专利名称：固态图像拾取设备的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种背照式(kick-illuminated)固态图像拾取设备的制造方法。
背景技术：
近年来，为了实现灵敏度更高的固态图像拾取设备，提出了背照式固态图像拾取 设备，在背照式固态图像拾取设备中，与其上形成有布线的前表面相反的背表面用作光入 射侧。使用硅锭晶片的半导体基板、通过在硅半导体基板上形成用于在其上形成光电二极 管的外延层而获得的外延基板、或者SOI基板用作用于在其上形成背照式固态图像拾取设 备的基板。作为使用半导体基板的背照式固态图像拾取设备的制造方法，公开了一种包括以 下步骤的方法在半导体基板的一部分中形成与半导体基板的材料不同的材料的埋层的蚀 刻末端检测部分；检测蚀刻末端检测部分的露出；以及，从而结束减小厚度(参见日本专利 申请公开No. 2005-353996)。具体地讲，首先，将硅氧化物膜从基板的前表面埋入到成像 区和离开外围电路部分的区域中，成像区和离开外围电路部分的区域为半导体基板的一部 分。接着，根据机械抛光处理或者机械抛光处理和CMP处理的组合从基板的背表面对半导 体基板进行抛光，并对其进一步执行等离子体蚀刻处理。然后，检测当硅氧化物膜露出时发 光强度的变化，并结束减小厚度。另外，美国专利申请No. 2006/0006488公开了在形成于基 板上的外延层上形成光电二极管等，并用研磨机研磨基板的相对侧，然后对其执行湿式蚀 刻处理。另外，公开了在半导体基板上形成P+层，在P+层上形成ρ外延层、η外延层等，P+ 层用作蚀刻停止层(参见日本专利申请公开No. 2005-150521)。
发明内容
然而，在传统的背照式固态图像拾取设备的制造方法中，制造工艺的产量和用作 光接收表面的背表面的平坦化不充足。在根据日本专利申请公开No. 2005-353996的固态图像拾取设备的制造方法中， 通过从硅基板的前表面形成开口并将硅氧化物膜埋入到形成的开口中来形成用于检测蚀 刻末端的硅氧化物膜，因此，制造产量低。另外，虽然等离子体蚀刻处理期间的发光强度的 变化被检测，从而检测蚀刻末端，但是由于埋入到硅基板中的硅氧化物膜存在于硅基板的 平面内的有限部分中，所以当硅氧化物膜露出时的发光强度的变化小。因此，检测蚀刻末端 的精度不足。而且，在对硅基板的均勻杂质浓度区进行等离子体蚀刻处理的情况下，蚀刻速 率的部分差异发生在进行等离子体蚀刻处理的表面中，因此，当蚀刻处理结束时的表面平 坦化不足。另外，在根据日本专利申请公开No. 2005-150521的固态图像拾取设备的制造方 法中，形成外延层，因此，制造产量低。此外，在对硅基板进行一湿式蚀刻处理时，如果蚀刻 速率高，则难以获得满意的蚀刻表面的平坦化，从而为了获得满意的平坦化，除了使蚀刻速率变低之外别无选择。因此，难以同时满足制造产量和蚀刻处理结束时的表面平坦化。为了解决传统构造的上述问题，提出本发明，因此，本发明的目的是实现能够获得 优良图像的固态图像拾取设备的廉价制造方法。为了实现以上目的，本发明提供一种固态 图像拾取设备的制造方法，该方法包括从半导体基板的第一表面根据离子注入方法在半 导体基板中形成第一导电类型的第一半导体区的步骤；在第一半导体区和半导体基板的第 一表面之间形成多个光电转换区的步骤；通过从半导体基板的第二表面对半导体基板进行 抛光的第一移除步骤；和在第一移除步骤之后通过以比第一移除步骤的速度低的速度从半 导体基板的第二表面减小半导体基板的厚度的第二移除步骤，其中，至少在第一半导体区 露出之前继续第二移除步骤。根据本发明的固态图像拾取设备的制造方法，可提供一种能够提高制造产量并能 够提高半导体基板的用作光入射侧的背表面的平坦化的固态图像拾取设备的制造方法。根据以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
图1A、图IB和图IC是每个示出根据本发明的固态图像拾取设备的制造方法的实 施例的制造处理视图。图2D、图2E和图2F是每个示出根据本发明的固态图像拾取设备的制造方法的实 施例的制造处理视图。图3G、图3H和图31是每个示出根据本发明的固态图像拾取设备的制造方法的实 施例的制造处理视图。图4是示出应用根据本发明的固态图像拾取设备的成像系统的概念图。
具体实施例方式现在将根据附图对本发明的优选实施例进行详细描述。以下，参照图IA至图4对本发明的实施例进行描述。(第一实施例)图IA至图IC是每个示出根据本发明的固态图像拾取设备的制造方法的实施例的 制造处理视图。在图IA中，根据离子注入方法将第一导电类型的高浓度杂质离子注入到具有第 一导电类型的半导体基板中，从而在其中形成第一导电类型的第一半导体区，第一半导体 区在从半导体基板的第一表面(前表面)起的预先确定的深度处被均勻高度掺杂。半导体 基板10由例如P型硅形成，第一导电类型的高浓度第一半导体区11为P+型半导体区。P+ 型第一半导体区11是通过将硼(B)离子注入到半导体基板的整个表面中而形成的。关于 离子注入条件，剂量设为IX 1014cnT2，加速能量设为3. 4MeV。关于离子注入条件的范围，剂 量可以是2 X IO11 1 X IO14CnT2 (包括端值)，加速能量可以是2. 0 3. 4MeV (包括端值)。 当在这些注入条件下将离子注入到半导体基板中时，可优化光电转换区12在光入射方向 上的厚度，光电转换区12根据入射光产生电荷。为了在随后将通过减小半导体基板的厚度 来执行的移除步骤中增强处理表面的平坦化，特别有效的是将离子注入到半导体基板的整 个表面中。另外，根据离子注入方法，依赖于离子注入条件可控地形成厚度方向上的杂质浓度分布，因此，为了在随后将通过减小半导体基板的厚度来执行的移除步骤中增强处理表 面的平坦化，离子注入方法特别有效。光电转换区12为例如光电二极管。在上述注入条件 下，形成高浓度第一半导体区(P+型半导体区)11，以使其中心在距离半导体基板10的第一 表面约2. 8 4. 3 μ m的深度处。光电转换区12被形成为与第一导电类型相反的第二导电 类型的η型半导体区，并累积电子。光电转换区12形成在高浓度第一半导体区11和半导 体基板10的第一表面之间。应该指出，假设第一导电类型为ρ型，假设第二导电类型为η 型，但是导电类型可相反。在这种情况下，高浓度第一半导体区为η+型，第二导电类型的光 电转换区为P型。在形成η+型半导体区时，考虑光电转换区12的深度适当地选择离子注 入条件，例如剂量和加速能量。鉴于以下事实控制光电转换区12的厚度。也就是说，当厚 度过小时，灵敏度或电荷的饱和量降低，而当厚度过大时，用于晶体管的高工作电压是必须 的以充分地传送在光电转换区12中产生的电荷，也就是说，固态图像拾取设备所消耗的电 力变得较高。应该指出，在上述示例中，关于基板形成，将离子注入到半导体基板中，从而形 成高浓度第一半导体区，但是可采用可供选择的形成方法。根据第一可选方法，在第一导电 类型的半导体基板上形成作为第一导电类型的高浓度第一半导体区的外延层，并在其上形 成作为杂质浓度比第一半导体区的杂质浓度低的或者导电类型与第一半导体区的导电类 型不同的第二半导体区的另一个外延层。根据第二可选方法，在第一导电类型的半导体基 板内部形成作为第一导电类型的高浓度第一半导体区的离子注入层，并在其上形成作为杂 质浓度比第一半导体区的杂质浓度低的或者导电类型与第一半导体区的导电类型不同的 第二半导体区的外延层。作为第二半导体区的外延层可被形成为具有均勻的杂质浓度，或 者可被形成为具有随着外延层的生长而变低的杂质浓度。在使用外延层的情况下，其生长 表面对应于第一表面，并在形成于半导体基板上的外延层上形成光电转换区。根据上述各种形成方法制备包括第一导电类型的高浓度杂质区的基板，然后制造 处理进行到形成构成电路的光电转换区的后一步骤。以下，给出制造使用图IA所示的半导 体基板10的固态图像拾取设备的方法的描述。在制备基板之后，如图IB所示，在半导体基板10中形成包括光电转换区12的电 路。包括光电转换区的电路包括光电转换区12、浮置扩散区14、转移晶体管Tr、放大晶体管 (未显示)和重置晶体管(未显示)。另外，元件隔离层15被形成为使光电转换区12与其 它光电转换区隔离。转移晶体管Tr通过栅电极13的电压的控制将电荷从光电转换区12 转移到浮置扩散区14。光电转换区12包括与第一导电类型相反的第二导电类型的η型半 导体区。由于暗电流可被抑制，所以希望在光电转换区12的第一表面侧形成与光电转换区 12的导电类型相反的导电类型的半导体区。接着，如图IC所示，在半导体基板10的第一表面(前表面)上形成布线层20，并 执行氢烧结处理。氢烧结处理改进了作为半导体基板10的硅基板的前表面和绝缘膜之间 的界面状态，还改进了硅基板和由铝等形成的金属布线之间的电接触，这使得能够获得优 良的图像。接着，如图2D所示，将支撑基板30接合到布线层20。然后，为了随后的对半导体 基板10进行抛光的步骤，将基板上下翻转，以使得支撑基板面向下。接着，如图2Ε所示，通过根据机械抛光(MP)处理或化学机械抛光(CMP)处理减小 半导体基板10的厚度来执行第一移除步骤。半导体基板10的第二表面(背表面)与第一表面相对，在图2E中面向上。为了留下4.3 μ m(与第一导电类型的高浓度第一半导体区11 的深度和后面的第二移除步骤中将移除的膜厚度相应)，执行第一移除步骤，以使得半导体 基板10的厚度变为5 μ m 6 μ m。在预先测量移除步骤之前半导体基板10的厚度的情况 下，通过控制抛光设备的位移量和抛光时间长度来执行抛光。如果在抛光时间长度固定的 情况下执行第一移除步骤，则可使第一移除步骤简化。由于提高制造处理的产量的原因，第 一移除步骤中的处理速度比其后将执行的第二移除步骤中的处理速度高。接着，如图2F所示，以第一导电类型的高浓度第一半导体区11用作蚀刻停止物， 通过根据涡电流CMP处理减小半导体基板10的厚度来执行第二移除步骤。在涡电流CMP 处理中，根据与半导体基板10中所包含的杂质的浓度相应的电阻率的变化检测移除步骤 中的蚀刻末端。在以第一导电类型的高浓度离子注入的第一半导体区11用作蚀刻停止物 执行涡电流CMP处理的情况下，能以高精度控制半导体基板10的厚度。此外，可根据涡电 流CMP处理形成具有满意的平坦化的半导体基板。因此，在半导体基板10的整个区域上， 从半导体基板10的背表面起，光电转换区12在厚度方向上的形成区域变得均一。根据日 本专利申请公开No. 2005-353996中所公开的方法(在该方法中，基于形成于硅基板的一部 分中的埋层检测蚀刻末端，从而结束蚀刻处理)，蚀刻表面(用作光入射侧的背表面)的平 坦化被削弱，并且硅基板的平面内的厚度发生波动。在平面内距离半导体基板的布线层的 均一深度处形成光电转换区，并且如果用作光入射侧的背表面的平坦化被削弱，则在平面 内距离背表面的光电转换区的深度不同，这从而引起平面内的灵敏度波动。因此，为了抑制 平面内的特性波动和获得优良的图像质量，有效的是使用第一导电类型的高浓度第一半导 体区11作为蚀刻停止物。另外，第一导电类型的高浓度第一半导体区11用作反转表面层， 其用于防止光电转换区12的端部在半导体基板的第二表面(背表面)上露出，因此，可减 小暗电流。为了使第一半导体区11用作反转表面层，将第一导电类型的高浓度第一半导体 区的杂质浓度控制为IO17 102°cm_3(包括端值)，当减小半导体基板的厚度的第二移除步 骤结束时第一导电类型的高浓度第一半导体区露出。接着，如图3G所示，执行氢烧结处理。结果，可改进第二移除步骤之后的第一导电 类型的高浓度第一半导体区11的露出表面的界面状态。因此，可进一步减小将作为噪声源 的电荷对光电转换区的影响。接着，如图3H所示，在其厚度减小的半导体基板10的背表面上形成钝化膜41，并 在其上提供滤色器42和微透镜43，从而形成固态图像拾取设备1。钝化膜41由硅氮化物 膜或硅氧化物膜形成。滤色器由与每一个光电转换区12相应的颜色的材料形成。而且，如图31所示，将透明盖构件2安装到图3H所示的固态图像拾取设备，从而 封装光接收区50。如上所述，多次对半导体基板执行移除步骤。因此，可同时改进制造处理的产量和 半导体基板在移除步骤之后的平坦化，这能实现能够获得优良图像的固态图像拾取设备。(第二实施例)接着，对第二实施例进行描述。本实施例与第一实施例的不同之处在于根据蚀刻 处理执行图2F所示的第二移除步骤。采用干式蚀刻处理或湿式蚀刻处理作为蚀刻处理。用于干式蚀刻处理的蚀刻气体的示例包括CF4、SF6, NF3> SiF4, BF3> XeF2, ClF3和SiCl40与第一实施例中的涡电流CMP处理类似地，在干式蚀刻处理中，也使用第一导电类 型的高浓度第一半导体区11作为蚀刻停止物，以使得以高精度控制半导体基板10的厚度， 并提高其平坦化，在第一导电类型的高浓度第一半导体区11中，半导体基板10的杂质浓度变化。另外，湿式蚀刻处理为碱性湿式蚀刻处理。用于其的蚀刻溶液的示例包括 TMAH(羟化四甲铵)；KOH(氢氧化钾)、水和IPA (异丙醇)的混合溶液；和EPW(乙二胺邻苯 二酚水)。所有蚀刻剂具有低浓度P型硅和高浓度P型硅之间的蚀刻选择性，并且第一导电 类型的高浓度第一半导体区11用作硅基板的蚀刻处理中的蚀刻停止物，以使得以高精度 控制半导体基板10的厚度。因此，半导体基板的平坦化令人满意。每种蚀刻剂在80°C时 的P_对p+(p_/p+)的蚀刻比对于TMAH约为10，对于Κ0Η、水和IPA的混合溶液约为200，对 于EPW约为1000，因此，在使用EPW的情况下，以最高精度控制半导体基板10的厚度。为了 使第一导电类型的高浓度第一半导体区用作反转表面层，将第一导电类型的高浓度第一半 导体区的杂质浓度控制为IO17 102°cm_3(包括端值)，当减小半导体基板的厚度的第二移 除步骤结束时第一导电类型的高浓度第一半导体区露出。(第三实施例)接着，对第三实施例进行描述。本实施例与第一实施例的不同之处在于根据 PACE (等离子体辅助化学蚀刻)处理执行图2F所示的第二移除步骤。PACE处理为在用等离子体气体局部蚀刻半导体基板的表面的同时使半导体基板 平坦化的处理。因此，以高精度控制半导体基板10的厚度，并且其平坦化是令人满意的，这 从而能获得优良的图像。为了使第一导电类型的高浓度第一半导体区用作反转表面层，将 第一导电类型的高浓度第一半导体区的杂质浓度控制为IOw IO19CnT3 (包括端值)，当减 小半导体基板的厚度的第二移除步骤结束时第一导电类型的高浓度第一半导体区露出。(第四实施例)接着，在图4中示出应用根据本发明的固态图像拾取设备的成像系统的示例。如图4所示，成像系统90主要包括光学系统、成像设备86和信号处理单元。光学 系统主要包括快门91、成像透镜92和光圈93。成像设备86包括固态图像拾取设备1。信 号处理单元主要包括成像信号处理电路95、A/D转换器96、图像信号处理电路97、存储器单 元87、外部I/F单元89、定时发生器98、总体控制和算术运算单元99、记录介质88和控制 记录介质的I/F单元94。应该指出，信号处理单元不必包括记录介质88。快门91置于成像透镜92在光路上的近侧，并且控制曝光。成像透镜92使入射光折射，并在成像设备86的固态图像拾取设备1的成像平面 上形成被摄体图像。光圈93在光路上置于成像透镜92和固态图像拾取设备1之间，并且调整穿过成 像透镜92、然后被引导到固态图像拾取设备1的光的量。成像设备86的固态图像拾取设备1将形成于固态图像拾取设备1的成像平面上 的被摄体图像转换为图像信号。成像设备86从固态图像拾取设备1读出图像信号，并输出 读出的图像信号。成像信号处理电路95连接至成像设备86，对从成像设备86输出的图像信号进行处理。
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A/D转换器96连接至成像信号处理电路95，将从成像信号处理电路95输出的经 处理的图像信号(模拟信号)转换为数字信号。图像信号处理电路97连接至A/D转换器96，对从A/D转换器96输出的图像信号 (数字信号)执行各种算术运算，例如校正，从而产生图像数据。产生的图像数据提供给存 储器单元87、外部I/F单元89、总体控制和算术运算单元99和控制记录介质的I/F单元 94。存储器单元87连接至图像信号处理电路97，并且存储从图像信号处理电路97输 出的图像数据。外部I/F单元89连接至图像信号处理电路97。通过这种构造，从图像信号处理电 路97输出的图像数据通过外部I/F单元89传送到外部装置(个人计算机等)。定时发生器98连接至成像设备86、成像信号处理电路95、A/D转换器96和图像 信号处理电路97。通过这种构造，定时发生器98将定时信号提供给成像设备86、成像信号 处理电路95、A/D转换器96和图像信号处理电路97。此外，成像设备86、成像信号处理电 路95、A/D转换器96和图像信号处理电路97各自与定时信号同步地工作。总体控制和算术运算单元99连接至定时发生器98、图像信号处理电路97和控制 记录介质的I/F单元94，并对定时发生器98、图像信号处理电路97和控制记录介质的I/F 单元94进行总控制。记录介质88可拆卸地连接至控制记录介质的I/F单元94。通过这种构造，通过控 制记录介质的I/F单元94将从图像信号处理电路97输出的图像数据记录在记录介质88 中。通过上述构造，当可在固态图像拾取设备1中获得优良的图像信号时，还可获得 优良的图像(图像数据)。尽管已参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应该理解本发明不限于所公 开的示例性实施例。应该赋予权利要求的范围以最宽泛的解释以涵盖所有这样的变型及等 同的结构和功能。
权利要求
1.一种固态图像拾取设备的制造方法，包括根据离子注入方法从半导体基板的第一表面侧在半导体基板中形成第一导电类型的 第一半导体区的步骤；在第一半导体区和所述半导体基板的第一表面之间形成多个光电转换区的步骤； 从所述半导体基板的第二表面侧对半导体基板进行抛光的第一移除步骤；以及 在第一移除步骤之后，以比第一移除步骤的速度低的速度从所述半导体基板的第二表 面侧减小所述半导体基板的厚度的第二移除步骤，其中，至少在第一半导体区露出之前，继续第二移除步骤。
2.根据权利要求1所述的制造方法，还包括至少在形成多个光电转换区的步骤之前，在第一半导体区和半导体基板中的第二表面 之间形成第二半导体区的步骤，第二半导体区的杂质浓度低于第一半导体区的杂质浓度， 或者第二半导体区的导电类型不同于第一导电类型。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，执行第二移除步骤以露出作为被布置在半导体基板的与第一表面侧相反的一侧的反 转表面层的第一半导体区，所述多个光电转换区中的每一个布置在第一表面侧。
4.根据权利要求1所述的制造方法，还包括在第二移除步骤之后，对第一半导体区露出的区域进行氢烧结处理的步骤。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在剂量为2 X IO11cm-2 IX IO14CnT2且加速能量为2. OMeV 3. 4MeV的条件下按照离 子注入方法进行形成第一半导体区的步骤。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其中，进行第二移除步骤，以使得露出的第一半导体区包含IO17CnT3 102°cm_3的杂质浓度。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其中，根据机械抛光或化学机械抛光处理进行第一移除步骤。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其中，根据涡电流化学机械抛光处理进行第二移除步骤。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其中， 根据干式或湿式蚀刻处理进行第二移除步骤。
10.根据权利要求1所述的制造方法，其中，根据等离子体辅助化学蚀刻处理进行第二移除步骤。
全文摘要
本发明涉及一种固态图像拾取设备的制造方法，包括根据离子注入方法从半导体基板的第一表面在半导体基板中形成第一导电类型的第一半导体区的步骤；在第一半导体区和半导体基板的第一表面之间形成多个光电转换区的步骤；通过从半导体基板的第二表面对半导体基板进行抛光的第一移除步骤；在第一移除步骤之后，通过以比第一移除步骤的速度低的速度从半导体基板的第二表面减小半导体基板的厚度的第二移除步骤，其中，直到第一半导体区露出之前，继续第二移除步骤。
文档编号H04N5/335GK102088026SQ20101057014
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月7日
发明者岩田旬史, 市川武史 申请人:佳能株式会社