KR20090121246A - 배면조사형 고체 촬상 소자용 웨이퍼, 이의 제조 방법 및 배면조사형 고체 촬상 소자 - Google Patents

배면조사형 고체 촬상 소자용 웨이퍼, 이의 제조 방법 및 배면조사형 고체 촬상 소자 Download PDF

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카즈나리 쿠리타
슈이치 오모테
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가부시키가이샤 사무코
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Abstract

본 발명은 전면부에 광전 변환 디바이스 및 전하 전송 트랜지스터를 포함하는 복수의 픽셀 및 후면부에 수광면(light receiving surface)을 갖는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼에 있어서, 상기 웨이퍼가 절연층을 통해 C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 지지 기판 상에 소정의 활성층을 형성함에 의해 얻어진 SOI 웨이퍼임을 특징으로 하는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼에 관한 것이다.
촬상 소자용 웨이퍼

Description

후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼, 이의 제조 방법 및 후면 조명 고체 촬상 소자 {WAFER FOR BACKSIDE ILLUMINATION TYPE SOLID IMAGING DEVICE, PRODUCTION METHOD THEREOF AND BACKSIDE ILLUMINATION SOLID IMAGING DEVICE}
본 발명은 실리콘 기판, 이의 제조 방법 및 상기 기판을 사용한 디바이스에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 이동 전화, 디지털 비디오 카메라 등에 사용되고 효율적으로 백색 결함(white defect)을 억제할 수 있는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼, 이의 제조 방법 및 후면 조명 타입 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
최근, 반도체를 사용한 고성능 고체 촬상 소자가 이동 전화, 디지털 비디오 카메라 등에 장착됨으로 인해, 픽셀의 수 등과 같은 성능이 놀랄 만큼 개선되었다. 통상의 고체 촬상 소자에서 예측되는 기능으로서는 고화질 픽셀 및 동영상 촬영 능력이 있으며, 추가적으로 소형화가 요구된다. 동영상을 촬영하기 위해서는, 고속 컴퓨팅 디바이스 및 메모리 디바이스가 조합될 필요가 있고, 따라서 시스템 온 칩(SoC)에 용이하게 허용되는 CMOS 이미지 센서가 사용되고 상기 CMOS 이미지 센서의 축소가 진행되었다.
그러나, CMOS 이미지 센서를 축소하게 되면 광전 변환 디바이스(photoelectric conversion device)로서 포토 다이오드의 개구율(aperture ratio)을 필연적으로 감소시켜 광전 변환 디바이스의 양자 효율이 저하되고, 이는 이미지화된 데이터의 S/N 비율의 개선을 어렵게 하는 문제점을 초래한다. 따라서, 광전 변환 디바이스, 등의 전면부 내로 내부 렌즈를 삽입함에 의해 입사광량을 증가시키는 방법이 시도되었다. 그러나, S/N 비율의 현저한 개선은 실현될 수 없었다.
따라서, 입사광량을 증가시켜 이미지 데이터의 S/N 비율을 개선하기 위해, 광전 변환 디바이스의 후면으로부터 입사광을 공급하는 방식이 시도되었다. 디바이스의 후면으로부터 광을 입사하는 방식의 가장 큰 이점은 전면부로부터의 광 입사 방식과 비교하여 디바이스 표면의 반사 또는 회절에 기인하는 제한 또는 디바이스의 광 수신 영역이 제거된다는 점에 있다. 반면에, 광이 후면으로부터 들어오는 경우, 광전 변환 디바이스의 기판인 실리콘 웨이퍼를 통한 광의 흡수가 억제되어야 하므로 고체 촬상 소자의 전체 두께는 50 μm 이하가 될 필요가 있다. 결과적으로, 고체 촬상 소자의 작업 및 취급이 어려워지고, 생산성이 극도로 낮아지는 문제점을 초래한다.
예를 들어, JP-A-2007-13089 및 JP-A-2007-59755에 공개된 바와 같이 상술한 기술적 문제를 해결할 목적으로 언급된 고체 촬상 소자가 있다.
JP-A-2007-13089에 기재된 고체 촬상 소자의 제조 방법을 사용하는 경우, 전극을 조명된 표면과 마주보는 표면으로부터 상대적으로 간단하고 용이하게 빼낼 수 있는 구조를 갖는 후면 조명 타입 CMOS 고체 촬상 소자를 제조할 수 있다.
반면에, JP-A-2007-59755에 기재된 고체 촬상 소자의 제조 방법을 사용하는 경우, 높은 정밀도를 갖는 박막 고체 촬상 소자를 제조할 수 있다.
그러나, JP-A-2007-13089 및 JP-A-2007-59755의 고체 촬상 소자는, 기판(웨이퍼)의 게터링 능력이 낮으므로, 제조 공정에서 백색 결함을 발생시키고 중금속 오염을 일으키는 문제가 있다. 따라서, 후면 조명 타입 고체 촬상 소자를 실용적으로 바꾸기 위해서는 이들 문제점들을 해결할 필요가 있다.
발명의 요약
따라서, 본 발명의 목적은 백색 결함의 발생 및 중금속 오염을 효과적으로 억제할 수 있는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼, 및 이의 제조 방법 및 후면 조명 타입 고체 촬상 소자를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 요약 및 구성은 아래와 같다.
(1) 전면부에 광전 변환 디바이스 및 전하 전송 트랜지스터를 포함하는 복수의 픽셀 및 후면부에 수광면(light receiving surface)을 갖는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼에 있어서, 상기 웨이퍼가 절연층을 통해 C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 지지 기판 상에 소정의 활성층을 형성함에 의해 얻어진 SOI 웨이퍼임을 특징으로 하는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼.
(2) (1)항에 있어서, 활성층이 C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 활성층용 기판 상에 형성된 Si의 에피택셜층인 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼.
(3) (2)항에 있어서, 지지 기판 및 활성층용 기판의 각각의 C 농도가 5.0×1015 내지 1.0×1018 atoms/cm3의 범위 내인 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼.
(4) (1)항에 있어서, 지지 기판에 함유된 C 원자가 절연층과의 경계면의 바로 밑에 1.0×1016 내지 1.0×1018 atoms/cm3의 C 농도를 갖는 고농도 탄소 영역으로 서 존재하는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼.
(5) (1)항에 있어서, 지지 기판이 추가로 B 또는 Ga을 함유하는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼.
(6) (1) 내지 (5)항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼의 픽셀과 연결된 이미지 데이터 전송용 매립 전극(embedded electrode)을 포함하는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자.
(7) 전면부에 광전 변환 디바이스 및 전하 전송 트랜지스터를 포함하는 복수의 픽셀 및 후면부에 수광면을 갖는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼의 제조 방법에 있어서, 실리콘 기판이 C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 지지 기판용 웨이퍼를 절연막을 통해 소정의 활성층용 웨이퍼와 결합시키고 이후 활성층용 웨이퍼를 박막화함에 의해 형성됨을 특징으로 하는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼의 제조 방법.
(8) (7)항에 있어서, 활성층용 웨이퍼가 C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 활성층용 기판 상에 Si의 에피택셜막 형성에 의해 얻어진 에피택셜 웨이퍼인 방법.
(9) (8)항에 있어서, 각각의 지지 기판 및 활성층용 기판의 C 농도가 5.0×1015 내지 1.0×1018 atoms/cm3의 범위 내인 방법.
(10) (7)항에 있어서, 각각의 지지 기판용 웨이퍼 및 활성층용 웨이퍼를 이들의 결합 이전에 600 내지 800℃에서 열처리하는 방법.
(11) (7)항에 있어서, 소정의 유기 물질을 지지 기판용 웨이퍼 및/또는 활성층용 웨이퍼의 결합 표면에 흡착시킨 후 결합을 수행하는 방법.
(12) (11)항에 있어서, 유기 물질이 유기 탄소 화합물인 방법.
(13) (7)항에 있어서, 폴리실리콘막을 지지 기판용 웨이퍼 및 활성층용 웨이퍼의 결합 표면과 마주보는 각각의 표면에 형성시키는 방법.
본 발명에 따르면, 백색 결함의 발생 및 중금속 오염을 효과적으로 억제할 수 있는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼, 및 이의 제조 방법 및 후면 조명 타입 고체 촬상 소자를 제공할 수 있다.
발명의 상세한 설명
도 1(a) 및 1(b)는 각각 본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼의 개략적인 단면도이다. 또한, 도 2는 이의 공정 후에 도 1(a)에서 보여준 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼를 사용한 후면 조명 타입 고체 촬상 소자의 개략적인 단면도이다.
본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)는 도 2에서 보여주는 바와 같이 전면부(40a)에 광전 변환 디바이스(50) 및 전하 전송 트랜지스터(60)를 포함하는 복수의 픽셀(70) 및 후면부(20a)에 수광면을 갖는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자(100)에 사용되는 웨이퍼(10)이다.
본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)는 도 1(a)에서 보여주는 바와 같이 주로 절연층(30)을 통해 C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 지지 기판(20) 상에 소정의 활성층(40)을 형성함에 의해 얻어진 SOI 웨이퍼(10)임을 특징으로 한다. 이러한 구조를 채택함에 의해, C 원자가 지지 기판(20) 내의 실리콘 격자 사이의 위치에 인입되어 고체 촬상 소자를 제조하기 위한 열처리 단계에서 산소-함유 물질의 석출을 촉진하며, 따라서 산소 석출물이 게터링 사이트의 역할을 할 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼(10)가 후면 조명 타입 고체 촬상 소자(100)에 사용되는 경우, 종래의 촬상 소자와 비교하여 백색 결함의 발생 및 중금속 오염이 효과적으로 억제될 수 있다.
본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10) 내의 구성 요소를 아래에서 설명한다.
(지지 기판)
본 발명의 지지 기판(20)은 p-타입 반도체 재료로 제조된 기판이며, 상기 효과를 개선하기 위해 소정의 C의 양을 함유할 필요가 있다. 지지 기판(20)에서 사용된 반도체는 상기 특성을 만족하는 한 특별히 제한되지 않는다. 상대적으로 용이하게 얻을 수 있는 기판이라는 점에서, 예를 들어, 13족의 원소 예컨대 B, Ga 등을 함유한 실리콘 물질로 제조된 기판(20)이 사용된다.
또한, 지지 기판(20)으로서는 게터링 능력을 고려하여 p-타입 탄소-함유 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 지지 기판(20)은 1 내지 100 Ω·cm의 고유 저항을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 지지 기판(20)의 C 농도는 5.0×1015 내지 1.0×1018 atoms/cm3의 범위 를 갖는 것이 바람직하다. C 농도가 5.0×1015 atoms/cm3 미만인 경우, 게터링 능력이 충분히 개선될 수 없으며 백색 결함의 발생 및 중금속 오염이 충분히 억제될 수 없음이 염려되고, 반면에 1.0×1018 atoms/cm3 초과인 경우, 산소 석출물의 크기가 50 nm 미만이므로 중금속을 게터링할 수 있는 스트레인 에너지가 유지될 수 없음이 염려된다.
본 발명의 웨이퍼(10)가 후면 조명 타입 고체 촬상 소자(100)에 사용되기 때문에, 도 2에서 보여주는 바와 같은 디바이스로서 사용되는 경우, 지지 기판(20)은 두께가 20 μm 이하가 될 때까지 가공될 수 있다. 후면 조명 타입 고체 촬상 소자에 사용되는 통상의 웨이퍼에서 지지 기판의 두께는 40 내지 150 μm인 반면, 본 발명에서는 밀집된(thickened) SOI 구조가 사용되기 때문에 상기 두께가 20 μm 이하로 될 수 있다.
(절연층)
본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)가 SOI이기 때문에, 절연층(30)이 지지 기판(20) 상에 형성된다. 절연층(30)의 형성은 지지 기판(20) 및 활성층(40) 사이의 전기적 절연을 초래하여, 디바이스의 적은 기생 용량(parasitic capacitance) 및 스피드업을 가능하게 한다. 절연층(30)의 종류는 절연막인 한 특별히 제한되는 것은 아니지만, 상대적으로 용이하게 얻을 수 있다는 점에서 실리콘 산화막(SiO2)이 되는 것이 바람직하다.
절연층(30)을 형성시키기 위한 방법이 후에 자세히 설명되겠지만, 절연 층(30)은 이의 주변이 전체적으로 산화된 상태에서 지지 기판(20) 또는 활성층(40)(도 1(a)의 예에서 지지 기판(20))에 결합되기 때문에, 도 1(a)에서 보여주는 바와 같이, 본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)의 결합 경계면에서 잔여 산화막(31)이 절연층(30) 상에 남아있을뿐 아니라 지지 기판(20)을 둘러싸고 있다. 가공처리되기 때문에, 웨이퍼(10)가 촬상 소자(100)에 사용되는 경우에는 잔여 산화막(31)은 이미 제거된 상태이다.
(활성층)
본 발명에 따른 활성층(40)은 절연층(30) 상에 형성된 층이다. 본 발명에서는, 도 2에서 보여주는 바와 같이 광전 변환 디바이스(50) 및 전하 전송 트랜지스터(60)가 배열된 디바이스 층이다. 또한, 결함이 적고 촬상 소자에 사용될 수 있는 활성층(40)을 갖는 SOI가 간단히 얻어질 수 있다는 점에서, 활성층(40)은 지지 기판용 웨이퍼에 활성층용 웨이퍼를 결합함에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 자세한 제조 방법은 후에 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 활성층용 웨이퍼인 에피택셜 웨이퍼의 단면을 개략적으로 보여준다. 활성층(40)은 도 3에서 보여주는 바와 같이 C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 활성층용 기판(41) 상에 형성된 Si의 에피택셜층(42)이 되는 것이 바람직하다. C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 활성층용 기판(41) 상에 형성된 에피택셜층(42)은 활성층용 C-함유 기판(41)의 게터링 효과로 인해 결함이 적고 우수한 품질을 갖는 활성층(40)을 제공할 수 있다. 따라서, 활성층(40)이 절연층(30) 상에 형성되는 경우, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자(100)에서 백색 결함의 발생 및 중금속 오염을 억제하는 효과가 추가로 개선될 수 있다.
또한, 활성층용 기판에서 C 농도는 5.0×1015 내지 1.0×1018 atoms/cm3의 범위가 되는 것이 바람직하다. 지지 기판(20)의 경우와 유사하게 C 농도가 5.0×1015 atoms/cm3 미만인 경우, 게터링 능력이 충분히 개선될 수 없으므로 활성층(40)에 발생되는 백색 결함의 발생 및 중금속 오염이 충분히 억제될 수 없음이 염려되고, 반면에 1.0×1018 atoms/cm3 초과인 경우, 산소 석출물의 크기가 최소화되어 게터링에 필요한 스트레인 에너지를 유지하기 어려우므로 게터링 능력이 저하되는 것이 염려된다.
또한, 도 1(b)에서 보여주는 바와 같이 지지 기판(20)에 함유된 C 원자는 절연층(30)과의 경계면의 바로 밑에 고농도 탄소 영역(21)으로서 존재하는 것이 바람직하다. 고농도 탄소 영역(21)은 부분적으로 큰 C 함유량을 갖는 영역을 의미하며 여기서 지지 기판(20) 내의 C 농도는 1.0×1016 내지 1.0×1018 atoms/cm3의 범위이내이다. 고농도 탄소 영역(21)이 효과적인 게터링 싱크의 역할을 하기 때문에, 백색 결함의 발생 및 중금속 오염을 억제하는 효과가 추가로 개선될 수 있다.
더욱이, 도 2에서 보여주는 바와 같이, 이미지 데이터를 전송하기 위해 매립된 전극(보여지지 않음)이 본 발명의 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)를 포함하는 픽셀(70)과 연결될 때, 후면 조명 타입 고체 촬상 소자(100)가 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)의 게터링 효과에 의해, 통상적인 후면 조명 타입 고체 촬상 소자와 비교하여 백색 결함의 발생 및 중금속 오염을 억제하는 능력이 우수한 후면 조명 타입 고체 촬상 소자(100)를 제공할 수 있다. 도 2에서, 매립된 배선(61)이 전하 전송 트랜지스터(60)에 배치되고, 또한 기판(80)이 픽셀(70)에 대한 베이스로서 배열된다.
다음에, 본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼를 제조하는 방법을 첨부된 도면을 참조로 하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼를 제조하는 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 4에서 보여주는 바와 같이, 본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)는 활성층용 웨이퍼(43)의 표면에 10 μm 이하의 두께를 갖는 절연층(30)을 형성함을 특징으로 하며(도 4(a)), 이는 처리 예컨대 열적 산화 등을 통해 바람직하게 5.0×1015 내지 1.0×1018 atoms/cm3의 C 농도를 갖는 p-타입 반도체 재료로 제조된 활성층용 기판 상에 Si의 에피택셜을 형성시키고(도 4(b)), 이후 C를 함유한 p-타입 반도체(바람직한 C 농도: 5.0×1015 내지 1.7×1017 atoms/cm3)로 제조된 지지 기판용 웨이퍼(22)(도 4(c))를 절연층(30)을 통해 활성층용 웨이퍼(43)에 결합시키고(도 4(d)), 다음에 SOI 웨이퍼(10)를 형성시키기 위해 활성층용 웨이퍼(43)를 박막화함(도 4(e))에 의해 얻어진 에피택셜 웨이퍼이다.
후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)가 상기 방법에 의해 형성되는 경우, 지지 기판(20) 내의 C 원자가 지지 기판(20) 내의 실리콘 격자 사이의 위치 에 인입되어 고체 촬상 소자를 제조하기 위한 열처리 단계에서 산소-함유 물질의 석출을 촉진하며, 따라서 산소 석출물이 게터링 사이트의 역할을 할 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼(10)가 후면 조명 타입 고체 촬상 소자(100)에 사용되는 경우, 종래의 촬상 소자와 비교하여 백색 결함의 발생 및 중금속 오염이 효과적으로 억제될 수 있다.
도 4에서, 절연층(30)이 활성층용 웨이퍼(43)를 열적 산화 처리함에 의해 형성되는데, 이는 단지 본 발명의 한 구체예이다. 실제로, 지지 기판용 웨이퍼(22) 상에 절연층(30)을 형성시킨 다음 웨이퍼(43)를 결합시키는 것도 가능하다.
지지 기판용 웨이퍼(22) 및 활성층용 웨이퍼(43) 내로 소정의 양의 C를 포함시키는 방법으로서는, C 원자와 함께 실리콘 기판을 도핑하는 방법, 이온을 주입하는 방법 등이 있으며, 이에 의해 지지 기판용 웨이퍼(22) 내로 C 원자를 포함시킬 수 있다.
또한, O 원자가 지지 기판용 웨이퍼(22) 및 활성층용 웨이퍼(43) 내로 포함될 수 있다. O 원자의 포함은 게터링 효과를 위해 포함된 C 원자의 활성층 내로의 확산을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 지지 기판용 웨이퍼(22) 및 활성층용 웨이퍼(43)는 웨이퍼(22) 및 웨이퍼(43)의 결합 이전에 각각 600 내지 800℃에서 열처리하는 것이 바람직하다. 산소의 석출이 이 열처리에 의해 촉진되므로, 고밀도 산소 석출물을 형성시킬 수 있다.
또한, 지지 기판용 웨이퍼(22) 및/또는 활성층용 웨이퍼(43)의 결합 표면 들(22a, 43a) 상에 소정의 유기 물질을 흡착시킨 후 결합을 수행하는 것이 바람직하다. 결합 표면(들) 상에 유기 물질의 흡착 후 결합을 수행하는 경우(도 4 (d)), 결합 과정에서의 열처리에 의해 유기 물질이 결합 경계면에 고농도 탄소 영역(21)을 형성시키므로 본 발명에 따른 웨이퍼(10)에서 추가의 게터링 능력의 개선이 예측된다.
유기 물질로서는 유기 탄소 화합물 예컨대 N-메틸 피롤리돈, 폴리비닐 피롤리돈 등이 바람직하다. 이러한 유기 물질의 사용에 의해 고농도 탄소 영역(21)이 간단히 형성될 수 있다.
본 발명의 제조 방법에서, 지지 기판용 웨이퍼(22) 및 활성층용 웨이퍼(43) 각각의 결합 표면들(22a, 43a)과 마주보는 표면들(22b, 43b)에 폴리실리콘막(보여지지 않음)이 형성되는 것이 바람직하다. 형성된 폴리실리콘막은 게터링 싱크의 역할을 하며, 추가적인 게터링 효과의 개선이 예측된다.
비록 본 발명의 단지 한 구체예에 관하여 상술한 내용이 기재되었지만, 첨부된 청구항의 영역을 벗어나지 않은 채 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 백색 결함의 발생 및 중금속 오염을 효과적으로 억제할 수 있는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼, 및 이의 제조 방법 및 후면 조명 타입 고체 촬상 소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼는 아래에 기재된 것처럼 샘플로서 제조되고 그 성능이 평가될 수 있다.
(실시예 1)
도 4에서 보여주는 바와 같이, 활성층용 웨이퍼(43)로서 CVD 방법을 통해 C-함유 p-타입 실리콘으로 제조된 활성층용 기판(41)(C 농도: 1.0×1015 atoms/cm3, 고유 저항: 10 Ω·cm) 상에 Si의 에피택셜막을 형성시키고(도 4(a)), 다음에 열적 산화 처리에 의해 0.1 μm의 두께를 갖는 절연층(30)을 이의 표면에 형성시켜(도 4(b)) 얻어진 에피택셜 웨이퍼가 제공된다. 이후, C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 p-타입 실리콘의 지지 기판용 웨이퍼(22)(C 농도: 1.0×1015 atoms/cm3, 고유 저항: 10 Ω·cm)(도 4(c))를 절연층(30)을 통해 활성층용 웨이퍼(43)에 결합시키고(도 4(d)), 다음에 연마 및 화학적 에칭에 의해 활성층용 웨이퍼(43)를 박막화하여 소정의 지지 기판(20), 절연층(30) 및 활성층(40)을 갖는 SOI 웨이퍼로서 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)의 샘플을 제조하였다(도 4(e)).
(실시예 2 내지 5)
지지 기판용 웨이퍼(22) 및 활성층용 웨이퍼(43)가 각각 표 1에서 보여주는 바와 같은 C 농도를 갖는 점을 제외하고는, 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)의 샘플들을 실시예 1(도 4(a) 내지 (e))과 동일한 단계들에 의해 제조하였다.
(실시예 6)
지지 기판용 웨이퍼(22) 및 활성층용 웨이퍼(43)가 각각 표 1에서 보여주는 바와 같은 C 농도를 갖고, 유기 물질인 N-메틸 피롤리돈을 지지 기판용 웨이퍼(22)가 활성층용 웨이퍼(43)에 결합하는 단계(도 4(d)) 이전에 지지 기판용 웨이퍼(22)의 결합 표면(22a) 상에 흡착시키고, 다음에 결합 및 열처리를 수행하여 결합 경계면(10a) 상에 고농도 탄소 영역(21)을 형성시킨 점을 제외하고는, 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)의 샘플을 실시예 1(도 4(a) 내지 (e))과 동일한 단계들에 의해 제조하였다.
(실시예 7)
지지 기판용 웨이퍼(22) 및 활성층용 웨이퍼(43)가 각각 표 1에서 보여주는 바와 같은 C 농도를 갖고, 지지 기판용 웨이퍼(22) 및 활성층용 웨이퍼(43)의 결합 표면들(22a, 43a)의 마주보는 표면들(22b, 43b)에 폴리실리콘막(보여지지 않음)을 형성시킨 점을 제외하고는, 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼(10)의 샘플을 실시예 1(도 4(a) 내지 (e))과 동일한 단계들에 의해 제조하였다.
(비교 실시예 1)
후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼의 샘플을 Si로 제조된 지지 기판용 웨이퍼(C를 포함하지 않는)를 산화막을 통해 Si로 제조된 활성층용 웨이퍼에 결합시키고 다음에 활성층용 웨이퍼의 일부를 제거함에 의해 형성된 통상의 결합된 SOI로서 제조하였다.
(평가 방법)
상기 실시예 및 비교 실시예에서 제조된 각 샘플을 아래의 평가 방법에 의해 평가하였다.
(1) 백색 결함
후면 조명 타입 고체 촬상 소자는 상기 실시예 및 비교 실시예에서 제조된 각 샘플을 사용하여 제조하였고, 이후 후면 조명 타입 고체 촬상 소자에서 포토다이오드의 암누설 전류(dark leakage current)를 측정하고 반도체 파라미터 분석 장치로 픽셀 데이터(백색 결함의 수 데이터)로 전환하여, 이에 의해 단위 면적(cm2) 당 백색 결함의 수를 카운트하고 백색 결함의 발생의 억제 정도를 평가하였다. 평가의 기준을 아래에 나타내었으며 측정 결과 및 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
◎: 5개 이하
○: 5개 초과 내지 50개 이하
×: 50개 초과
(2) 중금속 오염
스핀코트 오염법(spin coat soiling method)에 의한 니켈(1.0×1012 atoms/cm2)로의 샘플 표면 오염에 의해 얻어진 각각의 샘플에 대한 Cu 오염량의 감소율(%)을 측정하고 이후 900℃에서 1시간 동안 열처리를 수행하고, 다음에 활성층의 표면으로부터 2 μm의 부분을 화학적으로 분석하였다. 평가의 기준을 아래에 나타내었으며 측정 결과 및 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
◎: 10% 이하
○: 10% 초과 내지 50% 이하
×: 50% 초과
표 1
Figure 112009030242510-PAT00001
표 1의 결과에서 보여주는 바와 같이, 비교 실시예 1에 비해 실시예 1 내지 5는 백색 결함의 발생 및 중금속 오염을 억제할 수 있다. 또한, 실시예 1에 비해 실시예 6 및 7이 게터링 능력이 크고 또한 백색 결함의 발생 및 중금속 오염을 억제하는 효과가 큼을 알 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조로 설명되며, 여기서:
도 1은 본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼의 개략적인 단면도이다;
도 2는 본 발명의 후면 조명 타입 고체 촬상 소자의 개략적인 단면도이다;
도 3은 본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼에 사용된 활성층용 웨이퍼의 개략적인 단면도이다;
도 4는 본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼를 제조하는 단계들의 도식적 플로우 차트이다, 여기서 (a)는 활성층용 웨이퍼, (b)는 이의 위에 형성된 절연막을 제공하는 활성층용 웨이퍼, (c)는 지지 기판용 웨이퍼, (d)는 지지 기판용 웨이퍼에 활성층용 웨이퍼를 결합하는 상태, 및 (e)는 본 발명에 따른 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼이다.

Claims (13)

  1. 전면부에 광전 변환 디바이스 및 전하 전송 트랜지스터를 포함하는 복수의 픽셀 및 후면부에 수광면(light receiving surface)을 갖는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼에 있어서, 상기 웨이퍼가 절연층을 통해 C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 지지 기판 상에 소정의 활성층을 형성함에 의해 얻어진 SOI 웨이퍼임을 특징으로 하는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼.
  2. 제1항에 있어서, 활성층이 C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 활성층용 기판 상에 형성된 Si의 에피택셜층인 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼.
  3. 제2항에 있어서, 지지 기판 및 활성층용 기판의 각각의 C 농도가 5.0×1015 내지 1.0×1018 atoms/cm3의 범위 내인 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼.
  4. 제1항에 있어서, 지지 기판에 함유된 C 원자가 절연층과의 경계면의 바로 밑에 1.0×1016 내지 1.0×1018 atoms/cm3의 C 농도를 갖는 고농도 탄소 영역으로서 존재하는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼.
  5. 제1항에 있어서, 지지 기판이 추가로 B 또는 Ga을 함유하는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼의 픽셀과 연결된 이미지 데이터 전송용 매립 전극(embedded electrode)을 포함하는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자.
  7. 전면부에 광전 변환 디바이스 및 전하 전송 트랜지스터를 포함하는 복수의 픽셀 및 후면부에 수광면을 갖는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼의 제조 방법에 있어서, 실리콘 기판이 C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 지지 기판용 웨이퍼를 절연막을 통해 소정의 활성층용 웨이퍼와 결합시키고 이후 활성층용 웨이퍼를 박막화함에 의해 형성됨을 특징으로 하는 후면 조명 타입 고체 촬상 소자용 웨이퍼의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 활성층용 웨이퍼가 C-함유 p-타입 반도체 재료로 제조된 활성층용 기판 상에 Si의 에피택셜막 형성에 의해 얻어진 에피택셜 웨이퍼인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 지지 기판 및 활성층용 기판의 C 농도가 5.0×1015 내지 1.0×1018 atoms/cm3의 범위 내인 방법.
  10. 제7항에 있어서, 각각의 지지 기판용 웨이퍼 및 활성층용 웨이퍼를 이들의 결합 이전에 600 내지 800℃에서 열처리하는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 소정의 유기 물질을 지지 기판용 웨이퍼 및/또는 활성층용 웨이퍼의 결합 표면에 흡착시킨 후 결합을 수행하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 유기 물질이 유기 탄소 화합물인 방법.
  13. 제7항에 있어서, 폴리실리콘막을 지지 기판용 웨이퍼 및 활성층용 웨이퍼의 결합 표면과 마주보는 각각의 표면에 형성시키는 방법.
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