JP2004165225A - 半導体基板の製造方法、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置用の選別方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】固体撮像装置の製造等の半導体装置の製造に用いられる半導体基板、即ちシリコンエピタキシャル基板の製造において、該基板の金属汚染の除去を可能にする。
【解決手段】シリコン基板１に、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の元素、好ましくは炭素３２をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域３４を形成し、前記シリコン基板１の表面にシリコンエピタキシャル層２を形成する工程を有する。
【選択図】 図１
【解決手段】シリコン基板１に、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の元素、好ましくは炭素３２をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域３４を形成し、前記シリコン基板１の表面にシリコンエピタキシャル層２を形成する工程を有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置（特に固体撮像装置）を形成する際に適用されるエピタキシャル層を有した半導体基板の製造方法に関する。
また、本発明は、この半導体基板を用いて作成する固体撮像装置の製造方法に関する。
さらに、本発明は、固体撮像装置を作成に際しての、固体撮像装置用基板の選別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を形成するための半導体基板としては、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法で成長させたＣＺ基板、ＭＣＺ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法で成長させたＭＣＺ基板や、これらのＣＺ基板又はＭＣＺ基板の表面にエピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板等が一般的に多く用いられている。
【０００３】
特に、固体撮像装置用としては、半導体基板に導入した不純物の濃度むら、いわゆるドーパント濃度むら（Ｓｔｒｉａｔｉｏｎ）に起因する、画像コントラストむらを低減するために、エピタキシャル基板や基板が主として使用されている。このうち、エピタキシャル基板は、素子形成層下に埋め込み領域による低抵抗領域を形成したり、又は低抵抗基板を使用することができ、低電圧駆動、低消費電力化として有効であり、今後も用途の拡大が基体される。
【０００４】
シリコン基板の表面にエピタキシャル層を有する所謂シリコンエピタキシャル基板では、実用的なエピタキシャル層の形成方法として、ＣＶＤ（化学気相成長）法が用いられており、以下の主な４種類のソースガスが使用されている。
水素還元法では、ソースガスとしてＳｉＣｌ４ 、ＳｉＨＣｌ３ が使用される。
ＳｉＣｌ４ ＋ ２Ｈ２ → Ｓｉ ＋ ４ＨＣｌ
ＳｉＨＣｌ３ ＋ Ｈ２ → Ｓｉ ＋ ３ＨＣｌ
熱分解法では、ソースガスとしてＳｉＨ２ Ｃｌ２ 、ＳｉＨ４ が使用される。
ＳｉＨ２ Ｃｌ２ → Ｓｉ ＋ ２ＨＣｌ
ＳｉＨ４ → Ｓｉ ＋ ２Ｈ２
このうち、固体撮像装置としては、ＳｉＨＣｌ３ が、安価であること、成長速度が大きく、厚膜エピタキシャル成長用に適していること等から、主に用いられている。
【０００５】
しかし、いずれのソースガスを用いてエピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板も、エピタキシャル層の形成中に混入する不純物、特に金属不純物が多い。このような金属不純物は、固体撮像装置に適用した場合に、暗電流による白傷欠陥が充分に低減できず、特性や歩留りを悪くする原因となっていた。
【０００６】
重金属不純物の発生源としては、エピタキシャル成長装置のベルジャー内のＳＵＳ系部材からのもの、ソースガス（原材料ガス）の配管からのもの等が考えられる。ソースガスに塩素（Ｃｌ）系が含まれていると、エピタキシャル成長時に分解してＨＣｌガスが作られる。このＨＣｌガスがベルジャー内のＳＵＳ系部材を腐食して、金属の塩化物としてソースガス中に取り込まれ、この金属塩化物がエピタキシャル層中に取り込まれるものと考えられる。また、エピタキシャル報形成前に、シリコン基板表面を軽くエッチオフするために、ＨＣｌガスを故意に導入する場合もあり、これも腐食の一因となっている。
【０００７】
従って、エピタキシャル基板を用いて固体撮像装置を形成する場合は、上記金属不純物を除去するために、何らかのゲッタリング技術が不可欠であり、実際の生産ラインでも幾つかは導入されている。ゲッタリング技術としては、シリコン基板中の酸素を基板内部のみに析出させ、これをゲッターシンクとするイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）法、基板裏面にポリシリコンや高濃度リン（Ｐ）領域等を形成し、シリコンとの歪み応力を利用してゲッターシンクを形成するエクストリンシックゲッタリング（ＥＧ）法等が知られている。しかし、いずれも、エピタキシャル基板のゲッタリング法としては、能力が充分でなく、固体撮像装置の暗電流である白傷欠陥を十分に低減できていなかった。
【０００８】
そこで、本出願人は、先にシリコン基板にその一表面から炭素イオンを５×１０１３ｃｍ−２以上注入して炭素注入領域を形成し、この表面にシリコンエピタキシャル層を形成するようにした、炭素ゲッタリングエピタキシャル基板の製造方法を提案した（特許文献１参照）。この製造方法によれば、従来のゲッタリング法を用いたエピタキシャル基板に比べ、固体撮像装置の白傷欠陥を１／５に低減できた。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６ー３３８５０７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の炭素ゲッタリングエピタキシャル基板の製造方法においても、今後の微細化に伴って要求される超高感度な固体撮像装置ではまだ十分なレベルではなく、更なる改善が必要である。その後の調査から、固体撮像装置の暗電流である白傷欠陥を悪化させる金属不純物が炭素ゲッタリングのための炭素のイオン注入工程でも混入している事が判明し、このイオン注入工程での汚染を低減することも必要であることが判った。
【００１１】
また、エピタキシャル基板を利用した一般の半導体装置においても、金属不純物や結晶欠陥が活性領域に存在していると、半導体装置の品質及び特性が著しく劣化する。このため、上記の炭素ゲッタリングを適用することができるが、同様に炭素イオン注入工程での汚染を低減する必要がある。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑み、炭素ゲッタリングのイオン注入工程で混入する不純物を低減し、有効なゲッタリング能力を有する半導体基板、即ちエピタキシャル基板の製造方法を提供するものである。
また、本発明は、白傷欠陥を低減した固体撮像装置の製造方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体基板の製造方法は、シリコン基板に、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の元素をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成する工程と、シリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成する工程とを有する。
また、本発明に係る半導体基板の製造方法は、 イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の不純物をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成したシリコン基板を用意し、この不純物注入領域を形成したシリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成する工程を有する。
上記シリコンと同族の不純物は炭素とし、上記ゲッタリング用の不純物注入領域は炭素注入領域とするのが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体基板の製造方法においては、シリコン基板にゲッタリング用の不純物注入領域を形成するためのシリコンと同族の元素、好ましくは炭素をイオン注入するに際し、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でイオン注入することにより、上記元素イオン注入時の金属汚染が除去され、ゲッタリング能力に強いシリコンエピタキシャル基板が製造される。
【００１５】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、シリコン基板に、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の不純物をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成し、シリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成して、半導体基板を形成する工程と、この半導体基板に固体撮像装置を作成する工程とを有する。
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の不純物をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成したシリコン基板を用意し、この不純物注入領域を形成したシリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成して半導体基板を形成する工程と、この半導体基板に固体撮像装置を作成する工程とを有する。
上記シリコンと同族の不純物は炭素とし、上記ゲッタリング用の不純物注入領域は炭素注入領域とするのが好ましい。
【００１６】
本発明の固体撮像装置の製造方法においては、シリコン基板にゲッタリング用の不純物注入領域を形成するためのシリコンと同族の元素、好ましくは炭素をイオン注入するに際し、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でイオン注入することにより、上記元素イオン注入時の金属汚染が除去され、ゲッタリング能力に強いシリコンエピタキシャル基板が作成される。このシリコンエピタキシャル基板に固体撮像装置を作成するので、より白傷欠陥が低減した固体撮像装置の製造が可能になる。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置用基板の選別方法は、固体撮像装置の作成において、 シリコン基板に、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の不純物をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成した後、前記シリコン基板の表面にエピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板のみを選別して用いる
上記シリコンと同族の不純物は炭素とし、上記ゲッタリング用の不純物注入領域は炭素注入領域とするのが好ましい。
【００１８】
本発明の固体撮像装置用基板の選別方法においては、固体撮像装置の作成において、上述したイオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下の時に形成した上記半導体基板のみを選別して、用いるので、高感度の固体撮像装置が無駄なく製造することが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る半導体基板、即ちエピタキシャル基板の製造方法の一実施の形態を示す。本実施の形態に係るエピタキシャル基板の製造方法は、先ず、図１Ａに示すように、シリコン基板１を用意する。本例ではＣＺ法で形成したシリコン単結晶から切り出したＣＺ基板を用意する。このＣＺ基板１は、例えば、比抵抗が８〜１２Ωｃｍ、直径φが２００ｍｍのリン（Ｐ）ドープのｎ型基板とすることができる。
【００２１】
次に、図１Ｂに示すように、このシリコン基板１のミラー表面である一方の主面１ａに、洗浄後、熱酸化膜３１を形成する。本例ではシリコン基板１の主面１ａに、ＲＣＡ洗浄を施した後、１０００℃のドライ酸化処理により膜厚２０ｎｍていどの熱酸化膜３１を形成する。
【００２２】
次に、図１Ｃに示すように、イオン注入装置の特定元素であるモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルを把握し、一定レベル以下であることを確認する。当然、このレベル確認は予め行っていても良い。このモリブデン（Ｍｏ）の決定した背景とその一定レベル値に関しては後述する。
【００２３】
次に、図１Ｄに示すように、モリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが一定レベル以下であることを確認したイオン注入装置を用いて、熱酸化膜３１を介して主面１ａから炭素３２を５×１０１３ｃｍ−２以上イオン注入してゲッタシンクとなる炭素注入領域３４を形成する。本例では、１６０ｋｅＶ程度の加速エネルギー及び１×１０１５ｃｍ−２程度のドーズ量で炭素３２をイオン注入する。このときの炭素３２の投影射程距離は約０．３５μｍ程度であり、ピーク濃度は約５×１０１８ｃｍ−３程度である。その後、例えば１０００℃、１０分のアニール処理を施す。この結果、ＣＺ基板１の主面１ａより深い位置にピーク濃度を有する炭素注入領域３４が形成される。
【００２４】
次に、図１Ｅに示すように、熱酸化膜３１を除去し、主面１ａ上にシリコンエピタキシャル層２を成長させる。本例では、熱酸化膜３１をＨＦ溶液を含む溶液で除去し、ＳｉＨＣｌガスを用いて１１００℃程度の温度で、比抵抗が４０〜５０Ωｃｍ程度のリン（Ｐ）ドープのｎ型シリコンエピタキシャル層２を、主面１ａ上に８μｍ程度の暑さに成長させる。このようにして、目的のエピタキシャル基板３を完成させる。
なお、炭素注入領域３４のピーク濃度を主面１ａより深くするのは、注入で非晶質化された主面１ａ近傍における結晶性を回復させるためであるが、注入条件によては、必ずしも必要ではない。
【００２５】
本実施の形態の半導体基板の製造方法によれば、シリコン基板の一表面にゲッタリングを目的に炭素イオンを５×１０１３ｃｍ−２以上注入する際に、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下の時にイオン注入する、または後述するモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下のイオン注入装置を限定してイオン注入することにより、ゲッタリング能力が極めて強いシリコンエピタキシャル基板を作成することができる。
【００２６】
図２は、上述のエピタキシャル基板３を用いて製造したＣＣＤ固体撮像装置の一実施の形態を示す。本実施の形態のＣＣＤ固体撮像装置２３は、エピタキシャル基板３の第１導電型、例えばｎ型のエピタキシャル層２に第２導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域４が形成され、このｐ型半導体ウェル領域４内に、ｎ型の不純物拡散領域５と垂直転送レジスタ６を構成するｎ型転送チャネル領域７、及びｐ型チャネルストッパ領域８が形成される。ｎ型不純物拡散領域５上にｐ型領域（正電荷蓄積領域）９が、ｎ型転送チャネル領域７の直下に第２のｐ型半導体ウェル領域８が夫々形成される。ｎ型不純物拡散領域５とｐ型半導体ウェル領域４とのｐｎ接合ｊによるフォトダイオードＰＤによって受光部（光電変換変換部）１１が構成される。転送チャネル領域７、チャネルストッパ領域８及び読出しゲート部１２上にゲート絶縁膜（例えばＳｉＯ２ ／ＳｉＮ／ＳｉＯ２ の３層膜）１８を介して第１及び第２の多結晶シリコンからなる複数の転送電極１９が形成される。更に、層間絶縁膜２０を介して各垂直転送レジスタ６上を覆うように例えばアルミニウム（Ａｌ）またはタングステン（Ｗ）等からなる遮光膜２１が形成さる。
【００２７】
次に、本発明に至った経緯を説明する。本発明者は、固体撮像装置の生産工程におけるイオン注入装置から金属不純物汚染が無視できるものではなく、時として白傷欠陥に大きな影響を与えていることを経験的に知っている。そこで、以前に本発明者らが提案した、シリコン基板の一表面に炭素イオンを５×１０１３ｃｍ−２以上注入し、この表面にシリコンエピタキシャル層を形成する「炭素ゲッタリングエピタキシャル基板の製造方法」（特許文献１）においても、炭素イオン注入時の汚染源が混入していないかを調査した。
【００２８】
図３は、炭素イオン注入の際のイオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）濃度と固体撮像装置の白傷欠陥との関連を調査した結果である。評価は次のようにして行った。炭素イオンを１×１０１５ｃｍ−２程度注入した後、ソースガスであるＳｉＨＣｌ３ ガスを用いて１１１０℃の温度でエピタキシャル成長させ、比抵抗４０〜５０Ωｃｍのエピタキシャル層を形成した、図１のエピタキシャル基板を作成した。炭素のイオン注入工程で、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルを変えて各エピタキシャル基板を作成した。このエピタキシャル基板に図２に示すＣＣＤ固体撮像装置を形成し、白傷欠陥を評価した。
【００２９】
図３では、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが５×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ のときの白傷欠陥数を１．０として規格化した値で示す。図３の評価結果から、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下、好ましくは０．０８×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下とすることにより、ＣＣＤ固体撮像装置の白傷欠陥を低減することができる。
【００３０】
図４及び図５は、本発明に係る固体撮像装置の製造方法の一実施の形態を示す。本実施の形態は前述の図２に示したと同様のＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合である。
先ず、図４Ａに示すように、第１導電型のシリコン基板１を設ける。本例ではｎ型のＣＺシリコン基板としている。このＣＺシリコン基板１は、主面が（１００）面を有し、比抵抗１０Ωｃｍ、直径２００ｍｍの基板である。このシリコン基板１の表面、即ち一主面に熱酸化膜３１を形成した後、基板１の主面から炭素をイオン注入して主面よりも深い位置にピーク濃度を有する炭素注入領域３４を形成する。この炭素のイオン注入において、特にイオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルを一定レベル以下、即ち上述した２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下、好ましくは０．０８×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下にした状態でイオン注入する。本例では炭素を１×１０１５ｃｍ−２程度イオン注入して、ゲッタシンクとなる炭素注入領域３４を形成する。イオン注入後、アニール処理を施し、熱酸化膜３１を除去する。
【００３１】
次に、図４Ｂに示すように、シリコン基板１の主面上に第１導電型のシリコンエピタキシャル層２を成長し、エピタキシャル基板３を形成する。本例ではＳｉＨＣｌ３ のソースガスによる水素還元法を用いて、１１１０℃のエピタキシャル成長温度で、膜厚８μｍ程度のｎ型シリコンエピタキシャル層２を成長する。
【００３２】
次に、図４Ｃに示すように、シリコンエピタキシャル層２に第１の第２導電型半導体ウェル領域４を形成する。本例では第１のｐ型半導体ウェル領域４を形成する。
【００３３】
次に、図４Ｄに示すように、第１のｐ型半導体ウェル領域４の表面上に絶縁膜１８を形成し、第１のｐ型半導体ウェル領域４内にｎ型不純物、ｐ型不純物を選択的にイオン注入して、垂直転送レジスタを構成するｎ型の転送チャネル領域７と、ｐ型のチャネルストップ領域８と、第２のｐ型半導体ウェル領域１０をそれぞれ形成する。
なお、本例では後述する転送電極１９の下部の絶縁膜１８は、ＳｉＯ２ ／Ｓｉｎ／ＳｉＯ２ 積層膜（ＯＮＯ膜）構造のゲート絶縁膜とし、受光部１１の下部のみは付け直してＳｉＯ２ 膜としている。
【００３４】
次に、図５Ｅに示すように、転送チャネル領域７、読出しゲート部１２及びチャネルストップ領域８に対応する部分のゲート絶縁膜１８上に、選択的に例えば多結晶シリコンからなる転送電極を形成する。
次に、図５Ｆに示すように、受光部１１に対応するＰ型半導体ウェル領域４にイオン注入によりｎ型不純物領域５及びその上のｐ型領域（正電荷蓄積領域）９を形成する。
次に、層間絶縁膜２０を介して受光部１を除く領域上に一部受光部１１に張り出すように遮光膜２１を形成して、目的のＣＣＤ固体撮像装置２３を得る。
【００３５】
但し、本発明の固体撮像装置は、上述の構造に限定するものではない。また、本実施の形態のＣＣＤ固体撮像装置２３は、ｎ型のシリコンエピタキシャル基板３上に形成されたｐ型の半導体ウェル領域４表面にｎ型不純物拡散領域５を形成してｐ型半導体ウェル領域４とｎ型不純物拡散領域５とのｐｎ接合によって、フォトダイオードを形成するタイプである。
【００３６】
本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像装置２３の製造方法によれば、ゲッタリング能力が強い炭素注入領域３４を有するエピタキシャル基板を用いて製造することにより、ＣＣＤ固体撮像装置の白傷欠陥を大幅に低減することができる。即ち、上述したシリコン基板の一主面にゲッタリングを目的とした炭素イオンを注入する際に、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルを２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下、好ましくは０．０８×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下としてイオン注入した後、エピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板を用いることにより、炭素イオン注入時の金属汚染が除去され、ゲッタリング能力が高められ、固体撮像装置の白傷欠陥を低減することができる。
【００３７】
また、上述したモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが上記一定レベル以下の時に形成したエピタキシャル基板のみを選別して高感度固体撮像装置を形成することにより、無駄なく高感度固体撮像装置を形成することが可能になる。
【００３８】
上述の実施の形態では、炭素ゲッタリング法しか用いていないが、本発明に他のゲッタリング方法、例えばイントリンジックゲッタリング法、多結晶Ｓｉゲッタリング法、リンゲッタリング法、等を組み合わせれが、ゲッタリング能力が更に向上するものである。
また、上例の固体撮像装置では、ｎ型シリコンエピタキシャル基板上に形成された、ｐ型の半導体ウェル領域４表面にｎ型不純物拡散領域５を形成て、ｐ型半導体ウェル領域４とｎ型不純物拡散領域５とのｐｎ接合によって、フォトダイオード（ＰＤ）を形成した場合であるが、その他、本発明は、ｐ型のシリコンエピタキシャル基板にｎ型不純物拡散領域を形成してフォトダイオード（ＰＤ）を形成するようにした固体撮像装置にも適用することができる。
更に、本発明は、各受光部１１の位置に対応して複数の層内レンズを有するように構成したＣＣＤ固体撮像装置、縦型オーバーフローバリアを形成した後にエピタキシャルを形成し、基板表面より比較的深い位置に縦型オーバーフローバリアを設けるようにして、近赤外線にも感度を持たせるように構成したつＣＣＣＤ固体撮像装置、紫外線の透過性を有する膜のみにて受光部を形成するように構成したＣＣＤ固体撮像装置などにも、当然適用できる。
上例では、本発明をＣＣＤ固体撮像装置に適用したが、その他の固体撮像装置、例えば、増幅型固体撮像装置やＣＭＯＳ型固体撮像装置等の製造にも本発明は適用することができ、十分な効果が期待される。
【００３９】
上例では、シリコン基板に炭素のみをイオン注入しているが、ＩＶ族元素であるＧｅ，Ｓｎ，Ｐｂ等を炭素の代わりにイオン注入してもよく、ＩＶ族以外の元素を炭素等のＩＶ族元素と同時にイオン注入してもよい。また上例では、シリコン基板であるＣＺ基板を用いているが、ＭＣＺ基板を用いてもよい。
【００４０】
上例では、エピタキシャル成長のソースガスとして、ＳｉＨＣｌ３ を用いたが、その他の水素還元法、熱分解法で使用するＳｉＣｌ４ 、ＳｉＨ２ Ｃｌ２ 、ＳｉＨ４ 等を用いても同様の本発明の効果が得られる。
【００４１】
上述の実施の形態のエピタキシャル基板を用いて所要の半導体素子を有する半導体装置を製造するときは、活性領域の金属不純物や結晶欠陥が除去され、品質及び特性の良い半導体装置が得られる。
【００４２】
更に、本発明では、炭素等、シリコンと同族の元素のイオン注入に際して、モリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下、好ましくは０．０８×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下に設定されたイオン注入装置に限定して、イオン注入を行ってもよい。また、本発明は、固体撮像装置の作成において、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下、好ましくは０．０８×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下の時に炭素等、シリコンと同族の元素のイオン注入を行ったエピタキシャル基板のみを選別して用いる、という高感度固体撮像装置用基板の選別方法をも提案する。このようなイオン注入装置の限定で得られたエピタキシャル基板、あるいは選別方法で選別されたエピタキシャル基板を用いることにより、無駄なく、歩留り良く高感度固体撮像装置を製造することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る半導体基板の製造方法によれば、シリコン基板にゲッタリングを目的にシリコンと同族の元素イオン、好ましくは炭素イオンを所要ドーズ量、例えば５×１０１３ｃｍ−２以上注入する際、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下の状態で注入することにより、上記元素イオン注入時の金属汚染を除去することができる。そして、このシリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成することにより、ゲッタリング能力が強いシリコンエピタキシャル基板を作成することができる。
【００４４】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、上記半導体基板、即ちゲッタリング能力が強いシリコンエピタキシャル基板を用いることにより、固体撮像装置の白傷欠陥を大幅に低減することができる。従って、信頼性の高い固体撮像装置を提供することができる。
【００４５】
本発明に係る固体撮像装置用基板の選別方法によれば、固体撮像装置の作成において、上述したイオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下の時に形成したシリコンエピタキシャル基板のみを選別して、高感度固体撮像装置を作成することにより、無駄なく、高感度固体撮像装置を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｅ 本発明に係る半導体基板の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図である。
【図２】本発明の半導体基板を用いて作成した固体撮像装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明の説明に供する固体撮像装置の白傷欠陥を評価するグラフ（イオン注入装置のＭｏ濃度と白傷欠陥との相関図）である。
【図４】Ａ〜Ｄ 本発明に係る固体撮像装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図５】Ｅ〜Ｇ 本発明に係る固体撮像装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【符号の説明】
１・・・シリコン基板、１ａ・・・主面、２・・・エピタキシャル層、３・・・エピタキシャル基板、３１・・・熱酸化膜、３２・・・炭素、３４・・・炭素注入領域、２３・・・ＣＣＤ固体撮像装置、４・・・第１のｐ型半導体ウェル領域、５・・・ｎ型不純物拡散領域、６・・・垂直転送レジスタ、７・・・転送チャネル領域、８・・・チャネルストップ領域、９・・・ｐ型領域、１０・・・第２のｐ型半導体ウェル領域、１１・・・受光部、１２・・・読出しゲート部、１８・・・ゲート絶縁膜、１９・・・転送電極、２０・・・層間絶縁膜、２１・・・遮光膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置（特に固体撮像装置）を形成する際に適用されるエピタキシャル層を有した半導体基板の製造方法に関する。
また、本発明は、この半導体基板を用いて作成する固体撮像装置の製造方法に関する。
さらに、本発明は、固体撮像装置を作成に際しての、固体撮像装置用基板の選別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を形成するための半導体基板としては、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法で成長させたＣＺ基板、ＭＣＺ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法で成長させたＭＣＺ基板や、これらのＣＺ基板又はＭＣＺ基板の表面にエピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板等が一般的に多く用いられている。
【０００３】
特に、固体撮像装置用としては、半導体基板に導入した不純物の濃度むら、いわゆるドーパント濃度むら（Ｓｔｒｉａｔｉｏｎ）に起因する、画像コントラストむらを低減するために、エピタキシャル基板や基板が主として使用されている。このうち、エピタキシャル基板は、素子形成層下に埋め込み領域による低抵抗領域を形成したり、又は低抵抗基板を使用することができ、低電圧駆動、低消費電力化として有効であり、今後も用途の拡大が基体される。
【０００４】
シリコン基板の表面にエピタキシャル層を有する所謂シリコンエピタキシャル基板では、実用的なエピタキシャル層の形成方法として、ＣＶＤ（化学気相成長）法が用いられており、以下の主な４種類のソースガスが使用されている。
水素還元法では、ソースガスとしてＳｉＣｌ４ 、ＳｉＨＣｌ３ が使用される。
ＳｉＣｌ４ ＋ ２Ｈ２ → Ｓｉ ＋ ４ＨＣｌ
ＳｉＨＣｌ３ ＋ Ｈ２ → Ｓｉ ＋ ３ＨＣｌ
熱分解法では、ソースガスとしてＳｉＨ２ Ｃｌ２ 、ＳｉＨ４ が使用される。
ＳｉＨ２ Ｃｌ２ → Ｓｉ ＋ ２ＨＣｌ
ＳｉＨ４ → Ｓｉ ＋ ２Ｈ２
このうち、固体撮像装置としては、ＳｉＨＣｌ３ が、安価であること、成長速度が大きく、厚膜エピタキシャル成長用に適していること等から、主に用いられている。
【０００５】
しかし、いずれのソースガスを用いてエピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板も、エピタキシャル層の形成中に混入する不純物、特に金属不純物が多い。このような金属不純物は、固体撮像装置に適用した場合に、暗電流による白傷欠陥が充分に低減できず、特性や歩留りを悪くする原因となっていた。
【０００６】
重金属不純物の発生源としては、エピタキシャル成長装置のベルジャー内のＳＵＳ系部材からのもの、ソースガス（原材料ガス）の配管からのもの等が考えられる。ソースガスに塩素（Ｃｌ）系が含まれていると、エピタキシャル成長時に分解してＨＣｌガスが作られる。このＨＣｌガスがベルジャー内のＳＵＳ系部材を腐食して、金属の塩化物としてソースガス中に取り込まれ、この金属塩化物がエピタキシャル層中に取り込まれるものと考えられる。また、エピタキシャル報形成前に、シリコン基板表面を軽くエッチオフするために、ＨＣｌガスを故意に導入する場合もあり、これも腐食の一因となっている。
【０００７】
従って、エピタキシャル基板を用いて固体撮像装置を形成する場合は、上記金属不純物を除去するために、何らかのゲッタリング技術が不可欠であり、実際の生産ラインでも幾つかは導入されている。ゲッタリング技術としては、シリコン基板中の酸素を基板内部のみに析出させ、これをゲッターシンクとするイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）法、基板裏面にポリシリコンや高濃度リン（Ｐ）領域等を形成し、シリコンとの歪み応力を利用してゲッターシンクを形成するエクストリンシックゲッタリング（ＥＧ）法等が知られている。しかし、いずれも、エピタキシャル基板のゲッタリング法としては、能力が充分でなく、固体撮像装置の暗電流である白傷欠陥を十分に低減できていなかった。
【０００８】
そこで、本出願人は、先にシリコン基板にその一表面から炭素イオンを５×１０１３ｃｍ−２以上注入して炭素注入領域を形成し、この表面にシリコンエピタキシャル層を形成するようにした、炭素ゲッタリングエピタキシャル基板の製造方法を提案した（特許文献１参照）。この製造方法によれば、従来のゲッタリング法を用いたエピタキシャル基板に比べ、固体撮像装置の白傷欠陥を１／５に低減できた。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６ー３３８５０７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の炭素ゲッタリングエピタキシャル基板の製造方法においても、今後の微細化に伴って要求される超高感度な固体撮像装置ではまだ十分なレベルではなく、更なる改善が必要である。その後の調査から、固体撮像装置の暗電流である白傷欠陥を悪化させる金属不純物が炭素ゲッタリングのための炭素のイオン注入工程でも混入している事が判明し、このイオン注入工程での汚染を低減することも必要であることが判った。
【００１１】
また、エピタキシャル基板を利用した一般の半導体装置においても、金属不純物や結晶欠陥が活性領域に存在していると、半導体装置の品質及び特性が著しく劣化する。このため、上記の炭素ゲッタリングを適用することができるが、同様に炭素イオン注入工程での汚染を低減する必要がある。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑み、炭素ゲッタリングのイオン注入工程で混入する不純物を低減し、有効なゲッタリング能力を有する半導体基板、即ちエピタキシャル基板の製造方法を提供するものである。
また、本発明は、白傷欠陥を低減した固体撮像装置の製造方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体基板の製造方法は、シリコン基板に、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の元素をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成する工程と、シリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成する工程とを有する。
また、本発明に係る半導体基板の製造方法は、 イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の不純物をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成したシリコン基板を用意し、この不純物注入領域を形成したシリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成する工程を有する。
上記シリコンと同族の不純物は炭素とし、上記ゲッタリング用の不純物注入領域は炭素注入領域とするのが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体基板の製造方法においては、シリコン基板にゲッタリング用の不純物注入領域を形成するためのシリコンと同族の元素、好ましくは炭素をイオン注入するに際し、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でイオン注入することにより、上記元素イオン注入時の金属汚染が除去され、ゲッタリング能力に強いシリコンエピタキシャル基板が製造される。
【００１５】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、シリコン基板に、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の不純物をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成し、シリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成して、半導体基板を形成する工程と、この半導体基板に固体撮像装置を作成する工程とを有する。
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の不純物をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成したシリコン基板を用意し、この不純物注入領域を形成したシリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成して半導体基板を形成する工程と、この半導体基板に固体撮像装置を作成する工程とを有する。
上記シリコンと同族の不純物は炭素とし、上記ゲッタリング用の不純物注入領域は炭素注入領域とするのが好ましい。
【００１６】
本発明の固体撮像装置の製造方法においては、シリコン基板にゲッタリング用の不純物注入領域を形成するためのシリコンと同族の元素、好ましくは炭素をイオン注入するに際し、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でイオン注入することにより、上記元素イオン注入時の金属汚染が除去され、ゲッタリング能力に強いシリコンエピタキシャル基板が作成される。このシリコンエピタキシャル基板に固体撮像装置を作成するので、より白傷欠陥が低減した固体撮像装置の製造が可能になる。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置用基板の選別方法は、固体撮像装置の作成において、 シリコン基板に、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の不純物をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成した後、前記シリコン基板の表面にエピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板のみを選別して用いる
上記シリコンと同族の不純物は炭素とし、上記ゲッタリング用の不純物注入領域は炭素注入領域とするのが好ましい。
【００１８】
本発明の固体撮像装置用基板の選別方法においては、固体撮像装置の作成において、上述したイオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下の時に形成した上記半導体基板のみを選別して、用いるので、高感度の固体撮像装置が無駄なく製造することが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る半導体基板、即ちエピタキシャル基板の製造方法の一実施の形態を示す。本実施の形態に係るエピタキシャル基板の製造方法は、先ず、図１Ａに示すように、シリコン基板１を用意する。本例ではＣＺ法で形成したシリコン単結晶から切り出したＣＺ基板を用意する。このＣＺ基板１は、例えば、比抵抗が８〜１２Ωｃｍ、直径φが２００ｍｍのリン（Ｐ）ドープのｎ型基板とすることができる。
【００２１】
次に、図１Ｂに示すように、このシリコン基板１のミラー表面である一方の主面１ａに、洗浄後、熱酸化膜３１を形成する。本例ではシリコン基板１の主面１ａに、ＲＣＡ洗浄を施した後、１０００℃のドライ酸化処理により膜厚２０ｎｍていどの熱酸化膜３１を形成する。
【００２２】
次に、図１Ｃに示すように、イオン注入装置の特定元素であるモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルを把握し、一定レベル以下であることを確認する。当然、このレベル確認は予め行っていても良い。このモリブデン（Ｍｏ）の決定した背景とその一定レベル値に関しては後述する。
【００２３】
次に、図１Ｄに示すように、モリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが一定レベル以下であることを確認したイオン注入装置を用いて、熱酸化膜３１を介して主面１ａから炭素３２を５×１０１３ｃｍ−２以上イオン注入してゲッタシンクとなる炭素注入領域３４を形成する。本例では、１６０ｋｅＶ程度の加速エネルギー及び１×１０１５ｃｍ−２程度のドーズ量で炭素３２をイオン注入する。このときの炭素３２の投影射程距離は約０．３５μｍ程度であり、ピーク濃度は約５×１０１８ｃｍ−３程度である。その後、例えば１０００℃、１０分のアニール処理を施す。この結果、ＣＺ基板１の主面１ａより深い位置にピーク濃度を有する炭素注入領域３４が形成される。
【００２４】
次に、図１Ｅに示すように、熱酸化膜３１を除去し、主面１ａ上にシリコンエピタキシャル層２を成長させる。本例では、熱酸化膜３１をＨＦ溶液を含む溶液で除去し、ＳｉＨＣｌガスを用いて１１００℃程度の温度で、比抵抗が４０〜５０Ωｃｍ程度のリン（Ｐ）ドープのｎ型シリコンエピタキシャル層２を、主面１ａ上に８μｍ程度の暑さに成長させる。このようにして、目的のエピタキシャル基板３を完成させる。
なお、炭素注入領域３４のピーク濃度を主面１ａより深くするのは、注入で非晶質化された主面１ａ近傍における結晶性を回復させるためであるが、注入条件によては、必ずしも必要ではない。
【００２５】
本実施の形態の半導体基板の製造方法によれば、シリコン基板の一表面にゲッタリングを目的に炭素イオンを５×１０１３ｃｍ−２以上注入する際に、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下の時にイオン注入する、または後述するモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下のイオン注入装置を限定してイオン注入することにより、ゲッタリング能力が極めて強いシリコンエピタキシャル基板を作成することができる。
【００２６】
図２は、上述のエピタキシャル基板３を用いて製造したＣＣＤ固体撮像装置の一実施の形態を示す。本実施の形態のＣＣＤ固体撮像装置２３は、エピタキシャル基板３の第１導電型、例えばｎ型のエピタキシャル層２に第２導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域４が形成され、このｐ型半導体ウェル領域４内に、ｎ型の不純物拡散領域５と垂直転送レジスタ６を構成するｎ型転送チャネル領域７、及びｐ型チャネルストッパ領域８が形成される。ｎ型不純物拡散領域５上にｐ型領域（正電荷蓄積領域）９が、ｎ型転送チャネル領域７の直下に第２のｐ型半導体ウェル領域８が夫々形成される。ｎ型不純物拡散領域５とｐ型半導体ウェル領域４とのｐｎ接合ｊによるフォトダイオードＰＤによって受光部（光電変換変換部）１１が構成される。転送チャネル領域７、チャネルストッパ領域８及び読出しゲート部１２上にゲート絶縁膜（例えばＳｉＯ２ ／ＳｉＮ／ＳｉＯ２ の３層膜）１８を介して第１及び第２の多結晶シリコンからなる複数の転送電極１９が形成される。更に、層間絶縁膜２０を介して各垂直転送レジスタ６上を覆うように例えばアルミニウム（Ａｌ）またはタングステン（Ｗ）等からなる遮光膜２１が形成さる。
【００２７】
次に、本発明に至った経緯を説明する。本発明者は、固体撮像装置の生産工程におけるイオン注入装置から金属不純物汚染が無視できるものではなく、時として白傷欠陥に大きな影響を与えていることを経験的に知っている。そこで、以前に本発明者らが提案した、シリコン基板の一表面に炭素イオンを５×１０１３ｃｍ−２以上注入し、この表面にシリコンエピタキシャル層を形成する「炭素ゲッタリングエピタキシャル基板の製造方法」（特許文献１）においても、炭素イオン注入時の汚染源が混入していないかを調査した。
【００２８】
図３は、炭素イオン注入の際のイオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）濃度と固体撮像装置の白傷欠陥との関連を調査した結果である。評価は次のようにして行った。炭素イオンを１×１０１５ｃｍ−２程度注入した後、ソースガスであるＳｉＨＣｌ３ ガスを用いて１１１０℃の温度でエピタキシャル成長させ、比抵抗４０〜５０Ωｃｍのエピタキシャル層を形成した、図１のエピタキシャル基板を作成した。炭素のイオン注入工程で、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルを変えて各エピタキシャル基板を作成した。このエピタキシャル基板に図２に示すＣＣＤ固体撮像装置を形成し、白傷欠陥を評価した。
【００２９】
図３では、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが５×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ のときの白傷欠陥数を１．０として規格化した値で示す。図３の評価結果から、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下、好ましくは０．０８×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下とすることにより、ＣＣＤ固体撮像装置の白傷欠陥を低減することができる。
【００３０】
図４及び図５は、本発明に係る固体撮像装置の製造方法の一実施の形態を示す。本実施の形態は前述の図２に示したと同様のＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合である。
先ず、図４Ａに示すように、第１導電型のシリコン基板１を設ける。本例ではｎ型のＣＺシリコン基板としている。このＣＺシリコン基板１は、主面が（１００）面を有し、比抵抗１０Ωｃｍ、直径２００ｍｍの基板である。このシリコン基板１の表面、即ち一主面に熱酸化膜３１を形成した後、基板１の主面から炭素をイオン注入して主面よりも深い位置にピーク濃度を有する炭素注入領域３４を形成する。この炭素のイオン注入において、特にイオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルを一定レベル以下、即ち上述した２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下、好ましくは０．０８×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下にした状態でイオン注入する。本例では炭素を１×１０１５ｃｍ−２程度イオン注入して、ゲッタシンクとなる炭素注入領域３４を形成する。イオン注入後、アニール処理を施し、熱酸化膜３１を除去する。
【００３１】
次に、図４Ｂに示すように、シリコン基板１の主面上に第１導電型のシリコンエピタキシャル層２を成長し、エピタキシャル基板３を形成する。本例ではＳｉＨＣｌ３ のソースガスによる水素還元法を用いて、１１１０℃のエピタキシャル成長温度で、膜厚８μｍ程度のｎ型シリコンエピタキシャル層２を成長する。
【００３２】
次に、図４Ｃに示すように、シリコンエピタキシャル層２に第１の第２導電型半導体ウェル領域４を形成する。本例では第１のｐ型半導体ウェル領域４を形成する。
【００３３】
次に、図４Ｄに示すように、第１のｐ型半導体ウェル領域４の表面上に絶縁膜１８を形成し、第１のｐ型半導体ウェル領域４内にｎ型不純物、ｐ型不純物を選択的にイオン注入して、垂直転送レジスタを構成するｎ型の転送チャネル領域７と、ｐ型のチャネルストップ領域８と、第２のｐ型半導体ウェル領域１０をそれぞれ形成する。
なお、本例では後述する転送電極１９の下部の絶縁膜１８は、ＳｉＯ２ ／Ｓｉｎ／ＳｉＯ２ 積層膜（ＯＮＯ膜）構造のゲート絶縁膜とし、受光部１１の下部のみは付け直してＳｉＯ２ 膜としている。
【００３４】
次に、図５Ｅに示すように、転送チャネル領域７、読出しゲート部１２及びチャネルストップ領域８に対応する部分のゲート絶縁膜１８上に、選択的に例えば多結晶シリコンからなる転送電極を形成する。
次に、図５Ｆに示すように、受光部１１に対応するＰ型半導体ウェル領域４にイオン注入によりｎ型不純物領域５及びその上のｐ型領域（正電荷蓄積領域）９を形成する。
次に、層間絶縁膜２０を介して受光部１を除く領域上に一部受光部１１に張り出すように遮光膜２１を形成して、目的のＣＣＤ固体撮像装置２３を得る。
【００３５】
但し、本発明の固体撮像装置は、上述の構造に限定するものではない。また、本実施の形態のＣＣＤ固体撮像装置２３は、ｎ型のシリコンエピタキシャル基板３上に形成されたｐ型の半導体ウェル領域４表面にｎ型不純物拡散領域５を形成してｐ型半導体ウェル領域４とｎ型不純物拡散領域５とのｐｎ接合によって、フォトダイオードを形成するタイプである。
【００３６】
本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像装置２３の製造方法によれば、ゲッタリング能力が強い炭素注入領域３４を有するエピタキシャル基板を用いて製造することにより、ＣＣＤ固体撮像装置の白傷欠陥を大幅に低減することができる。即ち、上述したシリコン基板の一主面にゲッタリングを目的とした炭素イオンを注入する際に、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルを２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下、好ましくは０．０８×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下としてイオン注入した後、エピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板を用いることにより、炭素イオン注入時の金属汚染が除去され、ゲッタリング能力が高められ、固体撮像装置の白傷欠陥を低減することができる。
【００３７】
また、上述したモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが上記一定レベル以下の時に形成したエピタキシャル基板のみを選別して高感度固体撮像装置を形成することにより、無駄なく高感度固体撮像装置を形成することが可能になる。
【００３８】
上述の実施の形態では、炭素ゲッタリング法しか用いていないが、本発明に他のゲッタリング方法、例えばイントリンジックゲッタリング法、多結晶Ｓｉゲッタリング法、リンゲッタリング法、等を組み合わせれが、ゲッタリング能力が更に向上するものである。
また、上例の固体撮像装置では、ｎ型シリコンエピタキシャル基板上に形成された、ｐ型の半導体ウェル領域４表面にｎ型不純物拡散領域５を形成て、ｐ型半導体ウェル領域４とｎ型不純物拡散領域５とのｐｎ接合によって、フォトダイオード（ＰＤ）を形成した場合であるが、その他、本発明は、ｐ型のシリコンエピタキシャル基板にｎ型不純物拡散領域を形成してフォトダイオード（ＰＤ）を形成するようにした固体撮像装置にも適用することができる。
更に、本発明は、各受光部１１の位置に対応して複数の層内レンズを有するように構成したＣＣＤ固体撮像装置、縦型オーバーフローバリアを形成した後にエピタキシャルを形成し、基板表面より比較的深い位置に縦型オーバーフローバリアを設けるようにして、近赤外線にも感度を持たせるように構成したつＣＣＣＤ固体撮像装置、紫外線の透過性を有する膜のみにて受光部を形成するように構成したＣＣＤ固体撮像装置などにも、当然適用できる。
上例では、本発明をＣＣＤ固体撮像装置に適用したが、その他の固体撮像装置、例えば、増幅型固体撮像装置やＣＭＯＳ型固体撮像装置等の製造にも本発明は適用することができ、十分な効果が期待される。
【００３９】
上例では、シリコン基板に炭素のみをイオン注入しているが、ＩＶ族元素であるＧｅ，Ｓｎ，Ｐｂ等を炭素の代わりにイオン注入してもよく、ＩＶ族以外の元素を炭素等のＩＶ族元素と同時にイオン注入してもよい。また上例では、シリコン基板であるＣＺ基板を用いているが、ＭＣＺ基板を用いてもよい。
【００４０】
上例では、エピタキシャル成長のソースガスとして、ＳｉＨＣｌ３ を用いたが、その他の水素還元法、熱分解法で使用するＳｉＣｌ４ 、ＳｉＨ２ Ｃｌ２ 、ＳｉＨ４ 等を用いても同様の本発明の効果が得られる。
【００４１】
上述の実施の形態のエピタキシャル基板を用いて所要の半導体素子を有する半導体装置を製造するときは、活性領域の金属不純物や結晶欠陥が除去され、品質及び特性の良い半導体装置が得られる。
【００４２】
更に、本発明では、炭素等、シリコンと同族の元素のイオン注入に際して、モリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下、好ましくは０．０８×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下に設定されたイオン注入装置に限定して、イオン注入を行ってもよい。また、本発明は、固体撮像装置の作成において、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下、好ましくは０．０８×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下の時に炭素等、シリコンと同族の元素のイオン注入を行ったエピタキシャル基板のみを選別して用いる、という高感度固体撮像装置用基板の選別方法をも提案する。このようなイオン注入装置の限定で得られたエピタキシャル基板、あるいは選別方法で選別されたエピタキシャル基板を用いることにより、無駄なく、歩留り良く高感度固体撮像装置を製造することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る半導体基板の製造方法によれば、シリコン基板にゲッタリングを目的にシリコンと同族の元素イオン、好ましくは炭素イオンを所要ドーズ量、例えば５×１０１３ｃｍ−２以上注入する際、イオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下の状態で注入することにより、上記元素イオン注入時の金属汚染を除去することができる。そして、このシリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成することにより、ゲッタリング能力が強いシリコンエピタキシャル基板を作成することができる。
【００４４】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、上記半導体基板、即ちゲッタリング能力が強いシリコンエピタキシャル基板を用いることにより、固体撮像装置の白傷欠陥を大幅に低減することができる。従って、信頼性の高い固体撮像装置を提供することができる。
【００４５】
本発明に係る固体撮像装置用基板の選別方法によれば、固体撮像装置の作成において、上述したイオン注入装置のモリブデン（Ｍｏ）の不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下の時に形成したシリコンエピタキシャル基板のみを選別して、高感度固体撮像装置を作成することにより、無駄なく、高感度固体撮像装置を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｅ 本発明に係る半導体基板の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図である。
【図２】本発明の半導体基板を用いて作成した固体撮像装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明の説明に供する固体撮像装置の白傷欠陥を評価するグラフ（イオン注入装置のＭｏ濃度と白傷欠陥との相関図）である。
【図４】Ａ〜Ｄ 本発明に係る固体撮像装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図５】Ｅ〜Ｇ 本発明に係る固体撮像装置の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【符号の説明】
１・・・シリコン基板、１ａ・・・主面、２・・・エピタキシャル層、３・・・エピタキシャル基板、３１・・・熱酸化膜、３２・・・炭素、３４・・・炭素注入領域、２３・・・ＣＣＤ固体撮像装置、４・・・第１のｐ型半導体ウェル領域、５・・・ｎ型不純物拡散領域、６・・・垂直転送レジスタ、７・・・転送チャネル領域、８・・・チャネルストップ領域、９・・・ｐ型領域、１０・・・第２のｐ型半導体ウェル領域、１１・・・受光部、１２・・・読出しゲート部、１８・・・ゲート絶縁膜、１９・・・転送電極、２０・・・層間絶縁膜、２１・・・遮光膜
Claims (8)
- シリコン基板に、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の元素をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成し、前記シリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成する工程を有する
ことを特徴とする半導体基板の製造方法。 - イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の元素をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成したシリコン基板を用意し、
前記不純物注入領域を形成したシリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成する工程を有する
ことを特徴とする半導体基板の製造方法。 - 前記シリコンと同族の元素が炭素であり、前記不純物注入領域が炭素注入領域である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体基板の製造方法。 - シリコン基板に、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の元素をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成し、前記シリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成して、半導体基板を形成する工程と、
前記半導体基板に固体撮像装置を作成する工程とを有する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の不純物をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成したシリコン基板を用意し、
前記不純物注入領域を形成したシリコン基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成して、半導体基板を形成する工程と、
前記半導体基板に固体撮像装置を作成する工程とを有する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記シリコンと同族の元素が炭素であり、前記不純物注入領域が炭素注入領域である
ことを特徴とする請求項４又は５記載の固体撮像装置の製造方法。 - 固体撮像装置の作成において、
シリコン基板に、イオン注入装置のＭｏの不純物レベルが２．４×１０９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 以下である状態でシリコンと同族の不純物をイオン注入して、ゲッタリング用の不純物注入領域を形成した後、前記シリコン基板の表面にエピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板のみを選別して用いる
ことを特徴とする固体撮像装置用基板の選別方法。 - 前記シリコンと同族の元素が炭素であり、前記不純物注入領域が炭素注入領域である
ことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置用基板の選別方法。
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