法では、上記シリコンエピタキシャル成長層16を形成せずに、予め、スプリット層17を深く形成し、第2基板22のシリコン基板11側に残す第1基板21からなるシリコン層13の膜厚を厚く形成してもよい。
上記SOI基板10の製造方法の第3例では、酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されることで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。このようなダメージ層15は、上記シリコン層13中に存在する金属汚染物質が通過しやすくするので、上記金属汚染物質が上記シリコン基板11に拡散する。そしてシリコン基板11中に拡散した金属汚染物質は上記ゲッター層14にトラップされることになる。
よって、シリコン層13中に存在する金属汚染物質がダメージ層15を通してゲッター層14に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板10を製造できるという利点がある。
[SOI基板の製造方法の第4例]
第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第4例を、図15の概略構成断面図によって説明する。
図15(1)に示すように、シリコン基板23の内部にゲッター層14を形成する。上記ゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素がイオン注入されて形成される。
上記ゲッター層14は、上記第2基板22中に炭素を、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量でイオン注入して形成される。
その後、ダメージ回復の熱処理を行う。例えば1000℃、10分の熱処理を行う。
次いで、上記シリコン基板23上にエピタキシャル成長によってシリコン層からなる第1シリコンエピタキシャル成長層18を形成する。
上記エピタキシャル成長は、例えば基板温度を1100℃にして、例えば約2μmのシリコンエピタキシャル成長層を形成する。この第1シリコンエピタキシャル成長層18の膜厚は、適宜選択される。
上記シリコンエピタキシャル成長に用いるシリコン原料ガスには、四塩化シリコン(SiCl4)、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、モノシラン(SiH4)等の通常の半導体プロセスで用いられる材料を使用することが可能である。例えば、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を用いる。
次に、図15(2)に示すように、上記シリコン基板23と上記第1シリコンエピタキシャル成長層18の表面に酸化膜36を形成する。
次に、酸素をイオン注入して、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18中に酸化シリコン層19を形成する。すなわち、酸素イオンを約1×1017cm-2のドーズ量でイオン注入した後、1200℃以上の高温熱処理を施して、いわゆるSIMOX構造を形成する。
次に、図15(3)に示すように、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18上に形成された上記酸化膜36上にレジスト膜47を形成する。その後、リソグラフィー技術によって、上記酸化シリコン層19中の金属汚染物質を通過させるダメージ層を形成する領域上に開口部48を形成する。
次に、図15(4)に示すように、上記レジスト膜47をイオン注入マスクに用いたイオン注入法によって、上記酸化シリコン層19に不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層15を形成する。
上記ダメージ層15を形成するイオン注入に用いる不純物は、上記炭素(C)の他に、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)を用いることができる。または上記元素の化合物もしくは上記元素のクラスターもしくは数十〜数千の分子状クラスターイオンであってもよい。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
次に、図15(5)に示すように、露出している上記酸化膜36(前記図15(2)参照)を除去して、第1シリコンエピタキシャル成長層18、シリコン基板23等を露出させる。
次に、図15(6)に示すように、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18上にエピタキシャル成長によってシリコン層からなる第2シリコンエピタキシャル成長層20を形成する。
上記エピタキシャル成長は、例えば基板温度を1100℃にして、例えば3μmのシリコンエピタキシャル成長層を形成する。このシリコンエピタキシャル成長層の膜厚は、適宜選択される。
例えば、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18および第2シリコンエピタキシャル成長層20に光電変換部を形成するには、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18および第2シリコンエピタキシャル成長層20を合わせた膜厚が、少なくとも3μm以上必要である。特に長波長の感度を有する光電変換部は、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18および第2シリコンエピタキシャル成長層20を合わせた膜厚が6μm程度必要である。そこで、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18および第2シリコンエピタキシャル成長層20は、合わせた膜厚が6μm〜8μm程度となるように形成することで、長波長に感度を有する光電変換部を形成することが可能になる。
上記シリコンエピタキシャル成長に用いるシリコン原料ガスには、四塩化シリコン(SiCl4)、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、モノシラン(SiH4)等の通常の半導体プロセスで用いられる材料を使用することが可能である。例えば、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を用いる。
上記製造方法では、上記ゲッター層14を形成した後に上記第1シリコンエピタキシャル成長層18を形成している。この第1シリコンエピタキシャル成長層18は、上記ゲッター層14を上記酸化シリコン層19(酸素注入領域)より深く形成するために形成したものである。よって、炭素イオンや酸素イオンの注入深さで調整できる場合は、必ずしも必要ではない。しかし第1シリコンエピタキシャル成長層18を用いた方が、深さ選択の自由度が向上するのと、単結晶シリコン基板からなるシリコン基板23のCZ結晶中に含まれるAs−grown欠陥も少なくなるので、好ましい場合が多い。
上記SOI基板10の製造方法の第4例では、酸化シリコン層19に不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されることで、酸化シリコン層19の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。このようなダメージ層15は、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18および第2シリコンエピタキシャル成長層20中に存在する金属汚染物質が通過しやすくするので、上記金属汚染物質が上記シリコン基板23に拡散する。そしてシリコン基板23中に拡散した金属汚染物質は上記ゲッター層14にトラップされることになる。
よって、第1シリコンエピタキシャル成長層18および第2シリコンエピタキシャル成長層20中に存在する金属汚染物質がダメージ層15を通してゲッター層14に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板10を製造できるという利点がある。
[SOI基板の製造方法の第5例]
第2の実施の形態に係るSOI基の製造方法の第5例を示した図16の製造工程断面図によって説明する。
まず、前記図7および図8によって説明した製造工程によって、SOI基板10を形成する。
そして、上記SOI基板10に対して以下の工程を行う。
まず図16(1)に示すように、シリコン基板11中にゲッター層14が形成され、このシリコン基板11上に酸化シリコン層12を介してシリコン層13が形成された上記SOI基板10を用意し、このSOI基板10の表面に酸化膜33を形成する。
次に、図16(2)に示すように、上記シリコン層13側の表面より全面に不純物を注入して上記酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15を形成する。上記ダメージ層15は、平面レイアウト上、上記酸化シリコン層12の全域にわたって、かつ、上記酸化シリコン層12の厚さ方向の全域もしくは一部に形成されている。すなわち、上記ダメージ層15は、上記酸化シリコン層12内に形成され、上記シリコン層13側にはみ出して形成されない。例えば、上記シリコン層13側に例えば1μm以下の膜厚の上記酸化シリコン層12を残した状態に形成される。したがって、上記ダメージ層15が上記酸化シリコン層12内から上記酸化シリコン層12と上記シリコン層13の界面まで形成されることは差し支えない。その詳細は、前記図5によって説明した通りである。
上記イオン注入は、例えば不純物(イオン注入種)に炭素を用い、上記シリコン層13の厚さが約0.3μm、上記酸化シリコン層12の厚さが約0.3μmの場合、注入エネルギーを200keV、ドーズ量を1×1014cm-2に設定する。この炭素のイオン注入条件は、シリコン層13、酸化シリコン層12等の膜厚や、前記第5図に示した酸化シリコン層12とダメージ層15の位置関係をどのケースにするかで決まり、上述の条件に限定されるものではない。
上記ダメージ層15を形成するイオン注入に用いる不純物は、上記炭素(C)の他に、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)を用いることができる。または上記元素の化合物、もしくは上記元素のクラスター、もしくは上記元素の数十〜数千の分子状クラスターイオンであってもよい。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
次に、図16(3)に示すように、上記酸化膜33〔前記図16(1)参照〕を除去して、SOI基板10を露出させる。図面は上記酸化膜33を除去した後の状態を示した。
次に、図16(4)に示すように、上記シリコン層13上にエピタキシャル成長によってシリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16を形成する。
上記エピタキシャル成長は、例えば基板温度を1100℃にして、例えば約3μmのシリコンエピタキシャル成長層を形成する。このシリコンエピタキシャル成長層16の膜厚は、適宜選択される。
例えば、上記シリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部を形成するには、少なくとも3μm以上の厚さが必要である。通常、シリコン層13は1μm以下の厚さであるため、シリコンエピタキシャル成長層16を積みますことで、光電変換部を形成することができる膜厚になる。特に長波長の感度を有する光電変換部は6μm程度のシリコン層の膜厚が必要であるので、上記シリコンエピタキシャル成長層16を6μm〜8μm程度の厚さに形成することで、長波長に感度を有する光電変換部を形成することが可能になる。
上記シリコンエピタキシャル成長に用いるシリコン原料ガスには、四塩化シリコン(SiCl4)、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、モノシラン(SiH4)等の通常の半導体プロセスで用いられる材料を使用することが可能である。例えば、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を用いる。
上記エピタキシャル成長条件としては、常圧CVD法、減圧CVD法のいずれでも良く、成長温度は結晶性と生産性を満足する範囲とする。
このようにして、SOI基板10(10C)が完成する。
上記製造方法の第5例では、シリコン層13上にシリコンエピタキシャル成長層16を形成している。このシリコンエピタキシャル成長層16を形成せずに、予め、シリコン層13の膜厚を厚く形成してもよい。この場合、上記ダメージ層15を形成するイオン注入では、投影飛程が長くなるので、その長さに対応した注入エネルギーが選択される。
上記SOI基板10の製造方法の第5例では、酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されることで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。この全面にわたって形成されたダメージ層15によって上記シリコン層13中の全域にわたって存在する金属汚染物質が通過しやすくなるので、上記金属汚染物質が上記シリコン基板11により拡散しやすくなる。そしてシリコン基板11中に拡散した金属汚染物質は上記ゲッター層14にトラップされることになる。
よって、シリコン層13中の全域にわたって存在する金属汚染物質がダメージ層15を通してゲッター層14により効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板10を製造できるという利点がある。
[SOI基板の製造方法の第6例]
第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第6例を、図17〜図18の概略構成断面図によって説明する。
図17(1)に示すように、第1基板21を用意する。上記第1基板21には、例えばシリコン基板を用いる。
次に、図17(2)に示すように、熱酸化により上記第1基板21の表面に酸化シリコン層12を形成する。上記酸化シリコン層12は、例えば熱酸化によって、例えば500nmの厚さに形成される。
次に、図17(3)に示すように、イオン注入によって上記第1基板21中にスプリット層17を形成する。例えば、このスプリット層17は、第1基板21側より例えば0.1μm〜1μm程度の範囲内で後の工程における第1基板21の剥離ができるように形成される。
上記イオン注入では、水素イオンを注入することにより、スプリット面となる脆弱な上記スプリット層17が形成される。
例えば、水素を数百keVのエネルギーで、その投影飛程Rp(Project Range)が1μm弱となるように、上記イオン注入条件を設定する。
上記イオン注入では、水素以外の不純物を用いることも可能である。例えば、ヘリウム(He)等の不活性元素を用いることができる。
次に、図17(4)に示すように、上記酸化シリコン層12の全面にわたって不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層15を形成する。このダメージ層15は、平面レイアウト上、上記酸化シリコン層12の全域にわたって、かつ、上記酸化シリコン層12の厚さ方向の全域もしくは一部に形成される。すなわち、上記ダメージ層15は、上記酸化シリコン層12内に形成される。この場合、酸化シリコン層12表面が後の工程での基板張り合わせの接合面になるので、ダメージ層15は、酸化シリコン層12から露出しないように配慮することが望ましい。そして好ましくは、上記ダメージ層15は、上記酸化シリコン層12の表面側に、例えば1μm以下の膜厚の上記酸化シリコン層12を残した状態に形成される。その詳細は、前記図5(4),(5),(6)によって説明した通りである。
上記イオン注入は、酸化シリコン層12の膜厚や、前記第5図(4),(5),(6)に示した酸化シリコン層12とダメージ層15の位置関係をどのケースにするかで決める。
上記ダメージ層15を形成するイオン注入に用いる不純物は、上記炭素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)を用いることができる。または上記元素の化合物、もしくは上記元素のクラスター、もしくは上記元素の数十〜数千の分子状クラスターイオンであってもよい。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
ここで、上記酸化シリコン層12に張り合わされる第2基板22について説明する。
図17(5)に示すように、第2基板22を用意する。上記第2基板22には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。
次に、図17(6)に示すように、熱酸化により上記第2基板22の表面に酸化膜31を形成する。上記酸化膜31は、例えば熱酸化によって、例えば20nm〜100nmの厚さに形成される。
次に、図17(7)に示すように、イオン注入によって上記第2基板22中にゲッター層14を形成する。このゲッター層14は、例えば、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素をイオン注入して形成される。
上記ゲッター層14は、上記第2基板22中に炭素を、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量でイオン注入して形成される。例えば、約20nmの厚さの上記酸化膜31を介してイオン注入する場合には、例えば注入エネルギーを150keVとして、1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入する。
その後、ダメージ回復の熱処理を行う。例えば1000℃、10分の熱処理を行う。
次に、図17(8)に示すように、上記第2基板22表面に形成された酸化膜31(前記図17(7)参照)を除去する。
図面では酸化膜31を除去した後の状態を示した。
このようにして、第2基板22が完成する。
その後、図18(9)示すように、上記第1基板21を反転させ、上記ダメージ層15が形成されている側の上記酸化シリコン層12表面に第2基板22を張り合わせる。ここでは、ゲッター層14が形成されている側に近い第2基板22の表面を張り合わせた。
上記張り合わせは、例えば1100℃、2時間程度の熱処理で行う。
次に、図18(10)に示すように、上記スプリット層17で上記第1基板21側を剥離する。
この結果、第2基板22がシリコン基板11となり、このシリコン基板11側に残された第1基板21からなるシリコン層13が酸化シリコン層12を介して形成される。
次に、図18(11)に示すように、上記シリコン基板11上に酸化シリコン層12(ダメージ層15も含む)を介して形成された上記シリコン層13の表面(スプリット面)を平坦化処理する。この平坦化処理は、例えば、水素アニールと研磨によって行なう。この研磨は、例えば、化学的機械研磨(CMP)を用いる。
また、上記シリコン層13表面の自然酸化膜を除去するエッチングを行ってもよい。このとき、シリコン層13の側壁に形成されていた酸化シリコン層12(前記図18(10)等参照)も除去される。また必要に応じてベベル処理を行う。
さらに、図18(12)に示すように、上記シリコン層13上にエピタキシャル成長によってシリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16を形成してもよい。
上記エピタキシャル成長は、例えば基板温度を1100℃にして、例えば3μmのシリコンエピタキシャル成長層を形成する。このシリコンエピタキシャル成長層16の膜厚は、適宜選択される。
例えば、上記シリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部を形成するには、少なくとも3μm以上の厚さが必要である。通常、シリコン層13は1μm以下の厚さであるため、シリコンエピタキシャル成長層16を積みますことで、光電変換部が形成できる膜厚にすることが可能になる。特に長波長の感度を有する光電変換部は6μm程度のシリコン層の膜厚が必要であるので、上記シリコンエピタキシャル成長層16を6μm〜8μm程度の厚さに形成することで、長波長に感度を有する光電変換部を形成することが可能になる。
上記シリコンエピタキシャル成長に用いるシリコン原料ガスには、四塩化シリコン(SiCl4)、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、モノシラン(SiH4)等の通常の半導体プロセスで用いられる材料を使用することが可能である。例えば、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を用いる。
上記エピタキシャル成長条件としては、常圧CVD法、減圧CVD法のいずれでも良く、成長温度は結晶性と生産性を満足する範囲とする。
このようにして、SOI基板10(10C)が完成する。
上記製造方法では、上記シリコンエピタキシャル成長層16を形成せずに、予め、スプリット層17を深く形成し、第2基板22のシリコン基板11側に残す第1基板21からなるシリコン層13の膜厚を厚く形成してもよい。
上記SOI基板10の製造方法の第6例では、酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されることで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。このダメージ層15によって上記シリコン層13中の全域にわたって存在する金属汚染物質が通過しやすくなるので、上記金属汚染物質が上記シリコン基板11に拡散する。そしてシリコン基板11中に拡散した金属汚染物質は上記ゲッター層14にトラップされることになる。
よって、シリコン層13中の全域にわたって存在する金属汚染物質がダメージ層15を通してゲッター層14に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板10を製造できるという利点がある。
[SOI基板の製造方法の第7例]
第2の実施の形態に係るSOI基板の構成の第7例を、図19〜図20の概略構成断面図によって説明する。
図19(1)に示すように、第1基板21を用意する。上記第1基板21には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。
次に、図19(2)に示すように、熱酸化により上記第1基板21の表面に第1酸化シリコン層34を形成する。上記第1酸化シリコン層34は、例えば熱酸化によって、例えば500nmの厚さに形成される。
次に、図19(3)に示すように、イオン注入によって上記第1基板21中にスプリット層17を形成する。例えば、このスプリット層17は、第1基板21側より例えば0.1μm〜1μm程度の範囲内で後の工程における第1基板21の剥離ができるように形成される。
上記イオン注入では、水素イオンを注入することにより、スプリット面となる脆弱な上記スプリット層17が形成される。
例えば、水素を数百keVのエネルギーで、その投影飛程Rp(Project Range)が1μm弱となるように、上記イオン注入条件を設定する。
上記イオン注入では、水素以外の不純物を用いることも可能である。例えば、ヘリウム(He)等の不活性元素を用いることができる。
次に、図19(4)に示すように、上記スプリット層17が形成されている側の上記第1酸化シリコン層34表面に第2基板22を張り合わせる。
上記第2基板22は、以下のようにして形成される。
図19(5)に示すように、第2基板22を用意する。上記第2基板22には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。
次に、図19(6)に示すように、熱酸化により上記第2基板22の表面に第2酸化シリコン層35を形成する。上記第2酸化シリコン層35は、例えば熱酸化によって、例えば100nmの厚さに形成される。
次に、図19(7)に示すように、イオン注入によって上記第2基板22中にゲッター層14を形成する。例えば、このゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素がイオン注入されて形成される。
上記ゲッター層14は、上記第2基板22中に炭素を、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量でイオン注入して形成される。例えば、約100nmの厚さの上記第2酸化シリコン層35を介してイオン注入する場合には、例えば注入エネルギーを150keVとして、1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入する。
その後、ダメージ回復の熱処理を行う。例えば1000℃、10分の熱処理を行う。
次に、図19(8)に示すように、上記第2酸化シリコン層35の全面に不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層15を形成する。このダメージ層15は、平面レイアウト上、上記第2酸化シリコン層35の全域にわたって、かつ、上記第2酸化シリコン層35の厚さ方向の全域もしくは一部に形成されている。すなわち、上記ダメージ層15は、上記第2酸化シリコン層35内に形成される。この場合、第2酸化シリコン層35表面が後の工程での基板張り合わせの接合面になるので、ダメージ層15は、第2酸化シリコン層35から露出しないように配慮することが望ましい。好ましくは、上記ダメージ層15は、上記第2酸化シリコン層35の表面側に、例えば1μm以下の膜厚の上記第2酸化シリコン層35を残した状態に形成される。その詳細は、前記図5(4),(5),(6)によって説明した通りである。
上記イオン注入は、酸化シリコン層12の膜厚や、前記図5(4),(5),(6)に示した酸化シリコン層12とダメージ層15の位置関係をどのケースにするかで決める。
上記イオン注入は、例えば不純物(イオン注入種)に炭素を用いる。
この場合、第2酸化シリコン層35表面が後の工程での基板張り合わせの接合面になるので、ダメージ層15は、第2酸化シリコン層35から露出しないように形成することが望ましい。
上記ダメージ層15を形成するイオン注入に用いる不純物は、上記炭素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)を用いることができる。または上記元素の化合物、もしくは上記元素のクラスター、もしくは上記元素の数十〜数千の分子状クラスターイオンであってもよい。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
このようにして、第2基板22が完成する。
そして、前記図19(4)によって説明したように、上記スプリット層17に近い側の上記第1酸化シリコン層34表面と、第2基板22の第2酸化シリコン層35表面を張り合わせる。
上記張り合わせは、例えば1100℃、2時間程度の熱処理で行う。
次に、図20(10)に示すように、上記スプリット層17で上記第1基板21側を剥離する。
この結果、第2基板22がシリコン基板11となり、このシリコン基板11側に残された第1基板21からなるシリコン層13が酸化シリコン層12を介して形成される。この酸化シリコン層12は、上記第1酸化シリコン層34とこれに張り合わされた上記第2酸化シリコン層35を含めていう。
次に、図20(11)に示すように、上記シリコン基板11上に酸化シリコン層12を介して形成された上記シリコン層13の表面(スプリット面)を平坦化処理する。この平坦化処理は、例えば、水素アニールと研磨によって行なう。この研磨は、例えば、化学的機械研磨(CMP)を用いる。
また、上記シリコン層13表面の自然酸化膜を除去するエッチングを行ってもよい。このとき、シリコン層13の側壁、第2基板22の表面に形成されていた酸化シリコン層12(前記図20(10)等参照)も除去される。また必要に応じてベベル処理を行う。
このようにして、SOI基板10(10C)が完成される。
さらに、図20(12)に示すように、上記シリコン層13上にエピタキシャル成長によってシリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16を形成してもよい。
上記エピタキシャル成長は、例えば基板温度を1100℃にして、例えば3μmのシリコンエピタキシャル成長層を形成する。このシリコンエピタキシャル成長層16の膜厚は、適宜選択される。
例えば、上記シリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部を形成するには、少なくとも3μm以上の厚さが必要である。シリコン層13は1μm以下の厚さであるため、シリコンエピタキシャル成長層16を積みますことで、光電変換部が形成できる膜厚にすることが可能になる。特に長波長の感度を有する光電変換部は6μm程度のシリコン層の膜厚が必要であるので、上記シリコンエピタキシャル成長層16を6μm〜8μm程度の厚さに形成することで、長波長に感度を有する光電変換部を形成することが可能になる。
上記シリコンエピタキシャル成長に用いるシリコン原料ガスには、四塩化シリコン(SiCl4)、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、モノシラン(SiH4)等の通常の半導体プロセスで用いられる材料を使用することが可能である。例えば、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を用いる。
上記エピタキシャル成長条件としては、常圧CVD法、減圧CVD法のいずれでも良く、成長温度は結晶性と生産性を満足する範囲とする。
このようにして、SOI基板10(10C)が完成する。
上記SOI基板10の製造方法の第7例において、図21(1)に示すように、第1基板21中にスプリット層17を形成した後、第1基板21表面に形成されていた第1酸化シリコン層34を除去して、図21(2)に示すように、第1基板21を露出させる。
次に、図21(3)に示すように、上記スプリット層17に近い側の上記第1基板21表面と、第2基板22の上記第2酸化シリコン層35表面を張り合わせる。以下、第2酸化シリコン層35を酸化シリコン層12とする。
上記張り合わせは、例えば1100℃、2時間程度の熱処理で行う。
その後、上記と同様な工程を経て、図21(4)に示すような、SOI基板10(10C)を得る。
上記製造方法では、上記シリコンエピタキシャル成長層16を形成せずに、予め、スプリット層17を深く形成し、第2基板22のシリコン基板11側に残す第1基板21からなるシリコン層13の膜厚を厚く形成してもよい。
上記SOI基板の製造方法の第7例では、酸化シリコン層12の全域にわたって不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されることで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。このため、上記シリコン層13中の全域にわたって存在する金属汚染物質がダメージ層15を通過しやすくなるので、上記金属汚染物質が上記シリコン基板11により拡散しやすくなる。そしてシリコン基板11中に拡散した金属汚染物質は上記ゲッター層14にトラップされることになる。
よって、シリコン層13中の全域にわたって存在する金属汚染物質がダメージ層15を通してゲッター層14に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板10を製造できるという利点がある。
[SOI基板の製造方法の第8例]
第2の実施の形態に係るSOI基板の製造方法の第8例を、図22の概略構成断面図によって説明する。
図22(1)に示すように、シリコン基板23の内部にゲッター層14を形成する。上記ゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素がイオン注入されて形成される。
上記ゲッター層14は、上記第2基板22中に炭素を、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量でイオン注入して形成される。
その後、ダメージ回復の熱処理を行う。例えば1000℃、10分の熱処理を行う。
次いで、上記シリコン基板23上にエピタキシャル成長によってシリコン層からなる第1シリコンエピタキシャル成長層18を形成する。
上記エピタキシャル成長は、例えば基板温度を1100℃にして、例えば約2μmのシリコンエピタキシャル成長層を形成する。この第1シリコンエピタキシャル成長層18の膜厚は、適宜選択される。
上記シリコンエピタキシャル成長に用いるシリコン原料ガスには、四塩化シリコン(SiCl4)、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、モノシラン(SiH4)等の通常の半導体プロセスで用いられる材料を使用することが可能である。例えば、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を用いる。
次に、図22(2)に示すように、上記シリコン基板23と上記第1シリコンエピタキシャル成長層18の表面に酸化膜36を形成する。
次に、酸素をイオン注入して、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18中に酸化シリコン層19を形成する。すなわち、酸素イオンを約1×1017cm-2のドーズ量でイオン注入した後、1200℃以上の高温熱処理を施して、いわゆるSIMOX構造を形成する。
次に、図22(3)に示すように、イオン注入法を用いて、上記酸化シリコン層19に不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層15を形成する。上記ダメージ層15は、平面レイアウト上、上記酸化シリコン層19の全域にわたって、かつ、上記酸化シリコン層19の厚さ方向の全域もしくは一部に形成されている。すなわち、上記ダメージ層15は、上記酸化シリコン層19内に形成され、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18側にはみ出して形成されない。例えば、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18側に例えば1μm以下の膜厚の上記酸化シリコン層19を残した状態に形成される。したがって、上記ダメージ層15が上記酸化シリコン層19内から上記酸化シリコン層19と上記第1シリコンエピタキシャル成長層18の界面まで形成されることは差し支えない。その詳細は、前記図5によって説明した通りである。
上記イオン注入は、例えば不純物(イオン注入種)に炭素を用い、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18の厚さが約0.3μm、上記酸化シリコン層19の厚さが約0.3μmの場合、注入エネルギーを200keV、ドーズ量を1×1014cm-2に設定する。この炭素のイオン注入条件は、第1シリコンエピタキシャル成長層18、酸化シリコン層19等の膜厚や、前記第5図に示した酸化シリコン層19に相当する酸化シリコン層12とダメージ層15の位置関係をどのケースにするかで決まり、上述の条件に限定されるものではない。
上記ダメージ層15を形成するイオン注入に用いる不純物は、上記炭素(C)の他に、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)を用いることができる。または上記元素の化合物もしくは上記元素のクラスターもしくは数十〜数千の分子状クラスターイオンであってもよい。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
次に、図22(4)に示すように、露出している上記酸化膜36(前記図22(2)参照)を除去し、第1シリコンエピタキシャル成長層18やシリコン基板23を露出させる。図面は、酸化膜36を除去した後の状態を示した。
次に、図22(5)に示すように、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18上にエピタキシャル成長によってシリコン層からなる第2シリコンエピタキシャル成長層20を形成する。
このようにして、SOI基板10(10C)が完成する。
上記エピタキシャル成長は、例えば基板温度を1100℃にして、例えば3μmのシリコンエピタキシャル成長層を形成する。このシリコンエピタキシャル成長層の膜厚は、適宜選択される。
例えば、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18および第2シリコンエピタキシャル成長層20に光電変換部を形成するには、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18および第2シリコンエピタキシャル成長層20を合わせた膜厚が、少なくとも3μm以上必要である。特に長波長の感度を有する光電変換部は、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18および第2シリコンエピタキシャル成長層20を合わせた膜厚が6μm程度必要である。そこで、上記第1シリコンエピタキシャル成長層18および第2シリコンエピタキシャル成長層20は、合わせた膜厚が6μm〜8μm程度となるように形成することで、長波長に感度を有する光電変換部を形成することが可能になる。
上記シリコンエピタキシャル成長に用いるシリコン原料ガスには、四塩化シリコン(SiCl4)、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、モノシラン(SiH4)等の通常の半導体プロセスで用いられる材料を使用することが可能である。例えば、トリクロロシラン(SiHCl3)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を用いる。
上記製造方法では、上記ゲッター層14を形成した後に上記第1シリコンエピタキシャル成長層18を形成している。この第1シリコンエピタキシャル成長層18は、上記ゲッター層14を上記酸化シリコン層19(酸素注入領域)より深く形成するために形成したものである。よって、炭素イオンや酸素イオンの注入深さで調整できる場合は、必ずしも必要ではない。しかし第1シリコンエピタキシャル成長層18を用いた方が、深さ選択の自由度が向上するのと、単結晶シリコン基板からなるシリコン基板23のCZ結晶中に含まれるAs−grown欠陥も少なくなるので、好ましい場合が多い。
上記SOI基板10の製造方法の第8例では、酸化シリコン層19に不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されることで、酸化シリコン層19の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。このため、上記第1、第2シリコンエピタキシャル成長層18、20中の全域にわたって存在する金属汚染物質がダメージ層15を通過しやすくなるので、上記金属汚染物質が上記シリコン基板23により拡散しやすくなる。そしてシリコン基板23中に拡散した金属汚染物質は上記ゲッター層14にトラップされることになる。
よって、第1、第2シリコンエピタキシャル成長層18、20中の全域にわたって存在する金属汚染物質がダメージ層15を通してゲッター層14に効率よく捕獲されるので、ゲッタリング能力の高いSOI基板10(10C)を製造できるという利点がある。
上記各SOI基板の製造方法では、上記ダメージ層15は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)やリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)等のイオン注入で形成されている。したがって、上記ダメージ層15を、金属汚染物質の拡散の加速層のみならず、ゲッター層として機能させることができる。
この場合、シリコン基板中のゲッター層14を形成しなくとも良い場合がある。
また、製造方法の第1例や第5例のように、ダメージ層15を形成するイオン注入をシリコン層13側から行う場合、従来例のような接合強度に係わるイオン注入条件の制限はなく、より強固なゲッター能力を有するダメージ層15を形成することができる。
さらに、シリコン層13上にシリコンエピタキシャル成長層16を形成する場合は、シリコンエピタキシャル成長層16を形成する前に、酸化シリコン層12、19にダメージ層15を形成しておくのが望ましい。そうすることで、シリコンエピタキシャル成長層16中に混入する金属不純物を有効にゲッタリングすることができる。
<3.第3の実施の形態>
[固体撮像装置の構成の一例]
第3の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一例を、図23の概略構成断面図によって説明する。図23では、積層型全開口CMOSセンサの固体撮像装置の一例を示す。
図23に示すように、SOI基板のシリコン層13とこのシリコン層13にエピタキシャル成長させて形成したシリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16とを活性層に用いている。上記シリコンエピタキシャル成長層16には、光電変換部61、画素トランジスタ63および周辺回路部(図示せず)が形成されている。
したがって、上記シリコンエピタキシャル成長層16は、光電変換部61を形成することを考慮すると、例えば近赤外、赤外領域の長波長の光を感知する光電変換部61を形成する場合には8μm程度の厚さがあれば十分である。また、可視光線を感知する光電変換部61を形成する場合には、例えば3μm〜4μmの厚さがあればよい。
上記シリコン層13上には、上記光電変換部61に入射される光の光路上にカラーフィルター層81が形成されている。
上記カラーフィルター層81上には、入射光を上記光電変換部61に導く集光レンズ91が形成されている。
一方、上記シリコンエピタキシャル成長層16の光入射側とは反対側の面には、複数層の配線72とその配線72を被覆する層間絶縁膜73とを有する配線層71が形成されている。
上記配線層71に支持基板51が貼り付けられている。上記支持基板51は、例えばシリコン基板で形成されている。もしくは、ガラス基板もしくは樹脂基板を用いることもできる。
上記光電変換部61に入射される光の入射側で、上記光電変換部61に入射される光の入射領域を除く上記シリコン層13には、不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されている。
また、上記シリコン層13側から上記配線層71の配線72に達する電極取り出しの開口部75が形成されている。
このように、積層型全開口CMOSセンサである固体撮像装置1が構成されている。
上記固体撮像装置1では、上記光電変換部61に入射される光の入射領域を除く上記シリコン層13の表面に不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されている。このダメージ層15が、例えば、カラーフィルター層の形成工程、集光レンズの形成工程、電極取り出し部の形成工程、組み立て工程等において、金属汚染物質のゲッター効果を有する。例えば、電極取り出し部の形成工程では、配線層の配線まで達する加工を行うので、配線が金属配線で形成されていると金属汚染の懸念があるが、ゲッター効果により金属汚染が防止される。
よって、ゲッタリング能力の高い本発明のSOI基板10に形成されたシリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部61が形成されているため、白点や暗電流の大幅な低減ができるので、撮像品質の高い固体撮像装置1を提供できるという利点がある。
<4.第4の実施の形態>
[固体撮像装置の製造方法の第1例]
本発明の第4の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第1例を、図24の製造工程断面図によって説明する。
図24(1)に示すように、例えば、前記図1によって説明したSOI基板10を用いる。
すなわち、シリコン基板11上に酸化シリコン層12(例えばBox層ともいう。)が形成されている。上記シリコン基板11には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。上記酸化シリコン層12上にはシリコン層13が形成されている。上記シリコン層13は、例えば、上記酸化シリコン層12に単結晶シリコン基板を張り合わせた後、単結晶シリコン基板を薄く加工したものからなる。
また上記シリコン基板11中にはゲッター層14が形成されている。
上記ゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素が注入された領域からなる。例えば、上記ゲッター層14は、上記シリコン基板11中に炭素をイオン注入して形成された層であり、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量で炭素を注入して形成されている。
また上記酸化シリコン層12には不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されている。上記ダメージ層15は、炭素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)が注入された領域である。もしくは上記元素の化合物もしくはクラスターもしくは数十〜数千の分子状クラスターイオンが注入された領域である。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
上記ダメージ層15は、後の工程で上記シリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部やトランジスタが形成される領域上(入射光が入射される方向の領域)を除く領域に形成される。例えば、素子分離領域やスクライブが形成される領域上に形成される。
さらに上記シリコン層13上には、エピタキシャル成長によって形成されたシリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16が形成されている。このシリコンエピタキシャル成長層16の膜厚は、例えば3μm以上8μm以下に形成されている。上記シリコンエピタキシャル成長層16の膜厚が3μmあれば、固体撮像装置(例えばイメージセンサ)の光電変換部を形成するのに最低限必要な膜厚が確保される。また、シリコンエピタキシャル成長層16の膜厚が8μmあれば、固体撮像装置(例えばイメージセンサ)の長波長領域(例えば、近赤外線もしくは赤外線)に感度を有する光電変換部を形成するのに最低限必要な膜厚が確保される。
SOI基板10は、上記のように構成されている。
次に、図24(2)に示すように、上記シリコンエピタキシャル成長層16に、光電変換部61、画素トランジスタ63および周辺回路部(図示せず)を形成する。
次に、上記シリコンエピタキシャル成長層16上に配線層71を形成する。上記配線層71は、例えば、配線72とこの配線72を被覆する層間絶縁膜73からなる。
次に、図24(3)に示すように、上記配線層71上に支持基板51を張り合わせる。上記支持基板51には、シリコン基板を用いる。もしくはガラス基板もしくは樹脂基板を用いることもできる。このときの接合には、耐熱性樹脂での接着やプラズマ処理による接着を用いる。
次に、図25(4)に示すように、上記シリコン基板11〔前記図24(1)参照〕を除去して上記酸化シリコン層12表面を露出させる。また、ダメージ層15が酸化シリコン層12と上記シリコン基板11との界面にまで形成されている場合には、上記酸化シリコン層12表面が露出されるときに上記ダメージ層15表面も露出される。上記シリコン基板11の除去は、例えば、研削、研磨、エッチング等による。
次に、図25(5)に示すように上記酸化シリコン層12およびダメージ層15〔前記図25(4)参照〕を除去して上記シリコン層13表面を露出させる。上記酸化シリコン層12およびダメージ層15の除去は、例えばエッチングによる。
次に、図25(6)に示すように、上記光電変換部61に入射される光の光路上で上記シリコン層13上にカラーフィルター層81を形成する。さらに上記カラーフィルター層81上に入射光を上記光電変換部61に導く集光レンズ91を形成する。
このようにして、積層型全開口CMOSセンサの固体撮像装置1が形成される。
上記製造方法では、上記ダメージ層15は、酸化シリコン層12の受光外領域に形成される。例えば、パッド部、スクライブ、その他不活性領域上の酸化シリコン層12に形成される。
上記固体撮像装置の製造方法の第1例では、酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されることで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。このようなダメージ層15を上記シリコンエピタキシャル成長層16およびシリコン層13中に存在する金属汚染物質が通過しやすくなるので、上記金属汚染物質が上記シリコン基板11に拡散する。そしてシリコン基板11中に拡散した金属汚染物質は上記ゲッター層14にトラップされることになる。したがって、光電変換部61、画素トランジスタ63、周辺回路部を金属汚染のない上記シリコンエピタキシャル成長層16に形成することが可能になる。
よって、ゲッタリング能力の高い本発明のSOI基板10に形成されたシリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部61が形成されるため、白点や暗電流の大幅な低減ができるので、撮像品質の高い固体撮像装置1を提供できるという利点がある。
[固体撮像装置の製造方法の第2例]
第4の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第2例を、図26〜図27の製造工程断面図によって説明する。
図26(1)に示すように、例えば、前記図1によって説明したSOI基板10を用いる。
すなわち、シリコン基板11上に酸化シリコン層12(例えばBox層ともいう。)が形成されている。上記シリコン基板11には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。上記酸化シリコン層12上にはシリコン層13が形成されている。上記シリコン層13は、例えば、上記酸化シリコン層12に単結晶シリコン基板を張り合わせた後、単結晶シリコン基板を薄く加工したものからなる。
また上記シリコン基板11中にはゲッター層14が形成されている。
上記ゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素が注入された領域からなる。例えば、上記ゲッター層14は、上記シリコン基板11中に炭素をイオン注入して形成された層であり、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量で炭素を注入して形成されている。
また上記酸化シリコン層12には、不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されている。このダメージ層15は、上記シリコン層13側にはみ出して形成されている。
上記ダメージ層15は、後の工程で上記シリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部やトランジスタが形成される領域上(入射光が入射される方向の領域)を除く領域に形成される。例えば、素子分離領域やスクライブが形成される領域上に形成される。
上記ダメージ層15は、炭素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)が注入された領域である。もしくは上記元素の化合物もしくはクラスターもしくは数十〜数千の分子状クラスターイオンが注入された領域である。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
さらに上記シリコン層13上には、エピタキシャル成長によって形成されたシリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16が形成されている。このシリコンエピタキシャル成長層16の膜厚は、例えば3μm以上8μm以下に形成されている。上記シリコンエピタキシャル成長層16の膜厚が3μmあれば、固体撮像装置(例えばイメージセンサ)の光電変換部を形成するのに最低限必要な膜厚が確保される。また、シリコンエピタキシャル成長層16の膜厚が8μmあれば、固体撮像装置(例えばイメージセンサ)の長波長領域(例えば、近赤外線もしくは赤外線)に感度を有する光電変換部を形成するのに最低限必要な膜厚が確保される。
SOI基板10は、上記のように構成されている。
次に、図26(2)に示すように、上記シリコンエピタキシャル成長層16に、光電変換部61、画素トランジスタ63および周辺回路部(図示せず)を形成する。
次に、上記シリコンエピタキシャル成長層16上に配線層71を形成する。上記配線層71は、例えば、配線72とこの配線72を被覆する層間絶縁膜73からなる。
次に、図26(3)に示すように、上記配線層71上に支持基板51を張り合わせる。上記支持基板51には、シリコン基板を用いる。もしくはガラス基板もしくは樹脂基板を用いることもできる。
次に、図27(4)に示すように、上記シリコン基板11〔前記図26(1)参照〕を除去して上記酸化シリコン層12表面を露出させる。また、ダメージ層15が酸化シリコン層12と上記シリコン基板11との界面にまで形成されている場合には、上記酸化シリコン層12表面が露出されるときに上記ダメージ層15表面も露出される。上記シリコン基板11の除去は、例えば、研削、研磨、エッチング等による。
次に、図27(5)に示すように上記酸化シリコン層12およびダメージ層15〔前記図27(4)参照〕の一部を除去して上記シリコン層13表面を露出させる。このとき、ダメージ層15の一部が上記シリコン層13の一部にはみ出して形成されていることから、上記シリコン層13の表面側に上記ダメージ層15の一部が残される。上記酸化シリコン層12およびダメージ層15の除去は、例えばエッチングによる。
次に、図27(6)に示すように、上記光電変換部61に入射される光の光路上で上記シリコン層13上にカラーフィルター層81を形成する。さらに上記カラーフィルター層81上に入射光を上記光電変換部61に導く集光レンズ91を形成する。
このようにして、積層型全開口CMOSセンサの固体撮像装置1が形成される。
上記製造方法では、上記ダメージ層15は、酸化シリコン層12の受光外領域に形成される。例えば、パッド部、スクライブ、その他不活性領域上の酸化シリコン層12に形成される。
上記固体撮像装置の製造方法の第2例では、酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されることで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。このようなダメージ層15を上記シリコンエピタキシャル成長層16およびシリコン層13中に存在する金属汚染物質が通過しやすくなるので、上記金属汚染物質が上記シリコン基板11に拡散する。そしてシリコン基板11中に拡散した金属汚染物質は上記ゲッター層14にトラップされることになる。したがって、光電変換部61、画素トランジスタ63、周辺回路部を金属汚染のない上記シリコンエピタキシャル成長層16に形成することが可能になる。
よって、ゲッタリング能力の高い本発明のSOI基板10のシリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部61が形成されるため、白点や暗電流の大幅な低減ができるので、撮像品質の高い固体撮像装置1を提供できるという利点がある。
さらに、ダメージ層15を残すことで、ダメージ層15を残した後の工程、例えば、カラーフィルター層の形成工程、集光レンズの形成工程、電極取り出しの開口部75の形成工程、組み立て工程等においてゲッター効果を有する。例えば、電極取り出しの開口部75の形成工程では、配線層71の配線72まで達する加工を行うので、配線72が金属配線で形成されていると金属汚染の懸念があるが、ゲッター効果により金属汚染が防止される。
[固体撮像装置の製造方法の第3例]
次に、第4実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第3例を、図28の製造工程断面図によって説明する。
図28(1)に示すように、例えば、前記図4によって説明したSOI基板10(10C)を用いる。
すなわち、シリコン基板11上に酸化シリコン層12(例えばBox層ともいう。)が形成されている。上記シリコン基板11には、例えば単結晶シリコン基板を用いる。上記酸化シリコン層12上にはシリコン層13が形成されている。上記シリコン層13は、例えば、上記酸化シリコン層12に単結晶シリコン基板を張り合わせた後、単結晶シリコン基板を薄く加工したものからなる。
また上記シリコン基板11中にはゲッター層14が形成されている。
上記ゲッター層14は、炭素(C)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、シリコン(Si)、ヘリウム(He)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)のいずれかの元素が注入された領域からなる。例えば、上記ゲッター層14は、上記シリコン基板11中に炭素をイオン注入して形成された層であり、例えば5×1013cm-2以上の炭素ドーズ量で、望ましくは5×1014cm-2以上の炭素ドーズ量で炭素を注入して形成されている。
また上記酸化シリコン層12には、平面レイアウト上、全域にわたって不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されている。
このダメージ層15は、上記酸化シリコン層12の厚さ方向の全域もしくは一部に形成されている。すなわち、上記ダメージ層15は、上記酸化シリコン層12内に形成され、上記シリコン層13側にはみ出して形成されていない。例えば、上記シリコン層13側に例えば1μm以下の膜厚の上記酸化シリコン層12を残した状態に形成される。また、上記ダメージ層15が上記酸化シリコン層12内から上記酸化シリコン層12と上記シリコン層13の界面まで形成されることは差し支えない。その詳細は、前記図5によって説明した通りである。
また、上記ダメージ層15は、炭素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Ab)、水素(H)もしくは酸素(O)が注入された領域である。もしくは上記元素の化合物もしくはクラスターもしくは数十〜数千の分子状クラスターイオンが注入された領域である。上記元素の化合物としては、CO、CH3、SiF、PH2等があり、上記クラスターとしては、H2、Ar2、P4、P3等がある。
さらに上記シリコン層13上には、エピタキシャル成長によって形成されたシリコン層からなるシリコンエピタキシャル成長層16が形成されている。このシリコンエピタキシャル成長層16の膜厚は、例えば3μm以上8μm以下に形成されている。上記シリコンエピタキシャル成長層16の膜厚が3μmあれば、固体撮像装置(例えばイメージセンサ)の光電変換部を形成するのに最低限必要な膜厚が確保される。また、シリコンエピタキシャル成長層16の膜厚が8μmあれば、固体撮像装置(例えばイメージセンサ)の長波長領域(例えば、近赤外線もしくは赤外線)に感度を有する光電変換部を形成するのに最低限必要な膜厚が確保される。
SOI基板10Cは、上記のように構成されている。
次に、図28(2)に示すように、上記シリコンエピタキシャル成長層16に、光電変換部61、画素トランジスタ63および周辺回路部(図示せず)を形成する。
次に、上記シリコンエピタキシャル成長層16上に配線層71を形成する。上記配線層71は、例えば、配線72とこの配線72を被覆する層間絶縁膜73からなる。
次に、図28(3)に示すように、上記配線層71上に支持基板51を張り合わせる。上記支持基板51には、シリコン基板を用いる。もしくはガラス基板もしくは樹脂基板を用いることもできる。このときの接合には、耐熱性樹脂での接着やプラズマ処理による接着を用いる。
次に、図29(4)に示すように、上記シリコン基板11〔前記図28(1)参照〕を除去して上記酸化シリコン層12表面を露出させる。また、ダメージ層15が酸化シリコン層12と上記シリコン基板11との界面にまで形成されている場合には、上記酸化シリコン層12表面が露出されるときに上記ダメージ層15表面も露出される。上記シリコン基板11の除去は、例えば、研削、研磨、エッチング等による。
次に、図29(5)に示すように、上記酸化シリコン層12およびダメージ層15〔前記図29(4)参照〕を除去して上記シリコン層13表面を露出させる。上記酸化シリコン層12およびダメージ層15の除去は、例えばエッチングによる。
次に、図29(6)に示すように、上記光電変換部61に入射される光の光路上で上記シリコン層13上にカラーフィルター層81を形成する。さらに上記カラーフィルター層81上に入射光を上記光電変換部61に導く集光レンズ91を形成する。
このようにして、積層型全開口CMOSセンサの固体撮像装置1が形成される。
上記固体撮像装置の製造方法の第3例では、酸化シリコン層12に不純物注入領域からなるダメージ層15が形成されることで、酸化シリコン層12の酸素(O)とシリコン(Si)との結合が切られる。このようなダメージ層15を上記シリコンエピタキシャル成長層16およびシリコン層13中の全域にわたって存在する金属汚染物質が通過しやすくなるので、上記金属汚染物質が上記シリコン基板11に拡散する。そしてシリコン基板11中に拡散した金属汚染物質は上記ゲッター層14にトラップされることになる。したがって、光電変換部61、画素トランジスタ63、周辺回路部を金属汚染のない上記シリコンエピタキシャル成長層16に形成することが可能になる。
よって、ゲッタリング能力の高い本発明のSOI基板10Cに形成されたシリコンエピタキシャル成長層16に光電変換部61が形成されるため、白点や暗電流の大幅な低減ができるので、撮像品質の高い固体撮像装置1を提供できるという利点がある。
上記固体撮像装置の製造方法の第1例、第2例、第3例では、酸化シリコン層12は、完全な絶縁層として用いるわけではなく、シリコン基板11(第2基板22)を薄膜化する時のストッパー膜として用いられる。このため、酸化シリコン層12に第2基板22を張り合わせる接合強度は、デバイスプロセス時に剥れ等の問題がなければ良い。よって、張り合わせ温度は低温(例えば1000℃で2時間程度)でも良い。このように、低温での張り合わせとすることで、熱処理装置からの金属汚染を低減する意味においても望ましい。
また、上記固体撮像装置の製造方法の第2例では、シリコン層13の表面にダメージ層15の一部が残されている。このようにダメージ層15を残すには、前記図2(2)、(4)、(9)によって説明した酸化シリコン層12とダメージ層15との関係となる構成を用いる。
このようにダメージ層15がシリコン層13表面に残されることにより、その後の工程でのプロセス汚染(組立工程を含む)に対して有効なゲッターシンクとして機能することが期待できる。
また、デバイス構造によっては、シリコン層13表面にダメージ層15を残さない方が良い場合(例えば、第3例のように、ダメージ層15を形成する際のイオン注入でのダメージで、クラックが入いる可能性がある場合、またデバイス特性が長期信頼性で変動するような場合)もある。このため、ダメージ層15を残さない(固体撮像装置の製造方法の第1例、第3例)か、残す(固体撮像装置の製造方法の第2例)か、を適宜選択すれば良い。
また、シリコン基板11(第2基板22)を研削と選択エッチにて薄膜する際に、ダメージ層15が、酸化シリコン層12の深さ方向全てにあると、選択エッチ時の選択比が十分にとれない場合がある。したがって、ダメージ層15と酸化シリコン層12の位置関係を前記図2、図5から適切に選択することが望ましい。例えば、図2(5)、(6)、(9)、図5(3)、(4)によって説明した酸化シリコン層12とダメージ層15との関係となる構成を用いる。これらの場合には、シリコン基板11(第2基板22)側から選択エッチした場合、シリコン(Si)と酸化シリコン(SiO2)界面のみなので十分な選択比が取れることが期待できる。
また、上記酸化シリコン層12を除去する工程の後、上記シリコン層13を研磨やエッチングによって除去して、シリコンエピタキシャル成長層16を露出させることで、光電変換部61の全てをシリコンエピタキシャル成長層16に形成しても良い。
また、上記ゲッター層14としては、前記説明したものに限定されず、例えば、シリコン基板に炭素やアルゴンをドープした結晶や、いわゆる、イントリンシックゲッタリング(IG:Intrinsic Gettering)を施した基板を用いても良い。
<5.第5の実施の形態>
[撮像装置の構成の一例]
次に、本発明の第5の実施の形態に係る撮像装置の一例を、図30のブロック図によって説明する。この撮像装置には、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話のカメラ等がある。
図30に示すように、撮像装置100は、撮像部101に固体撮像装置110を備えている。この撮像部101の集光側には像を結像させる集光光学部102が備えられ、また、撮像部101には、それを駆動する駆動回路、固体撮像装置で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路等を有する信号処理部103が接続されている。また上記信号処理部によって処理された画像信号は画像記憶部(図示せず)によって記憶させることができる。このような撮像装置100において、上記固体撮像装置には、本発明の固体撮像装置1を用いることができる。
上記撮像装置100では、本発明の固体撮像装置1を用いることから、白点を低減できる固体撮像装置を用いているので、高品位な映像を記録できるという利点があるという利点がある。
なお、上記撮像装置100は、上記構成に限定されることはなく、固体撮像装置を用いる撮像装置であれば如何なる構成のものにも適用することができる。
上記撮像装置100はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
また、「撮像」は、通常のカメラ撮影時における像の撮りこみだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。
1…固体撮像装置、10…SOI基板、11…シリコン基板、12…酸化シリコン層、13…シリコン層、14…ゲッター層、15…ダメージ層

Claims (20)

  1. シリコン基板と、
    前記シリコン基板上に形成された酸化シリコン層と、
    前記酸化シリコン層上に形成されたシリコン層と、
    前記シリコン基板中に形成されたゲッター層と、
    前記酸化シリコン層に形成された不純物注入領域からなるダメージ層を備えた
    SOI基板。
  2. 前記ダメージ層は、前記酸化シリコン層の面内の少なくとも一部にかつ前記酸化シリコン層の厚さ方向の全域に形成されている
    請求項1記載のSOI基板。
  3. 前記ダメージ層は、前記酸化シリコン層の面内の全域にわたってかつ前記酸化シリコン層の厚さ方向の少なくとも一部に形成されている
    請求項1記載のSOI基板。
  4. 前記ダメージ層は、前記シリコン基板の全面にわたってかつ前記酸化シリコン膜側の前記シリコン基板の厚さ方向の一部にも形成されている
    請求項3記載のSOI基板。
  5. 前記ダメージ層は、炭素、シリコン、ゲルマニウム、スズ、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、水素もしくは酸素が注入された領域であり、または前記元素の化合物もしくは前記元素のクラスターが注入された領域である
    請求項1ないし請求項4のうちの1項に記載のSOI基板。
  6. 前記ダメージ層は、前記シリコン層中の金属不純物を捕獲するゲッタリング能力を有する
    請求項1ないし請求項5のうちの1項に記載のSOI基板。
  7. 前記ゲッター層は、炭素、酸素、アルゴン、シリコン、ヘリウム、リン、ヒ素、アンチモン、ホウ素のいずれかの元素が注入された領域からなる
    請求項1ないし請求項6のうちの1項に記載のSOI基板。
  8. 前記シリコン層上にシリコンエピタキシャル成長層が形成されている
    請求項1ないし請求項7のうちの1項に記載のSOI基板。
  9. シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層上に形成されたシリコン層と、前記シリコン基板中に形成されたゲッター層を有するSOI基板を用意し、
    前記SOI基板の表面に酸化膜を形成する工程と、
    前記SOI基板の前記シリコン層側の表面より不純物を注入して前記酸化シリコン層または前記酸化シリコン層と前記シリコン基板の前記酸化シリコン層側に不純物注入領域からなるダメージ層を形成する工程と、
    前記酸化膜を除去する工程を備えた
    SOI基板の製造方法。
  10. 前記酸化膜を除去した後に、前記シリコン層上にシリコンエピタキシャル成長層を形成する
    請求項9記載のSOI基板の製造方法。
  11. シリコン基板からなる第1基板の表面に酸化シリコン層を形成する工程と、
    前記第1基板に水素もしくは希ガス元素をイオン注入してスプリット層を形成する工程と、
    前記酸化シリコン層に不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層を形成する工程と、
    内部のゲッター層が形成された第2基板を用意する工程と、
    前記ダメージ層が形成されている側の前記酸化シリコン層表面と前記第2基板を張り合わせる工程と、
    前記スプリット層で前記第1基板を剥離する工程と、
    前記第2基板側に残された前記第1基板からなるシリコン層表面を研磨する工程を備えた
    SOI基板の製造方法。
  12. 前記シリコン層表面を研磨した後に、前記シリコン層上にシリコンエピタキシャル成長層を形成する
    請求項11記載のSOI基板の製造方法。
  13. シリコン基板からなる第1基板の表面に第1酸化シリコン層を形成する工程と、
    前記第1基板に水素もしくは希ガス元素をイオン注入してスプリット層を形成する工程と、
    第2基板の表面に第2酸化シリコン層を形成する工程と、
    第2基板の内部にゲッター層を形成する工程と、
    前記第2酸化シリコン層または前記第2酸化シリコン層と前記第2基板の前記第2酸化シリコン層側に不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層を形成する工程と、
    前記ダメージ層が形成されている側の前記第2酸化シリコン層表面と前記第1酸化シリコン層表面を張り合わせる工程と、
    前記スプリット層で前記第1基板を剥離する工程と、
    露出している前記第1酸化シリコン層および前記第2酸化シリコン層を除去する工程と、
    前記第2基板側に残された前記第1基板からなるシリコン層表面を研磨する工程を備えた
    SOI基板の製造方法。
  14. 前記シリコン膜表面を研磨した後に、前記シリコン層上にシリコンエピタキシャル成長層を形成する
    請求項13記載のSOI基板の製造方法。
  15. シリコン基板の内部にゲッター層を形成する工程と、
    前記シリコン基板上に第1シリコンエピタキシャル成長層を形成する工程と、
    前記シリコン基板と前記第1シリコンエピタキシャル成長層の表面に酸化膜を形成する工程と、
    前記第1シリコンエピタキシャル成長層中に酸化シリコン層を形成する工程と、
    前記酸化シリコン層または前記酸化シリコン層と前記シリコン基板側の前記第1シリコンエピタキシャル成長層の前記酸化シリコン層側に不純物を注入して不純物注入領域からなるダメージ層を形成する工程と、
    露出している前記酸化膜を除去する工程を備えた
    SOI基板の製造方法。
  16. 前記第1シリコンエピタキシャル成長層上に第2シリコンエピタキシャル成長層を形成する工程を備えた
    請求項15記載のSOI基板の製造方法。
  17. 光電変換部、画素トランジスタおよび周辺回路部が形成されたシリコン層と、
    前記光電変換部に入射される光の光路上で前記シリコン層上に形成されたカラーフィルター層と、
    前記カラーフィルター層上に形成されていて入射光を前記光電変換部に導く集光レンズと、
    前記シリコン層の光入射側とは反対側の面に形成されていて、複数層の配線とその配線を被覆する層間絶縁膜とからなる配線層と、
    前記配線層に形成された支持基板と、
    前記光電変換部に入射される光の入射側で、前記光電変換部に入射される光の入射領域を除く前記シリコン層の表面に形成された不純物注入領域からなるダメージ層と、
    前記シリコン層側から前記配線層の配線に達する開口部を有する
    固体撮像装置。
  18. シリコン基板と、
    前記シリコン基板上に形成された酸化シリコン層と、
    前記酸化シリコン層上に形成されたシリコン層と、
    前記シリコン基板中に形成されたゲッター層と、
    前記酸化シリコン層に形成された不純物注入領域からなるダメージ層を備えたSOI基板を用い、
    前記シリコン層に光電変換部、画素トランジスタおよび周辺回路部を形成する工程と、
    前記シリコン層上に配線層を形成する工程と、
    前記配線層上に支持基板を張り合わせる工程と、
    前記シリコン基板および前記酸化シリコン層を除去して前記シリコン層表面を露出させる工程と、
    前記光電変換部に入射される光の光路上で前記シリコン層上にカラーフィルター層を形成する工程と、
    前記カラーフィルター層上に入射光を前記光電変換部に導く集光レンズを形成する工程を有する
    固体撮像装置の製造方法。
  19. 前記SOI基板は、前記酸化シリコン層側の前記シリコン層にも前記不純物注入領域からなるダメージ層が形成されたものを用い、
    前記シリコン基板および前記酸化シリコン層を除去して前記シリコン層表面を露出させる際に、前記シリコン基板および前記酸化シリコン層を除去して前記シリコン層表面に前記不純物注入領域の一部を残す
    請求項18記載の固体撮像装置の製造方法。
  20. 入射光を集光する集光光学部と、
    前記集光光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置を有する撮像部と、
    前記固体撮像装置で光電変換された信号を処理する信号処理部を有し、
    前記固体撮像装置は、
    光電変換部、画素トランジスタおよび周辺回路部が形成されたシリコン層と、
    前記光電変換部に入射される光の光路上で前記シリコン層上に形成されたカラーフィルター層と、
    前記カラーフィルター層上に形成されていて入射光を前記光電変換部に導く集光レンズと、
    前記シリコン層の光入射側とは反対側の面に形成された配線層と、
    前記配線層に形成された支持基板と、
    前記光電変換部に入射される光の入射側で、前記光電変換部に入射される光の入射領域を除く前記シリコン層の表面に形成された不純物注入領域からなるダメージ層と、
    前記シリコン層側から前記配線層の配線に達する電極取り出しの開口部を有する
    撮像装置。
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