(57)【要約】【課題】裏面照射型固体撮像素子の製造方法に関し、異なるエッチャントを利用したエッチングを連続して行なう場合であっても良好にエッチングし、デバイス層の優れた膜厚均一性を確保することができるようにする。【解決手段】２層エピ（Ｐ-／Ｐ+／Ｐ-またはｎ基板）構造の第一シリコンウェーハのＰ-層側に支持側の第二シリコンウェーハを貼り合わせる工程（Ｓ２０）の後に、Ｐ-またはｎ基板及びＰ+層をエッチングにより薄膜化する薄膜化工程として、Ｐ+層をエッチストップ層としてＰ-またはｎ基板を第一エッチャントでエッチングする第一エッチング工程（Ｓ３０）と、第一エッチング工程後にＰ+層の表面にダメージを付加するダメージ層導入工程（Ｓ４０）と、ダメージ層導入工程後にＰ-層をエッチストップ層としてＰ+層を第二エッチャントでエッチングする第二エッチング工程（Ｓ５０）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ-またはｎ基板にＰ+層及びＰ-層をこの順にエピ成長させた２層エピ構造の第一シリコンウェーハの該Ｐ-層に多層配線層を形成し、該第一シリコンウェーハのＰ-層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Ｐ-またはｎ基板及び該Ｐ+層をエッチングにより薄膜化する薄膜化工程とを備える裏面照射型固体撮像素子の製造方法であって、
該薄膜化工程は、
該Ｐ+層をエッチストップ層として該Ｐ-またはｎ基板を第一エッチャントでエッチングする第一エッチング工程と、
該第一エッチング工程後に、該Ｐ+層の表面にダメージを付加するダメージ層導入工程と、
該ダメージ層導入工程後に、該Ｐ-層をエッチストップ層として該Ｐ+層を第二エッチャントでエッチングする第二エッチング工程とを備えている
ことを特徴とする、裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
該ダメージ層導入工程では、研削加工によりダメージを付加する
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。
【請求項３】
該ダメージ層導入工程では、サンドブラスト加工によりダメージを付加する
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。
【請求項４】
該第二エッチャントとして、ＨＦ／ＨＮＯ3／ＣＨ3ＣＯＯＨの混合溶液を用いる
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
該ダメージ層導入工程では、該第二エッチング工程前の該Ｐ+層の表面粗さをＲａ値で０．１μｍ以上にする
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に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１１ｗを形成するためのシリコン基板として２層エピ（ｐ-／ｐ+／ｐ-基板）構造のシリコンウェーハ（以下、デバイス側シリコンウェーハという）１１を用い、その表層のｐ-層１１ａにフォトダイオードに次いで多層配線層１１ｗを形成した後に、支持側シリコンウェーハ１２と貼り合わせを行ない、続いて、エッチングを利用して薄膜化を行なうことにより製造されている。
【０００３】
ここで、特にエッチングの際に、例えばＫＯＨ溶液を用いてＰ+層１１ｂをエッチストップ層としてＰ-基板１１ｃのエッチングを行ない、続いて、例えばＨＦ／ＨＮＯ3／ＣＨ3ＣＯＯＨ混合溶液を用いてＰ-層１１ａをエッチストップ層としてＰ+層１１ｂのエッチングを行なっている。つまり、Ｐ+層１１ｂのエッチング前の表面状態がエッチング上がりの状態になっている。
【０００４】
なお、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】
このように、あるエッチャントを利用したエッチング上がりの状態で、引き続き他のエッチャントを利用したエッチングを続けて行なう際、表面粗さが比較的スムースであるため、エッチングが面内を通して不均一に開始する場合や、エッチングが開始されないというような課題が発生している。
エッチングが不均一になれば、デバイス層の膜厚均一性が悪化し、フォトダイオードの感度バラつきが発生し、特性不良の原因にもなる。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、異なるエッチャントを利用したエッチングを連続して行なう場合であっても良好にエッチングし、デバイス層の優れた膜厚均一性を確保す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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、Ｐ-またはｎ基板にＰ+層及びＰ-層をこの順にエピ成長させた２層エピ構造の第一シリコンウェーハの該Ｐ-層に多層配線層を形成し、該第一シリコンウェーハのＰ-層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Ｐ-またはｎ基板及び該Ｐ+層をエッチングにより薄膜化する薄膜化工程とを備える裏面照射型固体撮像素子の製造方法であって、該薄膜化工程は、該Ｐ+層をエッチストップ層として該Ｐ-またはｎ基板を第一エッチャントでエッチングする第一エッチング工程と、該第一エッチング工程後に、該Ｐ+層の表面にダメージを付加するダメージ層導入工程と、該ダメージ層導入工程後に、該Ｐ-層をエッチストップ層として該Ｐ+層を第二エッチャントでエッチングする第二エッチング工程とを備えていることを特徴としている（請求項１）。
【０００８】
なお、該ダメージ層導入工程では、研削加工またはサンドブラスト加工によりダメージを付加することが好ましい（請求項２，３）。
また、該第二エッチャントとして、ＨＦ／ＨＮＯ3／ＣＨ3ＣＯＯＨの混合溶液を用いる
ことが好ましい（請求項４）。
また、該ダメージ層導入工程では、該第二エッチング工程前の該Ｐ+層の表面粗さをＲａ値で０．１μｍ以上にすることが好ましい（請求項５）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異なるエッチャントを利用したエッチングを連続して行なう場合であっても、エッチングとエッチングの間に、ウェーハ表面全体にダメージ層を導入する処理を入れることにより、ダメージが起点となりエッチングが面内均一に開始され、デバイス層の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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
［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２層エピ（ｐ-／ｐ+／ｐ-またはｎ基板）構造（つまり、ｐ-またはｎ基板１ｃにｐ+層１ｂ及びｐ-層１ａをこの順にエピ成長させた構造）の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、貼り合わせ工程Ｓ１０と、研削工程Ｓ２０と、第一エッチング工程（基板エッチング工程）Ｓ３０と、ダメージ層導入工程Ｓ４０と、第二エッチング工程（ｐ+層エッチング工程）Ｓ５０とをこの順に経て製造されるようになっている。なお、第一エッチング工程Ｓ３０〜第二エッチング工程Ｓ５０はそれぞれ、薄膜化工程の一工程である。
【００１２】
つまり、ウェーハ面内を均一にエッチングするために、Ｐ+層１ｂのエッチング前にダメージ層３を導入することでエッチングを均一に開始することができるようにしている。
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。
【００１３】
［１．貼り合わせ工程］
貼り合わせ工程Ｓ１０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（低温熱処理）を行なうようになっている。
【００１４】
［２．研削工程］
研削工程Ｓ２０では、デバイス側シリコンウェーハ１の裏面側のｐ-またはｎ基板１ｃを数μｍ残るまで研削加工するようになっている。
【００１５】
［３．第一エッチング工程］
第一エッチング工程Ｓ３０では、研削工程Ｓ２０で残された数μｍのｐ-またはｎ基板１ｃをＫＯＨ溶液（第一エッチャント）でエッチングし、ｐ+層１ｂでそのエッチングをストップさせるようになっている。
【００１６】
［４．ダメージ層導入工程］
ダメージ層導入工程Ｓ４０では、ｐ+層１ｂをエッチングする前に、ｐ+層１ｂの表面に機械的にダメージ層３を導入し、表面を粗面化するようになっている。ダメージ層３は、研削加工やサンドブラスト加工によりダメージを付加することで導入される。
【００１７】
研削加工を用いる場合、Ｐ+層１ｂの厚みが数μｍであることから、研削代としては１μｍ以下が好ましい。また、ウェーハ面内に均一に研削によるダメージ層３が導入されていれば好ましい。
また、研削材の粒度としては、＃２０００以下のものであれば好ましい。これは、＃２０００を超えた粒度のものを使用すると、ダメージ層３の粗さが少なく、エッチングを均一に開始させることはできないことが確認されたためである。
【００１８】
さらに、ｐ+層１ｂのエッチング前の表面粗さは、Ｒａ値で０．１μｍ以上であることが好ましい。これは、＃２０００を超えた粒度のものを使用したときの表面粗さを測定したところ、Ｒａ値が０．１μｍ未満であることが確認されたためである。
また、サンドブラスト加工によるダメージ層導入に関しては、シリコンウェーハのゲッタリング付与にも適用されてＢＳＤ（バックサイドダメージ）を形成するために使用されるものであれば、特に指定されるものではない。なお、砥粒の材質としては、一般的にはＳｉＯ2やＳｉＣを使用すると好ましく、また、砥粒の粒度としては、一般的なダメージ層３を導入できるものであれば特に限定しないが、＃１０００〜＃２０００の範囲が好ましい。さらに、サンドブラスト加工において機械的に砥粒を衝突させる際は、乾式でも湿式でもどちらでも良い。
【００１９】
［５．第二層エッチング工程］
第二エッチング工程Ｓ５０では、Ｐ+層１ｂをＨＦ／ＨＮＯ3／ＣＨ3ＣＯＯＨの混合溶液（第二エッチャント）でエッチングし、Ｐ-層１ａでそのエッチングをストップさせるようになっている。
【００２０】
ここで、エッチャントとしてはＨＦ／ＨＮＯ3／ＣＨ3ＣＯＯＨの混合溶液を用いるのが一般的であり、Ｐ-層１ａとのエッチング速度比が１００倍以上であれば、特にその配合比を限定するものではない。
以下に、具体的な実施例と比較例とについて説明する。
【００２１】
［実施例１］
２００ｍｍの２層エピ（ｐ-／ｐ+／ｐ-基板）構造を有する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、低温の熱処理を行ない、デバイス側シリコンウェーハ１の裏面側（ｐ-基板１ｃ側）から薄膜化を行ない、ｐ-層１ａを最表面とする撮像素子を製造するに当たり、両ウェーハ１，２を貼り合わせ（貼り合わせ工程Ｓ１０）、ｐ-基板１ｃを数μｍ残るまで研削加工した（研削工程Ｓ２０）。
【００２２】
その後、ＫＯＨ溶液（２０ｗｔ％，８０℃）を用いて残ったｐ-基板１ｃをエッチングで除去し（第一エッチング工程Ｓ３０）、ｐ+層１ｂを表面に露出させた。
そして、ｐ+層１ｂが表面に露出した後、再度、粒度＃２０００の研削材を用いた研削加工を１μｍ施し、ダメージ層３を導入した（ダメージ層導入工程Ｓ４０）。その後、ＨＦ／ＨＮＯ3／ＣＨ3ＣＯＯＨの混合溶液（８ｗｔ％：２５ｗｔ％：６７ｗｔ％）を用いてｐ+層１ｂをエッチングし（第二エッチング工程Ｓ５０）、ｐ-層１ａを表面に露出させた。このときのＨＦには５０ｗｔ％溶液を、ＨＮＯ3には７０ｗｔ％溶液を、ＣＨ3ＣＯＯＨには９０ｗｔ％溶液を使用した。
【００２３】
そして、ｐ-層１ａが表面に露出した最終的な構造となった後にｐ-層１ａの膜厚を測定した。その結果、膜厚均一性のバラつきは±０．１μｍであり、良好であることが確認できた。
【００２４】
［実施例２］
ダメージ層導入工程Ｓ４０において、研削加工に代わりサンドブラスト加工を用いること以外は実施例１と同様のフローで撮像素子を製造し、そのｐ-層１ａの膜厚を測定した。その結果、膜厚均一性のバラつきは±０．１５μｍであり、実施例１と同様に良好であることが確認できた。
【００２５】
［比較例１］
ダメージ層３を付加しないこと以外は、実施例１と同様のフローで撮像素子を製造し、そのｐ-層の膜厚を測定した。その結果、膜厚均一性のバラつきは±０．５μｍであり、バラつきが大きいことが確認された。
【００２６】
［効果］
このように、本発明の裏面照射型固体撮像の製造方法によれば、異なるエッチャントを利用したエッチングを連続して行なう場合であっても、エッチングとエッチングの間に、ウェーハ表面全体にダメージ層３を導入する処理を入れることにより、ダメージが起点となりエッチングが面内均一に開始され、デバイス層の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。
【００２７】
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】
【００２８】
【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】
【００２９】
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）
３  ダメージ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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