KR101375228B1 - Epitaxial substrate for solid-state imaging device with gettering sink, semiconductor device, back illuminated solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 반도체 웨이퍼를 레이저 조사장치에 세팅하여, 반도체 웨이퍼를 이동시키면서 레이저 빔을 조사한다. 이 때, 레이저 발생장치로부터 출사된 레이저 빔은 집광용 렌즈에 의해 집광점(초점)이 반도체 웨이퍼의 일면으로부터 수십 ㎛ 정도 깊은 위치가 되도록 집광된다. 이로써, 그 깊이 위치에서의 반도체 웨이퍼의 결정구조가 개질되어 게터링 싱크가 형성된다.In this invention, a semiconductor wafer is set to a laser irradiation apparatus, and a laser beam is irradiated, moving a semiconductor wafer. At this time, the laser beam emitted from the laser generator is condensed by the condensing lens so that the condensing point (focus) is located at a position of several tens of micrometers deep from one surface of the semiconductor wafer. As a result, the crystal structure of the semiconductor wafer at the depth position is modified to form a gettering sink.

Description

게터링싱크를 갖는 고체촬상소자용 에피택셜 기판, 반도체 디바이스, 이면조사형 고체촬상소자 및 이들의 제조방법{EPITAXIAL SUBSTRATE FOR SOLID-STATE IMAGING DEVICE WITH GETTERING SINK, SEMICONDUCTOR DEVICE, BACK ILLUMINATED SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Epitaxial substrate, semiconductor device, back-illumination solid-state image pickup device having a gettering sink, and manufacturing method thereof AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 고체촬상소자용 에피택셜 기판, 반도체 디바이스, 이면조사형 고체촬상소자 및 이들의 제조방법에 관한 것으로서, 게터링 싱크를 단시간에 용이하게 형성할 수 있는 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an epitaxial substrate for a solid state image pickup device, a semiconductor device, a back-illumination type solid state image pickup device, and a manufacturing method thereof. The present invention relates to a technique capable of easily forming a gettering sink in a short time.

본원은, 2008년 10월 16일 일본에서 출원된 일본 특허출원 제2008-267341호, 일본 특허출원 제2008-267342호, 및 일본 특허출원 제2008-267343호, 그리고 2009년 3월 23일 일본에서 출원된 일본 특허출원 제2009-069601호의 각각에 근거하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.This application is as follows: Japanese Patent Application No. 2008-267341, Japanese Patent Application No. 2008-267342, and Japanese Patent Application No. 2008-267343, filed in Japan on October 16, 2008, and March 23, 2009 in Japan. Priority is claimed based on each of Japanese Patent Application No. 2009-069601 filed, and the content is incorporated herein.

최근, 휴대전화, 디지털 비디오 카메라 등에, 반도체를 이용한 고성능의 고체촬상소자가 탑재되어, 화소 수나 감도 등의 성능이 비약적으로 향상되고 있다. 고체촬상소자는, 예컨대, 반도체 기판의 일면에 에피택셜층을 성장시킨 에피택셜 기판을 이용하고, 상기 에피택셜층에 포토다이오드 등으로 이루어지는 회로를 형성함으로써 제조된다.Background Art In recent years, high-performance solid-state imaging devices using semiconductors have been mounted in mobile phones, digital video cameras, and the like, and performances such as the number of pixels and the sensitivity have been dramatically improved. The solid state image pickup device is manufactured by, for example, using an epitaxial substrate in which an epitaxial layer is grown on one surface of a semiconductor substrate, and forming a circuit of photodiode or the like on the epitaxial layer.

최근 들어 고체촬상소자의 소형화 및 고해상도화의 진행에 따라, 포토다이오드의 배치밀도가 대폭 향상되고 있다. 이 때문에, 개개의 포토다이오드의 사이즈가 매우 작아져, 각각의 포토다이오드에 입사가능한 광량이 저하되고 있다. 고체촬상소자의 소형화 및 고해상도화의 진행에 따른 입사광량의 저하를 회피하기 위하여, 회로층 등의 구성물이 적은 이면측으로부터 광을 입사시키는 구조의 이면조사형 고체촬상소자도 일반적으로 알려져 있다.In recent years, as the size of a solid-state image sensor becomes smaller and higher in resolution, the placement density of a photodiode has been greatly improved. For this reason, the size of each photodiode becomes very small, and the quantity of light which can be incident on each photodiode is falling. In order to avoid a decrease in the amount of incident light due to the miniaturization and resolution of the solid-state image pickup device, a back-illumination type solid-state image pickup device having a structure in which light is incident from the rear surface side of which there are few components such as a circuit layer is generally known.

그런데, 고체촬상소자의 촬상 특성을 저하시키는 요인으로서, 포토다이오드의 암시(暗時) 리크전류가 문제가 되고 있다. 암시(暗時) 리크전류의 원인으로서는, 제조공정에서의 기판(웨이퍼)의 중금속 오염을 들 수 있다.By the way, as a factor which degrades the imaging characteristic of a solid-state image sensor, the dark leakage current of a photodiode becomes a problem. As a cause of the dark leakage current, heavy metal contamination of the board | substrate (wafer) in a manufacturing process is mentioned.

기판의 중금속 오염을 억제하기 위하여, 종래부터, 반도체 웨이퍼의 내부 혹은 이면에 중금속의 게터링 싱크를 형성하고, 게터링 싱크에 중금속을 모음으로써, 포토다이오드 형성부분에 있어서의 중금속 농도를 저감시키는 방법이 시행되어 왔다.In order to suppress heavy metal contamination of a substrate, the method of reducing the heavy metal concentration in a photodiode formation part conventionally forms the gettering sink of heavy metal in the inside or the back surface of a semiconductor wafer, and collects heavy metal in a gettering sink. This has been implemented.

또한, 최근, 휴대전화, 디지털 비디오 카메라 등의 대폭적인 슬림화에 따라, 이들 기기에 내장되는 반도체 디바이스, 예컨대 반도체 메모리의 슬림화가 진행되고 있다. 반도체 메모리는, 예컨대 실리콘 단결정으로 이루어지는 실리콘 기판(실리콘 웨이퍼)의 일면에 디바이스를 형성함으로써 제조된다. 반도체 메모리를 슬림화하기 위해서는, 실리콘 기판의 표면측에 디바이스를 형성한 후, 실리콘 기판의 이면측을 깎아 예컨대 50㎛ 정도까지 두께를 슬림화한다.In recent years, with the drastic slimming of mobile phones, digital video cameras, and the like, slimming of semiconductor devices, such as semiconductor memories, incorporated in these devices has been progressing. The semiconductor memory is manufactured by forming a device on one surface of a silicon substrate (silicon wafer) made of, for example, a silicon single crystal. In order to slim a semiconductor memory, after forming a device on the front surface side of a silicon substrate, the back surface side of a silicon substrate is cut | disconnected, for example, slimming thickness to about 50 micrometers.

이러한, 반도체 디바이스의 슬림화 공정에 있어서, 실리콘 기판에 대한 중금속의 혼입(混入)이 우려되고 있다. 실리콘 기판에 중금속 등의 불순물이 혼입되면, 리크전류 등에 의해 디바이스 특성이 현저히 열화된다. 이 때문에, 실리콘 기판의 슬림화 공정 후에 있어서의 디바이스 형성영역의 중금속의 분산을 억제하는 것이 중요시되고 있다.In such a slimming process of a semiconductor device, mixing of heavy metals with a silicon substrate is concerned. When impurities such as heavy metals are mixed in the silicon substrate, device characteristics are significantly degraded due to leakage current or the like. For this reason, it is important to suppress dispersion of heavy metals in the device formation region after the slimming process of the silicon substrate.

실리콘 기판으로부터 중금속을 제거하는 방법으로서, 종래부터 게터링법이 일반적으로 알려져 있다. 이는, 실리콘 기판에 게터링 사이트라 불리는 중금속의 포획영역을 형성하고, 어닐처리 등에 의해 게터링 사이트에 중금속을 모음으로써, 소자형성영역의 중금속을 저감시키는 것이다. 게터링 사이트를 실리콘 기판에 형성하는 방법으로서, 예컨대, 실리콘 기판에 산소석출물을 형성하는 IG (Intrinsic Gettering : 인트린식 게터링법, 예컨대, 특허문헌 1)와, 실리콘 기판의 이면측에 백사이드 데미지 등의 게터링 사이트를 형성하는 EG(Extrinsic Gettering : 익스트린식 게터링법, 예컨대, 특허문헌 2) 등이 알려져 있다. 반도체 기판에 열처리를 실시함으로써, 기판 내부에 산소석출부를 형성하여, 산소석출부를 게터링 싱크로 하는 방법도 알려져 있다(예컨대, 비특허문헌 1).As a method for removing heavy metals from a silicon substrate, a gettering method is generally known. This reduces the heavy metal in the element formation region by forming a capture region of heavy metal called a gettering site on the silicon substrate and collecting the heavy metal at the gettering site by annealing or the like. As a method of forming a gettering site on a silicon substrate, for example, IG (Intrinsic Gettering) (Intrinsic Gettering method, for example, Patent Document 1) for forming an oxygen precipitate on a silicon substrate, and backside damage on the back side of the silicon substrate, etc. EG (Extrinsic Gettering: Extrinsic gettering method, for example, patent document 2) etc. which form the gettering site of is known. By heat-processing a semiconductor substrate, the method of forming an oxygen precipitation part inside a board | substrate and making an oxygen precipitation part a gettering sink is also known (for example, nonpatent literature 1).

[선행기술문헌][Prior Art Literature]

[특허문헌][Patent Literature]

[특허문헌 1] 일본 특허공개 공보 H6-338507호[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. H6-338507

[특허문헌 2] 일본 특허공개 공보 제2006-313922호[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 2006-313922

[비특허문헌][Non-Patent Document]

[비특허문헌 1] M.Sano, S.Sumita, T.Shigematsu and N. Fujino, Semiconductor Silicon 1994.eds. H.R.Huff et al.(Electrochem. Soc., Pennington 1994)[Non-Patent Document 1] M.Sano, S.Sumita, T.Shigematsu and N. Fujino, Semiconductor Silicon 1994.eds. H.R.Huff et al. (Electrochem. Soc., Pennington 1994)

그러나, 반도체 기판에 열처리를 실시하여 기판 내부에 산소석출부를 형성하는 방법에서는, 중금속을 충분히 포획할 수 있는 사이즈의 산소석출부를 형성하기 위해 장시간의 열처리가 필요하여, 제조공정이 장기화되며 제조비용이 증대된다는 과제가 있다. 또한, 열처리 공정에 있어서, 가열장치 등으로부터 추가적인 중금속 오염이 발생될 우려도 있다.However, in the method of forming an oxygen precipitate in the substrate by heat treatment on the semiconductor substrate, a long time heat treatment is required to form an oxygen precipitate in a size capable of sufficiently trapping heavy metals, thus prolonging the manufacturing process and increasing the manufacturing cost. There is a challenge to increase. Further, in the heat treatment step, there is a fear that additional heavy metal contamination is generated from the heating device or the like.

IG법은, 실리콘 기판에 디바이스를 형성하는 전(前)공정에서 이용되는 것으로서, 실리콘 기판에 확산된 중금속을 제거하기 위해 600℃ 이상의 열처리 온도가 필요하다. 그러나, 실리콘 기판에 디바이스를 형성한 후에 실시되는 열처리의 온도는 400℃ 이하가 대부분이어서, 디바이스 형성 후의 슬림화 공정에서 혼입된 중금속을 충분히 포획할 수 없다는 과제가 있었다.The IG method is used in a previous step of forming a device on a silicon substrate, and a heat treatment temperature of 600 ° C. or higher is required to remove heavy metals diffused on the silicon substrate. However, since the temperature of the heat treatment performed after forming a device on a silicon substrate is most 400 degrees C or less, there existed a subject that the heavy metal mixed in the slimming process after device formation cannot fully be captured.

또한, 최근 반도체 디바이스의 슬림화가 진행됨에 따라, 반도체 디바이스의 두께는 50∼40㎛ 이하, 나아가 30㎛ 정도가 요구된다. 이러한 수준의 두께로는, 슬림화 공정에 있어서, 실리콘 기판에 형성된 게터링 싱크의 대부분이 깎여 버리기 때문에, 충분한 게터링 능력을 얻을 수 없다.In addition, with the recent slimming of semiconductor devices, the thickness of semiconductor devices is required to be 50 to 40 µm or less, and further, about 30 µm. At this level of thickness, since most of the gettering sinks formed on the silicon substrate are shaved in the slimming step, sufficient gettering capability cannot be obtained.

실리콘 기판의 이면측에 백사이드 데미지 등의 게터링 사이트를 형성하는 EG법에서는, 최근 주류가 되고 있는 300mm 웨이퍼 등의 대구경 기판의 경우, 양면연마되어 있기 때문에, 이면측에 게터링 싱크를 형성하는 것 자체가 곤란하다.In the EG method of forming gettering sites such as backside damage on the back side of a silicon substrate, in the case of large-diameter substrates such as 300 mm wafers, which have become mainstream in recent years, both surfaces are polished, so that a gettering sink is formed on the back side. It is difficult on its own.

본 발명의 하나의 양태는 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 게터링 싱크를 단시간에 용이하게 형성할 수 있는 동시에, 게터링 싱크의 형성시에 중금속 오염의 우려가 없는 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 제조방법을 제공한다.One aspect of the present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to easily form a gettering sink in a short time, and to form a gettering sink, there is no fear of heavy metal contamination. It provides a method of manufacturing.

또한, 본 발명의 하나의 양태는, 중금속 오염이 적고, 저비용으로 제조가능한 고체촬상소자용 에피택셜 기판을 제공한다.In addition, one aspect of the present invention provides an epitaxial substrate for a solid state image pickup device which is low in heavy metal contamination and which can be manufactured at low cost.

또한, 본 발명의 하나의 양태는, 반도체 디바이스의 형성 후에 오염된 중금속을 디바이스 형성영역으로부터 간편하고도 확실하게 제거할 수 있는 반도체 디바이스의 제조방법을 제공한다.Moreover, one aspect of this invention provides the manufacturing method of the semiconductor device which can remove the heavy metal contaminated after formation of a semiconductor device easily and reliably from a device formation area.

또한, 본 발명의 하나의 양태는, 슬림화가 이루어져도 중금속으로 인한 특성 열화의 우려가 없는 반도체 디바이스를 제공한다.Moreover, one aspect of this invention provides the semiconductor device which does not have a possibility of the characteristic deterioration by a heavy metal even if it slims.

본 발명의 하나의 양태에 관한 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 제조방법은, 반도체 기판의 일면에 에피택셜층을 성장시켜, 에피택셜 기판을 형성하는 공정과, 상기 에피택셜 기판을 향해 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 상기 반도체 기판의 임의의 미소(微小)영역에 상기 레이저 빔을 집광시킴으로써, 상기 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조를 변화시킨 게터링 싱크를 형성하는 공정과, 상기 에피택셜 기판을 소정의 온도로 어닐하여 상기 게터링 싱크에 중금속을 포획시키는 공정을 구비한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an epitaxial substrate for a solid-state image pickup device, comprising: growing an epitaxial layer on one surface of a semiconductor substrate to form an epitaxial substrate, and collecting the light collecting means toward the epitaxial substrate. A gettering sink in which a laser beam is incident through the light beam, and the laser beam is focused on an arbitrary micro area of the semiconductor substrate, thereby generating a multiphoton absorption process in the micro area, thereby changing the crystal structure of the micro area. And annealing the epitaxial substrate to a predetermined temperature to capture heavy metal in the gettering sink.

상기 레이저 빔은, 상기 에피택셜 기판을 투과할 수 있는 파장영역이며, 상기 집광수단은, 상기 반도체 기판의 두께방향에 있어서의 임의의 위치에, 상기 레이저 빔을 집광시키는 것이 바람직하다. 상기 레이저 빔은, 펄스 폭 1.0×10-15∼1.0×10-8초, 파장 300∼1200nm의 범위의 초단(超短) 펄스 레이저 빔인 것이 바람직하다.It is preferable that the said laser beam is a wavelength range which can permeate | transmit the epitaxial board | substrate, and the said condensing means condenses the said laser beam in arbitrary positions in the thickness direction of the said semiconductor substrate. It is preferable that the said laser beam is an ultrashort pulsed laser beam of the pulse width of 1.0x10 <-15> -1.0x10 <-8> second, and a wavelength of 300-1200 nm.

상기 반도체 기판은 단결정 실리콘으로 이루어지고, 상기 게터링 싱크는 무정형 구조의 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 게터링 싱크는, 상기 고체촬상소자의 형성영역에 겹치는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.The semiconductor substrate may be made of single crystal silicon, and the gettering sink may include silicon having an amorphous structure. The gettering sink is preferably formed at a position overlapping the formation region of the solid state image pickup device.

본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판은, 상기 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 제조방법에 의해 제조된 고체촬상소자용 에피택셜 기판으로서, 상기 게터링 싱크는, 적어도 상기 고체촬상소자를 이루는 매립형 포토다이오드의 형성위치와 겹치는 영역에, 직경 50∼150㎛, 두께 10∼150㎛의 범위의 사이즈로 설치되어 있다.An epitaxial substrate for a solid state image pickup device according to the present invention is an epitaxial substrate for a solid state image pickup device manufactured by the method for producing an epitaxial substrate for a solid state image pickup device, and the gettering sink is at least a buried type forming the solid state image pickup device. In the area | region which overlaps with the formation position of a photodiode, it is provided in the size of the range of 50-150 micrometers in diameter, and 10-150 micrometers in thickness.

상기 게터링 싱크는, 밀도 1.0×105~1.0×107개/㎠의 범위로 형성되어 있는 것이 바람직하다.It is preferable that the said gettering sink is formed in the range of density 1.0 * 10 <5> -1.0 * 10 <7> piece / cm <2>.

본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 제조방법에 따르면, 에피택셜 기판을 향해 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 반도체 기판 내부에 있어서의 임의의 미소영역에 레이저 빔을 집광시킴으로써, 반도체 기판 내부의 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조만 변화시킨 게터링 싱크를 단시간에 용이하게 형성할 수 있게 된다.According to the method for manufacturing an epitaxial substrate for a solid state image pickup device of the present invention, a semiconductor substrate is made by injecting a laser beam toward a epitaxial substrate through a light collecting means and condensing the laser beam in an arbitrary micro area inside the semiconductor substrate. By generating a multiphoton absorption process in the inner microregions, it is possible to easily form a gettering sink in which only the crystal structure of the microregions is changed in a short time.

이로써, 종래와 같이 게터링 싱크를 형성하기 위해 장시간 열처리할 필요가 없게 되어, 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 제조공정을 간략화하고, 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 300mm 웨이퍼 등으로 대표되는 양면연마기판이어도, 반도체 기판의 내부에 게터링 싱크를 용이하게 형성할 수 있게 된다.This eliminates the need for heat treatment for a long time to form a gettering sink as in the prior art, which simplifies the manufacturing process of the epitaxial substrate for a solid state image pickup device and reduces the manufacturing cost. Even in the case of a double-side polished substrate represented by a 300 mm wafer or the like, the gettering sink can be easily formed inside the semiconductor substrate.

본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판에 따르면, 중금속의 게터링 능력이 뛰어나고, 암시(暗時) 리크전류가 적으며, 뛰어난 촬상 특성을 갖는 고체촬상소자를 실현할 수 있는 고체촬상소자용 에피택셜 기판을 제공할 수가 있다.According to the epitaxial substrate for solid-state imaging devices of the present invention, the epitaxial for solid-state imaging devices capable of realizing a solid-state imaging device having excellent gettering capability of heavy metals, low implicit leakage current, and excellent imaging characteristics. A substrate can be provided.

[반도체 디바이스][Semiconductor Device]

본 발명의 반도체 디바이스의 제조방법은, 반도체 기판의 일면에 절연막을 형성하는 공정과, 상기 반도체 기판의 타면으로부터 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 상기 반도체 기판의 임의의 미소영역에 상기 레이저 빔을 집광시킴으로써, 상기 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조를 변화시킨 게터링 싱크를 형성하는 공정과, 상기 반도체 기판을 소정의 온도로 어닐하여, 상기 게터링 싱크에 중금속을 포획시키는 공정을 적어도 구비하였다.A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the steps of forming an insulating film on one surface of a semiconductor substrate, and injecting a laser beam through a light collecting means from the other surface of the semiconductor substrate, and the laser beam in any micro area of the semiconductor substrate. Condensation of the semiconductor substrate to generate a multiphoton absorption process in the microregions to form a gettering sink in which the crystal structure of the microregions is changed; and to anneal the semiconductor substrate to a predetermined temperature. At least the step of capturing the heavy metal was provided.

상기 레이저 빔은, 상기 반도체 기판을 투과할 수 있는 파장영역이며, 상기 집광수단은, 상기 반도체 기판의 두께방향에 있어서의 임의의 위치에, 상기 레이저 빔을 집광시키는 것이 바람직하다. 상기 레이저 빔은, 펄스 폭 1.0×10-15~1.0×10-8초, 파장 300~1200nm의 범위의 초단(超短) 펄스 레이저 빔인 것이 바람직하다.It is preferable that the said laser beam is a wavelength range which can permeate | transmit the said semiconductor substrate, and the said condensing means condenses the said laser beam in arbitrary positions in the thickness direction of the said semiconductor substrate. The laser beam, it is preferable that the pulse width of 1.0 × 10 -15 ~ 1.0 × 10 -8 seconds, and the first stage (超短) bimin laser pulse in the range of wavelength 300 ~ 1200nm.

상기 반도체 기판은 단결정 실리콘으로 이루어지고, 상기 게터링 싱크는 적어도 그 일부에 무정형 구조의 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 게터링 싱크는, 디바이스의 형성영역과 겹치는 위치에 적어도 형성되어 있는 것이 바람직하다.Preferably, the semiconductor substrate is made of single crystal silicon, and the gettering sink includes silicon having an amorphous structure in at least part thereof. It is preferable that the said gettering sink is formed at least in the position which overlaps with the formation area of a device.

본 발명의 반도체 디바이스는, 상기 반도체 디바이스의 제조방법에 의해 제조된다. 상기 게터링 싱크는, 밀도 1.0×105~1.0×106개/㎠의 범위로 형성되어 있는 것이 바람직하다.The semiconductor device of this invention is manufactured by the manufacturing method of the said semiconductor device. It is preferable that the said gettering sink is formed in the range of density 1.0 * 10 <5> -1.0 * 10 <6> piece / cm <2>.

본 발명의 반도체 디바이스의 제조방법에 따르면, 반도체 기판을 향해 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 반도체 기판 내부에 있어서의 임의의 미소영역에 레이저 빔을 집광시킴으로써, 반도체 기판 내부의 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조만 변화시킨 게터링 싱크를 단시간에 용이하게 형성할 수 있게 된다.According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a laser beam is incident through a light collecting means toward a semiconductor substrate, and the laser beam is focused on an arbitrary minute region inside the semiconductor substrate, thereby reaching the minute region inside the semiconductor substrate. By generating a photon absorption process, it is possible to easily form a gettering sink in which only the crystal structure of the microregion is changed in a short time.

이로써, 종래와 같이 게터링 싱크를 형성하기 위해 장시간 열처리할 필요가 없게 되어, 반도체 디바이스의 제조공정을 간략화하고, 제조비용을 저감시킬 수가 있다. 300mm 웨이퍼 등으로 대표되는 양면연마기판이어도, 반도체 기판의 내부에 게터링 싱크를 용이하게 형성할 수 있게 된다.Thereby, it is not necessary to heat-treat for a long time in order to form a gettering sink like conventionally, and the manufacturing process of a semiconductor device can be simplified and manufacturing cost can be reduced. Even in the case of a double-side polished substrate represented by a 300 mm wafer or the like, the gettering sink can be easily formed inside the semiconductor substrate.

본 발명의 반도체 디바이스에 따르면, 슬림화가 이루어져도 중금속의 게터링능력이 뛰어나고 리크전류가 적은 뛰어난 특성을 갖는 반도체 디바이스를 제공할 수가 있다.According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to provide a semiconductor device having excellent characteristics with excellent gettering capability of a heavy metal and low leakage current even when slimming.

[이면조사형 고체촬상소자][Back irradiation type solid state imaging device]

본 발명의 이면조사형 고체촬상소자의 제조방법은, 반도체 기판의 일면에 에피택셜층을 성장시켜 에피택셜 기판을 형성하는 공정과, 상기 에피택셜 기판을 향해 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 상기 반도체 기판의 임의의 미소영역에 상기 레이저 빔을 집광시킴으로써, 상기 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조를 변화시킨 게터링 싱크를 형성하는 공정과, 상기 에피택셜 기판에 복수의 포토다이오드를 형성하는 공정과, 상기 에피택셜 기판을 소정의 온도로 어닐하여, 상기 게터링 싱크에 중금속을 포획시키는 공정과, 상기 반도체 기판의 두께를 줄여, 상기 게터링 싱크를 포함하는 영역을 제거하는 공정을 적어도 구비하였다.In the method of manufacturing a back-illumination type solid-state imaging device of the present invention, a step of forming an epitaxial substrate by growing an epitaxial layer on one surface of a semiconductor substrate, injecting a laser beam through the light collecting means toward the epitaxial substrate, Condensing the laser beam in an arbitrary micro area of the semiconductor substrate to generate a multiphoton absorption process in the micro area to form a gettering sink in which the crystal structure of the micro area is changed; and the epitaxial substrate Forming a plurality of photodiodes on the substrate; annealing the epitaxial substrate at a predetermined temperature to capture heavy metals in the gettering sink; and reducing the thickness of the semiconductor substrate; At least the process of removing a region was provided.

상기 레이저 빔은, 상기 에피택셜 기판을 투과할 수 있는 파장영역이며, 상기 집광수단은, 상기 반도체 기판의 두께방향에 있어서의 임의의 위치에, 상기 레이저 빔을 집광시키는 것이 바람직하다. 상기 레이저 빔은, 펄스 폭 1.0×10-15~1.0×10-8초, 파장 300~1200nm의 범위의 초단 펄스 레이저 빔인 것이 바람직하다.It is preferable that the said laser beam is a wavelength range which can permeate | transmit the epitaxial board | substrate, and the said condensing means condenses the said laser beam in arbitrary positions in the thickness direction of the said semiconductor substrate. It is preferable that the said laser beam is an ultrashort pulsed laser beam of the pulse width of 1.0x10 <-15> -1.0x10 <-8> second, and a wavelength of 300-1200 nm.

상기 반도체 기판은 단결정 실리콘으로 이루어지고, 상기 게터링 싱크는 무정형 구조의 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 게터링 싱크는, 상기 포토다이오드의 형성영역과 겹치는 위치에 적어도 형성되는 것이 바람직하다. 상기 게터링 싱크와 상기 에피택셜층의 사이에는, SOI구조의 매립 산화막이 더욱 형성되는 것이 바람직하다.The semiconductor substrate may be made of single crystal silicon, and the gettering sink may include silicon having an amorphous structure. The gettering sink is preferably formed at least in a position overlapping with the formation region of the photodiode. It is preferable that a buried oxide film having an SOI structure is further formed between the gettering sink and the epitaxial layer.

본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판은, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 일면에 형성된 에피택셜층과, 상기 반도체 기판을 향해 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 상기 반도체 기판의 임의의 미소영역에 상기 레이저 빔을 집광시킴으로써, 상기 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조를 변화시켜 형성한 게터링 싱크와, 상기 게터링 싱크와 상기 에피택셜층의 사이에 형성된 SOI구조의 매립 산화막을 구비하였다.An epitaxial substrate for a solid state image pickup device according to the present invention includes a semiconductor substrate, an epitaxial layer formed on one surface of the semiconductor substrate, and a laser beam incident on the semiconductor substrate through a light collecting means, and an arbitrary microstructure of the semiconductor substrate. By condensing the laser beam in a region, a gettering sink formed by changing a crystal structure of the microregion by generating a multiphoton absorption process in the microregion, and formed between the gettering sink and the epitaxial layer. A buried oxide film having an SOI structure was provided.

상기 게터링 싱크는, 적어도 상기 포토다이오드의 형성위치와 겹치는 영역에, 직경 50~150㎛, 두께 10~150㎛의 범위의 사이즈로 설치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 게터링 싱크는, 밀도 1.0×105~1.0×107개/㎠의 범위로 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.It is preferable that the said gettering sink is provided in the size of the range of 50-150 micrometers in diameter, and 10-150 micrometers in thickness in the area | region which overlaps with the formation position of the said photodiode at least. It is preferable that the said gettering sink is formed in the range of density 1.0 * 10 <5> -1.0 * 10 <7> / cm <2>.

본 발명의 이면조사형 고체촬상소자의 제조방법에 따르면, 에피택셜 기판을 향해 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 반도체 기판 내부에 있어서의 임의의 미소영역에 레이저 빔을 집광시킴으로써, 반도체 기판 내부의 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조만 변화시킨 게터링 싱크를 단시간에 용이하게 형성할 수 있게 된다.According to the manufacturing method of the back-illumination type solid-state imaging device of the present invention, the laser beam is incident on the epitaxial substrate through the light collecting means, and the laser beam is focused on an arbitrary micro-area inside the semiconductor substrate. By generating a multiphoton absorption process in the microregions, a gettering sink in which only the crystal structure of the microregions is changed can be easily formed in a short time.

이로써, 에피택셜층에 포함되는 중금속이 게터링 싱크에 확실히 포획되기 때문에, 이면조사형 고체촬상소자의 촬상 특성을 저하시키는 요인인 포토다이오드의 암시(暗時) 리크전류를 억제할 수 있다. 따라서, 뛰어난 촬상 특성을 갖는 이면조사형 고체촬상소자를 실현할 수 있게 된다.As a result, since the heavy metal contained in the epitaxial layer is reliably captured by the gettering sink, the implicit leakage current of the photodiode, which is a factor that reduces the imaging characteristics of the back-illumination type solid-state image pickup device, can be suppressed. Therefore, the back-illumination type solid-state image pickup device having excellent imaging characteristics can be realized.

본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판에 따르면, 중금속의 게터링능력이 뛰어나고, 암시(暗時) 리크전류가 적으며, 뛰어난 촬상 특성을 갖는 이면조사형 고체촬상소자를 실현할 수 있는 고체촬상소자용 에피택셜 기판을 제공할 수가 있다.According to the epitaxial substrate for a solid-state image pickup device of the present invention, a solid-state image pickup device capable of realizing a back-illumination type solid-state image pickup device having excellent gettering ability of heavy metals, low implicit leakage current, and excellent image pickup characteristics It is possible to provide an epitaxial substrate for use.

[실리콘 웨이퍼][Silicone Wafer]

본 발명의 하나의 양태에 관한 실리콘 웨이퍼의 제조방법은, 실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 얻는 슬라이스 공정과, 상기 실리콘 웨이퍼를 향해 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 임의의 미소영역에 상기 레이저 빔을 집광시킴으로써, 상기 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조를 변화시킨 게터링 싱크를 형성하는 다광자 흡수공정과, 상기 다광자 흡수공정을 거친 실리콘 웨이퍼를 경면(鏡面) 연마하는 폴리싱공정을 적어도 구비하였다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a silicon wafer, the slicing step of slicing a silicon single crystal ingot to obtain a silicon wafer, and injecting a laser beam through the light collecting means toward the silicon wafer. By condensing the laser beam in a region, a multiphoton absorption process is generated in the microregion to form a gettering sink in which the crystal structure of the microregion is changed, and the silicon has undergone the multiphoton absorption process. At least a polishing step of mirror polishing the wafer was provided.

상기 슬라이스 공정과 상기 다광자 흡수공정의 사이에는, 실리콘 웨이퍼를 래핑하는 래핑 공정을 추가로 구비하여도 무방하다. 상기 슬라이스 공정과 상기 다광자 흡수공정의 사이에는, 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 에칭 공정을 추가로 구비하여도 무방하다.A lapping step of wrapping a silicon wafer may be further provided between the slice step and the multiphoton absorption step. An etching process for etching a silicon wafer may be further provided between the slice process and the multiphoton absorption process.

상기 레이저 빔은, 상기 실리콘 웨이퍼를 투과할 수 있는 파장영역이며, 상기 집광수단은, 상기 실리콘 웨이퍼의 두께방향에 있어서의 임의의 위치에, 상기 레이저 빔을 집광시키는 것이 바람직하다. 상기 레이저 빔은, 펄스 폭 1.0×10-15~1.0×10-8초, 파장 300~1200nm의 범위의 초단 펄스 레이저 빔인 것이 바람직하다. 상기 게터링 싱크는 무정형 구조의 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that the said laser beam is a wavelength range which can permeate | transmit the said silicon wafer, and it is preferable that the said condensing means condenses the said laser beam in arbitrary positions in the thickness direction of the said silicon wafer. It is preferable that the said laser beam is an ultrashort pulsed laser beam of the pulse width of 1.0x10 <-15> -1.0x10 <-8> second, and a wavelength of 300-1200 nm. The gettering sink preferably comprises silicon of amorphous structure.

본 발명의 에피택셜 웨이퍼의 제조방법은, 상기 실리콘 웨이퍼의 제조방법에 의해 얻은 실리콘 웨이퍼의 일면에 실리콘 단결정의 에피택셜층을 성장시키는 에피택셜공정을 적어도 구비하였다.The epitaxial wafer manufacturing method of the present invention includes at least an epitaxial step of growing an epitaxial layer of silicon single crystal on one surface of the silicon wafer obtained by the silicon wafer manufacturing method.

본 발명의 고체촬상소자의 제조방법은, 상기 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 의해 얻은 에피택셜 웨이퍼의 일면에 매립형 포토다이오드를 형성하는 소자형성공정을 적어도 구비하였다.The manufacturing method of the solid-state image pickup device of the present invention includes at least an element forming step of forming a buried photodiode on one surface of the epitaxial wafer obtained by the method for producing an epitaxial wafer.

상기 에피택셜 웨이퍼를 소정의 온도로 어닐하여, 상기 게터링 싱크에 중금속을 포획시키는 어닐공정을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 상기 게터링 싱크는, 적어도 상기 매립형 포토다이오드의 형성위치와 겹치는 영역에, 직경 50~150㎛, 두께 10~150㎛의 범위의 사이즈로 형성하면 된다. 상기 게터링 싱크는, 밀도가 1.0×105~1.0×107개/㎠의 범위가 되도록 형성하면 된다.It is preferable to further include an annealing step of annealing the epitaxial wafer to a predetermined temperature to trap heavy metal in the gettering sink. The gettering sink may be formed in a size having a diameter of 50 to 150 µm and a thickness of 10 to 150 µm in at least an area overlapping with the formation position of the buried photodiode. What is necessary is just to form the said gettering sink so that the density may be in the range of 1.0x10 5 to 1.0x10 7 holes / cm 2.

본 발명의 실리콘 웨이퍼의 제조방법에 따르면, 다광자 흡수공정에서 레이저광을 조사하여 게터링 싱크를 형성한 후에, 실리콘 웨이퍼를 경면연마(폴리싱공정)함으로써, 레이저광의 조사에 의해 생긴 실리콘 웨이퍼 표면의 미세한 흠집(abrasion)을 완전히 제거할 수가 있다. 이로써, 표면에 레이저 조사에 의한 미세한 흠집이 없고, 또한, 내부에 다광자 흡수공정에 의해 형성된 게터링 싱크를 구비한 실리콘 웨이퍼를 얻을 수가 있다.According to the method of manufacturing a silicon wafer of the present invention, after forming a gettering sink by irradiating a laser beam in a multi-photon absorption step, the silicon wafer is mirror-polished (polishing step), thereby producing a surface of the silicon wafer. Fine scratches can be completely eliminated. Thereby, the silicon wafer can be obtained which does not have the micro scratches by laser irradiation on the surface, and has the gettering sink formed by the multiphoton absorption process inside.

또한, 본 발명의 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 따르면, 중금속의 게터링능력이 뛰어난 에피택셜 웨이퍼를 얻을 수 있다.Moreover, according to the manufacturing method of the epitaxial wafer of this invention, the epitaxial wafer excellent in the gettering capability of heavy metal can be obtained.

더욱이, 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법에 따르면, 암시(暗時) 리크 전류가 적고, 뛰어난 촬상 특성을 갖는 고체촬상소자를 실현할 수 있게 된다.Moreover, according to the manufacturing method of the solid-state image pickup device of the present invention, it is possible to realize a solid-state image pickup device having a low implicit leakage current and having excellent image pickup characteristics.

또한, 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법에 따르면, 중금속의 게터링능력이 뛰어나고, 암시(暗時) 리크전류가 적으며, 뛰어난 촬상 특성을 갖는 고체촬상소자를 실현할 수 있다.In addition, according to the manufacturing method of the solid-state image pickup device of the present invention, it is possible to realize a solid-state image pickup device having excellent gettering capability of heavy metals, low implicit leakage current, and excellent image pickup characteristics.

도 1은 본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 일실시형태를 나타내는 단면확대도이다.
도 2는 동(同) 실시형태를 적용한 고체촬상소자의 일례에 대한 단면확대도이다.
도 3은 본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 제조방법의 일실시형태를 설명하는 단면확대도이다.
도 4는 동(同) 제조방법의 일실시형태를 수행하기 위한 레이저 조사장치의 블록도이다.
도 5는 동(同) 장치의 작용을 나타내는 단면확대도이다.
도 6은 본 발명의 제조방법의 일실시형태를 설명하는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 반도체 디바이스의 일실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 반도체 디바이스의 제조방법의 일실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 9는 게터링 싱크의 형성에 이용되는 레이저 조사장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 11은 이면조사형 고체촬상소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자의 제조방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자의 제조방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자의 제조방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 15는 게터링 싱크의 형성에 이용되는 레이저 조사장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 16은 반도체 기판에 게터링 싱크를 형성하는 양태를 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일실시형태에 관한 에피택셜 웨이퍼를 나타내는 단면도이다.
도 18은 동(同) 웨이퍼를 이용한 고체촬상소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 일실시형태에 관한 실리콘 웨이퍼의 제조방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 20은 본 발명의 일실시형태에 관한 실리콘 웨이퍼의 제조방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 21은 게터링 싱크의 형성에 이용되는 레이저 조사장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 22는 실리콘 웨이퍼에 게터링 싱크를 형성하는 양태를 나타내는 단면도이다.1 is an enlarged cross-sectional view showing an embodiment of an epitaxial substrate for a solid state image pickup device according to the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view of an example of a solid state image pickup device to which the same embodiment is applied.
3 is an enlarged cross-sectional view illustrating an embodiment of a method for manufacturing an epitaxial substrate for a solid state image pickup device according to the present invention.
4 is a block diagram of a laser irradiation apparatus for carrying out one embodiment of the same manufacturing method.
Fig. 5 is an enlarged cross-sectional view showing the action of the device.
6 is a perspective view for explaining an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor device of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
9 is a schematic diagram illustrating an example of a laser irradiation apparatus used to form a gettering sink.
10 is a cross-sectional view showing an example of an epitaxial substrate for a solid state image pickup device according to the present invention.
11 is a cross-sectional view showing an example of a back-illumination solid-state image pickup device.
12 is a cross-sectional view showing an example of the method of manufacturing the backside-illumination solid-state image pickup device of the present invention.
13 is a cross-sectional view showing an example of a method of manufacturing the backside-illumination solid-state image pickup device of the present invention.
14 is a cross-sectional view showing an example of a method of manufacturing the backside-illumination solid-state image pickup device of the present invention.
15 is a schematic diagram illustrating an example of a laser irradiation apparatus used for forming a gettering sink.
It is sectional drawing which shows the aspect which forms a gettering sink in a semiconductor substrate.
It is sectional drawing which shows the epitaxial wafer which concerns on one Embodiment of this invention.
18 is a cross-sectional view showing an example of a solid state image pickup device using the same wafer.
19 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a silicon wafer and a method for manufacturing an epitaxial wafer according to one embodiment of the present invention.
20 is a cross-sectional view showing the silicon wafer manufacturing method and the epitaxial wafer manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
21 is a schematic diagram illustrating an example of a laser irradiation apparatus used to form a gettering sink.
It is sectional drawing which shows the aspect which forms a gettering sink in a silicon wafer.

이하에서는 본 발명의 각종 실시형태에 대해 도면에 근거하여 설명한다. 이하의 실시형태는 발명의 취지에 대한 이해를 보다 쉽게 하기 위하여 구체적으로 설명하는 것이며, 특별한 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이하의 설명에서 이용되는 도면은, 본 발명의 특징을 이해하기 쉽게 하기 위해 편의상 주요부가 되는 부분을 확대하여 나타내는 경우가 있으며, 각 구성요소의 치수비율 등이 실제와 같다고는 할 수 없다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, various embodiment of this invention is described based on drawing. The following embodiments are specifically described for easier understanding of the gist of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order to make the characteristics of this invention easy to understand, the drawing used for the following description may expand and show the part which becomes a principal part for convenience, and it cannot be said that the dimension ratio etc. of each component are actual.

[고체촬상소자용 에피택셜 기판][Epitaxial Boards for Solid State Imaging Devices]

도 1은, 본 발명의 일실시형태에 관한 고체촬상소자용 에피택셜 기판을 나타내는 확대단면도이다. 에피택셜 기판(고체촬상소자용 에피택셜 기판 : 11)은, 반도체 기판(12)과, 반도체 기판(12)의 일면(12a)에 형성된 에피택셜층(13)을 구비한다. 반도체 기판(12)의 일면(12a) 근방 부근에는, 에피택셜 기판(11)의 중금속을 포획하는 게터링 싱크(14, 14 …)가 형성되어 있다.1 is an enlarged cross-sectional view showing an epitaxial substrate for a solid state image pickup device according to an embodiment of the present invention. An epitaxial substrate (epitaxial substrate 11 for solid-state image pickup device) includes a semiconductor substrate 12 and an epitaxial layer 13 formed on one surface 12a of the semiconductor substrate 12. In the vicinity of one surface 12a of the semiconductor substrate 12, gettering sinks 14, 14... That trap heavy metals of the epitaxial substrate 11 are formed.

이러한 에피택셜 기판(11)은, 고체촬상소자용 기판으로서 적합하게 이용할 수 있다. 반도체 기판(12)은, 예컨대, 실리콘 단결정 웨이퍼이면 된다. 에피택셜층(13)은, 반도체 기판(12)의 일면(12a)으로부터 성장시킨 실리콘의 에피택셜 성장막이면 된다.Such an epitaxial substrate 11 can be suitably used as a substrate for a solid state image pickup device. The semiconductor substrate 12 may be a silicon single crystal wafer, for example. The epitaxial layer 13 may be an epitaxial growth film of silicon grown from one surface 12a of the semiconductor substrate 12.

게터링 싱크(14)는, 실리콘 단결정의 일부를 무정형화시킨 (비정질적) 구조이면 된다. 게터링 싱크(14)는, 그 결정구조 내에 약간의 왜곡이 존재하는 것만으로 중금속을 포획하는 능력이 있어, 극히 일부를 무정형화하는 것만으로도 게터링 싱크로서의 역할을 할 수가 있다. 종래의 게터링 싱크는 반도체 기판 전체를 열처리함으로써 형성되었으나, 본 발명에 있어서, 게터링 싱크(14)는, 레이저 빔의 집광에 의해, 반도체 기판(12)의 일부에 다광자 흡수과정을 발생시켜 결정구조를 개질함으로써 형성된다. 이러한 게터링 싱크(14)의 형성방법은, 추후에 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 제조방법에서 상세히 기술하도록 한다.The gettering sink 14 may be a structure in which a part of the silicon single crystal is amorphous (amorphous). The gettering sink 14 has the ability to trap heavy metals only by slight distortion in its crystal structure, and can serve as a gettering sink only by amorphizing a very small portion. The conventional gettering sink is formed by heat-treating the entire semiconductor substrate, but in the present invention, the gettering sink 14 generates a multiphoton absorption process on a part of the semiconductor substrate 12 by condensing a laser beam. It is formed by modifying the crystal structure. The method of forming the gettering sink 14 will be described later in detail in the method of manufacturing the epitaxial substrate for a solid state image pickup device.

게터링 싱크(14)는, 에피택셜 기판(11)을 이용하여 고체촬상소자를 형성할 때, 적어도 각각의 고체촬상소자의 형성영역(S1)과 겹치는 위치에 형성되어 있으면 된다. 예컨대, 하나의 게터링 싱크(14)는, 직경(R1)이 50~150㎛, 보다 바람직하게는 75~125㎛이며, 두께(T1)는 10~150㎛, 보다 바람직하게는 10~100㎛의 크기의 원반형상으로 형성되어 있으면 된다. 게터링 싱크(14)의 형성깊이(D1)는, 반도체 기판(12)의 일면(12a)으로부터 0.5~2㎛ 정도가 바람직하다. D1은 보다 바람직하게는 0.8~1.5㎛이다.The gettering sink 14 should just be formed in the position which overlaps with the formation area S1 of each solid state imaging element at least, when forming the solid state imaging element using the epitaxial substrate 11. For example, one gettering sink 14 has a diameter R1 of 50 to 150 µm, more preferably 75 to 125 µm, and a thickness T1 of 10 to 150 µm, more preferably 10 to 100 µm. What is necessary is just to form the disk shape of the magnitude | size. The formation depth D1 of the gettering sink 14 is preferably about 0.5 to 2 μm from one surface 12a of the semiconductor substrate 12. D1 becomes like this. More preferably, it is 0.8-1.5 micrometers.

도 2는, 본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판을 이용하여 제작한 고체촬상소자의 일례를 나타내는 단면도이다. 고체촬상소자(160)는, p+형 반도체 기판(실리콘 기판 : 12) 상에 p형 에피택셜층(13)을 형성하고, 더욱이, 반도체 기판(12)에 게터링 싱크(14)를 형성한 에피택셜 기판(11)을 이용한다. 에피택셜층(13)의 소정 위치에는, 제 1 n형 우물영역(161)이 형성된다. 제 1 n형 우물영역(161)의 내부에는, 수직 전송 레지스터를 구성하는 p형 전송 채널영역(163), n+형 채널정지영역(164) 및 제 2 n-형 우물영역(165)이 각각 형성되어 있다.Fig. 2 is a cross-sectional view showing an example of a solid state image pickup device fabricated using the epitaxial substrate for a solid state image pickup device of the present invention. The solid state image pickup device 160 forms an p-type epitaxial layer 13 on a p + type semiconductor substrate (silicon substrate 12), and furthermore, an epitaxially formed gettering sink 14 on the semiconductor substrate 12. The tactical substrate 11 is used. The first n-type well region 161 is formed at a predetermined position of the epitaxial layer 13. Inside the first n-type well region 161, a p-type transmission channel region 163, an n + -type channel stop region 164, and a second n-type well region 165, which constitute a vertical transfer register, are formed, respectively. It is.

게이트 절연막(162)의 소정 위치에는 전송전극(166)이 형성되어 있다. p형 전송 채널영역(163)과 제 2 n형 우물영역(165), 및 n형 채널정지영역(164)의 사이에, n-형 정전하 축적영역(167)과 p형 불순물 확산영역(168)을 적층시킨 포토다이오드(169)가 형성된다. 게이트 절연막(162) 및 포토다이오드(169)를 덮는 층간 절연막(171), 및 포토다이오드(169)의 수직상방을 제외한 표면을 덮는 차광막(172)을 구비하고 있다.The transfer electrode 166 is formed at a predetermined position of the gate insulating layer 162. Between the p-type transmission channel region 163, the second n-type well region 165, and the n-type channel stop region 164, the n-type electrostatic charge accumulation region 167 and the p-type impurity diffusion region 168. Photodiodes 169 are stacked. An interlayer insulating film 171 covering the gate insulating film 162 and the photodiode 169, and a light shielding film 172 covering the surface of the photodiode 169 except for the vertical upper portion are provided.

이러한 구성의 고체촬상소자(160)는, 반도체 기판(12)에 형성된 게터링 싱크(14)에 의해, 에피택셜 기판(11)에 포함되는 중금속이 확실히 포획되어 있기 때문에, 고체촬상소자(160)의 촬상 특성을 저하시키는 요인인 포토다이오드(169)의 암시(暗時) 리크 전류를 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 에피택셜 기판(11)을 이용하여 고체촬상소자(160)를 형성함으로써, 암시(暗時) 리크전류가 적으며, 뛰어난 촬상 특성을 갖는 고체촬상소자(160)를 실현할 수가 있다.In the solid state image pickup device 160 having such a configuration, since the heavy metal contained in the epitaxial substrate 11 is reliably captured by the gettering sink 14 formed on the semiconductor substrate 12, the solid state image pickup device 160 is provided. The implicit leak current of the photodiode 169, which is a factor of lowering the imaging characteristic of the film, can be suppressed. Therefore, by forming the solid state image pickup device 160 using the epitaxial substrate 11 of the present invention, it is possible to realize the solid state image pickup device 160 having low dark leakage current and having excellent image pickup characteristics. .

다음으로, 본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 제조방법에 대해 설명한다. 도 3은, 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 제조방법의 개요를 나타내는 단면도이다. 에피택셜 기판(고체촬상소자용 에피택셜 기판)을 제조함에 있어서는, 우선 반도체 웨이퍼(12)를 준비한다(도 3(a) 참조). 반도체 웨이퍼(12)는, 예컨대, 실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 슬라이스하여 제조된 실리콘 단결정 웨이퍼이면 된다.Next, a method for producing an epitaxial substrate for a solid state image pickup device according to the present invention will be described. 3 is a cross-sectional view showing an outline of a method of manufacturing an epitaxial substrate for a solid state image pickup device. In manufacturing an epitaxial substrate (epitaxial substrate for a solid state image pickup device), first, a semiconductor wafer 12 is prepared (see Fig. 3 (a)). The semiconductor wafer 12 may be, for example, a silicon single crystal wafer manufactured by slicing a silicon single crystal ingot.

다음으로, 반도체 웨이퍼(12)의 일면(12a)에 에피택셜층(13)을 형성한다(도 3(b) 참조). 에피택셜층(13)의 형성시에는, 예컨대, 에피택셜 성장장치를 이용해 반도체 웨이퍼(12)를 소정 온도까지 가열하면서 원료가스를 도입하여, 일면(12a)에 실리콘 단결정으로 이루어지는 에피택셜층(13)을 성장시키면 된다.Next, the epitaxial layer 13 is formed on one surface 12a of the semiconductor wafer 12 (see FIG. 3 (b)). When the epitaxial layer 13 is formed, for example, a source gas is introduced while heating the semiconductor wafer 12 to a predetermined temperature using an epitaxial growth apparatus, and the epitaxial layer 13 made of silicon single crystal on one surface 12a. ) Just grow.

다음으로, 에피택셜층(13)이 형성된 반도체 웨이퍼(12)를 레이저 조사장치(120)에 세팅하고, 반도체 웨이퍼(12)를 이동시키면서, 에피택셜층(13)측으로부터 레이저 빔을 조사한다(도 3(c) 참조). 이때, 레이저 발생장치(115)로부터 출사된 레이저 빔은, 집광용 렌즈(집광수단 : 111)에 의해, 집광점(초점)이 반도체 웨이퍼(12)의 일면(12a)으로부터 수십 ㎛ 정도 깊은 위치가 되도록 집광된다. 이로써, 이 깊이영역에 있어서, 반도체 웨이퍼(12)의 결정구조가 개질되어, 게터링 싱크(14)가 형성된다. 게터링 싱크(14)와 에피택셜층(13)의 사이에는, 개질되지 않은 층이 거의 일정한 두께가 되어 전면(全面)에 걸쳐 잔존한다. 이러한 게터링 싱크(14)의 형성공정은 이후에 상세히 기술하도록 한다.Next, the semiconductor wafer 12 in which the epitaxial layer 13 is formed is set to the laser irradiation apparatus 120, and the laser beam is irradiated from the epitaxial layer 13 side, moving the semiconductor wafer 12 ( See FIG. 3 (c)). At this time, the laser beam emitted from the laser generating device 115 has a position where the focusing point (focus) is about tens of micrometers deep from the one surface 12a of the semiconductor wafer 12 by the condensing lens (condensing means) 111. It is concentrated. As a result, in this depth region, the crystal structure of the semiconductor wafer 12 is modified, and the gettering sink 14 is formed. Between the gettering sink 14 and the epitaxial layer 13, the unmodified layer has a substantially constant thickness and remains over the entire surface. The process of forming such gettering sink 14 will be described later in detail.

에피택셜층(13)과 게터링 싱크(14)가 형성된 반도체 웨이퍼(12)는, 더욱이 어닐장치(180)에 의해 소정의 온도까지 가열된다(도 3(d) 참조). 이로써, 반도체 웨이퍼(12) 내에 확산되어 있는 중금속이 게터링 싱크(14)에 모여, 소자형성부분에 중금속이 매우 적은 고체촬상소자용 에피택셜 기판(11)이 얻어진다.The semiconductor wafer 12 on which the epitaxial layer 13 and the gettering sink 14 are formed is further heated to a predetermined temperature by the annealing device 180 (see FIG. 3 (d)). Thereby, the heavy metal diffused in the semiconductor wafer 12 collects in the gettering sink 14, and the epitaxial substrate 11 for solid-state imaging elements with very few heavy metals in an element formation part is obtained.

도 4는, 반도체 웨이퍼에 게터링 싱크를 형성하기 위한 레이저 조사 장치의 일례를 나타내는 모식도이다. 레이저 조사장치(120)는, 레이저 빔(Q11)을 펄스 발진하는 레이저 발생장치(115), 레이저 빔(Q11)의 펄스 등을 제어하는 펄스제어회로(Q스위치 : 116), 레이저 빔(Q11)을 반사하여 레이저 빔(Q11)의 진행방향을 반도체 웨이퍼(12)를 향해 90°변환시키는 빔 스플리터(하프 미러 : 117a), 빔 스플리터(117a)에서 반사된 레이저 빔(Q11)을 집광하는 집광용 렌즈(집광수단 : 111)를 구비하고 있다.4 is a schematic diagram illustrating an example of a laser irradiation apparatus for forming a gettering sink on a semiconductor wafer. The laser irradiation apparatus 120 includes a laser generator 115 for pulse oscillating the laser beam Q11, a pulse control circuit (Q switch: 116) for controlling pulses of the laser beam Q11, and the like, a laser beam Q11. Beam splitter (half mirror 117a) for reflecting the light beam and converting the traveling direction of the laser beam Q11 90 degrees toward the semiconductor wafer 12, and for condensing the laser beam Q11 reflected by the beam splitter 117a. A lens (condensing means: 111) is provided.

상기 장치는, 에피택셜층(13)이 형성된 반도체 웨이퍼(12)를 재치(載置)하는 스테이지(140)를 구비한다. 스테이지(140)는, 집광된 레이저 빔(Q21)을 반도체 웨이퍼(12)의 임의의 위치에서 집광시켜 초점을 맞추기 위해, 스테이지 제어회로(145)에 의해 연직방향(Y) 및 수평방향(X)으로 이동할 수 있도록 제어된다.The apparatus includes a stage 140 for mounting the semiconductor wafer 12 on which the epitaxial layer 13 is formed. The stage 140 has a vertical direction Y and a horizontal direction X by the stage control circuit 145 to focus and focus the focused laser beam Q21 at an arbitrary position of the semiconductor wafer 12. It is controlled to move to.

레이저 발생장치(115) 및 펄스제어회로(116)는, 특별히 한정하지는 않지만, 반도체 웨이퍼 내부에 있어서의 임의의 위치의 결정구조를 개질하여 게터링 싱크를 형성할 수 있는 레이저 빔을 조사할 수 있으면 된다. 특히, 반도체 웨이퍼를 투과할 수 있는 파장영역이면서, 또한 단(短) 펄스 주기에서의 발진이 가능한 티탄 사파이어 레이저가 적합하다. 표 1에, 일반적인 반도체 웨이퍼 및 실리콘 웨이퍼의 각각에 있어서, 적합한 레이저 조사조건의 구체예를 나타낸다.Although the laser generating device 115 and the pulse control circuit 116 are not specifically limited, if the laser beam which can form a gettering sink by modifying the crystal structure of arbitrary positions inside a semiconductor wafer can be irradiated, do. In particular, a titanium sapphire laser, which is a wavelength region that can transmit the semiconductor wafer and can be oscillated in a short pulse period, is suitable. Table 1 shows specific examples of suitable laser irradiation conditions in each of a general semiconductor wafer and a silicon wafer.

레이저 조사 조건Laser irradiation conditions 웨이퍼 종류Wafer type 반도체 웨이퍼Semiconductor wafer 실리콘 웨이퍼Silicon wafer 빔 파장Beam wavelength 300~1200nm300 to 1200 nm 1000~1200nm1000 to 1200 nm 빔 지름Beam diameter 0.1~100㎛0.1 to 100 탆 0.5~1.0㎛0.5 to 1.0 탆 반복 주파수Repetition frequency 0.001~100MHz0.001 to 100 MHz 10~100MHz10 to 100 MHz 펄스 폭Pulse width 1.0×10-15~1.0×10-8초1.0 x 10 -15 to 1.0 x 10 -8 sec 1.0×10-15~1.0×10-9초1.0 × 10 -15 to 1.0 × 10 -9 seconds 출력Print 1~1000mJ/펄스1 to 1000 mJ / pulse 1~100mJ/펄스1 ~ 100mJ / pulse

레이저 발생장치(115)에서 발생시킨 레이저 빔(Q11)은, 집광용 렌즈(111)에 의해 광로 폭이 수렴되고, 수렴된 레이저 빔(Q21)이 반도체 웨이퍼(12)의 임의의 깊이 위치(G1)에서 초점을 결상(結像)하도록(집광되도록) 스테이지(140)가 연직방향(Y)으로 제어된다. 집광용 렌즈(111)는, 예컨대 배율이 10~300배, N.A가 0.3~0.9, 레이저 빔의 파장에 대한 투과율이 30~60%의 범위인 것이 바람직하다.In the laser beam Q11 generated by the laser generator 115, the optical path width is converged by the condensing lens 111, and the converged laser beam Q21 is located at an arbitrary depth position G1 of the semiconductor wafer 12. The stage 140 is controlled in the vertical direction Y so as to image (focus) the focal point. The condensing lens 111 preferably has a magnification of 10 to 300 times, N.A of 0.3 to 0.9, and a transmittance of 30 to 60% with respect to the wavelength of the laser beam.

레이저 조사장치(120)는, 더욱이 가시광 레이저 발생장치(119), 빔 스플리터(하프 미러 : 117b), CCD카메라(130), CCD카메라 제어회로(135), 결상용 렌즈(112), 중앙제어회로(150) 및 표시수단(151)을 구비하고 있다.The laser irradiation apparatus 120 further includes a visible light laser generator 119, a beam splitter (half mirror 117b), a CCD camera 130, a CCD camera control circuit 135, an imaging lens 112, (150) and display means (151).

가시광 레이저 발생장치(119)에서 발생시킨 가시광 레이저 빔(Q31)은, 빔 스플리터(하프 미러 : 117b)에서 반사되고 90°방향 전환되어, 반도체 웨이퍼(12)의 에피택셜층(13)에 도달한다. 에피택셜층(13)의 표면에서 반사되고, 집광용 렌즈(111) 및 빔 스플리터(117a 및 117b)를 투과하여 결상용 렌즈(112)에 도달한다. 결상용 렌즈(112)에 도달한 가시광 레이저(Q31)는, 반도체 웨이퍼(12)의 표면화상으로서 CCD카메라(130)에 의해 촬상되고, 촬상 데이터가 CCD카메라 제어회로(135)에 입력된다. 입력된 촬상 데이터에 근거하여, 스테이지 제어회로(145)는 스테이지(140)의 수평방향(X)의 이동량을 제어한다.The visible light laser beam Q31 generated by the visible light laser generator 119 is reflected by the beam splitter (half mirror 117b), is turned 90 degrees, and reaches the epitaxial layer 13 of the semiconductor wafer 12. . Reflected on the surface of the epitaxial layer 13, it passes through the condensing lens 111 and the beam splitters 117a and 117b to reach the imaging lens 112. The visible light laser Q31 which has reached the imaging lens 112 is picked up by the CCD camera 130 as a surface image of the semiconductor wafer 12, and the imaging data is input to the CCD camera control circuit 135. Based on the input image pickup data, the stage control circuit 145 controls the amount of movement of the stage 140 in the horizontal direction (X).

다음으로, 에피택셜층(13)이 형성된 반도체 웨이퍼(12)에 게터링 싱크를 형성하는 방법을 상세히 기술한다. 도 5는, 레이저 빔에 의해 반도체 웨이퍼에 게터링 싱크를 형성하는 양태를 나타낸 모식도이다. 반도체 웨이퍼(12)에 게터링 싱크를 형성할 때에는, 레이저 발생장치(115)로부터 출사된 레이저 빔(Q11)을 집광용 렌즈(집광수단 : 111)에 의해 수렴시킨다. 수렴된 레이저 빔(Q21)은, 실리콘에 대하여 투과가능한 파장영역이기 때문에, 에피택셜층(13)의 표면에 도달한 후, 반사되지 않고 그대로 입사된다.Next, a method of forming a gettering sink on the semiconductor wafer 12 on which the epitaxial layer 13 is formed will be described in detail. 5 is a schematic diagram showing an embodiment in which a gettering sink is formed on a semiconductor wafer by a laser beam. When the gettering sink is formed on the semiconductor wafer 12, the laser beam Q11 emitted from the laser generator 115 is converged by a condenser lens (condensing means 111). Since the converged laser beam Q21 is a wavelength region that is transparent to silicon, it reaches the surface of the epitaxial layer 13 and is incident as it is without being reflected.

에피택셜층(13)이 형성된 반도체 웨이퍼(12)는, 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)이 반도체 웨이퍼(12)의 일면(12a)으로부터 소정 깊이(D1)가 되도록 위치결정된다. 이로써, 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)만, 반도체 웨이퍼(12)는 다광자 흡수과정이 생긴다.The semiconductor wafer 12 in which the epitaxial layer 13 is formed is positioned so that the light converging point (focus) of the laser beam Q21 becomes a predetermined depth D1 from one surface 12a of the semiconductor wafer 12. As a result, only the condensing point (focus) of the laser beam Q21, the semiconductor wafer 12 has a multiphoton absorption process.

다광자 흡수과정은, 주지된 바와 같이, 매우 단시간에 다량의 광자가 특정 부위(조사영역)에 조사됨에 따라, 조사영역에만 선택적으로 다량의 에너지가 흡수되고, 이로써, 조사영역의 결정결합이 변화되는 등의 반응을 일으키는 것이다. 본 발명에 있어서는, 반도체 웨이퍼(12) 내부의 임의의 영역에 레이저 빔을 집광시킴으로써, 집광점(초점)에 있어서, 단결정 구조의 반도체 웨이퍼를 개질하여, 부분적으로 비정질적 결정구조를 발생시킨다. 결정구조의 개질은, 중금속의 포획작용이 발생되는 정도, 다시 말해, 결정구조에 약간의 왜곡을 발생시키는 정도이면 된다.In the multiphoton absorption process, as a large amount of photons are irradiated to a specific site (irradiation region) in a very short time, a large amount of energy is selectively absorbed only in the irradiation region, thereby changing the crystal bonding of the irradiation region. It is to cause a reaction. In the present invention, by condensing a laser beam in an arbitrary region inside the semiconductor wafer 12, a semiconductor wafer having a single crystal structure is modified at a focusing point (focus) to generate a partially amorphous crystal structure. The modification of the crystal structure may be such that the trapping action of the heavy metal occurs, that is, the degree of slight distortion in the crystal structure.

이상과 같이, 반도체 웨이퍼(12) 내부의 임의의 미소영역에 레이저 빔(Q11)을 수렴시킨 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)을 설정하여, 미소영역의 결정구조를 개질함으로써, 반도체 웨이퍼(12)의 임의의 미소영역에 게터링 싱크(14)를 형성할 수가 있다.As described above, the converging point (focus) of the laser beam Q21 in which the laser beam Q11 is converged to an arbitrary micro area inside the semiconductor wafer 12 is set, and the crystal structure of the micro area is modified to thereby change the semiconductor wafer. The gettering sink 14 can be formed in any micro area of (12).

게터링 싱크(14)를 형성하기 위한 레이저 빔은, 레이저 빔이 집광점(초점)에 도달하기 전의 광로에 있어서는, 에피택셜층(13)이나 반도체 웨이퍼(12)의 결정구조를 개질하는 일없이, 레이저 빔이 확실히 투과될 수 있는 조건으로 하는 것이 중요하다. 레이저 빔의 조사조건은, 반도체재료의 기초물성값인 금제대(禁制帶 ; 에너지 밴드 갭)에 의해 결정된다. 예컨대, 실리콘 반도체의 금제대는 1.1eV이기 때문에, 입사파장이 1000nm 이상인 경우, 투과성이 현저해진다. 이렇게 하여 레이저 빔의 파장은, 반도체재료의 금제대를 고려하여 결정할 수가 있다.The laser beam for forming the gettering sink 14 has no modification in the crystal structure of the epitaxial layer 13 or the semiconductor wafer 12 in the optical path before the laser beam reaches the focusing point (focus point). In this case, it is important that the laser beam is reliably transmitted. The irradiation conditions of the laser beam are determined by the forbidden band (energy band gap) which is a basic physical property value of the semiconductor material. For example, since the forbidden band of the silicon semiconductor is 1.1 eV, the transmittance becomes remarkable when the incident wavelength is 1000 nm or more. In this way, the wavelength of the laser beam can be determined in consideration of the forbidden band of the semiconductor material.

레이저 빔의 발생장치로서는, YAG 레이저와 같은 고출력 레이저는, 소정의 깊이 위치뿐만 아니라, 그 주변영역에도 열 에너지가 전달될 우려가 있기 때문에, 저출력 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. 저출력 레이저로서는, 예컨대, 펨토초 레이저와 같은 초단 펄스 레이저가 적합하다.As a laser beam generating apparatus, since a high power laser like a YAG laser may transmit heat energy not only to a predetermined depth position but also to the peripheral region, it is preferable to use a low output laser. As the low power laser, for example, an ultra short pulse laser such as a femtosecond laser is suitable.

초단 펄스 레이저는, 반도체 레이저 등을 이용하여 티탄 사파이어결정(고체 레이저 결정)을 여기함으로써, 레이저 빔의 파장을 임의의 범위로 설정할 수 있다. 초단 펄스 레이저는, 여기 레이저 빔의 펄스 폭을 1.0×10-15 펨토초 이하로 할 수 있기 때문에, 그 밖의 레이저에 비해 여기(勵起)에 의해 발생되는 열 에너지의 확산을 억제할 수 있어, 레이저 빔의 집광점(초점)에만 광 에너지를 집중시킬 수가 있다.The ultra-short pulse laser can set the wavelength of a laser beam to arbitrary ranges by exciting a titanium sapphire crystal (solid laser crystal) using a semiconductor laser etc. Since the ultra-short pulse laser can make the pulse width of an excitation laser beam 1.01.010-15 femtosecond or less, compared with other lasers, it can suppress the spread of the thermal energy generate | occur | produced by excitation, and a laser Light energy can be concentrated only at the focusing point (focus) of the beam.

다광자 흡수과정에 의해 결정구조를 개질하여 형성한 게터링 싱크(14)는, 비정질적 결정구조로 되어 있을 것으로 추정된다. 이러한 비정질적 결정구조를 얻기 위해서는, 레이저 빔이 집광점(초점 : G1)을 국부적으로 급속가열·급속냉각시킬 필요가 있다. 표 1에 나타낸 바와 같은 특성을 갖는 초단 펄스 레이저는, 에너지량이 적은 레이저이지만, 집광용 렌즈(111)를 이용하여 집광함으로써, 반도체 기판(120)을 국부적으로 급속가열하기에 충분한 에너지가 된다. 레이저 빔의 집광점(초점 : G1)의 온도는 9900~10000K의 고온에 이른다. 집광되어 있기 때문에 입열(入熱) 범위가 매우 좁아, 반도체 웨이퍼(12)를 재치(載置)한 스테이지가 이동하거나, 혹은 레이저 빔의 주사에 의해 집광점(초점)이 이동하면, 이동 전의 집광점(초점)에 있어서의 입열량이 급격히 감소하여 급속냉각효과가 얻어진다. 1조사점(照射點)당 조사 펄스 수는, 10~10000 펄스인 것이 바람직하고, 10~100 펄스인 것이 보다 바람직하다.The gettering sink 14 formed by modifying the crystal structure by the multiphoton absorption process is assumed to have an amorphous crystal structure. In order to obtain such an amorphous crystal structure, it is necessary for the laser beam to locally rapidly heat and rapidly cool the focusing point (focus: G1). Although the ultrashort pulsed laser having the characteristics as shown in Table 1 is a laser having a small amount of energy, the light is condensed using the condensing lens 111 to be sufficient energy to locally heat the semiconductor substrate 120 rapidly. The temperature of the focusing point (focus: G1) of the laser beam reaches a high temperature of 9900-10000K. Since the light condensing range is very narrow, and the stage where the semiconductor wafer 12 is placed is moved, or the focusing point (focus) is moved by scanning of the laser beam, the focusing point before the movement is focused. The amount of heat input at the point (focal point) decreases rapidly, and a rapid cooling effect is obtained. It is preferable that it is 10-10000 pulses, and, as for the number of irradiation pulses per one irradiation point, it is more preferable that it is 10-100 pulses.

표 1에 나타낸 초단 펄스 레이저와 같이 파장을 1000nm으로 함으로써, 에피택셜층(13)이나 반도체 웨이퍼(12)에 대한 투과성이 향상되어, 에피택셜층(13) 등의 결정조직에 영향을 주지 않으면서, 레이저 빔의 집광점(초점)인 미소영역만 개질할 수가 있다. 결정구조의 개질부분이 반도체 기판(12)의 게터링 싱크(14)로서 적합하게 이용될 수 있다. 레이저 빔의 파장이 1200nm을 초과하면, 장파장 영역이기 때문에 광자 에너지(레이저 빔 에너지)가 낮아진다. 이 때문에, 레이저 빔을 집광시켜도 반도체 기판 내부의 개질에 충분한 광자 에너지를 얻을 수 없을 우려가 있어, 레이저 빔의 파장은 1200nm 이하로 하는 것이 바람직하다.By setting the wavelength to 1000 nm as in the ultrashort pulse laser shown in Table 1, the permeability to the epitaxial layer 13 and the semiconductor wafer 12 is improved, without affecting the crystal structure of the epitaxial layer 13 or the like. Only the micro area that is the focusing point (focus) of the laser beam can be modified. The modified portion of the crystal structure can be suitably used as the gettering sink 14 of the semiconductor substrate 12. When the wavelength of the laser beam exceeds 1200 nm, the photon energy (laser beam energy) is lowered because it is a long wavelength region. For this reason, there is a possibility that photon energy sufficient for modification inside the semiconductor substrate may not be obtained even when the laser beam is focused, and the wavelength of the laser beam is preferably set to 1200 nm or less.

레이저 빔의 집광점(초점 : G1)의 위치, 즉, 반도체 기판(12)에 게터링 싱크(14)를 형성하는 위치는, 스테이지를 상하이동시킴으로써 제어할 수 있다. 스테이지를 상하이동시키는 방법 이외에, 집광수단(집광용 렌즈)의 위치를 제어하여도 레이저 빔의 집광점(초점 : G1)의 위치를 제어할 수가 있다.The position of the converging point (focus: G1) of the laser beam, that is, the position at which the gettering sink 14 is formed on the semiconductor substrate 12 can be controlled by moving the stage. In addition to the method of moving the stage, the position of the focusing point (focus: G1) of the laser beam can be controlled even by controlling the position of the condensing means (condensing lens).

일례로서, 반도체 기판(12)의 표면(12a)으로부터 깊이 2㎛의 위치를 개질하여 게터링 싱크(14)를 형성하는 경우에는, 레이저 빔의 파장을 1080nm로 설정하고, 투과율이 60%인 집광용 렌즈(배율 50배)를 이용하여 표면으로부터 2㎛의 위치에 레이저 빔을 결상(집광)시켜, 다광자 흡수과정을 발생시킴으로써 개질부분(게터링 싱크)을 형성할 수가 있다.As an example, in the case where the gettering sink 14 is formed by modifying the position 2 m deep from the surface 12a of the semiconductor substrate 12, the wavelength of the laser beam is set to 1080 nm, and the transmittance is 60%. A modified lens (gettering sink) can be formed by forming (condensing) a laser beam at a position of 2 占 퐉 from the surface by using a lens (50x magnification) to generate a multiphoton absorption process.

이와 같이, 반도체 기판(12)의 미소영역의 결정구조를 개질하여 얻어지는 게터링 싱크(14)는, 예컨대, 직경(R1) 50~150㎛, 두께(T1) 10~150㎛의 크기의 원반형상으로 형성되면 된다. 게터링 싱크(14)의 형성깊이(D1)는, 반도체 기판(12)의 일면(12a)으로부터 0.5~2㎛ 정도가 바람직하다.Thus, the gettering sink 14 obtained by modifying the crystal structure of the microregion of the semiconductor substrate 12 is, for example, a disk shape having a size of 50 to 150 µm in diameter R1 and a thickness of 10 to 150 µm in thickness T1. It may be formed as. The formation depth D1 of the gettering sink 14 is preferably about 0.5 to 2 μm from one surface 12a of the semiconductor substrate 12.

각각의 게터링 싱크(14)는 적어도, 에피택셜 기판(11)에 고체촬상소자의 형성영역(S1)과 겹치는 위치에 형성되어 있으면 된다. 게터링 싱크(14)는, 예컨대, 형성피치(P1)가 0.1~10㎛의 간격으로 형성되면 된다. 게터링 싱크(14)는, 상술한 바와 같이 간헐적으로 형성되어 있는 것 이외에, 예컨대, 반도체 기판에 대하여 소정의 깊이로 반도체 기판 전체에 균일하게 형성되어 있어도 무방하다.Each gettering sink 14 should just be formed in the epitaxial board | substrate 11 in the position which overlaps with the formation area S1 of a solid-state image sensor. As for the gettering sink 14, the formation pitch P1 should just be formed in the interval of 0.1-10 micrometers, for example. In addition to being formed intermittently as described above, the gettering sink 14 may be formed uniformly over the entire semiconductor substrate, for example, at a predetermined depth with respect to the semiconductor substrate.

도 6은, 에피택셜 기판에서의 게터링 싱크의 형성양태를 나타낸 모식도이다. 게터링 싱크(14)는, 에피택셜 기판(11)에 있어서의 고체촬상소자의 형성영역(S1) 하부에 각각 형성되면 된다. 예컨대, 레이저 빔(Q1)이 에피택셜 기판(11)의 전역에 걸쳐 주사되도록, 에피택셜 기판(11)을 주변 가장자리부에서 Y방향으로 어긋나게 하면서 X방향을 따라 주사시켜, 레이저 빔(Q1)을 소정의 조건으로 조사해가면, 에피택셜 기판(11)의 전체에 게터링 싱크(14, 14 …)를 형성할 수 있다.Fig. 6 is a schematic diagram showing the formation of a gettering sink in an epitaxial substrate. The gettering sink 14 may be formed below the formation region S1 of the solid state imaging element in the epitaxial substrate 11, respectively. For example, the epitaxial substrate 11 is scanned along the X direction while the epitaxial substrate 11 is shifted in the Y direction from the peripheral edge portion so that the laser beam Q1 is scanned over the entire epitaxial substrate 11. When irradiated under predetermined conditions, the gettering sinks 14, 14... Can be formed in the entire epitaxial substrate 11.

에피택셜 기판(11) 전체에 있어서의 게터링 싱크(14)의 형성밀도는, 레이저 빔(Q1)의 주사피치(B1)에 의해 설정할 수 있다. 게터링 싱크(14)의 형성밀도는, 예컨대, 1.0×105~1.0×107개/㎠의 범위가 적합하다. 게터링 싱크(14)의 형성밀도는, 단면 TEM(투과형 전자현미경)에 의한 관찰을 통해 얻어진 산소석출물의 개수에 의해 검증할 수 있다.The formation density of the gettering sink 14 in the entire epitaxial substrate 11 can be set by the scanning pitch B1 of the laser beam Q1. As for the formation density of the gettering sink 14, the range of 1.0 * 10 <5> -1.0 * 10 <7> piece / cm <2> is suitable, for example. The formation density of the gettering sink 14 can be verified by the number of oxygen precipitates obtained through observation with a cross-sectional TEM (transmission electron microscope).

이상과 같이, 본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 제조방법에 따르면, 에피택셜 기판을 향해 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 반도체 기판 내부에 있어서의 임의의 미소영역에 레이저 빔을 집광시킴으로써, 반도체 기판 내부의 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조만 변화시킨 게터링 싱크를 단시간에 용이하게 형성할 수 있게 된다.As described above, according to the method for manufacturing the epitaxial substrate for a solid state image pickup device of the present invention, the laser beam is incident through the light collecting means toward the epitaxial substrate, and the laser beam is focused on an arbitrary micro area inside the semiconductor substrate. As a result, a multiphoton absorption process is generated in the micro-regions inside the semiconductor substrate, so that a gettering sink in which only the crystal structure of the micro-region is changed can be easily formed in a short time.

이로써, 종래와 같이 게터링 싱크를 형성하기 위해 장시간 열처리할 필요가 없게 되어, 고체촬상소자용 에피택셜 기판의 제조공정을 간략화할 수 있게 되고 제조비용도 저감시킬 수가 있다. 300mm 웨이퍼 등으로 대표되는 양면연마기판이어도, 반도체 기판의 내부에 게터링 싱크를 용이하게 형성할 수 있게 된다.As a result, it is not necessary to heat-treat for a long time to form a gettering sink as in the prior art, thereby simplifying the manufacturing process of the epitaxial substrate for a solid state image pickup device and reducing the manufacturing cost. Even in the case of a double-side polished substrate represented by a 300 mm wafer or the like, the gettering sink can be easily formed inside the semiconductor substrate.

[반도체 디바이스][Semiconductor Device]

다음으로, 본 발명에 관한 반도체 디바이스, 및 그 제조방법의 최선의 실시형태에 대하여, 반도체 디바이스의 일례로서 NAND형 플래시 메모리를 예로 들어 도면에 근거하여 설명하도록 한다.Next, a best mode of a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings by taking a NAND type flash memory as an example of a semiconductor device.

도 7은, 본 발명의 반도체 디바이스의 일례인 NAND형 플래시 메모리를 나타내는 확대 단면도이다. NAND형 플래시 메모리(반도체 디바이스 ; 21)는, p+형 반도체 기판(22)과, 반도체 기판(22)의 일면(22a)에 형성된 제 1 절연막(23)을 구비한다. 제 1 절연막(23)의 일면(23a)에는, 플로팅 게이트(floating gate : 25), 제 2 절연막(26), 컨트롤 게이트(27)가, 순서대로 포개어 형성되어 있다.7 is an enlarged cross-sectional view illustrating a NAND flash memory as an example of the semiconductor device of the present invention. The NAND type flash memory (semiconductor device) 21 includes a p + type semiconductor substrate 22 and a first insulating film 23 formed on one surface 22a of the semiconductor substrate 22. On one surface 23a of the first insulating film 23, a floating gate 25, a second insulating film 26, and a control gate 27 are stacked in this order.

반도체 기판(2)의 일면(22a)측에 있어서의, 플로팅 게이트(25)의 형성영역 주위에는, n+형의 소스 영역(28)과, 드레인 영역(29)이 각각 형성된다. 반도체 기판(22)에 있어서의 디바이스의 형성영역(S2)과 겹치는 위치, 예컨대, 플로팅 게이트(25), 제 2 절연막(26), 컨트롤 게이트(27) 등이 적층된 영역과 겹치는 위치에, 반도체 기판(22)의 중금속을 포획하는 게터링 싱크(24)가 형성되어 있다.An n + type source region 28 and a drain region 29 are formed around the formation region of the floating gate 25 on the one surface 22a side of the semiconductor substrate 2, respectively. The semiconductor at the position overlapping the formation region S2 of the device in the semiconductor substrate 22, for example, the position overlapping the region in which the floating gate 25, the second insulating film 26, the control gate 27, and the like are stacked. A gettering sink 24 is formed which traps the heavy metal of the substrate 22.

반도체 기판(22)은, 예컨대, 실리콘 단결정 웨이퍼이면 된다. 제 1 절연막(23)은, 실리콘 단결정 웨이퍼의 표면을 산화시킨 SiO2막이면 된다. 제 2 절연막(26)은 예컨대 질화 실리콘(SiN)막이면 된다.The semiconductor substrate 22 may be a silicon single crystal wafer, for example. The first insulating film 23 may be a SiO 2 film obtained by oxidizing the surface of the silicon single crystal wafer. The second insulating film 26 may be, for example, a silicon nitride (SiN) film.

게터링 싱크(24)는, 실리콘 단결정의 일부를 무정형화시킨 (비정질적) 구조이면 된다. 게터링 싱크(24)는, 그 결정구조 내에 약간의 왜곡이 존재하는 것만으로 중금속을 포획하는 능력이 있어, 극히 일부를 무정형화하는 것만으로도 게터링 싱크로서의 역할을 할 수가 있다. 게터링 싱크(24)는, 레이저 빔의 집광에 의해, 반도체 기판(22)의 일부에 다광자 흡수과정을 발생시켜 결정구조를 개질함으로써 형성된다. 이러한 게터링 싱크(24)의 형성방법은, 추후에 반도체 디바이스의 제조방법에서 상세히 기술하도록 한다.The gettering sink 24 may be a structure in which a part of the silicon single crystal is amorphous (amorphous). The gettering sink 24 is capable of capturing heavy metals only by slight distortion present in its crystal structure, and can serve as a gettering sink only by amorphizing a very small portion. The gettering sink 24 is formed by condensing a laser beam to generate a multiphoton absorption process on a part of the semiconductor substrate 22 to modify the crystal structure. This method of forming the gettering sink 24 will be described later in detail in the method of manufacturing a semiconductor device.

게터링 싱크(24)는, 적어도 개개의 디바이스의 형성영역(S2)과 겹치는 위치에 형성되어 있으면 된다. 예컨대, 하나의 게터링 싱크(24)는, 직경(R2) 50~150㎛, 보다 바람직하게는 75~125㎛, 두께(T2) 10~150㎛, 보다 바람직하게는 10~100㎛의 크기의 원반형상으로 형성되어 있으면 된다. 게터링 싱크(24)의 형성깊이(D2)는, 반도체 기판(22)의 일면(22a)으로부터 0.5~2㎛ 정도인 것이 바람직하다. 형성깊이(D2)는 보다 바람직하게는 0.8~1.5㎛이다.The gettering sink 24 should just be formed in the position which overlaps with at least the formation area S2 of each device. For example, one gettering sink 24 has a diameter (R2) of 50 to 150 µm, more preferably 75 to 125 µm, thickness T2 of 10 to 150 µm, and more preferably 10 to 100 µm in size. What is necessary is just to form in disk shape. The formation depth D2 of the gettering sink 24 is preferably about 0.5 to 2 μm from one surface 22a of the semiconductor substrate 22. Formation depth D2 becomes like this. More preferably, it is 0.8-1.5 micrometers.

이상과 같은 구성의 NAND형 플래시 메모리(21)는, 컨트롤 게이트(27)에 제어전압이 인가되면, p+형 반도체 기판(22)으로부터 제 1 절연막(23)을 투과하여 플로팅 게이트(25)를 향해 전자가 주입된다. 이로써, 데이터의 기입상태가 된다. 플로팅 게이트(25)는, 제 1 절연막(23)이나 제 2 절연막(26) 등의 절연체에 둘러싸여 있기 때문에, 전원이 절단되어도 기억상태가 유지된다.When the control voltage is applied to the control gate 27, the NAND type flash memory 21 having the above-described structure passes through the first insulating film 23 from the p + type semiconductor substrate 22 to open the floating gate 25. Electrons are injected toward the body. As a result, the data is written. Since the floating gate 25 is surrounded by insulators such as the first insulating film 23 and the second insulating film 26, the storage state is maintained even when the power supply is cut off.

한편, p+형 반도체 기판(22)에 소정의 전압을 인가함으로써, 플로팅 게이트(25)에 보유되어 있던 전자는, 절연막(23)을 투과하여 반도체 기판(22)을 향해 이동한다. 이로써, 데이터의 소거(消去)상태가 되어 전자가 주입된다.On the other hand, by applying a predetermined voltage to the p + type semiconductor substrate 22, electrons held in the floating gate 25 pass through the insulating film 23 and move toward the semiconductor substrate 22. As a result, the data is erased and electrons are injected.

이러한 NAND형 플래시 메모리(21)는, 반도체 기판(22)에 형성된 게터링 싱크(24)에 의해 중금속이 확실히 포획되어 있기 때문에, NAND형 플래시 메모리(21)의 특성을 저하시키는 요인인 리크전류를 억제할 수 있다. 따라서, 리크전류가 적으며, 뛰어난 기억특성을 갖는 NAND형 플래시 메모리(21)를 실현할 수가 있다.Since the heavy metal is reliably captured by the gettering sink 24 formed in the semiconductor substrate 22, such a NAND type flash memory 21 has a leak current which is a factor that degrades the characteristics of the NAND type flash memory 21. It can be suppressed. Therefore, the NAND type flash memory 21 having a small leakage current and excellent memory characteristics can be realized.

본 발명의 반도체 디바이스는, 상술한 바와 같은 NAND형 플래시 메모리로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 NOR형 플래시 메모리 등의 플래시 메모리, 혹은 DRAM 등의 반도체 메모리로 대표되는 각종 반도체 디바이스에도 마찬가지로 적용가능하다.The semiconductor device of the present invention is not limited to the above-described NAND flash memory, but can be similarly applied to various semiconductor devices represented by flash memory such as NOR flash memory or semiconductor memory such as DRAM.

다음으로, 본 발명의 반도체 디바이스의 제조방법에 대하여, 상술한 NAND형 플래시 메모리를 일례로 하여 설명하도록 한다. 도 8은, 반도체 디바이스의 제조방법의 개요를 단계적으로 나타낸 단면도이다. NAND형 플래시 메모리(반도체 디바이스)를 제조할 때에는, 우선 반도체 기판(22)을 준비한다(도 8(a) 참조). 반도체 기판(22)은, 예컨대, 실리콘 단결정 잉곳을 슬라이스하여 제조된 실리콘 단결정 웨이퍼이면 된다.Next, the manufacturing method of the semiconductor device of this invention is demonstrated using the above-mentioned NAND type flash memory as an example. 8 is a cross-sectional view showing the outline of a method of manufacturing a semiconductor device in stages. When manufacturing a NAND type flash memory (semiconductor device), the semiconductor substrate 22 is prepared first (refer FIG. 8 (a)). The semiconductor substrate 22 may be, for example, a silicon single crystal wafer manufactured by slicing a silicon single crystal ingot.

다음으로, 반도체 기판(22)의 일면(22a)에 제 1 절연막(23)을 형성한다(도 8(b) 참조). 제 1 절연막(23)은, 예컨대 실리콘 단결정 웨이퍼의 일면을 산화시킨 실리콘 산화막(SiO2)이면 된다. 실리콘 산화막(23)의 형성시에는, 예컨대, 어닐장치를 이용하여 반도체 기판(22)을 소정 온도까지 가열함으로써 그 표면을 산화시키면 된다.Next, the first insulating film 23 is formed on one surface 22a of the semiconductor substrate 22 (see FIG. 8B). The first insulating film 23 may be, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ) obtained by oxidizing one surface of a silicon single crystal wafer. In forming the silicon oxide film 23, the surface of the silicon oxide film 23 may be oxidized, for example, by heating the semiconductor substrate 22 to a predetermined temperature using an annealing apparatus.

다음으로, 예컨대, 포토리소그래피 등에 의해, 반도체 기판(22)의 일면(22a)에 플로팅 게이트(25), 제 2 절연막(26), 컨트롤 게이트(27) 및 소스 영역(28), 드레인 영역(29) 등으로 이루어지는 디바이스(NAND메모리 소자)를 형성한다(도 8(c) 참조).Next, the floating gate 25, the second insulating film 26, the control gate 27, the source region 28, and the drain region 29 are formed on one surface 22a of the semiconductor substrate 22 by, for example, photolithography or the like. A device (NAND memory element) consisting of a semiconductor device) is formed (see Fig. 8 (c)).

다음으로, 디바이스(NAND 메모리소자)가 형성된 반도체 기판(22)의 타면(이면 : 22b)측으로부터 레이저 빔을 조사하여, 게터링 싱크(24)를 형성한다(도 8(d) 참조). 도 9는, 반도체 기판에 게터링 싱크를 형성하기 위한 레이저 조사장치(120)의 일례를 나타내는 모식도이다. 레이저 조사장치(120)는, 앞서 기술한 실시형태에서 사용한 것과 같아도 무방하다. 적합한 레이저 조사조건은, 상술한 표 1과 같아도 무방하다.Next, a gettering sink 24 is formed by irradiating a laser beam from the other surface (back side: 22b) side of the semiconductor substrate 22 on which the device (NAND memory element) is formed (see FIG. 8 (d)). 9 is a schematic diagram illustrating an example of a laser irradiation apparatus 120 for forming a gettering sink on a semiconductor substrate. The laser irradiation apparatus 120 may be the same as that used in the above-mentioned embodiment. Suitable laser irradiation conditions may be as Table 1 mentioned above.

레이저 발생장치(115)에서 발생시킨 레이저 빔(Q11)은, 집광용 렌즈(111)에 의해 광로 폭이 수렴되고, 이 수렴된 레이저 빔(Q21)이 반도체 기판(22)의 임의의 깊이 위치(G2)에서 초점을 결상하도록(집광되도록), 스테이지(140)가 연직방향(Y)으로 제어된다. 집광용 렌즈(111)는, 예컨대 배율이 10~300배, N.A가 0.3~0.9, 레이저 빔의 파장에 대한 투과율이 30~60%의 범위인 것이 바람직하다.In the laser beam Q11 generated by the laser generator 115, the optical path width is converged by the condensing lens 111, and the converged laser beam Q21 is placed at an arbitrary depth position (of the semiconductor substrate 22). The stage 140 is controlled in the vertical direction Y so as to image the focus (collecting) in G2). The condensing lens 111 preferably has a magnification of 10 to 300 times, N.A of 0.3 to 0.9, and a transmittance of 30 to 60% with respect to the wavelength of the laser beam.

가시광 레이저 발생장치(119)에서 발생시킨 가시광 레이저 빔(Q31)은, 빔 스플리터(하프 미러 : 117b)에서 반사되고 90° 방향 전환되어, 반도체 기판(22)에 도달한다. 가시광 레이저 빔(Q31)은, 반도체 기판(22)의 표면(타면(22b)측)에서 반사되고, 집광용 렌즈(111) 및 빔 스플리터(117a 및 117b)를 투과하여 결상용 렌즈(112)에 도달한다. 결상용 렌즈(112)에 도달한 가시광 레이저(Q31)는, 반도체 기판(22)의 표면화상으로서 CCD카메라(130)에 의해 촬상되며, 촬상 데이터가 CCD카메라 제어회로(135)에 입력된다. 입력된 촬상 데이터에 근거하여, 스테이지 제어회로(145)는 스테이지(140)의 수평방향(X)의 이동량을 제어한다.The visible light laser beam Q31 generated by the visible light laser generator 119 is reflected by the beam splitter (half mirror 117b) and is turned 90 degrees to reach the semiconductor substrate 22. The visible light laser beam Q31 is reflected on the surface (the other surface 22b side) of the semiconductor substrate 22, and passes through the condensing lens 111 and the beam splitters 117a and 117b to the imaging lens 112. To reach. The visible light laser Q31 which has reached the imaging lens 112 is picked up by the CCD camera 130 as a surface image of the semiconductor substrate 22, and the imaging data is input to the CCD camera control circuit 135. Based on the input image pickup data, the stage control circuit 145 controls the amount of movement of the stage 140 in the horizontal direction (X).

다음으로, 디바이스를 형성한 반도체 기판(22)에 게터링 싱크를 형성하는 방법을 기술하도록 한다. 반도체 기판(22)의 내부에 게터링 싱크를 형성할 때에는, 우선, 스테이지(140)에 대하여 타면(22b)측이 상면(레이저 입사면)이 되도록 반도체 기판(22)을 재치(載置)한다. 레이저 발생장치(115)로부터 출사된 레이저 빔(Q11)을 집광용 렌즈(집광수단 : 111)에 의해 수렴시킨다. 수렴된 레이저 빔(Q21)은, 실리콘에 대하여 투과가능한 파장영역이기 때문에, 반도체 기판(22)의 타면(22b)에 도달한 후, 반사되지 않고 그대로 입사된다.Next, a method of forming a gettering sink on the semiconductor substrate 22 on which the device is formed will be described. When forming a gettering sink in the semiconductor substrate 22, first, the semiconductor substrate 22 is placed so that the other surface 22b side becomes the upper surface (laser incidence surface) with respect to the stage 140. . The laser beam Q11 emitted from the laser generator 115 is converged by a condenser lens (condensing means 111). Since the converged laser beam Q21 is a wavelength region that is transparent to silicon, the laser beam Q21 reaches the other surface 22b of the semiconductor substrate 22 and is then incident without being reflected.

반도체 기판(22)은, 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)이 반도체 기판(22)의 일면(22a)으로부터 소정의 깊이(D2)가 되도록 위치결정된다. 이로써, 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)만, 반도체 기판(22)은 다광자 흡수과정이 발생된다.The semiconductor substrate 22 is positioned so that the light converging point (focus) of the laser beam Q21 becomes a predetermined depth D2 from one surface 22a of the semiconductor substrate 22. As a result, only the light collecting point (focus) of the laser beam Q21 is generated, and the semiconductor substrate 22 has a multiphoton absorption process.

본 발명에 있어서는, 반도체 기판(22) 내부의 임의의 영역에 레이저 빔을 집광시킴으로써, 집광점(초점)에 있어서, 단결정구조의 반도체 웨이퍼를 개질하여 부분적으로 비정질적인 결정구조를 생기게 한다. 결정구조의 개질은, 중금속의 포획작용이 생기는 정도, 다시 말해, 결정구조에 약간의 왜곡을 생기게 하는 정도이면 된다.In the present invention, by condensing a laser beam in an arbitrary region inside the semiconductor substrate 22, a semiconductor wafer having a single crystal structure is modified at a focusing point (focus) to produce a partially amorphous crystal structure. The modification of the crystal structure may be such that the trapping action of the heavy metal occurs, that is, the degree of slight distortion in the crystal structure.

이상과 같이, 반도체 기판(22) 내부의 임의의 미소영역에 레이저 빔(Q11)을 수렴시킨 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)을 설정하고, 미소영역의 결정구조를 개질함으로써, 반도체 기판(22)의 임의의 미소영역에 게터링 싱크(24)를 형성할 수 있다.As described above, the converging point (focus) of the laser beam Q21 in which the laser beam Q11 is converged to any micro area inside the semiconductor substrate 22 is set, and the crystal structure of the micro area is modified to thereby provide a semiconductor substrate. The gettering sink 24 can be formed in any microregion of (22).

게터링 싱크(24)를 형성하기 위한 레이저 빔은, 레이저 빔이 집광점(초점)에 이르기 전의 광로에 있어서는, 반도체 기판(22)의 결정구조를 개질할 만큼의 에너지를 갖지 않으며, 또한 레이저 빔이 확실히 투과할 수 있는 조건으로 하는 것이 중요하다. 레이저 빔의 조사조건은, 반도체재료의 기초물성값인 금제대(에너지 밴드 갭)에 의해 결정된다. 예컨대, 실리콘 반도체의 금제대는 1.1eV이기 때문에, 입사파장이 1000nm 이상인 경우에 투과성이 현저해진다. 이와 같이 하여 레이저 빔의 파장은, 반도체재료의 금제대를 고려하여 결정할 수 있다.The laser beam for forming the gettering sink 24 does not have energy enough to modify the crystal structure of the semiconductor substrate 22 in the optical path before the laser beam reaches the focusing point (focus), and also the laser beam It is important to set this condition as permeable. The irradiation conditions of the laser beam are determined by the forbidden band (energy band gap), which is a basic material value of the semiconductor material. For example, since the forbidden band of the silicon semiconductor is 1.1 eV, the transmittance becomes remarkable when the incident wavelength is 1000 nm or more. In this manner, the wavelength of the laser beam can be determined in consideration of the forbidden band of the semiconductor material.

레이저 빔의 발생장치로서는, YAG 레이저와 같은 고출력 레이저는, 소정의 깊이 위치뿐만 아니라 그 주변영역에도 열 에너지가 전달될 우려가 있기 때문에, 저출력 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. 저출력 레이저로서는, 예컨대, 펨토 초 레이저와 같은 초단 펄스 레이저가 적합하다.As a laser beam generating apparatus, since a high power laser like a YAG laser may transmit heat energy not only to a predetermined depth position but also to the peripheral region, it is preferable to use a low power laser. As the low power laser, for example, an ultrashort pulse laser such as a femtosecond laser is suitable.

초단 펄스 레이저는, 반도체 레이저 등을 이용하여 티탄 사파이어결정(고체 레이저 결정)을 여기함으로써, 레이저 빔의 파장을 임의의 범위로 설정할 수 있다. 초단 펄스 레이저는, 여기 레이저 빔의 펄스 폭을 1.0×10-15 펨토 초 이하로 할 수 있기 때문에, 그 밖의 다른 레이저에 비해 여기에 의해 생기는 열 에너지의 확산을 억제할 수 있어, 레이저 빔의 집광점(초점)에만 광 에너지를 집중시킬 수가 있다.The ultra-short pulse laser can set the wavelength of a laser beam to arbitrary ranges by exciting a titanium sapphire crystal (solid laser crystal) using a semiconductor laser etc. The ultrashort pulsed laser can suppress the pulse width of the excitation laser beam to 1.0 × 10 -15 femtoseconds or less, thereby suppressing the diffusion of thermal energy caused by the excitation compared to other lasers, and condensing the laser beam. Only the point of focus can focus the light energy.

다광자 흡수과정에 의해 결정구조를 개질하여 형성한 게터링 싱크(24)는, 비정질적(Amorphous like) 결정구조로 되어 있는 것이라 추정된다. 이러한 비정질적 결정구조를 얻기 위해서는, 레이저 빔이 집광점(초점 : G2)을 국부적으로 급속가열·급속냉각할 필요가 있다. 표 1에 나타낸 바와 같은 특성을 갖는 초단 펄스 레이저는, 에너지량이 적은 레이저이지만, 집광용 렌즈(111)를 이용하여 집광함으로써, 반도체 기판(22)을 국부적으로 급속가열하기에 충분한 에너지가 된다. 레이저 빔의 집광점(초점 : G2)의 온도는 9900~10000K의 고온에 이른다. 집광되어 있기 때문에 입열범위가 매우 좁아, 반도체 기판(22)을 재치한 스테이지가 이동하거나, 혹은 레이저 빔의 주사에 따라 집광점(초점)이 이동하면, 이동 전의 집광점(초점)에 있어서의 입열량이 급격히 감소하여 급속냉각효과가 얻어진다.It is assumed that the gettering sink 24 formed by modifying the crystal structure by the multiphoton absorption process has an amorphous like crystal structure. In order to obtain such an amorphous crystal structure, it is necessary for the laser beam to locally rapidly heat and rapidly cool the light converging point (focus: G2). Although the ultra short pulse laser having the characteristics as shown in Table 1 is a laser having a small amount of energy, the light is collected using the condensing lens 111 to be sufficient energy to locally heat the semiconductor substrate 22 rapidly. The temperature of the converging point (focus: G2) of the laser beam reaches a high temperature of 9900-10000K. Because the light is focused, the heat input range is very narrow, and when the stage on which the semiconductor substrate 22 is placed is moved or the focusing point (focus) moves in accordance with the scanning of the laser beam, the entrance at the focusing point (focus) before the movement is moved. The amount of heat decreases drastically, and a rapid cooling effect is obtained.

표 1에 나타낸 초단 펄스 레이저와 같이, 파장을 1000nm으로 함으로써, 반도체 기판(22)에 대한 투과성이 높아져, 게터링 싱크(24)를 형성하고자 하는 영역 이외의 결정조직에 영향을 주지 않으면서 레이저 빔의 집광점(초점)인 미소영역만 개질할 수가 있다. 결정구조의 개질부분이 반도체 기판(22)의 게터링 싱크(24)로서 적합하게 이용될 수 있다. 레이저 빔의 파장이 1200nm을 초과하면, 장파장 영역이기 때문에 광자 에너지(레이저 빔 에너지)가 낮아진다. 이 때문에, 레이저 빔을 집광시켜도 반도체 기판 내부의 개질에 충분한 광자 에너지를 얻을 수 없게 될 우려가 있어, 레이저 빔의 파장은 1200nm 이하로 하는 것이 바람직하다.Like the ultrashort pulsed laser shown in Table 1, when the wavelength is set to 1000 nm, the transmittance to the semiconductor substrate 22 is increased, and the laser beam is not affected without affecting the crystal structure other than the region where the gettering sink 24 is to be formed. Only the small area, which is the focusing point of (focal point), can be modified. The modified portion of the crystal structure can be suitably used as the gettering sink 24 of the semiconductor substrate 22. When the wavelength of the laser beam exceeds 1200 nm, the photon energy (laser beam energy) is lowered because it is a long wavelength region. For this reason, even if the laser beam is focused, there is a possibility that photon energy sufficient for modification inside the semiconductor substrate cannot be obtained, and the wavelength of the laser beam is preferably set to 1200 nm or less.

레이저 빔의 집광점(초점 : G2)의 위치, 즉 반도체 기판(22)에 게터링 싱크(24)를 형성하는 위치는, 스테이지를 상하이동시킴으로써 제어할 수 있다. 스테이지의 상하이동 이외에, 집광수단(집광용 렌즈)의 위치제어에 의해서도 레이저 빔의 집광점(초점 : G2)의 위치를 제어할 수가 있다.The position of the converging point (focus: G2) of the laser beam, that is, the position at which the gettering sink 24 is formed on the semiconductor substrate 22 can be controlled by moving the stage. In addition to the shanghai-dong of the stage, the position of the focusing point (focus: G2) of the laser beam can also be controlled by the position control of the condensing means (condensing lens).

일례로서, 반도체 기판의 표면으로부터 2㎛의 위치를 개질하여 게터링 싱크(24)를 형성할 경우에는, 레이저 빔의 파장을 1080nm로 설정하고, 투과율이 60%인 집광용 렌즈(배율 50배)를 이용하여 표면으로부터 2㎛의 위치에 레이저 빔을 결상(집광)시켜, 다광자 흡수과정을 발생시킴으로써 개질부분(게터링 싱크)을 형성할 수 있다.As an example, when the gettering sink 24 is formed by modifying the position of 2 占 퐉 from the surface of the semiconductor substrate, the wavelength of the laser beam is set to 1080 nm, and the condensing lens having a transmittance of 60% (magnification 50 times) The laser beam may be imaged (condensed) at a position of 2 占 퐉 from the surface by using, and a modified portion (gettering sink) may be formed by generating a multiphoton absorption process.

반도체 기판(22)의 미소영역의 결정구조를 개질하여 얻어지는 게터링 싱크(24)는, 예컨대, 직경(R2) 50~150㎛, 두께(T2) 10~150㎛의 크기의 원반형상으로 형성되면 된다. 게터링 싱크(24)의 형성깊이(D2)는, 반도체 기판(22)의 일면(22a)으로부터 0.5~2㎛ 정도가 바람직하다.When the gettering sink 24 obtained by modifying the crystal structure of the micro-region of the semiconductor substrate 22 is formed into a disk shape having, for example, a diameter R2 of 50 to 150 µm and a thickness T2 of 10 to 150 µm, do. The formation depth D2 of the gettering sink 24 is preferably about 0.5 to 2 μm from one surface 22a of the semiconductor substrate 22.

각 게터링 싱크(24)는 적어도, 반도체 기판(22)의 소자형성영역(S2)과 겹치는 위치에 형성되어 있으면 된다. 게터링 싱크(24)는, 예컨대, 인접하는 게터링 싱크(24)와의 사이의 형성피치가 0.1~10㎛의 간격으로 형성되면 된다. 게터링 싱크(24)는, 상술한 바와 같이 간헐적으로 형성되어 있는 것 이외에, 예컨대, 반도체 기판에 대하여 소정의 깊이로 반도체 기판 전체에 균일하게 형성되어 있는 것도 바람직하다.Each gettering sink 24 should just be formed in the position which overlaps with the element formation area S2 of the semiconductor substrate 22 at least. As for the gettering sink 24, the pitch of formation with the adjacent gettering sink 24 should just be formed in the interval of 0.1-10 micrometers, for example. In addition to being formed intermittently as described above, the gettering sink 24 is also preferably formed uniformly in the entire semiconductor substrate at a predetermined depth with respect to the semiconductor substrate, for example.

반도체 기판에 있어서의 게터링 싱크의 형성양태는, 앞서 설명한 도 6과 같아도 무방하므로 설명을 생략한다. 도 6에 있어서, 게터링 싱크(14(24))는, 반도체 기판에 있어서의 소자형성영역의 하부에 형성되면 된다. 예컨대, 레이저 빔(Q1)이 디바이스를 형성한 반도체 기판(11(22))의 타면(이면)의 전역에 걸쳐 주사되도록, 주변 가장자리부에서 Y방향으로 어긋나게 하면서 X방향을 따라 주사시켜, 레이저 빔(Q1)을 소정의 조건으로 조사해가면, 반도체 기판(22) 전체에 게터링 싱크(24,24 …)를 형성할 수 있다.Since the formation aspect of a gettering sink in a semiconductor substrate may be the same as that of FIG. 6 mentioned above, description is abbreviate | omitted. In Fig. 6, the gettering sink 14 (24) may be formed below the element formation region in the semiconductor substrate. For example, the laser beam Q1 is scanned along the X direction while being shifted in the Y direction from the peripheral edge portion so that the laser beam Q1 is scanned over the entire surface of the other surface (rear surface) of the semiconductor substrate 11 (22) on which the device is formed. When (Q1) is irradiated under predetermined conditions, the gettering sinks 24, 24 ... can be formed on the entire semiconductor substrate 22.

게터링 싱크(24)의 형성밀도는, 레이저 빔(Q1)의 주사피치(B1)에 의해 설정할 수 있다. 게터링 싱크(24)의 형성밀도는, 예컨대, 1.0×105~1.0×106개/㎠의 범위가 적합하다. 게터링 싱크(24)의 형성밀도는, 단면 TEM(투과형 전자현미경)에 의한 관찰을 통해 얻어진 산소석출물의 개수에 의해 검증할 수 있다.The formation density of the gettering sink 24 can be set by the scanning pitch B1 of the laser beam Q1. As for the formation density of the gettering sink 24, the range of 1.0 * 10 <5> -1.0 * 10 <6> piece / cm <2> is suitable, for example. The formation density of the gettering sink 24 can be verified by the number of oxygen precipitates obtained through observation with a cross-sectional TEM (transmission electron microscope).

이상과 같이 하여 게터링 싱크(24)가 형성된 반도체 기판(22)은, 더욱이 어닐장치(280)에 의해 소정의 온도까지 가열된다(도 8(e) 참조). 이로써, 반도체 기판(22) 내에 확산되어 있는 중금속이 게터링 싱크(24)에 모여, 소자형성부분에 중금속이 매우 적은 NAND형 플래시 메모리(반도체 디바이스)를 얻을 수가 있다.The semiconductor substrate 22 on which the gettering sink 24 is formed as described above is further heated to a predetermined temperature by the annealing apparatus 280 (see FIG. 8E). Thereby, the heavy metal diffused in the semiconductor substrate 22 collects in the gettering sink 24, and the NAND type flash memory (semiconductor device) with very few heavy metal in an element formation part can be obtained.

어닐장치에 의해 게터링 싱크(24)로 중금속을 포획하는 작업은, 반도체 기판(22)을 타면(22b)측에서 연삭하여 슬림화한 후에 수행하는 것이 바람직하다. 이로써, 슬림화 공정에서 중금속에 의해 오염되어도, 디바이스 형성영역의 중금속을 확실히 제거하여, 슬림화하여도 중금속에 의한 리크 등의 특성열화가 없는 반도체 디바이스를 제공할 수가 있다.The trapping of the heavy metal by the annealing device into the gettering sink 24 is preferably performed after the semiconductor substrate 22 is ground and slimmed on the other surface 22b side. Thereby, the semiconductor device can be provided without any deterioration of characteristics such as leakage due to heavy metal even if the heavy metal in the device formation region is reliably removed even if contaminated with heavy metal in the slimming process.

이상과 같이, 본 발명의 반도체 디바이스의 제조방법에 따르면, 반도체 기판을 향해 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 반도체 기판 내부에 있어서의 임의의 미소영역에 레이저 빔을 집광시킴으로써, 반도체 기판 내부의 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조만 변화시킨 게터링 싱크를 단시간에 용이하게 형성할 수 있게 된다.As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, the laser beam is incident through the condensing means toward the semiconductor substrate, and the laser beam is condensed on an arbitrary minute region inside the semiconductor substrate, thereby By generating a multiphoton absorption process in the micro region, a gettering sink in which only the crystal structure of the micro region is changed can be easily formed in a short time.

이로써, 종래와 같이 게터링 싱크를 형성하기 위해 장시간 열처리할 필요가 없게 되고, 슬림화가 이루어져도 중금속을 확실히 제거할 수가 있다. 300mm 웨이퍼 등으로 대표되는 양면연마기판이어도, 반도체 기판의 내부에 게터링 싱크를 용이하게 형성할 수 있게 된다.As a result, it is not necessary to heat-treat for a long time to form a gettering sink as in the related art, and heavy metals can be reliably removed even if slimming. Even in the case of a double-side polished substrate represented by a 300 mm wafer or the like, the gettering sink can be easily formed inside the semiconductor substrate.

[고체촬상소자용 에피택셜 기판][Epitaxial Boards for Solid State Imaging Devices]

도 10은, 본 발명의 다른 양태에 관한 고체촬상소자용 에피택셜 기판을 나타내는 확대 단면도이다. 에피택셜 기판(고체촬상소자용 에피택셜 기판 : 31)은, 이면조사형 고체촬상소자의 제조에 적합한 기판(웨이퍼)으로서, 반도체 기판(32)과, 반도체 기판(32)의 일면(32a) 부근에 형성된 SOI구조의 매립 산화막(35)과, 반도체 기판(32)의 일면(32a)에 겹쳐 형성된 에피택셜층(33)을 구비한다. 매립 산화막(35)의 하부에는, 에피택셜 기판(31)의 중금속을 포획하는 게터링 싱크(34, 34 …)가 형성되어 있다.10 is an enlarged cross-sectional view showing an epitaxial substrate for a solid state image pickup device according to another embodiment of the present invention. An epitaxial substrate (epitaxial substrate for a solid-state image pickup device: 31) is a substrate (wafer) suitable for manufacturing a backside irradiation solid-state image pickup device, and is located near the semiconductor substrate 32 and one surface 32a of the semiconductor substrate 32. A buried oxide film 35 having an SOI structure formed thereon, and an epitaxial layer 33 formed on one surface 32a of the semiconductor substrate 32. In the lower portion of the buried oxide film 35, gettering sinks 34, 34... That capture heavy metals of the epitaxial substrate 31 are formed.

이러한 에피택셜 기판(31)은, 이면조사형 고체촬상소자의 기판으로서 적합하게 이용될 수 있다. 반도체 기판(32)은, 예컨대, 실리콘 단결정 웨이퍼이면 된다. 에피택셜층(33)은, 반도체 기판(32)의 일면(32a)으로부터 성장시킨 실리콘의 에피택셜성장막이면 된다. 매립 산화막(35)은, 예컨대, 산화막을 형성한 기판과 반도체 기판을 서로 부착하는 방법이나, 산소를 이온주입에 의해 반도체 기판의 일면으로부터 주입하고 가열하여 산화시킴으로써, 반도체 기판의 내부에 매립 산화막(BOX층 : 35)을 형성하는 방법을 이용하면 된다.Such an epitaxial substrate 31 can be suitably used as a substrate of a backside irradiation solid-state image pickup device. The semiconductor substrate 32 may be a silicon single crystal wafer, for example. The epitaxial layer 33 may be an epitaxial growth film of silicon grown from one surface 32a of the semiconductor substrate 32. The buried oxide film 35 is, for example, a method of attaching a substrate on which an oxide film is formed and a semiconductor substrate to each other, or by implanting oxygen from one surface of a semiconductor substrate by ion implantation, heating, and oxidizing the buried oxide film ( BOX layer: 35) may be used.

게터링 싱크(34)는, 실리콘 단결정의 일부를 무정형화시킨 (비정질적)구조이면 된다. 게터링 싱크(34)는, 그 결정구조 내에 약간의 왜곡이 존재하는 것만으로 중금속을 포획하는 능력이 있어, 극히 일부를 무정형화하는 것만으로 게터링 싱크로서의 역할을 할 수가 있다. 게터링 싱크(34)는, 레이저 빔의 집광에 의해, 반도체 기판(32)의 일부에 다광자 흡수과정을 발생시켜 결정구조를 개질함으로써 형성된다. 이러한 게터링 싱크(34)의 형성방법은, 추후에 이면조사형 고체촬상소자의 제조방법에서 상세히 기술하도록 한다.The gettering sink 34 may be a structure in which a part of the silicon single crystal is amorphous (amorphous). The gettering sink 34 is capable of capturing heavy metals only by slight distortion present in its crystal structure, and can serve as a gettering sink only by amorphizing a very small portion. The gettering sink 34 is formed by condensing a laser beam to generate a multiphoton absorption process on a part of the semiconductor substrate 32 to modify the crystal structure. The method for forming the gettering sink 34 will be described later in detail in the method for manufacturing the backside irradiation solid-state image pickup device.

게터링 싱크(34)는, 에피택셜 기판(31)을 이용하여 이면조사형 고체촬상소자를 형성할 때, 적어도 각각의 이면조사형 고체촬상소자의 형성영역(S3)과 겹치는 위치에 형성되어 있으면 된다. 예컨대, 하나의 게터링 싱크(34)는, 직경(R3) 50~150㎛, 보다 바람직하게는 75~125㎛, 두께(T3) 10~150㎛, 보다 바람직하게는 10~100㎛의 크기의 원반형상으로 형성되어 있으면 된다. 게터링 싱크(34)의 형성깊이(D3)는, 반도체 기판(32)의 일면(32a)으로부터 0.5~2㎛ 정도가 바람직하다. 깊이(D3)는 보다 바람직하게는 0.8~1.5㎛이다.When the gettering sink 34 is formed at the position overlapping with the formation region S3 of at least each of the back-illuminated solid-state imaging elements when forming the back-illumination solid-state image pickup device using the epitaxial substrate 31. do. For example, one gettering sink 34 may have a diameter R3 of 50 to 150 µm, more preferably 75 to 125 µm, a thickness T3 of 10 to 150 µm, and more preferably a size of 10 to 100 µm. What is necessary is just to form in disk shape. The formation depth D3 of the gettering sink 34 is preferably about 0.5 to 2 μm from one surface 32a of the semiconductor substrate 32. The depth D3 is more preferably 0.8 to 1.5 mu m.

도 11은, 본 발명의 고체촬상소자용 에피택셜 기판을 이용하여 제작한 이면조사형 고체촬상소자의 일례를 나타내는 단면도이다. 이면조사형 고체촬상소자(360)는, 에피택셜층(33)에 형성된 포토다이오드(361)와, 에피택셜층(33)의 일면(표면 : 33a)측에 형성된 절연층(362)과, 절연층(362)의 내부에 형성된 배선(363)을 구비하고 있다. 이면조사형 고체촬상소자(360)는, 형성시에 반도체 기판이 연삭에 의해 제거되어 슬림화되어 있다. 입사광(F3)은 에피택셜층(33)의 타면(이면 : 33b)측으로부터 입사되어 포토다이오드(361)에서 검출된다.FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a back-illumination type solid-state image pickup device manufactured using the epitaxial substrate for a solid-state image pickup device of the present invention. The backside-illumination type solid-state image pickup device 360 includes an insulating layer 362 formed on the epitaxial layer 33, an insulating layer 362 formed on one surface (surface: 33a) of the epitaxial layer 33, and insulating. A wiring 363 formed in the layer 362 is provided. In the back-illumination type solid-state image pickup device 360, the semiconductor substrate is removed by grinding at the time of formation and slimmed. Incident light F3 is incident from the other surface (rear surface 33b) side of epitaxial layer 33, and is detected by photodiode 361.

이러한 구성의 이면조사형 고체촬상소자(360)는, 제조에 이용되는 에피택셜 기판(31, 도 10 참조)의 반도체 기판(32)에 형성된 게터링 싱크(34)에 의해, 에피택셜층(33)에 포함되는 중금속이 확실히 포획되어 있기 때문에, 이면조사형 고체촬상소자(360)의 촬상 특성을 저하시키는 요인인 포토다이오드(361)의 암시(暗時) 리크 전류를 억제할 수 있다. 따라서, 뛰어난 촬상 특성을 갖는 이면조사형 고체촬상소자(360)를 실현할 수가 있다.The back-illumination type solid-state image pickup device 360 having such a configuration has an epitaxial layer 33 by a gettering sink 34 formed on the semiconductor substrate 32 of the epitaxial substrate 31 (see FIG. 10) used for manufacturing. Since the heavy metal contained in the C) is surely trapped, the implicit leakage current of the photodiode 361, which is a factor of lowering the imaging characteristic of the back-illumination type solid-state imaging device 360, can be suppressed. Therefore, the back-illumination type solid-state image pickup device 360 having excellent imaging characteristics can be realized.

다음으로, 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자의 제조방법에 대하여 설명한다. 도 12~14는, 이면조사형 고체촬상소자의 제조방법의 개요를 나타낸 단면도이다. 이면조사형 고체촬상소자를 제조할 때에는, 우선 반도체 기판(32)을 준비한다(도 12(a) 참조). 반도체 기판(32)은, 예컨대, 실리콘 단결정 잉곳을 슬라이스하여 제조된 실리콘 단결정 웨이퍼이면 된다.Next, the manufacturing method of the backside irradiation type solid-state image sensor of this invention is demonstrated. 12-14 is sectional drawing which shows the outline | summary of the manufacturing method of a backside irradiation type solid-state image sensor. When manufacturing a back-illumination type solid-state image sensor, the semiconductor substrate 32 is prepared first (refer FIG. 12 (a)). The semiconductor substrate 32 may be, for example, a silicon single crystal wafer manufactured by slicing a silicon single crystal ingot.

다음으로, 반도체 기판(32)의 일면(32a)에 에피택셜층(33)을 형성한다(도 12(b) 참조). 에피택셜층(33)의 형성시에는, 예컨대, 에피택셜성장장치를 이용해 반도체 기판(32)을 소정 온도까지 가열하면서 원료 가스를 도입하여, 일면(2a)에 실리콘 단결정으로 이루어지는 에피택셜층(33)을 성장시키면 된다. 필요에 따라, 반도체 기판(32)의 내부에 매립 산화막(BOX층 : 35)을 형성하는 것이 바람직하다.Next, an epitaxial layer 33 is formed on one surface 32a of the semiconductor substrate 32 (see FIG. 12 (b)). When the epitaxial layer 33 is formed, for example, a source gas is introduced while heating the semiconductor substrate 32 to a predetermined temperature using an epitaxial growth apparatus, and the epitaxial layer 33 made of silicon single crystal on one surface 2a. ) Just grow. As needed, it is preferable to form a buried oxide film (BOX layer) 35 inside the semiconductor substrate 32.

다음으로, 에피택셜층(33)을 형성한 반도체 기판(32)을 레이저 조사장치(120)에 세팅하고, 반도체 기판(32)을 이동시키면서 레이저 빔을 조사한다(도 12(c) 참조). 이 때, 레이저 발생장치(115)에서 출사된 레이저 빔은, 집광용 렌즈(집광수단 : 111)에 의해 집광점(초점)이 반도체 기판(32)의 일면(32a)으로부터 수십 ㎛ 정도 깊은 위치가 되도록 집광된다. 이로써, 반도체 기판(32)의 결정구조가 개질되어 게터링 싱크(34)가 형성된다.Next, the semiconductor substrate 32 in which the epitaxial layer 33 was formed is set to the laser irradiation apparatus 120, and a laser beam is irradiated, moving the semiconductor substrate 32 (refer FIG. 12 (c)). At this time, the laser beam emitted from the laser generating device 115 has a position where the focusing point (focus) is deep by several tens of micrometers from one surface 32a of the semiconductor substrate 32 by the focusing lens (condensing means) 111. To be condensed. As a result, the crystal structure of the semiconductor substrate 32 is modified to form a gettering sink 34.

도 15는, 반도체 기판에 게터링 싱크를 형성하는 공정에서 이용되는 레이저 조사장치의 일례를 나타내는 모식도이다. 레이저 조사장치(120)는, 앞서 기술한 실시형태에서 사용한 것과 같아도 무방하므로 설명을 생략한다. 적합한 레이저 조사조건은, 상술한 표 1과 같아도 무방하다.FIG. 15: is a schematic diagram which shows an example of the laser irradiation apparatus used at the process of forming a gettering sink in a semiconductor substrate. Since the laser irradiation apparatus 120 may be the same as that used in embodiment mentioned above, description is abbreviate | omitted. Suitable laser irradiation conditions may be as Table 1 mentioned above.

레이저 발생장치(115)에서 발생시킨 레이저 빔(Q11)은, 집광용 렌즈(111)에 의해 광로 폭이 수렴되며, 수렴된 레이저 빔(Q21)이 반도체 기판(32)의 임의의 깊이 위치(G3)에서 초점을 결상하도록(집광되도록), 스테이지(140)가 연직방향(Y)으로 제어된다. 집광용 렌즈(111)는, 예컨대 배율이 10~300배, N.A가 0.3~0.9, 레이저 빔의 파장에 대한 투과율이 30~60%의 범위인 것이 바람직하다.In the laser beam Q11 generated by the laser generator 115, the optical path width is converged by the condenser lens 111, and the converged laser beam Q21 is located at an arbitrary depth position G3 of the semiconductor substrate 32. The stage 140 is controlled in the vertical direction Y so as to image the focus at (). The condensing lens 111 preferably has a magnification of 10 to 300 times, N.A of 0.3 to 0.9, and a transmittance of 30 to 60% with respect to the wavelength of the laser beam.

가시광 레이저 발생장치(119)에서 발생시킨 가시광 레이저 빔(Q31)은, 빔 스플리터(하프 미러 : 117b)에서 반사되고 90°방향 전환되어 반도체 기판(32)의 에피택셜층(33)에 도달한다. 에피택셜층(33)의 표면에서 반사되고, 집광용 렌즈(111) 및 빔 스플리터(117a 및 117b)를 투과하여 결상용 렌즈(112)에 도달한다. 결상용 렌즈(112)에 도달한 가시광 레이저(Q31)는, 반도체 기판(2)의 표면화상으로서 CCD카메라(130)에 의해 촬상되어, 촬상 데이터가 CCD카메라 제어회로(135)에 입력된다. 입력된 촬상 데이터에 근거하여, 스테이지 제어회로(145)는 스테이지(140)의 수평방향(X)의 이동량을 제어한다.The visible light laser beam Q31 generated by the visible light laser generator 119 is reflected by the beam splitter (half mirror 117b) and is turned 90 degrees to reach the epitaxial layer 33 of the semiconductor substrate 32. It is reflected by the surface of the epitaxial layer 33, and passes through the condensing lens 111 and the beam splitters 117a and 117b to reach the imaging lens 112. The visible light laser Q31 which has reached the imaging lens 112 is picked up by the CCD camera 130 as a surface image of the semiconductor substrate 2, and the imaging data is input to the CCD camera control circuit 135. Based on the input image pickup data, the stage control circuit 145 controls the amount of movement of the stage 140 in the horizontal direction (X).

다음으로, 에피택셜층(33)을 형성한 반도체 기판(32)에 게터링 싱크를 형성하는 방법을 상세히 기술하도록 한다. 도 16은, 레이저 빔에 의해 반도체 기판에 게터링 싱크를 형성하는 양태를 나타낸 모식도이다. 반도체 기판(32)에 게터링 싱크를 형성할 때에는, 레이저 발생장치(115)로부터 출사된 레이저 빔(Q11)을 집광용 렌즈(집광수단 : 111)에 의해 수렴시킨다. 수렴된 레이저 빔(Q21)은, 실리콘에 대하여 투과가능한 파장영역이기 때문에, 반도체 기판(32)의 이면에 도달한 후, 반사되지 않고 그대로 입사된다.Next, a method of forming a gettering sink on the semiconductor substrate 32 on which the epitaxial layer 33 is formed will be described in detail. 16 is a schematic diagram showing an embodiment in which a gettering sink is formed on a semiconductor substrate by a laser beam. When forming the gettering sink in the semiconductor substrate 32, the laser beam Q11 emitted from the laser generator 115 is converged by the condensing lens (condensing means 111). Since the converged laser beam Q21 is a wavelength region that is transparent to silicon, it reaches the back surface of the semiconductor substrate 32 and then enters the light as it is without being reflected.

에피택셜층(33)을 형성한 반도체 기판(32)은, 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)이 반도체 기판(32)의 일면(32a)으로부터 소정의 깊이(D3)가 되도록 위치결정된다. 이로써, 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)만, 반도체 기판(32)은 다광자 흡수과정이 생긴다.The semiconductor substrate 32 on which the epitaxial layer 33 is formed is positioned so that the light converging point (focus) of the laser beam Q21 becomes a predetermined depth D3 from one surface 32a of the semiconductor substrate 32. . As a result, only the light converging point (focus) of the laser beam Q21, the semiconductor substrate 32 has a multiphoton absorption process.

본 발명에 있어서는, 반도체 기판(32) 내부의 임의의 영역에 레이저 빔을 집광시킴으로써, 집광점(초점)에 있어서, 단결정구조의 반도체 기판을 개질하여, 부분적으로 비정질적인 결정구조를 발생시킨다. 결정구조의 개질은, 중금속의 포획작용이 생기는 정도, 즉, 결정구조에 약간의 왜곡을 생기게 하는 정도이면 된다.In the present invention, by condensing a laser beam in an arbitrary region inside the semiconductor substrate 32, a semiconductor substrate having a single crystal structure is modified at a focusing point (focus) to generate a partially amorphous crystal structure. The modification of the crystal structure may be such that the trapping action of the heavy metal occurs, that is, the degree of slight distortion in the crystal structure.

이상과 같이, 반도체 기판(32) 내부의 임의의 미소영역에 레이저 빔(Q11)을 수렴시킨 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)을 설정하고, 미소영역의 결정구조를 개질함으로써, 반도체 기판(32)의 임의의 미소영역에 게터링 싱크(34)를 형성할 수 있다.As described above, by setting the focusing point (focus) of the laser beam Q21 in which the laser beam Q11 is converged to an arbitrary microregion in the semiconductor substrate 32, the semiconductor substrate 32 is modified to modify the crystal structure of the microregion. The gettering sink 34 can be formed in any microregion of 32.

게터링 싱크(34)를 형성하기 위한 레이저 빔은, 레이저 빔이 집광점(초점)에 도달하기 전의 광로에 있어서는, 에피택셜층(33)이나 반도체 기판(32)의 결정구조를 개질하는 일 없이, 레이저 빔이 확실히 투과될 수 있는 조건으로 하는 것이 중요하다. 레이저 빔의 조사조건은, 반도체재료의 기초물성값인 금제대(에너지 밴드 갭)에 의해 결정된다. 예컨대, 실리콘 반도체의 금제대는 1.1eV이기 때문에, 입사파장이 1000nm 이상인 경우, 투과성이 현저해진다. 이렇게 하여 레이저 빔의 파장은, 반도체재료의 금제대를 고려하여 결정할 수 있다.The laser beam for forming the gettering sink 34 has no modification in the crystal structure of the epitaxial layer 33 or the semiconductor substrate 32 in the optical path before the laser beam reaches the focusing point (focus point). In this case, it is important that the laser beam is reliably transmitted. The irradiation conditions of the laser beam are determined by the forbidden band (energy band gap), which is a basic material value of the semiconductor material. For example, since the forbidden band of the silicon semiconductor is 1.1 eV, the transmittance becomes remarkable when the incident wavelength is 1000 nm or more. Thus, the wavelength of the laser beam can be determined in consideration of the gold layer of the semiconductor material.

레이저 빔의 발생장치로서는, YAG 레이저와 같은 고출력 레이저에서는, 소정의 깊이 위치뿐만 아니라, 그 주변영역에도 열 에너지가 전달될 우려가 있기 때문에, 저출력 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. 저출력 레이저로서는, 예컨대, 펨토 초 레이저와 같은 초단 펄스 레이저가 적합하다.As a laser beam generating apparatus, since a high power laser like a YAG laser may transmit heat energy not only to a predetermined depth position but also to its peripheral region, it is preferable to use a low output laser. As the low power laser, for example, an ultrashort pulse laser such as a femtosecond laser is suitable.

초단 펄스 레이저는, 반도체 레이저 등을 이용하여 티탄 사파이어 결정(고체 레이저 결정)을 여기함으로써, 레이저 빔의 파장을 임의의 범위로 설정할 수 있다. 초단 펄스 레이저는, 여기 레이저 빔의 펄스 폭을 1.0×10-15 펨토 초 이하로 할 수 있기 때문에, 기타 다른 레이저에 비해 여기에 의해 생기는 열 에너지의 확산을 억제할 수 있으며, 레이저 빔의 집광점(초점)에만 광 에너지를 집중시킬 수가 있다.The ultra-short pulsed laser can set the wavelength of a laser beam to arbitrary ranges by exciting a titanium sapphire crystal (solid laser crystal) using a semiconductor laser etc. The ultrashort pulsed laser can suppress the pulse width of the excitation laser beam to 1.0 × 10 -15 femtoseconds or less, thereby suppressing the diffusion of thermal energy caused by the excitation compared to other lasers, and the focusing point of the laser beam. You can focus the light energy only on (focus).

다광자 흡수과정에 의해 결정구조를 개질하여 형성한 게터링 싱크(34)는, 비정질적 결정구조로 되어 있는 것이라 추정된다. 이러한 비정질적 결정구조를 얻기 위해서는, 레이저 빔이 집광점(초점 : G3)을 국부적으로 급속가열·급속냉각할 필요가 있다. 표 1에 나타낸 바와 같은 특성을 갖는 초단 펄스 레이저는, 에너지량이 적은 레이저이지만, 집광용 렌즈(111)를 이용해 집광함으로써, 반도체 기판(32)을 국부적으로 급속가열하기에 충분한 에너지가 된다. 레이저 빔의 집광점(초점 : G3)의 온도는 9900~10000K의 고온에 이른다. 집광되어 있기 때문에 입열 범위가 매우 좁아, 반도체 기판(32)이 재치(載置)된 스테이지가 이동하거나, 혹은 레이저 빔의 주사에 의해 집광점(초점)이 이동하면, 이동 전의 집광점(초점)에 있어서의 입열량이 급격히 감소하여 급속냉각효과가 얻어진다.The gettering sink 34 formed by modifying the crystal structure by the multiphoton absorption process is assumed to have an amorphous crystal structure. In order to obtain such an amorphous crystal structure, it is necessary for the laser beam to locally rapidly heat and rapidly cool the focusing point (focus: G3). The ultrashort pulsed laser having the characteristics as shown in Table 1 is a laser having a small amount of energy, but is focused enough to locally heat the semiconductor substrate 32 by condensing using the condensing lens 111. The temperature of the converging point (focus: G3) of the laser beam reaches a high temperature of 9900-10000K. Since the heat input range is very narrow because the light is condensed, when the stage on which the semiconductor substrate 32 is placed is moved or the light focus point (focus) is moved by scanning of the laser beam, the light focus point (focus) before the movement is moved. The amount of heat input in the abruptly decreases, and a rapid cooling effect is obtained.

표 1에 나타낸 초단 펄스 레이저와 같이, 파장을 1000nm으로 함으로써, 에피택셜층(33)이나 반도체 기판(32)에 대한 투과성이 높아져, 에피택셜층(33) 등의 결정조직에 영향을 주지 않으면서, 레이저 빔의 집광점(초점)인 미소영역만 개질할 수가 있다. 결정구조의 개질부분이 반도체 기판(32)의 게터링 싱크(34)로서 적합하게 이용될 수 있다. 레이저 빔의 파장이 1200nm을 초과하면, 장파장영역이기 때문에 광자 에너지(레이저 빔 에너지)가 낮아진다. 이 때문에, 레이저 빔을 집광시켜도 반도체 기판 내부의 개질에 충분한 광자 에너지를 얻을 수 없을 우려가 있으므로, 레이저 빔의 파장은 1200nm 이하로 하는 것이 바람직하다.Like the ultrashort pulsed laser shown in Table 1, when the wavelength is set to 1000 nm, the permeability to the epitaxial layer 33 and the semiconductor substrate 32 is increased, without affecting the crystal structure of the epitaxial layer 33 or the like. Only the micro area that is the focusing point (focus) of the laser beam can be modified. The modified portion of the crystal structure can be suitably used as the gettering sink 34 of the semiconductor substrate 32. When the wavelength of the laser beam exceeds 1200 nm, the photon energy (laser beam energy) is lowered because it is a long wavelength region. For this reason, even if the laser beam is focused, there is a possibility that photon energy sufficient for modification inside the semiconductor substrate may not be obtained. Therefore, the wavelength of the laser beam is preferably set to 1200 nm or less.

레이저 빔의 집광점(초점 : G3)의 위치, 즉 반도체 기판(32)에 게터링 싱크(34)를 형성하는 위치는, 스테이지를 상하이동시킴으로써 제어할 수 있다. 스테이지의 상하이동 이외에, 집광수단(집광용 렌즈)의 위치를 제어하여도 레이저 빔의 집광점(초점 : G3)의 위치를 제어할 수가 있다.The position of the converging point (focus: G3) of the laser beam, that is, the position at which the gettering sink 34 is formed on the semiconductor substrate 32 can be controlled by moving the stage. In addition to the shanghai-dong of the stage, the position of the focusing point (focus: G3) of the laser beam can also be controlled by controlling the position of the condensing means (condensing lens).

일례로서, 반도체 기판의 표면으로부터 2㎛의 위치를 개질하여 게터링 싱크(34)를 형성할 경우에는, 레이저 빔의 파장을 1080nm로 설정하고, 투과율이 60%인 집광용 렌즈(배율 50배)를 이용하여 표면으로부터 2㎛의 위치에 레이저 빔을 결상(집광)시켜, 다광자 흡수과정을 발생시킴으로써 개질부분(게터링 싱크)을 형성할 수가 있다.As an example, when the gettering sink 34 is formed by modifying the position of 2 占 퐉 from the surface of the semiconductor substrate, the wavelength of the laser beam is set to 1080 nm, and the condensing lens having a transmittance of 60% (magnification 50 times) The laser beam can be imaged (condensed) at a position of 2 占 퐉 from the surface by using, to form a modified portion (gettering sink) by generating a multiphoton absorption process.

이와 같이, 반도체 기판(32)의 미소영역의 결정구조를 개질하여 얻어지는 게터링 싱크(34)는, 예컨대, 직경(R3) 50~150㎛, 두께(T3) 10~150㎛의 크기의 원반형상으로 형성되면 된다. 게터링 싱크(34)의 형성깊이(D3)는, 반도체 기판(32)의 일면(32a)으로부터 0.5~2㎛ 정도가 바람직하다.Thus, the gettering sink 34 obtained by modifying the crystal structure of the microregion of the semiconductor substrate 32 is, for example, a disk shape having a size of 50 to 150 µm in diameter R3 and a thickness of 10 to 150 µm in thickness T3. It may be formed as. The formation depth D3 of the gettering sink 34 is preferably about 0.5 to 2 μm from one surface 32a of the semiconductor substrate 32.

각각의 게터링 싱크(34)는 적어도, 에피택셜 기판(31)에 이면조사형 고체촬상소자의 형성영역(S3)과 겹치는 위치에 형성되어 있으면 된다. 게터링 싱크(34)는, 예컨대, 형성피치(P3)가 0.1~10㎛의 간격으로 형성되면 된다. 게터링 싱크(34)는, 상술한 바와 같이 간헐적으로 형성되어 있는 이외에, 예컨대, 반도체 기판에 대하여 소정의 깊이로, 반도체 기판 전체에 균일하게 형성되어 있어도 무방하다.Each gettering sink 34 should just be formed in the epitaxial board | substrate 31 at the position which overlaps with the formation area S3 of a backside irradiation type solid-state image sensor. As for the gettering sink 34, the formation pitch P3 should just be formed in the interval of 0.1-10 micrometers, for example. In addition to being formed intermittently as described above, the gettering sink 34 may be formed uniformly over the entire semiconductor substrate, for example, at a predetermined depth with respect to the semiconductor substrate.

에피택셜 기판에 있어서의 게터링 싱크의 형성양태는, 앞서 설명한 도 6과 같다. 게터링 싱크(34, 도 6에서는 14)는, 에피택셜 기판(31, 도 6에서는 11)에 있어서의 이면조사형 고체촬상소자 형성영역의 하부에 각각 형성되면 된다. 예컨대, 레이저 빔(Q1)이 에피택셜 기판(31)의 전역에 걸쳐 주사되도록, 에피택셜 기판(31)을 주변 가장자리부로부터 Y방향으로 어긋나게 하면서 X방향을 따라 주사시켜, 레이저 빔(Q1)을 소정의 조건으로 조사해 가면, 에피택셜 기판(31)의 전체에 게터링 싱크(34, 34 …)를 형성할 수 있다.The formation form of a gettering sink in an epitaxial substrate is the same as FIG. The gettering sink 34 (14 in Fig. 6) may be formed below the back-illumination type solid state image forming region in the epitaxial substrate 31 and 11 in Fig. 6, respectively. For example, the epitaxial substrate 31 is scanned along the X direction while shifting the epitaxial substrate 31 in the Y direction from the peripheral edge portion so that the laser beam Q1 is scanned over the entire epitaxial substrate 31. When irradiated on predetermined conditions, gettering sinks 34, 34,... Can be formed in the entire epitaxial substrate 31.

에피택셜 기판(31) 전체에 있어서의 게터링 싱크(34)의 형성밀도는, 레이저 빔(Q1)의 주사 피치(B1)에 의해 설정할 수 있다. 게터링 싱크(34)의 형성밀도는, 예컨대, 1.0×105~1.0×107개/㎠의 범위가 적합하다. 게터링 싱크(34)의 형성밀도는, 단면 TEM(투과형 전자현미경)에 의한 관찰을 통해 얻어진 산소석출물의 개수에 의해 검증할 수 있다.The formation density of the gettering sink 34 in the entire epitaxial substrate 31 can be set by the scanning pitch B1 of the laser beam Q1. As for the formation density of the gettering sink 34, the range of 1.0 * 10 <5> -1.0 * 10 <7> piece / cm <2> is suitable, for example. The formation density of the gettering sink 34 can be verified by the number of oxygen precipitates obtained through observation with a cross-sectional TEM (transmission electron microscope).

이상, 상세히 기술한 공정에 의해, 에피택셜 기판(31)에 게터링 싱크(34)가 형성된다(도 12(d) 참조). 다음으로, 게터링 싱크(34)가 형성된 에피택셜 기판(31)을 이용하여, 에피택셜층(33)에 다수의 포토다이오드(361)를 형성한다. 에피택셜층(33)의 일면(33a)측에, 절연층(362)이나 배선(363)을 형성한다(도 13(a) 참조). 절연층(362)의 표면을 평탄화한다.As described above, the gettering sink 34 is formed on the epitaxial substrate 31 (see FIG. 12 (d)). Next, a plurality of photodiodes 361 are formed in the epitaxial layer 33 using the epitaxial substrate 31 on which the gettering sink 34 is formed. The insulating layer 362 and the wiring 363 are formed on one surface 33a side of the epitaxial layer 33 (see FIG. 13A). The surface of the insulating layer 362 is planarized.

계속해서, 포토다이오드(361)나 배선(363)이 형성된 에피택셜 기판(31)을 어닐장치(380)에 의해 소정의 온도까지 가열한다(도 13(b) 참조). 이로써, 반도체 기판(32) 내에 확산되어 있는 중금속이 게터링 싱크(34)에 모여, 소자형성부분, 즉 포토다이오드(361)가 형성된 영역의 중금속농도가 매우 낮은 상태로 할 수가 있다.Subsequently, the epitaxial substrate 31 on which the photodiode 361 and the wiring 363 are formed is heated to a predetermined temperature by the annealing apparatus 380 (see FIG. 13 (b)). Thereby, the heavy metal diffused in the semiconductor substrate 32 gathers in the gettering sink 34, and the heavy metal concentration of the element formation part, ie, the area | region in which the photodiode 361 was formed, can be made into the state very low.

다음으로, 절연층(362)의 일면(362a)측에 지지기판(390)을 부착한다(도 13(c) 참조). 지지기판(390)을 부착하는 것은, 후공정에서의 슬림화공정에 있어서 에피택셜 기판(31)이 파손되는 것을 방지하기 위함이다. 지지기판(390)으로서는, 예컨대, 실리콘 웨이퍼를 이용하면 된다.Next, the support substrate 390 is attached to one side 362a side of the insulating layer 362 (see FIG. 13 (c)). The support substrate 390 is attached to prevent the epitaxial substrate 31 from being damaged in the slimming step in the later step. As the support substrate 390, for example, a silicon wafer may be used.

계속해서, 지지기판(390)이 부착된 에피택셜 기판(31)을 연삭장치 등을 이용하여 반도체 기판(32)의 타면(이면 : 32a)측부터 연삭한다. 연삭에 의해, 예컨대, 반도체 기판(32) 전체와, 에피택셜층(33)의 일부까지 깎아 슬림화시키면 된다(도 14(a) 참조).Subsequently, the epitaxial substrate 31 with the supporting substrate 390 is ground from the other surface (back side: 32a) side of the semiconductor substrate 32 using a grinding apparatus or the like. By grinding, for example, the entire semiconductor substrate 32 and a part of the epitaxial layer 33 may be shaved and slimmed (see Fig. 14 (a)).

이상 기술한 바와 같은 공정을 거쳐 이면조사형 고체촬상소자(360)가 완성된다(도 14(b) 참조). 이면조사형 고체촬상소자(360)는, 입사광(F3)이 에피택셜층(33)의 타면(이면 : 33b)측으로부터 입사되어 포토다이오드(361)에서 검출된다.Through the process as described above, the back-illumination type solid-state image pickup device 360 is completed (see Fig. 14 (b)). In the back-illumination type solid-state imaging device 360, incident light F3 is incident from the other surface (rear surface 33b) side of the epitaxial layer 33 and detected by the photodiode 361.

이상과 같이, 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자의 제조방법에 따르면, 에피택셜 기판을 향해 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 반도체 기판 내부에 있어서의 임의의 미소영역에 레이저 빔을 집광시킴으로써, 반도체 기판 내부의 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조만 변화시킨 게터링 싱크를 단시간에 용이하게 형성할 수 있게 된다.As described above, according to the manufacturing method of the back-illumination type solid-state imaging device of the present invention, the laser beam is incident on the epitaxial substrate through the condensing means, and the laser beam is focused on an arbitrary micro area inside the semiconductor substrate. In addition, a multiphoton absorption process is generated in the micro-regions inside the semiconductor substrate, so that a gettering sink in which only the crystal structure of the micro-region is changed can be easily formed in a short time.

이로써, 종래와 같이 게터링 싱크를 형성하기 위해 장시간 열처리할 필요가 없게 되어, 이면조사형 고체촬상소자의 제조공정을 간략화하고, 제조 비용을 저감시킬 수가 있다. 300mm 웨이퍼 등으로 대표되는 양면연마기판이어도, 반도체 기판의 내부에 게터링 싱크를 용이하게 형성할 수 있게 된다.This eliminates the need for heat treatment for a long time to form a gettering sink as in the prior art, which simplifies the manufacturing process of the back-illumination type solid-state image pickup device and reduces the manufacturing cost. Even in the case of a double-side polished substrate represented by a 300 mm wafer or the like, the gettering sink can be easily formed inside the semiconductor substrate.

제조에 이용되는 에피택셜 기판의 반도체 기판에 형성된 게터링 싱크에 의해, 에피택셜층에 포함되는 중금속이 확실히 포획되어 있기 때문에, 이면조사형 고체촬상소자의 촬상 특성을 저하시키는 요인인 포토다이오드의 암시(暗時) 리크 전류를 억제할 수 있다. 따라서, 뛰어난 촬상 특성을 갖는 이면조사형 고체촬상소자를 실현할 수가 있다.Since the heavy metal contained in the epitaxial layer is reliably trapped by the gettering sink formed on the semiconductor substrate of the epitaxial substrate used for manufacturing, the suggestion of the photodiode, which is a factor that reduces the imaging characteristics of the back-illumination type solid-state image pickup device, is implied. Leakage current can be suppressed. Therefore, it is possible to realize the back-illumination type solid-state image pickup device having excellent imaging characteristics.

[실리콘 웨이퍼][Silicone Wafer]

도 17은, 예컨대 고체촬상소자의 제조에 적합한 에피택셜 웨이퍼를 나타내는 확대 단면도이다. 에피택셜 웨이퍼(41)는, 실리콘 웨이퍼(42)와, 실리콘 웨이퍼(42)의 일면(42a)에 형성된 에피택셜층(43)을 구비한다. 실리콘 웨이퍼(42)의 일면(42a) 근방 부근에는, 에피택셜 웨이퍼(41)의 중금속을 포획하는 게터링 싱크(44, 44 …)가 형성되어 있다.17 is an enlarged cross-sectional view showing an epitaxial wafer suitable for producing a solid state image pickup device, for example. The epitaxial wafer 41 includes a silicon wafer 42 and an epitaxial layer 43 formed on one surface 42a of the silicon wafer 42. In the vicinity of one surface 42a of the silicon wafer 42, gettering sinks 44, 44... That trap heavy metals of the epitaxial wafer 41 are formed.

상기 에피택셜 웨이퍼(41)는, 고체촬상소자용 기판으로서 적합하게 이용될 수 있다. 실리콘 웨이퍼(42)는, 예컨대, 실리콘 단결정 기판이면 된다. 에피택셜층(43)은, 실리콘 웨이퍼(42)의 일면(42a)으로부터 성장시킨 실리콘의 에피택셜 성장막이면 된다.The epitaxial wafer 41 can be suitably used as a substrate for a solid state image pickup device. The silicon wafer 42 may be a silicon single crystal substrate, for example. The epitaxial layer 43 may be an epitaxial growth film of silicon grown from one surface 42a of the silicon wafer 42.

게터링 싱크(44)는, 실리콘 단결정의 일부를 무정형화시킨 (비정질적) 구조이면 된다. 게터링 싱크(44)는, 그 결정구조 내에 약간의 왜곡이 존재하는 것만으로 중금속을 포획하는 능력이 있어, 극히 일부를 무정형화하는 것만으로도 게터링 싱크로서의 역할을 할 수가 있다. 게터링 싱크(44)는, 레이저 빔의 집광에 의해, 실리콘 웨이퍼(42)의 일부에 다광자 흡수과정을 발생시켜 결정구조를 개질함으로써 형성된다. 이러한 게터링 싱크(44)의 형성방법은, 추후 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에서 상세히 기술하도록 한다.The gettering sink 44 may be a structure in which a part of the silicon single crystal is amorphous (amorphous). The gettering sink 44 is capable of capturing heavy metals only by slight distortion present in its crystal structure, and can serve as a gettering sink only by amorphizing a very small portion. The gettering sink 44 is formed by condensing a laser beam to generate a multiphoton absorption process on a portion of the silicon wafer 42 to modify the crystal structure. The method of forming the gettering sink 44 will be described later in detail in the method for manufacturing an epitaxial wafer.

게터링 싱크(44)는, 에피택셜 웨이퍼(41)를 이용하여 예컨대, 고체촬상소자를 형성할 때 적어도 각각의 고체촬상소자의 형성영역(S4)과 겹치는 위치에 형성되어 있으면 된다. 예컨대, 하나의 게터링 싱크(44)는, 직경(R4) 50~150㎛, 보다 바람직하게는 75~125㎛, 두께(T4) 10~150㎛, 보다 바람직하게는 10~100㎛의 크기의 원반형상으로 형성되어 있으면 된다. 게터링 싱크(44)의 형성깊이(D4)는, 실리콘 웨이퍼(42)의 일면(42a)으로부터 0.5~2㎛ 정도가 바람직하다. 보다 바람직한 깊이(D4)는 0.8~1.5㎛이다. The gettering sink 44 should just be formed in the position which overlaps with the formation area S4 of each solid state imaging element at least, for example when forming a solid state imaging element using the epitaxial wafer 41. For example, one gettering sink 44 may have a diameter R4 of 50 to 150 µm, more preferably 75 to 125 µm, a thickness T4 of 10 to 150 µm, and more preferably a size of 10 to 100 µm. What is necessary is just to form in disk shape. The formation depth D4 of the gettering sink 44 is preferably about 0.5 to 2 μm from one surface 42a of the silicon wafer 42. More preferable depth D4 is 0.8-1.5 micrometers.

도 18은, 본 발명의 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 의해 얻어진 에피택셜 웨이퍼를 이용하여 제작한 고체촬상소자의 일례를 나타내는 단면도이다. 고체촬상소자(460)는, p+형 실리콘 웨이퍼(실리콘 기판 : 42) 상에 p형 에피택셜층(43)을 형성하고, 더욱이, 실리콘 웨이퍼(42)에 게터링 싱크(44)를 형성한 에피택셜 웨이퍼(41)를 이용한다. 에피택셜층(43)의 소정 위치에는, 제 1 n형 우물영역(461)이 형성된다. 제 1 n형 우물영역(461)의 내부에, 수직 전송 레지스터를 구성하는 p형 전송 채널영역(463), n+형 채널정지영역(464) 및 제 2 n-형 우물영역(465)이 각각 형성되어 있다.18 is a cross-sectional view showing an example of a solid state imaging device manufactured using the epitaxial wafer obtained by the method for producing an epitaxial wafer according to the present invention. The solid state image pickup device 460 forms an p-type epitaxial layer 43 on a p + type silicon wafer (silicon substrate 42), and furthermore, an epitaxially formed gettering sink 44 on the silicon wafer 42. The selective wafer 41 is used. The first n-type well region 461 is formed at a predetermined position of the epitaxial layer 43. Inside the first n-type well region 461, a p-type transmission channel region 463, an n + -type channel stop region 464, and a second n-type well region 465 that form a vertical transfer register are formed, respectively. It is.

더욱이, 게이트 절연막(462)의 소정 위치에는 전송전극(466)이 형성되어 있다. p형 전송 채널영역(463)과 제 2 n형 우물영역(465), 및 n형 채널정지영역(464)의 사이에, n-형 정전하 축적영역(467)과 p형 불순물 확산영역(468)을 적층시킨 포토다이오드(469)가 형성된다. 게이트 절연막(462) 및 포토다이오드(469)를 덮는 층간 절연막(471) 및 포토다이오드(469)의 수직 상방을 제외한 표면을 덮는 차광막(472)을 구비하고 있다.Further, a transfer electrode 466 is formed at a predetermined position of the gate insulating film 462. Between the p-type transmission channel region 463, the second n-type well region 465, and the n-type channel stop region 464, the n-type electrostatic charge accumulation region 467 and the p-type impurity diffusion region 468. ), A photodiode 469 is formed. An interlayer insulating film 471 covering the gate insulating film 462 and the photodiode 469 and a light shielding film 472 covering the surface of the photodiode 469 except for the vertical upward direction are provided.

이러한 구성의 고체촬상소자(460)는, 실리콘 웨이퍼(42)에 형성된 게터링 싱크(44)에 의해, 에피택셜 웨이퍼(41)에 포함되는 중금속이 확실히 포획되어 있기 때문에, 고체촬상소자(460)의 촬상 특성을 저하시키는 요인인 포토다이오드(469)의 암시(暗時) 리크 전류를 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제조방법에 의해 얻어진 에피택셜 웨이퍼(41)를 이용하여 고체촬상소자(460)를 형성함으로써, 암시(暗時) 리크 전류가 적으며, 뛰어난 촬상 특성을 갖는 고체촬상소자(460)가 실현된다.In the solid state image pickup device 460 having such a configuration, since the heavy metal contained in the epitaxial wafer 41 is reliably captured by the gettering sink 44 formed on the silicon wafer 42, the solid state image pickup device 460 is used. The implicit leakage current of the photodiode 469, which is a factor of lowering the imaging characteristic of the film, can be suppressed. Therefore, by forming the solid state image pickup device 460 using the epitaxial wafer 41 obtained by the manufacturing method of the present invention, the solid state image pickup device 460 having a low dark leakage current and excellent image pickup characteristics is obtained. ) Is realized.

다음으로, 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 제조방법, 및 상기 실리콘 웨이퍼를 이용한 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 대해 설명한다. 도 19, 도 20은, 실리콘 웨이퍼의 제조방법 및 에피택셜 웨이퍼의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다. 우선, 실리콘 웨이퍼를 제조할 때에는, 예컨대, 쵸크랄스키법(CZ법)에 의해 육성한 실리콘 단결정 잉곳(48)을 슬라이스하여(슬라이스 공정 : 도 19(a) 참조), 실리콘 웨이퍼(슬라이스 웨이퍼 : 42)를 얻는다(도 19(b) 참조).Next, the manufacturing method of the silicon wafer of this invention, and the manufacturing method of the epitaxial wafer using the said silicon wafer are demonstrated. 19 and 20 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a silicon wafer and a method of manufacturing an epitaxial wafer in stages. First, when manufacturing a silicon wafer, the silicon single crystal ingot 48 grown by the Czochralski method (CZ method) is sliced (slice process: see FIG. 19 (a)), and a silicon wafer (slice wafer: 42) (see Fig. 19 (b)).

다음으로, 실리콘 웨이퍼(42)의 표면을, 지립(砥粒) 등을 이용하여 래핑한다(래핑 공정 : 도 19(c) 참조). 다음으로, 래핑을 실시한 실리콘 웨이퍼(래핑 웨이퍼 : 42)를 에칭하여, 슬라이스 공정이나 래핑 공정 등에서 생긴 실리콘 웨이퍼의 결정왜곡을 제거한다(에칭 공정 : 도 19(d) 참조). 에칭 공정에서는, 예컨대, 불산, 질산(硝酸) 및 초산(醋酸)의 혼합액, 혹은 수산화나트륨 등의 알칼리용액을 에칭액으로서 이용하면 된다.Next, the surface of the silicon wafer 42 is wrapped using an abrasive grain or the like (lapping step: see FIG. 19 (c)). Next, the wrapped silicon wafer (lapping wafer) 42 is etched to remove crystal distortion of the silicon wafer generated in the slicing process or the lapping process (etching process: see FIG. 19 (d)). In the etching step, for example, a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid, or an alkaline solution such as sodium hydroxide may be used as the etching solution.

래핑 공정이나 에칭 공정은, 필요에 따라 실시하면 되며, 반드시 필수적인 공정은 아니다. 래핑 공정 전에, 연삭기에 의해 실리콘 웨이퍼(42)의 표면을 연삭하는 그라인딩 공정을 추가로 구비하여도 무방하다. What is necessary is just to perform a lapping process and an etching process, and are not necessarily an essential process. Before the lapping step, a grinding step of grinding the surface of the silicon wafer 42 by a grinding machine may be further provided.

다음으로, 실리콘 웨이퍼(42)를 레이저 조사장치(120)에 세팅하고, 실리콘 웨이퍼(42)를 이동시키면서, 일면(42a)을 향해 레이저 빔을 조사한다(다광자 흡수공정 : 도 20(a) 참조). 다광자 흡수공정에서는, 레이저 발생장치(115)로부터 출사된 레이저 빔이, 집광용 렌즈(집광수단 : 111)에 의해 집광점(초점)이 실리콘 웨이퍼(42)의 일면(42a)으로부터 수십 ㎛ 정도 깊은 위치가 되도록 집광된다. 이로써, 실리콘 웨이퍼(42)의 결정구조가 개질되어 게터링 싱크(44)가 형성된다.Next, the silicon wafer 42 is set in the laser irradiation apparatus 120, and the laser beam is irradiated toward one surface 42a while moving the silicon wafer 42 (multiphoton absorption process: Fig. 20 (a)). Reference). In the multi-photon absorption step, the laser beam emitted from the laser generator 115 has a condensing point (focus) of about tens of micrometers from one surface 42a of the silicon wafer 42 by the condensing lens (condensing means 111). It is focused to be in a deep position. As a result, the crystal structure of the silicon wafer 42 is modified to form a gettering sink 44.

도 21은, 실리콘 웨이퍼에 게터링 싱크를 형성하기 위한 레이저 조사장치(120)의 일례를 나타내는 모식도이다. 이는, 앞서 기술한 실시형태에서 사용한 것과 같아도 무방하다. 적합한 레이저 조사조건은, 상술한 표 1과 같아도 무방하다.FIG. 21: is a schematic diagram which shows an example of the laser irradiation apparatus 120 for forming a gettering sink in a silicon wafer. This may be the same as that used in the above-described embodiment. Suitable laser irradiation conditions may be as Table 1 mentioned above.

레이저 발생장치(115)에서 발생시킨 레이저 빔(Q11)은, 집광용 렌즈(111)에 의해 광로 폭이 수렴되고, 수렴된 레이저 빔(Q21)이 실리콘 웨이퍼(42)의 임의의 깊이 위치(G4)에서 초점을 결상하도록(집광되도록), 스테이지(140)가 연직방향(Y)으로 제어된다. 집광용 렌즈(111)는, 예컨대 배율이 10~300배, N.A가 0.3~0.9, 레이저 빔의 파장에 대한 투과율이 30~60%의 범위인 것이 바람직하다.In the laser beam Q11 generated by the laser generator 115, the optical path width is converged by the condenser lens 111, and the converged laser beam Q21 is located at an arbitrary depth position G4 of the silicon wafer 42. The stage 140 is controlled in the vertical direction Y so as to image the focus at (). The condensing lens 111 preferably has a magnification of 10 to 300 times, N.A of 0.3 to 0.9, and a transmittance of 30 to 60% with respect to the wavelength of the laser beam.

가시광 레이저 발생장치(119)에서 발생시킨 가시광 레이저 빔(Q31)은, 빔 스플리터(하프 미러 : 117b)에서 반사되고 90°방향 전환되어, 실리콘 웨이퍼(42)의 에피택셜층(43)에 도달한다. 에피택셜층(43)의 표면에서 반사되고, 집광용 렌즈(111) 및 빔 스플리터(117a 및 117b)를 투과하여 결상용 렌즈(112)에 도달한다. 결상용 렌즈(112)에 도달한 가시광 레이저(Q31)는, 실리콘 웨이퍼(42)의 표면화상으로서 CCD카메라(130)에 의해 촬상되고, 촬상 데이터가 CCD카메라 제어회로(135)에 입력된다. 입력된 촬상 데이터에 근거하여, 스테이지 제어회로(145)는 스테이지(140)의 수평방향(X)의 이동량을 제어한다.The visible light laser beam Q31 generated by the visible light laser generator 119 is reflected by the beam splitter (half mirror 117b), is turned 90 degrees, and reaches the epitaxial layer 43 of the silicon wafer 42. . It is reflected from the surface of the epitaxial layer 43, and passes through the condensing lens 111 and the beam splitters 117a and 117b to reach the imaging lens 112. The visible light laser Q31 which has reached the imaging lens 112 is imaged by the CCD camera 130 as a surface image of the silicon wafer 42, and the imaging data is input to the CCD camera control circuit 135. Based on the input image pickup data, the stage control circuit 145 controls the amount of movement of the stage 140 in the horizontal direction (X).

다음으로, 실리콘 웨이퍼(42)에 게터링 싱크를 형성하는 방법을 상술한다. 도 22는, 레이저 빔에 의해 실리콘 웨이퍼에 게터링 싱크를 형성하는 양태를 나타낸 모식도이다. 실리콘 웨이퍼(42)에 게터링 싱크를 형성할 때에는, 레이저 발생장치(115)에서 출사된 레이저 빔(Q11)을 집광용 렌즈(집광수단 : 111)에 의해 수렴시킨다. 수렴된 레이저 빔(Q21)은, 실리콘에 대하여 투과가능한 파장영역이기 때문에, 에피택셜층(43)의 표면에 도달한 후, 반사되지 않고 그대로 입사된다.Next, the method of forming a gettering sink in the silicon wafer 42 is explained in full detail. Fig. 22 is a schematic diagram showing an embodiment in which a gettering sink is formed on a silicon wafer by a laser beam. When forming the gettering sink on the silicon wafer 42, the laser beam Q11 emitted from the laser generator 115 is converged by the condensing lens (condensing means 111). Since the converged laser beam Q21 is a wavelength region that is transparent to silicon, it reaches the surface of the epitaxial layer 43 and is incident as it is without being reflected.

실리콘 웨이퍼(42)는, 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)이 실리콘 웨이퍼(42)의 일면(42a)으로부터 소정의 깊이(D4)가 되도록 위치 결정된다. 이로써, 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)에서만, 실리콘 웨이퍼(42)에는 다광자 흡수과정이 생긴다.The silicon wafer 42 is positioned so that the light collection point (focus) of the laser beam Q21 becomes a predetermined depth D4 from one surface 42a of the silicon wafer 42. Thus, the multi-photon absorption process occurs in the silicon wafer 42 only at the focusing point (focus) of the laser beam Q21.

본 발명에 있어서는, 실리콘 웨이퍼(42) 내부의 임의의 영역에 레이저 빔을 집광시킴으로써, 집광점(초점)에 있어서, 단결정구조의 실리콘 웨이퍼를 개질하여, 부분적으로 비정질적 결정구조를 생기게 한다. 결정 구조의 개질은, 중금속의 포획작용이 발생되는 정도, 즉, 결정 구조에 약간의 왜곡을 생기게 하는 정도이면 된다.In the present invention, by condensing a laser beam in an arbitrary region inside the silicon wafer 42, a silicon wafer having a single crystal structure is modified at a focusing point (focus) to produce a partially amorphous crystal structure. The modification of the crystal structure may be such that the trapping action of the heavy metal is generated, that is, the degree of slight distortion in the crystal structure.

이상과 같이, 실리콘 웨이퍼(42) 내부의 임의의 미소영역에 레이저 빔(Q11)을 수렴시킨 레이저 빔(Q21)의 집광점(초점)을 설정하여, 미소영역의 결정 구조를 개질함으로써, 실리콘 웨이퍼(42)의 임의의 미소영역에 게터링 싱크(44)를 형성할 수 있다.As described above, the condensation point (focus) of the laser beam Q21 in which the laser beam Q11 is converged to any micro area inside the silicon wafer 42 is set, and the crystal structure of the micro area is modified to thereby modify the silicon wafer. The gettering sink 44 can be formed in any microregion of 42.

게터링 싱크(44)를 형성하기 위한 레이저 빔은, 레이저 빔이 집광점(초점)에 이르기 전의 광로에 있어서는, 실리콘 웨이퍼(42)의 결정구조를 개질하는 일없이 레이저 빔이 확실히 투과될 수 있는 조건으로 하는 것이 중요하다. 레이저 빔의 조사조건은, 반도체재료의 기초물성값인 금제대(에너지 밴드 갭)에 의해 결정된다. 예컨대, 실리콘 반도체의 금제대는, 1.1eV이기 때문에 입사 파장이 1000nm 이상인 경우, 투과성이 현저해진다. 이렇게 하여 레이저 빔의 파장은, 반도체재료 금제대를 고려하여 결정할 수 있다.The laser beam for forming the gettering sink 44 can be reliably transmitted in the optical path before the laser beam reaches the focusing point (focus) without modifying the crystal structure of the silicon wafer 42. It is important to make a condition. The irradiation conditions of the laser beam are determined by the forbidden band (energy band gap), which is a basic material value of the semiconductor material. For example, since the forbidden band of the silicon semiconductor is 1.1 eV, the transmittance becomes remarkable when the incident wavelength is 1000 nm or more. In this manner, the wavelength of the laser beam can be determined in consideration of the semiconductor material forbidden band.

레이저 빔의 발생장치로서, YAG 레이저와 같은 고출력 레이저는, 소정의 깊이 위치뿐만 아니라, 그 주변영역에도 열 에너지가 전달될 우려가 있기 때문에, 저출력 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. 저출력 레이저로서는, 예컨대, 펨토초 레이저와 같은 초단 펄스 레이저가 적합하다.As a laser beam generator, a high-power laser such as a YAG laser is preferably used because a low-power laser may transmit heat energy not only to a predetermined depth position but also to its peripheral region. As the low power laser, for example, an ultra short pulse laser such as a femtosecond laser is suitable.

초단 펄스 레이저는, 반도체 레이저 등을 이용하여 티탄 사파이어결정(고체 레이저 결정)을 여기함으로써, 레이저 빔의 파장을 임의의 범위로 설정할 수 있다. 초단 펄스 레이저는, 여기 레이저 빔 펄스 폭을 1.0×10-15 펨토 초 이하로 할 수 있기 때문에, 그 밖의 레이저에 비해 여기에 의해 생기는 열 에너지의 확산을 억제할 수 있어, 레이저 빔의 집광점(초점)에만 광 에너지를 집중시킬 수가 있다.The ultra-short pulse laser can set the wavelength of a laser beam to arbitrary ranges by exciting a titanium sapphire crystal (solid laser crystal) using a semiconductor laser etc. Since the ultrashort pulsed laser can have an excitation laser beam pulse width of 1.0 × 10 -15 femtoseconds or less, it is possible to suppress diffusion of thermal energy generated by excitation in comparison with other lasers, Can focus light energy).

다광자 흡수과정에 의해 결정구조를 개질하여 형성한 게터링 싱크(44)는, 비정질적 결정구조로 되어 있는 것으로 추정된다. 이러한 비정질적 결정구조를 얻기 위해서는, 레이저 빔이 집광점(초점 : G4)을 국부적으로 급속가열·급속냉각할 필요가 있다. 예컨대 후술하는 표 2에 나타낸 바와 같은 특성을 갖는 초단 펄스 레이저는, 에너지량이 작은 레이저이지만, 집광용 렌즈(111)를 이용하여 집광함으로써, 실리콘 웨이퍼(42)를 국부적으로 급속가열하기에 충분한 에너지가 된다. 레이저 빔의 집광점(초점 : G)의 온도는 9900~10000K의 고온에 이른다. 집광되어 있기 때문에 입열범위가 매우 좁아, 실리콘 웨이퍼(42)가 재치(載置)된 스테이지가 이동하거나, 혹은 레이저 빔의 주사에 의해 집광점(초점)이 이동하면, 이동 전의 집광점(초점)에 있어서의 입열량이 급격히 감소하여 급속냉각효과가 얻어진다.The gettering sink 44 formed by modifying the crystal structure by the multiphoton absorption process is assumed to have an amorphous crystal structure. In order to obtain such an amorphous crystal structure, it is necessary for the laser beam to locally rapidly heat and rapidly cool the focusing point (focus: G4). For example, the ultra-short pulsed laser having the characteristics as shown in Table 2 described below is a laser having a small amount of energy. However, the energy is sufficient to locally heat the silicon wafer 42 by condensing using the condensing lens 111. do. The temperature of the focusing point (focus: G) of the laser beam reaches a high temperature of 9900-10000K. Since the heat input range is very narrow because the light is condensed, when the stage on which the silicon wafer 42 is placed is moved or the light focus point (focus) is moved by scanning of the laser beam, the light focus point (focus) before the movement is moved. The amount of heat input in the abruptly decreases, and a rapid cooling effect is obtained.

표 1에 나타낸 초단 펄스 레이저와 같이, 파장을 1000nm로 함으로써, 실리콘 웨이퍼(42)에 대한 투과성이 높아져, 레이저 빔의 집광점(초점)인 미소영역만 개질할 수가 있다. 결정구조의 개질부분이 실리콘 웨이퍼(42)의 게터링 싱크(44)로서 적합하게 이용될 수 있다. 레이저 빔의 파장이 1200nm을 초과하면, 장파장 영역이기 때문에 광자 에너지(레이저 빔 에너지)가 낮아진다. Like the ultrashort pulsed laser shown in Table 1, when the wavelength is set to 1000 nm, the permeability to the silicon wafer 42 becomes high, and only the micro area | region which is a focusing point (focus point) of a laser beam can be modified. The modified portion of the crystal structure can be suitably used as the gettering sink 44 of the silicon wafer 42. When the wavelength of the laser beam exceeds 1200 nm, the photon energy (laser beam energy) is lowered because it is a long wavelength region.

이 때문에, 레이저 빔을 집광시켜도 실리콘 웨이퍼 내부의 개질에 충분한 광자 에너지를 얻을 수 없게 될 우려가 있어, 레이저 빔의 파장은 1200nm 이하로 하는 것이 바람직하다.For this reason, there is a possibility that photon energy sufficient for modification inside the silicon wafer cannot be obtained even if the laser beam is focused, and the wavelength of the laser beam is preferably set to 1200 nm or less.

레이저 빔의 집광점(초점 : G4)의 위치, 즉, 실리콘 웨이퍼(42)에 게터링 싱크(44)를 형성하는 위치는, 스테이지를 상하이동시킴으로써 제어할 수 있다. 스테이지의 상하이동 이외에, 집광수단(집광용 렌즈)의 위치제어에 의해서도 레이저 빔의 집광점(초점 : G4)의 위치를 제어할 수가 있다.The position of the converging point (focus: G4) of the laser beam, that is, the position at which the gettering sink 44 is formed on the silicon wafer 42 can be controlled by moving the stage. In addition to the shanghai-dong of the stage, the position of the focusing point (focus: G4) of the laser beam can also be controlled by the position control of the focusing means (condensing lens).

일례로서, 실리콘 웨이퍼(42)의 표면으로부터 2㎛의 위치를 개질하여 게터링 싱크(44)를 형성하는 경우에는, 레이저 빔의 파장을 1080nm로 설정하고, 투과율이 60%인 집광용 렌즈(배율 50배)를 이용하여 표면으로부터 2㎛의 위치에 레이저 빔을 결상(집광)시키고, 다광자 흡수과정을 발생시킴으로써 개질부분(게터링 싱크)을 형성할 수가 있다.As an example, in the case where the gettering sink 44 is formed by modifying the position of 2 mu m from the surface of the silicon wafer 42, the wavelength of the laser beam is set to 1080 nm and the light condensing lens having a transmittance of 60% (magnification) 50 times), the laser beam is imaged (condensed) at a position of 2 占 퐉 from the surface, and a modified part (gettering sink) can be formed by generating a multiphoton absorption process.

이와 같이, 실리콘 웨이퍼(42)의 미소영역의 결정구조를 개질하여 얻어지는 게터링 싱크(44)는, 예컨대, 직경(R4) 50~150㎛, 두께(T4) 10~150㎛의 크기의 원반형상으로 형성되면 된다. 게터링 싱크(44)의 형성깊이(D4)는, 실리콘 웨이퍼(42)의 일면(42a)으로부터 0.5~2㎛ 정도가 바람직하다.Thus, the gettering sink 44 obtained by modifying the crystal structure of the microregion of the silicon wafer 42 is, for example, a disk shape having a diameter of R4 of 50 to 150 µm and a thickness of T4 of 10 to 150 µm. It may be formed as. The formation depth D4 of the gettering sink 44 is preferably about 0.5 to 2 μm from one surface 42a of the silicon wafer 42.

각각의 게터링 싱크(44)는 적어도, 후공정에서 형성하는 반도체소자, 예컨대 고체촬상소자의 형성영역(S4)과 겹치는 위치에 형성되어 있으면 된다. 게터링 싱크(44)는, 예컨대, 형성피치(P4)가 0.1~10㎛의 간격으로 형성되면 된다. 게터링 싱크(44)는, 상술한 바와 같이 간헐적으로 형성되어 있는 것 이외에, 예컨대, 실리콘 웨이퍼(42)에 대하여 소정의 깊이로 실리콘 웨이퍼(42)의 전면에 걸쳐 균일하게 형성되어 있어도 무방하다.Each gettering sink 44 should just be formed in the position which overlaps with the formation area S4 of the semiconductor element formed in a post process, for example, a solid-state image sensor at least. As for the gettering sink 44, the formation pitch P4 should just be formed in the interval of 0.1-10 micrometers, for example. In addition to being formed intermittently as described above, the gettering sink 44 may be formed uniformly over the entire surface of the silicon wafer 42, for example, at a predetermined depth with respect to the silicon wafer 42.

실리콘 웨이퍼에 있어서의 게터링 싱크의 형성양태는, 앞서 설명한 도 6과 같다. 게터링 싱크(44, 도 6에서의 부호 14)는, 실리콘 웨이퍼(42)에 있어서의 반도체소자, 예컨대 고체촬상소자의 형성영역의 하부에 각각 형성되면 된다. 예컨대, 레이저 빔(Q1)이 실리콘 웨이퍼(42, 도 6에서의 부호 11)의 전역에 걸쳐 주사되도록, 실리콘 웨이퍼(42)를 주변 가장자리부에서 Y방향으로 어긋나게 하면서 X방향을 따라 주사시켜, 레이저 빔(Q1)을 소정의 조건으로 조사해 가면, 실리콘 웨이퍼(42)의 전체에 게터링 싱크(44, 44 …)를 형성할 수가 있다.The formation aspect of a gettering sink in a silicon wafer is the same as FIG. The gettering sink 44 (14 in Fig. 6) may be formed below the formation region of the semiconductor element, for example, the solid state image pickup element, in the silicon wafer 42. For example, the silicon wafer 42 is scanned along the X direction while the silicon wafer 42 is shifted in the Y direction from the peripheral edge portion so that the laser beam Q1 is scanned over the entirety of the silicon wafer 42 (11 in FIG. 6). When the beam Q1 is irradiated under predetermined conditions, the gettering sinks 44, 44... Can be formed in the entirety of the silicon wafer 42.

실리콘 웨이퍼(42) 전체에 있어서의 게터링 싱크(44)의 형성밀도는, 레이저 빔(Q1)의 주사 피치(B1)에 의해 설정할 수 있다. 게터링 싱크(44)의 형성밀도는, 예컨대, 1.0×105~1.0×107개/㎠의 범위가 적합하다. 게터링 싱크(44)의 형성밀도는, 단면 TEM(투과형 전자현미경)에 의한 관찰을 통해 얻어진 산소석출물의 개수에 의해 검증할 수 있다.The formation density of the gettering sink 44 in the whole silicon wafer 42 can be set by the scanning pitch B1 of the laser beam Q1. As for the formation density of the gettering sink 44, the range of 1.0 * 10 <5> -1.0 * 10 <7> piece / cm <2> is suitable, for example. The formation density of the gettering sink 44 can be verified by the number of oxygen precipitates obtained through observation by a cross-sectional TEM (transmission electron microscope).

이상으로, 상세히 설명한 다광자 흡수공정에 의해, 실리콘 웨이퍼(42)에 레이저 빔을 조사하면, 실리콘 웨이퍼(42)의 일면(42a)은, 레이저 빔에 의해 표층의 실리콘 원자의 일부가 증발되어, 표면에 미세한 흠집(abrasion : 42b)이 생긴다(도 20(a)의 우측 도면 참조). 다광자 흡수공정에 있어서의 레이저 빔의 조사에 의해, 실리콘 웨이퍼(42)의 일면(42a)의 표면 조도(粗度)는 예컨대, 1.0~2.5nm가 된다. As described above, when the laser beam is irradiated onto the silicon wafer 42 by the multiphoton absorption process described above, part of the silicon atoms in the surface layer of the surface 42a of the silicon wafer 42 is evaporated by the laser beam, Fine abrasion 42b occurs on the surface (see the right figure in Fig. 20 (a)). By surface irradiation of the laser beam in a multiphoton absorption process, the surface roughness of the one surface 42a of the silicon wafer 42 becomes 1.0-2.5 nm, for example.

다음으로, 다광자 흡수공정에 의해 게터링 싱크(44, 44 …)를 형성한 후에, 실리콘 웨이퍼(42)를 경면연마한다(폴리싱 공정 : 도 20(b) 참조). 폴리싱 공정에서는, 예컨대, 폴리싱 패드(475)가 부착된 정반(定盤 : 476)을 갖는 폴리싱 가공기를 이용하여, 하나의 공정 내지는 복수의 공정으로 나누어, 실리콘 웨이퍼(42)의 표면을 경면연마한다. 폴리싱 공정은, 웨이퍼의 사양에 따라 단면 내지 양면을 경면연마하면 된다.Next, after the gettering sinks 44, 44... Are formed by the multiphoton absorption step, the silicon wafer 42 is mirror polished (polishing step: see FIG. 20 (b)). In the polishing step, the surface of the silicon wafer 42 is mirror-polished, for example, by dividing into one step or a plurality of steps using a polishing machine having a surface plate with a polishing pad 475 attached thereto. . The polishing step may be mirror polished from one side to both sides according to the specifications of the wafer.

실리콘 웨이퍼(42)를 경면연마하는 폴리싱 공정에 의해, 전(前)공정인 다광자 흡수공정에서 레이저 빔의 조사에 의해 생긴 실리콘 웨이퍼(42)의 일면(42a)의 미세한 흠집은 완전히 제거된다(도 20(c)의 우측 도면 참조). 예컨대, 표면 조도 0.1~0.25nm와 같이, 흠집이 없는 실리콘 웨이퍼(42)를 얻을 수가 있다(도 20(c) 참조).By the polishing process for mirror-polishing the silicon wafer 42, minute scratches on one surface 42a of the silicon wafer 42 generated by the laser beam irradiation in the multi-photon absorption process, which is a previous process, are completely removed ( See the right side of FIG. 20 (c)). For example, a silicon wafer 42 without scratches can be obtained, such as surface roughness of 0.1 to 0.25 nm (see Fig. 20 (c)).

이상과 같이, 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 제조방법에서는, 다광자 흡수공정에서 레이저광을 조사하여 게터링 싱크(44, 44 …)를 형성한 후에, 실리콘 웨이퍼(42)를 경면연마(폴리싱 공정)함으로써, 레이저광의 조사에 의해 생긴 실리콘 웨이퍼(42) 표면의 미세한 흠집을 완전히 제거할 수가 있다. 이로써, 표면에 레이저 조사에 의한 미세한 흠집이 없고, 또한, 내부에 다광자 흡수공정에 의해 형성된 게터링 싱크를 구비한 실리콘 웨이퍼를 얻을 수가 있다.As described above, in the method of manufacturing the silicon wafer of the present invention, the silicon wafer 42 is mirror-polished (polishing step) after the gettering sinks 44, 44 are formed by irradiating laser light in the multiphoton absorption step. As a result, minute scratches on the surface of the silicon wafer 42 generated by laser light irradiation can be completely removed. Thereby, the silicon wafer can be obtained which does not have the micro scratches by laser irradiation on the surface, and has the gettering sink formed by the multiphoton absorption process inside.

다음으로, 본 발명의 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에서는, 상술한 바와 같은 공정을 거쳐 얻어진 실리콘 웨이퍼(42)의 일면(42a)에 에피택셜층(43)을 형성한다(도 20(d) 참조). 에피택셜층(43)의 형성시에는, 예컨대, 에피택셜 성장장치를 이용해 실리콘 웨이퍼(42)를 소정 온도까지 가열하면서 원료 가스를 도입하여, 일면(42a)에 실리콘 단결정으로 이루어지는 에피택셜층(43)을 성장시키면 된다.Next, in the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, the epitaxial layer 43 is formed on one surface 42a of the silicon wafer 42 obtained through the above-described process (see FIG. 20 (d)). . When the epitaxial layer 43 is formed, for example, a source gas is introduced while heating the silicon wafer 42 to a predetermined temperature using an epitaxial growth apparatus, and the epitaxial layer 43 made of silicon single crystal on one surface 42a. ) Just grow.

그 후, 에피택셜층(43)과 게터링 싱크(44)가 형성된 에피택셜 웨이퍼(41)는, 예컨대, 어닐장치에 의해 소정의 온도까지 가열하면 된다 (어닐공정). 이로써, 실리콘 웨이퍼(42) 내에 확산되어 있는 중금속이 게터링 싱크(44)에 모여, 소자형성부분에 중금속이 매우 적은 에피택셜 웨이퍼(41)가 얻어진다.Thereafter, the epitaxial wafer 41 on which the epitaxial layer 43 and the gettering sink 44 are formed may be heated to a predetermined temperature by, for example, an annealing apparatus (annealing step). Thereby, the heavy metal diffused in the silicon wafer 42 collects in the gettering sink 44, and the epitaxial wafer 41 with very few heavy metal in the element formation part is obtained.

이러한 에피택셜 웨이퍼(41)를 이용하여, 반도체소자, 예컨대 매립형 포토다이오드를 형성하면(소자형성공정), 암시(暗時) 리크 전류를 억제한 뛰어난 특성을 갖는 고체촬상소자를 얻을 수가 있다.By using such an epitaxial wafer 41, a semiconductor element such as a buried photodiode is formed (element formation step), whereby a solid-state image pickup device having excellent characteristics of suppressing the implicit leakage current can be obtained.

실시예Example

본 발명의 실시예로서, 기판직경이 300mm, 두께가 0.725mm인 실리콘 웨이퍼에 대하여, 표 2에 나타내는 조건의 레이저 빔을 조사하여, 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터 깊이 2㎛의 위치에, 밀도 10-6/㎠의 개질부분(게터링 싱크)을 형성한 실리콘 웨이퍼를 제작하였다.As an embodiment of the present invention, a silicon wafer having a substrate diameter of 300 mm and a thickness of 0.725 mm is irradiated with a laser beam under the conditions shown in Table 2, and has a density of 10 -6 at a position of 2 m depth from the surface of the silicon wafer. The silicon wafer in which the modified part (gettering sink) of / cm <2> was formed was produced.

조사조건Survey condition 빔 파장Beam wavelength 1080nm1080nm 빔 지름Beam diameter 1.0㎛1.0 탆 반복 주파수Repetition frequency 1MHz1MHz 펄스 폭Pulse width 1.0×10-9초1.0 × 10 -9 seconds 출력Print 100mJ/펄스100mJ / pulse

상술한 실시예에서의 개질부분의 게터링효과를 확인하기 위하여, 종래의 비교예 1로서, 레이저 빔을 조사하지 않는 것 이외에는 상술한 실시예와 동일한 실리콘 웨이퍼를 준비하였다. In order to confirm the gettering effect of the modified portion in the above-described embodiment, as the conventional comparative example 1, the same silicon wafer as in the above-described embodiment was prepared except that no laser beam was irradiated.

장시간에 걸친 열처리에 의해 산소석출부를 형성한 실리콘 웨이퍼의 게터링효과와 비교하기 위하여, 종래의 비교예 2로서, 10시간 또는 20시간의 열처리를 시행하는 것 이외에는 상술한 비교예 1과 동일한 실리콘 웨이퍼를 준비하였다.In order to compare with the gettering effect of the silicon wafer in which the oxygen precipitates were formed by heat treatment for a long time, the same silicon wafer as in Comparative Example 1 described above was applied except that the heat treatment was performed for 10 hours or 20 hours. Was prepared.

실시예, 비교예 1 및 비교예 2의 각 샘플에 대하여, 다음에 나타내는 방법에 의해 게터링 효과를 평가하였다. For each sample of Example, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the gettering effect was evaluated by the following method.

우선, 각 샘플을, 암모니아수와 과산화 수소수의 혼합용액 및 염산과 과산화 수소수의 혼합용액으로 세정한 후, 스핀코트 오염법에 의해, 중금속인 니켈로 1.0×1012atoms/㎠ 정도 표면오염시켰다. 다음으로, 종형(縱型) 열처리 로에서 1000℃, 1시간, 질소분위기 하에서 확산 열처리를 수행하고, 그 후, Wright액(48% HF:30ml, 69% HNO3:30ml, CrO3 1g+H2O 2ml, 초산:60ml)에 의해 각 샘플의 표면을 에칭하였다. 표면의 에칭 피트(니켈 실리사이드가 에칭되어 형성되는 피트)의 개수를 광학현미경에 의해 관찰하여 에칭 피트 밀도(개/㎠)를 측정함으로써, 각 샘플의 게터링 능력을 평가하였다.First, each sample was washed with a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution and a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution, and then surface-contaminated about 1.0 × 10 12 atoms / cm 2 with nickel as a heavy metal by spin coating contamination. . Next, diffusion heat treatment was carried out in a longitudinal heat treatment furnace at 1000 ° C. for 1 hour under nitrogen atmosphere, and then Wright liquid (48% HF: 30 ml, 69% HNO 3 : 30 ml, CrO 3 1g + H). 2 O 2 ml, acetic acid: 60 ml) were etched off the surface of each sample. The number of etching pits (pits formed by etching nickel silicide) on the surface was observed by an optical microscope, and the gettering capability of each sample was evaluated by measuring the etching pit density (pieces / cm 2).

상기 방법에 있어서의 에칭 피트 밀도의 측정 한계는 1.0×103개/㎠이다. 게터링 능력에 대한 평가는, 에칭 피트 밀도가 1.0×103개/㎠ 이하(측정한계 이하)일 때 양호, 1.0×103개/㎠ 초과 1.0×105개/㎠ 미만일 때 가능, 1.0×105개/㎠ 이상일 때 불가로 하였다.The measurement limit of the etching pit density in the said method is 1.0 * 10 <3> / cm <2>. To evaluation of the gettering ability is, when the etch pit density is less than 1.0 × 10 3 gae / ㎠ less satisfactory when (the detection limit), 1.0 × 10 3 gae / ㎠ than 1.0 × 10 5 gae / ㎠ available, 1.0 × It was made impossible when it was 10 5 pieces / cm <2> or more.

비교예 2에 관하여, 게터링 싱크가 되는 산소석출부의 형성에 필요한 시간을 다음과 같이 평가하였다. 각 샘플을 (110)방향으로 벽개(劈開)하여 Wright액으로 에칭한 후, 벽개면(샘플단면)을 광학 현미경으로 관찰하여 산소석출물의 밀도(개/㎠)를 관찰함으로써 평가하였다. 게터링 능력에 대한 평가는, 상술한 실시예 1과 마찬가지로, 니켈 원소로의 표면오염에 의한 게터링 능력을 평가함으로써 실시하였다.With regard to Comparative Example 2, the time required for formation of the oxygen precipitates to be the gettering sink was evaluated as follows. Each sample was cleaved in the (110) direction and etched with Wright liquid, and then the cleaved surface (sample cross section) was observed with an optical microscope to evaluate the density of oxygen precipitates (piece / cm &lt; 2 &gt;). Evaluation of the gettering capability was performed by evaluating the gettering capability by surface contamination with nickel element, similarly to Example 1 mentioned above.

검증결과, 비교예 1에서는 에칭 피트 밀도가 1.0×105개/㎠이 되어, 게터링 효과가 확인되지 않았다. As a result of verification, in the comparative example 1, the etching pit density became 1.0 * 10 <5> / cm <2>, and the gettering effect was not confirmed.

비교예 2에서는, 10시간의 열처리를 시행한 샘플에서는, 산소석출물의 밀도가 1.0×104개/㎠이고, 에칭 피트 밀도도 1.0×105개/㎠로서 대부분 게터링 효과가 확인되지 않았다. 20 시간의 열처리를 시행한 샘플이라 하더라도, 산소석출물의 밀도가 1.0×105개/㎠이고, 에칭 피트 밀도는 1.0×104개/㎠이 되어 다소의 게터링 효과가 확인되는 수준에 불과하였다.In Comparative Example 2, in the sample subjected to the heat treatment for 10 hours, the oxygen precipitates had a density of 1.0 × 10 4 pieces / cm 2 and an etching pit density of 1.0 × 10 5 pieces / cm 2. Even in a sample subjected to a heat treatment for 20 hours, the density of oxygen precipitates was 1.0 × 10 5 pieces / cm 2 and the etching pit density was 1.0 × 10 4 pieces / cm 2, indicating that only some gettering effect was confirmed. .

이에 대하여, 본 발명의 실시예에서는, 에칭 피트 밀도가 1.0×103개/㎠ 이하로서 충분한 게터링 효과가 확인되었다.On the other hand, in the Example of this invention, sufficient gettering effect was confirmed that the etching pit density is 1.0 * 10 <3> / cm <2> or less.

본 발명에 따르면, 레이저 빔을 단시간 조사하여 반도체 기판의 소정 깊이 위치에만 다광자 흡수과정을 발생시켜 결정구조를 개질함으로써, 뛰어난 게터링 능력이 있는 게터링 싱크를 임의의 위치에 용이하게 형성할 수가 있다.According to the present invention, by irradiating a laser beam for a short time and generating a multiphoton absorption process only at a predetermined depth position of the semiconductor substrate, the crystal structure can be modified to easily form a gettering sink having excellent gettering ability at an arbitrary position. have.

11 : 고체촬상소자용 에피택셜 기판
12 : 반도체 기판
13 : 에피택셜층
14 : 게터링 싱크
21 : 반도체 디바이스
22 : 반도체 기판
23 : 제 1 절연막(절연막)
24 : 게터링 싱크
31 : 고체촬상소자용 에피택셜 기판
32 : 반도체 기판
33 : 에피택셜층
34 : 게터링 싱크
360 : 이면조사형 고체촬상소자
41 : 에피택셜 웨이퍼
42 : 실리콘 웨이퍼
43 : 에피택셜층
44 : 게터링 싱크11: epitaxial substrate for solid state image pickup device
12: semiconductor substrate
13: epitaxial layer
14: gettering sink
21: semiconductor device
22: semiconductor substrate
23: first insulating film (insulating film)
24: gettering sink
31: epitaxial substrate for solid state image pickup device
32: semiconductor substrate
33: epitaxial layer
34: gettering sink
360: back side irradiation solid state imaging device
41: epitaxial wafer
42: silicon wafer
43: epitaxial layer
44: gettering sink

Claims (33)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 얻는 슬라이스 공정과,
상기 실리콘 웨이퍼를 향해 집광수단을 통해 레이저 빔을 입사시키고, 임의의 미소영역에 상기 레이저 빔을 집광시킴으로써, 상기 미소영역에 다광자 흡수과정을 발생시켜, 상기 미소영역의 결정구조를 변화시켜 상기 결정구조내에 왜곡이 존재하는 게터링 싱크를 형성하는 다광자 흡수공정과,
상기 다광자 흡수공정을 거친 실리콘 웨이퍼를 경면연마하는 폴리싱 공정,
을 적어도 구비하고,
상기 레이저 빔은, 펄스 폭 1.0×10-15~1.0×10-8초, 파장 300~1200nm의 범위, 1 펄스당 출력이 1~1000mJ의 범위가 되는 초단 펄스 레이저 빔이며,
상기 게터링 싱크는, 밀도가 1.0×105~1.0×107개/㎠의 범위가 되도록 형성하는 실리콘 웨이퍼의 제조방법.A slice process of slicing a silicon single crystal ingot to obtain a silicon wafer,
By injecting a laser beam through the light collecting means toward the silicon wafer and condensing the laser beam in an arbitrary microregion, a multiphoton absorption process is generated in the microregion, thereby changing the crystal structure of the microregion to determine the crystal. A multiphoton absorption process for forming a gettering sink in which distortion exists in the structure,
A polishing process for mirror polishing a silicon wafer that has undergone the multiphoton absorption process,
At least,
The laser beam is an ultrashort pulsed laser beam having a pulse width of 1.0 × 10 -15 to 1.0 × 10 -8 seconds, a wavelength of 300 to 1200 nm, and an output per pulse of 1 to 1000 mJ.
The gettering sink is a silicon wafer manufacturing method to form a density in the range of 1.0 × 10 5 ~ 1.0 × 10 7 / cm 2. 제 23항에 있어서,
상기 슬라이스 공정과 상기 다광자 흡수공정의 사이에는, 실리콘 웨이퍼를 래핑하는 래핑 공정을 추가로 구비한 실리콘 웨이퍼의 제조방법.24. The method of claim 23,
A method of manufacturing a silicon wafer, further comprising a lapping step of wrapping a silicon wafer between the slice step and the multiphoton absorption step. 제 23항에 있어서,
상기 슬라이스 공정과 상기 다광자 흡수공정의 사이에는, 실리콘 웨이퍼를 에칭 하는 에칭 공정을 추가로 구비한 실리콘 웨이퍼의 제조방법.24. The method of claim 23,
A method of manufacturing a silicon wafer further comprising an etching step of etching the silicon wafer between the slice step and the multiphoton absorption step. 제 23항에 있어서,
상기 레이저 빔은, 상기 실리콘 웨이퍼를 투과할 수 있는 파장영역이며, 상기 집광수단은, 상기 실리콘 웨이퍼의 두께방향에 있어서의 소정의 위치에, 상기 레이저 빔을 집광시켜 게터링 싱크를 깊이 0.5~2㎛로 형성하는 실리콘 웨이퍼의 제조방법.24. The method of claim 23,
The laser beam is a wavelength region that can penetrate the silicon wafer, and the condensing means condenses the laser beam at a predetermined position in the thickness direction of the silicon wafer so as to obtain a gettering sink depth of 0.5 to 2 degrees. A method of manufacturing a silicon wafer formed in 탆. 삭제delete 제 23항에 있어서,
상기 게터링 싱크는 무정형 구조의 실리콘을 포함하는 실리콘 웨이퍼의 제조방법.24. The method of claim 23,
The gettering sink is a silicon wafer manufacturing method comprising a silicon of amorphous structure. 제 23항에 기재된 실리콘 웨이퍼의 제조방법에 의해 얻은 실리콘 웨이퍼의 일면에 실리콘 단결정의 에피택셜층을 성장시키는 에피택셜공정을 적어도 구비한 에피택셜 웨이퍼의 제조방법.A method for producing an epitaxial wafer, comprising at least an epitaxial step of growing an epitaxial layer of silicon single crystal on one surface of the silicon wafer obtained by the method for producing a silicon wafer according to claim 23. 제 29항에 기재된 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 의해 얻은 에피택셜 웨이퍼의 일면에 매립형 포토다이오드를 형성하는 소자형성공정을 적어도 구비한 고체촬상소자의 제조방법.A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising at least an element forming step of forming a buried photodiode on one surface of the epitaxial wafer obtained by the method for producing an epitaxial wafer according to claim 29. 제 30항에 있어서,
상기 에피택셜 웨이퍼를 소정의 온도로 어닐하여, 상기 게터링 싱크에 중금속을 포획시키는 어닐공정을 추가로 구비한 고체촬상소자의 제조방법.31. The method of claim 30,
And an annealing step of annealing the epitaxial wafer to a predetermined temperature to trap heavy metal in the gettering sink. 제 30항에 있어서,
상기 게터링 싱크는, 적어도 상기 매립형 포토다이오드의 형성위치와 겹치는 영역에, 직경 50~150㎛, 두께 10~150㎛의 범위의 사이즈로 형성하는 고체촬상소자의 제조방법. 31. The method of claim 30,
And the gettering sink is formed in a size in a range of 50 to 150 µm in diameter and 10 to 150 µm in thickness at least in an area overlapping with the formation position of the buried photodiode. 삭제delete
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