JP2009283533A - 裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ、その製造方法及び裏面照射型固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ、その製造方法及び裏面照射型固体撮像素子を提供することにある。
【解決手段】その表面４０ａ側に光電変換素子５０及び電荷転送トランジスタ６０を含む複数の画素７０を有し、裏面２０ａを受光面とする、裏面照射型固体撮像素子１００に用いるためのウェーハ１０であって、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる支持基板２０上に、絶縁層３０を介して、所定の活性層４０を形成してなるSOIウェーハ１０であることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】その表面４０ａ側に光電変換素子５０及び電荷転送トランジスタ６０を含む複数の画素７０を有し、裏面２０ａを受光面とする、裏面照射型固体撮像素子１００に用いるためのウェーハ１０であって、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる支持基板２０上に、絶縁層３０を介して、所定の活性層４０を形成してなるSOIウェーハ１０であることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、シリコン基板、その製造方法及びその基板を用いた素子、特に、携帯電話やデジタルビデオカメラ等に用いられ、白傷欠陥を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ、その製造方法及び裏面照射型固体撮像素子に関するものである。
近年、携帯電話、デジタルビデオカメラへ半導体を用いた高性能固体撮像素子が搭載され、画素数などの性能も飛躍的に向上している。通常の固体撮像素子に期待される性能としては、高画素でかつ、動画の撮像を可能とする性能が期待されており、さらに、小型化が要求されている。ここで、動画の撮像を実現するためには、高速演算素子及びメモリ素子との結合が必要となるため、System on Chip（SoC）が容易なCMOS イメージセンサが用いられ、該CMOSイメージセンサの微細化が伸展している。
しかしながら、前記CMOS イメージセンサの微細化に伴って、必然的に、光電変換素子であるフォトダイオードの開口率が減少する結果、光電変換素子の量子効率が低下し、撮像データのS／N比の向上が困難になるという問題がある。このため、光電変換素子表面側にインナーレンズを挿入し入射光量を増加させる方法等が試みられているが、現在、顕著なS／N比の改善は実現できていない。
しかしながら、前記CMOS イメージセンサの微細化に伴って、必然的に、光電変換素子であるフォトダイオードの開口率が減少する結果、光電変換素子の量子効率が低下し、撮像データのS／N比の向上が困難になるという問題がある。このため、光電変換素子表面側にインナーレンズを挿入し入射光量を増加させる方法等が試みられているが、現在、顕著なS／N比の改善は実現できていない。
そのため、入射光量を増加させることで、画像データのS／N比を向上させるべく、前記光電変換素子の裏面から光を入射する試みがされている。前記素子の裏面からの光入射は、表面からの入射と比較して、前記素子表面での反射及び回折や、前記素子の受光面積による制約がなくなることが最大のメリットである。一方、裏面から光を入射する場合、前記高電変換素子の基板である、シリコンウェーハの光吸収を抑制しなければならず、固体撮像素子全体としての厚みを50μｍ未満にする必要がある。その結果、固体撮像素子の加工及びハンドリングが困難であることから生産性が極めて悪いことが問題となる。
上記の技術課題を克服することを目的とした固体撮像素子として、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されているような、固体撮像素子が挙げられる。
特許文献１の固体撮像素子の製造方法を用いれば、比較的、簡便かつ容易に、照射面とは反対側の面から電極を取り出す構成の裏面照射型のCMOS固体撮像素子を製造することが可能となる。
また、特許文献２の固体撮像素子の製造方法を用いれば、薄膜化された固体撮像素子のプロセス加工を高精度に行うことが可能となる。
特許文献１の固体撮像素子の製造方法を用いれば、比較的、簡便かつ容易に、照射面とは反対側の面から電極を取り出す構成の裏面照射型のCMOS固体撮像素子を製造することが可能となる。
また、特許文献２の固体撮像素子の製造方法を用いれば、薄膜化された固体撮像素子のプロセス加工を高精度に行うことが可能となる。
しかしながら、特許文献１及び特許文献２の固体撮像素子は、いずれも、その基板（ウェーハ）のゲッタリング能力が低いため、白傷欠陥が発生するという問題や、製造プロセスにおいて、重金属汚染が発生するという問題があり、裏面照射型の固体撮像素子を実用化するためには、それらの問題を解決する必要があった。
特開平５−１５２３０４号公報
特開２００６−２１６９３４号公報
本発明の課題は、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ、その製造方法及び裏面照射型固体撮像素子を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）表面側に光電変換素子及び電荷転送トランジスタを含む複数の画素を有し、裏面を受光面とする、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハであって、該ウェーハは、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる支持基板上に、絶縁層を介して、所定の活性層を形成してなるSOIウェーハであることを特徴とする裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ。
（１）表面側に光電変換素子及び電荷転送トランジスタを含む複数の画素を有し、裏面を受光面とする、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハであって、該ウェーハは、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる支持基板上に、絶縁層を介して、所定の活性層を形成してなるSOIウェーハであることを特徴とする裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ。
（２）前記活性層は、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる活性層用基板上に形成した、Siからなるエピタキシャル層であることを特徴とする上記（１）記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ。
（３）前記支持基板及び前記活性層用基板のＣ濃度は、いずれも、5.0×1015〜1.0×1018 atoms／cm3の範囲であることを特徴とする上記（２）記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ。
（４）前記支持基板に含有されるＣ原子は、前記絶縁層との界面直下に、Ｃ濃度が1.0×1016〜1.0×1018 atoms／cm3である高濃度炭素領域として存在することを特徴とする上記（１）、（２）又は（３）記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ。
（５）前記支持基板は、B又はGaをさらに含有することを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１項記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１項記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの前記画素に、画像データを転送するための埋め込み電極を接続してなる、裏面照射型固体撮像素子。
（７）表面側に光電変換素子及び電荷転送トランジスタを含む複数の画素を形成し、裏面を受光面とする、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法であって、該シリコン基板は、絶縁膜を介して、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる支持基板用ウェーハと、所定の活性層用ウェーハとを貼り合わせた後、該活性層用ウェーハを薄膜化することにより形成することを特徴とする裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
（８）前記活性層用ウェーハは、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる活性層用基板上に、Siからなるエピタキシャル膜を形成してなるエピタキシャルウェーハであることを特徴とする上記（７）記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
（９）前記支持基板用ウェーハ及び前記活性層用基板のＣ濃度は、いずれも、5.0×1015〜1.0×1018 atoms／cm3の範囲であることを特徴とする上記（８）記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
（１０）前記支持基板用ウェーハと前記活性層用ウェーハとを貼り合わせる前に、それぞれのウェーハに対して、600〜700℃の熱処理を施すことを特徴とする上記（８）又は（９）記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
（１１）前記支持基板用ウェーハ及び／又は前記活性層用ウェーハの貼り合わせ面に、所定の有機物を吸着させた後、貼り合わせを行うことを特徴とする上記（８）、（９）又は（１０）記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
（１２）前記有機物は、有機炭素化合物であることを特徴とする上記（１１）記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
（１３）前記支持基板用ウェーハ及び前記活性層用ウェーハの貼り合わせ面とは反対の面に、それぞれ、ポリシリコン膜を形成させることを特徴とする上記（８）〜（１２）のいずれか１項記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
この発明によれば、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ、その製造方法及び裏面照射型固体撮像素子の提供が可能になった。
本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハについて、図面を参照しながら説明する。
図１(ａ)及び(ｂ)は、それぞれ本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの断面を模式的に示した図である。また、図２は、図１(ａ)の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハを加工して用いた裏面照射型固体撮像素子の断面を模式的に示した図である。
図１(ａ)及び(ｂ)は、それぞれ本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの断面を模式的に示した図である。また、図２は、図１(ａ)の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハを加工して用いた裏面照射型固体撮像素子の断面を模式的に示した図である。
本発明による裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０は、図２に示すように、その表面４０ａ側に光電変換素子５０及び電荷転送トランジスタ６０を含む複数の画素７０を有し、裏面２０ａを受光面とする、裏面照射型固体撮像素子１００に用いるためのウェーハ１０である。
そして、本発明による裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０は、図１(ａ)に示すように、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる支持基板２０上に、絶縁層３０を介して、所定の活性層４０を形成してなるSOIウェーハ１０であることを主な特徴とする。かかる構成を採用することで、前記Ｃ原子が、前記支持基板２０中のシリコン格子間位置に取り込まれ、前記固体撮像素子の製造熱処理工程において、酸素含有物質の析出を促進し、酸素析出物がゲッタリングサイトとして作用することができる結果、該ウェーハ１０を裏面照射型固体撮像素子１００に用いた場合に、従来の撮像素子に比べて、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することができる。
以下に、本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０の構成要素について述べる。
（支持基板）
本発明の支持基板２０は、ｐ型半導体材料からなる基板であり、上述の効果を有するためにＣを所定量含有する必要がある。支持基板２０に用いられる半導体としては、上記物性を具えていれば特に限定はされないが、比較的容易に得ることができる点から、例えば、B又はGa等の13族元素の原子を含有したシリコン材料からなる基板２０が用いられる。
（支持基板）
本発明の支持基板２０は、ｐ型半導体材料からなる基板であり、上述の効果を有するためにＣを所定量含有する必要がある。支持基板２０に用いられる半導体としては、上記物性を具えていれば特に限定はされないが、比較的容易に得ることができる点から、例えば、B又はGa等の13族元素の原子を含有したシリコン材料からなる基板２０が用いられる。
また、前記支持基板２０は、ゲッタリング能力強化の点から、ｐ型炭素添加基板を用いることが好ましく、該支持基板２０の比抵抗は、1〜100Ω・cm以下であることが好ましい。
さらに、前記支持基板２０に含有されるＣ濃度は、5.0×1015〜1.0×1018 atoms／cm3の範囲であることが好ましい。5.0×1015 atoms／cm3未満では、Ｃ濃度が低く、ゲッタリング能力を十分に発揮できないため、白傷欠陥及び重金属汚染の抑制を十分にできない恐れがあるためであり、1.0×1018 atoms／cm3を超える場合、酸素析出物のサイズが50ｐm未満となるため、重金属をゲッタリング可能な歪エネルギーを保持できない恐れがあるからである。
さらにまた、本発明のウェーハ１０は、裏面照射型固体撮像素子１００に用いられるため、図２に示すような、デバイスとして用いられる場合、その支持基板２０の膜厚は、20μm以下まで加工することができる。従来の裏面照射型固体撮像素子に用いられるウェーハの支持基板の膜厚は、40〜150μmであるが、本発明は、厚膜SOI構造を用いるため、20μm以下とすることが可能となる。
（絶縁層）
本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０は、SOIであるため、前記支持基板２０上に、絶縁層３０を形成する。絶縁膜３０を設けることで、前記支持基板２０と前記活性層４０とが電気的に絶縁されるため、寄生容量が小さく、デバイスの高速化が可能となる。前記絶縁膜３０の種類は、絶縁体であれば、特に限定されることはないが、容易に得ることができる点から、シリコン酸化膜（SiO2）であることが好ましい。
本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０は、SOIであるため、前記支持基板２０上に、絶縁層３０を形成する。絶縁膜３０を設けることで、前記支持基板２０と前記活性層４０とが電気的に絶縁されるため、寄生容量が小さく、デバイスの高速化が可能となる。前記絶縁膜３０の種類は、絶縁体であれば、特に限定されることはないが、容易に得ることができる点から、シリコン酸化膜（SiO2）であることが好ましい。
また、具体的な前記絶縁層３０の形成方法は、後述するが、前記支持基板２０又は前記活性層４０のいずれか（図１(ａ)では支持基板２０）の周囲全体を酸化させた状態で貼り合わせているため、本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０は、図１(ａ)に示すように、貼り合わせ界面の前記絶縁層３０に加えて、前記支持基板２０の周囲に、残存酸化膜３１が残存している。前記残存酸化膜３１は、前記撮像素子１００に用いた場合には、加工が施されているため、前記残存酸化膜３１は取り除かれている。
（活性層）
本発明の活性層４０は、前記絶縁層３０の上に形成される層であり、本発明の場合、図２に示すように、前記光電変換素子５０や、前記電荷転送トランジスタ６０が配設されるデバイス層である。なお、欠陥が少なく撮像素子に用いることができる活性層４０を有するSOIを簡便に得ることができるという点から、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの貼り合わせにより形成することが好ましい。上記製造方法についての詳細については、後述する。
本発明の活性層４０は、前記絶縁層３０の上に形成される層であり、本発明の場合、図２に示すように、前記光電変換素子５０や、前記電荷転送トランジスタ６０が配設されるデバイス層である。なお、欠陥が少なく撮像素子に用いることができる活性層４０を有するSOIを簡便に得ることができるという点から、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの貼り合わせにより形成することが好ましい。上記製造方法についての詳細については、後述する。
また、図３は本発明の活性層用ウェーハであるエピタキシャルウェーハの断面を模式的に示したものであるが、前記活性層４０は、図３に示すように、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる活性層用基板４１上に形成した、Siからなるエピタキシャル層４２であることが好ましい。Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる活性層用基板４１上に形成した前記エピタキシャル層４２は、Ｃを含有する前記活性層用基板４１のゲッタリング効果により、欠陥が少なく高品質の活性層４０を得ることができるからであり、この活性層４０を前記絶縁層３０上に形成すれば、本発明の固体撮像素子１００について、白傷欠陥及び重金属汚染の発生の抑制効果がさらに向上されるためである。
さらに、前記活性層用基板のＣ濃度は、5.0×1015〜1.0×1018 atoms／cm3の範囲であることが好ましい。前記支持基板２０のＣ濃度と同様に、5.0×1015 atoms／cm3未満では、Ｃ濃度が低く、ゲッタリング能力を十分に発揮できないため、活性層４０に発生する白傷欠陥及び重金属汚染の抑制を十分にできない恐れがあるためであり、1.0×1018 atoms／cm3を超える場合、前記酸素析出物のサイズが極小となるためゲッタリングに必要な歪エネルギーを保持することが困難となり、ゲッタリング能力が低下する恐れがあるためである。
なお、前記支持基板２０に含有されるＣ原子は、図１(ｂ)に示すように、前記絶縁層３０との界面直下に、高濃度炭素領域２１として存在することが好ましい。前記高濃度炭素領域２１とは、前記支持基板２１中のＣ濃度が1.0×1016〜1.0×1018 atoms／cm3の範囲であるＣ含有量が局所的に大きくなった領域のことをいい、この高濃度炭素領域２１が、ゲッタリングシンクとしての役目を有効に果たすため、白傷欠陥の発生及び重金属汚染に対する抑制効果をさらに向上させることができるためである。
また、図２に示すように、本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を含んだ画素７０に、画像データを転送するための埋め込み電極（図示せず）を接続すれば、裏面照射型固体撮像素子１００を作製することができる。本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０のゲッタリング効果により、従来の裏面照射型固体撮像素子に比べて、白傷欠陥の発生及び重金属汚染の抑制能力に優れた裏面照射型固体撮像素子１００を得ることが可能となる。なお、図７では、前記電荷転送トランジスタ６０には、埋め込み配線６１が設けられ、さらに、前記画素７０の土台として基板８０が設けられている。
続いて、本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図４は、本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法を説明するためのフローチャートである。
図４は、本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法を説明するためのフローチャートである。
本発明による裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０は、図４に示すように、好ましくは、5.0×1015〜1.0×1018 atoms／cm3の範囲でＣを含有するｐ型半導体材料からなる活性層用基板上に、Siからなるエピタキシャル膜を形成してなるエピタキシャルウェーハである活性層用ウェーハ４３（図４(ａ)）の表面に、熱酸化等の処理を施して膜厚10μm以下の絶縁層３０を形成した後（図４(ｂ)）、前記絶縁層３０を介して、Ｃ（好ましくはＣ濃度：5.0×1015〜1.7×1017 atoms／cm3）を含有するｐ型半導体材料からなる支持基板用ウェーハ２２（図４(ｃ)）と、前記活性層用ウェーハ４３とを貼り合わせ（図４(ｄ)）、その後、該活性層用ウェーハ４３を薄膜化することによりSOIウェーハ１０を形成する（図４(ｅ)）ことを特徴とする。
上記の方法により、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を形成すれば、前記支持基板２０中のＣ原子が、前記支持基板２０中でシリコン格子間位置に取り込まれ、前記固体撮像素子の製造熱処理工程において、酸素含有物質の析出を促進し、酸素析出物がゲッタリングサイトとして作用することができる結果、該ウェーハ１０を裏面照射型固体撮像素子１００に用いた場合に、従来の撮像素子に比べて、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することが可能となる。
なお、図４では、前記活性層用ウェーハ４３に熱酸化処理を施し、絶縁層３０を形成しているが、本実施形態の一例を示しているのに過ぎず、実際には、前記支持基板用ウェーハ２２に絶縁層３０を形成して貼り合わせることも可能である。
なお、図４では、前記活性層用ウェーハ４３に熱酸化処理を施し、絶縁層３０を形成しているが、本実施形態の一例を示しているのに過ぎず、実際には、前記支持基板用ウェーハ２２に絶縁層３０を形成して貼り合わせることも可能である。
なお、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３に、所定量のＣを含有させるための方法としては、シリコン基板中にＣ原子をドーピングする方法や、イオン注入等の方法によって、前記支持基板用ウェーハ２２にＣ原子を含有させることが可能となる。
また、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３中に、O原子を含有させることもできる。O原子を含有させることで、ゲッタリング効果のために含有させたC原子が、活性層へと拡散するのを抑制することができるため有効である。
また、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３中に、O原子を含有させることもできる。O原子を含有させることで、ゲッタリング効果のために含有させたC原子が、活性層へと拡散するのを抑制することができるため有効である。
さらに、前記支持基板用ウェーハ４３と前記活性層用ウェーハ２２とを貼り合わせる前に、それぞれのウェーハ２２、４３に対して、600〜800℃の熱処理を施すことが好ましい。この熱処理によれば酸素析出が促進されるため、高密度な酸素析出物の形成が可能になるからである。
また、前記支持基板用ウェーハ２２及び／又は前記活性層用ウェーハ４３の貼り合わせ面２１ａ、４３ａに、所定の有機物を吸着させた後、貼り合わせを行うことが好ましい。前記有機物を貼り合わせ面に吸着させて貼り合わせを行えば（図４(ｄ)）、貼り合わせの際の熱処理により、前記有機物が前記貼り合わせ界面１０ａにおいて高濃度炭素領域２１を形成するため、本発明のウェーハ１０のさらなるゲッタリング能力の向上が望めるためである。
さらに、前記有機物は、有機炭素化合物、例えば、Ｎメチルピロリドン又はポリビニルピロリドン等であることが好ましい。上記いずれかの有機物を用いれば、前記高濃度炭素領域２１の形成を簡便に行うことができるためである。
さらにまた、本発明による製造方法では、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３の貼り合わせ面２２ａ、４３ａとは反対の面２２ｂ、４３ｂに、それぞれ、ポリシリコン膜（図示せず）を形成させることが好ましい。前記ポリシリコン膜を形成すれば、ゲッタリングシンクとしての役目を果たすため、さらなるゲッタリング効果の向上が望めるからである。
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
次に、本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハをサンプルとして作製し、性能を評価したので、以下で説明する。
（実施例１）
実施例１は、図４に示すように、Ｃを含有するｐ型シリコン（C濃度：1.0×1015 atoms／cm3、比抵抗：10mΩ・cm）の活性層用基板４１上に、CVD法によりSiからなるエピタキシャル膜を形成してなるエピタキシャルウェーハを活性層用ウェーハ４３として用意し（図４(ａ)）、その表面に、熱酸化処理を施して膜厚0.1μmの絶縁層３０を形成した（図４(ｂ)）。その後、前記絶縁層３０を介して、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる（C濃度：1.0×1015 atoms／cm3、比抵抗：10mΩ・cm）の支持基板用ウェーハ２２（図４(ｃ)）と、前記活性層用ウェーハ４３とを貼り合わせた後（図４(ｄ)）、該活性層用ウェーハ４３を、研磨および化学エッチングにより薄膜化することにより、所定の支持基板２０、絶縁層３０及び活性層４０を有するSOIウェーハであるサンプルの裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を作製した（図４(ｅ)）。
（実施例１）
実施例１は、図４に示すように、Ｃを含有するｐ型シリコン（C濃度：1.0×1015 atoms／cm3、比抵抗：10mΩ・cm）の活性層用基板４１上に、CVD法によりSiからなるエピタキシャル膜を形成してなるエピタキシャルウェーハを活性層用ウェーハ４３として用意し（図４(ａ)）、その表面に、熱酸化処理を施して膜厚0.1μmの絶縁層３０を形成した（図４(ｂ)）。その後、前記絶縁層３０を介して、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる（C濃度：1.0×1015 atoms／cm3、比抵抗：10mΩ・cm）の支持基板用ウェーハ２２（図４(ｃ)）と、前記活性層用ウェーハ４３とを貼り合わせた後（図４(ｄ)）、該活性層用ウェーハ４３を、研磨および化学エッチングにより薄膜化することにより、所定の支持基板２０、絶縁層３０及び活性層４０を有するSOIウェーハであるサンプルの裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を作製した（図４(ｅ)）。
（実施例２〜５）
実施例２〜５は、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３のC濃度が、表１に示すような値を有すること以外は、実施例１と同様の工程（図４(ａ)〜(ｅ)）により、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を作製した。
実施例２〜５は、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３のC濃度が、表１に示すような値を有すること以外は、実施例１と同様の工程（図４(ａ)〜(ｅ)）により、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を作製した。
（実施例３）
実施例３は、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３のC濃度が、表１に示すような値を有し、さらに、前記支持基板用ウェーハ２２と前記活性層用ウェーハ４３との貼り合わせ工程（図４(ｄ)）の前に、前記支持基板用ウェーハ２２の貼り合わせ面２１ａに、N−メチル−2−ピロリドンからなる有機物を吸着させた後、貼り合わせて熱処理を行うことで、貼り合わせ界面１０ａに、高濃度炭素領域２１を形成したこと以外は、実施例１と同様の工程（図４(ａ)〜(ｅ)）により、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を作製した。
実施例３は、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３のC濃度が、表１に示すような値を有し、さらに、前記支持基板用ウェーハ２２と前記活性層用ウェーハ４３との貼り合わせ工程（図４(ｄ)）の前に、前記支持基板用ウェーハ２２の貼り合わせ面２１ａに、N−メチル−2−ピロリドンからなる有機物を吸着させた後、貼り合わせて熱処理を行うことで、貼り合わせ界面１０ａに、高濃度炭素領域２１を形成したこと以外は、実施例１と同様の工程（図４(ａ)〜(ｅ)）により、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を作製した。
（実施例４）
実施例４は、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３のC濃度が、表１に示すような値を有し、さらに、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３の貼り合わせ面２２ａ、４３ａとは反対の面２２ｂ、４３ｂに、それぞれ、ポリシリコン膜（図示せず）を形成したこと以外は、実施例１と同様の工程（図４(ａ)〜(ｅ)）により、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を作製した。
実施例４は、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３のC濃度が、表１に示すような値を有し、さらに、前記支持基板用ウェーハ２２及び前記活性層用ウェーハ４３の貼り合わせ面２２ａ、４３ａとは反対の面２２ｂ、４３ｂに、それぞれ、ポリシリコン膜（図示せず）を形成したこと以外は、実施例１と同様の工程（図４(ａ)〜(ｅ)）により、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を作製した。
（比較例１）
比較例１は、Siからなる支持基板用ウェーハ（C含有なし）と、Siからなる活性層用ウェーハとを、酸化膜を介して、貼り合せた後、前記活性層用ウェーハの一部を除去することで、一般的な貼り合わせSOIを作製し、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハとした。
比較例１は、Siからなる支持基板用ウェーハ（C含有なし）と、Siからなる活性層用ウェーハとを、酸化膜を介して、貼り合せた後、前記活性層用ウェーハの一部を除去することで、一般的な貼り合わせSOIを作製し、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハとした。
（評価方法）
上記実施例及び比較例で作製した各サンプルについて評価を行った。評価方法を以下に示す。
上記実施例及び比較例で作製した各サンプルについて評価を行った。評価方法を以下に示す。
（１）白傷欠陥
上記実施例及び比較例で作製した各サンプルを用いて裏面照射型固体撮像素子を作製し、その後、該裏面照射型固体撮像素子について、半導体パラメータ解析装置を用いて、フォトダイオードの暗時リーク電流を測定し画素データ（白傷欠陥の個数データ）に変換することで、単位面積（cm2）あたりの白傷欠陥の個数を測定し、白傷欠陥の発生の抑制について評価した。以下に評価基準を示し、測定結果及び評価結果を表１に示す。
◎：５個以下
○：５個超え、５０個以下
×：５０個超え
上記実施例及び比較例で作製した各サンプルを用いて裏面照射型固体撮像素子を作製し、その後、該裏面照射型固体撮像素子について、半導体パラメータ解析装置を用いて、フォトダイオードの暗時リーク電流を測定し画素データ（白傷欠陥の個数データ）に変換することで、単位面積（cm2）あたりの白傷欠陥の個数を測定し、白傷欠陥の発生の抑制について評価した。以下に評価基準を示し、測定結果及び評価結果を表１に示す。
◎：５個以下
○：５個超え、５０個以下
×：５０個超え
（２）重金属汚染
得られたサンプルについて、スピンコート汚染法により、サンプルの表面をニッケル（1.0×1012atoms/cm2）で汚染させた後、900℃で1時間熱処理を施し、その後、活性層表面から2μｍを化学分析することにより、Cu汚染量の減少率（％）を算出した。評価結果は以下の通りであり、測定結果及び評価結果を表１に示す。
◎：10％未満
○：10％以上、50％未満
×：50％以上
得られたサンプルについて、スピンコート汚染法により、サンプルの表面をニッケル（1.0×1012atoms/cm2）で汚染させた後、900℃で1時間熱処理を施し、その後、活性層表面から2μｍを化学分析することにより、Cu汚染量の減少率（％）を算出した。評価結果は以下の通りであり、測定結果及び評価結果を表１に示す。
◎：10％未満
○：10％以上、50％未満
×：50％以上
表１の結果から、実施例１〜５は、比較例１に比べて、白傷欠陥の発生及び重金属汚染について抑制できていることがわかった。さらに、実施例６及び７は、実施例１よりもゲッタリング能力が高く、白傷欠陥の発生及び重金属汚染の抑制効果がさらに高いことがわかった。
この発明によれば、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ、その製造方法及び裏面照射型固体撮像素子の提供が可能になった。
１０ 裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ、SOIウェーハ
２０ 支持基板
２１ 高濃度炭素領域
２２ 支持基板用ウェーハ
３０ 絶縁層
４０ 活性層
４１ 活性層用基板
４２ エピタキシャル層
４３ 活性層用ウェーハ
５０ 光電変換素子
６０ 電荷転送トランジスタ
６１ 埋め込み配線
７０ 画素
８０ 基板
９０ アライメントマーク
２０ 支持基板
２１ 高濃度炭素領域
２２ 支持基板用ウェーハ
３０ 絶縁層
４０ 活性層
４１ 活性層用基板
４２ エピタキシャル層
４３ 活性層用ウェーハ
５０ 光電変換素子
６０ 電荷転送トランジスタ
６１ 埋め込み配線
７０ 画素
８０ 基板
９０ アライメントマーク
Claims (13)
- 表面側に光電変換素子及び電荷転送トランジスタを含む複数の画素を有し、裏面を受光面とする、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハであって、
該ウェーハは、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる支持基板上に、絶縁層を介して、所定の活性層を形成してなるSOIウェーハであることを特徴とする裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ。 - 前記活性層は、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる活性層用基板上に形成した、Siからなるエピタキシャル層であることを特徴とする請求項１記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ。
- 前記支持基板及び前記活性層用基板のＣ濃度は、いずれも、1.0×1016〜1.0×1018 atoms／cm3の範囲であることを特徴とする請求項２記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ。
- 前記支持基板に含有されるＣ原子は、前記絶縁層との界面直下に、Ｃ濃度が5.0×1015〜1.0×1018 atoms／cm3である高濃度炭素領域として存在することを特徴とする請求項１、２又は３項記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ。
- 前記支持基板は、B又はGaをさらに含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ。
- 請求項１〜５のいずれか１項記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの前記画素に、画像データを転送するための埋め込み電極を接続してなる、裏面照射型固体撮像素子。
- 表面側に光電変換素子及び電荷転送トランジスタを含む複数の画素を形成し、裏面を受光面とする、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法であって、
該シリコン基板は、絶縁層を介して、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる支持基板用ウェーハと、所定の活性層用ウェーハとを貼り合わせた後、該活性層用ウェーハを薄膜化することにより形成することを特徴とする裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。 - 前記活性層用ウェーハは、Ｃを含有するｐ型半導体材料からなる活性層用基板上に、Siからなるエピタキシャル膜を形成してなるエピタキシャルウェーハであることを特徴とする請求項７記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
- 前記支持基板用ウェーハ及び前記活性層用基板のＣ濃度は、いずれも、5.0×1015〜1.0×1018 atoms／cm3の範囲であることを特徴とする請求項８記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
- 前記支持基板用ウェーハと前記活性層用ウェーハとを貼り合わせる前に、それぞれのウェーハに対して、600〜800℃の熱処理を施すことを特徴とする請求項８又は９記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
- 前記支持基板用ウェーハ及び／又は前記活性層用ウェーハの貼り合わせ面に、所定の有機物を吸着させた後、貼り合わせを行うことを特徴とする請求項７、８又は９記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
- 前記有機物は、有機炭素化合物であることを特徴とする請求項１１記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
- 前記支持基板用ウェーハ及び前記活性層用ウェーハの貼り合わせ面とは反対の面に、それぞれ、ポリシリコン膜を形成させることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
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