JP2907125B2 - 裏面照射型固体撮像素子の製造方法 - Google Patents
裏面照射型固体撮像素子の製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
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- Y10S438/96—Porous semiconductor
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は可視光領域で使用さ
れる固体撮像素子の製造方法に関し、特に裏面側から光
を入射させる裏面照射型固体撮像素子の製造方法に関す
る。
れる固体撮像素子の製造方法に関し、特に裏面側から光
を入射させる裏面照射型固体撮像素子の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の可視光領域で使用される裏面照射
型固体撮像素子としては、1次元のものでは、S.R.Shor
tes et al.;"Characteristics of Thinned Backside-Il
luminated Charge-Coupled Device Imagers"(Appl. Ph
ys. Lett., vol.24, pp.565-567, 1974 ;アプライド
フィズィクス レターズ、第565−567頁、197
4年)の報告がある。また、2次元のものでは、G.A.An
tcliffe et al.;"A Backside Illuminated 400 X 400 C
harge-Coupled Device Imager"(IEEE Trans. Electron
Devices, vol.ED-23, pp.1225-1232, 1976;アイ・ト
リプル・イー トランザクションズ オン エレクトロ
ン デバイスィーズ、第1225−1232頁、197
6年)の報告がある。
型固体撮像素子としては、1次元のものでは、S.R.Shor
tes et al.;"Characteristics of Thinned Backside-Il
luminated Charge-Coupled Device Imagers"(Appl. Ph
ys. Lett., vol.24, pp.565-567, 1974 ;アプライド
フィズィクス レターズ、第565−567頁、197
4年)の報告がある。また、2次元のものでは、G.A.An
tcliffe et al.;"A Backside Illuminated 400 X 400 C
harge-Coupled Device Imager"(IEEE Trans. Electron
Devices, vol.ED-23, pp.1225-1232, 1976;アイ・ト
リプル・イー トランザクションズ オン エレクトロ
ン デバイスィーズ、第1225−1232頁、197
6年)の報告がある。
【0003】図3は、従来例における裏面照射型固体撮
像素子の構造を示す断面図である。図3に示すように、
従来の裏面照射型固体撮像素子は、電荷結合素子が1次
元または2次元に配列されている受光領域1がSi単結
晶基板10の表面側に形成されている。Si単結晶基板
10は、受光領域1を含む部分の裏面が削られて、画素
ピッチと同等またはそれ以下の厚さになった形状をして
いる。この形状は水酸化カリウム溶液やヒドラジンを用
いた異方性エッチングによって形成される。
像素子の構造を示す断面図である。図3に示すように、
従来の裏面照射型固体撮像素子は、電荷結合素子が1次
元または2次元に配列されている受光領域1がSi単結
晶基板10の表面側に形成されている。Si単結晶基板
10は、受光領域1を含む部分の裏面が削られて、画素
ピッチと同等またはそれ以下の厚さになった形状をして
いる。この形状は水酸化カリウム溶液やヒドラジンを用
いた異方性エッチングによって形成される。
【0004】電荷結合素子を具備した表面照射型固体撮
像素子を形成する従来の製造方法を用いて、本発明の裏
面照射型固体撮像素子の構造を製造することが可能と思
われる半導体基板の形成方法の発明が、特開平4−24
1414号公報に記載されている。
像素子を形成する従来の製造方法を用いて、本発明の裏
面照射型固体撮像素子の構造を製造することが可能と思
われる半導体基板の形成方法の発明が、特開平4−24
1414号公報に記載されている。
【0005】特開平4−241414号に記載されてい
る半導体基板の形成方法の発明は次のようなものであ
る。
る半導体基板の形成方法の発明は次のようなものであ
る。
【0006】まず、p型または高濃度n型Si単結晶基
板(バルクSi基板)を、裏面から弗化水素酸溶液を用
いた陽極化成法によって多孔質Si基板に変化させる。
次に、多孔質Si基板上に、分子線エピタキシャル成
長、プラズマCVD、光CVD、バイアススパッタ法等
の、低温における単結晶Si層のエピタキシャル成長を
行う。このSiエピタキシャル成長においては多孔質S
i基板を用いているので、Si単結晶層には多孔質Si
基板との界面付近(界面から数千Å)に多数の欠陥や転
位が存在する。その後、熱酸化によって多孔質Si基板
の全てをSiO2に変質させるとともに、エピタキシャ
ルSi単結晶層中の欠陥や転位を多量に含む領域もSi
O2 に変質させて、最終的に光透過性絶縁物下地材料上
に単結晶Si層を有する半導体基板を形成することがで
きる。
板(バルクSi基板)を、裏面から弗化水素酸溶液を用
いた陽極化成法によって多孔質Si基板に変化させる。
次に、多孔質Si基板上に、分子線エピタキシャル成
長、プラズマCVD、光CVD、バイアススパッタ法等
の、低温における単結晶Si層のエピタキシャル成長を
行う。このSiエピタキシャル成長においては多孔質S
i基板を用いているので、Si単結晶層には多孔質Si
基板との界面付近(界面から数千Å)に多数の欠陥や転
位が存在する。その後、熱酸化によって多孔質Si基板
の全てをSiO2に変質させるとともに、エピタキシャ
ルSi単結晶層中の欠陥や転位を多量に含む領域もSi
O2 に変質させて、最終的に光透過性絶縁物下地材料上
に単結晶Si層を有する半導体基板を形成することがで
きる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図3に示した従来の裏
面照射型固体撮像素子は、厚さが薄くなっている受光領
域1が、電荷結合素子を構成する酸化膜やポリSi電極
の残留応力の影響によって凹凸に変形するという問題お
よび機械的強度が低いという問題がある。
面照射型固体撮像素子は、厚さが薄くなっている受光領
域1が、電荷結合素子を構成する酸化膜やポリSi電極
の残留応力の影響によって凹凸に変形するという問題お
よび機械的強度が低いという問題がある。
【0008】また、異方性エッチングによって厚いSi
基板10の裏面を削って図3に示したような形状を形成
する製造方法は、その異方性エッチングによって除去す
る厚さと比較して、極めて薄い画素ピッチと同等または
それ以下の厚さを僅かのバラツキで残さなければならな
いので、技術的難易度が高いという問題がある。
基板10の裏面を削って図3に示したような形状を形成
する製造方法は、その異方性エッチングによって除去す
る厚さと比較して、極めて薄い画素ピッチと同等または
それ以下の厚さを僅かのバラツキで残さなければならな
いので、技術的難易度が高いという問題がある。
【0009】さらに、特開平4−241414号に記載
されている半導体基板の形成方法の発明には、以下に示
す問題がある。特開平4−241414号に記載されて
いる半導体基板の形成方法は、光透過性絶縁物下地材料
上のSi層内の結晶性を良質にできると記されている。
しかしながら、多孔質Si基板上に単結晶Si層のエピ
タキシャル成長を行い、そのとき形成される、エピタキ
シャルSi単結晶層と多孔質Si基板との界面付近にお
ける、エピタキシャルSi単結晶層中の欠陥や転位を多
量に含む領域を、熱酸化によってSiO2 に変質させて
欠陥や転位を減少させる工程を行っている。欠陥や転位
を多量に含む界面付近の数千ÅのSiは、SiO2 にな
るときに2.2倍の体積膨張をするので、この領域には
残留応力が掛かる。また、多量に存在する欠陥や転位を
SiO2 中に完全に取り込むことは不可能であり、その
一部は酸化が進行する界面に押されるように移動し、最
終的なSi/SiO2 界面に残ってしまう。
されている半導体基板の形成方法の発明には、以下に示
す問題がある。特開平4−241414号に記載されて
いる半導体基板の形成方法は、光透過性絶縁物下地材料
上のSi層内の結晶性を良質にできると記されている。
しかしながら、多孔質Si基板上に単結晶Si層のエピ
タキシャル成長を行い、そのとき形成される、エピタキ
シャルSi単結晶層と多孔質Si基板との界面付近にお
ける、エピタキシャルSi単結晶層中の欠陥や転位を多
量に含む領域を、熱酸化によってSiO2 に変質させて
欠陥や転位を減少させる工程を行っている。欠陥や転位
を多量に含む界面付近の数千ÅのSiは、SiO2 にな
るときに2.2倍の体積膨張をするので、この領域には
残留応力が掛かる。また、多量に存在する欠陥や転位を
SiO2 中に完全に取り込むことは不可能であり、その
一部は酸化が進行する界面に押されるように移動し、最
終的なSi/SiO2 界面に残ってしまう。
【0010】裏面照射型固体撮像素子においては、受光
領域の画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さのSi基
板全体が光−電気変換に寄与するが、特に光の入射面で
ある裏面側の寄与が重要である。この裏面照射型固体撮
像素子で、上述のように光の入射面となるSi/SiO
2 界面に欠陥等が多くあると、光生成キャリアを消滅さ
せたり、熱励起による暗電流を増加させてしまうので、
高性能の裏面照射型固体撮像素子を製造することができ
ないという問題がある。
領域の画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さのSi基
板全体が光−電気変換に寄与するが、特に光の入射面で
ある裏面側の寄与が重要である。この裏面照射型固体撮
像素子で、上述のように光の入射面となるSi/SiO
2 界面に欠陥等が多くあると、光生成キャリアを消滅さ
せたり、熱励起による暗電流を増加させてしまうので、
高性能の裏面照射型固体撮像素子を製造することができ
ないという問題がある。
【0011】このような点に鑑み、本発明の目的は、電
荷結合素子を構成する酸化膜やポリSi電極の残留応力
の影響によって受光領域が凹凸に変形することなく、受
光領域の平面性、機械的強度および信頼性が高い裏面照
射型固体撮像素子に適した製造方法を提供することにあ
る。
荷結合素子を構成する酸化膜やポリSi電極の残留応力
の影響によって受光領域が凹凸に変形することなく、受
光領域の平面性、機械的強度および信頼性が高い裏面照
射型固体撮像素子に適した製造方法を提供することにあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めの裏面照射型固体撮像素子は、Si基板の表面側に1
次元または2次元に配列されている電荷結合素子を具備
し、Si基板のうちの電荷結合素子が配列されている受
光領域が、画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さであ
り、Si基板の裏面側から光を入射させる裏面照射型固
体撮像素子であって、Si基板のうちの受光領域を含む
部分が、画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さのSi
層とSi層よりも厚いSiO2 層とを備える。
めの裏面照射型固体撮像素子は、Si基板の表面側に1
次元または2次元に配列されている電荷結合素子を具備
し、Si基板のうちの電荷結合素子が配列されている受
光領域が、画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さであ
り、Si基板の裏面側から光を入射させる裏面照射型固
体撮像素子であって、Si基板のうちの受光領域を含む
部分が、画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さのSi
層とSi層よりも厚いSiO2 層とを備える。
【0013】このような裏面照射型固体撮像素子は、S
i基板のうちの受光領域を含む部分が、画素ピッチと同
等またはそれ以下の厚さのSi層とSi層よりも厚いS
iO2 層とを備えるので、電荷結合素子を構成する酸化
膜やポリSi電極の残留応力が画素ピッチと同等または
それ以下の厚さのSi層に掛かっても、Si層よりも厚
いSiO2 層によって変形が抑えられ、また、機械的強
度も画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さのSi層の
みの場合と比較して極めて高くすることができる。
i基板のうちの受光領域を含む部分が、画素ピッチと同
等またはそれ以下の厚さのSi層とSi層よりも厚いS
iO2 層とを備えるので、電荷結合素子を構成する酸化
膜やポリSi電極の残留応力が画素ピッチと同等または
それ以下の厚さのSi層に掛かっても、Si層よりも厚
いSiO2 層によって変形が抑えられ、また、機械的強
度も画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さのSi層の
みの場合と比較して極めて高くすることができる。
【0014】このような裏面照射型固体撮像素子の製造
方法として、本発明によれば、Si基板の表面側に1次
元または2次元に配列されている電荷結合素子を具備
し、Si基板のうちの電荷結合素子が配列されている受
光領域が、画素ピッチと同等または画素ピッチ以下の厚
さであり、Si基板の裏面側から光を入射させる裏面照
射型固体撮像素子の製造方法であって、初めにバルクS
i単結晶基板上に画素ピッチと同等または画素ピッチ以
下の厚さのエピタキシャルSi層を形成する。すなわ
ち、多孔質Si基板上にSiエピタキシャル成長するの
ではなく、結晶性が高いバルクSi単結晶基板上にSi
エピタキシャル成長を行う。このため、バルクSi単結
晶基板とエピタキシャルSi層との界面近傍に高い結晶
性を持つエピタキシャルSi層を形成することができ
る。
方法として、本発明によれば、Si基板の表面側に1次
元または2次元に配列されている電荷結合素子を具備
し、Si基板のうちの電荷結合素子が配列されている受
光領域が、画素ピッチと同等または画素ピッチ以下の厚
さであり、Si基板の裏面側から光を入射させる裏面照
射型固体撮像素子の製造方法であって、初めにバルクS
i単結晶基板上に画素ピッチと同等または画素ピッチ以
下の厚さのエピタキシャルSi層を形成する。すなわ
ち、多孔質Si基板上にSiエピタキシャル成長するの
ではなく、結晶性が高いバルクSi単結晶基板上にSi
エピタキシャル成長を行う。このため、バルクSi単結
晶基板とエピタキシャルSi層との界面近傍に高い結晶
性を持つエピタキシャルSi層を形成することができ
る。
【0015】その後、1次元または2次元に配列されて
いる電荷結合素子等の機能素子を形成し、バルクSi単
結晶基板のうちの受光領域を含む部分を多孔質化し、バ
ルクSi単結晶基板の多孔質化した部分を酸化してSi
O2 層とする。このようにすることによって、Si基板
のうちの受光領域を含む部分に、画素ピッチと同等また
はそれ以下の厚さのSi層とSi層よりも厚いSiO2
層とを形成することができ、Si/SiO2 界面におけ
る欠陥等がなく、高性能な裏面照射型固体撮像素子を製
造することができる。
いる電荷結合素子等の機能素子を形成し、バルクSi単
結晶基板のうちの受光領域を含む部分を多孔質化し、バ
ルクSi単結晶基板の多孔質化した部分を酸化してSi
O2 層とする。このようにすることによって、Si基板
のうちの受光領域を含む部分に、画素ピッチと同等また
はそれ以下の厚さのSi層とSi層よりも厚いSiO2
層とを形成することができ、Si/SiO2 界面におけ
る欠陥等がなく、高性能な裏面照射型固体撮像素子を製
造することができる。
【0016】ここで、バルクSi単結晶基板上に画素ピ
ッチと同等または画素ピッチ以下の厚さのエピタキシャ
ルSi層を形成する際には、以下のようにすることがで
きる。 (1)高濃度p型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチ
と同等またはそれ以下の厚さの低濃度p型エピタキシャ
ルSi層を形成する。 (2)p型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチと同等
またはそれ以下の厚さのn型エピタキシャルSi層を形
成する。 (3)高濃度n型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチ
と同等またはそれ以下の厚さのp型エピタキシャルSi
層を形成する。 (4)高濃度n型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチ
と同等またはそれ以下の厚さの低濃度n型エピタキシャ
ルSi層を形成する。
ッチと同等または画素ピッチ以下の厚さのエピタキシャ
ルSi層を形成する際には、以下のようにすることがで
きる。 (1)高濃度p型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチ
と同等またはそれ以下の厚さの低濃度p型エピタキシャ
ルSi層を形成する。 (2)p型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチと同等
またはそれ以下の厚さのn型エピタキシャルSi層を形
成する。 (3)高濃度n型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチ
と同等またはそれ以下の厚さのp型エピタキシャルSi
層を形成する。 (4)高濃度n型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチ
と同等またはそれ以下の厚さの低濃度n型エピタキシャ
ルSi層を形成する。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面を用いて詳細に説明する。
面を用いて詳細に説明する。
【0018】図1は、本発明の一実施の形態における裏
面照射型固体撮像素子の主構成要素の構造を示す断面図
である。
面照射型固体撮像素子の主構成要素の構造を示す断面図
である。
【0019】図1を用いて、構成を説明する。受光領域
1は、電荷結合素子が1次元または2次元に配列されて
いる。単結晶Si層2は、画素ピッチと同等またはそれ
以下の厚さである。SiO2 3は、単結晶Si層2より
も厚い。受光領域1は、単結晶Si層2の表面側に備え
られている。単結晶Si層2は、SiO2 3上に備えら
れている。SiO2 3は可視領域光に対して高い透過率
を有するので、入射光4をSiO2 3の裏面から受光領
域1に入射することができる。単結晶Si層2は、単結
晶Si層2よりも厚いSiO2 3によって補強されてい
るので、電荷結合素子を構成する酸化膜やポリSi電極
の残留応力による変形を防ぐことができる。このため、
本実施の形態における裏面照射型固体撮像素子の機械的
強度は極めて高い。なお、SiO2 3の光の入射面(裏
面)に反射防止膜を設けることによって、SiO2 3の
光の入射面における反射を低減してさらに高感度にする
ことができる。
1は、電荷結合素子が1次元または2次元に配列されて
いる。単結晶Si層2は、画素ピッチと同等またはそれ
以下の厚さである。SiO2 3は、単結晶Si層2より
も厚い。受光領域1は、単結晶Si層2の表面側に備え
られている。単結晶Si層2は、SiO2 3上に備えら
れている。SiO2 3は可視領域光に対して高い透過率
を有するので、入射光4をSiO2 3の裏面から受光領
域1に入射することができる。単結晶Si層2は、単結
晶Si層2よりも厚いSiO2 3によって補強されてい
るので、電荷結合素子を構成する酸化膜やポリSi電極
の残留応力による変形を防ぐことができる。このため、
本実施の形態における裏面照射型固体撮像素子の機械的
強度は極めて高い。なお、SiO2 3の光の入射面(裏
面)に反射防止膜を設けることによって、SiO2 3の
光の入射面における反射を低減してさらに高感度にする
ことができる。
【0020】図2は、本発明の一実施の形態における裏
面照射型固体撮像素子の製造方法における各工程を示す
断面図である。
面照射型固体撮像素子の製造方法における各工程を示す
断面図である。
【0021】図2を用いて、製造方法を説明する。図2
(a)に示すように、高濃度p型バルクSi単結晶基板
5上に画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さの低濃度
p型エピタキシャルSi層6を形成する。
(a)に示すように、高濃度p型バルクSi単結晶基板
5上に画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さの低濃度
p型エピタキシャルSi層6を形成する。
【0022】図2においては、高濃度p型バルクSi単
結晶基板5と低濃度p型エピタキシャルSi層6を用い
たが、以下の(1)〜(3)のいずれかを用いても良
い。 (1)p型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチと同等
またはそれ以下の厚さのn型エピタキシャルSi層を形
成する。 (2)高濃度n型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチ
と同等またはそれ以下の厚さのp型エピタキシャルSi
層を形成する。 (3)高濃度n型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチ
と同等またはそれ以下の厚さの低濃度n型エピタキシャ
ルSi層を形成する。
結晶基板5と低濃度p型エピタキシャルSi層6を用い
たが、以下の(1)〜(3)のいずれかを用いても良
い。 (1)p型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチと同等
またはそれ以下の厚さのn型エピタキシャルSi層を形
成する。 (2)高濃度n型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチ
と同等またはそれ以下の厚さのp型エピタキシャルSi
層を形成する。 (3)高濃度n型バルクSi単結晶基板上に画素ピッチ
と同等またはそれ以下の厚さの低濃度n型エピタキシャ
ルSi層を形成する。
【0023】バルクSi単結晶基板とエピタキシャルS
i層とで不純物に濃度差を付けたり導電型を変えたりす
るのは、後の工程においてバルクSi単結晶基板を多孔
質化するときに、バルクSi単結晶基板とエピタキシャ
ルSi層との境界で明確に多孔質化を止めるためであ
る。
i層とで不純物に濃度差を付けたり導電型を変えたりす
るのは、後の工程においてバルクSi単結晶基板を多孔
質化するときに、バルクSi単結晶基板とエピタキシャ
ルSi層との境界で明確に多孔質化を止めるためであ
る。
【0024】図2(b)に示すように、低濃度p型エピ
タキシャルSi層6に、電荷結合素子が配列されている
受光領域1と裏面照射型固体撮像素子に必要なその他の
機能素子とを形成する。図では簡略化しているが、電荷
結合素子が配列されている受光領域1等の機能素子は、
Si酸化膜等の保護膜でカバーされている。
タキシャルSi層6に、電荷結合素子が配列されている
受光領域1と裏面照射型固体撮像素子に必要なその他の
機能素子とを形成する。図では簡略化しているが、電荷
結合素子が配列されている受光領域1等の機能素子は、
Si酸化膜等の保護膜でカバーされている。
【0025】図2(c)に示すように、後の酸化工程に
おいて受光領域1等の酸化を防止するために、Si窒化
膜マスク7を設ける。その後、スクライブ線領域の低濃
度p型エピタキシャルSi層6をエッチング除去して高
濃度p型バルクSi基板5まで開口する。
おいて受光領域1等の酸化を防止するために、Si窒化
膜マスク7を設ける。その後、スクライブ線領域の低濃
度p型エピタキシャルSi層6をエッチング除去して高
濃度p型バルクSi基板5まで開口する。
【0026】図2(d)に示すように、アルミ膜8を設
けて高濃度p型バルクSi基板5に均一に電位が印加で
きるようにし、弗化水素酸溶液(濃度20〜50%程
度)を用いた陽極化成法によって高濃度p型バルクSi
基板5を多孔質Si9に変化させる。この陽極化成で、
多孔質Si9の密度を高濃度p型バルクSi基板5に対
して45%程度となるように制御すれば、多孔質Si9
をSiO2 にしたときに、体積膨張で孔が全て埋まり、
残留応力もほとんど零にできる。
けて高濃度p型バルクSi基板5に均一に電位が印加で
きるようにし、弗化水素酸溶液(濃度20〜50%程
度)を用いた陽極化成法によって高濃度p型バルクSi
基板5を多孔質Si9に変化させる。この陽極化成で、
多孔質Si9の密度を高濃度p型バルクSi基板5に対
して45%程度となるように制御すれば、多孔質Si9
をSiO2 にしたときに、体積膨張で孔が全て埋まり、
残留応力もほとんど零にできる。
【0027】また、裏面照射型固体撮像素子の完成段階
の厚さが、初期の高濃度p型バルクSi単結晶基板5程
には必要でないならば、陽極化成前に裏面を研磨するこ
とで、陽極化成に要する時間を短縮することができる。
の厚さが、初期の高濃度p型バルクSi単結晶基板5程
には必要でないならば、陽極化成前に裏面を研磨するこ
とで、陽極化成に要する時間を短縮することができる。
【0028】さらに、高濃度p型バルクSi単結晶基板
5の裏面の受光領域1を含まない領域にSi窒化膜マス
ク(不図示)を設ければ、受光領域1を含む領域、すな
わち裏面のSi窒化膜マスクで覆われていない領域およ
び高濃度p型バルクSi単結晶基板5の厚さ程度に裏面
のSi窒化膜マスクの下部に入り込んだ領域のみを多孔
質化することもできる。
5の裏面の受光領域1を含まない領域にSi窒化膜マス
ク(不図示)を設ければ、受光領域1を含む領域、すな
わち裏面のSi窒化膜マスクで覆われていない領域およ
び高濃度p型バルクSi単結晶基板5の厚さ程度に裏面
のSi窒化膜マスクの下部に入り込んだ領域のみを多孔
質化することもできる。
【0029】図2(e)に示すように、アルミ膜8を除
去した後に、以下に示すように比較的低温で酸化を行
い、多孔質Si9を全てSiO2 3に変えて、Si窒化
膜マスク7を除去して完成する。
去した後に、以下に示すように比較的低温で酸化を行
い、多孔質Si9を全てSiO2 3に変えて、Si窒化
膜マスク7を除去して完成する。
【0030】この多孔質Si9をSiO2 3に変える熱
酸化工程は、裏面照射型固体撮像素子内の配線材料とし
てアルミニウムを用いている場合には、500〜600
℃で行う。配線材料としてアルミニウムよりも融点の高
い銅、金、モリブデン、タングステン等を用いる場合に
は、800℃程度にまで温度を上げて酸化を行うことが
できる。また、配線形成工程を多孔質Si9の酸化工程
後に行うようにするならば、1000℃程度までの高温
の酸化も可能である。
酸化工程は、裏面照射型固体撮像素子内の配線材料とし
てアルミニウムを用いている場合には、500〜600
℃で行う。配線材料としてアルミニウムよりも融点の高
い銅、金、モリブデン、タングステン等を用いる場合に
は、800℃程度にまで温度を上げて酸化を行うことが
できる。また、配線形成工程を多孔質Si9の酸化工程
後に行うようにするならば、1000℃程度までの高温
の酸化も可能である。
【0031】本発明における製造方法においては、異方
性エッチングによって厚いSi基板の裏面を削って画素
ピッチと同等またはそれ以下の厚さを僅かのバラツキで
残すという難易度の高い技術を不要にすることができ
る。また、最終的に残る単結晶Si層は、結晶性の高い
バルクSi単結晶基板上にエピタキシャル成長したもの
であるので、最終的なSi/SiO2 界面において欠陥
等が存在することもない。
性エッチングによって厚いSi基板の裏面を削って画素
ピッチと同等またはそれ以下の厚さを僅かのバラツキで
残すという難易度の高い技術を不要にすることができ
る。また、最終的に残る単結晶Si層は、結晶性の高い
バルクSi単結晶基板上にエピタキシャル成長したもの
であるので、最終的なSi/SiO2 界面において欠陥
等が存在することもない。
【0032】
【実施例】本発明の実施例を、高濃度p型バルクSi単
結晶基板上に画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さの
低濃度p型エピタキシャルSi層を形成する場合につい
て説明する。
結晶基板上に画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さの
低濃度p型エピタキシャルSi層を形成する場合につい
て説明する。
【0033】400μmの厚さを有する抵抗率約1Ωc
mのp型(100)バルクSi基板上に、10μmの厚
さで抵抗率約30Ωcmのp型エピタキシャルSi層を
形成して、通常の電荷結合素子の製造工程を行う。配線
材料としてはタングステンを用いる。
mのp型(100)バルクSi基板上に、10μmの厚
さで抵抗率約30Ωcmのp型エピタキシャルSi層を
形成して、通常の電荷結合素子の製造工程を行う。配線
材料としてはタングステンを用いる。
【0034】電荷結合素子が配列されている受光領域等
の機能素子を形成した後に、約1000Å厚のSi窒化
膜マスクを設けるが、このSi窒化膜はSi基板裏面に
も成長させる。Si基板裏面には受光領域等の機能素子
を形成する工程の際にできたSi酸化膜が残っているの
で、Si窒化膜がSi基板裏面には直接接触していな
い。Si窒化膜マスクのパターンで、スクライブ線にお
けるSi酸化膜等を除去し、続いてヒドラジンを用い
て、p型エピタキシャルSi層を異方性エッチングによ
って除去する。表面側を約2000Å厚のSi酸化膜で
保護してSi基板裏面のSi窒化膜をエッチング除去
し、その後、Si酸化膜のエッチングを行ってSi基板
両面のSi酸化膜を除去する。このとき特にスクライブ
線部分とSi基板裏面において完全にバルクSi基板が
剥き出しになるようにする。
の機能素子を形成した後に、約1000Å厚のSi窒化
膜マスクを設けるが、このSi窒化膜はSi基板裏面に
も成長させる。Si基板裏面には受光領域等の機能素子
を形成する工程の際にできたSi酸化膜が残っているの
で、Si窒化膜がSi基板裏面には直接接触していな
い。Si窒化膜マスクのパターンで、スクライブ線にお
けるSi酸化膜等を除去し、続いてヒドラジンを用い
て、p型エピタキシャルSi層を異方性エッチングによ
って除去する。表面側を約2000Å厚のSi酸化膜で
保護してSi基板裏面のSi窒化膜をエッチング除去
し、その後、Si酸化膜のエッチングを行ってSi基板
両面のSi酸化膜を除去する。このとき特にスクライブ
線部分とSi基板裏面において完全にバルクSi基板が
剥き出しになるようにする。
【0035】表面側に約3μm厚のアルミ膜を形成し、
陽極化成法でp型(100)バルクSi基板を多孔質化
する。このときの弗化水素酸溶液濃度は40%で、電流
密度は100mA/cm2 である。多孔質Si化は約7
μm/分で進行し、密度は約45%となる。
陽極化成法でp型(100)バルクSi基板を多孔質化
する。このときの弗化水素酸溶液濃度は40%で、電流
密度は100mA/cm2 である。多孔質Si化は約7
μm/分で進行し、密度は約45%となる。
【0036】アルミ膜をエッチングによって除去し、ウ
ェットの熱酸化を700℃で12時間行い、多孔質Si
を全てSiO2 化する。酸化防止用のSi窒化膜マスク
は全て除去してもよいが、ボンディングパッド部分のみ
を開口し、パッシベーション膜として利用することがで
きる。
ェットの熱酸化を700℃で12時間行い、多孔質Si
を全てSiO2 化する。酸化防止用のSi窒化膜マスク
は全て除去してもよいが、ボンディングパッド部分のみ
を開口し、パッシベーション膜として利用することがで
きる。
【0037】n型バルクSi単結晶基板を用いる場合に
は、不純物が高濃度に添加されている方が多孔質化の均
一性が良いので、抵抗率約0.01Ωcmのn型バルク
Si基板を用いる。この場合においても、上述のp型バ
ルクSi基板の場合と同様の陽極化成条件で、類似の多
孔質Si化を行うことができる。しかし、陽極化成に寄
与する正孔をSi基板中に生成する必要があるので、キ
セノンランプの光を照射しなければならない。その他の
工程は、上述のp型バルクSi基板の場合と同様であ
る。
は、不純物が高濃度に添加されている方が多孔質化の均
一性が良いので、抵抗率約0.01Ωcmのn型バルク
Si基板を用いる。この場合においても、上述のp型バ
ルクSi基板の場合と同様の陽極化成条件で、類似の多
孔質Si化を行うことができる。しかし、陽極化成に寄
与する正孔をSi基板中に生成する必要があるので、キ
セノンランプの光を照射しなければならない。その他の
工程は、上述のp型バルクSi基板の場合と同様であ
る。
【0038】以上のようにすることによって、受光領域
の平面性、機械的強度および信頼性が高い裏面照射型固
体撮像素子が得られる。
の平面性、機械的強度および信頼性が高い裏面照射型固
体撮像素子が得られる。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による裏面
照射型固体撮像素子は、Si基板のうちの受光領域を含
む部分が、画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さのS
i層とSi層よりも厚いSiO2 層とを備えるので、電
荷結合素子を構成する酸化膜やポリSi電極の残留応力
が画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さのSi層に掛
かっても、Si層よりも厚いSiO2 層によって変形が
抑えられ、また、機械的強度も画素ピッチと同等または
それ以下の厚さのSi層のみの場合と比較して極めて高
くできるという効果を有する。
照射型固体撮像素子は、Si基板のうちの受光領域を含
む部分が、画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さのS
i層とSi層よりも厚いSiO2 層とを備えるので、電
荷結合素子を構成する酸化膜やポリSi電極の残留応力
が画素ピッチと同等またはそれ以下の厚さのSi層に掛
かっても、Si層よりも厚いSiO2 層によって変形が
抑えられ、また、機械的強度も画素ピッチと同等または
それ以下の厚さのSi層のみの場合と比較して極めて高
くできるという効果を有する。
【0040】また、本発明の裏面照射型固体撮像素子の
製造方法は、厚いSi基板の裏面を削って画素ピッチと
同等またはそれ以下の厚さを僅かのバラツキで残すとい
う難易度の高い異方性エッチング技術を不要とするとい
う効果を有する。
製造方法は、厚いSi基板の裏面を削って画素ピッチと
同等またはそれ以下の厚さを僅かのバラツキで残すとい
う難易度の高い異方性エッチング技術を不要とするとい
う効果を有する。
【0041】このとき、最終的に残る単結晶Si層は、
結晶性の高いバルクSi単結晶基板上にエピタキシャル
成長したものであるので、最終的なSi/SiO2 界面
において欠陥等が存在することもなく、高性能な裏面照
射型固体撮像素子を製造することができるという効果を
有する。
結晶性の高いバルクSi単結晶基板上にエピタキシャル
成長したものであるので、最終的なSi/SiO2 界面
において欠陥等が存在することもなく、高性能な裏面照
射型固体撮像素子を製造することができるという効果を
有する。
【0042】このようにして、電荷結合素子を構成する
酸化膜やポリSi電極の残留応力の影響によって受光領
域が凹凸に変形することなく、受光領域の平面性、機械
的強度および信頼性が高い裏面照射型固体撮像素子に適
した製造方法を提供することができるという効果を有す
る。
酸化膜やポリSi電極の残留応力の影響によって受光領
域が凹凸に変形することなく、受光領域の平面性、機械
的強度および信頼性が高い裏面照射型固体撮像素子に適
した製造方法を提供することができるという効果を有す
る。
【図1】本発明の一実施の形態における裏面照射型固体
撮像素子の主構成要素の構造を示す断面図
撮像素子の主構成要素の構造を示す断面図
【図2】本発明の一実施の形態における裏面照射型固体
撮像素子の製造方法における各工程を示す断面図
撮像素子の製造方法における各工程を示す断面図
【図3】従来例における裏面照射型固体撮像素子の構造
を示す断面図
を示す断面図
1 受光領域 2 単結晶Si層 3 SiO2 4 入射光 5 高濃度p型バルクSi単結晶基板 6 低濃度p型エピタキシャルSi層 7 Si窒化膜マスク 8 アルミ膜 9 多孔質Si 10 Si基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/339 H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/762 - 29/768 H01L 21/76 - 21/765
Claims (5)
- 【請求項1】Si基板の表面側に1次元または2次元に
配列されている電荷結合素子を具備し、該Si基板のう
ちの該電荷結合素子が配列されている受光領域が、画素
ピッチと同等または該画素ピッチ以下の厚さであり、該
Si基板の裏面側から光を入射させる裏面照射型固体撮
像素子の製造方法において、 バルクSi単結晶基板上に該画素ピッチと同等または該
画素ピッチ以下の厚さのエピタキシャルSi層を形成
し、 1次元または2次元に配列されている該電荷結合素子を
形成し、 該バルクSi単結晶基板のうちの該受光領域を含む部分
を多孔質化し、 該バルクSi単結晶基板の多孔質化した部分を酸化して
SiO2 層とし、 該Si基板のうちの該受光領域を含む部分に、該画素ピ
ッチと同等または該画素ピッチ以下の厚さのSi層と該
Si層よりも厚いSiO2 層とを形成することを特徴と
する、裏面照射型固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項2】前記バルクSi単結晶基板が高濃度p型バ
ルクSi単結晶基板であり、前記エピタキシャルSi層
が低濃度p型エピタキシャルSi層である、請求項1に
記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項3】前記バルクSi単結晶基板がp型バルクS
i単結晶基板であり、前記エピタキシャルSi層がn型
エピタキシャルSi層である、請求項1に記載の裏面照
射型固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項4】前記バルクSi単結晶基板が高濃度n型バ
ルクSi単結晶基板であり、前記エピタキシャルSi層
がp型エピタキシャルSi層である、請求項1に記載の
裏面照射型固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項5】前記バルクSi単結晶基板が高濃度n型バ
ルクSi単結晶基板であり、前記エピタキシャルSi層
が低濃度n型エピタキシャルSi層である、請求項1に
記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8148981A JP2907125B2 (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 裏面照射型固体撮像素子の製造方法 |
US08/872,740 US5907767A (en) | 1996-06-11 | 1997-06-11 | Backside-illuminated charge-coupled device imager and method for making the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8148981A JP2907125B2 (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 裏面照射型固体撮像素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09331052A JPH09331052A (ja) | 1997-12-22 |
JP2907125B2 true JP2907125B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=15465030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8148981A Expired - Lifetime JP2907125B2 (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 裏面照射型固体撮像素子の製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JP2907125B2 (ja) |
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JP3684233B2 (ja) * | 2002-05-14 | 2005-08-17 | キヤノン株式会社 | 指紋入力装置及びその製造方法 |
KR100982741B1 (ko) * | 2003-01-06 | 2010-09-16 | 가부시키가이샤 시마즈세이사쿠쇼 | 이면조사형 촬상소자 |
JP4497844B2 (ja) * | 2003-05-30 | 2010-07-07 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置の製造方法 |
WO2006137867A1 (en) | 2004-09-17 | 2006-12-28 | California Institute Of Technology | Fabrication method for back-illuminated cmos or ccd imagers made from soi wafer |
US7749799B2 (en) | 2005-11-15 | 2010-07-06 | California Institute Of Technology | Back-illuminated imager and method for making electrical and optical connections to same |
US20070277874A1 (en) * | 2006-05-31 | 2007-12-06 | David Francis Dawson-Elli | Thin film photovoltaic structure |
GB2439597A (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-02 | X Fab Uk Ltd | Low noise RF CMOS circuits |
US7569832B2 (en) * | 2006-07-14 | 2009-08-04 | Carestream Health, Inc. | Dual-screen digital radiographic imaging detector array |
US20080070340A1 (en) * | 2006-09-14 | 2008-03-20 | Nicholas Francis Borrelli | Image sensor using thin-film SOI |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53142193A (en) * | 1977-05-17 | 1978-12-11 | Nec Corp | Semiconductor intergrated circuit device and its manufacture |
JP3253099B2 (ja) * | 1990-03-27 | 2002-02-04 | キヤノン株式会社 | 半導体基板の作製方法 |
JP3176072B2 (ja) * | 1991-01-16 | 2001-06-11 | キヤノン株式会社 | 半導体基板の形成方法 |
JPH05152551A (ja) * | 1991-11-27 | 1993-06-18 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体撮像素子の製造方法 |
JP2860028B2 (ja) * | 1992-11-26 | 1999-02-24 | 株式会社フジクラ | 紫外線検知装置及びその製造方法 |
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1996
- 1996-06-11 JP JP8148981A patent/JP2907125B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-06-11 US US08/872,740 patent/US5907767A/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
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