固体摄像装置的制造方法

专利名称：固体摄像装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及固体摄像装置的制造方法。
背景技术：
相对于以往的表面照射型图像传感器，除了扩大开口面积之外还能够完全排除因 在布线层等的反射(即遮光)而引起的灵敏度下降的背面照射型图像传感器技术受到了关 注。这里，所谓表面照射型是指相对光电转换区域在光入射侧形成布线层的图像传感器。另 外，所谓背面照射型是指相对于光电转换区域在与光入射侧相反侧形成布线层的图像传感 器。 图像传感器的制造方法存在多种。该制造方法一般来说重要的是在完成状态下形 成光电转换区域。 例如，在光电转换区域的表面不具有刮痕或瑕疵等物理性的缺陷。另外，在光电转 换区域不具有金属污染。并且，能够确保灵敏度、传输特性等摄影特性。换而言之，就是形 成理想的潜在轮廓。 另外，作为背面照射型图像传感器所特有的要件，是使在入射面侧形成的孔累积 层(HAD :Hole-Acc咖ulation Diode)均匀地形成。并且，使光电转换区域的宽度、即硅活性 层的厚度被均匀地形成。 作为满足上述事项的制造方法之一，提出了使用SOI (Silicon Onlnsulator :硅绝 缘体)基板的制造方法(例如，参考专利文献1)。 在将上述SOI基板应用在图像传感器的制造方法中，由于SOI基板的价格较高，因 此图像传感器的价格变高。 另外，在构成S0I结构的基础上，形成被称为B0X层的氧化硅层是不可欠缺的。因 此，由于存在与硅基板热膨胀系数不同的氧化硅层，以致于高温工序处理时硅基板的变化 (例如翘曲)增加，活性层中的结晶性恶化并且温度控制性下降。 上述高温处理时主要是通过离子注入法导入的离子种的活化(退火)处理时以及 以活性层的累积增加为目的外延生长时等。 例如，在以往应用的炉式热处理中，在硅基板和氧化硅层的材料间的热膨胀系数 差其主要作用，导致以产生滑线(Slip line)为首的结晶性的恶化。 另一方面，在伴随元件的微细化并为了克服混杂物的再分布而普及的灯加热方式 (即RTA方式)的热处理中，通过红外线的辐射和在硅基板中的吸收(热转换)进行基板的 加热。在这样方式的热处理中，不仅对于加热机构，对于温度控制(放射温度计)也会导致 不稳定性。 另外，在SOI基板中，由于存在上述氧化硅层(BOX层)，氧化硅层针对排除硅活性 层中的金属污染(例如吸除)成为障碍，妨碍了吸除效果。如上所述，氧化硅层给予了较大 的限制，难以抑制暗电流/白点。 所谓上述吸除技术是以下技术使吸收金属污染种的状态形成在硅基板中并且对元件的动作不产生影响的活性层外的区域，确保元件部的洁净度并得到希望的特性。
作为一般的事例并且与本申请关联性高的技术，存在内吸除(IG:Intrinsic Gettering)法。 在内吸除法中，为了形成无缺陷的区域(DZ层De皿ded Zone,洁净区)层，需要从 形成内吸除层的区域强制分离lOym，该区域成为无缺陷的区域。 在当前的SOI基板的硅(活性)层中，在结构上难以得到该状态，并且在得到的情 况下会损害作为SOI基板的优势地位(降低寄生电容等)，因而是不现实的。
并且，当在基底基板上具有吸除作用的情况下，由于氧化硅层(BOX层)明显地抑 制混杂物的扩散，因此难以降低活性层区域中的混杂物。 另一方面，在智能剥离(smartcut)基板中，由于工序中产生异物，因此导致SOI部
产生缺陷，在与支撑基板的贴合后的工序中导致金属污染(布线材料)。 首先说明智能剥离法。 如图8的(1)所示，准备硅基板111。 接着，如图8的(2)所示，氧化所述硅基板111的周围并形成氧化硅层112。
接着，如图8的(3)所示，通过离子注入法向上述硅基板111中注入氢离子，并形 成分离层113。 接着，如图8的(4)所示，在所述硅基板111上隔着氧化硅层112贴合支撑基板 121。在上述支撑基板121中，例如使用硅基板。另外，支撑基板121被贴合在接近所述分 离层113侧的表面。 例如，如图8的(5)所示，残留从上述分离层113贴合在支撑基板121侧的、上述 硅基板111构成的硅层114，将上述硅基板111从上述分离层113剥离。
其结果是，如图8的(6)所示，完成在支撑基板121上隔着氧化硅层112形成硅层 114的SOI基板110。 在上述智能剥离法中，例如图9的(1)所示，在离子注入时，当在形成在硅基板lll 的氧化硅层112表面上载有异物131的情况下，该异物131成为离子注入掩模。因此，在对 存在异物区域进行投影的硅基板lll中，存在没被注入氢离子的区域。因此，产生形成在硅 基板111中的没被形成分离层113的区域133。 在这样的状态下，如图9的(2)所示，在硅基板111上隔着氧化硅层112贴合基底 基板121，在上述分离层113上剥离硅基板111 (未图示)。于是，在没被形成分离层113的 区域133不能残留硅层114，所述硅层114在基底基板121侧隔着硅层112而由应该残留的 硅基板lll构成。即，该区域的硅层114(未图示)在被剥离的硅基板lll(未图示)侧成 为一体地被剥离。并且，甚至该部分的氧化硅层112也被剥离。并且，在基底基板121侧的 硅层114与硅基板111侧为一体而形成被剥离的部分空间115。 另外，例如图10的(1)所示，当在硅基板111上隔着氧化硅层112贴合基底基板 121时，有时在氧化硅层112和基底基板121之间会混入异物131。上述硅基板111通过向 硅基板111中注入离子而预先形成分离层113。 并且，如图10的(2)所示，当在上述分离层113剥离上述硅基板111(未图示)时， 在基底基板121侧残留着隔着氧化硅层112而应该残留的、硅基板111构成的硅层114。此 时，在存在有异物131 (参考所述图10的(l))的区域中，由于氧化硅层112和基底基板121的粘着性变弱，粘着性变弱的区域的硅层114(未图示)在被剥离的硅基板111 (未图示) 侧一体地被剥离。并且，在基底基板121侧的硅层114形成与硅基板111侧成为一体而被 剥离的部分空间115。 下面说明使用如上所述形成的SOI基板形成固体摄像装置(图像传感器)的情 况。该制造方法是在记载于专利文献1的制造方法中应用智能剥离法的制造方法。
例如，如图11的(1)所示，在SOI基板101的硅层114上形成光电转换部141、晶 体管元件142等。并且，形成包含布线层(未图示)的绝缘层143。并且，在上述绝缘层143 表面贴合支撑基板151。 接着，如图11的(2)所示，通过磨削和药液处理(例如基于氟硝酸而进行的蚀刻) 除去上述SOI基板101的基底基板121 (用双点划线示出)。此时，在未被形成氧化硅层112 的一部分的区域中，在该部分进行蚀刻。其结果是，甚至硅层114也被蚀刻除去。S卩，氧化硅 层112被部分地除去，由于不能发挥蚀刻阻隔物的功能，因此上述硅层114也进行了蚀刻。
另外，在基于氟硝酸而进行的蚀刻中，硅(例如单晶硅)构成的基底基板121的蚀 刻速率由于是氧化硅层112的蚀刻速率的大约165倍，因此氧化硅层112成为了蚀刻阻隔 物。 并且，如图12所示，如上述说明的那样，在硅层114的蚀刻进行区域中，形成在上 述绝缘层143中的布线层144的布线145、连接插销146等被蚀刻种腐蚀，布线层144的所 有区域被腐蚀并被蚀刻。 因此，当在记载于所述专利文献1的制造方法中采用了智能剥离法的情况下，伴 随着如下担忧布线材料的金属种(铝或者铜等)的污染波及设备/线、以及导致更广范围 的质量异常。 另外，使用智能剥离法形成了 SOI基板后，采用该SOI基板在SOI基板的硅层上形 成光电转换部、传输栅极(y—卜)等，并且在该上层上形成布线层。并且，在布线层侧贴 合支撑基板后，对SOI基板的硅基板侧通过磨削、抛光以及蚀刻等除去，并且通过蚀刻除去 SOI基板的氧化硅。在通过这样的制造方法形成的图像传感器元件中，通过由于上述氧化硅 层的缺陷而产生的腐蚀，仅该芯片为有缺陷的。 因上述异物而导致的现象是由智能剥离法无法摆脱的课题，虽然其改善是可能 的，但是使其完全没有在本质上是不可能的。
现有技术文献
专利文献 专利文献1 :日本专利文献特开2007-13089号公报。

发明内容
想要解决的问题在于由于使用SOI而需要成本、并且智能剥离法受到异物的影 响。 本发明能够提供一种不依赖于SOI基板并解决因智能剥离法的异物而导致的问 题的背面照射型的固体摄像装置。 本发明的固体摄像装置的制造方法，包括在硅基板上形成硅外延生长层的步骤； 在所述硅外延生长层上形成光电转换部、传输栅极以及周边电路部，并在所述硅外延生长层上形成布线层的步骤；在所述硅外延生长层侧的所述硅基板中形成分离层的步骤；在所 述布线层上形成支撑基板的步骤；以及从所述分离层剥离所述硅基板并在所述支撑基板侧 残留由所述硅基板的一部分构成的硅层的步骤。 在本发明的固体摄像装置的制造方法中，由于使用了在硅基板上形成有硅外延生 长层的基板，因此不依赖于SOI基板。另外，在硅外延生长层上形成布线层后，在硅基板中 形成分离层，并在布线层上形成支撑基板。因此，即使在布线层上载有异物，也不会由于在 硅基板剥离时由于异物的影响而将硅基板与硅外延生长层一起被剥离。 本发明的固体摄像装置的制造方法由于不依赖于昂贵的SOI基板，因此能够以低 成本制造。另外，由于在硅基板剥离时不受异物的影响，因此存在能够以高成品率制造高质 量的固体摄像装置的优点。


图1是表示本发明一个实施方式的固体摄像装置的制造方法的一个例子的制造 工序截面图； 图2是表示本发明的固体摄像装置的制造方法的比较例的制造工序截面图；
图3是表示本发明的固体摄像装置的制造方法的变形例1、变形例2的平面设计 图； 图4是表示本发明的固体摄像装置的制造方法的变形例3的制造工序截面图； 图5是各种元素的投影范围和注入能量的关系图； 图6是表示背面照射型CMOS图像传感器的简略的立体截面图； 图7是示出摄像装置的一个例子作为在本发明的制造方法中形成的固体摄像装
置的应用例的框图； 图8是示出智能剥离法的制造方法的制造工序截面图；
图9是示出智能剥离法的问题点的制造工序截面图；
图10是示出智能剥离法的问题点的制造工序截面图； 图11是在记载在专利文献1的制造方法中应用智能剥离法的制造工序的截面 图； 图12是示出应用了智能剥离法的制造方法的问题点的概略结构截面图；
具体实施例方式
下面，对用于实施发明的最佳方式(下面成为实施方式)进行说明。
〈1. 一个实施方式>[固体摄像装置的制造方法的一个例子] 通过图1的制造工序截面图对本发明的一个实施方式的固体摄像装置的制造方
法的一个例子进行说明。[硅外延生长层的形成] 如图1的(1)所示，准备了实施外延处理后的表面被进行了镜面加工的硅基板ll。
接着，在上述硅基板11上形成硅外延生长层12。 上述外延生长例如将基板温度设为IIO(TC ，例如形成大约8 ii m的硅外延生长层。该硅外延生长层12的膜厚能够适当地进行选择。 例如，为了在上述硅外延生长层12形成光电转换部，则至少需要3 m以上的厚 度。特别是为了形成对长波长灵敏的光电转换部则需要6 m左右的硅层的膜厚，因此通过 将上述硅外延生长层12形成为6 m 8 m左右的厚度，由此能够形成对长波长灵敏的光 电转化部。 在用于上述硅外延生长的硅原料气体上可使用四氯硅烷(SiCl》、三氯硅烷 (SiHCl3)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、甲硅烷(SiH4)等通常在半导体工序中使用的材料。例如使 用三氯硅烷(SiHCl3)和二氯硅烷(SiH2Cl2)。 作为上述外延生长条件可以是常压CVD法、减压CVD法中的任一种，生长温度设为
满足结晶性和生产性的范围。[光电转换部等的形成] 接着，如图1的(2)所示那样，在上述硅外延生长层12形成光电转换部21、传输栅 极23、以及周边电路部(未图示)。 接着，在上述硅外延生长层12上形成布线层31。上述布线层31例如包括布线32 和包裹该布线32的层间绝缘膜33。 并且使上述层间绝缘膜33的表面平坦化。该平坦化例如通过化学的机械抛光进 行。 由此，使上述层间绝缘膜33的表面成为适于与支撑基板贴合的表面状态。另外， 可以在上述层间绝缘膜33上形成如上所述的被平坦化的保护膜(未图示)。
[分离层的形成] 接着，如图1的(3)所示，通过离子注入在上述硅基板11中形成分离层13。例如， 该分离层13从硅基板11侧在例如0. 1 m 1 m左右的范围内以能够剥离后面步骤中的 硅基板11的方式来形成。 在上述离子注入中，通过注入氢离子形成作为分离面的脆弱的上述分离层13。
例如，使氢在几百keV的能量下设定所述氢离子注入条件，使其投影范围 Rp (Project Range)小于1 u m。 在上述离子注入中，也能够使用氢以外的混杂物。例如能够使用氦(He)等惰性元 素。 作为上述离子注入条件的一个示例，将剂量(dose)设定为5X 1016/Cm2 IX 1017/ cm2，将注入能量设定为300keV以下(投影范围Rp大于3 y m)。该条件仅是一个例子，可根 据形成分离层13的深度来适当地设定。 另外，根据在分离层13下的分离条件等，上述剂量需要最优化。 另外，在并用氢(H2)和氦(He)或者其他稀有气体的情况下，除使总和的值满足上
述剂量值之外，需要假定在分离层13下的分离条件的状态下的剂量达到最优化。 另外，上述注入能量考虑了针对可视光特别是长波长域的光电转换效率，例如
1MeV以下为本发明的对象区域。此时，需要预先考虑对残留在剥离硅基板1后的支撑基板
侧的、硅基板11构成的硅层表面进行抛光的抛光材料。[支撑基板的贴合] 接着，如图1的(4)所示的那样，在上述布线层31上贴合支承基板14。
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在上述支撑基板14上使用硅基板。或者也能够使用玻璃基板或者树脂基板。
在此时的接合中，使用由耐热性树脂进行的粘接或者基于等离子体处理的粘接。
[硅基板的剥离] 接着，如图1的(5)所示，在上述分离层13(参考所述图1的(3))上剥离上述硅 基板ll(参考所述图1的(3))侦U。 其结果是，在支撑基板14侧的硅外延生长层12上形成由硅基板11构成的硅层 15。 上述硅基板11的剥离例如通过由不到40(TC的热处理带来的热冲击来进行。或 者，通过施加氮(N2)吹风或者纯水喷射流的物理性冲击来进行。
这样，能够在400°C以下进行处理。 并且，由于因离子注入而注入离子的体积膨胀而形成的分离层13是脆弱的层，因 此容易剥离分离层13上的硅基板11。
[平坦化处理] 接着，如图1的(6)所示，对上述硅层15(参考所述图1的(5))的表面(分离面) 进行平坦化处理。该平坦化处理例如通过氢退火和抛光来进行。该抛光例如使用化学的机 械抛光(CMP)。 此时，如图所示，可以除去硅层15，露出硅外延生长层12表面。另外，也可以残留 硅层15。 另外，可以进行除去上述硅层15表面的自然氧化膜的蚀刻。根据需要，进行刮除 处理。 如上所述，进行使硅层15或者硅外延生长层12的表面的粗糙度改善的加工，使其 成为受光面。[滤色器、聚光透镜的形成] 接着，如图1的(7)所示，形成从上述硅外延生长层12侧向上述布线层31拉出电 极的开口部16。在入射到上述光电转换部21的光的光路上，在上述硅外延生长层12上形 成滤色器层41。 并且，在上述滤色器层41上形成将入射光引导到上述光电转换部21的聚光透镜 51。 如上所述，形成层积型全开口 CMOS传感器的固体摄像装置1。
[固体摄像装置的制造方法的比较例] 接着，作为比较例通过图2的制造工序截面图对使用了 SOI基板的背面照射型的 固体摄像装置的制造方法进行说明。
[S0I基板的形成] 如图2的(1)所示，将S0I基板60设为有源元件形成基板。该S0I基板60考虑 针对可视光区域的光电转换效率，隔着形成在基底基板61上的氧化硅层62 (BOX层)而具 有几ym的单晶硅层63。 例如，当在所述单晶硅层63上形成光电转换部时，至少需要3 m以上的厚度。
特别是由于对长波长灵敏的光电转换部则需要6ym左右的硅层的膜厚，因此通 过使所述单晶硅层63形成为6 m 8 m左右的厚度，而能够形成对长波长灵敏的光电转换部。 作为制造上述SOI基板60的方法，是通过贴合法和机械抛光法形成具有厚膜的硅 层的SOI基板的制造方法。 或者是以下方法在硅基板上通过氢离子注入法形成分离层，在该硅基板上贴 合基底基板61后在分离层剥离硅基板，形成SOI基板。S卩，是基于贴合法形成智能剥离 (Smartcut)基板的方法。 [cmo][光电转换部等的形成] 接着，如图2的(2)所示，在上述单晶硅层63形成光电转换部21、传输栅极23、以 及周边电路部(未图示)。 接着，在上述单晶硅层63上形成布线层31。上述布线层31例如包括布线32和包 裹该布线32的层间绝缘膜33。 并且，使上述层间绝缘膜33的表面平坦化。该平坦化例如通过化学的机械抛光进 行。由此，使上述层间绝缘膜33的表面成为适于与支承基板贴合的表面状态。
另外，可以在上述层间绝缘膜33上形成如上所述被平坦化的保护膜(未图示)。 [cms][支承基板的贴合] 接着，如图2的(3)所示，在上述布线层31上贴合支撑基板14。在上述支撑基板 14上使用硅基板。或者也能够使用玻璃基板或者树脂基板。 在此时的接合中，使用由耐热性树脂进行的粘着或者基于等离子体处理的粘着。 [cms][基底基板的去除] 接着，如图2的(4)所示，通过机械抛光法使作为上述SOI基板60的母体的基底 基板61 (用双点划线示出)变薄。 接着，通过化学处理(例如蚀刻)，除去残留的基底基板61，并除去构成SOI基板 60的氧化硅层62 (用双点划线示出)。 其结果是，露出成为光电转换区域的单晶硅层63 (活性层)表面，并成为背面照射 型。[滤色器、聚光透镜的形成] 接着，如图2的(5)所示，形成从上述单晶硅层63侧向上述布线层31拉出电极的 开口部16。 在入射到上述光电转换部21的光的光路上，在上述单晶硅层63上形成滤色器层 41。 并且，在上述滤色器层41上形成将入射光引导到上述光电转换部21的聚光透镜 51。 如上所述，形成层积型全开口 CMOS传感器的固体摄像装置101。
[本发明的制造方法和比较例的制造方法的比较] 这里，对通过上述图1说明的本发明的制造方法和通过上述图2说明的比较例进 行比较。 在本发明的制造方法中，不像比较例所示的那样使用昂贵的SOI基板，而是在便 宜的硅基板11上形成硅外延生长层12，并将该硅外延生长层12用作活性层。因此，能够降 低基板所需的制造成本。
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另外，由于一般使用在广大市场上出售的硅基板，可实现基板的稳定供给。 在本发明的制造方法中，与在比较例中使用的SOI基板60相比而使用热稳定性优
良的硅基板11。因此，本发明的制造方法能够在所谓的工艺范围较宽的状态下进行生产。
即，由于能够防止因在热工序中基板的翘曲而产生的不良情况，因此能够以高成品率制造
质量高的固体摄像装置l。 在本发明的制造方法中，能够在硅基板11中使用实施吸除处理的基板。即，在硅 基板11中能够形成吸除层，并且在成为活性层的硅外延生长层12和硅基板11之间不被形 成妨碍吸除效果的氧化硅层。 因此，通过被形成在硅基板11上的吸除层容易吸除硅外延生长层12中的金属，能 够排除金属污染的影响。 另一方面，在比较例的S0I基板60中，即使在基底基板61的硅基板上形成吸除 层，由于在基底基板61和单晶硅层63之间形成有氧化硅层62，因此在单晶硅层63上达不 到吸除效果。 因此，在本发明的制造方法中，能够实现吸除作用，所述吸除作用能有效地针对工 序中的金属污染的级别，改善暗电流/白点的级别。
因此，能够提供高质量的拍摄的固体摄像装置。 并且，本发明的制造方法除了一部分工序之外，能够适用作为现有的制造方法的
比较例的工序。与比较例不同的硅外延生长层的形成能够通过现有的外延生长技术进行。 另外，在分离层13的硅基板11的剥离上能够使用现有的智能剥离法。 因此，本发明的制造方法是与现有产品亲和性高、成本低、并且降低了污染故障等
的担忧的制造方法。 在所述本发明的制造方法中，在硅外延生长层12形成光电转换部21、传输栅极 23、周边电路部(未图示)、布线层31等后形成分离层13。 S卩，是在完成了作为表面照射型 图像传感器的固体摄像装置1的主要部分的阶段的离子注入处理。 因此，在布线层31的布线32由金属布线形成的情况下，越过该布线32进行氢(H) 离子或者氦(He)离子的注入。因此，担心会有布线32的够成材料(金属元素)的撞击。
另外，由于布线32的存在，担心离子的投影范围Rp变得不连续而导致分离层 13(脆化层)的不连续性。 作为理想的分离层13的形成状态，优选从表面形成在相同深度区域的平滑并且 连续的脆化区域。因此，提出以下变形例。
[固体摄像装置的制造方法的变形例1] 接着，通过图3的平面设计图来说明本发明的固体摄像装置的制造方法的变形例
1、变形例2。在该变形例1、2中，对于分离层13的形成方法进行说明。 图3的(1)是晶片71上的芯片72的配置例，在图3的(2)中示出了芯片72的放
大图。该芯片72的一个为固体摄像装置1。该固体摄像装置1包括像素部73、形成在其周
边的周边电路部74、以及作为对各个芯片进行分离时的切断区域的划线区域75。 在该变形例1、变形例2中，主要为了抑制像素部中的金属离子的撞击，而在与布
线层的形成工序之前的工序中进行以脆化硅基板为目的的氢(H)离子注入或者氦(He)离
子注入。
因此，在对晶片整个面的注入条件中，通过在后面的布线工序的热处理，由于伴随 着从分离层(脆弱层)剥离的担忧而采用使分离层为不连续的方式的二维分割离子注入 法。 具体而言，在形成布线层(未图示)的工序之前的工序中进行针对像素部73的离 子注入。 例如，在像素部73预先形成光电转换部、传输栅极等。 之后，如图3的(3)所示，形成离子注入掩模81。该离子注入掩模81例如由抗蚀 剂形成，是用于在像素部73上形成开口部82的。因此，上述离子注入掩模81对上述周边 电路部74和划线区域75上掩模。 上述离子注入掩模81通过通常的抗蚀剂涂敷、曝光、显影处理来形成。 接着，使用上述离子注入掩模81，使例如氢(H)向上述像素部73的下方的硅基板
(未图示)进行离子注入，并在像素部73的下方的硅基板中形成第一分离层(未图示)。 之后除去上述离子注入掩模81。在附图上示出了在刚要除去离子注入掩模81之
前的状态。 接着，最后，以整个面为离子注入状态的方式进行离子注入，在上述周边电路部74
和划线区域75的下方的硅基板上形成第二分离层(未图示)。并且，在上述周边电路部74
和划线区域75的下方的硅基板中，使第二分离层与上述第一分离层连续地形成。 在第二次离子注入中，优选使用在上述周边电路部74和划线区域75上具有开口
部的离子注入掩模进行。 该离子注入掩模与上述离子注入掩模81同样能够由抗蚀剂形成。
之后，除去在第二次的离子注入中使用的离子注入掩模。
[固体摄像装置的制造方法的变形例2] 或者，如图3的(4)所示，形成离子注入掩模83。该离子注入掩模83例如由抗蚀 剂形成，是在像素部73和周边电路部74上形成开口部84的。因此，上述离子注入掩模83 对上述划线区域75进行掩模。 上述离子注入掩模83通过通常的抗蚀剂涂敷、曝光、显影处理形成。 接着，使用上述离子注入掩模83，使例如氢(H)向上述像素部73和周边电路部74
的下方的硅基板(未图示)进行离子注入，并在像素部73和周边电路部74的下方的硅基
板中形成第一分离层(未图示)。 之后除去上述离子注入掩模83。 接着，最后以整个面为离子注入状态的方式进行离子注入，在上述划线区域的下 方的硅基板上形成第二分离层(未图示)。并且，在上述划线区域的下方的硅基板中，使第 二分离层与上述第一分离层连续地形成。 在第二次离子注入中，优选使用在上述划线区域上具有开口部的离子注入掩模进 行。该离子注入掩模与上述离子注入掩模83同样能够由抗蚀剂形成。
之后，除去在第二次的离子注入中使用的离子注入掩模。
[固体摄像装置的制造方法的变形例3] 接着，通过图4的制造工序截面图对本发明的固体摄像装置的制造方法的变形例 3进行说明。在该变形例3中，对分离层13的形成方法进行说明。
关于分离层13的形成，在分割离子注入中优选的当然是为到表面的距离(Rp)是 一致的状态。 但是，如上所述，Rp随着存在于范围中的材料，即光电转换部21、传输栅极23、周 边电路部(未图示)、布线层31等不同。特别是作为脆化层的分离层13的深度随着布线层 31的有无而并不是相同深度。 这个暗示了分离层13为不连续状态的情况，表示硅基板11剥离时的不完全性。
因此，对形成分离层13的离子注入进行三分割。 如图4的(1)所示，当在硅外延生长层12形成光电转换部、传输栅极、周边电路 部、布线层等之前，在上述硅外延生长层12上形成在像素部73上具有开口部86的第一离 子注入掩模85。 该第一离子注入掩模85例如由抗蚀剂形成，并通过通常的抗蚀剂涂敷、曝光、显 影处理来形成。 接着，使用上述第一离子注入掩模85例如使氢(H)向上述像素部73的下方的硅 基板11进行离子注入，并在像素部73下方的硅基板11中形成第一分离层13(13-1)。
之后，除去上述第一离子注入掩模85 。 接着，如图4的(2)所示，在上述硅外延生长层12上形成光电转换部21、传输栅极 23、以及周边电路部74。在附图中示出了周边电路部74的布线。 并且，在上述硅外延生长层12上形成布线层31。该布线层31表面预先进行平坦 化。 另外，优选在划线区域75上的布线层31的层间绝缘膜33上形成槽34。 接着，在上述布线层31上形成在周边电路部74上具有开口部88的第二离子注入
掩模87。第二离子注入掩模87例如由抗蚀剂形成，通过通常的抗蚀剂涂敷、曝光、显影处理形成。 接着，使用上述第二离子注入掩模87，使例如氢(H)向上述周边电路部74的 下方的硅基板11进行离子注入，并在周边电路部74的下方的硅基板中形成第二分离层 13(13-2)。 在该离子注入中，调整注入能量以使第二分离层13-2与上述第一分离层 13(13-1)连续并形成为相同程度的深度。
之后除去上述第二离子注入掩模87。 接着，如图4的(3)所示，在上述布线层31上形成在划线区域75上具有开口部90 的第三离子注入掩模89。该第三离子注入掩模89例如由抗蚀剂形成，通过通常的抗蚀剂涂 敷、曝光、显影处理来形成。 接着，使用上述第三离子注入掩模89，使例如氢(H)向上述划线区域75的下 方的硅基板11进行离子注入，并在划线区域75的下方的硅基板11中形成第三分离层 13(13-3)。 在该离子注入中，调整注入能量以使第二分离层13-3与上述第一分离层 13(13-1)和所述第二分离层13(13-2)连续并形成为相同程度的深度。
之后除去上述第三离子注入掩模89。 这样，形成与布线层31等的形成图案相对应的离子注入掩模，通过对离子注入进行分割，由此能够消除因布线层31等的有无而产生的分离层13(13-l、13-2、13-3)的不连续性。 另外，在上述分割离子注入时，除满足离子注入的剂量的总和的值之外，首要的是 使分离层13的形成深度一致。因此，各离子注入中的注入能量优选以使硅基板11中的投 影范围Rp —致的方式来预先进行最优化。 这里，作为参考例在图5中示出了各种元素的投影范围和注入能量的关系图。
如图5所示，例如在对氢进行离子注入的情况下，在将投影范围Rp设为lOym时 可知将注入能量设定为700keV即可。并且，在将投影范围Rp设为3ym时，只要将注入能 量设为250keV即可。 上述说明的本发明的固体摄像装置的制造方法并不限定于例如CMOS图像传感器 (CIS:CMOS Image Sensor)的技术。例如能够适用于电荷耦合器件(CCD :Charge Couple Device)等所有固体摄像元件。 在应用于CMOS图像传感器的情况下，在形成上述传输栅极的工序中，只要形成像 素晶体管即可。 另外，在应用于电荷耦合器件的情况下，在形成上述传输栅极的工序中，只要形成 传输电极即可。 以上，如所述那样，本发明的固体摄像装置的制造方法由于不使用在成本上比体 积大的硅基板贵的SOI基板，因此能够降低制造成本。 另外，使用体积大的硅基板并在该硅基板上形成了硅外延生长层上形成光电转换 部、传输栅极、布线层等后，在布线层侧贴上支撑基板。 之后，通过以智能剥离法为准的手法剥离基底基板。因此，不使用SOI基板而能够 形成背面照射型的图像传感器。 另外，由于在直接形成在硅基板上的外延生长层上形成光电转换部等元件，因此 通过预先在硅基板上形成吸除层来得到吸除效果。该情况下，由于不是如SOI基板那样在 硅基板和外延生长层之间形成氧化硅膜，因此能够得到吸除效果。
[由本发明的制造方法形成的固体摄像装置的应用例] 接着，通过图6将背面照射型CM0S图像传感器作为由本发明的固体摄像装置的制 造方法制造的固体摄像装置的一个例子来进行说明。 如图6所示，在由硅外延生长层12形成的活性层形成具有将入射光转换为电信号 的光电转换部(例如光电二极管)21、传输栅极23、放大晶体管、复位晶体管等像素晶体管 (在附图中图示了其中的一部分)等多个像素部73。并且，形成对从各个光电转换部21读 出的信号电荷进行处理的信号处理部(未图示)。 在上述像素部73的周围的一部分例如行方向或者列方向的像素部73之间形成元 件分离区域91。 另外，在形成上述光电转换部21的硅外延生长层12的表面侧(布图中为硅外延 生长层12的下侧)形成布线层31。该布线层31包括布线32和包裹该布线32的层间绝缘 膜33。 并且，在布线层31形成支撑基板14。 并且，在上述固体摄像装置1中，在硅外延生长层12的背面侧形成具有光透过性的平坦化膜35。并且，在该平坦化膜35(在图中为上表面侧)形成滤色器层41。另外，在
上述滤色器层41上形成使入射光聚光到各个光电转换部21上的聚光透镜51。 上述固体摄像装置1为了改善入射光的量子效率，与同光电转换部相比在入射光
入射侧形成布线层的表面照射性CMOS图像传感器的结构不同，而是为与布线层31相比光
电转换部21位于在入射光入射侧的构造。因此，能够避免因布线层31而导致的入射光的
遮光现象。[由本发明的制造方法形成的固体摄像装置的应用例] 接着，通过图7的框图将摄像装置的一个例子作为由本发明的制造方法形成的固
体摄像装置的应用例来进行说明。该摄像装置使用本发明的固体摄像装置。 如图7所示，摄像装置200在摄像部201具有固体摄像装置(未图示)。 在该摄像部201的聚光侧具有使像成像的成像光学部202，并且，在摄像部201连
接有信号处理部203，所述信号处理部203具有驱动摄像部201的驱动电路以及将在固体摄
像装置中光电转换后的信号处理为图像的信号处理电路等。 另外，通过上述信号处理部203处理后的图像信号能够通过图像存储部(未图示) 将其存储。 在这样的摄像装置200中，在上述摄像部201的固体摄像装置中，能够使用由在所 述各个实施方式中说明的制造方法形成的固体摄像装置1。 在本发明的摄像装置200中由于使用了本申请发明的固体摄像装置l，因此降低
了白点。因此，存在抑制图像质量恶化、能够得到高图像质量的摄像的优点。 另外，上述摄像装置200并不限于上述结构，只要使用固体摄像装置可以是任何结构。 另外，上述固体摄像装置l可以是形成为单芯片的形态，也可以是将摄像部和信
号处理部或者光学系统总括到一起封装而成的具有摄像功能的模块状的形态。 上述摄像装置200例如称为相机或具有摄像功能的便携设备。另外，"摄像"不只
是对在通常的相机拍摄时的像的摄取，作为广义来说也包含指纹检测等。
权利要求
一种固体摄像装置的制造方法，包括在硅基板上形成硅外延生长层的步骤；在所述硅外延生长层上形成光电转换部、传输栅极以及周边电路部，并在所述硅外延生长层上形成布线层的步骤；在所述硅外延生长层侧的所述硅基板中形成分离层的步骤；在所述布线层上形成支撑基板的步骤；以及从所述分离层剥离所述硅基板并在所述支撑基板侧残留由所述硅基板的一部分构成的硅层的步骤。
2. 如权利要求1所述的固体摄像装置的制造方法，其中， 在所述硅基板中具有吸除层。
3. 如权利要求1或2所述的固体摄像装置的制造方法，其中， 通过向所述硅基板将氢或者稀有气体进行离子注入而形成所述分离层。
4. 如权利要求3所述的固体摄像装置的制造方法，其中，形成所述分离层的离子注入分为第一离子注入、第二离子注入、第三离子注入来进行， 所述第一离子注入在形成于所述硅外延生长层上的形成有所述光电转换部和所述传输栅 极的像素部的下方的所述硅基板上形成第一分离层；所述第二离子注入在形成于所述硅外 延生长层并在所述像素部的周边形成的所述周边电路部的下方的所述硅基板上形成第二 分离层；所述第三离子注入在围绕所述像素部和周边电路部的划线区域的下方的所述硅基 板上形成第三分离层；此时，按照每次离子注入来调整注入能量以使所述第一分离层、所述第二分离层、所述 第三分离层形成为相同深度。
5. 如权利要求3所述的固体摄像装置的制造方法，其中，形成所述分离层的离子注入分为第一离子注入和第二离子注入来进行，所述第一离子 注入在形成于所述硅外延生长层上的形成有所述光电转换部和所述传输栅极的像素部的 下方的所述硅基板上形成第一分离层；所述第二离子注入在形成于所述硅外延生长层并在 所述像素部的周边形成的周边电路部以及围绕所述像素部和周边电路部的划线区域的下 方的所述硅基板上形成与所述第一分离层连续的第二分离层。
6. 如权利要求3所述的固体摄像装置的制造方法，其中，形成所述分离层的离子注入分为第一离子注入和第二离子注入来进行，所述第一离子 注入在形成于所述硅外延生长层上的形成有所述光电转换部和所述传输栅极的像素部的 下方和在所述像素部的周边形成的周边电路部下方的所述硅基板上形成第一分离层；所述 第二离子注入在围绕所述像素部和周边电路部的划线区域的下方的所述硅基板上形成与所述第一分离层连续的第二分离层。
全文摘要
本发明涉及一种固体摄像装置的制造方法。本发明能够提供一种不依赖于SOI基板而解决了因智能剥离法的异物而导致的问题的背面照射型的固体摄像装置。包括以下步骤在硅基板(11)上形成硅外延生长层(12)；在所述硅外延生长层(12)上形成光电转换部(21)、传输栅极(23)、以及周边电路部(未图示)，并在所述硅外延生长层(12)上形成布线层(31)；在所述硅外延生长层(12)侧的所述硅基板(11)中形成分离层(13)；在所述布线层(31)上形成支撑基板(14)；以及从所述分离层(13)剥离所述硅基板(11)并在所述支撑基板(11)侧残留由所述硅基板(11)的一部分构成的硅层(15)。
文档编号H01L21/78GK101783321SQ20101000430
公开日2010年7月21日 申请日期2010年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者酒井千秋 申请人:索尼公司