JP2015170732A - レーザ加熱処理方法、及び、固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

レーザ加熱処理方法、及び、固体撮像装置の製造方法 Download PDF

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裕之 福水
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良夫 笠井
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孝明 南
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有作 今野
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好一 河村
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Abstract

【課題】対象物の形状変化を抑制しつつ加熱するレーザ加熱処理方法、及び、固体撮像装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板の表面に凹凸部が設けられた構造体を覆うように、前記構造体よりも融点の高いＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯＮの少なくとも１つを含む膜を形成し、レーザ波長に対する透過率が前記構造体よりも前記膜が高いレーザを用いて、前記膜及び前記構造体にレーザを照射して前記構造体を加熱する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、レーザ加熱処理方法、及び、固体撮像装置の製造方法に関する。
加熱処理する方法として、対象物にレーザを照射する方法がある。対象物である基板の上に微細パターンの凹凸が設けられている場合もある。このような基板を加熱処理する際に、微細パターンの形状を維持しつつ加熱処理することが望まれる。
特開２００６−０３２４９７号公報
本発明の実施形態は、対象物の形状変化を抑制しつつ加熱するレーザ加熱処理方法、及び、固体撮像装置の製造方法を提供する。
本発明の実施形態によれば、基板上に設けられた構造体を覆うように、前記構造体よりも融点の高い膜を形成し、前記膜及び前記構造体にレーザを照射して前記構造体を加熱するレーザ加熱処理方法が提供される。
第１の実施形態に係るレーザ加熱処理方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るレーザ加熱処理方法に用いられる基板を示す図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、基板を示す参考図である。 第１の実施形態に係るレーザ加熱処理方法に用いられる基板を示す図である。 第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す模式的断面図である。 レーザの照射量と暗電流との関係を示す参考図である。 レーザの照射量と感度との関係を示す参考図である。 図８（ａ）〜図８（ｄ）は、レーザの照射量とＤＴＩ構造との関係を示す参考図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、レーザの照射量とＤＴＩ構造との関係を示す参考図である。 第２の実施形態におけるレーザの照射量と感度との関係を示す図である。 第３の実施形態におけるレーザの照射量とＤＴＩ構造との関係を示す図である。 第３の実施形態におけるレーザの照射量と感度との関係を示す図である。 図１３（ａ）〜図１３（ｉ）は、固体撮像装置の製造工程の一部のフローチャートである。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るレーザ加熱処理方法を例示するフローチャートである。 図１に表したように、基板を準備する（ステップＳ１１０）。基板は、例えば、Ｓｉ基板である。基板上に構造体が設けられている。基板の表面には、例えば、凹凸部等が形成されている。
基板の表面に膜を形成する（ステップＳ１２０）。基板がＳｉ基板である場合、膜の材料として、Ｓｉよりも融点の高い材料が用いられる。構造体を覆うように構造体よりも融点の高い膜が基板上に形成される。膜の材料として、後述するレーザの波長に対して透過率が高い材料が用いられる。例えば、膜のレーザの波長に対する透過率は、構造体のレーザの波長に対する透過率よりも高い。膜の材料として、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４又はＳｉＯＮが用いられる。
基板の表面をレーザによって照射する（ステップＳ１３０）。基板の表面がレーザによって照射され、基板の表面が加熱される。膜及び構造体にレーザを照射して構造体を加熱する。レーザはエキシマレーザ（波長３０８ナノメートル）等を用いる。
図２は、第１の実施形態に係るレーザ加熱処理方法に用いられる基板を例示する図である。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、基板を例示する参考図である。
図４は、第１の実施形態に係るレーザ加熱処理方法に用いられる基板を例示する図である。
図２は、レーザが照射される前のＳｉ基板の表面の形状を示している。図３（ａ）は、照射量が１．３（Ｊ／ｃｍ２）のレーザをＳｉ基板に照射した後のＳｉ基板の表面の形状を示している。図３（ｂ）は、照射量が２．０（Ｊ／ｃｍ２）のレーザをＳｉ基板に照射した後のＳｉ基板の表面の形状を表している。図４は、Ｓｉ基板の表面をＳｉＯ２膜で覆い（凹部の内側にＳｉＯ２膜を埋め込み）、照射量が２．０（Ｊ／ｃｍ２）のレーザをＳｉ基板に照射した後のＳｉ基板の表面の形状を示している。図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４において、図２で示した凹凸部を有するＳｉ基板の表面にレーザを照射している。
Ｓｉ基板の表面の温度がＳｉの融点（１４１４℃）以上に上昇した場合、Ｓｉ基板の表面が溶融する。溶融するときの表面張力によって、Ｓｉ基板の表面に形成された凹凸部が変形する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に表したように、レーザの照射量（照射エネルギー）が増加するにつれて、Ｓｉ基板の表面に形成された凹凸部は大きく変形している。Ｓｉ基板の表面に凹凸部が形成されている場合に、Ｓｉの融点以上にＳｉ基板を加熱すると、Ｓｉ基板の表面の形状は変化する。Ｓｉ基板の表面が平坦である場合、Ｓｉ基板の表面の形状に大きな変化は見られない。
図４において、Ｓｉ基板をＳｉＯ２膜で覆った後にＳｉ基板をレーザで照射しているので、Ｓｉ基板上の凹凸部の形状は大きく変化していない。
Ｓｉよりも融点の高い材料を含む膜（例えば、ＳｉＯ２膜）で覆った後、レーザでＳｉ基板の表面を照射する。Ｓｉ基板の表面に形成された凹凸部の形状を大きく変化させることなく、Ｓｉの融点以上にＳｉを加熱できる。
表面をＳｉＯ２膜で覆ったＳｉ基板がレーザで照射される。ＳｉＯ２膜は、３０８ナノメートルの波長（エキシマレーザの波長）に対して透過性を有するので、レーザ光はＳｉＯ２膜を透過する。透過されたレーザ光がＳｉ基板の表面に吸収されてＳｉが加熱される。
Ｓｉ基板の表面は、Ｓｉよりも融点が高いＳｉＯ２膜（融点：１６５０℃）で覆われているので、Ｓｉが溶融されて凹凸部の形状が変化することを抑制できる。その後、ＳｉＯ２膜は、ＨＦ等の薬液で除去できる。
被加熱材料（例えば、Ｓｉ）よりも融点が高く、レーザ光に対して透過性の高い材料（例えば、ＳｉＯ２）を、被加熱材料を含む基板の表面に覆う。基板の表面に凹凸部等が設けられている場合、基板の表面の形状に大きな変化が生じることなく、被加熱材料の融点よりも高い温度で被加熱材料を加熱できる。
本実施形態では、Ｓｉ基板の表面にＳｉＯ２膜を形成した後、凹凸部を有するＳｉ基板の表面をエキシマレーザ（波長３０８ナノメートル）により加熱している。Ｓｉ基板の表面をＭｏ膜で覆い（凹部の内側にＭｏ膜を埋め込み）、凹凸部を有するＳｉ基板の表面をエキシマレーザにより加熱しても良い。
Ｍｏは、３０８ナノメートルの波長に対して、低い光透過率を有する。Ｍｏは、３０８ナノメートルの波長に対して、高い光反射率を有すると共に光を吸収する。Ｍｏ膜がレーザの光で照射されると、Ｍｏ膜の表面が加熱される。Ｍｏの熱伝導率は高く、Ｍｏ膜の表面で吸収した熱をＳｉまで伝えることができる。Ｍｏの融点（２６００℃）は高いので、Ｓｉの誘電異常が生じる１５００℃までＳｉ基板の表面を加熱しても、Ｓｉ基板の表面の形状が大きく変化することはない。
Ｓｉの基板の表面を覆ったＭｏを除去する場合、濃硫酸と濃硝酸の混合液を用いてＭｏをエッチングする。
本実施形態に係るレーザ加熱処理方法は、例えば、固体撮像素子の製造方法などに応用できる。例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの固体撮像素子において、半導体基板上に、光電変換素子を含む微細パターンが形成される。このような基板の表面にレーザを照射して加熱処理することにより、界面準位等によって生じる暗電流を減少させる。画素数の増大化に伴う画素の微細化が進み、このような構造を有する固体撮像素子において、暗電流を減少させると共に感度の向上が望まれる。本実施形態に係るレーザ加熱処理方法を用いることで、基板の微細パターンの形状を維持しつつ、所望の加熱処理を行うことができる。
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す模式的断面図である。
固体撮像装置１１０は、例えば、半導体層１０と、半導体層１０の第２面１０ｂ上に形成された酸化膜２０、酸化膜２０の上に形成された反射防止膜３０と、反射防止膜３０の上に形成された平坦化層４０と、平坦化層４０の上に形成されたカラーフィルタ５０と、カラーフィルタ５０の上に形成されたマイクロレンズ６０と、半導体層１０の第１面１０ａ上に形成された配線層７０と、を含む。配線層７０上には支持基板等が設けられる。
半導体層１０は、第１面１０ａ及び第２面１０ｂを有する。第１面１０ａは、第２面１０ｂの反対側の面である。本実施形態において、第１面１０ａが表面であり、第２面１０ｂが裏面である。本実施形態の固体撮像装置１１０は、例えば、裏面照射型の固体撮像装置である。
酸化膜２０は、例えば、シリコン酸化膜である。半導体層１０がＳｉを含む層であり、酸化膜２０がシリコン酸化膜である場合、ＳｉとＳｉＯ２との界面には、界面準位による暗電流が発生することがある。暗電流の発生を抑制するために、半導体層１０と酸化膜２０との間にＨｆＯ２膜又はＨｆＯ２／ＳｉＯ２の積層膜を設けても良い。
反射防止膜３０は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、又はＴａＯ等である。６３３ナノメートルの光の波長に対するＳｉＯ２の屈折率は、１．５である。６３３ナノメートルの光の波長に対するＳｉＮ及びＳｉＯＮの屈折率は、１．８である。光の波長６３３ナノメートルに対するＴａＯの屈折率は、２．１である。光の波長６３３ナノメートルに対するＳｉＮ、ＳｉＯＮ、及びＴａＯの屈折率は、ＳｉＯ２の屈折率より高い。
平坦化層４０は、カラーフィルタ５０が形成される面を平坦化する層である。
カラーフィルタ５０は、それぞれ異なる波長域の光を透過する。カラーフィルタ５０は、例えば、赤色の波長域の光を透過するＲカラーフィルタと、緑色の波長域の光を透過するＧカラーフィルタと、青色の波長域の光を透過するＢカラーフィルタと、を含む。
マイクロレンズ６０は、光源から入射された光を集光し、半導体層１０の第２面１０ｂ（裏面）側に光を導く。
配線層７０は、絶縁層と、絶縁層内に形成された配線と、を含む。配線層７０は、信号を読み出すための回路等を含む。配線層７０は、後述する受光部１１に蓄積された電荷を読み出す。
半導体層１０は、Ｓｉ基板等の半導体基板上に形成されたエピタキシャル層である。半導体層１０内に、受光部１１と、中間層１２と、遮光膜１３とが設けられている。半導体層１０の膜厚は、例えば、４マイクロメートル程度である。
受光部１１は、フォトダイオードＰＤを含む画素領域に対応する。受光部１１は、例えば、ｎ型のＳｉ層である。受光部１１は、マイクロレンズ６０から半導体層１０に向かう方向に照射された光を信号変換して電荷を蓄積する。
遮光膜１３は、受光部１１（画素領域）間に形成される。遮光膜１３は、隣り合う受光部１１を分離する。遮光膜１３は、酸化膜２０に接触する。受光部１１（画素領域）間に開口部（凹部）を形成し、遮光膜１３を開口部内に埋め込む構造は、例えば、ＤＴＩ（Deep Trench Isolation）構造と呼ばれている。開口部内に埋め込まれる遮光膜１３は、絶縁膜、又は、タングステン等を含む金属膜である。遮光膜１３として、スズ等を含む金属膜を用いても良い。遮光膜１３として、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜又はカーボンを用いても良い。
隣り合う受光部１１を分離するために、受光部１１間にｐ型の分離層を設けても良い。受光部１１間にｐ型の分離層を設ける場合、遮光膜１３は、分離層に覆われるように分離層内に形成しても良い。分離層が隣り合う受光部１１を分離するので、画素領域間での光電子の混色が抑制される。
導電性の金属膜を用いて遮光膜１３を形成する場合、受光部１１（Ｓｉ）と遮光膜１３との間にシリコン酸化膜等を形成する。シリコン酸化膜は絶縁膜として機能する。シリコン酸化膜等を形成した後、金属膜にグランド又は負の電圧を印加しても良い。受光部１１（Ｓｉ）と遮光膜１３との界面でホールが発生し、暗電流が低減する。
材料の光に対する吸収係数は、波長依存性を有する。例えば、波長４００ナノメートルの青色の光を用いる場合、Ｓｉの吸収係数は、８×１０４（ｃｍ−１）である。例えば、波長７００ナノメートルの赤色の光を用いる場合、Ｓｉの吸収係数は、２×１０３（ｃｍ−１）である。青色の光と比較して波長が長い赤色の光はＳｉに対して低い吸収率を有し、青色の光はＳｉに対して高い吸収率を有する。
隣接する画素領域での混色を考慮すると、青色の画素領域から青色の画素領域に隣接する画素領域への混色は少ない。青色の光と比較して波長が長い赤色の光は、受光する画素領域で低い吸収率を有する。赤色の光は吸収率が低いので、光電変換されない。第２面１０ｂから第１面１０ａに向かう方向に対して傾斜した角度で受光部１１（画素領域）に入射した光は、隣りの受光部１１（画素領域）に入射する。光電変換前の光によって、混色が生じる場合がある。
遮光膜１３が隣り合う受光部１１（画素領域）間に形成されると、第２面１０ｂから第１面１０ａに向かう方向に対して傾斜した角度で受光部１１に入射した光が遮光膜１３によって反射される。遮光膜１３によって反射された光は、所望の画素領域内に入射される。隣り合う受光部１１間に遮光膜１３を形成すると、隣り合う画素領域間の遮光性を高くできる。隣り合う画素領域間での混色を抑制できる。
遮光膜１３は、反射性を有する材料を含むことが望ましい。反射性を有する材料を遮光膜１３に用いることで、画素の感度を高めることができる。
中間層１２は、遮光膜１３の側面及び底面に形成されている。中間層１２を遮光膜１３の側面及び底面を囲むように形成すると、暗電流を低減できる。中間層１２は、例えば、Ｐ層である。受光部１１（画素領域）間に開口部が形成された後、イオン注入又はプラズマドーピング等を用いて、開口部の内側面にボロン等が注入され、中間層１２が開口部の内側面に形成される。
開口部の内側面に中間層１２が形成され、中間層１２上に遮光膜１３が形成された後、半導体層１０の第２面１０ｂ（遮光膜１３の表面）からレーザアニールが行われる。注入されたボロンが活性化し、ボロンの注入欠陥が修復される。レーザアニールは、例えば、エキシマレーザアニールである。スパイクアニール又はランプアニールを行うと、半導体層１０の全体が加熱される。エキシマレーザアニールを用いると、裏面照射型の固体撮像装置１１０において半導体層１０の第２面１０ｂを加熱できる。裏面照射型の固体撮像装置１１０ではＣＭＯＳが設けられている。レーザアニールの使用によって、トランジスタの特性への影響、及び、Ａｌ又はＣｕによって形成される配線層への影響は少ない。
レーザの波長は、例えば、３０８ナノメートルである。加熱される材料の表層で吸収できれば、レーザの波長は任意に決定できる。３０８ナノメートルの波長において、Ｓｉがレーザ光を吸収する深さは、７ナノメートル程度である。
開口部の内側面に中間層１２が形成され、中間層１２上に遮光膜１３が形成された後、半導体層１０の第２面１０ｂ（遮光膜１３の表面）からレーザを照射する。このような方法で固体撮像装置を製造すると、感度の減少が少なく、暗電流が低減された固体撮像装置が提供される。
以下、上記のような条件を見出す基となった実験結果について説明する。
図６〜図９に示された第１〜第４実験では、固体撮像装置１１０において、半導体層１０内の受光部１１間に開口部が形成され、開口部の内側面にボロンがイオン注入される。その後、半導体層１０の第２面１０ｂからレーザが照射され、遮光膜１３としてＳｉＯ２膜が開口部内に埋め込まれる。図６〜図９は、第２の実施形態に係る固体撮像装置１１０に関する参考図である。
図１０に示された第５実験では、固体撮像装置１１０において、半導体層１０内の受光部１１間に開口部が形成され、開口部の内側面にボロンがイオン注入される。その後、遮光膜１３としてＳｉＯ２膜が開口部内に埋め込まれ、半導体層１０の第２面１０ｂ（遮光膜１３の表面）からレーザが照射される。図１０は、第２の実施形態に係る固体撮像装置１１０に関する図である。
（第１実験）
図６は、レーザの照射量と暗電流との関係を例示した参考図である。
図６の横軸は、レーザの照射量Ｉｒ（Ｊ／ｃｍ２）である。縦軸は、暗電流Ｉｄ（任意単位）である。
図６において、レーザの照射量Ｉｒと暗電流Ｉｄとの関係が表されている。レーザの照射量Ｉｒを増加すると、暗電流Ｉｄは減少する。
（第２実験）
図７は、レーザの照射量と感度との関係を例示した参考図である。
図７の横軸は、レーザの照射量Ｉｒ（Ｊ／ｃｍ２）である。縦軸は、感度Ｓ（任意単位）である。
図７において、レーザの照射量Ｉｒと感度Ｓとの関係が表されている。レーザの照射量Ｉｒが１．２（Ｊ／ｃｍ２）から１．４（Ｊ／ｃｍ２）の範囲では、感度Ｓが減少する割合は少ない。レーザの照射量Ｉｒが１．５（Ｊ／ｃｍ２）以上になると、感度Ｓが著しく減少する。この著しい減少は、ＤＴＩ構造の側壁上に形成されたＳｉが溶融して側壁の形状が変化して、画素領域への光の入射量が減少することに起因すると考えられる。画像領域の形状が変化することによって画素領域への光の入射量が減少する。この著しい減少は、ＤＴＩ構造の側壁上に形成された中間層１２の幅が遮光膜１３の表面から底面に向かう方向に広がったことにも起因すると考えられる。
（第３実験）
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、レーザの照射量とＤＴＩ構造との関係を例示した参考図である。
図８（ａ）は、レーザの照射量Ｉｒを１．２（Ｊ／ｃｍ２）とした場合のＤＴＩ構造の側壁の形状を示している。図８（ｂ）は、レーザの照射量Ｉｒを１．３（Ｊ／ｃｍ２）とした場合のＤＴＩ構造の側壁の形状を示している。図８（ｃ）は、レーザの照射量Ｉｒを１．４（Ｊ／ｃｍ２）とした場合のＤＴＩ構造の側壁の形状を示している。図８（ｄ）は、レーザの照射量Ｉｒを１．５（Ｊ／ｃｍ２）とした場合のＤＴＩ構造の側壁の形状を示している。
図８（ａ）〜図８（ｄ）において、レーザの照射量ＩｒとＤＴＩ構造の側壁の形状との関係が表されている。レーザが照射される時、溝の内部に遮光膜１３は形成されていない。レーザの照射量Ｉｒが増加すると、側壁上に形成されたＳｉが溶融して側壁の形状が変化する。
（第４実験）
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、レーザの照射量とＤＴＩ構造との関係を例示した参考図である。
半導体層１０内の受光部１１間に開口部が形成され、開口部の内側面にボロンがイオン注入される。半導体層１０の第２面１０ｂからレーザが照射され、遮光膜１３としてＳｉＯ２膜が開口部内に埋め込まれる。その後、走査型広がり抵抗顕微鏡法（Scanning Spreading Resistance Microscopy）によってＤＴＩ構造の形状を観察している。
レーザが半導体層１０の第２面１０ｂに照射されているので、ボロンが活性化する。半導体層１０の第２面１０ｂにおける開口部付近の抵抗値が下がる。
図９（ａ）に表したように、レーザの照射量Ｉｒが１．２（Ｊ／ｃｍ２）である場合、半導体層１０の第２面１０ｂにおける開口部の幅は広い。開口部の幅は、半導体層１０の第２面１０ｂから第１面１０ａに向かう方向につれて狭くなる。ＤＴＩ構造の底面に近い位置ではレーザ光が吸収される量が減少する。
図９（ｂ）に表したように、レーザの照射量Ｉｒが１．５（Ｊ／ｃｍ２）である場合、半導体層１０の第２面１０ｂにおける開口部の幅は広い。ＤＴＩ構造の底面に近い位置においてもボロンが活性化している。Ｓｉの溶融によってＤＴＩ構造の側壁が凸状を有する。
レーザの照射量Ｉｒを増加して、中間層１２の幅が、半導体層１０の第２面１０ｂから第１面１０ａに向かう方向に広がると、中間層１２はレーザの入射光の光電変換に作用しない。中間層１２の幅が広がると、感度が低下する。
（第５実験）
図１０は、第２の実施形態におけるレーザの照射量と感度との関係を示す図である。
図１０の横軸は、レーザの照射量Ｉｒ（Ｊ／ｃｍ２）である。縦軸は、感度Ｓ（任意単位）である。
図１０に表したように、図７と比較して、特定のレーザの照射量Ｉｒから感度が著しく減少することはない。レーザの照射量Ｉｒの増加とともに徐々に感度は減少する。レーザの光が受光部１１のＳｉに吸収され易いので、ＤＴＩ構造の側壁のレーザ光の吸収分布が大きい。半導体層１０の第２面１０ｂにおける開口部の幅は広くなる。
ＤＴＩ構造において、遮光膜１３の側面及び底面に中間層１２を形成し、半導体層１０の第２面１０ｂにレーザを照射すると、暗電流が低下する。遮光膜１３としてＳｉＯ２膜が開口部内に埋め込まれているので、ＤＴＩ構造の側壁の形状変化による感度低下を抑制できる。
本実施形態では、感度の減少が少なく、暗電流を低減することができるので、表示品質が向上した固体撮像装置を提供できる。
（第３の実施形態）
図１１及び図１２に示された第６及び第７実験では、固体撮像装置１１０において、半導体層１０内の受光部１１間に開口部が形成され、開口部の内側面にボロンがイオン注入される。イオン注入後にシリコン酸化膜が開口部内に形成され、遮光膜１３としてタングステンを含む金属膜が埋め込まれる。その後、半導体層１０の第２面１０ｂからレーザが照射される。
（第６実験）
図１１は、第３の実施形態におけるレーザの照射量とＤＴＩ構造との関係を例示した図である。
図１１において、遮光膜１３の表面にレーザが照射された後、走査型広がり抵抗顕微鏡法によってＤＴＩ構造の形状を観察している。レーザの照射量Ｉｒは、１．６（Ｊ／ｃｍ２）である。
タングステンの３０８ナノメートルの光の波長に対する吸収深さは、１０ナノメートル程度である。タングステンによって熱が伝わり、ＤＴＩ構造の側壁に形成されたボロンが活性化されて注入欠陥の回復が行われる。ＤＴＩ構造の側壁ではレーザの光が吸収され難いので、ＤＴＩ構造の側壁での温度分布が緩和される。遮光膜１３としてモリブデン、チタン又はタンタルを含む金属膜が埋め込まれても良い。
（第７実験）
図１２は、第３の実施形態におけるレーザの照射量と感度との関係を例示した図である。
図１２の横軸は、レーザの照射量Ｉｒ（Ｊ／ｃｍ２）である。縦軸は、感度Ｓ（任意単位）である。
図１２に表したように、特定のレーザの照射量Ｉｒから感度が著しく減少することはない。レーザの照射量Ｉｒの増加とともに徐々に感度は減少する。感度が減少する割合は少ない。ＤＴＩ構造の側壁の形状が変化しないこと、及び、遮光膜１３の側面に形成された中間層１２の幅が均一に広がることによって、感度が減少する割合は少ない。
本実施形態では、感度の減少が少なく、暗電流を低減することができるので、表示品質が向上した固体撮像装置を提供できる。
図１３（ａ）〜図１３（ｉ）は、固体撮像装置の製造工程の一部のフローチャートである。
図１３（ａ）〜図１３（ｉ）において、ＤＴＩ構造を形成する工程が表されている。
図１３（ａ）において、半導体層１０の第２面１０ｂ上に中間膜２１及び酸化膜２２を順に積層したハードマスクを用いて、画素領域内に溝となる開口部２３を形成する。開口部２３は、反応性イオンエッチングを含むエッチング法によって形成される。
中間膜２１として、例えば、ＳｉＮ膜が用いられる。酸化膜２２として、例えば、ＳｉＯ２膜が用いられる。ＳｉＮ膜の厚さは、例えば、５０ナノメートル程度である。ＳｉＯ２膜の厚さは、例えば、２００ナノメートル程度である。
図１３（ｂ）において、画素領域内に形成された開口部２３が形成された後、開口部の内側面にボロン等がイオン注入される。その後、遮光膜１３としてＳｉＯ２膜等が開口部内に埋め込まれ、半導体層１０の第２面１０ｂからレーザが照射される。
遮光膜１３が金属膜である場合、絶縁膜としてシリコン酸化膜をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって形成した後、バリアメタルとしてＴｉＮ膜を形成しても良い。シリコン酸化膜の厚さは、例えば、１０ナノメートル程度である。ＴｉＮ膜の厚さは、例えば、５ナノメートル程度である。
図１３（ｃ）において、遮光膜１３を平坦化する。遮光膜１３は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法等によって平坦化される。
図１３（ｄ）において、酸化膜２０を形成する。酸化膜２０は、例えば、ＳｉＯ２膜である。酸化膜２０の厚さは、例えば、３００ナノメートル程度である。
図１３（ｅ）において、第２面１０ｂ上に遮光膜１３を露出させる。遮光膜１３は、反応性イオンエッチングを含むエッチング法によって酸化膜２０をエッチングすることで露出される。
図１３（ｆ）において、第２面１０ｂ上に半導体層１０内に形成された溝２４を露出させる。反応性イオンエッチングを含むエッチング法によって酸化膜２０をエッチングすることで溝２４が露出される。
図１３（ｇ）において、酸化膜２０の表面、及び、半導体層１０の第２面１０ｂの内で露出された部分に、オーバーコート膜２５を形成する。オーバーコート膜２５は、例えば、Ａｌ膜である。
図１３（ｈ）において、オーバーコート膜２５の一部を除去する。反応性イオンエッチングを含むエッチング法によってオーバーコート膜２５の一部は除去される。
図１３（ｉ）において、第２面１０ｂ上に画素領域を露出させる。ドライエッチングを含むエッチング法によって酸化膜２０をエッチングすることで画素領域が露出される。その後、カラーフィルタ５０及びマイクロレンズ６０が順に積層される。
本発明の実施形態によれば、対象物の形状変化を抑制しつつ加熱するレーザ加熱処理方法、及び、固体撮像装置の製造方法が提供される。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、基板、半導体層、受光部、中間層、遮光膜などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した液晶光学装置及び画像表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての液晶光学装置及び画像表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０…半導体層、 １０ａ…第１面、 １０ｂ…第２面、 １１…受光部、 １２…中間層、 １３…遮光膜、 ２０、２２…酸化膜、 ２１…中間膜、 ２３…開口部、 ２４…溝、 ２５…オーバーコート膜、 ３０…反射防止膜、 ４０…平坦化層、 ５０…カラーフィルタ、 ６０…マイクロレンズ、 ７０…配線層、 １１０…固体撮像装置、 Ｉｄ…暗電流、 Ｉｒ…レーザの照射量、 Ｓ…感度

Claims (10)

  1. 基板上に設けられた構造体を覆うように、前記構造体よりも融点の高い膜を形成し、
    前記膜及び前記構造体にレーザを照射して前記構造体を加熱するレーザ加熱処理方法。
  2. 前記基板の表面に、凹凸部が設けられている請求項１記載のレーザ加熱処理方法。
  3. 前記膜の前記レーザの波長に対する透過率は、前記構造体の前記波長に対する透過率よりも高い請求項１または２に記載のレーザ加熱処理方法。
  4. 前記膜は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯＮの少なくとも１つを含む請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加熱処理方法。
  5. 前記膜は、Ｍｏを含む請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加熱処理方法。
  6. 第１面と前記第１面の反対側の第２面とを有する半導体層内に複数の受光部を形成し、前記複数の受光部の間に前記第２面から凹部を形成する工程と、
    前記凹部の内側面に中間層を形成する工程と、
    前記中間層上に遮光膜を形成し、前記第２面からレーザを照射する工程と、
    を備えた固体撮像装置の製造方法。
  7. 前記遮光膜の融点は、前記半導体層の融点よりも高い請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
  8. 前記遮光膜は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯＮの少なくとも１つを含む請求項６または７に記載の固体撮像装置の製造方法。
  9. 前記遮光膜は、モリブデン、タングステン、チタン及びタンタルの少なくとも１つを含む請求項６または７に記載の固体撮像装置の製造方法。
  10. 前記複数の受光部に前記第２面から光が入射する請求項６〜９のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017076684A (ja) * 2015-10-14 2017-04-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及び撮像装置
WO2022254773A1 (ja) * 2021-06-03 2022-12-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101936795B1 (ko) * 2017-03-31 2019-01-11 (주)알엔알랩 레이저를 이용한 간접 가열 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58125824A (ja) * 1982-01-22 1983-07-27 Toshiba Corp 金属シリサイド膜の形成方法
US20100276733A1 (en) * 2000-09-27 2010-11-04 Li Choa H Solid-state circuit device
US7118942B1 (en) * 2000-09-27 2006-10-10 Li Chou H Method of making atomic integrated circuit device
JP5020562B2 (ja) * 2006-07-25 2012-09-05 株式会社 液晶先端技術開発センター シミュレーション装置、シミュレーション方法、及び半導体装置の製造方法
JP2009033004A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Fujifilm Corp 薄膜素子とその製造方法、半導体装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017076684A (ja) * 2015-10-14 2017-04-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及び撮像装置
US10861893B2 (en) 2015-10-14 2020-12-08 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging element and imaging apparatus
WO2022254773A1 (ja) * 2021-06-03 2022-12-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器

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