(57)【要約】【課題】選択比を落とすことなく半導体基板をエッチングすることのできる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  本実施形態は、第１の半導体層の表面を機械研削する工程と、機械研削により第１の半導体層の表面から第１の半導体層中に形成された破砕層の表面を化学機械研磨により研磨して、破砕層の表面から所定の厚さの部分除去する工程と、所定の厚さの部分除去された破砕層及び第１の半導体層をエッチングして、第１の半導体層と隣接する第２の半導体層から第１の半導体層を除去する工程と、を有する。【選択図】図３
2015211090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体層の表面を機械研削する工程と、
前記機械研削により前記第１の半導体層の前記表面から前記第１の半導体層中に形成された破砕層の前記表面を化学機械研磨により研磨して、前記破砕層の前記表面から所定の厚さの部分除去する工程と、
前記所定の厚さの部分除去された前記破砕層及び前記第１の半導体層をエッチングして、前記第１の半導体層と隣接する第２の半導体層から前記第１の半導体層を除去する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記所定の厚さは０．３μm以内である
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の半導体層の不純物濃度が前記第２の半導体層の不純物濃度より高い
請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２の半導体層は前記第１の半導体層と反対側で配線層と隣接し、前記第２の半導体層はフォトダイオード及びトランジスタを有する、
請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の半導体層を除去する工程では前記第１の半導体層はフッ酸、硝酸、及び酢酸から構成されるエッチング液でエッチングされる、
請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記所定の厚さは、０．1μm以上である
請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラなどの光学機器には固体撮像装置が用いられる。固体撮像装置は、光電変換するフォトダイオード、読み出し等のトランジスタ及び多数の配線層から構成される。固体撮像装置はフォトダイオードが光を受ける際、配線層とは反対側から受光する裏面照射型がある。裏面照射型のフォトダイオードは、トランジスタと共に半導体基板表面上に形成され、この上側には配線層が設けられる。したがってフォトダイオードは、半導体基板を透過した光を受光することになる。このため、フォトダイオードが十分に光を受光するためには、半導体基板をエッチングして薄膜化又は除去する必要がある。半導体基板をエッチングする場合、例えば、層の不純物濃度差による抵抗率の違いにより所望の位置でエッチングを停止する技術が用いられる。この場合、エッチングを停止させる層のエッチングレートに対する半導体基板をエッチングするエッチングレートの割合を示す選択比が重要となる。このような選択エッチングは、固体撮像装置の製造方法だけでなく半導体装置の製造方法においても用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５３６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本実施形態は、選択比を落とすことなく半導体基板をエッチングすることのできる半導体装置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】
【０００５】
本実施形態は、第１の半導体層の表面を機械研削する工程と、機械研削により第１の半導体層の表面から第１の半導体層中に形成された破砕層の表面を化学機械研磨により研磨して、破砕層の表面から所定の厚さの部分除去する工程と、所定の厚さの部分除去された破砕層及び第１の半導体層をエッチングして、第１の半導体層と隣接する第２の半導体層から第１の半導体層を除去する工程と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造過程における固体撮像装置の断面図。
【図２】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造過程における固体撮像装置の断面図。
【図３】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造過程における固体撮像装置の断面図。
【図４】第１実施形態に係るシリコンのエッチングレートと不純物濃度との関係を示す図。
【図５】第１実施形態に係る半導体基板及びエピタキシャル層を選択エッチングした後の表面状態を示す図であり、（a）は、破砕層を残存させた状態で破砕層、半導体基板及びエピタキシャル層を選択エッチングした表面状態を示す図、（b）は、破砕層を表面から所定の厚さ除去された状態で破砕層、半導体基板及びエピタキシャル層を選択エッチングした表面状態を示す図。
【図６】第１実施形態に係る半導体基板を除去する厚さの範囲を示した図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０００８】
（第１実施形態）
第１の実施形態の固体撮像装置の製造工程について図１〜図３を用いて説明する。図１は本実施形態に係る固体撮像装置の製造工程の一部に係る固体撮像装置の断面を示す図である。以下図２及び図３に関しても同様である。本実施形態では、半導体基板及びエピタキシャル層の導電形をp形として説明する半導体基板及びエピタキシャル層の導電形をn形としても本実施形態の実施は可能である。本実施形態では、裏面照射型固体撮像装置を一例として説明するが、半導体装置において利用することも可能である。
【０００９】
本実施形態の、製造方法により製造された固体撮像装置は、フォトダイオード及びトランジスタを有するエピタキシャル層２、配線層３、カラーフィルタ（図示せず）並びにマイクロレンズ（図示せず）等で構成される。
【００１０】
図１に示すように、シリコン（Si）を材料とした半導体基板１は、第１の面１a及び第１の面１aと対向する第２の面１bを有する。半導体基板１の導電形はp形であり、ボロンがドープされている。ボロンの濃度は、例えば8.5×1018cm-3である。
【００１１】
エピタキシャル層２は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、半導体基板１の第１の面１a側に形成される。エピタキシャル層２には、フォトダイオード（図示しない）及びトランジスタ等（図示しない）が設けられる。導電形がp形であるエピタキシャル層２の不純物濃度は、例えば1.6×1016cm-3である。
【００１２】
配線層３はエピタキシャル層２上に設けられる。配線層３は、例えばシリコン酸化膜（SiO2）等の絶縁膜と、絶縁膜中に例えばデュアルダマシン法などを用いて形成された銅（Cu）配線等から構成される（図示しない）。フォトダイオードに入射した光は、フォトダイオードで光電変換されて、発生した電子はトランジスタ及び配線等を経由して外部回路へ出力される。
【００１３】
支持基板４は配線層３上に設けられる。支持基板４は、配線層３と貼り合わされる。支持基板４は、半導体基板１が研磨されて薄膜化した後の基板の強度を保つ機能を有する。
【００１４】
支持基板４と配線層３とを貼り合せた後、半導体基板１を薄膜化又は除去しカラーフィルタ（図示しない）及びマイクロレンズ（図示しない）を形成することで、固体撮像装置が製造される。
【００１５】
本実施形態では、半導体基板１を薄膜化又は除去するためのエッチングをする前に、半導体基板１の第２の面１ｂに破砕層５を形成することで選択比を落とすことなく反応速度を上げることができるようにしている。
【００１６】
上記工程について、図２又は図３用いて説明する。
【００１７】
まず、図２に示すように機械研削工程では、半導体基板１は第２の面１b側から厚みが例えば６μm程度となるまで研削られ、第２の面１b面は粗面化する。図２に示すように、粗面化した領域が第２の面１bから第１の面１a向かって延びる。この粗面化した領域が破砕層５である。破砕層５は、結晶が歪み、結晶欠陥のある層であり、厚さは、例えば３μm程度である。機械研削に用いられる研磨材の粒度は、例えば#370から#2000（日本工業規格）である。
【００１８】
次に、CMP(Chemical Mechanical Polishing)工程では図３に示すように、破砕層５は研磨され、所定の厚さ除去される。所定の厚さとは、破砕層５の表面（半導体基板の第２の面１bでもある）から所定の厚さを除去して、破砕層５の大半が残るということである。
【００１９】
次に、半導体基板１をエッチングする。エッチング液は、フッ酸（HF）、硝酸（HNO3）及び酢酸（CH3COOH）等の薬液の混合液を用いる。このエッチング液により、シリコンから構成される半導体基板１をエッチングすると、亜硝酸が発生する。この亜硝酸はシリコンを酸化させ、酸化シリコンをフッ酸で溶かすことによりエッチングが行われる。このエッチング工程では、半導体基板１の第２の面１bがエッチングされる。不純物濃度の低いエピタキシャル層２は、エッチングストップ層として機能する。
【００２０】
ここで、半導体基板１の選択エッチングに関して詳細に説明する。図４は、シリコンのエッチングレートと不純物濃度との関係を示し、上記エッチング液で半導体基板１及びエピタキシャル層２をエッチングした場合のグラフである。X軸は抵抗率を示し、Y軸はエッチングレートを示す。抵抗率は、不純物濃度に依存する。不純物濃度が高い場合、抵抗率は低いが、不純物濃度が低い場合、抵抗率が高くなる。半導体基板１のボロンの濃度は8.5×1018cm-3であり、エピタキシャル層２のボロン濃度の1.6×1016cm-3より高い。そのため、抵抗率の低い半導体基板１ではエッチングレートが高いが、抵抗率の高いエピタキシャル層２ではエッチングレートが低くエッチングがほとんど起こっていないことがわかる。これにより、半導体基板１は、不純物の濃度差によりエピタキシャル層２に対して選択的にエッチングされる。抵抗率の差により選択エッチングする方法は他にも、例えばシリコンとポリシリコンによるものがある。
【００２１】
しかしながら、CMPにより破砕層５を完全に除去して半導体基板１を平坦化すると、半導体基板１のエッチングが開始されにくい。このため平坦化された半導体基板１をエッチングするためには、薬液の比率を変えエッチングレートを高くする必要がある。しかしながら、薬液の比率を変えると、半導体基板１のエッチングレートだけでなく、エッチングストップ層として機能するエピタキシャル層２のエッチングレートも高くなってしまう。これにより、エピタキシャル層２のエッチングレートに対する半導体基板１のエッチングレートの割合が小さくなるため、エピタキシャル層２に対して半導体基板１を選択的にエッチングすることが困難となる。
【００２２】
そこで本実施形態では、半導体基板１の第２の面１bを機械研削で研削して半導体基板１の表面に形成された破砕層５を残存させた状態で半導体基板１をエッチングする。このようにすることで、この破砕層５の結晶欠陥に、エッチング液を構成する亜硝酸が入り込み、半導体基板１として用いられるシリコンの酸化が促進される。この酸化シリコンがフッ酸で溶かされることにより、シリコンのエッチングが促進される。この結果、エッチング液を構成する薬液の配合を変えてエッチングレートを高くすることなく半導体基板１のエッチングを開始することができるので、エッチングの選択比を落とすことなく半導体基板１が選択的にエッチングされることが可能である。
【００２３】
図５（a）は、破砕層５を残存させた状態で半導体基板１からエピタキシャル層２までエッチングを行った場合のエッチング後の表面状態を示し、図５（b）は、破砕層５を表面から所定の厚さ除去された状態で半導体基板１からエピタキシャル層２までエッチングを行ったエッチング後の表面状態を示す。
【００２４】
図５では、X軸が半導体基板１の径方向における位置を示し、Y軸が、配線層３とエピタキシャル層２の界面から半導体基板１に向かう方向におけるエピタキシャル層２と半導体基板１とを合わせた厚さを示す。図５（a）、（b）に示すA線は半導体基板１とエピタキシャル層２との界面を示す。本実施形態でのエピタキシャル層２の厚さは、例えば4.4μmである。4.4μmよりY軸上方は半導体基板１の領域となる。
【００２５】
図５（a）に示すように、破砕層５の表面から所定の厚さの部分が除去されることなく半導体基板１からエピタキシャル層２までエッチングされると、エッチングされた後のエピタキシャル層２の表面は平坦化されず凹凸を有する。しかし、図５（b）に示すように、破砕層５の表面から所定の厚さの部分が除去された後、半導体基板１からエピタキシャル層２までエッチングされると、エッチングされた後のエピタキシャル層２の表面は図５(a)に対して平坦化されて凹凸も低減されている。これより破砕層５の表面から所定の厚さの部分が除去されるか否かにより、半導体基板１からエピタキシャル層２までエッチングされた後のエピタキシャル層２の表面の平坦性が変わる。
【００２６】
次に、エッチング後にエピタキシャル層２の表面が上記のように平坦化されるための、破砕層５の除去される部分の表面からの厚さの範囲を図６を用いて具体的に説明する。
【００２７】
図６のX軸は半導体基板１の径方向における位置を示す。Y軸は、配線層とエピタキシャル層２の界面から半導体基板１に向かう方向におけるエピタキシャル層２と半導体基板１とを合わせた厚さを示す。図６に示すB線は、半導体基板１とエピタキシャル層２との界面の位置を示す。
【００２８】
図６に示すように、破砕層５を除去する所定の厚さが0.1μm、0.2μm及び0.3μm、の場合は、半導体基板１がエピタキシャル層２に対して選択的にエッチングされ、エッチング後のエピタキシャル層２は平坦化される。すなわち、破砕層５を一部除去する厚みが少なくとも0.1μm以上あれば、エッチング後のエピタキシャル層２の表面が平坦化されるように、半導体基板１をエッチングすることができる。
【００２９】
破砕層５を除去する所定の厚さが0.4μm以上になると、半導体基板１はエピタキシャル層２上に残ったままであり、シリコンのエッチングが進まなくなることがわかる。これは、機械研削後の破砕層５が、その表面から内部に向かうほど結晶欠陥の密度が低下するためである。破砕層５の表面を除去する厚さが一定値を超えると、破砕層５の表面はエッチングが開始されるために十分な結晶欠陥密度を有していないと考えられる。本実施形態では、CMPにより破砕層５の除去する厚さを0.3μm以内とすることにより、破砕層５の結晶欠陥を介して、前述のように半導体基板１とエッチング液とが反応しやすくなるため、半導体基板１のエッチングが開始される。これにより、エッチング液を構成する薬液の配合を変えてエッチングレートを高くする必要がないため、半導体基板１及びエピタキシャル層２の選択比を維持しながら半導体基板１を選択的にエッチング可能となる。また、CMPにより破砕層５の除去する厚さを0.1μm以上とすることにより、エッチング後のエピタキシャル層２の表面が平坦化される。
【００３０】
以上の工程を実施することにより、選択的に半導体基板１をエッチングすることができ、フォトダイオードが形成されたエピタキシャル層２を所望の厚さに維持することができる。この後、通常用いられる固体撮像装置を製造するための製造工程を行うことにより固体撮像装置が形成される。
【００３１】
以上の実施形態では、固体撮像装置の製造方法を説明した。しかしながら、半導体層の選択エッチングを用いる工程を備える製造方法であれば、固体撮像装置に限られることなく、本実施形態は、他の半導体装置の製造方法にも応用されることができる。
【００３２】
本発明の実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・半導体基板
１a・・・第１の面
１b・・・第２の面
２・・・エピタキシャル層
３・・・配線層
４・・・支持基板
５・・・破砕層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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