(57)【要約】【課題】半導体基板内の重金属不純物濃度を低減できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  第１の面と前記第１の面と対向する第２の面を有する半導体基板の前記第２の面上に第１の膜を形成する工程と、前記第１の膜の上側に第２の膜を形成する工程と、前記第１の膜と、前記半導体基板と、を加熱処理する工程と、を備る。第２の膜は第１の膜により加熱処理を行っても十分に重金属不純物を捕獲する機能を有する。さらに前記第１の膜及び前記第２の膜を除去する工程と、を含む。【選択図】図２
2016009730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と前記第１の面と対向する第２の面を有する半導体基板の前記第２の面上に第
１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜の上側に第２の膜を形成する工程と、
前記第１の膜と、前記半導体基板と、を加熱処理する工程と、
前記第１の膜及び前記第２の膜を除去する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記加熱処理工程により、半導体基板中の金属不純物が前記第２の膜中に吸着される請
求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２の膜を形成した後、前記半導体基板上に絶縁膜及び金属配線を含む配線層を形
成する工程と、をさらに備えた請求項１又は２に記載の半導体製造装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の膜及び前記第２の膜は、成膜装置により形成される
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の膜を形成する工程は、半導体基板の少なくとも第２の面をフッ酸処理し、次
に過酸化水素及びアンモニア水の溶液に前記半導体基板を浸す工程を含む請求項１から請
求項４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の膜はシリコン酸化膜である請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２の膜はポリシリコン又はアモルファスシリコンである請求項１から請求項６の
いずれか１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】
一般的に固体撮像装置において、重金属不純物が半導体内に存在すると、特性に影響を
与えることが知られている。固体撮像装置の活性領域に重金属不純物が存在すると、重金
属によりバンドギャップ中に欠陥準位が形成される。この欠陥準位が、リーク電流、又は
、暗状態で明るく見える白傷、といった問題を引き起こす。そこで、例えば固体撮像装置
の製造工程において、結晶粒界や結晶欠陥を有するゲッタリング層を設け重金属不純物を
捕獲することが行われる。このゲッタリング層を用いた半導体装置の製造方法としてPBS(
Polysilicon Back Sealing)法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８７５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体基板内の重金属不純物濃度を低減できる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の面と第１の面と対向する第２の面を有する半導体基板の第２の面上に第１の膜を
形成する工程と、第１の膜の上側に第２の膜を形成する工程と、第１の膜と、半導体基板
と、を加熱処理する工程と、第１の膜及び第２の膜を除去する工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の製造過程における半導体装置の断面図。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造過程における半導体装置の断面図。
【図３】第１実施形態に係る半導体装置の製造過程における半導体装置の断面図。
【図４】第１実施形態に係る半導体装置の製造過程における半導体装置の断面図。
【図５】第１実施形態に係る半導体装置の製造過程における半導体装置の断面図。
【図６】第１実施形態に係る半導体装置の製造過程における半導体装置の断面図。
【図７】第１実施形態に係る半導体装置の製造過程における半導体装置の断面図。
【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）
半導体装置の一例として固体撮像装置を用いて第１実施形態に係る半導体装置の製造方
法を説明する。
【０００９】
第１実施形態に係る半導体装置の製造過程を図１〜図７を用いて説明する。図１から図
７は第１実施形態に係る半導体装置の製造過程における半導体装置の断面図である。
【００１０】
半導体装置１００は第１の膜２及び第２の膜３から構成される。
【００１１】
固体撮像装置２００は、フォトダイオード４が設けられている画素領域５と、フォトダ
イオード４からの信号を処理する回路や画素領域５の動作を制御する回路が設けられてい
る周辺領域６から構成される。周辺回路６は、画素領域５の外周を囲むように設けられる
。これらの回路はMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ９などにより構成される
。フォトダイオード４及びMOSトランジスタ９は半導体基板１内に設けられている。配線
層１１は、半導体基板１上に設けられている。配線層１１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。固体撮像装置２００は更にカラーフィルタ１２及びマイクロレン
ズ１３を有する。
【００１２】
固体撮像装置には表面照射型と裏面照射型とがある。
【００１３】
表面照射型固体撮像装置は、半導体基板１のMOSトランジスタ９及び配線が設けられて
いる側から例えば太陽光などの光が入射する。一方、裏面照射型固体撮像装置は、半導体
基板１のMOSトランジスタ９及び配線が設けられた側とは反対側から光が入射する。それ
ぞれの固体撮像装置において、マイクロレンズ１３及びカラーフィルタ１２を透過して入
射した光は、フォトダイオード４で電気信号に変換されて、トランジスタ９及び配線等を
経由して外部回路へ出力される。
【００１４】
第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を用いた製造工程の一例として、表面照射
型固体撮像装置の製造工程を説明するが、本実施形態は、裏面照射型固体撮像装置の製造
工程にも適用可能である。
【００１５】
以下、第１実施形態に係る固体撮像装置２００の製造工程を示す。
【００１６】
半導体基板１はシリコン（Si）から構成され、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。まず半導体基板１に付着した不純物を除去するため半導体基板１
の洗浄処理を行う。また、半導体基板１の表面は、空気に触れることで自然に酸化され、
薄い酸化膜が形成される。この酸化膜を除去するために、半導体基板１の表面を希フッ酸
洗浄(Dilute Hydro Fluoric)する。
【００１７】
次に図１に示すように、成膜装置（図示しない）は第２の面１b上に第１の膜２である
酸化膜２を形成する。本実施形態では第１の膜２を酸化膜として説明するが、第２の膜３
の単結晶化を抑制でき半導体基板１内の重金属不純物が第１の膜２を経由して第２の膜３
へ移動させる膜であればよい。第１の膜２は例えばアルミナや窒化ケイ素で形成されても
よい。成膜装置として、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法又はLPCVD(Low Pressu
re Chemical Vapor Deposition)法を用いて反応炉内の酸素濃度を変えて半導体基板１の
第２の面上に酸化膜２を形成する。自然酸化膜をフッ酸により除去した後に酸化膜２を形
成するため、CVD法の場合は、シラン(SiH4)などのシリコン原子を含むガス及び酸素ガス
の混合ガスに熱エネルギーを与える。温度は６００度〜６５０度でシランガスが反応し第
２の面１b上に酸化膜２が堆積される。成膜装置として、プラズマによりシリコン原料と
酸素を反応させ酸化膜を形成するプラズマCVD法を用いてもよい。成膜装置により形成さ
れる酸化膜の膜厚は1.5nm以内であることが好ましい。また、空気中で自然に形成される
膜厚よりも厚いほうがよい。
【００１８】
次に図２に示すように、酸化膜２の上側に第２の膜３を形成する。第２の膜３はゲッタ
リング機能を有するポリシリコン膜３である。CVD装置において、シラン(SiH4)ガスを流
し熱分解させることによりポリシリコンを形成する。
【００１９】
次に図３に示すように、半導体基板１にフォトリソグラフィ技術により形成されたマス
クを利用して所定の領域に不純物イオンの注入を制御することにより、画素領域５及び周
辺領域６を形成する。画素領域５及び周辺領域６内の所定の位置に、隣接する素子を電気
的に分離する素子分離領域８を形成する。まず、半導体基板１内にトレンチを形成する。
次にトレンチ内部に絶縁膜を埋め込んで素子分離領域８を形成する。又は、半導体基板１
に半導体基板１の導電形とは異なるように不純物イオンを注入する。これにより半導体基
板１と不純物イオンを注入し形成された不純物領域との接合面で、pnp接合、npn接合を形
成するか、又は空乏領域を形成する。素子分離領域８は画素領域５で変換された電子が隣
接する他の画素領域５にリークすることを抑制する。
【００２０】
次に画素領域５内及び周辺領域６内にMOSトランジスタ９や抵抗素子を形成する。MOSト
ランジスタのゲート酸化膜１０は熱酸化法により形成される。
【００２１】
次に図４に示すように、半導体基板１の画素領域５内に不純物をイオン注入する。その
後、注入された不純物を熱拡散させることにより半導体基板１内に例えばp形不純物層及
びn形不純物層が形成される。このp形不純物層及びn形不純物層がフォトダイオード４と
しての機能を有する。
【００２２】
次に図５に示すように、配線層１１を半導体基板１上に形成する。配線層１１は、例え
ばシリコン酸化膜（SiO2）等の絶縁膜に例えばデュアルダマシン法などを用いて形成した
銅（Cu）配線（図示しない）から構成される。銅以外にも、アルミ（Al）又はタングステ
ン（W）等も、配線層１１中の配線に用いることができる。
【００２３】
図６に示すように、画素領域５における配線層１１上に反射防止膜（図示しない）を介
してカラーフィルタ１２を画素ごとに形成する。さらにマイクロレンズ１３をカラーフィ
ルタ１２上に画素ごとに形成する。
【００２４】
図７に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて酸化膜２及び第２
の膜３を除去する。これは、固体撮像装置のサイズ等の問題及び第２の膜３で捕獲した重
金属不純物を固体撮像装置内に残存させないことによる。
【００２５】
なお、酸化膜２及び第２の膜３の除去は、固体撮像装置２００の製造工程におけるすべ
ての熱処理を行う工程が実施された後に行うことができる。ここでいう熱処理を行う工程
の一例として、例えばCVD法による膜形成、不純物イオン注入後の熱拡散、ゲート酸化膜
を形成する際の熱酸化等である。
【００２６】
以上の工程により、第１実施形態の製造方法により固体撮像装置２００が完成する。
【００２７】
次に本実施形態に係る固体撮像装置２００の製造方法における特徴と、その作用及び効
果を説明する。
【００２８】
半導体基板１中に含まれる例えばアルミ(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)等の重金属不純物
は、結晶粒界又は結晶欠陥による未結合手に捕獲される。このため重金属不純物の捕獲能
力は多数の結晶の集合の結晶表面積又は結晶中の未結合手の多さに依存する。ここで結晶
表面積は、それぞれの結晶方位を有する結晶粒の表面積の集合である。本実施形態では、
第２の膜３は多結晶であり多くの結晶粒界を有するポリシリコン膜である。重金属不純物
を捕獲する能力はポリシリコンの結晶表面積に依存するため、結晶表面積の大きいほうが
高い。一般に、ポリシリコンは、熱処理により半導体基板１と接している面から半導体基
板１の配列にそろい単結晶化される。単結晶化により、ポリシリコンの結晶表面積が小さ
くなることから、重金属不純物の捕獲能力が低下する。ポリシリコンに捕獲されなかった
重金属不純物が半導体基板１内に残留することにより、半導体基板１のバンドギャップ中
に欠陥準位を形成する。この欠陥準位により電子は励起されやすい状態となり、少しのエ
ネルギーにより電子が励起されてしまう。このため暗状態で明るく見える白傷といった問
題を引き起こす。
【００２９】
そこで、本実施形態では、酸化膜２を半導体基板１とポリシリコン膜３の間に形成する
ことにより、熱処理工程によりポリシリコンが半導体基板１の配列を引き継いで単結晶化
することを抑制することができる。これによりポリシリコンの結晶表面積が熱処理工程に
より小さくならないため、ポリシリコン中の重金属不純物を捕獲する能力が下がらない。
つまり、半導体基板１中の重金属不純物をポリシリコンで捕獲できる為、半導体基板１中
の重金属不純物の濃度が低下する。
【００３０】
酸化膜２の膜厚が厚い場合、半導体基板１からポリシリコンに向かう重金属不純物の移
動を妨げてしまう。このため、半導体基板１中の重金属不純物がポリシリコン内に十分に
捕獲されない。この結果、重金属不純物の濃度は半導体基板１内で低減されずに、固体撮
像装置２００の活性領域内に重金属不純物が残留してしまう。
【００３１】
一方、酸化膜２の膜厚が薄い場合、半導体基板１と向かい合う面のポリシリコンが製造
段階における熱の影響を受ける。この熱の影響により、ポリシリコンが半導体基板１の配
列を引き継ぐように結晶粒径が拡大し単結晶化する。ポリシリコンが単結晶化すると結晶
の表面積が減るため重金属を十分に捕獲することができなくなる。
【００３２】
以上のことを踏まえ酸化膜２の膜厚が膜厚が0.6nm以上で1.5nm以内で形成されることが
望ましい。酸化膜２の膜厚が上記範囲内で形成されることで、重金属不純物がポリシリコ
ンへ移動することが妨げられず、また、固体撮像装置の製造工程における熱処理の影響を
受けてポリシリコンの単結晶化が促進されない。以上のことから、ポリシリコンの、半導
体基板１中から重金属不純物を捕獲するという能力を向上することができる。本実施形態
では第２の膜３をポリシリコンとして説明したが、アモルファスシリコンを用いてもよい
。アモルファスシリコンは固体撮像装置の製造工程における熱処理により多結晶化、つま
りポリシリコンとなる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る製造方法により固体撮像装置を製造することに
より、固体撮像装置の半導体基板１中の重金属不純物濃度を低減することができる。この
結果、固体撮像装置において、白傷、又はリーク電流の発生を抑制することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に第２実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【００３５】
第２の実施形態の半導体装置の製造方法が第１実施形態と異なる点は、薬液を用いて酸
化膜２を形成することである。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、上記点を除い
て、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法と同じであるので、同一部分には同一符号
を付して詳細な説明は省略する。
【００３６】
まずはじめに、半導体基板１に付着した不純物を除去するため半導体基板１の第２の面
１bの洗浄処理を行う。
【００３７】
次に例えばRCA洗浄を行う。RCA洗浄は、以下の手順で行う。例えば塩酸：過酸化水素=1
：4を沸騰させた薬液内に半導体基板１を入れる。その後、半導体基板１の第２の面１b上
の酸化膜を除去するために、半導体基板１の第２の面１bを希フッ酸で洗浄（DHF）した後
に超純水で洗浄する。次に例えばアンモニア水：過酸化水素=1：4を沸騰させた薬液内に
半導体基板1を約５分程度入れる。これにより半導体基板１上に例えば保護酸化膜膜２が
形成される。
【００３８】
その後、第２の面１b上に酸化膜が形成された半導体基板１を例えばCVD装置内に挿入し
ポリシリコンを形成する。
【００３９】
以上示したように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、薬液により自然酸化
膜を除去した後に新たに薬液により酸化膜2を形成するため、酸化膜２は自然酸化膜とは
異なり、意図的に形成された酸化膜である。また、半導体基板１を成膜装置へ挿入までの
間に重金属不純物等が半導体基板１内に混入することを防ぐことができる。更に、酸化膜
２の形成は半導体基板１を洗浄する工程で行われるため、酸化膜２が成膜装置より形成さ
れる場合に比べて、酸化膜２の形成時間を短縮できる効果が得られる。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら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】
【００４１】
１・・・半導体基板
１a・・・第１の面
１b・・・第２の面
２・・・第１の膜
３・・・第２の膜
４・・・フォトダイオード
５・・・画素領域
６・・・周辺領域
７・・・ウェル領域
８・・・素子分離領域
９・・・MOSトランジスタ
１０・・・ゲート酸化膜
１１・・・配線層
１２・・・カラーフィルタ
１３・・・マイクロレンズ
１００・・・半導体装置
２００・・・固体撮像装置
【図１】
2016009730.tif 000003
【図２】
2016009730.tif 000004
【図３】
2016009730.tif 000005
【図４】
2016009730.tif 000006
【図５】
2016009730.tif 000007
【図６】
2016009730.tif 000008
【図７】
2016009730.tif 000009