ＳＯＩ衬底与固态图像拾取器件及制造方法及图像拾取设备技术

本发明专利技术涉及ＳＯＩ衬底与固态图像拾取器件及制造方法及图像拾取设备。一种ＳＯＩ衬底包括硅衬底、设置在该硅衬底上的硅氧化物层、设置在该硅氧化物层上的硅层、设置在该硅衬底中的收集层以及由设置在该硅氧化物层中的杂质掺杂区域形成的损伤层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及绝缘体上硅(SOI)衬底、制造该衬底的方法、固态图像拾取器件、制造该器件的方法以及图像拾取设备。
技术介绍
除了高密度CMOS元件以及耐高压元件领域之外，因为期待灵敏度的显著增加，绝 缘体上硅(SOI)衬底近来也已经在图像传感器领域受到关注。例如，SOI衬底被用在全区 域开口型(whole-area-open-type)CMOS图像传感器中。期望具有更高的收集(gettering) 能力。 具体来说，SOI衬底具有三层结构，其中被用作器件形成区域的单晶硅层设置在具 有例如硅氧化物(Si02)膜的埋入绝缘膜的支撑衬底上。在某些情况下，在单晶硅层上设置 外延生长层。 SOI衬底具有例如低寄生电容和高耐辐射的特性，因此具有例如速度较高、功耗较低、防止锁住的优点。因此，SOI衬底被广泛用作高性能半导体元件的衬底。 另外在图像传感器领域中，SOI衬底近来已经广泛用于期待灵敏度显著提高的全区域开口型CMOS图像传感器结构中，这是因为可以在精确控制其厚度的同时形成光电二极管层。 多种SOI衬底制造工艺被开发出来。由通过离子注入高掺杂氧的SIMOX形成的 SOI衬底和通过结合形成的SOI衬底在商业上被广泛使用。 特别是通过结合形成的SOI衬底经常被使用。 该制造工艺如下制备两个镜面抛光的单晶硅衬底。 一个是要形成为SOI层的单 晶硅衬底(衬底A)。另一个是将用作支撑衬底的单晶硅层(衬底B)。在至少一个单晶硅 衬底的表面上形成氧化物膜。这些单晶硅衬底以氧化物膜夹在其间的方式相互结合。然后 进行热处理以提高结合强度。从衬底A的后部减小其厚度，得到SOI衬底。 用于减小衬底A的厚度的处理包括(a)将衬底A研磨或抛光到目标厚度的处理， (b)利用因不同的杂质浓度而造成的蚀刻速率的差异的处理，(c)包括在结合衬底A和衬底 B之前离子注入氢或氦以形成剥离层(split layer)的步骤和在低于结合温度的温度对结 合后的衬底进行用于剥离的热处理以在剥离层分离衬底A的步骤的处理(离子注入剥离处 理，例如，智能剥离(Smart Cut)处理)。 SOI衬底具有实现良好的电学特性和可以形成均匀硅层的优点。然而，对于金属污 染物来说，SOI衬底的结构是不利的。也就是说，对于大多数金属杂质，它们在硅氧化物膜 中的扩散系数小于它们在硅中的扩散系数。此外，金属氧化物是稳定的。因此在金属污染 物从单晶硅层的表面侧进入单晶硅层的情况下，金属污染物不容易穿过硅氧化物层，使得 金属杂质聚集在薄的单晶硅层中。因此，在许多情况下，与不具有SOI衬底的硅衬底相比， SOI衬底易受金属污染影响。特别地，对于由于金属杂质而易受亮点缺陷和暗电流影响的图 像传感器来说，这是一个严重的问题。 因此，SOI衬底优选地具有较高的捕获金属杂质并将其从要形成为半导体元件活 性层的单晶硅层中去除的能力，即，收集能力。 SOI衬底的收集技术的例子包括在如图31A中所示的SOI衬底210中在SOI层211 的靠近硅氧化物层212的一侧上(例如通过离子注入中性元素)而形成收集层214的技术； 以及在如图31B中所示的SOI衬底210中在硅氧化物层212的靠近支撑衬底213的一侧上 形成收集层214的技术(例如，参见2007-318102号日本未审察的专利申请)。 图31A中所示的结构具有在SOI层211中的较深位置处难以形成活性器件区域的 问题。该结构还具有其它问题，例如，收集层214的影响(应变和由电子的再发射导致的暗 成分)。图31B中所示的结构具有收集层214无法有效防止来自S0I层211侧的污染的问 题，这是因为收集层214位于硅氧化物层212下面。 近年来，随着小型化和像素数量增加的趋势，图像传感器的单元尺寸的减小已经 取得进展。例如，具有1.65 iim单元尺寸的CCD成像器已经商业化。具有1.4iim量级单元 尺寸的CMOS传感器已经开发出来。 随着像素尺寸的下降，每个像素的光量自然减少，使得成像器的灵敏度趋于下降。已经通过例如更高的集光效率、减小上层中的反射和吸收、增加主体的光电转换区域的尺寸(在深度方向上和横向)等改进来防止灵敏度降低。 然而，2 ii m或更小的单元尺寸限制了集光效率的改进。 因此，已经开发出作为全区域开口型CMOS图像传感器的背照射CMOS图像传感器 (例如，参见2004-134672号日本未审察的专利申请)。光电转换单元设置在单晶硅层中； 因此，余辉和暗特性不受损害。因此背照明CMOS图像传感器是有前途的。 制造它的方法包括使用(通过SM0X、结合等形成的)SOI衬底的方法；以及使用 具有外延生长层的外延生长衬底生成作为光入射部分的薄的硅(Si)层的方法。特别地，从 实现好的制造率和高质量的S0I层的观点来看，通过结合形成的S0I衬底是有前途的。
技术实现思路
要解决的问题是在诸如金属杂质等污染物从SOI衬底的单晶硅层的表面侧进入 单晶硅层的情况下，由于金属杂质不容易穿过硅氧化物层而使污染物聚集在单晶硅层中。 根据本专利技术的实施例，从SOI衬底的单晶硅层的表面侧进入单晶硅层的诸如金属 杂质的污染物容易被捕获到SOI衬底的支撑衬底的一部分中。 根据本专利技术的实施例，一种SOI衬底包括硅衬底、设置在该硅衬底上的硅氧化物 层、设置在该硅氧化物层上的硅层、设置在该硅衬底中的收集层以及由设置在该硅氧化物 层中的杂质掺杂区域形成的损伤层(damaged layer)。 在根据本专利技术实施例的SOI衬底中，设置在硅氧化物层中的杂质掺杂区域的损伤层的形成导致硅氧化物层中氧(0)原子和硅(Si)原子之间的结合的破裂。硅层中的金属污染物通过损伤层中结合破裂的部分扩散到硅衬底中，从而容易被捕获到收集层中。 在根据本专利技术实施例的SOI衬底中，存在于硅层中的金属污染物有效地通过损伤层而被捕获到收集层中。因此可以有利地提供具有高收集能力的SOI衬底。 根据本专利技术的实施例，一种用于制造SOI衬底的方法(第一制造方法)包括以下步骤制备SOI衬底，该SOI衬底包括硅衬 、设置在该硅衬底上的硅氧化物层、设置在该硅氧化物层上的硅层以及设置在该硅衬底中的收集层；在该SOI衬底的表面上形成氧化物 膜；从该SOI衬底的靠近硅层的表面注入杂质以形成由位于该硅氧化物层中的或者从该硅 氧化物层延伸到该硅衬底的靠近硅氧化物层的部分的杂质掺杂区域的损伤层；以及去除该 氧化物膜。 在根据本专利技术实施例的用于制造SOI衬底的该方法(第一制造方法)中，设置在 硅氧化物层中的杂质掺杂区域的损伤层的形成导致硅氧化物层中氧(0)原子和硅(Si)原 子之间的结合的破裂。硅层中的金属污染物通过损伤层中结合破裂的部分扩散到硅衬底 中，从而容易被捕获到收集层中。 根据本专利技术的实施例，一种用于制造SOI衬底的方法(第二制造方法)包括以下 步骤在由硅构成的第一衬底的表面上形成硅氧化物层；将氢或稀有气体元素离子注入到 第一衬底中以形成剥离层；将杂质注入到硅氧化物层中以形成杂质掺杂区域的损伤层；制 备第二衬底，该第二衬底包括设置在该第二衬底内的收集层；将第二衬底结合到硅氧化物 层的靠近损伤层的表面；在剥离层处分离第一衬底；以及抛光在第二衬底上留下的一部分 第一衬底的硅层的表面。 在根据本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＳＯＩ衬底，包括：硅衬底；设置在所述硅衬底上的硅氧化物层；设置在所述硅氧化物层上的硅层；设置在所述硅衬底中的收集层；以及由设置在所述硅氧化物层中的杂质掺杂区域形成的损伤层。

【技术特征摘要】
JP 2008-10-10 2008-263559;JP 2009-3-16 2009-062397一种SOI衬底，包括硅衬底；设置在所述硅衬底上的硅氧化物层；设置在所述硅氧化物层上的硅层；设置在所述硅衬底中的收集层；以及由设置在所述硅氧化物层中的杂质掺杂区域形成的损伤层。2. 根据权利要求1所述的SOI衬底，其中所述损伤层在面内方向上设置在所述硅氧化 物层的至少一部分中，并且在厚度方向上贯穿整个所述硅氧化物层。3. 根据权利要求1所述的SOI衬底，其中所述损伤层在面内方向上遍及整个所述硅氧 化物层设置并且在厚度方向上设置在所述硅氧化物层的至少一部分中。4. 根据权利要求3所述的SOI衬底，其中所述损伤层设置在所述硅衬底的整个表面上 并且在厚度方向上设置在所述硅衬底的一部分中，该部分靠近所述硅氧化物层。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的SOI衬底，其中所述损伤层由注入了从碳、硅、 锗、锡、氦、氖、氩、氪、氙、硼、铝、镓、铟、氮、磷、砷、锑、氢和氧中选择的一种元素、包括上述 元素之一 的化合物或者包括上述元素之一 的团的区域形成。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的SOI衬底，其中所述损伤层具有捕获上述硅层 中的杂质金属的收集能力。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的SOI衬底，其中所述收集层由注入了从碳、氧、 氩、硅、氦、磷、砷、锑和硼中选择的一种元素的区域形成。8. —种用于制造SOI衬底的方法，包括以下步骤制备SOI衬底，该SOI衬底包括硅衬底、设置在所述硅衬底上的硅氧化物层、设置在所 述硅氧化物层上的硅层以及设置在所述硅衬底中的收集层； 在所述SOI衬底的表面上形成氧化物膜；从所述SOI衬底的靠近所述硅层的表面注入杂质以形成杂质掺杂区域的损伤层，该杂 质掺杂区域位于所述硅氧化物层中或者从所述硅氧化物层延伸到所述硅衬底的靠近所述 硅氧化物层的部分；以及去除所述氧化物膜。9. 一种用于制造SOI衬底的方法，包括以下步骤 在由硅构成的第一衬底的表面上形成硅氧化物层； 将氢或稀有气体元素离子注入到所述第一衬底中以形成剥离层； 将杂质注入到所述硅氧化物层中以形成杂质掺杂区域的损伤层； 制备第二衬底，所述第二衬底包括设置在所述第二衬底内的收集层； 将所述第二衬底与所述硅氧化物层的靠近所述损伤层的表面结合； 在所述剥离层处分离所述第一衬底；以及抛光在所述第二衬底上留下的所述第一衬底的部分的硅层的表面。10. —种用于制造SOI衬底的方法，包括以下步骤 在由硅构成的第一衬底的表面上形成第一硅氧化物层； 将氢或稀有气体元素离子注入到所述第一衬底中以形成剥离层； 在第二衬底的表面上形成第二硅氧化物层；在所述第二衬底内形成收集层；将杂质注入到所述第二硅氧化物层中或所述第二硅氧化物层和所述第二衬底的靠近 所述第二硅氧化物层的部分中以形成杂质掺杂区域的损伤层；将所述第二硅氧化物层的靠近所述损伤层的表面与所述第一硅氧化物层的表面结合.在所述剥离层处分离所述第一衬底；去除露出...

【专利技术属性】
技术研发人员：泷泽律夫，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]