(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面、及び第１面と対向する第２面を有し、第１面に固体撮像素子が形成される半導体基板を用意する段階と、
前記半導体基板の第２面に所定濃度のゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を形成する段階と、
前記ゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜の厚さを縮めて残留する前記ポリシリコン膜の内部にゲッタリング用不純物を密集させる段階と、
を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記ポリシリコン膜の厚さを縮める段階は、前記ポリシリコン膜を所定の厚さだけ酸化させることにより行われ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】
前記ポリシリコン膜の厚さを縮める段階において、前記ポリシリコン膜を全体の厚さの約１／２ないし１／１０に縮めることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記ゲッタリング用不純物は、リン（Ｐ）イオンまたは砒素（Ａｓ）イオンであることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板の第２面にゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を形成する段階は、
前記半導体基板の第２面に不純物を含んでいないポリシリコン膜を蒸着する段階と、
前記ポリシリコン膜にゲッタリング用不純物を導入する段階と、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記ポリシリコン膜にゲッタリング用不純物を導入する段階は、
前記ゲッタリング用不純物をイオン打ち込み、ドーピングまたは拡散することにより行われることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記半導体基板の第２面にゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を形成する段階は、前記半導体基板の第２面にＣＶＤ方式によりゲッタリング用不純物がドーピングされたポリシリコン膜を蒸着することを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記ゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を形成する段階において、前記ゲッタリング用不純物はポリシリコンの固溶度程度にポリシリコン膜に導入させ、前記ポリシリコン膜の厚さを縮めたとき、前記残留するポリシリコン膜内のゲッタリング用不純物がポリシリコンの固溶度以上になることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記ポリシリコン膜の厚さを縮める段階後に、前記半導体基板の第２面を覆って保護膜を形成する段階をさらに含む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１０】
前記保護膜は、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）またはシリコン窒酸化膜（ＳｉＯＮ）から形成されることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
第１面、及び第１面と対向する第２面を有し、第１面に固体撮像素子が形成される半導体基板を用意する段階と、
前記半導体基板の第２面に所定濃度のゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を形成する段階と、
前記ゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を所定の厚さだけ縮めて残留する前記ポリシリコン膜の内部にゲッタリング用不純物を密集させる段階と、
前記半導体基板の第２面の結果物を覆って保護膜を形成する段階と、
を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
前記ポリシリコン膜を所定の厚さだけ縮める段階において、ポリシリコン膜を全体の厚さの約１／２ないし１／１０に縮めることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
前記ゲッタリング用不純物は、リン（Ｐ）イオンまたは砒素（Ａｓ）イオンであることを特徴とする請求項１１または１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
前記半導体基板の第２面にゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を形成する段階は、
前記半導体基板の第２面に不純物を含んでいないポリシリコン膜を蒸着する段階と、
前記ポリシリコン膜にゲッタリング用不純物を導入する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
前記ポリシリコン膜にゲッタリング用不純物を導入する段階は、前記ゲッタリング用不純物をイオン打ち込み、ドーピングまたは拡散することにより行われることを特徴とする請求項１４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
前記半導体基板の第２面にゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を形成する段階は、前記半導体基板の第２面にＣＶＤ方式によりゲッタリング用不純物がドーピングされたポリシリコン膜を蒸着することを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
前記ゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を形成する段階において、前記ゲッタリング用不純物はポリシリコンの固溶度程度にポリシリコン膜に導入させ、前記ポリシリコン膜の厚さを縮めたとき、前記残留するポリシリコン膜内のゲッタリング用不純物がポリシリコンの固溶度以上になることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
前記保護膜は、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）またはシリコン窒酸化膜（ＳｉＯＮ）から形成されることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子の製造方法に係り、より具体的には、固体撮像素子が形成される基板のゲッタリング効率を改善できる処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、固体撮像素子は、民生用、産業用、放送用、軍需用など各種の分野に応用され、例えば、カメラ、ビデオ付きカメラ、マルチメディア、監視用カメラなど各種の機器に応用されている。現在、製品の小型化及び多画素化が進むに伴い、マイクロレンズを備えるオンチップ方式の固体撮像素子に対する需要が次第に高まりつつある。
このような固体撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）及びＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔｅｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ）撮像素子がある。これらのＣＣＤ及びＣＭＯＳ撮像素子はシリコン基板に集積できる。
【０００３】
しかしながら、固体撮像素子を形成する工程またはその前後の工程中に、シリコン基板の背面に鉄、銅、ニッケルなどの重金属が浸透する場合がある。これらの重金属がシリコン基板の背面に浸透すれば、シリコン基板に結晶欠陥が生じ、これにより、固体撮像素子に漏れ電流が生じる。このように、漏れ電流が生じれば、光が照射されないダーク画面の場合にも完全にダークに見られないダークレベル現象が生じたり、あるいはシリコン基板の背面に重金属欠陥が集中する場合にスクリーンに白い点が現れたりするなどの画質欠陥が生じる。
【０００４】
現在、このような重金属汚染による画質欠陥を除去するために、固体撮像素子の基板をゲッタリング処理している。このゲッタリング処理としては、イントリンシックゲッタリング方式及びエクストリンシックゲッタリング方式がある。中でも、イントリンシックゲッタリング方式は、欠陥及び汚染の除去のために所定の温度で基板を熱処理する方式である。しかし、現在では、基板に生じる欠陥及び汚染源を除去するためには高温の熱処理が伴うため、用いられていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エクストリンシックゲッタリング方式は、半導体基板の背面の縁部に高濃度のリン（Ｐ）をドーピングさせる方式である。この時、リンイオンのドーピングにより、シリコン基板内にリン欠孔及びずれ欠陥が生じ、この欠孔及びずれ欠陥の位置で重金属がゲッタリングされる。この時、ゲッタリング効率はリンの濃度に比例するが、基板のシリコンの固溶度が限定されているために、シリコンの固溶度以上にリンの濃度を高めることは事実上できない。
これにより、現在のゲッタリング方式では固体撮像素子の重金属の欠陥を完全に除去できず、固体撮像素子の画質欠陥が依然として生じている。
【０００６】
そこで、本発明は、画質欠陥を改善できる固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、固体撮像素子が形成される半導体基板の背面の縁部に、シリコンの固溶度以上のゲッタリング用不純物を導入してゲッタリング効率を一層高めうる固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
さらにまた、本発明は、固体撮像素子が形成される基板内への重金属の浸透を防止して寿命を延ばせる固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明の一実施形態によれば、まず、第１面、及び第１面と対向する第２面を有し、第１面に固体撮像素子を形成する半導体基板を用意する。次に、半導体基板の第２面に所定濃度のゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を形成した後、ゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を所定の厚さだけ縮めて前記残留するポリシリコン膜の内部にゲッタリング用不純物を密集させる。
【０００８】
また、第１面、及び第１面と対向する第２面を有し、第１面に固体撮像素子を形成する半導体基板を提供する。次に、半導体基板の第２面に所定濃度のゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を形成する。次に、ゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を所定の厚さだけ縮めて、前記残留するポリシリコン膜の内部にゲッタリング用不純物を密集させる。次に、半導体基板の第２面の結果物を覆って保護膜を形成する。
【０００９】
ここで、ポリシリコン膜を縮めるのは、ポリシリコン膜を所定の厚さだけ酸化させる。ポリシリコン膜は、ポリシリコン膜を全体の厚さの約１／２ないし１／１０が残るように縮める。さらに、このゲッタリング用不純物としては、リン（Ｐ）イオンまたは砒素（Ａｓ）イオンが挙げられる。
また、半導体基板の第２面にゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜は、半導体基板の第２面に不純物を含んでいないポリシリコン膜を蒸着した後、ポリシリコン膜にゲッタリング用不純物を導入して得られる。この時、ポリシリコン膜にゲッタリング用不純物を導入する方式としては、イオン打ち込み方式、ドーピング方式及び拡散方式が挙げられる。
また、半導体基板の第２面にゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜は、半導体基板の第２面にＣＶＤ方式によりゲッタリング用不純物がドーピングされたポリシリコン膜を蒸着して得られる。
また、ゲッタリング用不純物を含むポリシリコン膜を形成するとき、ゲッタリング用不純物はポリシリコンの固溶度程度にポリシリコン膜に導入する。これにより、望ましくは、ポリシリコン膜の厚さを縮めたとき、残留するポリシリコン膜内のゲッタリング用不純物がポリシリコンの固溶度以上になる。  また、保護膜は、シリコン窒化膜またはシリコン窒酸化膜から形成できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
第１図は、本発明の一実施形態による固体撮像素子の製造方法を説明するための工程別断面図である。
図１を参照すれば、第１面１０ａ及び第２面１０ｂを有する固体撮像素子用半導体基板１０を用意する。ここで、第１面１０ａは、以降に固体撮像素子の各電極が形成される面である。これに対し、第２面１０ｂは、第１面１０ａの反対面であり、以下、半導体基板の背面と称する。また、半導体基板１０には、Ｐ型またはＮ型不純物が約１０１４〜１０１５／ｃｍ３の濃度で含まれている。この半導体基板１０の背面１０ｂに、重金属を捕らえるための不純物（以下、ゲッタリング用不純物）が導入されたポリシリコン膜１２を形成する。
【００１１】
ゲッタリング用不純物が導入されたポリシリコン膜１２を形成するために、まず、不純物を含んでいない状態でポリシリコン膜（図示せず）を７００℃以下の温度で、例えば、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下、ＣＶＤ）方式により形成する。次に、ポリシリコン膜にゲッタリング用不純物をシリコンの固溶度程度に、望ましくは、１０２０〜１０２１／ｃｍ３の濃度、より望ましくは、３×１０２０／ｃｍ３ないし５×１０２０／ｃｍ３の濃度で導入する。
この時、ゲッタリング用不純物としてはリン（Ｐ）イオンのほかに砒素（Ａｓ）イオンなどが使用でき、 望ましくは、これらのゲッタリング用不純物はシリコンの固溶度程度に導入する。
また、ゲッタリング用不純物をポリシリコン膜に導入する方式としては、イオン打ち込み方式、ドーピング方式及び拡散方式が挙げられる。
【００１２】
図２は、本発明の一実施形態による固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
次に、図２に示すように、ゲッタリング用不純物を導入したポリシリコン膜１２を所定厚さだけ酸化させて、ポリシリコン膜１２の厚さを縮める。この時、縮められたポリシリコン膜１２ａの厚さは、蒸着に際し、ポリシリコン膜１２の厚さの約１／２ないし１／１０、より望ましくは、約１／３ないし１／５が好適である。ここで、符号１４は、ポリシリコン膜１２が酸化されて形成された酸化膜である。
このような酸化工程によりポリシリコン膜１２ａの厚さが縮められれば、酸化工程前にポリシリコン膜１２内に導入されたゲッタリング用不純物が酸化工程により厚さの縮められたポリシリコン膜１２ａ内にほとんど集まる。これにより、ポリシリコン膜の厚さが縮められた分だけ、残留するポリシリコン膜１２ａ内のゲッタリング用不純物の濃度は高くなる。
【００１３】
残留するポリシリコン膜１２ａ内のゲッタリング用不純物の濃度が高くなることについてより詳細に説明する。公知のように、不純物のドーピングされたポリシリコン膜を酸化させれば、不純物は酸化膜に約１ないし２％残留するだけであって、ほとんどの不純物は残留するドーピングされたポリシリコン膜に浸透する（参照文献、Ｔｈｅ Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ． ｖｏｌ ４２， ｐｐ１０５-１０７，１９７３）。この時、ポリシリコン膜に既に固溶度だけのゲッタリング用不純物が固溶されたとしても、不純物は残留するポリシリコン膜に強制的に導入される。このような原理により、この実施形態のポリシリコン膜１２ａにも固溶度以上のゲッタリング用不純物が導入される。
例えば、この実施形態のポリシリコン膜１２を酸化工程により全体の厚さの約１／４に縮めれば、残留するポリシリコン膜１２ａの不純物濃度は、酸化工程前の濃度の約４倍である１．２×１０２１／ｃｍ３ないし２×１０２１／ｃｍ３に高くなる。これにより、残留するポリシリコン膜１２ａにあるゲッタリング用不純物は隣接する半導体基板１０に拡散され、半導体基板１０の背面の縁部の不純物濃度が約２×１０２０／ｃｍ３ないし３×１０２０／ｃｍ３に高くなる。この時、ポリシリコン膜１２ａは半導体基板１０のようにシリコン系のものであるため、この実施形態において、ポリシリコン膜１２ａは半導体基板の役割をする。これにより、この実施形態の半導体基板１０の背面は、一定の深さのシリコンの固溶度以上のゲッタリング用不純物領域を有する。
【００１４】
図３は、本発明の一実施形態による固体撮像素子の製造方法を説明するための工程別断面図である。
次に、図３に示すように、半導体基板の背面１０ｂに形成した酸化膜１４の表面に保護膜１６を形成する。この時、保護膜１６は、工程中に重金属及びその他の汚染物が基板の背面１０ｂに浸透することを防止する役割をする。また、保護膜１６は、後続工程に際し、基板の背面１０ｂに導入された不純物が外方に拡散されることを防止する役割もする。このような保護膜としては、例えば、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン窒酸化膜（ＳｉＯＮ）などがある。
【００１５】
ここで、本発明の発明者らは、保護膜１６を形成した場合と保護膜を形成しなかった場合とに分けて固体撮像素子の汚染の度合い及び寿命を測定した。
まず、ポリシリコン膜１２の厚さを縮めるための酸化工程を終えた半導体基板を２枚用意した後、いずれか一枚の背面に保護膜１６を形成し、もう一枚の基板の背面には保護膜１６を形成しない。次に、各々の半導体基板１０を約１１５０℃で熱工程を施す。
これにより、保護膜１６の形成された半導体基板１０において、汚染源（重金属）が熱工程を施す前よりも約２倍ほど増えたのに対し、保護膜１６の形成されていない半導体基板１０では、その内部の汚染源（重金属）が熱工程を施す前よりもおおよそ６０倍以上増えた。また、各々の半導体基板１０の固体撮像素子の寿命を測定したところ、保護膜１６の形成された半導体基板１０は寿命に大した変化がないのに対し、保護膜１６の形成されていない半導体基板１０は、保護膜の形成された半導体基板１０に比べて、寿命が約１／３短くなった。
これにより、半導体基板１０の背面に、汚染源の増大及び寿命の短縮を防止するために保護膜１６を形成することが望ましい。
【００１６】
このように、この実施形態によれば、ゲッタリング用不純物がシリコンの固溶度程度に導入されたポリシリコン膜１２を半導体基板の背面に形成する。次に、ポリシリコン膜１２を所定厚さだけ酸化させて、ポリシリコン膜１２の厚さを縮める。これにより、縮められたポリシリコン膜１２ａ内に固溶度以上のゲッタリング用不純物が集まり、このポリシリコン膜１２ａに隣接した半導体基板１０のゲッタリング用不純物の濃度も高くなる。これにより、ゲッタリング効率が相当上がる。
さらに、このような半導体基板の背面を覆って保護膜１６を形成する。保護膜１６を形成することにより、後続する熱工程時における重金属などの汚染源の浸透及びライフタイムの短縮が防止される。
以下、本発明の他の実施形態について説明する。
【００１７】
図４は、本発明の他の実施形態による固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
前述した一実施形態のポリシリコン膜１２は、まず、不純物のない状態で蒸着された後、イオン打ち込み方式、ドーピング方式または拡散方式によりゲッタリング不純物を導入した。
しかし、他の実施形態では、図４に示すように、ＣＶＤ、より望ましくは、低圧化学気相蒸着（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下、ＬＰＣＶＤ）方式により、ゲッタリング用不純物のドーピングされたポリシリコン膜１３を固体撮像素子用半導体基板１０の背面１０ｂに蒸着した。この時、ゲッタリング用不純物は、前述した一実施形態でのように、リン（Ｐ）イオンまたは砒素（Ａｓ）イオンが使用でき、約３×１０２０／ｃｍ３ないし５×１０２０／ｃｍ３の濃度でドーピングされる。次に、前述した一実施形態と同様に後続工程を行う。このように、ドーピングされたポリシリコン膜１３そのものを使用しても、前述した一実施形態と同一の効果が得られる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、ゲッタリング用不純物がシリコンの固溶度程度に導入されたポリシリコン膜を半導体基板の背面に形成する。次に、ポリシリコン膜を所定厚さだけ酸化させて、ポリシリコン膜の厚さを縮める。これにより、縮められたポリシリコン膜内に固溶度以上のゲッタリング用不純物が集まり、このポリシリコン膜に隣接した半導体基板のゲッタリング用不純物の濃度も高くなる。これにより、ゲッタリング効率が相当上がる。
さらに、このような半導体基板の背面を覆って保護膜を形成する。このように、保護膜を形成することにより、後続する熱工程時における重金属などの汚染源の浸透及びライフタイムの短縮が防止される。
併せて、本発明の技術的原理を背反しない範囲において、本発明の実施形態は各種に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による固体撮像素子の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による固体撮像素子の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による固体撮像素子の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態による固体撮像素子の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【符号の説明】
１０：半導体基板
１０ａ：半導体基板の第１面
１０ｂ：半導体基板の第２面（背面）
１２：ポリシリコン膜
１２ａ：厚さの縮められたポリシリコン膜
１３：ゲッタリング用不純物のドーピングされたポリシリコン膜
１４：酸化膜
１６：保護膜
【図１】
0003800407.tif 000002
【図２】
0003800407.tif 000003
【図３】
0003800407.tif 000004
【図４】
0003800407.tif 000005