(57)【要約】【課題】ゲッタリングの効果を向上させることで、デバイス領域の電気特性の劣化を防止することができる固体撮像素子の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】本発明にかかる固体撮像素子の製造方法は、半導体基板１１上にデバイス領域１２が形成された構成であって、半導体基板１１に熱処理を行う際に、該半導体基板１１の材料の禁制帯以上のエネルギーで光を照射する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にデバイス領域が形成された固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板に熱処理を行う際に、該半導体基板の材料の禁制帯以上のエネルギーで光を照射することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板の内部のＢＭＤ密度が１ｅ5個／cm2以上であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板の表面から深さ５μｍ以内にボロン拡散層を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板において、前記表面に対して反対側の面にポリシリコン膜が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板の内部に濃度１ｅ20atoms／cm3以上のリンが含まれることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
半導体基板上にデバイス領域が形成された固体撮像素子の製造装置であって、
前記半導体基板に熱処理を行う際に、該半導体基板の材料の禁制帯以上のエネルギーで光を照射する光源を備えていることを特徴とする固体撮像素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子の製造工程には、インプラやエッチングや熱処理など半導体基板を金属汚染させる懸念のある処理がある。金属汚染から固体撮像素子のデバイス領域を保護するために、熱処理によってデバイス領域から離れた位置に汚染金属をゲッタリングさせる方法が一般的に使われている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８３１２３号公報
【特許文献２】特開２００５−６４０５４号公報
【特許文献３】特開平６−６９３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱処理によるゲッタリングは、半導体基板中に単体で存在する金属原子には熱による拡散が早いため有効であるが、錯体化した金属やペアリングした金属に対しては熱拡散が非常に遅いためあまり有効ではなかった。
【０００５】
図５は、半導体素子の製造工程において、半導体基板の熱処理によるゲッタリングの状態を説明する図である。
図５（ａ）に示すように、固体撮像素子の半導体基板１には、デバイス領域２とゲッタリング領域３とが形成され、デバイス領域２にはフォトダイオード４が形成されている。ここで、半導体基板１は、一例として、Ｎ型のシリコン基板で構成している。デバイス領域２（フォトダイオード４を含む）のボロン拡散層では、ほとんどの鉄原子５は、単体としてではなく、ボロン原子６と結合してペアの状態で存在している。そして、図５（ａ）の半導体基板１に熱処理を施すと、ボロン拡散層以外の領域に存在する鉄原子５が拡散してゲッタリング領域３に移動するが、ボロン拡散層においてボロン原子６とペアの鉄原子５は、ほとんど移動しない。すると、図５（ｂ）に示すように、デバイス領域２（フォトダイオード４を含む）のボロン拡散層に鉄原子がボロン原子とペアの状態のまま残存し、金属汚染に起因する画素欠陥（いわゆる、白キズ）や暗電流の増大といった不具合が生じることが懸念される。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ゲッタリングの効果を向上させることで、デバイス領域の電気特性の劣化を防止することができる固体撮像素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）半導体基板上にデバイス領域が形成された固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板に熱処理を行う際に、該半導体基板の材料の禁制帯以上のエネルギーで光を照射することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
（２）前記半導体基板の内部のＢＭＤ密度が１ｅ5個／cm2以上であることを特徴とする上記（１）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（３）前記半導体基板の表面から深さ５μｍ以内にボロン拡散層を形成することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（４）前記半導体基板において、前記表面に対して反対側の面にポリシリコン膜が設けられていることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法。
（５）前記半導体基板の内部に濃度１ｅ20atoms／cm3以上のリンが含まれることを特徴とする上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法。
（６）半導体基板上にデバイス領域が形成された固体撮像素子の製造装置であって、前記半導体基板に熱処理を行う際に、該半導体基板の材料の禁制帯以上のエネルギーで光を照射する光源を備えていることを特徴とする固体撮像素子の製造装置。
【０００８】
本発明は、強いエネルギーを有する光を照射しながら熱処理を行っており、鉄原子とボロンとの結合が光により解離してそれぞれ単体の原子となるとともに、熱を加えることで鉄原子を効率良くゲッタリング領域へ移動させることが可能となる。このため、半導体基板のデバイス領域に金属汚染が発生することを防止することができ、白キズや暗電流の増大といった不具合が生じることを防止することができる。強いエネルギーを照射しながら熱処理を行うには、従来の炉体ではなく、半導体基板に強いエネルギーを有する光を照射させつつ、同時に熱エネルギーを加えることができる、例えばＲＴＡ（赤外線ランプアニール）を使用することが好ましい。また、炉体に、炉室全体を所定のエネルギーの光を照射することができる光源を備えることで、同様の効果を得ることができる。炉体で熱処理を行うことで、ＲＴＡでは処理不可能な厚膜酸化膜形成時や、スループットが必要な場合に有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ゲッタリングの効果を向上させることで、デバイス領域の電気特性の劣化を防止することができる固体撮像素子の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、固体撮像素子の半導体基板において、熱処理を行う前の状態を示す図である。図２は、半導体基板に熱処理を行う際の状態を示す図である。図３は、熱処理を行った後の半導体基板の状態を示す図である。
【００１１】
以下の本実施形態の説明では、半導体基板１１として、固体撮像素子に用いるものを例にとって説明するが、半導体基板はこれに限定されず、ロジックやメモリなどあらゆる用途の半導体基板の製造方法に適用することができる。
【００１２】
半導体基板１１は、デバイス領域１２とゲッタリング領域１３とを備えている。デバイス領域１２には、固体撮像素子に受光する光を電荷に変換するための光電変換部として機能するフォトダイオード１４が形成されている。
【００１３】
デバイス領域１２及びフォトダイオード１４には、ボロン拡散層が形成されている。図１中の部分拡大図に示すように、ボロン拡散層においては、鉄原子１５が、ボロン原子１６と結合してペアとなった状態で存在している。
【００１４】
本実施形態の半導体基板１１は、ゲッタリング領域１３に高密度のＢＭＤを有する。また、ゲッタリング領域１３の内部のＢＭＤ密度が１ｅ5個／cm2以上であることが好ましい。ここで、ＢＭＤ（Bulk Micro Defect）とは、微小酸素析出物であり、ＢＭＤ密度とは、半導体基板１１中に存在する微小の欠陥の密度を指す。ＢＭＤは、デバイス領域の製造工程で混入した金属元素をトラップし、基板表面を正常に保つ機能を有している。ＢＭＤは、半導体基板１１の表面から排除して、デバイス領域１２に存在することを防止する必要があるが、一方で、半導体基板１１の内部では高い密度のＢＭＤが形成されていることが好ましい。
【００１５】
ボロン拡散層は、半導体基板１１の表面から深さ５μｍ以内に形成されていることが好ましい。
【００１６】
本実施形態の半導体基板の熱処理時には、図２に示すように、半導体基板１１のデバイス領域１２側の表面に、所定のエネルギーの光Ｌを照射する。本実施形態では、従来の炉体で熱処理を行うのではなく、ＲＴＡ（赤外線ランプアニール）を使用する。ここで、熱処理時には、該半導体基板に、半導体基板１１の材料であるシリコンの禁制帯以上のエネルギーをもつ所定のエネルギー（本実施形態では、１０J／cm2以上とする）で光を照射することが好ましい。シリコンの禁制帯は、１．１２ｅＶである。
【００１７】
熱処理時には、所定のエネルギーの光Ｌと同時に、熱Ｈを加えている。ＲＴＡの場合には、赤外線光を用いることから、半導体基板１１に光を照射するのと同時に熱を効率良く加えることができる。
【００１８】
また、熱処理は、ＲＴＡではなく、炉体の構造とすることもできる。このときには、半導体基板１１の材料の禁制帯以上のエネルギーで光を照射することができる光源と、この光源を備えた炉室とを備えた炉体を使用する。
【００１９】
熱処理時に、デバイス領域１２に光Ｌが照射されると、鉄原子１５とボロン原子１６とが互いに解離するため、加熱されることで、鉄原子１５がデバイス領域１２のボロン拡散層にとどまることなく、ゲッタリング領域１３に移動しやすくなる。そして、図３に示すように、熱処理後には、鉄原子１５がゲッタリング領域１３に移動し、半導体基板１１の表面側のデバイス領域１２から排除される。このように、熱処理時に、半導体基板１１に所定の光を照射することで、ゲッタリング効果を向上できる。
【００２０】
ゲッタリングには、上記実施形態のようにバルクの酸素析出によるイントリンシック・ゲッタリング（ＩＧ）と、以下に説明するエクストリッシング・ゲッタリング（ＥＧ）との２種類の手法がある。半導体基板１１の熱処理において、ＩＧだけでなく、ＥＧも行うことで、よりゲッタリング効果を向上させることができる。ＥＧとしては、半導体基板１１の裏面にポリシリコン膜を形成してゲッタリング層として機能させる構成や、半導体基板１１の内部にリンを含有させる構成のものがある。
【００２１】
また、半導体基板１１の表面に対して反対側の面にポリシリコン膜が設けられていることが好ましい。こうすれば、ゲッタリング効果をより一層向上させることができる。
【００２２】
さらに、半導体基板１１の内部に濃度１ｅ20atoms／cm3以上のリンが含まれる構成とすることが好ましい。こうすれば、ゲッタリング効果をより一層向上させることができる。
【００２３】
本発明にかかる半導体基板の製造方法は、強いエネルギーを有する光Ｌを照射しながら熱処理を行っており、結合した鉄原子１５とボロン原子１６が光により解離してそれぞれ単体の原子となるとともに、熱を加えることで鉄原子１５を効率良くゲッタリング領域１３へ移動させることが可能となる。このため、半導体基板１１のデバイス領域１２及びフォトダイオード１４に金属汚染が発生することを防止することができ、白キズや暗電流の増大といった不具合が生じることを防止することができる。強いエネルギーを照射しながら熱処理を行うには、従来の炉体ではなく、半導体基板１１に強いエネルギーを有する光Ｌを照射させつつ、同時に熱エネルギーを加えることができる、例えばＲＴＡ（赤外線ランプアニール）を使用することが好ましい。また、炉体に、炉室全体を所定のエネルギーの光Ｌを照射することができる光源を備えることで、同様の効果を得ることができる。炉体で熱処理を行うことで、ＲＴＡでは処理不可能な厚膜酸化膜形成時や、スループットが必要な場合に有効である。
【実施例】
【００２４】
以下、本実施形態の実施例について説明する。図１から３に示す手順で、半導体基板に熱処理を行い、ＲＧＢ画素（本実施例では、緑１，緑２，赤，青の４つの画素）のそれぞれについて、白キズの個数を測定した。なお、実施例１では、ＲＴＡを使用して１０５０℃で３０秒で熱処理を行った。また、比較例１，２では、従来の炉体を使用して９００℃で３０分で熱処理を行った。結果を下記表１に示す。図４は、本測定の結果を示すグラフである。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
図４に示すように、本測定によれば、半導体基板に炉体によって熱処理を施す手法に比べて、ＲＴＡによって熱処理を行うことで、白キズの発生を低減させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】固体撮像素子の半導体基板において、熱処理を行う前の状態を示す図である。
【図２】半導体基板に熱処理を行う際の状態を示す図である。
【図３】熱処理を行った後の半導体基板の状態を示す図である。
【図４】実施例及び比較例の測定の結果を示すグラフである。
【図５】半導体素子の製造工程において、半導体基板の熱処理によるゲッタリングの状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１    半導体基板
１２    デバイス領域
１３    ゲッタリング領域
１４    フォトダイオード
１５    鉄原子
１６    ボロン原子
Ｌ      光
【図１】
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【図２】
2007287882.tif 000005
【図３】
2007287882.tif 000006
【図４】
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【図５】
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