KR20090102704A - 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼, 그 제조 방법 및 이면조사형 고체촬상소자 - Google Patents

이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼, 그 제조 방법 및 이면조사형 고체촬상소자

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KR20090102704A
KR20090102704A KR1020090025517A KR20090025517A KR20090102704A KR 20090102704 A KR20090102704 A KR 20090102704A KR 1020090025517 A KR1020090025517 A KR 1020090025517A KR 20090025517 A KR20090025517 A KR 20090025517A KR 20090102704 A KR20090102704 A KR 20090102704A
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가즈나리 구리타
슈이치 오모테
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가부시키가이샤 사무코
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Abstract

표면측에 광전변환소자 및 전하전송 트랜지스터를 포함하는 복수의 화소를 갖고, 이면을 수광면으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼로서, 상기 웨이퍼는 C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 지지 기판 상에, 절연층을 사이에 두고, 소정의 활성층을 형성하여 이루어지는 SOI 웨이퍼인 것을 특징으로 한다.

Description

이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼, 그 제조 방법 및 이면조사형 고체촬상소자 {WAFER FOR BACKSIDE ILLUMINATION TYPE SOLID IMAGING DEVICE, PRODUCTION METHOD THEREOF AND BACKSIDE ILLUMINATION SOLID IMAGING DEVICE}
본 발명은 실리콘 기판, 그 제조 방법 및 그 기판을 이용한 소자, 특히, 휴대폰이나 디지털 비디오 카메라 등에 이용되고, 백점 결함(white defects)을 효과적으로 억제할 수 있는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼, 그 제조 방법 및 이면조사형 고체촬상소자에 관한 것이다.
최근, 휴대폰, 디지털 비디오 카메라 등에 반도체를 이용한 고성능 고체촬상소자가 탑재되어, 화소수 등의 성능도 비약적으로 향상되고 있다. 통상의 고체촬상소자에 기대되는 성능으로는, 고화소와 동영상 촬상 기능이 기대되고 있으며, 나아가, 소형화가 요구되고 있다. 동영상의 촬상을 실현하기 위해서는 고속연산소자 및 메모리 소자의 결합이 필요하기 때문에, System on Chip(SoC)이 용이한 CMOS 이미지 센세가 이용되며, 이 COMS 이미지 센서의 미세화가 진전되고 있다.
그러나, 상기 CMOS 이미지 센서의 미세화에 따라, 광전변환소자인 포토다이오드의 개구율이 필연적으로 감소하게 되고, 그 결과, 광전변환소자의 양자효율이 저하되고, 촬상 데이타의 S/N비가 향상되기 어려워지는 문제가 있다. 이 때문에, 광전변환소자의 표면측에 이너(inner) 렌즈를 삽입해 입사 광량을 증가시키는 방법 등이 시도되고 있지만, 현재 현저한 S/N비의 개선은 실현되고 있지 않다.
그 때문에, 화상 데이타의 S/N비가 향상되도록 입사 광량을 증가시키는 것으로, 상기 광전변환소자의 이면에서 광을 입사하는 것이 시도되고 있다. 상기 소자의 이면에서의 광 입사는 표면에서의 입사에 비하여, 상기 소자 표면에서의 반사 및 회절이나, 상기 소자의 수광 면적에 의한 제약이 없어지는 것이 최대의 장점이다. 한편, 이면에서 광을 입사할 경우, 상기 광전변화소자의 기판인 실리콘 웨이퍼의 광흡수를 억제해야 하고, 따라서 고체촬상소자의 전체 두께를 50μm미만으로 할 필요가 있다. 그 결과, 고체촬상소자의 가공 및 핸들링이 어렵고 생산성이 지극히 나쁘다는 문제가 있다.
상기의 기술과제를 극복하기 위한 고체촬상소자로서, 예를 들면 일본 특허공개 2007-13089호 공보 및 일본 특허공개 2007-59755호 공보에 개시된 것과 같은 고체촬상소자를 들 수 있다.
일본 특허공개 2007-13089호 공보의 고체촬상소자의 제조 방법을 이용하면, 비교적 간편하고 용이하게, 조사면과는 반대측의 면으로부터 전극을 취출(取出)하는 구성의 이면조사형 CMOS고체촬상소자를 제조하는 것이 가능해진다.
한편, 일본 특허공개 2007-59755호 공보의 고체촬상소자의 제조 방법을 이용하면, 박막화된 고체촬상소자의 가공을 고정밀도로 행하는 것이 가능해진다.
그러나, 일본 특허공개 2007-13089호 공보 및 일본 특허공개 2007-59755호 공보의 고체촬상소자는 모두 그 기판(웨이퍼)의 게터링 능력이 낮기 때문에, 백점 결함이 발생하는 문제, 제조 프로세스에 있어서 중금속 오염이 발생하는 문제가 있다. 따라서, 이면조사형의 고체촬상소자를 실용화하기 위해서는, 이러한 문제를 해결할 필요가 있다.
본 발명의 과제는 백점 결함의 발생 및 중금속 오염을 효과적으로 억제할 수 있는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼, 그 제조 방법 및 이면조사형 고체촬상소자를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 요지구성은 아래와 같다.
(1) 표면측에 광전변환소자 및 전하전송 트랜지스터를 포함하는 복수의 화소를 갖고, 이면측을 수광면으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼로서, 상기 웨이퍼는 C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 지지 기판 상에, 절연층을 사이에 두고, 소정의 활성층을 형성하여 이루어지는 SOI 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
(2) 항목 (1)에 있어서, 상기 활성층은 C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 활성층용 기판 상에 형성된 Si로 이루어지는 에피택셜층인 것을 특징으로 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
(3) 항목 (2)에 있어서, 상기 지지 기판 및 상기 활성층용 기판의 C농도는 1.0×1016~1.0×1017 atoms/cm3의 범위인 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
(4) 항목 (1), (2) 또는 (3)에 있어서, 상기 지지 기판에 함유되는 C원자는 상기 절연층과의 계면 직하(直下)에 1.0×1016~1.0×1017 atoms/cm3의 C농도를 갖는 고농도 탄소영역으로 존재하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
(5) 항목 (1)에 있어서, 상기 n형 반도체 재료로 이루어지는 지지 기판은 P, As 또는 Sb를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
(6) 항목 (1)에 있어서, 상기 p형 반도체 재료로 이루어지는 지지 기판은 B 또는 Ga를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
(7) 항목 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 상기 화소에, 화상 데이타를 전송하기 위한 매립 전극을 접속하여 이루어지는 이면조사형 고체촬상소자.
(8) 표면측에 광전변환소자 및 전하전송 트랜지스터를 포함하는 복수의 화소를 갖고, 이면측을 수광면으로 하는, 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법으로서, 실리콘 기판은, 절연층을 사이에 두고, C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 지지 기판용 웨이퍼를 소정의 활성층용 웨이퍼와 접합시킨 후, 상기 활성층용 웨이퍼를 박막화함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
(9) 항목 (8)에 있어서, 상기 활성층용 웨이퍼는 C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 활성층용 기판 상에, Si로 이루어지는 에피택셜막을 형성하여 이루어지는 에피택셜 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
(10) 항목 (9)에 있어서, 상기 지지 기판 및 상기 활성층용 기판의 C농도는 1.0×1016~1.0×1017 atoms/cm3의 범위인 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
(11) 항목 (8), (9) 또는 (10)에 있어서, 상기 지지 기판용 웨이퍼와 상기 활성층용 웨이퍼를 접합시키기 전에, 각각의 웨이퍼에 대하여, 600~800℃의 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
(12) 항목 (8)에 있어서, 상기 지지 기판용 웨이퍼 및/또는 상기 활성층용 웨이퍼의 접합면에 소정의 유기물을 흡착시킨 후, 접합을 행하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
(13) 항목 (12)에 있어서, 상기 유기물은 유기탄소화합물인 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
(14) 항목 (8)에 있어서, 상기 지지 기판용 웨이퍼 및 상기 활성층용 웨이퍼의 접합면과는 반대의 면에, 각각 폴리실리콘막을 형성하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 백점 결함의 발생 및 중금속 오염을 효과적으로 억제할 수 있는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼, 그 제조 방법 및 이면조사형 고체촬상소자의 제공이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼에 이용되는 활성층용 웨이퍼를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 공정을 모식적으로 나타낸 플로우 차트이며, (a)는 활성층용 웨이퍼, (b)는 절연층을 형성한 활성층용 웨이퍼, (c)는 지지 기판용 웨이퍼, (d)는 활성층용 웨이퍼와 지지 기판용 웨이퍼를 접합시킨 상태, (e)는 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1(a) 및 (b)는 각각 본 발명에 따른 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 2는 도 1(a)의 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼를 가공하여 이용한 이면조사형 고체촬상소자의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 그 표면(40a) 측에 광전변환소자(50) 및 전하전송 트랜지스터(60)를 포함하는 복수의 화소(70)를 갖고, 이면(20a)을 수광면으로 하는 이면조사형 고체촬상소자(100)에 이용하기 위한 웨이퍼(10)이다.
그리고, 본 발명에 따른 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)는, 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 지지 기판(20) 위에, 절연층(30)을 사이에 두고, 소정의 활성층(40)을 형성하여 얻어지는 SOI 웨이퍼(10)인 것을 주된 특징으로 한다. 이와 같은 구성을 채용하는 것으로, 상기C원자가 상기 지지 기판(20) 안의 실리콘 격자간 위치에 받아들여지고, 상기 고체촬상소자의 제조 열처리 공정에 있어서, 산소함유 물질의 석출을 촉진하고, 산소 석출물이 게터링 사이트로서 작용할 수 있다. 그 결과, 이 웨이퍼(10)를 이면조사형 고체촬상소자(100)에 이용할 경우, 종래의 촬상 소자에 비하여, 백점 결함의 발생 및 중금속 오염을 효과적으로 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)의 구성 요소에 대해서 설명한다.
(지지 기판)
본 발명의 지지 기판(20)은 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 기판이며, 상술의 효과를 갖기 위하여 C를 소정량 함유할 필요가 있다. 지지 기판(20)으로 이용될 수 있는 반도체로는, 상기 물성을 구비하고 있으면 특히 한정되지 않으나, 비교적 용이하게 얻을 수 있다는 점에서, 예를 들면, n형으로는 P, As 또는 Sb등의 15족 원소의 원자를 함유한 실리콘 재료로 이루어지는 기판(20)이 이용될 수 있으며, p형으로는 B, Ga 등의 13족 원소의 원자를 함유한 실리콘 재료로 이루어지는 기판(20)을 이용할 수 있다.
또한, 상기 지지 기판(20)은 게터링 능력 강화의 점에서, n형 또는 p형 탄소첨가 기판을 이용하는 것이 바람직하고, 지지 기판(20)의 비저항은 0.5~100Ω·cm인 것이 바람직하다.
나아가, 상기 지지 기판(20)에 함유되는 C농도는 1.0×1016~1.0×1017 atoms/cm3의 범위인 것이 바람직하다. C 농도가1.0×1016 atoms/cm3미만에서는 게터링 능력을 충분히 발휘할 수 없기 때문에, 백점 결함 및 중금속 오염을 충분히 억제할 수 없는 우려가 있고, 1.0×1016 atoms/cm3을 초과할 경우, 산소 석출물의 사이즈가 50nm미만이 되어 중금속을 게터링할 수 있는 변형 에너지를 보유할 수 없기 때문이다.
본 발명의 웨이퍼(10)는 이면조사형 고체촬상소자(100)에 이용되기 때문에, 도 2에 나타낸 것과 같은 디바이스로서 이용되는 경우, 상기 지지 기판(20)의 막두께는 20μm이하까지 가공할 수 있다. 종래의 이면조사형 고체촬상소자에 이용되는 웨이퍼의 지지 기판의 막두께는 40에서 150μm이지만, 본 발명은 후막 SOI구조를 이용하기 때문에, 20μm이하로 하는 것이 가능해진다.
(절연층)
본 발명의 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)는 SOI이기 때문, 상기 지지 기판(20) 상에 절연층(30)을 형성한다. 절연막(30)을 마련하는 것으로, 상기 지지 기판(20)과 상기 활성층(40)이 전기적으로 절연되기 때문에, 기생 용량이 작고, 디바이스의 고속화가 가능해진다. 상기 절연막(30)의 종류는 절연체이면, 특히 한정되지는 않으나, 용이하게 얻을 수 있다는 점에서, 실리콘 산화막(SiO2)인 것이 바람직하다.
또한, 구체적인 상기 절연층(30)의 형성 방법은 후술하겠지만, 상기 지지 기판(20) 또는 상기 활성층(40)(도 1(a)에서는 지지 기판(20))의 주위 전체를 산화시킨 상태로 접합시키기 때문에, 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)는, 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 접합 계면의 상기 절연층(30)에 더해서, 상기 지지 기판(20)의 주위에, 잔존 산화 막(31)이 남아있다. 상기 웨이퍼(10)가 상기 촬상 소자(100)에 이용되는 경우에는, 가공이 실시되기 때문에 상기 잔존 산화 막(31)은 제거된다.
(활성층)
본 발명의 활성층(40)은 상기 절연층(30) 위에 형성되는 층이며, 본 발명의 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 광전변환소자(50)나 상기 전하전송 트랜지스터(60)가 배열 설치된 디바이스층이다. 또한, 결함이 적고 촬상 소자에 이용할 수 있는 활성층(40)을 갖는 SOI를 간편하게 얻을 수 있다는 점에서, 활성층용 웨이퍼와 지지 기판용 웨이퍼를 접합시킴으로써 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제조 방법에 대한 상세한 사항은 후술한다.
또한, 도 3은 본 발명의 활성층용 웨이퍼인 에피택셜 웨이퍼의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다. 상기 활성층(40)은 도 3에 나타낸 바와 같이, C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어진 활성층용 기판(41) 상에 형성된 Si의 에피택셜층(42)인 것이 바람직하다. C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어진 활성층용 기판(41) 상에 형성된 상기 에피택셜층(42)은 C를 함유하는 상기 활성층용 기판(41)의 게터링 효과에 의해, 결함이 적고 고품질의 활성층(40)을 제공할 수 있다. 따라서, 이 활성층(40)을 상기 절연층(30) 상에 형성하면, 본 발명의 고체촬상소자(100)에 있어서, 백점 결함 및 중금속 오염의 발생 억제 효과가 더욱 향상된다.
나아가, 상기 활성층용 기판의 C농도는 1.0×1016~1.0×1017 atoms/cm3의 범위인 것이 바람직하다. 상기 지지 기판(20)의 C농도와 마찬가지로, C 농도가 1.0×1016 atoms/cm3미만이면, 게터링 능력을 충분히 발휘할 수 없기 때문에, 활성층(40)에 발생하는 백점 결함 및 중금속 오염을 충분히 억제할 수 없는 우려가 있기 때문이며, 10×1016 atoms/cm3을 초과할 경우, 상기 산소 석출물의 사이즈가 극소가 되기 때문에 게터링에 필요한 변형 에너지를 보유하는 것이 곤란하게 되고, 게터링 능력이 저하될 우려가 있기 때문이다.
또한, 상기 지지 기판(20)에 함유되는 C원자는, 도1(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 절연층(30)과의 계면 직하에, 고농도 탄소영역(21)으로 존재하는 것이 바람직하다. 상기 고농도 탄소영역(21)은 상기 지지 기판(21) 내의 C농도가 1.0×1016~1.0×1017 atoms/cm3의 범위인 C함유량이 국소적으로 커진 영역을 의미한다. 이 고농도 탄소영역(21)이 게터링 싱크로서의 역할을 효과적으로 수행하기 때문에, 백점 결함의 발생 및 중금속 오염에 대한 억제 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)를 포함한 화소(70)에, 화상 데이타를 전송하기 위한 매립 전극(도시하지 않음)을 접속하면, 이면조사형 고체촬상소자(100)를 제작할 수 있다. 본 발명의 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)의 게터링 효과에 의해, 종래의 이면조사형 고체촬상소자에 비하여, 백점 결함의 발생 및 중금속 오염의 억제 능력이 뛰어난 이면조사형 고체촬상소자(100)를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 도2에서는 상기 전하전송 트랜지스터(60)에는 매립 배선(61)이 설치되고, 나아가 상기 화소(70)의 토대로서 기판(80)이 형성되어 있다.
계속하여, 본 발명에 따른 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
본 발명에 따른 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 바람직하게는 1.0×1016~1.0×1017 atoms/cm3의 범위에서 C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 활성층용 기판 상에 Si의 에피택셜막을 형성하여 얻어지는 에피택셜 웨이퍼인 활성층용 웨이퍼(43)(도 4 (a))의 표면에, 열산화 등의 처리를 실시하여 막두께 0.1~100nm정도의 절연층(30)을 형성한 후(도 4(b)), 상기 절연층(30)을 사이에 두고, C (바람직하게는 C농도: 1.0×1016~1.0×1017 atoms/cm3)를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 지지 기판용 웨이퍼(22)(도 4(c))와, 상기 활성층용 웨이퍼(43)를 접합시켜(도 4(d)), 그 후, 그 활성층용 웨이퍼(43)를 박막화함으로써 SOI 웨이퍼(10)을 형성하는(도 4(e)) 것을 특징으로 한다.
상기의 방법에 의해, 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)를 형성하면, 상기 지지 기판(20) 안의 C원자가 상기 지지 기판(20) 안에서 실리콘 격자간 위치에 받아들여져, 상기 고체촬상소자의 제조 열처리 공정에 있어서, 산소함유 물질의 석출을 촉진하고, 산소 석출물이 게터링 사이트로서 작용할 수 있다. 그 결과, 상기 웨이퍼(10)를 이면조사형 고체촬상소자(100)로 이용한 경우, 종래의 촬상소자에 비하여, 백점 결함의 발생 및 중금속 오염을 효과적으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
한편, 도 4에서는, 상기 활성층용 웨이퍼 (43)에 열산화 처리를 실시함으로써, 절연층(30)을 형성하고 있지만, 이는 본 발명의 실시 형태의 일례를 제시하는데 지나지 않고, 실제로는 상기 지지 기판용 웨이퍼(22)에 절연층(30)을 형성하여 접합시키는 것도 가능하다.
또한, 상기 지지 기판용 웨이퍼(22) 및 상기 활성층용 웨이퍼(43)에, 소정량의 C를 함유시키기 위한 방법으로는, 실리콘 기판 안에 C원자를 도핑하는 방법이나, 이온 주입의 방법 등에 의해, 상기 지지 기판용 웨이퍼(22)에 C원자를 함유시키는 것이 가능해진다.
또한, 상기 지지 기판용 웨이퍼(22) 및 상기 활성층용 웨이퍼(43) 안에 O원자를 함유시킬 수도 있다. O원자를 함유시키는 것으로, 게터링 효과를 위해 함유시킨 C원자가 활성층으로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
나아가, 상기 지지 기판용 웨이퍼(22)와 상기 활성층용 웨이퍼(43)를 접합시키기 전에, 각각의 웨이퍼(22, 43)에 대하여, 600~800℃의 열처리를 시행하는 것이 바람직하다. 이 열처리에 의해 산소 석출이 촉진되기 때문에, 고밀도의 산소 석출물의 형성이 가능하게 되기 때문이다.
또한, 상기 지지 기판용 웨이퍼(22) 및/또는 상기 활성층용 웨이퍼(43)의 접합면(22a, 43a)에 소정의 유기물을 흡착시킨 후, 접합을 행하는 것이 바람직하다. 상기 유기물을 접합면에 흡착시켜서 접합을 행하면(도 4(d)), 접합시의 열처리에 의해, 상기 유기물이 상기 접합 계면(10a)에서 고농도 탄소영역(21)을 형성하기 때문에, 본 발명에 따른 웨이퍼(10)의 게터링 능력의 향상을 더욱 기대할 수 있기 때문이다.
나아가, 상기 유기물은, 유기탄소화합물, 예를 들면, N-메틸피롤리돈 또는 폴리비닐피롤리돈 등인 것이 바람직하다. 상기 어느 하나의 유기물을 이용하면, 상기 고농도 탄소영역(21)의 형성을 간편히 행할 수 있기 때문이다.
더 나아가, 본 발명에 따른 제조 방법에는, 상기 지지 기판용 웨이퍼(22) 및 상기 활성층용 웨이퍼(43)의 접합면(22a, 43a)과는 반대의 면(22b, 43b)에, 각각 폴리실리콘막(도시되지 않음)을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 폴리실리콘막을 형성하면, 게터링 싱크로서의 역할을 다하기 때문에, 게터링 효과의 향상을 더욱 기대할 수 있기 때문이다.
또한, 상술한 것은 본 발명의 실시 형태의 일례를 제시한 것에 지나지 않고, 청구의 범위에 있어서 다양한 변경을 가할 수 있다.
실시예
다음으로, 본 발명에 따른 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼를 샘플로서 제작하고, 성능을 평가했으므로, 이하 설명한다.
(실시예 1)
실시예 1은 도 4에 나타낸 바와 같이, C를 함유하는 n형 실리콘(C농도: 1.0×1016 atoms/cm3, 비저항: 10Ω·cm)의 활성층용 기판(41) 상에, CVD법에 의해 Si로 이루어지는 에피택셜막을 형성하여 얻어지는 에피택셜 웨이퍼를 활성층용 웨이퍼(43)로서 준비하고(도 4(a)), 그 표면에 열산화 처리를 실시하여 막두께 0.1μm의 절연층(30)을 형성했다(도 4(b)). 그 후, 상기 절연층(30)을 사이에 두고, C를 함유하는 n형 반도체 재료로 이루어지는 n형 실리콘(C농도: 1.0×1016 atoms/cm3, 비저항: 10Ω·cm)의 지지 기판용 웨이퍼(22)(도 4(c)를 상기 활성층용 웨이퍼(43)에 접합시킨 후(도 4(d)), 그 활성층용 웨이퍼(43)를 연마 및 화학 에칭에 의해 박막화함으로써, 소정의 지지 기판(20), 절연층(30) 및 활성층(40)을 갖는 SOI 웨이퍼로서 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)의 샘플을 제작했다(도 4(e)).
(실시예 2)
실시예 2는 상기 지지 기판용 웨이퍼(22)와 상기 활성층용 웨이퍼(43)의 접합 공정(도 4(d)) 전에, 상기 지지 기판용 웨이퍼(22)의 접합면(22a)에 N-메틸피롤리돈으로 이루어지는 유기물을 흡착시킨 후, 접합시켜 열처리를 행함으로써, 접합 계면(10a)에 고농도 탄소영역(21)을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 공정(도 4(a) 내지 (e))에 의해, 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)의 샘플을 제작했다.
(실시예 3)
실시예 3은 상기 지지 기판용 웨이퍼(22) 및 상기 활성층용 웨이퍼(43)의 접합면(22a, 43a)과 반대되는 면(22b, 43b)에, 각각 폴리실리콘막(도시되지 않음)을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 공정(도 4(a) 내지 (e))에 의해, 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)의 샘플을 제작했다.
(실시예 4)
실시예 4는 도 4에 나타낸 바와 같이, C를 함유하는 p형 실리콘(C농도: 1.0×1015 atoms/cm3, 비저항: 10mΩ·cm)의 활성층용 기판(41) 상에, CVD법에 의해 Si로 이루어지는 에피택셜막을 형성하여 얻어지는 에피택셜 웨이퍼를 활성층용 웨이퍼(43)로서 준비하고(도 4(a)), 그 표면에 열산화 처리를 실시하여 막두께 0.1μm의 절연층(30)을 형성했다(도 4(b)). 그 후, 상기 절연층(30)을 사이에 두고, C를 함유하는 p형 반도체 재료(C농도: 1.0×1015 atoms/cm3, 비저항: 10mΩ·cm)로 이루어지는 지지 기판용 웨이퍼(22)(도 4(c))를 상기 활성층용 웨이퍼(43)에 접합시킨 후(도 4(d)), 그 활성층용 웨이퍼(43)를 연마 및 화학 에칭에 의해 박막화함으로써, 소정의 지지 기판(20), 절연층(30) 및 활성층(40)을 갖는 SOI 웨이퍼로서 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)의 샘플을 제작했다(도 4(e)).
(실시예 5 내지 8)
실시예 5 내지 8은 상기 지지 기판용 웨이퍼(22)와 상기 활성층용 웨이퍼(43)가 각각 표 1에 나타낸 C 농도 값을 갖는 것 이외에는, 실시예 4와 같은 공정 (도 4(a) 내지 (e))에 의해, 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)의 샘플을 제작했다.
(실시예 9)
실시예 9는 상기 지지 기판용 웨이퍼(22)와 상기 활성층용 웨이퍼(43)가 각각 표 1에 나타낸 C 농도 값을 갖고, 상기 지지 기판용 웨이퍼(22)와 상기 활성층용 웨이퍼(43)의 접합 공정(도 4(d)) 전에, 상기 지지 기판용 웨이퍼(22)의 접합면(22a)에 N-메틸피롤리돈으로 이루어지는 유기물을 흡착시킨 후, 접합시켜 열처리를 행함으로써, 접합 계면(10a)에 고농도 탄소영역(21)을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 공정(도 4(a) 내지 (e))에 의해, 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)의 샘플을 제작했다.
(실시예 10)
실시예 10은 상기 지지 기판용 웨이퍼(22)와 상기 활성층용 웨이퍼(43)가 각각 표 1에 나타낸 C 농도 값을 갖고, 상기 지지 기판용 웨이퍼(22) 및 상기 활성층용 웨이퍼(43)의 접합면(22a, 43a)과 반대되는 면(22b, 43b)에, 각각 폴리실리콘막(도시되지 않음)을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 공정(도 4(a) 내지 (e))에 의해, 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)의 샘플을 제작했다.
(비교예)
비교예는 Si로 이루어지는 지지 기판용 웨이퍼(C미함유)와 Si로 이루어지는 활성층용 웨이퍼를 산화막을 사이에 두고 접합시킨 후, 상기 활성층용 웨이퍼의 일부를 제거하는 것으로, 일반적인 접합 SOI를 제작하여, 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼(10)의 샘플을 제작했다.
(평가 방법)
상기 실시예 및 비교예로 제작한 각 샘플에 대해 평가를 수행하였다. 평가 방법을 이하에 나타낸다.
(1) 백점 결함
상기 실시예 및 비교예로 제작한 각 샘플을 이용하여 이면조사형 고체촬상소자를 제작하고, 그 후, 그 이면조사형 고체촬상소자에 대해서, 반도체 파라미터 해석 장치를 이용하여, 포토다이오드의 암 누설 전류(dark leakage current)를 측정해 화소 데이타(백점 결함의 개수 데이타)로 변환함으로써, 단위면적(1cm2)당의 백점 결함의 개수를 측정하고, 백점 결함의 발생의 억제에 대해서 평가했다. 이하에 평가 기준을 나타내고, 측정 결과 및 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
◎: 5개 이하
○: 5개 초과, 50개 이하
×: 50개 초과
(2) 중금속 오염
얻어진 각 샘플에 대하여, 스핀 코트 오염법(spin coat soiling method)에 의해, 샘플의 표면을 니켈(1.0×1012 atoms/cm2)로 오염시킨 후, 900℃에서 1시간 열처리를 실시하고, 그 후 샘플의 표면을 선택 에칭함으로써 샘플 표면의 결함 밀도(개/cm2)를 측정했다. 평가 결과는 아래와 같고, 측정 결과 및 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
◎: 5개 이하
○: 5개 초과, 50개 이하
×: 50개 초과
[표 1]
C 함유량 (atoms/㎤) 고농도탄성영역의유무 폴리실리콘막의 유무 평가 결과
지지기판 활성층 백점 결함 중금속오염
평가 평가
실시예 1 1.00E+16 1.00E+16 - - ○ ○
실시예 2 5.00E+16 5.00E+16 유 - ◎ ◎
실시예 3 7.00E+16 7.00E+16 - 유 ◎ ◎
실시예 4 1.00E+15 1.00E+15 - - ○ ○
실시예 5 5.00E+15 5.00E+15 유 - ◎ ◎
실시예 6 5.00E+16 5.00E+16 - 유 ◎ ◎
실시예 7 7.00E+16 7.00E+16 - - ◎ ◎
실시예 8 7.00E+16 7.00E+16 - - ◎ ◎
실시예 9 5.00E+15 7.00E+16 - - ◎ ◎
실시예 10 7.00E+16 5.00E+15 - - ◎ ◎
비교예 - - - - × ×
표 1의 결과로부터, 실시예 1 내지 10은 비교예에 비하여, 백점 결함의 발생 및 중금속 오염에 대하여 억제할 수 있는 것을 알았다. 나아가, 실시예 2, 3 및 5-10은 실시예 1 및 4보다도 게터링 능력이 높고, 백점 결함의 발생 및 중금속 오염의 억제 효과가 더욱 높은 것을 알았다.
본 발명에 따르면, 백점 결함의 발생 및 중금속 오염을 효과적으로 억제할 수 있는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼, 그 제조 방법 및 이면조사형 고체촬상소자의 제공이 가능해진다.

Claims (14)

  1. 표면측에 광전변환소자 및 전하전송 트랜지스터를 포함하는 복수의 화소를 갖고, 이면측을 수광면으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼로서,
    상기 웨이퍼는 C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 지지 기판 상에, 절연층을 사이에 두고, 소정의 활성층을 형성하여 이루어지는 SOI 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층은 C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 활성층용 기판 상에 형성된 Si로 이루어지는 에피택셜층인 것을 특징으로 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지 기판 및 상기 활성층용 기판의 C농도는 1.0×1016~1.0×1017 atoms/cm3의 범위인 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기판에 함유되는 C원자는, 상기 절연층과의 계면 직하(直下)에 1.0×1016~1.0×1017 atoms/cm3의 C농도를 갖는 고농도 탄소영역으로 존재하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 n형 반도체 재료로 이루어지는 지지 기판은 P, As 또는 Sb를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 p형 반도체 재료로 이루어지는 지지 기판은 B 또는 Ga를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 상기 화소에, 화상 데이타를 전송하기 위한 매립 전극을 접속하여 이루어지는 이면조사형 고체촬상소자.
  8. 표면측에 광전변환소자 및 전하전송 트랜지스터를 포함하는 복수의 화소를 갖고, 이면측을 수광면으로 하는, 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법으로서,
    실리콘 기판은, 절연층을 사이에 두고, C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 지지 기판용 웨이퍼를 소정의 활성층용 웨이퍼에 접합시킨 후, 상기 활성층용 웨이퍼를 박막화함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 활성층용 웨이퍼는 C를 함유하는 n형 또는 p형 반도체 재료로 이루어지는 활성층용 기판 상에 Si로 이루어지는 에피택셜막을 형성하여 이루어지는 에피택셜 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지지 기판 및 상기 활성층용 기판의 C농도는 1.0×1016~1.0×1017 atoms/cm3의 범위인 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 기판용 웨이퍼와 상기 활성층용 웨이퍼를 접합시키기 전에, 각각의 웨이퍼에 대하여, 600~800℃의 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지 기판용 웨이퍼 및/또는 상기 활성층용 웨이퍼의 접합면에 소정의 유기물을 흡착시킨 후, 접합을 행하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 유기물은 유기탄소화합물인 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지 기판용 웨이퍼 및 상기 활성층용 웨이퍼의 접합면과는 반대의 면에, 각각 폴리실리콘막을 형성하는 것을 특징으로 하는 이면조사형 고체촬상소자용 웨이퍼의 제조 방법.
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