(57)【要約】【課題】裏面照射型固体撮像素子の製造方法に関し、比較的簡素な工程で良品を得ることができるようにする。【解決手段】フォトダイオード及び多層配線層を形成した第一シリコンウェーハの表面側に支持側の第二シリコンウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程（Ｓ２０）と、貼り合わせ工程（Ｓ２０）の後に、第一シリコンウェーハを裏面側から目標の厚みに薄膜化する薄膜化工程（Ｓ３０〜Ｓ８０）とを備えるとともに、薄膜化工程（Ｓ３０〜Ｓ８０）において、第一シリコンウェーハの裏面に局所プラズマエッチングを用いたドライケミカル平坦化（ＤＣＰ）加工を施し平坦化を行なうドライケミカル平坦化（ＤＣＰ）加工工程（Ｓ７０）を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオード及び多層配線層を形成した第一シリコンウェーハの表面側に支持側の第二シリコンウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程と、
該貼り合わせ工程の後に、該第一シリコンウェーハを裏面側から目標の厚みに薄膜化する薄膜化工程とを備え、
該薄膜化工程において、該第一シリコンウェーハの裏面に局所プラズマエッチングを用いたドライケミカル平坦化加工を施し平坦化を行なうドライケミカル平坦化加工工程を備えた
ことを特徴とする、裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
該貼り合わせ工程の前に、該第二シリコンウェーハの厚み面内分布を取得し、取得した該第二シリコンウェーハの厚み面内分布と該第一シリコンウェーハの残存目標厚みとの和を最終目標厚み面内分布として設定する目標厚み設定工程を備えるとともに、
該薄膜化工程において、該ドライケミカル平坦化加工工程の直前に、該ドライケミカル平坦化加工直前の該第一シリコンウェーハ及び該第二シリコンウェーハ全体の厚み面内分布を取得し、該全体の厚み面内分布と該最終目標厚み面内分布との差分に基づき、ドライケミカル平坦化加工代を設定するドライケミカル平坦化加工代設定工程を備えた
ことを特徴とする、請求項１記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面照射型固体撮像素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、裏面照射型固体撮像素子は、図３に示すように、フォトダイオード及び多層配線層を形成するためのシリコン基板として２層エピ（ｐ-／ｐ+／基板）構造の第一シリコンウェーハ１１を用い、そのｐ-層１１ａにフォトダイオードに次いで多層配線層１１ｗを形成した後（ステップＡ１０）、支持側の第二シリコンウェーハ１２と貼り合わせを行ない（ステップＡ２０）、エッチストップ法を利用して第一シリコンウェーハ１１の基板１１ｃをエッチングまたは研磨し（ステップＡ３０）、続いて第一シリコンウェーハ１１のｐ+層１１ｂを除去し（ステップＡ４０）、フォトダイオード上に受光部（カラーフィルタやレンズ層）を形成するためのデバイス層１１ｄを得るように製造されていた（ステップＡ５０）。
【０００３】
なお、エッチストップ法はドーパント濃度によりエッチング速度が異なる特性を利用したものであり、第一シリコンウェーハ１１のｐ+層１１ｂはエッチストップ法に利用されるストップ層であって、第二シリコンウェーハ１２との貼り合わせ前に、イオン注入等で第一シリコンウェーハ１１の表層に酸素を導入し高温熱処理されることによって、シリコン酸化膜層として予め形成されている。
【０００４】
ここで、例えば特許文献１に、裏面照射型固体撮像素子に関する技術が開示されているので参照されたい。
【特許文献１】特開２００８−２１０８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の製造方法では、ストップ層であるｐ+層１１ｂ形成に係る工程の複雑化、ｐ+層１１ｂ形成の際の高温熱処理下での欠陥導入、エッチングまたは研磨の面内不均一に伴うオーバーエッチングまたはオーバー研磨不良の虞、ドーパント濃度の違いによるデバイス領域への遷移層制御が必要、等の種々の課題がある。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、比較的簡素な工程で良品を得ることができるようにした、裏面照射型固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、フォトダイオード及び多層配線層を形成した第一シリコンウェーハの表面側に支持側の第二シリコンウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程と、該貼り合わせ工程の後に、該第一シリコンウェーハを裏面側から目標の厚みに薄膜化する薄膜化工程とを備え、該薄膜化工程において、該第一シリコンウェーハの裏面に局所プラズマエッチングを用いたドライケミカル平坦化加工を施し平坦化を行なうドライケミカル平坦化加工工程を備えたことを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、請求項１記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法において、該貼り合わせ工程の前に、該第二シリコンウェーハの厚み面内分布を取得し、取得した該第二シリコンウェーハの厚み面内分布と該第一シリコンウェーハの残存目標厚みとの和を最終目標厚み面内分布として設定する目標厚み設定工程を備えるとともに、該薄膜化工程において、該ドライケミカル平坦化加工工程の直前に、該ドライケミカル平坦化加工直前の該第一シリコンウェーハ及び該第二シリコンウェーハ全体の厚み面内分布を取得し、該全体の厚み面内分布と該最終目標厚み面内分布との差分に基づき、ドライケミカル平坦化加工代を設定するドライケミカル平坦化加工代設定工程を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、表面側に受光部を形成する第一シリコンウェーハの裏面側からの加工に関して、適切な工程で第一シリコンウェーハの加工代を設定し、基準となる面（貼り合わせ界面）に対する凹凸を修正可能なドライケミカル平坦化（Dry chemical Planarization；ＤＣＰ）加工を利用することで、エッチストッパー（ストップ層）なしに所望の厚みに加工することができ、面内膜厚均一性の優れた裏面照射型固体撮像素子を製造することができる。つまり、比較的簡素な工程で良品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２は本発明の一実施形態に係る裏面照射型固体撮像素子の製造方法について説明するためのものであって、図１はそのフローチャート、図２はその各工程を経たもしくは各工程での撮像素子の状態を示す模式図である。なお、図２においては、撮像素子の各層の寸法を発明を把握しやすいように誇張して示しているとともに、各層を識別しやすいように各層に適宜ハッチやドットを付している。
【００１０】
［概要］
本実施形態では、裏面照射型固体撮像素子（以下、単に撮像素子ともいう）は、図２に示すように、フォトダイオード及び多層配線層１ｗが形成されたデバイス側シリコンウェーハ（第一シリコンウェーハ）１と、支持基板となる支持側シリコンウェーハ（第二シリコンウェーハ）２とを貼り合わせて製造されるものであって、図１に示すように、目標厚み設定工程Ｓ１０と、貼り合わせ工程Ｓ２０と、薄膜化研削工程Ｓ３０と、薄膜化研磨工程Ｓ４０と、厚み測定工程Ｓ５０と、ＤＣＰ加工代設定工程（ドライケミカル平坦化加工代設定工程）Ｓ６０と、ＤＣＰ加工工程（ドライケミカル平坦化加工工程）Ｓ７０と、表面粗さ改善研磨工程Ｓ８０とをこの順に経て製造されるようになっている。
【００１１】
なお、薄膜化研削工程Ｓ３０〜表面粗さ改善研磨工程Ｓ８０はそれぞれ、薄膜化工程の一工程である。また、ここで用いるデバイス側シリコンウェーハ１は、前述した従来技術の第一シリコンウェーハ１１と異なり、ストップ層は形成されていない。
上記各工程について、図１及び図２を用いながら以下に詳しく説明する。
【００１２】
［１．目標厚み設定工程］
目標厚み設定工程Ｓ１０では、デバイス側シリコンウェーハ１に支持側シリコンウェーハ２を貼り合わせる前に、デバイス側シリコンウェーハ１の残存させたい厚み（残存目標厚み）ｔ1を予め設定するとともに支持側シリコンウェーハ２の厚み面内分布ｔ2を取得し、そのデバイス側シリコンウェーハ１の残存目標厚みｔ1と支持側シリコンウェーハ２の厚み面内分布ｔ2とを加算して、最終的な撮像素子全体の厚み面内分布（最終目標厚み面内分布）ｔ3を算出するようになっている。
【００１３】
最終目標厚み面内分布ｔ3＝デバイス側シリコンウェーハの残存目標厚みｔ1
＋支持側シリコンウェーハの厚み面内分布ｔ2
【００１４】
［２．貼り合わせ工程］
貼り合わせ工程Ｓ２０では、デバイス側シリコンウェーハ１の表面（フォトダイオード及び多層配線層１ｗが形成された側の面）に支持側シリコンウェーハ２を貼り合わせるようになっている。そして、この貼り合わせの際には、接着性を高めるために接着強化熱処理を行なうようになっている。
【００１５】
［３．薄膜化研削工程］
薄膜化研削工程Ｓ３０では、デバイス側シリコンウェーハ１を裏面側から研削するようになっている。この研削の加工代は、例えば「最終目標厚み面内分布ｔ3の平均値＋１５μｍ」に設定される。なお、上記１５μｍは予め設定される第１所定値であって、他の数値に適宜変更可能である。
【００１６】
ここで、支持側シリコンウェーハ２の厚み面内分布ｔ2の厚みバラツキは、凹凸修正に要するＤＣＰ加工負荷を増大させる。研削加工は面内一括処理であるが、研削加工後のＴＴＶ(Total Thickness Value)量は１μｍ以下になるようにすると好ましい。また、研削加工機固有のＴＴＶ量を精査しておき、加工代はオーバー研削にならないように設定する。
【００１７】
［４．薄膜化研磨工程］
薄膜化研磨工程Ｓ４０では、デバイス側シリコンウェーハ１を裏面側から研磨するようになっている。この研磨の加工代は、例えば「最終目標厚み面内分布ｔ3の平均値＋２μｍ」に設定される。なお、上記２μｍは予め設定される第２所定値であって、他の数値に適宜変更可能である。
【００１８】
また、上述の研削加工と同様に、研磨加工も面内一括処理であって、ＴＴＶ量が１μｍ以下になるようにすると好ましい。また、研磨加工機固有のＴＴＶ量を精査しておき、加工代はオーバー研磨にならないように設定する。
【００１９】
［５．厚み測定工程］
厚み測定工程Ｓ５０では、研磨後の撮像素子全体の厚み面内分布（薄膜化後厚み面内分布）ｔ4を測定する。
【００２０】
［６．ＤＣＰ加工代設定工程］
ＤＣＰ加工代設定工程Ｓ６０では、厚み測定工程Ｓ５０で測定した薄膜化後厚み面内分布ｔ4から、最終目標厚み面内分布ｔ3及び後述する表面粗さ改善研磨量ｔ5を減算した値を、ＤＣＰ加工代ｔDCPとして設定する。
【００２１】
ＤＣＰ加工代ｔDCP＝薄膜化後厚み面内分布ｔ4
−最終目標厚み面内分布ｔ3−表面粗さ改善研磨量ｔ5
ＤＣＰ加工代ｔDCPの設定は全ての測定点で行ない、これらの加工代ｔDCP及び測定座標からＤＣＰ加工ステージ速度に変換する。
【００２２】
［７．ＤＣＰ加工工程］
ＤＣＰ加工工程Ｓ７０では、ＤＣＰ加工代設定工程Ｓ６０で設定した全測定点のＤＣＰ加工代（面内分布データ）に応じて、デバイス側シリコンウェーハ１の裏面に、局所プラズマエッチングを用いたＤＣＰ（Dry chemical Planarization；ドライケミカル平坦化）加工を施し、平坦化を行なう。
【００２３】
ＤＣＰ加工は、エッチングガスをマイクロ波によりプラズマ化してイオン及び反応性ラジカルを生成し、これらのうちのラジカルをメインエッチャントとして局所的なプラズマエッチングを行なう周知の方法である。そして、エッチングガスを噴射する噴射ノズルをデバイス側シリコンウェーハ１の裏面に対して走査する際に、各測定点におけるステージ（撮像素子をチャックするステージ）の速度を変えながら噴射ノズルからエッチングガスを噴射して、高精度に局所加工を行なうことができるようになっている。
【００２４】
ここで、目標厚み設定工程Ｓ１０及び厚み測定工程Ｓ５０において、支持側シリコンウェーハ２の厚み面内分布ｔ2及び薄膜化後厚み面内分布ｔ4は、面内２５点以上を測定点として取得されることが好ましい。また、ＤＣＰ加工において１ｍｍ間隔以上のエッチングが可能であるため、面内１〜３ｍｍピッチにて測定することがさらに好ましい。
【００２５】
［８．表面粗さ改善研磨工程］
ＤＣＰ加工は、局所プラズマエッチングを用いているために通常の研磨面に比べて表面粗さが劣る。したがって、表面粗さ改善研磨工程Ｓ８０では、ＴＴＶ量を劣化しない程度の（例えば０．１μｍ程度の）研磨を行ない、通常の研磨面と同等の表面粗さに改善する。
【００２６】
以下に、具体的な実施例と比較例とについて説明する。
［実施例１］
２００ｍｍの多層配線層１ｗを有したデバイス側シリコンウェーハ１と、予め１ｍｍピッチでの厚み面内分布ｔ2を取得した支持側シリコンウェーハ２とを貼り合わせ、接着強化熱処理を行ない（目標厚み設定工程Ｓ１０，貼り合わせ工程Ｓ２０）、その後、デバイス側シリコンウェーハ１の裏面側から研削加工で「撮像素子全体の最終目標厚み面内分布ｔ3の平均値＋約１５μｍ」になるまで加工し（薄膜化研削工程Ｓ３０）、続いて、研磨加工で「撮像素子全体の最終目標厚み面内分布ｔ3の平均値＋約２μｍ」になるまで加工した（薄膜化研磨工程Ｓ４０）。
【００２７】
この研磨後、撮像素子全体の厚み面内分布ｔ4を測定し（厚み測定工程Ｓ５０）、最終目標厚み面内分布ｔ3との差分を各測定点で求めてＤＣＰ加工代ｔDCPを設定し（ＤＣＰ加工代設定工程Ｓ６０）、ＤＣＰ加工と表面粗さ改善研磨とを行ない（ＤＣＰ加工工程Ｓ７０，表面粗さ改善研磨工程Ｓ８０）、最終的な構造とした後に、貼り合わせ界面からのデバイス側シリコンウェーハ１の厚み面内分布を測定した。その結果、膜厚均一性のバラつきは±約０．１０μｍであり、良好であることが確認できた。
【００２８】
［実施例２］
各厚み測定工程Ｓ１０，Ｓ５０において面内２５点を測定点として厚み面内分布ｔ2，ｔ4を取得する以外は実施例１と同様のフローで撮像素子を製造し、実施例１と同様に貼り合わせ界面からのデバイス側シリコンウェーハ１の厚み面内分布を測定した。その結果、膜厚均一性のバラつきは±約０．１２μｍであり、良好であることが確認できた。
【００２９】
［比較例１］
実施例１と同様のフローで、貼り合わせ界面を基準として目標残し膜厚まで研削加工及び鏡面研磨加工した場合の、貼り合わせ界面からのデバイス側シリコンウェーハ１の厚み面内分布を測定した。その結果、膜厚均一性のバラつきは±約０．７μｍであり、実施例１，２と比較して膜厚均一性の劣ることが確認された。
【００３０】
［効果］
このように、本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法によれば、表面側に受光部を形成するデバイス側シリコンウェーハ１の裏面側からの加工に関して、適切な工程でデバイス側シリコンウェーハ１の加工代を設定し、基準となる面（貼り合わせ界面）に対する凹凸を修正可能なＤＣＰ加工を利用することで、エッチストッパー（ストップ層）なしに所望の厚みに加工することができ、面内膜厚均一性の優れた裏面照射型固体撮像素子を製造することができる。つまり、比較的簡素な工程で良品を得ることができる。
【００３１】
なお、上述のように本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る裏面照射型固体撮像素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態に係る裏面照射型固体撮像素子の製造方法の各工程を経たもしくは各工程での撮像素子の状態を示す模式図である。
【図３】従来の裏面照射型固体撮像素子の製造方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  デバイス側シリコンウェーハ（第一シリコンウェーハ）
２  支持側シリコンウェーハ（第二シリコンウェーハ）
【図１】
2010153627.tif 000003
【図２】
2010153627.tif 000004
【図３】
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