JP4997879B2 - 半導体装置及びその製造方法並びに固体撮像装置及びその製造方法並びに撮像装置 - Google Patents
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図16に示すように、支持基板となるシリコン基板1の表面に、1μmの厚さのシリコン酸化膜(SiO2;BOX層)2が形成され、このシリコン酸化膜2上にはSOI構造の素子形成層3が形成されている。また、素子形成層3には、シリコン基板1の表面と反対の面である素子形成層3の裏面側から光電変換素子4や該光電変換素子4で光電変換された信号電荷を電気信号に変換して出力する能動素子(図示せず)が形成され、さらに、素子形成層3の表面上には、前記能動素子に対して配線を行う配線層5が形成されている。
このような固体撮像装置の半導体基板において、素子形成層3にデバイスが形成され、かつ配線層5が形成された後は、図18に示すように、半導体基板の裏面側(可視光入射側)となるシリコン基板1とシリコン酸化膜2をウェットエッチングにより除去して薄膜化し、光電変換素子4および能動素子が形成された素子形成層3のみを残すようになっている。
しかし、SOI構造の半導体基板のように基板中に絶縁膜が存在する場合は、その絶縁膜がメタルの拡散を遮ってしまい、SOI構造の半導体基板の裏面側にゲッタリング効果を持たせても効果が発揮されない。また、半導体基板の裏面側を薄膜化してSOI層だけを残す構造にする場合には、半導体基板の裏面側に形成したゲッターも除去されてしまうため、除去後の裏面側のプロセス工程におけるゲッターを設けることができなかった。そこで、半導体基板の表面側のSOI層の中にゲッターを形成する必要がある。すなわち、SOI層のBOX層に近い深い領域にゲッターを形成する方法もあるが、SOI層の深い領域にゲッターを設けると、SOI層の表面側だけではなくBOX層に届くような深さ方向にデバイスを形成するデバイス設計の場合は、ゲッターに起因する結晶欠陥によるデバイス特性の劣化する懸念があり、デバイス特性と両立できるゲッターを形成することが困難であった。
また、本発明の固体撮像装置及びその製造方法によれば、ゲッタリング層と接する素子形成層の面にゲッタリング層を覆うように正孔蓄積層を設けたので、ゲッタリング層の結晶欠陥によって発生する電子によるノイズを減少させ、デバイスのN/S比を向上させることができる。
以下、本発明にかかる半導体基板及びこれを用いた固体撮像装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態1におけるウエハレベルの半導体基板の断面図、図2は本発明の実施の形態1における半導体基板を用いた固体撮像装置の製造過程を示す断面図、図3は本発明の実施の形態1における半導体基板を用いた固体撮像装置の製造過程を示す断面図、図4は本発明の実施の形態1における半導体基板を用いた固体撮像装置の製造過程を示す断面図である。
前記ゲッタリング層13及び正孔蓄積層14を形成するに際しては、素子形成層11の正孔蓄積層14側の面と反対の一方の面(これを裏面照射型の固体撮像装置では表面という)より、例えばホウ素(B)イオン15を高エネルギーで注入する。その後、アークランプアニール装置などにより熱処理を行い、注入不純物の活性化を行う。これにより、ゲッタリング層13及び正孔蓄積層14を形成する。
また、ゲッタリング層13及び正孔蓄積層14が形成された後の素子形成層11は、その一方の面である表面をエッチング処理することにより、例えば裏面照射型の固体撮像装置に必要な10μm以下の厚さに加工され、さらに、そのエッチング表面はCMP(化学機械研磨)により平坦化されている。この平坦化された面が、固体撮像装置においては可視光が入射される裏面となる。
なお、半導体支持基板18の厚さは、例えば725μm程度である。
また、薄膜化用除去層12が除去されることにより薄膜化された半導体基板10のゲッタリング層13側裏面には、図4に示すように、フォトダイオードPDと正対する可視光導入開口部19Aを除いた領域に形成した遮光膜19と、この遮光膜19および可視光導入開口部19Aを含むゲッタリング層13の表面全体が覆われるように形成されたパッシベーション膜20と、可視光導入開口部19Aと対向するパッシベーション膜20の表面上にカラーフィルタ21及びマイクロレンズ22が形成されている。これにより、裏面照射型の固体撮像装置25が構成される。
なお、ウエハレベルの半導体基板10に形成された固体撮像装置25は、ウエハを1個1個のチップ状にダイシングすることにより分けられ、これをマウント、ボンディング及び封入処理することで1個の固体撮像装置として構成される。
また、本実施の形態1における固体撮像装置によれば、ゲッタリング層13と接する素子形成層11の面にゲッタリング層13を覆うように正孔蓄積層14が設けられているので、ゲッタリング層の結晶欠陥により電子が発生しても、この電子を正孔蓄積層14のホールと結合させることで電子が表面側の光電変換素子領域に入らないようになり、これにより、ノイズが減少され、デバイスのN/S比を向上させることができる。
次に、本発明にかかる半導体装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。
図5は本発明の参考例1における半導体装置の製造に使用される半導体基板の断面図、図6は本発明の参考例1における半導体装置の製造過程を示す断面図、図7は本発明の参考例1における半導体装置の製造過程を示す断面図である。
前記ゲッタリング層33を形成するに際しては、素子形成層31のゲッタリング層33側の面と反対の一方の面(これを表面という)より、例えばリン(P)イオン34を高エネルギーで注入する。その後、アークランプアニール装置などにより熱処理を行い、注入不純物の活性化を行う。これにより、ゲッタリング層33を形成する。
また、ゲッタリング層33が形成された後の素子形成層31は、その一方の面である表面をエッチング処理することにより、デバイスを形成するのに必要な10μm程度の厚さに加工され、さらに、そのエッチング表面はCMP(化学機械研磨)により平坦化されている。
なお、半導体支持基板37の厚さは、例えば725μm程度である。
また、薄膜化用除去層32が除去されることにより薄膜化された半導体基板30のゲッタリング層33側表面には、図示省略した配線層などが形成される。これにより、RAMやROM,LSIなどの半導体装置38が構成される。
なお、ウエハレベルの半導体基板30に形成された半導体装置38は、ウエハを1個1個のチップ状にダイシングすることにより分けられ、これをマウント、ボンディング及び封入処理することで1個の半導体装置として構成される。
図8は本発明の参考例2におけるウエハレベルの半導体基板の断面図、図9は本発明の参考例2における半導体基板を用いた固体撮像装置(本発明の半導体装置にも相当する)の製造過程を示す断面図、図10は本発明の参考例2における半導体基板を用いた固体撮像装置の製造過程を示す断面図、図11は本発明の参考例2における半導体基板を用いた固体撮像装置の製造過程を示す断面図、図12は参考例2における固体撮像装置の単位画素部の断面図、図13は参考例2における固体撮像装置の単位画素部用平面図、図14は図13に示すA部の拡大平面図である。
また、素子形成層41は、その一方の面である表面をエッチング処理することにより、例えば裏面照射型の固体撮像装置に必要な10μm以下の厚さに加工され、さらに、そのエッチング表面はCMP(化学機械研磨)により平坦化されている。この平坦化された面が、固体撮像装置においては可視光が入射される裏面となる。
なお、半導体支持基板47の厚さは、例えば725μm程度である。
また、薄膜化用除去層42が除去されることにより薄膜化された半導体基板40のシリコン酸化膜(BOX層)43の裏面、すなわち素子形成層41と反対の面には、図11に示すように、フォトダイオードPDと正対する可視光導入開口部48Aを除く領域に形成した遮光膜48と、この遮光膜48および可視光導入開口部48Aを含むシリコン酸化膜(BOX層)43の表面全体が覆われるように形成されたパッシベーション膜49と、可視光導入開口部48Aと対向するパッシベーション膜49の表面上にカラーフィルタ50及びマイクロレンズ51が形成されている。これにより、裏面照射型の固体撮像装置52が構成される。
なお、ウエハレベルの半導体基板40に形成された固体撮像装置52は、ウエハを1個1個のチップ状にダイシングすることにより分けられ、これをマウント、ボンディング及び封入処理することで1個の固体撮像装置として構成される。
図12において、CMOS型固体撮像素子の単位画素60は、埋め込みフォトダイオード61、FD部66、読み出し用トランジスタ62、リセット用トランジスタ63を備え、これらはP型半導体の素子形成層41に形成され、そして、各単位画素60は画素分離部64によって画素毎に分離されている。また、トランジスタ形成側である素子形成層41の他方の面に相当する単位画素60内のリセット用トランジスタ63のドレイン領域には、図13及び図14に示すようにゲッタリング部44が形成されている。これにより、ゲッタリング部44はリセット用トランジスタ63のドレイン領域を兼ねている。また、素子形成層41の他方の面には、図12に示すように配線層45が形成されている。この配線層45内には、各トランジスタのゲート電極62a,63a及び読み出し回路用などの配線67が多層に設けられている。
また、画素近傍に形成したゲッタリング部44は、フォトダイオード61に飽和電荷量以上の電子が発生するような強い光が入射したときに溢れた電子を逃がすオーバーフロー領域(裏面商社型の固体撮像装置の場合は表面側へ溢れた電子を逃がす必要がある)を兼ねており、このオーバーフロー動作を発揮させるためにN型半導体領域には、フォトダイオード61に発生した余分な電荷をフォトダイオード61からゲッタリング部44へフローさせるオーバーフローパス68が形成されている。このようにした場合、ゲッタリング部44がフォトダイオード61のオーバーフロー領域を兼ねることにより、画素領域を狭めることなく、ゲッタリング部44を画素領域に形成することができる。
また、本発明におけるゲッタリング部44の形成箇所は、単位画素内に限らず、ワンチップ上に形成されたイメージセンサや信号処理部、D−A変換部などの周辺回路間のスクライブ内に形成しても良いほか、周辺回路内に形成しても良い。
次に、本実施の形態に示した固体撮像装置を動画撮影可能なビデオカメラや携帯電話に内蔵されるカメラ等の撮像装置に適用した場合の例について図15を参照して説明する。
図15において、撮像装置70は、固体撮像装置71と、この固体撮像装置71に被写体からの入射光を導く光学系72と、固体撮像装置71からの出力信号を処理する信号処理回路73と、固体撮像装置71を駆動する駆動回路74などを備える構成になっている。
この撮像装置70において、固体撮像装置71には、前記実施の形態にかかる固体撮像装置、すなわち単位画素がフォトダイオードの他に、転送トランジスタや増幅トランジスタ、リセットトランジスタなどのデバイスと、ゲッタリング層またはゲッタリング部を有する固体撮像装置が使用される。
Claims (5)
- 素子形成層を有する半導体基板と、
前記素子形成層の一方の面に形成されたゲッタリング層と、
前記ゲッタリング層と接する前記素子形成層の面に前記ゲッタリング層を覆うように形成された正孔蓄積層と、
前記素子形成層の他方の面に形成されたデバイスと、
前記素子形成層の他方の面に積層して設けられ前記デバイスの配線を行う配線層と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 - 素子形成層と、前記素子形成層の一方の面に積層され前記素子形成層の補強を兼ねる薄膜化用除去層とを有する半導体基板を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記素子形成層と前記薄膜化用除去層との間にゲッタリング層を形成する工程と、
前記ゲッタリング層と接する前記素子形成層の面に前記ゲッタリング層を覆うように正孔蓄積層を設ける工程と、
前記素子形成層にデバイスを形成する工程と、
前記素子形成層の他方の面に前記デバイスの配線を行う配線層を形成する工程と、
前記薄膜化用除去層を除去する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 素子形成層を有する半導体基板と、
前記素子形成層の一方の面に形成されたゲッタリング層と、
前記ゲッタリング層と接する前記素子形成層の面に前記ゲッタリング層を覆うように形成された正孔蓄積層と、
前記素子形成層の他方の面に形成された光電変換素子及び該光電変換素子で光電変換された信号電荷を電気信号に変換して出力する能動素子と、
前記能動素子が形成された前記素子形成層の他方の面に積層して設けられ前記能動素子の配線を行う配線層と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 素子形成層と、前記素子形成層の一方の面に積層され前記素子形成層の補強を兼ねる薄膜化用除去層とを有する半導体基板を用いた固体撮像装置の製造方法であって、
前記素子形成層と前記薄膜化用除去層との間にゲッタリング層を形成する工程と、
前記ゲッタリング層と接する前記素子形成層の面に前記ゲッタリング層を覆うように正孔蓄積層を設ける工程と、
前記素子形成層に光電変換素子及び該光電変換素子で光電変換された信号電荷を電気信号に変換して出力する能動素子を形成する工程と、
前記能動素子が形成された前記素子形成層の他方の面に前記能動素子の配線を行う配線層を形成する工程と、
前記薄膜化用除去層を除去する工程と、
前記薄膜化用除去層が除去された後の前記ゲッタリング層の表面に前記光電変換素子への入射光を集光するマイクロレンズを形成する工程と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 単位画素が、光電変換素子及び該光電変換素子で光電変換された信号電荷を電気信号に変換して出力する能動素子を有する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に被写体からの入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
前記固体撮像装置は、
素子形成層を有する半導体基板と、
前記素子形成層の一方の面に形成されたゲッタリング層と、
前記ゲッタリング層と接する前記素子形成層の面に前記ゲッタリング層を覆うように形成された正孔蓄積層と、
前記素子形成層の他方の面に形成された光電変換素子及び該光電変換素子で光電変換された信号電荷を電気信号に変換して出力する能動素子と、
前記能動素子が形成された前記素子形成層の他方の面に積層して設けられ前記能動素子の配線を行う配線層と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
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