JP2019029583A

JP2019029583A - 光電変換装置及びその製造方法

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Publication number: JP2019029583A
Application number: JP2017149984A
Authority: JP
Inventors: 敏弘庄山; Toshihiro Shoyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2019-02-21

Abstract

【課題】金属不純物に起因する特性劣化を効果的に抑制しうる光電変換装置の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板の第１面の側に、光電変換部を形成する工程と、光電変換素子を形成する工程よりも後に、シリコン基板の第１面とは反対の第２面の側から２ＭｅＶ以上の加速エネルギーで軽元素をイオン注入する工程と、イオン注入する工程よりも後に、熱処理を行う工程とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光電変換装置及びその製造方法に関する。

半導体中に混入した金属不純物は、深い準位を形成し、発生再結合電流の原因となることが知られている。例えば、光電変換装置においては、金属不純物が混入することで光電変換素子の暗電流が増加し、ひいては画像に白傷欠陥を生じる原因となる。このような観点から、光電変換装置を含む種々の半導体装置において、ゲッタリング技術を利用して金属不純物を不動化することが行われている。

特許文献１には、配線層を形成した後にシリコン基板の裏面側から不活性元素をイオン注入してシリコン結晶にダメージを与えることにより、重金属のゲッタリングサイトとなるアモルファス層を形成する技術が開示されている。

特開２０１０−０１０５７８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、光電変換装置において生じるような、金属不純物による暗電流の増加に起因する白傷不良を抑制するに十分なゲッタリング効果を得ることはできなかった。

本発明の目的は、金属不純物に起因する特性劣化を効果的に抑制しうる光電変換装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一観点によれば、シリコン基板の第１面の側に、光電変換部を形成する工程と、前記光電変換部を形成する工程よりも後に、前記シリコン基板の前記第１面とは反対の第２面の側から２ＭｅＶ以上の加速エネルギーで軽元素をイオン注入する工程と、前記イオン注入する工程よりも後に、熱処理を行う工程とを有する光電変換装置の製造方法が提供される。

また、本発明の他の一観点によれば、シリコン基板の第１面の側に、光電変換部を形成する工程と、前記光電変換部を形成する工程の後、前記シリコン基板の前記第１面とは反対の第２面の側から軽元素をイオン注入し、前記光電変換部から１０μｍ〜５００μｍの距離を隔てた深さに、前記軽元素の注入領域を形成する工程と、前記注入領域を形成する工程の後、熱処理を行う工程とを有する光電変換装置の製造方法が提供される。

また、本発明の更に他の一観点によれば、第１面と第２面とを有するシリコン基板と、前記第１面の上に配されたトランジスタのゲート電極と、を備える光電変換装置であって、前記第１面と前記第２面との間には光電変換部が設けられており、前記光電変換部と前記第２面との間にはヘリウム及び金属を含有する領域が設けられており、前記領域と前記第２面との間の距離は７μｍ以上である光電変換装置が提供される。

また、本発明の更に他の一観点によれば、第１面と第２面とを有するシリコン基板と、前記第１面の上に配されたトランジスタのゲート電極と、を備える光電変換装置であって、前記第１面と前記第２面との間には光電変換部が設けられており、前記光電変換部と前記第２面との間には水素及び金属を含有する領域が設けられており、前記領域と前記第２面との間の距離は５０μｍ以上である光電変換装置が提供される。

本発明によれば、金属不純物に起因する光電変換装置の特性劣化を効果的に抑制することができる。

本発明の第１実施形態による光電変換装置の構成例を示すブロック図である。本発明の第１実施形態による光電変換装置の構造を示す概略断面図である。本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その1）である。本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図である。本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。本発明の第４実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の第５実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。本発明による光電変換装置は、例えば、１次元又は２次元の画像情報を検出する固体撮像装置、焦点距離測定のための位相差検出装置、光量センサ等として構成されうる。固体撮像装置は、ＭＯＳイメージセンサとして構成されてもよいし、ＣＣＤイメージセンサとして構成されてもよいし、他の形式のイメージセンサとして構成されてもよい。以下の実施形態では、本発明による光電変換装置をＭＯＳイメージセンサ（固体撮像装置）に適用した例を説明するが、これは本発明がＭＯＳイメージセンサに限定されることを意図したものではない。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図１乃至図５を用いて説明する。

図１は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示すブロック図である。図２は、本実施形態による光電変換装置の構造を示す概略断面図である。図３乃至図５は、本実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図である。

はじめに、本実施形態による光電変換装置の構造について、図１及び図２を用いて説明する。
本実施形態による光電変換装置１００は、図１に示すように、画素領域１０と、垂直走査回路２０と、列読み出し回路３０と、水平走査回路４０と、制御回路５０と、出力回路６０とを有している。

画素領域１０には、複数行及び複数列に渡ってマトリクス状に配された複数の画素１２が設けられている。それぞれの画素１２は、光電変換を行う光電変換部と、光電変換部で生成された電荷に基づく信号を読み出すための読み出し回路部とを備える。読み出し回路部は、例えば、電荷を転送する転送トランジスタ、電荷電圧変換部をリセットするリセットトランジスタ、電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタ、増幅トランジスタを選択する選択トランジスタを含む。また、読み出し回路部は、光電変換部からの電荷を保持する電荷保持部を含み得る。光電変換部以外の回路部分、例えば電荷保持部は遮光部材によって入射光が遮られる。また、画素領域１０には、分光感度特性を制御するためのカラーフィルタ、集光のためのマイクロレンズが光電変換部上に設けられており、各光電変換部間には混色を防ぐための遮光部材が形成され得る。さらに、画素領域１０には、有効な画素以外に、光電変換部が遮光されたオプティカルブラック画素、光電変換部を有さないダミー画素などのように画像を出力しない画素が含まれ得る。

画素領域１０の画素アレイの各行には、行方向（図１において横方向）に延在して、制御信号線１４が配されている。制御信号線１４は、行方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。また、画素領域１０の画素アレイの各列には、列方向（図１において縦方向）に延在して、垂直出力線１６が配されている。垂直出力線１６は、列方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。

各行の制御信号線１４は、垂直走査回路２０に接続されている。垂直走査回路２０は、画素１２から画素信号を読み出す際に画素１２の読み出し回路部を駆動するための制御信号を、制御信号線１４を介して画素１２に供給する回路部である。各列の垂直出力線１６の一端は、列読み出し回路３０に接続されている。画素１２から読み出された画素信号は、垂直出力線１６を介して列読み出し回路３０に入力される。列読み出し回路３０は、画素１２から読み出された画素信号に対して所定の信号処理、例えば増幅処理やＡＤ変換処理等の信号処理を実施する回路部である。列読み出し回路３０は、差動増幅回路、サンプル・ホールド回路、ＡＤ変換回路等を含み得る。

水平走査回路４０は、列読み出し回路３０において処理された画素信号を列毎に順次、出力回路６０に転送するための制御信号を、列読み出し回路３０に供給する回路部である。制御回路５０は、垂直走査回路２０、列読み出し回路３０及び水平走査回路４０の動作やそのタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。出力回路６０は、バッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列読み出し回路３０から読み出された画素信号を固体撮像装置の外部の信号処理部に出力するための回路部である。

なお、本明細書では、垂直走査回路２０、列読み出し回路３０、水平走査回路４０、制御回路５０、出力回路６０を、周辺回路領域と呼ぶこともある。また、周辺回路領域を構成するトランジスタを、周辺トランジスタと呼ぶものとする。

図２は、本実施形態による光電変換装置の部分断面図である。図２には、画素領域１０の画素１２を構成する素子のうち光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと転送トランジスタＭ１とを、周辺回路領域７０を構成する素子のうち１つの周辺トランジスタＭ２を、それぞれ示している。

シリコン基板１１０には、活性領域を画定する素子分離領域１１６が設けられている。図２には、素子分離領域１１６により画定された活性領域として、フォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＭ１が設けられた活性領域と、周辺トランジスタＭ２が設けられた活性領域とを示している。

画素領域１０のシリコン基板１１０内には、ウェルを構成する第１導電型（例えばＰ型）の半導体領域１１８が設けられている。半導体領域１１８の表面部には、第２導電型（例えばＮ型）の半導体領域１２２，１３２が互いに離間して設けられている。半導体領域１２２は、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積領域としての機能を備える。半導体領域１１８は、光電変換部の深さを規定する。半導体領域１３２は、フローティングディフュージョン領域である。半導体領域１２２と半導体領域１３２との間のシリコン基板１１０上には、転送トランジスタＭ１のゲート電極１２８が設けられている。半導体領域１２２，１３２は、転送トランジスタＭ１のソース及びドレインでもある。

周辺回路領域７０のシリコン基板１１０内には、ウェルを構成する第１導電型の半導体領域１２０が設けられている。半導体領域１２０の表面部には、第２導電型の半導体領域１４４，１４６が互いに離間して設けられている。半導体領域１４４と半導体領域１４６との間のシリコン基板１１０上には、周辺トランジスタＭ２のゲート電極１３０が設けられている。ゲート電極１３０及び半導体領域１４４，１４６の表面部には、金属シリサイド領域１５０が設けられている。

フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＭ１、周辺トランジスタＭ２等が設けられたシリコン基板１１０の上には、例えば酸化シリコン膜よりなる層間絶縁膜１５２が設けられている。層間絶縁膜１５２内には、金属シリサイド領域１５０に接続されたコンタクトプラグ１５６が配されている。

コンタクトプラグ１５６が配された層間絶縁膜１５２上には、コンタクトプラグ１５６に接続された配線層１５８が設けられている。配線層１５８が配された層間絶縁膜１５２上には、パッシベーション膜１６０が設けられている。

シリコン基板１１０のデバイス形成領域よりも深い部分には、ゲッタリング領域１６２が設けられている。なお、ここで言うデバイス形成領域とは、光電変換装置の構成要素、例えばフォトダイオードやトランジスタ等の半導体素子や配線層等が配された部分を意味する。一例では、シリコン基板１１０の最も深い場所に配された不純物領域、例えばウェルを構成する半導体領域１１８の底部よりも浅い部分がデバイス形成領域に該当する。

ゲッタリング領域１６２は、結晶欠陥を含み、金属不純物を捕獲して不動化する役割を有している。光電変換装置の動作時に空乏層がシリコン基板１１０の深さ方向に伸びてゲッタリング領域１６２に重なると、結晶欠陥を介したリーク電流が発生し、光電変換装置の特性劣化や消費電力の増加を引き起こす虞がある。したがって、ゲッタリング領域１６２は、少なくとも、光電変換装置の動作時に空乏層が達する深さよりも深い場所に配置する。一方、ゲッタリング領域１６２の配置場所をデバイス形成領域から離しすぎると、デバイス形成領域に混入した金属不純物のゲッタリング効果が不十分となり、金属不純物に起因する特性劣化、例えば白傷不良の抑制が困難となる。このような観点から、ゲッタリング領域１６２は、デバイス形成領域からの距離が１０μｍ〜５００μｍ程度、より好ましくは１０μｍ〜３００μｍ程度に設定することが望ましい。

次に、本実施形態による光電変換装置の製造方法について、図３乃至図５を用いて説明する。ここでは、光電変換装置の構成要素のうち、主に、フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＭ１及び周辺トランジスタＭ２に関連する部分に着目して製造方法を説明し、他の部分の説明は省略する。なお、光電変換装置の製造には、公知の半導体製造プロセスを用いることができる。ここでは説明を省略するが、後述する各工程の間に、必要に応じてその他の工程、例えば熱処理工程や洗浄処理工程等を行ってもよい。

まず、第１面１１２と、第１面１１２とは反対の第２面１１４とを有するシリコン基板１１０の第１面１１２の側に、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法を用いて素子分離領域１１６を形成する。これにより、画素領域１０及び周辺回路領域７０に、素子分離領域１１６により活性領域を画定する。

次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入を用いて、画素領域１０に、ウェルを構成する半導体領域１１８と、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積領域となる半導体領域１２２とを形成する。また、周辺回路領域７０に、ウェルを構成する半導体領域１２０を形成する。光電変換部を構成するフォトダイオードＰＤは、第１面１１２と第２面１１４との間に設けられる。

次いで、例えば熱酸化法やＣＶＤ法等を用いて、画素領域１０のシリコン基板１１０の表面にゲート絶縁膜１２４を形成し、周辺回路領域７０のシリコン基板１１０の表面にゲート絶縁膜１２６を形成する。

次いで、例えばＣＶＤ法により多結晶シリコン膜等の導電膜を堆積した後、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いてこの導電膜をパターニングし、転送トランジスタＭ１のゲート電極１２８と、周辺トランジスタＭ２のゲート電極１３０とを形成する。

次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入を用いて、画素領域１０に、転送トランジスタＭ１のドレイン領域となる半導体領域１３２を形成する。また、周辺回路領域７０に、周辺トランジスタＭ２のソース／ドレインのＬＤＤ領域又はエクステンション領域となる半導体領域１３４，１３６を形成する（図３（ａ））。

次いで、例えばＣＶＤ法により絶縁膜１３８を堆積した後、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングを用いて、周辺回路領域７０の絶縁膜１３８を選択的にエッチバックし、ゲート電極１３０の側壁部分にサイドウォール絶縁膜１４０を形成する。

次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入を用いて、周辺回路領域７０に、ゲート電極１３０及びサイドウォール絶縁膜１４０をマスクとしてイオン注入を行う。これにより、半導体領域１３４，１３６と一体となって周辺トランジスタＭ２のソース／ドレイン領域を構成する半導体領域１４４，１４６を形成する。

このようにして、シリコン基板１１０に、フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＭ１、周辺トランジスタＭ２等を形成する（図３（ｂ））。

次いで、例えばＣＶＤ法等によりシリサイドブロック膜としての絶縁膜１４８を堆積した後、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより絶縁膜１４８をパターニングし、周辺回路領域７０の絶縁膜１４８を選択的に除去する。

次いで、いわゆるサリサイドプロセスにより、周辺トランジスタＭ２のソース／ドレイン領域（半導体領域１４４，１４６）の表面部及びゲート電極１３０の表面部に、金属シリサイド領域１５０を形成する（図３（ｃ））。金属シリサイド領域１５０を構成する金属としては、例えばコバルトやニッケル等が用いられる。

次いで、フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＭ１、周辺トランジスタＭ２等が設けられたシリコン基板１１０の上に、例えばＣＶＤ法等により酸化シリコン膜等の絶縁膜を堆積した後、ＣＭＰ法等によりその表面を平坦化し、層間絶縁膜１５２を形成する。

次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、層間絶縁膜１５２に、半導体領域１３２、ゲート電極１２８、金属シリサイド領域１５０等に達するコンタクトホール１５４を形成する。なお、ここでは図面の簡略化のため、半導体領域１４４の上に設けられた金属シリサイド領域１５０に達するコンタクトホール１５４のみを示している。

次いで、コンタクトホール１５４が設けられた層間絶縁膜１５２の上に、例えばスパッタ法によりＴｉＮ等のバリアメタルを、例えばＣＶＤ法によりタングステンを、順次堆積後、ＣＭＰ法により層間絶縁膜１５２の上のタングステン及びバリアメタルを除去する。これにより、コンタクトホール１５４に埋め込まれたコンタクトプラグ１５６を形成する（図４（ａ））。

次いで、コンタクトプラグ１５６が配された層間絶縁膜１５２の上に、金属を含む配線層１５８を形成する。なお、ここでは図面の簡略化のため１層の配線層１５８のみを示しているが、典型的には複数の配線層が絶縁膜を介して積層されてなる多層配線層が設けられる。

次いで、配線層１５８が設けられた層間絶縁膜１５２の上に、例えばＣＶＤ法等により窒化シリコン膜等の絶縁膜を堆積し、パッシベーション膜１６０を形成する（図４（ｂ））。

次いで、シリコン基板１１０の第２面１１４の側から、ヘリウムイオン（Ｈｅ^＋）をイオン注入し、シリコン基板１１０の第２面１１４と光電変換部との間の所定の深さにヘリウム含有領域を形成する。このヘリウム含有領域は、後工程で金属不純物のゲッタリングに利用するものであり、以後の説明ではゲッタリング領域１６２と呼ぶものとする（図５（ａ））。

ヘリウム含有領域が第２面１１４のごく近傍にのみに配されていると、ヘリウムが第２面１１４から外方へ拡散して、ヘリウム含有領域のヘリウム濃度が減少してしまう可能性がある。これを抑制するために、外方への拡散を抑制できる程度に第２面１１４から離れた位置までヘリウム含有領域（ゲッタリング領域１６２）を形成することが好ましい。典型的なヘリウムイオンのイオン注入条件は、加速エネルギーが２ＭｅＶ以上であり、ドーズ量が１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２程度である。加速エネルギーは、イオン注入ダメージや注入したヘリウムイオンが光電変換装置の特性に影響しない深さであって、できるだけ光電変換部に近い深さにゲッタリング領域１６２が形成されるように、シリコン基板１１０の厚さ等に応じて適宜設定する。また、ドーズ量は、ゲッタリングサイトとして作用する結晶欠陥がシリコン基板１１０内に導入されるように、加速エネルギーをも考慮しつつ適宜設定する。

例えば、加速エネルギーを２３ＭｅＶ程度に設定することで、第２面１１４から３００μｍ程度の深さにゲッタリング領域１６２を形成することができる。例えば、３００ｍｍ径のシリコン基板ではその厚さは７７５μｍ程度であるので、シリコン基板１１０の第１面１１２から４７５μｍ程度の深さにゲッタリング領域１６２を形成できることになる。ゲッタリング領域１６２は、光電変換部に混入しうる金属不純物を効果的に捕獲する観点から、光電変換部からの距離が５００μｍ以下となる深さ、より好ましくは光電変換部からの距離が３００μｍ以下となる深さに形成することが望ましい。

ゲッタリング領域１６２は、金属シリサイド領域１５０や配線層１５８の形成の際にシリコン基板１１０に取り込まれた金属不純物を捕獲するためのものである。そのため、ゲッタリング領域１６２は、金属シリサイド領域１５０や配線層１５８を形成するまでに、ヘリウムイオン注入によって導入した結晶欠陥が回復されるような高温の熱処理に曝されることのないタイミングで形成する。

結晶欠陥が回復されるような高温の熱処理が行われる工程としては、素子分離工程やゲート絶縁膜の形成工程など熱酸化処理を含む工程、イオン注入により導入した不純物の活性化熱処理工程、サリサイドプロセスにおけるシリサイド化熱処理工程等が挙げられる。したがって、ゲッタリング領域１６２は、少なくとも、金属シリサイド領域１５０を形成する工程よりも後に行うことが望ましい。この際、ヘリウムイオンのイオン注入を第２面１１４側から行うことで、シリコン基板１１０に既に形成されている素子にイオン注入ダメージを与えることなく、ゲッタリング領域１６２を形成することができる。

なお、ゲッタリング領域１６２はシリコン基板１１０内の深い場所に形成するため、ゲッタリング領域１６２の形成には、同じ加速エネルギーでもより深くに入りやすい軽元素を用いることが望ましい。本実施形態ではゲッタリング領域１６２の形成に用いるイオン種としてヘリウムイオンを用いているが、他の軽元素イオン、例えば水素イオンを用いてもよい。ただし、シリコン基板１１０へ結晶欠陥を導入する観点からは、水素イオンよりも質量の大きいヘリウムイオンの方が好ましい。

ゲッタリング領域１６２の第２面１１４からの深さは、ゲッタリング領域１６２に含有される軽元素の加速エネルギーに対して指数関数的に増加する。軽元素が水素イオンであれば、２ＭｅＶの加速エネルギーで、第２面１１４からの深さ（射影飛程Ｒｐ）は約５０μｍである。また、６ＭｅＶの加速エネルギーで、第２面１１４からの深さは約３００μｍである。また、１０ＭｅＶの加速エネルギーで、第２面１１４からの深さは約７００μｍである。軽元素がヘリウムイオンであれば、２ＭｅＶの加速エネルギーで、第２面１１４からの深さは約７μｍである。また、２３ＭｅＶの加速エネルギーで、第２面１１４からの深さは約３００μｍである。また、４０ＭｅＶの加速エネルギーで、第２面１１４からの深さは約７００μｍである。軽元素が水素イオンであってもヘリウムであっても、２ＭｅＶ以上の加速エネルギーで注入すれば、第２面１１４側からの軽元素の外方拡散を十分に抑制できる。この場合、軽元素がヘリウムイオンであれば第２面からのゲッタリング領域１６２の深さは７μｍ以上となり、軽元素が水素イオンであれば第２面からのゲッタリング領域１６２の深さは５０μｍ以上となる。軽元素が水素イオンであってもヘリウムイオンであっても、１ＭｅＶ未満の加速エネルギーで注入すれば、第２面１１４側からの軽元素の外方拡散による軽元素の損失が顕著で、十分なゲッタリング効果が得られなくなってしまう。あるいは、１ＭｅＶ未満の加速エネルギーでは、第２面１１４側からの軽元素の外方拡散を抑制するために、軽元素の注入後の熱処理温度の上限が著しく制限される。また、１ＭｅＶ未満の加速エネルギーでは、ゲッタリング領域１６２を光電変換部に近接させるのが困難になる。

加速エネルギーの上限は、第２面１１４から注入した軽元素がシリコン基板１１０を突き抜けないように設定すればよい。一般的なシリコン基板１１０の厚さは７００〜８００μｍである。そのため、第２面１１４からの深さが７００μｍ以下となるように軽元素が水素イオンであれば加速エネルギーを１０ＭｅＶ以下とし、軽元素がヘリウムイオンであれば加速エネルギーを４０ＭｅＶ以下とすればよい。あるいは、３００μｍ以下に薄化したシリコン基板１１０を用いるのであれば、第２面１１４からの深さが３００μｍ以下となるように、軽元素の加速エネルギーを設定する。例えば、軽元素が水素イオンであれば加速エネルギーを６ＭｅＶ以下とし、軽元素がヘリウムイオンであれば加速エネルギーを２３ＭｅＶ以下とすればよい。シリコン基板１１０の第２面１１４上に加速された軽元素を減速させる緩衝膜を配置することで、シリコン基板１１０への射影飛程Ｒｐがシリコン基板１１０の厚さを超えるような加速エネルギーでのイオン注入も可能となる。その場合であっても軽元素の加速エネルギーは５０ＭｅＶ以下であることが望ましい。軽元素の加速エネルギーが５０ＭｅＶを超えると意図しないダメージが光電変換部に生じる可能性があるからである。

ヘリウムイオンのイオン注入に用いるイオン注入装置は、特に限定されるものではないが、数十ＭｅＶオーダーの加速に適した円形加速器、例えばサイクロトロンを備えたイオン注入装置が望ましい。イオン注入に必要な所望の加速エネルギーを得られる場合には、円形加速器のみならず、線形加速方式等の他の加速方式の加速器を備えたイオン注入装置を適用することもできる。

このようにしてゲッタリング領域１６２を形成した後、熱処理を行い、シリコン基板１１０内に混入している金属不純物１６４を拡散させ、ゲッタリング領域１６２で捕獲して不動化する（図５（ｂ））。熱処理の後は、光電変換部と第２面１１４との間に、ゲッタリングのためにイオン注入した軽元素（ヘリウムや水素）と不動化した金属不純物とを含有する領域が設けられることになる。これにより、暗電流の原因となる金属不純物を光電変換部から除去し、白傷不良が発生するのを抑制することができる。この熱処理は、配線層１５８を劣化しない温度、例えば３５０℃〜４５０℃の範囲で行うことが望ましい。

なお、通常の半導体プロセスでは、シリコン基板１１０と絶縁膜との界面における界面準位密度の低減及び安定化を目的として、配線層の形成の後にフォーミングガス雰囲気中での熱処理（「水素シンタリング」とも呼ばれる）が行われている。この水素シンタリングも３５０℃〜４５０℃程度の温度で行われるため、水素シンタリングによって上述の金属不純物のゲッタリングを目的とした熱処理を兼用することもできる。

その後、必要に応じて、パッシベーション膜１６０の上にカラーフィルタやマイクロレンズ等を形成し、本実施形態による光電変換装置を完成する。

このように、本実施形態によれば、光電変換部に混入する金属不純物のゲッタリング効果を高め、金属不純物による暗電流の増加に起因する白傷不良を抑制することができる。これにより、良質の画像を取得しうる光電変換装置を実現することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造方法について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図である。第１実施形態による光電変換装置と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。

まず、図３（ａ）乃至図３（ｃ）に示す第１実施形態による光電変換装置の製造方法と同様にして、シリコン基板１１０に、フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＭ１、周辺トランジスタＭ２、金属シリサイド領域１５０等を形成する。

次いで、シリコン基板１１０の第２面１１４の側から、ヘリウムイオンをイオン注入し、シリコン基板１１０の所定の深さにゲッタリング領域１６２を形成する（図６（ａ））。ゲッタリング領域１６２の形成条件は、第１実施形態の場合と同様である。

次いで、熱処理を行い、シリコン基板１１０内に混入している金属不純物１６４を拡散させ、ゲッタリング領域１６２で捕獲して不動化する（図６（ｂ））。これにより、暗電流の原因となる金属不純物を光電変換部から除去し、白傷不良が発生するのを抑制することができる。

この後、図４（ａ）乃至図４（ｂ）に示す第１実施形態による光電変換装置の製造方法と同様にして、層間絶縁膜１５２、コンタクトプラグ１５６、配線層１５８、パッシベーション膜１６０等を形成する。

このように、本実施形態による光電変換装置の製造方法では、金属シリサイド領域１５０を形成する工程の後、配線層１５８を形成する工程よりも前に、ゲッタリング領域１６２の形成及びゲッタリングのための熱処理を行っている。

このように構成することで、金属シリサイド領域１５０を構成するコバルトやニッケル等の拡散の速い金属不純物が混入した直後に、これら金属不純物をゲッタリング領域１６２で捕獲することが容易となる。

また、ゲッタリングのための熱処理の温度は、配線層１５８による制限を受けることなく、フォトダイオードＰＤやトランジスタＭ１，Ｍ２等の特性に影響を与えない範囲で、高温化することが可能となる。熱処理の温度は、例えば、第１実施形態の場合よりも高い４５０℃〜７００℃程度に設定することが可能であり、より短時間且つ効果的に金属不純物のゲッタリングが可能となる。４５０℃〜７００℃程度の熱処理であれば、ヘリウムイオン注入により導入された結晶欠陥は完全には回復しないため、後工程の熱処理（例えば水素シンタリング）の際に配線層１５８を構成する金属不純物のゲッタリングも可能である。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造方法について、図７及び図８を用いて説明する。図７及び図８は、本実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図である。第１実施形態による光電変換装置と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。

まず、第１実施形態による光電変換装置の製造方法と同様にして、シリコン基板１１０に、フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＭ１、周辺トランジスタＭ２、配線層１５８、パッシベーション膜１６０等を形成する（図７（ａ））。

次いで、シリコン基板１１０の第２面１１４側から、ウェーハ研磨装置やウェットエッチング装置を用いて、シリコン基板１１０の厚さを薄くする（図７（ｂ））。例えば、厚さ７７５μｍのシリコン基板１１０を、１００μｍ〜５００μｍ程度の厚さまで薄くする。

次いで、研磨を行ったシリコン基板１１０の第２面１１４側から、ヘリウムイオンをイオン注入し、シリコン基板１１０の所定の深さにゲッタリング領域１６２を形成する（図８（ａ））。ゲッタリング領域１６２の形成条件は、第１実施形態と同様の条件を適用可能である。

次いで、熱処理を行い、シリコン基板１１０内に混入している金属不純物１６４を拡散させ、ゲッタリング領域１６２で捕獲して不動化する（図８（ｂ））。これにより、暗電流の原因となる金属不純物を光電変換部から除去し、白傷不良が発生するのを抑制することができる。ゲッタリングのための熱処理は、第１実施形態の場合と同様、水素シンタリングを兼用するようにしてもよい。

このように、本実施形態による光電変換装置の製造方法では、ゲッタリング領域１６２を形成する工程の前に、シリコン基板１１０のバックグラインド処理やウェットエッチング処理を行い、シリコン基板１１０を薄膜化している。これにより、本実施形態では、ゲッタリング領域１６２の形成時における第２面側の表面からデバイス形成領域までの距離が、第１実施形態の場合よりも近くなっている。

したがって、第１実施形態の場合と同じ加速エネルギーを用いてヘリウムイオン注入を行っても、シリコン基板１１０のより深い位置に、すなわち、よりデバイス形成領域の近くにゲッタリング領域１６２を形成することができる。例えば、シリコン基板１１０を４００μｍ程度に薄くした場合、加速エネルギーを２３ＭｅＶ程度に設定することで、デバイス形成領域から１００μｍ程度の距離にゲッタリング領域１６２を容易に形成することができる。

これにより、配線層１５８を劣化しない３５０℃〜４５０℃程度の温度でも金属不純物をより効果的に捕獲することができ、白傷不良の発生を更に抑制することができる。

［第４実施形態］
本発明の第５実施形態による撮像システムについて、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。

本実施形態の撮像システム２００は、上記第１乃至第３実施形態のいずれかに記載の光電変換装置１００の構成を適用した撮像装置２２２を含む。撮像システム２００の具体例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラ等が挙げられる。図９に、上述の各実施形態のいずれかの撮像装置２２２を適用したデジタルスチルカメラの構成例を示す。

図９に例示した撮像システム２００は、撮像装置２２２、被写体の光学像を撮像装置２２２に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置２２２に光を集光する光学系である。

撮像システム２００は、また、撮像装置２２２から出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。例えば、信号処理部２０８は、入力信号に対して、ＲＧＢの画素出力信号をＹ，Ｃｂ，Ｃｒ色空間へ変換する変換処理や、ガンマ補正などの所定の画像処理を施す。

撮像システム２００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。更に撮像システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

更に撮像システム２００は、各種演算を行うとともにデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置２２２と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は、少なくとも撮像装置２２２と、撮像装置２２２から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。全体制御・演算部２１８及びタイミング発生部２２０は、撮像装置２２２の制御機能の一部又は全部を実施するように構成してもよい。

撮像装置２２２は、画像用信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置２２２から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部２０８は、画像用信号を用いて、画像を生成する。信号処理部２０８で生成された画像は、例えば記録媒体２１４に記録される。また、信号処理部２０８で生成された画像は、液晶ディスプレイなどからなるモニターに動画或いは静止画として映し出される。記録媒体２１４に記憶された画像は、プリンタなどによってハードコピーすることができる。

上述した各実施形態の光電変換装置を用いて撮像システムを構成することにより、より良質の画像が取得可能な撮像システムを実現することができる。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による撮像システム及び移動体について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。

図１０（ａ）は、車載カメラに関する撮像システム３００の一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記第１乃至第３実施形態のいずれかに記載の光電変換装置１００の構成を適用した撮像装置である。撮像システム３００は、撮像装置３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、撮像装置３１０により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部３１４を有する。また、撮像システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差取得部３１４や距離取得部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

撮像システム３００は、車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ３３０は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム３００で撮像する。図１０（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システム３００を示した。車両情報取得装置３２０は、撮像システム３００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。上述の各実施形態の光電変換装置１００を撮像装置３１０として用いることにより、本実施形態の撮像システム３００は、測距の精度をより向上させることができる。

以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。

例えば、第２実施形態において、パッシベーション膜１６０の形成の後、水素シンタリングよりも前に、第１実施形態の場合と同様に、ゲッタリング領域１６２を形成するためのイオン注入を再び行うようにしてもよい。

また、上記第１実施形態では、金属シリサイド領域１５０を有するトランジスタとして周辺トランジスタＭ２を例示したが、画素領域１０に配されるトランジスタに金属シリサイド領域を設けてもよい。

また、上記第２実施形態では、ゲッタリング領域１６２の形成及びゲッタリングのための熱処理を、金属シリサイド領域１５０の形成後、層間絶縁膜１５２の形成前に行ったが、層間絶縁膜１５２の形成後、コンタクトプラグ１５６の形成前に行ってもよい。

また、上記第１乃至第３実施形態では、ゲッタリング領域１６２を形成するための軽元素としてヘリウム及び水素を例示したが、ゲッタリング領域１６２を形成するための軽元素は、必ずしもこれらに限定されるものではない。イオン注入装置が許す加速エネルギーの範囲でシリコン基板１１０の第２面１１４の側から所望の深さにゲッタリング領域１６２を形成することが可能であれば、ヘリウムよりも質量の大きい他の軽元素、例えば、炭素、窒素、酸素、ネオン等を用いてもよい。

また、第４及び第５実施形態に示した撮像システムは、本発明の光電変換装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の撮像装置を適用可能な撮像システムは図９及び図１０に示した構成に限定されるものではない。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

Ｍ１…転送トランジスタ
Ｍ２…周辺トランジスタ
ＰＤ…フォトダイオード
１００…光電変換装置
１１０…シリコン基板
１５０…金属シリサイド領域
１５８…配線層
１６２…ゲッタリング領域

Claims

シリコン基板の第１面の側に、光電変換部を形成する工程と、
前記光電変換部を形成する工程よりも後に、前記シリコン基板の前記第１面とは反対の第２面の側から２ＭｅＶ以上の加速エネルギーで軽元素をイオン注入する工程と、
前記イオン注入する工程よりも後に、熱処理を行う工程と
を有することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
前記イオン注入する工程よりも前に、前記シリコン基板の前記第１面の側に、金属シリサイド領域を含むトランジスタを形成する工程を更に有する
ことを特徴とする請求項１記載の光電変換装置の製造方法。
前記トランジスタを形成する工程よりも後に、金属を含む配線層を形成する工程を更に有し、
前記イオン注入する工程及び前記熱処理を行う工程は、前記配線層を形成する工程よりも前に行う
ことを特徴とする請求項２記載の光電変換装置の製造方法。
前記熱処理を行う工程は、４５０℃〜７００℃の温度で実施する
ことを特徴とする請求項３記載の光電変換装置の製造方法。
前記トランジスタを形成する工程よりも後に、金属を含む配線層を形成する工程を更に有し、
前記イオン注入する工程は、前記配線層を形成する工程よりも後に行う
ことを特徴とする請求項２記載の光電変換装置の製造方法。
前記配線層を形成する工程よりも後、前記イオン注入する工程よりも前に、前記シリコン基板を前記第２面の側から薄膜化する工程を更に有する
ことを特徴とする請求項５記載の光電変換装置の製造方法。
前記シリコン基板を薄膜化する工程では、前記シリコン基板を１００μｍ〜５００μｍの厚さにする
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
前記熱処理を行う工程は、水素を含む雰囲気中で実施する
ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
前記熱処理を行う工程は、３５０℃〜４５０℃の温度で実施する
ことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
前記イオン注入する工程では、前記軽元素を、１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２〜１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のドーズ量でイオン注入する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
前記軽元素のイオン注入は、円形加速器を備えたイオン注入装置により実施する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
前記イオン注入する工程では、前記軽元素を含有する領域が前記第２面と前記光電変換部との間に形成される
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
前記軽元素はヘリウムであり、前記加速エネルギーは４０ＭｅＶ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
前記軽元素は水素であり、前記加速エネルギーは１０ＭｅＶ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
第１面と第２面とを有するシリコン基板と、
前記第１面の上に配されたトランジスタのゲート電極と、
を備える光電変換装置であって、
前記第１面と前記第２面との間には光電変換部が設けられており、
前記光電変換部と前記第２面との間にはヘリウム及び金属を含有する領域が設けられており、
前記領域と前記第２面との間の距離は７μｍ以上である
ことを特徴とする光電変換装置。
第１面と第２面とを有するシリコン基板と、
前記第１面の上に配されたトランジスタのゲート電極と、
を備える光電変換装置であって、
前記第１面と前記第２面との間には光電変換部が設けられており、
前記光電変換部と前記第２面との間には水素及び金属を含有する領域が設けられており、
前記領域と前記第２面との間の距離は５０μｍ以上である
ことを特徴とする光電変換装置。
前記金属はコバルト又はニッケルである
ことを特徴とする請求項１５又は１６記載の光電変換装置。