JP2011054879A - Epitaxial substrate for back-illuminated image sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
Epitaxial substrate for back-illuminated image sensor and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011054879A JP2011054879A JP2009204587A JP2009204587A JP2011054879A JP 2011054879 A JP2011054879 A JP 2011054879A JP 2009204587 A JP2009204587 A JP 2009204587A JP 2009204587 A JP2009204587 A JP 2009204587A JP 2011054879 A JP2011054879 A JP 2011054879A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- image sensor
- forming
- epitaxial
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 238000005247 gettering Methods 0.000 claims abstract description 38
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 39
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 12
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 20
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 16
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 15
- CSJDCSCTVDEHRN-UHFFFAOYSA-N methane;molecular oxygen Chemical compound C.O=O CSJDCSCTVDEHRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 16
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板およびその製造方法に関し、特に、デジタルビデオカメラや携帯電話等に用いられる裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a back-illuminated image sensor epitaxial substrate and a manufacturing method thereof, and more particularly to a back-illuminated image sensor epitaxial substrate used in a digital video camera, a mobile phone, and the like and a manufacturing method thereof.
裏面照射型イメージセンサは、配線層などをセンサ部よりも下層に配置することで、外からの光をセンサに直接取り込み、暗所などでもより鮮明な画像や動画を撮影することができるという点から、近年、広く用いられている。このような裏面照射型イメージセンサを製造する際、半導体基板に、不純物として金属が混入する場合がある。半導体基板に混入した金属は、イメージセンサの暗電流を増加させる要因となり、白傷欠陥と呼ばれる欠陥を生じさせる。 The back-illuminated image sensor has a wiring layer, etc., that is placed below the sensor unit, so that light from outside can be directly taken into the sensor, and clearer images and videos can be taken even in dark places. In recent years, it has been widely used. When manufacturing such a back-illuminated image sensor, a semiconductor may be mixed with metal as an impurity. The metal mixed in the semiconductor substrate increases the dark current of the image sensor and causes a defect called a white defect.
半導体基板に金属が混入する要因は、半導体エピタキシャル基板の形成工程およびイメージセンサの形成工程にある。前者の半導体エピタキシャル基板の形成工程における金属汚染は、エピタキシャル成長炉の構成材からの重金属パーティクルあるいは、塩素系ガスを用いるために、その配管材料が金属腐食して発生する重金属パーティクルによるものであると考えられる。近年、これら金属汚染は、エピタキシャル成長炉の構成材を耐腐食性のある材料に交換するなどの努力により改善されてきてはいるものの、半導体エピタキシャル基板形成工程における金属汚染を完全に回避することは困難である。一方、後者のイメージセンサの形成工程においては、イオン注入、拡散および酸化熱処理等の各処理中で、半導体基板の重金属汚染が懸念される。 The factor that metal is mixed into the semiconductor substrate is in the process of forming the semiconductor epitaxial substrate and the process of forming the image sensor. Metal contamination in the former process for forming a semiconductor epitaxial substrate is considered to be caused by heavy metal particles generated by the metal corrosion of the piping material due to the use of heavy metal particles from the components of the epitaxial growth furnace or chlorine-based gas. It is done. In recent years, these metal contaminations have been improved by efforts such as replacing the components of the epitaxial growth furnace with corrosion-resistant materials, but it is difficult to completely avoid metal contamination in the process of forming a semiconductor epitaxial substrate. It is. On the other hand, in the latter image sensor formation process, there is a concern about heavy metal contamination of the semiconductor substrate during each process such as ion implantation, diffusion, and oxidation heat treatment.
そのため、従来は、半導体基板に、金属を捕獲するためのゲッタリングシンクを形成するか、あるいは高濃度ボロン基板などの金属の捕獲能力(ゲッタリング能力)が高い基板を用いて、半導体基板への金属汚染を回避していた。 Therefore, conventionally, a gettering sink for capturing a metal is formed on a semiconductor substrate, or a substrate having a high metal capture capability (gettering capability) such as a high-concentration boron substrate is used. The metal contamination was avoided.
ここで、半導体基板にゲッタリングシンクを形成するには、半導体基板の内部に酸素析出物を形成するイントリンシックゲッタリング(IG)法、または、半導体基板の裏面にゲッタリングシンクを形成するエキシントリックゲッタリング(EG)法を用いるのが一般的である。しかしながら、上記EG法を用いる場合、裏面にバックサイドダメージなどの損傷を形成することから、半導体エピタキシャル基板またはイメージセンサの形成工程中に、裏面からパーティクルが発生して、イメージセンサにさらなる不良要因を形成してしまうといった問題があった。 Here, in order to form a gettering sink on a semiconductor substrate, an intrinsic gettering (IG) method in which oxygen precipitates are formed inside the semiconductor substrate, or an excinx that forms a gettering sink on the back surface of the semiconductor substrate. The trick gettering (EG) method is generally used. However, when the EG method is used, since damage such as backside damage is formed on the back surface, particles are generated from the back surface during the process of forming the semiconductor epitaxial substrate or the image sensor, which causes further defects in the image sensor. There was a problem of forming.
特許文献1には、上記IG法の一つである炭素イオン注入法を用いて、半導体基板に炭素注入領域を形成した後、イメージセンサの形成工程における熱処理により、ゲッタリングシンクを形成する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique for forming a gettering sink by forming a carbon implantation region in a semiconductor substrate using a carbon ion implantation method, which is one of the IG methods, and then performing a heat treatment in an image sensor formation process. It is disclosed.
しかしながら、この技術は、イメージセンサの形成工程における熱処理によりゲッタリングシンクを形成するものであって、この工程におけるゲッタリング能力が十分でないという問題があった。また、特許文献1では、炭素注入領域が形成された半導体基板に高温の熱処理を施すと、炭素注入で形成された結晶欠陥(結晶格子歪など)が緩和され、ゲッタリングシンクとしての機能が低下するという問題があることから、処理温度に上限が設けられるという問題もあった。 However, this technique forms a gettering sink by heat treatment in the image sensor formation process, and there is a problem that the gettering capability in this process is not sufficient. In Patent Document 1, when a high-temperature heat treatment is performed on a semiconductor substrate in which a carbon implantation region is formed, crystal defects (such as crystal lattice strain) formed by carbon implantation are alleviated and the function as a gettering sink is reduced. There is also a problem that an upper limit is set for the processing temperature.
本発明の目的は、上述した問題を解決し、デバイス工程中、十分なゲッタリング能力を維持することで、金属汚染を抑制し、イメージセンサの白傷欠陥の発生を低減させることができる裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板およびその製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and maintain sufficient gettering capability during the device process, thereby suppressing metal contamination and reducing the occurrence of white defects in the image sensor. An object of the present invention is to provide an epitaxial substrate for a type image sensor and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
(1)炭素濃度が5.0×1015〜10×1016atom/cm3の範囲である炭素添加シリコン基板の表面直下にゲッタリングシンクを形成する工程と、前記炭素添加シリコン基板の表面上に、第1エピタキシャル層を形成する工程と、該第1エピタキシャル層上に、第2エピタキシャル層を形成する工程とを具え、前記ゲッタリングシンクを形成する工程は、前記炭素添加シリコン基板に、600〜1150℃の温度で長時間熱処理を施すことにより、炭素・酸素系析出物領域を形成することを含むことを特徴とする裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板の製造方法。
In order to achieve the above object, the gist of the present invention is as follows.
(1) forming a gettering sink immediately below the surface of the carbon-added silicon substrate having a carbon concentration in the range of 5.0 × 10 15 to 10 × 10 16 atom / cm 3 ; A step of forming a first epitaxial layer; and a step of forming a second epitaxial layer on the first epitaxial layer, wherein the step of forming the gettering sink comprises forming 600 to 1150 on the carbon-added silicon substrate. A method of manufacturing an epitaxial substrate for a backside illuminated image sensor, comprising forming a carbon / oxygen-based precipitate region by performing a heat treatment for a long time at a temperature of ° C.
(2)前記長時間熱処理は、前記炭素添加シリコン基板を0.5〜3℃/分の速度で600℃〜900℃まで加熱し、この状態を20分〜4時間保持する低温熱処理と、その後、3〜5℃/分の速度で1000〜1150℃まで加熱し、この状態を0.5〜4時間保持する高温熱処理とを含む上記(1)に記載の裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板の製造方法。 (2) The long-time heat treatment is performed by heating the carbon-added silicon substrate at a rate of 0.5 to 3 ° C./min to 600 ° C. to 900 ° C. and maintaining this state for 20 minutes to 4 hours, The manufacturing method of the epitaxial substrate for backside illumination type image sensors as described in said (1) including high temperature heat processing which heats to 1000-1150 degreeC at the speed of -5 degreeC / min, and hold | maintains this state for 0.5 to 4 hours.
(3)前記ゲッタリングシンクを形成する工程の後で、かつ前記第1エピタキシャル層を形成する前に、前記炭素添加シリコン基板を研磨および洗浄する工程をさらに具える上記(1)または(2)に記載の裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板の製造方法。 (3) The step (1) or (2) further comprising a step of polishing and cleaning the carbon-added silicon substrate after the step of forming the gettering sink and before forming the first epitaxial layer. A manufacturing method of an epitaxial substrate for back irradiation type image sensors given in 2.
(4)上記(1)、(2)または(3)に記載の裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板の製造方法によって製造される裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板であって、前記炭素・酸素系析出物領域の炭素濃度は、5.0×1015〜10×1016atom/cm3の範囲で、酸素濃度は、1.0×1018〜1.0×1019atom/cm3の範囲であることを特徴とする裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板。 (4) A back-illuminated image sensor epitaxial substrate manufactured by the method for manufacturing a back-illuminated image sensor epitaxial substrate according to (1), (2) or (3) above, wherein the carbon / oxygen-based The carbon concentration in the precipitate region is in the range of 5.0 × 10 15 to 10 × 10 16 atom / cm 3 , and the oxygen concentration is in the range of 1.0 × 10 18 to 1.0 × 10 19 atom / cm 3. An epitaxial substrate for a back-illuminated image sensor.
(5)前記ゲッタリングシンクを形成する工程の後で、かつ前記第1エピタキシャル層を形成する前に、前記炭素・酸素系析出物領域における炭素・酸素系析出物の密度は、1×105〜1×107/cm2である上記(4)に記載の裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板。 (5) After the step of forming the gettering sink and before forming the first epitaxial layer, the density of carbon / oxygen-based precipitates in the carbon / oxygen-based precipitate region is 1 × 10 5 The epitaxial substrate for backside illumination type image sensor according to (4) above, which is ˜1 × 10 7 / cm 2 .
(6)前記第1エピタキシャル層の不純物濃度は、1×1016〜1×1019atom/cm3の範囲である上記(4)または(5)に記載の裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板。 (6) The back-illuminated image sensor epitaxial substrate according to (4) or (5), wherein the impurity concentration of the first epitaxial layer is in the range of 1 × 10 16 to 1 × 10 19 atom / cm 3 .
(7)前記第2エピタキシャル層の不純物濃度は、1×1014〜1×1016atom/cm3の範囲である上記(4)、(5)または(6)に記載の裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板。 (7) The back-illuminated image sensor according to (4), (5), or (6), wherein the impurity concentration of the second epitaxial layer is in the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 16 atom / cm 3. Epitaxial substrate.
本発明によれば、炭素添加シリコン基板に、長時間熱処理を施すことにより、デバイス工程中、十分なゲッタリング能力を維持することで、金属汚染を抑制し、イメージセンサの白傷欠陥の発生を低減させることができる裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, the carbon-added silicon substrate is subjected to heat treatment for a long time, so that sufficient gettering ability is maintained during the device process, thereby suppressing metal contamination and generating white defects in the image sensor. It is possible to provide a back-illuminated image sensor epitaxial substrate that can be reduced and a method for manufacturing the epitaxial substrate.
次に、本発明の裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板およびその製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1(a)〜(c)は、本発明に従う裏面照射型イメージセンサの製造方法を説明するための模式的断面図である。なお、図1は、説明の便宜上、厚さ方向を誇張して描いたものである。 Next, an embodiment of an epitaxial substrate for backside illuminated image sensor and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1A to 1C are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a backside illuminated image sensor according to the present invention. FIG. 1 shows the thickness direction exaggerated for convenience of explanation.
本発明に従う裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板100は、図1(a)〜(c)に示すように、炭素添加シリコン基板1を用意し(図1(a))、その表面直下にゲッタリングシンク2を形成する工程(図1(b))と、炭素添加シリコン基板1の表面上に、第1エピタキシャル層3を形成する工程と、この第1エピタキシャル層3上に、第2エピタキシャル層4を形成する工程(図1(c))とを具え、ゲッタリングシンク2を形成する工程(図1(b))は、炭素添加シリコン基板1に、長時間熱処理を施すことにより、炭素・酸素系析出物領域を形成することを含むことを特徴とし、かかる構成を有することにより、デバイス工程中、十分なゲッタリング能力を維持することで、金属汚染を抑制し、イメージセンサの白傷欠陥の発生を低減させることができる裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板およびその製造方法を提供することができるものである。
As shown in FIGS. 1A to 1C, the back-illuminated image sensor
ここで、上記炭素・酸素系析出物とは、炭素を含有した炭素・酸素複合体(クラスター)である析出物を意味し、また、上記デバイス工程とは、半導体エピタキシャル基板形成工程におけるエピタキシャル層成長工程およびイメージセンサの形成工程を意味する。 Here, the carbon-oxygen-based precipitate means a precipitate that is a carbon-oxygen complex (cluster) containing carbon, and the device process is an epitaxial layer growth in a semiconductor epitaxial substrate forming process. It means a process and a process for forming an image sensor.
炭素添加シリコン基板1の炭素濃度は、5.0×1015〜10×1016atom/cm3の範囲とする。炭素濃度が5.0×1015atom/cm3未満では、ゲッタリングシンク2として作用する炭素・酸素系析出物を十分に形成することができず、一方、炭素濃度が10×1016atom/cm3を超えた場合、炭素・酸素系析出物の1個当たりのサイズが50nm未満となり、十分なゲッタリング能力を保持することができないためである。なお、炭素添加シリコン基板1は、炭素を固溶状態で含むものとすることができる。これにより、シリコン格子中に、シリコンと置換させる形で炭素を導入することができる。炭素の原子半径はシリコン原子と比較して短いため、置換位置に炭素が配位した場合、結晶の応力場は圧縮応力場となり、格子間の酸素および不純物が圧縮応力場に捕獲され易くなる。この置換位置炭素を起点に、所定の熱処理を施すと、転位を伴う酸素との析出物が高密度で発現しやすくなり、炭素添加シリコン基板1に高いゲッタリング効果を付与することができるものである。
The carbon concentration of the carbon-added silicon substrate 1 is in the range of 5.0 × 10 15 to 10 × 10 16 atom / cm 3 . If the carbon concentration is less than 5.0 × 10 15 atom / cm 3 , carbon / oxygen-based precipitates acting as gettering
長時間熱処理は、600〜1150℃の範囲とする。特に、長時間熱処理は、炭素添加シリコン基板1を0.5〜3℃/分の速度で600〜900℃まで加熱し、この状態を20分〜4時間保持する低温熱処理と、その後、3〜5℃/分の速度で1000〜1150℃まで加熱し、この状態を0.5〜4時間保持する高温熱処理とを含むのが好ましい。この処理により、上述したように炭素・酸素系析出物が析出し、炭素添加シリコン基板1に炭素・酸素系析出物領域が形成される。 The long-time heat treatment is in the range of 600 to 1150 ° C. In particular, the long-time heat treatment is performed by heating the carbon-added silicon substrate 1 to 600 to 900 ° C. at a rate of 0.5 to 3 ° C./min and maintaining this state for 20 minutes to 4 hours, and thereafter 3 to 5 ° C. It is preferable to include a high-temperature heat treatment that heats to 1000 to 1150 ° C. at a rate of / min and maintains this state for 0.5 to 4 hours. By this treatment, the carbon / oxygen-based precipitate is deposited as described above, and a carbon / oxygen-based precipitate region is formed on the carbon-added silicon substrate 1.
このようにして形成された炭素・酸素系析出物領域の炭素濃度は、5.0×1015〜10×1016atom/cm3の範囲で、酸素濃度は、1.0×1018〜1.0×1019atom/cm3の範囲である。炭素濃度が5.0×1015atom/cm3未満だと酸素の析出が促進されずに炭素・酸素系析出物の析出密度が低くなり、十分なゲッタリング能力を得ることができなくなる恐れがあり、一方、10×1016atom/cm3を超えると炭素・酸素系析出物の析出密度が高くなり過ぎ、炭素酸素系析出物のサイズが極小となり十分な歪の効果が得られないためにゲッタリング能力が低下する恐れがある。また、酸素濃度が1.0×1018atom/cm3未満だと酸素の析出が抑制されて炭素・酸素系析出物の析出密度が低くなり、十分なゲッタリング能力を得ることができなくなる恐れがあり、一方、酸素濃度が1.0×1019atom/cm3を超えると炭素・酸素系析出物の析出密度が高くなり過ぎ、炭素・酸素系析出物のサイズが増大し、エピタキシャル層へ2次転位が伸展するする恐れがあるためである。 The carbon concentration of the carbon / oxygen-based precipitate region thus formed is in the range of 5.0 × 10 15 to 10 × 10 16 atom / cm 3 , and the oxygen concentration is 1.0 × 10 18 to 1.0 × 10 19 atom. The range is / cm 3 . If the carbon concentration is less than 5.0 × 10 15 atom / cm 3 , the precipitation of oxygen is not promoted and the precipitation density of the carbon / oxygen-based precipitate is lowered, and there is a possibility that sufficient gettering ability cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 10 × 10 16 atom / cm 3 , the density of carbon / oxygen-based precipitates becomes too high, and the size of carbon-oxygen-based precipitates becomes extremely small and sufficient strain effects cannot be obtained. There is a risk that ability will decline. In addition, if the oxygen concentration is less than 1.0 × 10 18 atom / cm 3 , the precipitation of oxygen is suppressed, and the precipitation density of carbon / oxygen-based precipitates is lowered, so that sufficient gettering ability may not be obtained. On the other hand, when the oxygen concentration exceeds 1.0 × 10 19 atom / cm 3 , the density of carbon / oxygen-based precipitates becomes too high, the size of the carbon / oxygen-based precipitates increases, and secondary dislocations enter the epitaxial layer. This is because there is a risk of extension.
また、炭素・酸素系析出物領域における炭素・酸素系析出物の密度は、1×105〜1×107/cm2であるのが好ましい。酸素析出密度を高めることがゲッタリング能力を向上させることに有効であるためである。ただし、酸素析出物の密度が1×107/cm2を超えると、酸素析出物のサイズは減少する傾向にあり、歪エネルギーが緩和されてゲッタリング能力が低下するおそれがある。 The density of carbon / oxygen-based precipitates in the carbon / oxygen-based precipitate region is preferably 1 × 10 5 to 1 × 10 7 / cm 2 . This is because increasing the oxygen precipitation density is effective in improving the gettering ability. However, if the density of the oxygen precipitates exceeds 1 × 10 7 / cm 2 , the size of the oxygen precipitates tends to decrease, and the strain energy may be relaxed and the gettering ability may be reduced.
また、前記ゲッタリングシンクを形成する工程(図1(b))の後で、かつ前記第1エピタキシャル層を形成する工程(図1(c))の前に、炭素添加シリコン基板1を研磨および洗浄する工程をさらに具えるのが好ましい。なお、洗浄方法としては、SC-1およびSC-2を組み合わせたRCA洗浄等が挙げられる。 In addition, after the step of forming the gettering sink (FIG. 1B) and before the step of forming the first epitaxial layer (FIG. 1C), the carbon-added silicon substrate 1 is polished and polished. Preferably, the method further comprises a washing step. In addition, as a washing | cleaning method, the RCA washing | cleaning etc. which combined SC-1 and SC-2 are mentioned.
前記第1エピタキシャル層の不純物濃度は、1×1016〜1×1019atom/cm3の範囲であるのが好ましい。不純物濃度が1×1016atom/cm3未満だと、抵抗が高くなり過ぎるおそれがあり、一方、不純物濃度が1×1019atom/cm3を超えると、格子歪が生じてミスフィット転位が生じるおそれがあるためである。また、添加元素としては、例えばB、P等を用いるのが好ましい。 The impurity concentration of the first epitaxial layer is preferably in the range of 1 × 10 16 to 1 × 10 19 atom / cm 3 . If the impurity concentration is less than 1 × 10 16 atom / cm 3 , the resistance may be too high, while if the impurity concentration exceeds 1 × 10 19 atom / cm 3 , lattice distortion occurs and misfit dislocations occur. This is because it may occur. Moreover, as an additive element, it is preferable to use B, P, etc., for example.
前記第2エピタキシャル層の不純物濃度は、1×1014〜1×1016atom/cm3の範囲であるのが好ましい。不純物濃度が1×1014atom/cm3未満だと、PN接合を形成した際に空間電荷層が第1エピタキシャル層と接触し電気特性に悪影響を与えるおそれがあり、一方、不純物濃度が1×1016atom/cm3を超えると、第1エピタキシャル層と第2エピタキシャル層の界面でミスフット転位を生じるおそれがあるためである。また、添加元素としては、例えばB、P等を用いるのが好ましい。 The impurity concentration of the second epitaxial layer is preferably in the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 16 atom / cm 3 . If the impurity concentration is less than 1 × 10 14 atom / cm 3 , when the PN junction is formed, the space charge layer may come into contact with the first epitaxial layer and adversely affect the electrical characteristics, while the impurity concentration is 1 × This is because if it exceeds 10 16 atom / cm 3 , misfoot dislocation may occur at the interface between the first epitaxial layer and the second epitaxial layer. Moreover, as an additive element, it is preferable to use B, P, etc., for example.
なお、図1は、代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。 FIG. 1 shows examples of typical embodiments, and the present invention is not limited to these embodiments.
次に、本発明に従う裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板をサンプルとして作製し、性能を評価したので、以下で説明する。 Next, an epitaxial substrate for backside illuminated image sensor according to the present invention was prepared as a sample and its performance was evaluated, which will be described below.
(実施例1)
実施例1は、図1に示すように、炭素添加シリコン基板(炭素濃度:1×1016atom/cm3)に、長時間熱処理(1℃/分の速度で900℃まで加熱し、この状態を1時間保持して低温熱処理を行い、その後、3℃/分の速度で1000℃まで加熱し、この状態を1時間保持)を施すことにより、炭素・酸素系析出物領域(炭素濃度:1×1016atom/cm3、酸素濃度:15×1017atom/cm3、炭素・酸素系析出物の密度:1×106/cm2)を形成して炭素添加シリコン基板の表面直下にゲッタリングシンクを形成し、この炭素添加シリコン基板を研磨および洗浄した後、炭素添加シリコン基板の表面上に、第1エピタキシャル層(B添加、B濃度:1×1016atom/cm3)および第2エピタキシャル層(B添加、B濃度:1×1015atom/cm3)を順に形成し、サンプルとなる裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板を得た。
Example 1
In Example 1, as shown in FIG. 1, a carbon-added silicon substrate (carbon concentration: 1 × 10 16 atom / cm 3 ) was heated to 900 ° C. at a rate of 1 ° C./minute for a long time. Is kept for 1 hour and then heat treated at a low temperature, then heated to 1000 ° C. at a rate of 3 ° C./minute, and this state is kept for 1 hour) to give a carbon / oxygen-based precipitate region (carbon concentration: 1 × 10 16 atom / cm 3 , oxygen concentration: 15 × 10 17 atom / cm 3 , carbon / oxygen-based precipitate density: 1 × 10 6 / cm 2 ) to form a getter directly under the surface of the carbon-added silicon substrate After forming the ring sink and polishing and cleaning the carbon-added silicon substrate, the first epitaxial layer (B-added, B concentration: 1 × 10 16 atom / cm 3 ) and the second are formed on the surface of the carbon-added silicon substrate. Epitaxial layers (B addition, B concentration: 1 × 10 15 atom / cm 3 ) were formed in order, and an epitaxial substrate for a back-illuminated image sensor as a sample was obtained. .
(実施例2)
上記長時間熱処理を、炭素添加シリコン基板を3℃/分の速度で850℃まで加熱し、この状態を2時間保持して低温熱処理を行い、その後、5℃/分の速度で1150℃まで加熱し、この状態を2時間保持することにより施したこと以外は、実施例1と同様の工程によりサンプルとなる裏面照射型イメージセンサ用ウェーハを得た。
(Example 2)
In the above long-time heat treatment, the carbon-added silicon substrate is heated to 850 ° C. at a rate of 3 ° C./min, this state is maintained for 2 hours, low-temperature heat treatment is performed, and then heated to 1150 ° C. at a rate of 5 ° C./min. Then, a back-illuminated image sensor wafer as a sample was obtained by the same process as in Example 1 except that this state was maintained for 2 hours.
(実施例3)
上記炭素添加シリコン基板に研磨および洗浄を行わないこと以外は、実施例1と同様の工程によりサンプルとなる裏面照射型イメージセンサ用ウェーハを得た。
(Example 3)
A back-illuminated image sensor wafer serving as a sample was obtained by the same process as in Example 1 except that the carbon-added silicon substrate was not polished and washed.
(実施例4)
P添加、P濃度:1×1016atom/cm3の第1エピタキシャル層を形成したこと以外は、実施例1と同様の工程によりサンプルとなる裏面照射型イメージセンサ用ウェーハを得た。
Example 4
A back-illuminated image sensor wafer serving as a sample was obtained by the same process as in Example 1 except that the first epitaxial layer with P addition and P concentration: 1 × 10 16 atom / cm 3 was formed.
(実施例5)
P添加、P濃度:1×1015atom/cm3の第2エピタキシャル層を形成したこと以外は、実施例1と同様の工程によりサンプルとなる裏面照射型イメージセンサ用ウェーハを得た。
(Example 5)
A back-illuminated image sensor wafer serving as a sample was obtained by the same process as in Example 1 except that the second epitaxial layer with P addition and P concentration: 1 × 10 15 atom / cm 3 was formed.
(比較例1)
炭素濃度が1×1015atom/cm3の炭素添加シリコン基板を用いたこと以外は、実施例1と同様の工程によりサンプルとなる裏面照射型イメージセンサ用ウェーハを得た。
(Comparative Example 1)
A back-illuminated image sensor wafer serving as a sample was obtained by the same process as in Example 1 except that a carbon-added silicon substrate having a carbon concentration of 1 × 10 15 atom / cm 3 was used.
(比較例2)
ノンドープ炭素添加シリコン基板を用いたこと以外は、実施例1と同様の工程によりサンプルとなる裏面照射型イメージセンサ用ウェーハを得た。
(Comparative Example 2)
A back-illuminated image sensor wafer serving as a sample was obtained by the same process as in Example 1 except that a non-doped carbon-added silicon substrate was used.
(比較例3)
上記長時間熱処理を行わないこと以外は、実施例1と同様の工程によりサンプルとなる裏面照射型イメージセンサ用ウェーハを得た。
(Comparative Example 3)
A back-illuminated image sensor wafer serving as a sample was obtained by the same process as in Example 1 except that the heat treatment was not performed for a long time.
(評価)
上記実施例1〜5および比較例1〜3で作製した各サンプルについて、炭素・酸素系析出物領域の炭素濃度、酸素濃度および炭素・酸素系析出物の密度を赤外吸収分光法(FT-IR:フリーエ赤外分光法、変換係数はold ASTM:fc=4.81)により求めた結果、ならびに、金属汚染および白傷欠陥について評価した結果を表1に示す。評価方法は次の通りである。
(Evaluation)
For each of the samples prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, the carbon concentration in the carbon / oxygen-based precipitate region, the oxygen concentration, and the density of the carbon / oxygen-based precipitate were determined by infrared absorption spectroscopy (FT- IR: Furie infrared spectroscopy, transform coefficients old ASTM: f c = 4.81) results obtained by, as well as Table 1 shows the results of evaluating the metal contamination and white defects. The evaluation method is as follows.
(金属汚染)
得られたサンプルについて、スピンコート汚染法により、サンプルの表面をニッケル(1.0×1012atoms/cm2)で汚染させた後、900℃で1時間熱処理を施し、その後、サンプルの表面を選択エッチングすることによりサンプル表面の欠陥密度(個/cm2)を測定し、以下の基準で評価した。
金属汚染なし:0個/cm2未満
金属汚染あり:10個/cm2以上
(Metal contamination)
The obtained sample was contaminated with nickel (1.0 × 10 12 atoms / cm 2 ) by spin coating contamination method, and then heat-treated at 900 ° C. for 1 hour, and then the sample surface was selectively etched. Thus, the defect density (pieces / cm 2 ) on the sample surface was measured and evaluated according to the following criteria.
No metal contamination: Less than 0 / cm 2 Metal contamination: 10 / cm 2 or more
(白傷欠陥)
得られたサンプルを用いて裏面照射型イメージセンサを作製し、その後、この裏面照射型イメージセンサについて、半導体パラメータ解析装置を用いて、フォトダイオードの暗時リーク電流を測定し画素データ(白傷欠陥の個数データ)に変換することで、単位面積(1cm2)辺りの白傷欠陥の個数を測定した。
(White scratch defect)
Using the obtained sample, a back-illuminated image sensor was manufactured, and then, for this back-illuminated image sensor, the dark current leakage of the photodiode was measured using a semiconductor parameter analyzer, and pixel data (white defect) The number of white scratch defects per unit area (1 cm 2 ) was measured.
表1の結果から、実施例1〜5は、比較例1〜3に比べて、金属汚染および白傷欠陥の発生を抑制でき、デバイス工程中、十分なゲッタリング能力を維持していることがわかる。 From the result of Table 1, Examples 1-5 can suppress generation | occurrence | production of metal contamination and a white-scratch defect compared with Comparative Examples 1-3, and maintain sufficient gettering capability during a device process. Recognize.
本発明によれば、炭素添加シリコン基板に、長時間熱処理を施すことにより、デバイス工程中、十分なゲッタリング能力を維持することで、金属汚染を抑制し、イメージセンサの白傷欠陥の発生を低減させることができる裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, the carbon-added silicon substrate is subjected to heat treatment for a long time, so that sufficient gettering ability is maintained during the device process, thereby suppressing metal contamination and generating white defects in the image sensor. It is possible to provide a back-illuminated image sensor epitaxial substrate that can be reduced and a method for manufacturing the epitaxial substrate.
1 炭素添加シリコン基板
2 ゲッタリングシンク
3 第1エピタキシャル層
4 第2エピタキシャル層
100 裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon
Claims (7)
前記炭素添加シリコン基板の表面上に、第1エピタキシャル層を形成する工程と、
該第1エピタキシャル層上に、第2エピタキシャル層を形成する工程と
を具え、
前記ゲッタリングシンクを形成する工程は、前記炭素添加シリコン基板に、600〜1150℃の温度で長時間熱処理を施すことにより、炭素・酸素系析出物領域を形成することを含むことを特徴とする裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板の製造方法。 Forming a gettering sink directly under the surface of the carbon-added silicon substrate having a carbon concentration in the range of 5.0 × 10 15 to 10 × 10 16 atom / cm 3 ;
Forming a first epitaxial layer on the surface of the carbon-added silicon substrate;
Forming a second epitaxial layer on the first epitaxial layer,
The step of forming the gettering sink includes forming a carbon / oxygen-based precipitate region by subjecting the carbon-added silicon substrate to heat treatment at a temperature of 600 to 1150 ° C. for a long time. A method of manufacturing an epitaxial substrate for a backside illuminated image sensor.
前記炭素・酸素系析出物領域の炭素濃度は、5.0×1015〜10×1016atom/cm3の範囲で、酸素濃度は、1.0×1018〜1.0×1019atom/cm3の範囲であることを特徴とする裏面照射型イメージセンサ用エピタキシャル基板。 A backside illuminated image sensor epitaxial substrate manufactured by the method for manufacturing a backside illuminated image sensor epitaxial substrate according to claim 1, 2, or 3,
The carbon concentration in the carbon / oxygen-based precipitate region is in the range of 5.0 × 10 15 to 10 × 10 16 atom / cm 3 , and the oxygen concentration is in the range of 1.0 × 10 18 to 1.0 × 10 19 atom / cm 3 . An epitaxial substrate for a backside illuminated image sensor, characterized in that:
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009204587A JP2011054879A (en) | 2009-09-04 | 2009-09-04 | Epitaxial substrate for back-illuminated image sensor and manufacturing method thereof |
| US12/872,674 US20110049664A1 (en) | 2009-09-01 | 2010-08-31 | Epitaxial substrate for back-illuminated image sensor and manufacturing method thereof |
| TW099129516A TW201133629A (en) | 2009-09-01 | 2010-09-01 | Epitaxy substrate for backside irradiate-type image sensor and fabricating method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009204587A JP2011054879A (en) | 2009-09-04 | 2009-09-04 | Epitaxial substrate for back-illuminated image sensor and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011054879A true JP2011054879A (en) | 2011-03-17 |
Family
ID=43943568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009204587A Withdrawn JP2011054879A (en) | 2009-09-01 | 2009-09-04 | Epitaxial substrate for back-illuminated image sensor and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011054879A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012157162A1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-11-22 | 株式会社Sumco | Method for manufacturing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method for manufacturing solid-state image pickup element |
| JP2014099450A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-29 | Sumco Corp | Method for manufacturing epitaxial silicon wafer, epitaxial silicon wafer, and method for manufacturing solid state image sensor |
| JP2014099451A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-29 | Sumco Corp | Method for manufacturing epitaxial silicon wafer, epitaxial silicon wafer, and method for manufacturing solid state image sensor |
-
2009
- 2009-09-04 JP JP2009204587A patent/JP2011054879A/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012157162A1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-11-22 | 株式会社Sumco | Method for manufacturing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method for manufacturing solid-state image pickup element |
| JP5673811B2 (en) * | 2011-05-13 | 2015-02-18 | 株式会社Sumco | Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and manufacturing method of solid-state imaging device |
| KR20150127740A (en) * | 2011-05-13 | 2015-11-17 | 가부시키가이샤 사무코 | Method for manufacturing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method for manufacturing solid-state image pickup element |
| US9496139B2 (en) | 2011-05-13 | 2016-11-15 | Sumco Corporation | Method of producing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method of producing solid-state image sensing device |
| US9847370B2 (en) | 2011-05-13 | 2017-12-19 | Sumco Corporation | Method of producing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method of producing solid-state image sensing device |
| KR101991882B1 (en) | 2011-05-13 | 2019-06-21 | 가부시키가이샤 사무코 | Method for manufacturing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method for manufacturing solid-state image pickup element |
| JP2014099450A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-29 | Sumco Corp | Method for manufacturing epitaxial silicon wafer, epitaxial silicon wafer, and method for manufacturing solid state image sensor |
| JP2014099451A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-29 | Sumco Corp | Method for manufacturing epitaxial silicon wafer, epitaxial silicon wafer, and method for manufacturing solid state image sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4650493B2 (en) | Semiconductor substrate for solid-state imaging device and method for manufacturing the same | |
| TWI549188B (en) | Method for manufacturing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method for manufacturing solid-state imaging device | |
| TW201246298A (en) | Method for manufacturing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer and method for manufacturing solid state imaging device | |
| JP2012059849A (en) | Silicon epitaxial wafer and manufacturing method thereof | |
| JP2010010615A (en) | Silicon substrate for solid-state imaging element, and method of manufacturing the same | |
| JP2006073580A (en) | Silicon epitaxial wafer and manufacturing method thereof | |
| JP6107068B2 (en) | Epitaxial silicon wafer manufacturing method, epitaxial silicon wafer, and solid-state imaging device manufacturing method | |
| JP6427946B2 (en) | Epitaxial silicon wafer manufacturing method, epitaxial silicon wafer, and solid-state imaging device manufacturing method | |
| JP5439801B2 (en) | Epitaxial wafer and method for manufacturing the same | |
| JP2007273959A (en) | Photodetector and manufacturing method thereof | |
| JP2012138576A (en) | Epitaxial substrate for back side illumination solid-state imaging element and manufacturing method of the same | |
| JP2011054879A (en) | Epitaxial substrate for back-illuminated image sensor and manufacturing method thereof | |
| US20110049664A1 (en) | Epitaxial substrate for back-illuminated image sensor and manufacturing method thereof | |
| CN101989567B (en) | Method for fabricating a semiconductor substrate | |
| JP2011253978A (en) | Epitaxial substrate and its manufacturing method | |
| JP5458599B2 (en) | Epitaxial silicon wafer and manufacturing method thereof | |
| JP5846025B2 (en) | Epitaxial wafer manufacturing method | |
| JP6176593B2 (en) | Silicon wafer manufacturing method | |
| JP2011054763A (en) | Epitaxial substrate for back-illuminated image sensor and manufacturing method thereof | |
| JP6794977B2 (en) | Manufacturing method of epitaxial silicon wafer and epitaxial silicon wafer | |
| WO2014057741A1 (en) | Method for producing silicon epitaxial wafer and solid-state image-pickup element using same | |
| JP2011054734A (en) | Epitaxial substrate for back-illuminated image sensor and manufacturing method thereof | |
| CN101034714A (en) | Light-detecting device and manufacturing method thereof | |
| JP2011086702A (en) | Epitaxial substrate for backside illumination type solid-state image pickup element and method of manufacturing the same | |
| US20120299156A1 (en) | Wafer processing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20121106 |