JP2010098105A - 固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法、固体撮像素子用エピタキシャル基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】ゲッタリングシンクを短時間で容易に形成できるとともに、ゲッタリングシンクの形成時に重金属汚染の懸念がない固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法を提供する。
【解決手段】エピタキシャル層を形成した半導体ウェーハをレーザ照射装置にセットし、半導体ウェーハを移動させつつレーザビームを照射する。この時、レーザ発生装置から出射されたレーザビームは、集光用レンズ（集光手段）によって集光点（焦点）が半導体ウェーハの一面から数十μｍ程度深い位置になるように集光される。これにより、半導体ウェーハの結晶構造が改質され、ゲッタリングシンクが形成される。
【選択図】図３
【解決手段】エピタキシャル層を形成した半導体ウェーハをレーザ照射装置にセットし、半導体ウェーハを移動させつつレーザビームを照射する。この時、レーザ発生装置から出射されたレーザビームは、集光用レンズ（集光手段）によって集光点（焦点）が半導体ウェーハの一面から数十μｍ程度深い位置になるように集光される。これにより、半導体ウェーハの結晶構造が改質され、ゲッタリングシンクが形成される。
【選択図】図３
Description
本発明は、固体撮像素子用シリコン基板の製造方法、固体撮像素子用エピタキシャル基板に係り、固体撮像素子用シリコン基板に対してゲッタリングサイトを短時間で容易に形成することが可能な技術に関する。
近年、携帯電話、デジタルビデオカメラ等に、半導体を用いた高性能な固体撮像素子が搭載され、画素数や感度等の性能が飛躍的に向上しつつある。こうした固体撮像素子は、例えば、半導体基板の一面にエピタキシャル層を成長させたエピタキシャル基板を用いて、このエピタキシャル層にフォトダイオード等からなる回路を形成することにより製造される。
固体撮像素子の撮像特性を低下させる要因として、フォトダイオードの暗時リーク電流が問題となっている。暗時リーク電流の原因は、製造工程における基板（ウェーハ）の重金属汚染とされている。こうした基板の重金属汚染を抑制するために、従来から、半導体ウェーハの内部あるいは裏面に重金属のゲッタリングシンクを形成し、このゲッタリングシンクに重金属を集める事によって、フォトダイオードの形成部分における重金属濃度を低減させることが行われてきた。
このようなゲッタリングシンクの形成方法として、例えば、半導体基板に熱処理を施すことにより、基板内部に酸素析出部を形成し、この酸素析出部をゲッタリングシンクとする方法が挙げられる（例えば、非特許文献１）。また、例えば、基板の裏面側にアモルファス（非晶質）膜を形成し、基板の裏面側をゲッタリングシンクとする方法もある（例えば、特許文献２）。
特開平６−３３８５０７号公報
M.Sano, S.Sumita, T.Shigematsu and N. Fujino, Semiconductor Silicon 1994.eds. H.R.Huff et al.(Electrochem. Soc., Pennington 1994)
しかしながら、半導体基板に熱処理を施して基板内部に酸素析出部を形成する方法では、重金属を充分に捕捉可能なサイズの酸素析出部を形成するためには、長時間の熱処理を必要とし、製造工程が長期化して製造コストが増大するという課題がある。また、熱処理工程において、加熱装置などから更なる重金属汚染が生じる懸念もある。
一方、基板の裏面側にアモルファス膜を形成する方法は、近年主流となりつつある３００ｍｍウェーハなどの大口径基板の場合、両面研磨されているために、裏面側にゲッタリングシンクとなるアモルファス膜を形成すること自体が困難である。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ゲッタリングシンクを短時間で容易に形成できるとともに、ゲッタリングシンクの形成時に重金属汚染の懸念がない固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法を提供する。
また、重金属汚染が少なく、かつ低コストに製造可能な固体撮像素子用エピタキシャル基板を提供する。
上記課題を解決するために、本発明は次のような固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法を提供する。
すなわち、本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法は、半導体基板の一面にエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル基板を形成する工程と、該エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザビームを入射し、前記半導体基板の任意の微小領域に該レーザビームを集光させることにより、該微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造を変化させたゲッタリングシンクを形成する工程と、前記エピタキシャル基板を所定の温度でアニールし、前記ゲッタリングシンクに重金属を捕獲させる工程と、を備えたことを特徴とする。
すなわち、本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法は、半導体基板の一面にエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル基板を形成する工程と、該エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザビームを入射し、前記半導体基板の任意の微小領域に該レーザビームを集光させることにより、該微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造を変化させたゲッタリングシンクを形成する工程と、前記エピタキシャル基板を所定の温度でアニールし、前記ゲッタリングシンクに重金属を捕獲させる工程と、を備えたことを特徴とする。
前記レーザビームは、前記エピタキシャル基板を透過可能な波長域であり、前記集光手段は、前記半導体基板の厚み方向における任意の位置に、前記レーザビームを集光させるのが好ましい。
前記レーザビームは、パルス幅１．０×１０−１５〜１．０×１０−８秒、波長３００〜１２００ｎｍの範囲の超短パルスレーザビームであるのが好ましい。
前記レーザビームは、パルス幅１．０×１０−１５〜１．０×１０−８秒、波長３００〜１２００ｎｍの範囲の超短パルスレーザビームであるのが好ましい。
前記半導体基板は単結晶シリコンからなり、前記ゲッタリングシンクはアモルファス構造のシリコンを含むのが好ましい。
前記ゲッタリングシンクは、前記固体撮像素子の形成領域に重なる位置に形成されるのが好ましい。
前記ゲッタリングシンクは、前記固体撮像素子の形成領域に重なる位置に形成されるのが好ましい。
また、本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板は、前記固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法により製造された固体撮像素子用エピタキシャル基板であって、前記ゲッタリングシンクは、少なくとも前記固体撮像素子を成す埋込み型フォトダイオードの形成位置と重なる領域に、直径５０〜１５０μｍ、厚み１０〜１５０μｍの範囲のサイズで設けられてなることを特徴とする。
前記ゲッタリングシンクは、密度１．０×１０５〜１．０×１０７個／ｃｍ２の範囲で形成されてなるのが好ましい。
本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法によれば、エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザビームを入射させ、半導体基板の内部における任意の微小領域にレーザビームを集光させることによって、半導体基板の内部の微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造だけを変化させたゲッタリングシンクを容易に、かつ短時間で形成することが可能になる。
これによって、従来のようにゲッタリングシンクを形成するために、長時間の熱処理が不要となり、固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。また、３００ｍｍウェーハなどに代表される両面研磨基板であっても、半導体基板の内部に容易にゲッタリングシンクを形成することが可能となる。
また、本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板によれば、重金属のゲッタリング能力に優れ、暗時リーク電流の少ない、優れた撮像特性をもつ固体撮像素子を実現することが可能な固体撮像素子用エピタキシャル基板を提供できる。
以下、本発明に係る固体撮像素子用エピタキシャル基板、およびその製造方法の最良の実施形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
図１は、本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板を示す拡大断面図である。エピタキシャル基板（固体撮像素子用エピタキシャル基板）１は、半導体基板２と、この半導体基板２の一面２ａに形成されたエピタキシャル層３とを備える。そして、半導体基板２の一面２ａ近傍付近には、エピタキシャル基板１の重金属を捕捉するゲッタリングシンク４，４・・が形成されている。
このようなエピタキシャル基板１は、固体撮像素子向けの基板として好適に用いることができる。半導体基板２は、例えば、シリコン単結晶ウェーハであればよい。エピタキシャル層３は、半導体基板２の一面２ａから成長させたシリコンのエピタキシャル成長膜であればよい。
ゲッタリングシンク４は、シリコン単結晶の一部をアモルファス化させた（アモルファスライク）構造であればよい。ゲッタリングシンク４は、その結晶構造中に僅かな歪みが存在するだけで重金属を捕捉する能力があり、ごく一部をアモルファス化するだけでゲッタリングシンクとしての役割を果たすことができる。なお、こうしたゲッタリングシンク４は、レーザビームの集光により、半導体基板２の一部に多光子吸収過程を生じさせて結晶構造を改質する事によって形成される。このようなゲッタリングシンク４の形成方法は、後ほど固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法にて詳述する。
ゲッタリングシンク４は、このエピタキシャル基板１を用いて固体撮像素子を形成する際に、少なくともそれぞれの固体撮像素子の形成領域Ｓと重なる位置に形成されていればよい。例えば、１つのゲッタリングシンク４は、直径Ｒが５０〜１５０μｍ、厚みＴが１０〜１５０μｍの大きさの円盤状に形成されていればよい。また、ゲッタリングシンク４の形成深さＤは、半導体基板２の一面２ａから０．５〜２μｍ程度が好ましい。
図２は、本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板を用いて作成した固体撮像素子の一例を示す断面図である。固体撮像素子６０は、ｐ＋型の半導体基板（シリコン基板）２の上にｐ型のエピタキシャル層３を形成し、更に、半導体基板２にゲッタリングシンク４を形成したエピタキシャル基板１を用いる。エピタキシャル層２の所定位置には、第１のｎ型ウエル領域６１が形成される。この第１のｎ型ウエル領域６１の内部に、垂直転送レジスタを構成するｐ型の転送チャネル領域６３、ｎ型のチャネルストップ領域６４および第２のｎ型ウエル領域６５がそれぞれ形成されている。
更に、ゲート絶縁膜６２の所定位置には転送電極６６が形成されている。また、ｐ型の転送チャネル領域６３と第２のｎ型ウエル領域６５との間に、ｎ型の正電荷蓄積領域６７とｐ型の不純物拡散領域６８とを積層させたフォトダイオード６９が形成される。そして、これらを覆う層間絶縁膜７１、およびフォトダイオード６９の直上方を除いた表面を覆う遮光膜７２を備えている。
このような構成の固体撮像素子６０は、半導体基板２に形成されたゲッタリングシンク４によって、エピタキシャル基板１に含まれる重金属が確実に捕捉されているため、固体撮像素子６０の撮像特性を低下させる要因であるフォトダイオード６９の暗時リーク電流を抑制することができる。よって、本発明のエピタキシャル基板１を用いて固体撮像素子６０を形成することによって、暗時リーク電流の少ない、優れた撮像特性を持つ固体撮像素子６０を実現することができる。
次に、本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法について説明する。図３は、固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法の概要を示した断面図である。エピタキシャル基板（固体撮像素子用エピタキシャル基板）を製造するにあたっては、まず半導体ウェーハ２を用意する（図３（ａ）参照）。半導体ウェーハ２は、例えば、シリコン単結晶インゴットをスライスして製造されたシリコン単結晶ウェーハであればよい。
次に、この半導体ウェーハ２の一面２ａにエピタキシャル層３を形成する（図３（ｂ）参照）。エピタキシャル層３の形成にあたっては、例えば、エピタキシャル成長装置を用いて、半導体ウェーハ２を所定温度まで加熱しつつ原料ガスを導入し、一面２ａにシリコン単結晶からなるエピタキシャル層３を成長させれば良い。
次に、エピタキシャル層３を形成した半導体ウェーハ２をレーザ照射装置２０にセットし、半導体ウェーハ２を移動させつつレーザビームを照射する（図３（ｃ）参照）。この時、レーザ発生装置１５から出射されたレーザビームは、集光用レンズ（集光手段）１１によって集光点（焦点）が半導体ウェーハ２の一面２ａから数十μｍ程度深い位置になるように集光される。これにより、半導体ウェーハ２の結晶構造が改質され、ゲッタリングシンク４が形成される。なお、このゲッタリングシンク４の形成工程は後ほど詳述する。
エピタキシャル層とゲッタリングシンク４が形成された半導体ウェーハ２は、更にアニール装置８０によって所定の温度まで加熱される（図３（ｄ）参照）。これにより、半導体ウェーハ２内に拡散している重金属がゲッタリングシンク４に集められ、素子形成部分に重金属が極めて少ない固体撮像素子用エピタキシャル基板１が得られる。
図４は、半導体ウェーハにゲッタリングシンクを形成するためのレーザー照射装置の一例を示す模式図である。レーザー照射装置２０は、レーザビームＱ１をパルス発振するレーザ発生装置１５、レーザビームＱ１のパルス等を制御するパルス制御回路（Ｑスイッチ）１６、レーザビームＱ１を反射してレーザビームＱ１の進行方向を半導体ウェーハ２に向けて９０°変換させるビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ａ、ビームスプリッタ１７ａで反射されたレーザビームＱ１を集光する集光用レンズ（集光手段）１１を備えている。
また、エピタキシャル層３を形成した半導体ウェーハ２を載置するステージ４０を備える。このステージ４０は、集光されたレーザビームＱ２を半導体ウェーハ２の任意の位置で集光させて焦点を合わせるために、ステージ制御回路４５によって、鉛直方向Ｙおよび水平方向Ｘに移動可能に制御される。
レーザ発生装置１５およびパルス制御回路１６は、特に限定はされないが、半導体ウェーハの内部における任意の位置の結晶構造を改質してゲッタリングシンクを形成できるレーザビームを照射できれば良く、半導体ウェーハを透過可能な波長域で、かつ短パルス周期での発振が可能なチタンサファイヤレーザが好適である。なお、表１に、一般的な半導体ウェーハ、およびシリコンウェーハのそれぞれにおいて、好適なレーザ照射条件の具体例を示す。
レーザ発生装置１５で発生させたレーザビームＱ１は、集光用レンズ１１により光路幅を収束され、この収束されたレーザビームＱ２が半導体ウェーハ２０の任意の深さ位置Ｇで焦点を結像する（集光される）ように、ステージ４０が鉛直方向Ｙで制御される。集光用レンズ１１は、例えば倍率が１０〜３００倍、Ｎ．Ａが０．３〜０．９、レーザビームの波長に対する透過率が３０〜６０％の範囲が好ましい。
レーザー照射装置２０は、さらに可視光レーザ発生装置１９、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ｂ、ＣＣＤカメラ３０、ＣＣＤカメラ制御回路３５、結像用レンズ１２、中央制御回路５０、および表示手段５１とを備えている。
可視光レーザ発生装置１９で発生させた可視光レーザビームＱ３は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）１７ｂで反射されて９０°方向を転換し、半導体ウェーハ２のエピタキシャル層３に達する。そして、エピタキシャル層３の表面で反射され、集光用レンズ１１およびビームスプリッタ１７ａおよび１７ｂを透過して結像用レンズ１２に到達する。結像用レンズ１２に到達した可視光レーザＱ３は、半導体ウェーハ２の表面画像としてＣＣＤカメラ３０で撮像され、撮像データがＣＣＤカメラ制御回路３５に入力される。入力された撮像データに基づいて、ステージ制御回路４５はステージ４０の水平方向Ｘの移動量を制御する。
次に、エピタキシャル層３を形成した半導体ウェーハ２にゲッタリングシンクを形成する方法を詳述する。図５は、レーザビームによって半導体ウェーハにゲッタリングシンクを形成する様子を示した模式図である。半導体ウェーハ２にゲッタリングシンクを形成する際には、レーザ発生装置１５から出射されたレーザビームＱ１を集光用レンズ（集光手段）１１によって収束させる。収束されたレーザビームＱ２は、シリコンに対して透過可能な波長域であるため、エピタキシャル層３の表面に達した後、反射せずにそのまま入射する。
一方、エピタキシャル層３を形成した半導体ウェーハ２は、レーザビームＱ２の集光点（焦点）が半導体ウェーハ２の一面２ａから所定の深さＤになるように位置決めされる。これにより、レーザビームＱ２の集光点（焦点）だけ、半導体ウェーハ２は多光子吸収過程が生じる。
多光子吸収過程は、周知のように、ごく短時間に多量の光子が特定の部位（照射領域）に照射することによって、照射領域だけに選択的に多量のエネルギーが吸収され、これにより、照射領域の結晶結合が変化するなどの反応を引き起こすものである。本発明においては、半導体ウェーハ２の内部の任意の領域にレーザビームを集光させることによって、この集光点（焦点）において、単結晶構造の半導体ウェーハを改質し、部分的にアモルファスライクな結晶構造を生じさせる。こうした結晶構造の改質は、重金属の捕捉作用が生じる程度、即ち、結晶構造に僅かな歪を生じさせる程度で良い。
以上のように、半導体ウェーハ２の内部の任意の微小領域にレーザビームＱ１を収束させたレーザビームＱ２の集光点（焦点）を設定し、この微小領域の結晶構造を改質することによって、半導体ウェーハ２の任意の微小領域にゲッタリングシンク４を形成することができる。
ゲッタリングシンク４を形成するためのレーザビームは、レーザビームが集光点（焦点）に至るよりも前の光路においては、エピタキシャル層３や半導体ウェーハ２の結晶構造を改質することなく、レーザビームが確実に透過可能な条件とすることが重要である。こうしたレーザビームの照射条件は、半導体材料の基礎物性値である禁制帯（エネルギーバンドギャップ）により決定される。例えば、シリコン半導体の禁制帯は、１．１ｅＶであるため入射波長が１０００ｎｍ以上の場合、透過性が顕著となる。このようにしてレーザビームの波長は、半導体材料の禁制帯を考慮して決定することができる。
レーザビームの発生装置としては、ＹＡＧレーザのような高出力レーザでは、所定の深さ位置だけではなく、その周辺領域にも熱エネルギーが伝達する虞があるため、低出力レーザを用いることが好ましい。低出力レーザとしては、例えば、フェムト秒レーザのような超短パルスレーザが好適である。
この超短パルスレーザは、半導体レーザなどを用いてチタンサファイヤ結晶（固体レーザ結晶）を励起することによって、レーザビームの波長を任意の範囲に設定することができる。超短パルスレーザは、励起レーザビームのパルス幅を１．０×１０−１５フェムト秒以下にすることができるため、その他のレーザと比較して励起によって生じる熱エネルギーの拡散を抑制でき、レーザビームの集光点（焦点）のみに光エネルギーを集中させることができる。
多光子吸収過程により結晶構造を改質して形成したゲッタリングシンク４は、おそらくアモルファスライクな結晶構造になっているものと推定される。このようなアモルファスライクの結晶構造を得るには、レーザビームが集光点（焦点）Ｇを局部的に急速加熱・急速冷却する必要がある。表１に示したような特性を持つ超短パルスレーザは、エネルギー量の小さいレーザであるが、集光用レンズ１１を用い集光することによって、半導体基板２０を局部的に急速加熱するのに十分なエネルギーとなる。レーザビームが集光点（焦点）Ｇの温度は９９００〜１００００Ｋの高温に達する。また、集光されているために入熱範囲が大変狭く、半導体ウェーハ２を載置したステージの移動、あるいはレーザビームの走査によって集光点（焦点）が移動すると、移動前の集光点（焦点）における入熱量は急激に減少し、急速冷却効果が得られる。
また、表１に示した超短パルスレーザのように、波長を１０００ｎｍとすることによって、エピタキシャル層３や半導体ウェーハ２に対する透過性が高められ、エピタキシャル層３などの結晶組織に影響を与えることなく、レーザビームの集光点（焦点）である微小領域だけを改質することができる。この結晶構造の改質部分が半導体基板２のゲッタリングシンク４として好適に利用できる。なお、レーザビームの波長が１２００ｎｍを超えると、長波長領域であるために光子エネルギー（レーザビームエネルギー）が低くくなる。このため、レーザビームを集光させても半導体基板内部の改質に十分な光子エネルギーを得ることができない虞があり、レーザビームの波長は１２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
レーザビームの集光点（焦点）Ｇの位置、すなわち半導体基板２にゲッタリングシンク４を形成する位置は、ステージを上下動させることによって制御できる。なお、ステージを上下動以外にも、集光手段（集光用レンズの）位置を制御することでもレーザビームの集光点（焦点）Ｇの位置を制御できる。
一例として、半導体基板の表面から２μｍの位置を改質してゲッタリングシンク４を形成する場合には、レーザビームの波長を１０８０ｎｍに設定し、透過率が６０％の集光用レンズ（倍率５０倍)を用いて表面から２μｍの位置にレーザビームを結像（集光）させ、多光子吸収過程を生じさせることにより改質部分（ゲッタリングシンク）を形成することができる。
このように、半導体基板２の微小領域の結晶構造を改質して得られるゲッタリングシンク４は、例えば、直径Ｒが５０〜１５０μｍ、厚みＴが１０〜１５０μｍの大きさの円盤状に形成されればよい。また、ゲッタリングシンク４の形成深さＤは、半導体基板２の一面２ａから０．５〜２μｍ程度が好ましい。
それぞれのゲッタリングシンク４は、エピタキシャル基板１に固体撮像素子の形成領域Ｓと重なる位置に少なくとも形成されていればよい。ゲッタリングシンク４は、例えば、形成ピッチＰが０．１〜１０μｍの間隔で形成されればよい。なお、ゲッタリングシンク４は、上述したように間欠的に形成されている以外にも、例えば、半導体基板に対して所定の深さで、半導体基板全体に均一に形成されていてもよい。
図６は、エピタキシャル基板におけるゲッタリングシンクの形成の様子を示した模式図である。ゲッタリングシンク４は、エピタキシャル基板１における固体撮像素子の形成領域の下部にそれぞれ形成されればよい。例えば、レーザビームＱがエピタキシャル基板１の全域に渡って走査されるように、エピタキシャル基板１を周縁部でＹ方向にずらしつつＸ方向に沿って走査させ、レーザビームＱを所定の条件で照射していけば、エピタキシャル基板１の全体にゲッタリングシンク４，４・・を形成することができる。
エピタキシャル基板１の全体おけるゲッタリングシンク４の形成密度は、レーザビームＱの走査ピッチＢによって設定することができる。ゲッタリングシンク４の形成密度は、例えば、１．０×１０５〜１．０×１０７個／ｃｍ２の範囲が好適である。こうしたゲッタリングシンク４の形成密度は、断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による観察で得られた酸素析出物の個数によって検証できる。
以上のように、本発明の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法によれば、エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザビームを入射させ、半導体基板の内部における任意の微小領域にレーザビームを集光させることによって、半導体基板の内部の微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造だけを変化させたゲッタリングシンクを容易に、かつ短時間で形成することが可能になる。
これによって、従来のようにゲッタリングシンクを形成するために、長時間の熱処理が不要となり、固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。また、３００ｍｍウェーハなどに代表される両面研磨基板であっても、半導体基板の内部に容易にゲッタリングシンクを形成することが可能となる。
本発明の実施例として、基板直径が３００ｍｍ、厚さが０．７２５ｍｍのシリコンウェーハに対して、表２に示す条件のレーザビームを照射し、シリコンウェーハの表面から深さ２μｍの位置に、密度１０−６／ｃｍ２の改質部分（ゲッタリングシンク）を形成したシリコンウェーハを作製した。
上述した実施例における改質部分のゲッタリング効果を確認するため、従来の比較例１として、レーザビームを照射しないこと以外は、上述した実施例と同一のシリコンウェーハを用意した。
また、長時間熱処理による酸素析出部を形成したシリコンウェーハのゲッタリング効果と比較するため、従来の比較例２として、１０時間、および２０時間の熱処理を施すこと以外は上述した比較例１と同一のシリコンウェーハを用意した。
また、長時間熱処理による酸素析出部を形成したシリコンウェーハのゲッタリング効果と比較するため、従来の比較例２として、１０時間、および２０時間の熱処理を施すこと以外は上述した比較例１と同一のシリコンウェーハを用意した。
そして、上記した実施例、比較例１、および比較例２の各サンプルについて、ゲッタリング効果を次に示す方法で評価した。
まず、各サンプルを、アンモニア水と過酸化水素水の混合溶液および塩酸と過酸化水素水の混合溶液で洗浄した後、スピンコート汚染法により、重金属であるニッケルで１．０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度表面汚染させた。次に、縦型熱処理炉で１０００℃、１時間、窒素雰囲気中で拡散熱処理を施し、その後、Ｗｒｉｇｈｔ液（４８％ ＨＦ：３０ｍｌ、６９％ ＨＮＯ３：３０ｍｌ、ＣｒＯ３ １ｇ＋Ｈ２Ｏ ２ｍｌ、酢酸：６０ｍｌ）により各サンプルの表面をエッチングした。そして、表面のエッチピット（ニッケルシリサイドがエッチングされて形成されるピット）の個数を光学顕微鏡により観察してエッチピット密度（個／ｃｍ２）を測定することにより、各サンプルのゲッタリング能力を評価した。
まず、各サンプルを、アンモニア水と過酸化水素水の混合溶液および塩酸と過酸化水素水の混合溶液で洗浄した後、スピンコート汚染法により、重金属であるニッケルで１．０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度表面汚染させた。次に、縦型熱処理炉で１０００℃、１時間、窒素雰囲気中で拡散熱処理を施し、その後、Ｗｒｉｇｈｔ液（４８％ ＨＦ：３０ｍｌ、６９％ ＨＮＯ３：３０ｍｌ、ＣｒＯ３ １ｇ＋Ｈ２Ｏ ２ｍｌ、酢酸：６０ｍｌ）により各サンプルの表面をエッチングした。そして、表面のエッチピット（ニッケルシリサイドがエッチングされて形成されるピット）の個数を光学顕微鏡により観察してエッチピット密度（個／ｃｍ２）を測定することにより、各サンプルのゲッタリング能力を評価した。
なお、この方法におけるエッチピット密度の測定限界は１．０×１０３個／ｃｍ２である。ゲッタリング能力の評価は、エッチピット密度が１．０×１０３個／ｃｍ２以下（測定限界以下）を良好、１．０×１０３個／ｃｍ２を超え１．０×１０５個／ｃｍ２未満を可、１．０×１０５個／ｃｍ２以上を不可とした。
また、比較例２に関して、ゲッタリングシンクとなる酸素析出部の形成に必要な時間を次のように評価した。
各サンプルを（１１０）方向でへき開してＷｒｉｇｈｔ液でエッチングした後、へき開面（サンプル断面）を光学顕微鏡することにより酸素析出物の密度（個／ｃｍ２）を観察することで評価した。ゲッタリング能力の評価は、上述した実施例１と同様に、ニッケル元素での表面汚染によるゲッタリング能力評価を実施した。
各サンプルを（１１０）方向でへき開してＷｒｉｇｈｔ液でエッチングした後、へき開面（サンプル断面）を光学顕微鏡することにより酸素析出物の密度（個／ｃｍ２）を観察することで評価した。ゲッタリング能力の評価は、上述した実施例１と同様に、ニッケル元素での表面汚染によるゲッタリング能力評価を実施した。
検証の結果、比較例１ではエッチピット密度が１．０×１０５個／ｃｍ２となり、ゲッタリング効果が認められなかった。
比較例２では、１０時間の熱処理を施したサンプルでは、酸素析出物の密度が１．０×１０４個／ｃｍ２で、エッチピット密度も１．０×１０５個／ｃｍ２と殆どゲッタリング効果が認められなかった。また、２０時間の熱処理を施したサンプルでも、酸素析出物の密度が１．０×１０５個／ｃｍ２で、エッチピット密度は１．０×１０４個／ｃｍ２となり多少のゲッタリング効果が認められるにとどまった。
比較例２では、１０時間の熱処理を施したサンプルでは、酸素析出物の密度が１．０×１０４個／ｃｍ２で、エッチピット密度も１．０×１０５個／ｃｍ２と殆どゲッタリング効果が認められなかった。また、２０時間の熱処理を施したサンプルでも、酸素析出物の密度が１．０×１０５個／ｃｍ２で、エッチピット密度は１．０×１０４個／ｃｍ２となり多少のゲッタリング効果が認められるにとどまった。
これに対し、本発明の実施例では、エッチピット密度が１．０×１０３個／ｃｍ２以下と十分なゲッタリング効果が認められた。
以上の結果から、本発明のように、レーザビームを短時間照射して半導体基板の所定深さ位置だけに多光子吸収過程を生じさせて結晶構造を改質することにより、優れたゲッタリングシンク能力のあるゲッタリングシンクを任意の位置に容易に形成できることを確認された。
以上の結果から、本発明のように、レーザビームを短時間照射して半導体基板の所定深さ位置だけに多光子吸収過程を生じさせて結晶構造を改質することにより、優れたゲッタリングシンク能力のあるゲッタリングシンクを任意の位置に容易に形成できることを確認された。
１ 固体撮像素子用エピタキシャル基板、２ 半導体基板、３ エピタキシャル層、４ ゲッタリングシンク。
Claims (7)
- 半導体基板の一面にエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル基板を形成する工程と、
該エピタキシャル基板に向けて集光手段を介してレーザビームを入射し、前記半導体基板の任意の微小領域に該レーザビームを集光させることにより、該微小領域に多光子吸収過程を生じさせ、該微小領域の結晶構造を変化させたゲッタリングシンクを形成する工程と、
前記エピタキシャル基板を所定の温度でアニールし、前記ゲッタリングシンクに重金属を捕獲させる工程と、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法。 - 前記レーザビームは、前記エピタキシャル基板を透過可能な波長域であり、前記集光手段は、前記半導体基板の厚み方向における任意の位置に、前記レーザビームを集光させることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法。
- 前記レーザビームは、パルス幅１．０×１０−１５〜１．０×１０−８秒、波長３００〜１２００ｎｍの範囲の超短パルスレーザビームであることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法。
- 前記半導体基板は単結晶シリコンからなり、前記ゲッタリングシンクはアモルファス構造のシリコンを含むことを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法。
- 前記ゲッタリングシンクは、前記固体撮像素子の形成領域に重なる位置に形成されることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法。
- 請求項１ないし５いずれ１項に記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板の製造方法により製造された固体撮像素子用エピタキシャル基板であって、
前記ゲッタリングシンクは、少なくとも前記固体撮像素子を成す埋込み型フォトダイオードの形成位置と重なる領域に、直径５０〜１５０μｍ、厚み１０〜１５０μｍの範囲のサイズで設けられてなることを特徴とする固体撮像素子用エピタキシャル基板。 - 前記ゲッタリングシンクは、密度１．０×１０５〜１．０×１０７個／ｃｍ２の範囲で形成されてなることを特徴とする請求項６記載の固体撮像素子用エピタキシャル基板。
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