專利名稱：固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板以及固態(tài)圖像傳感裝置和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板以及固態(tài)圖像傳感裝置和其制造方法。

背景技術(shù)：

固態(tài)圖像傳感裝置是通過(guò)在由硅單晶制成的半導(dǎo)體基板上形成電路而制造的。在這種情況下，如果重金屬作為雜質(zhì)被引入到半導(dǎo)體基板中，那么固態(tài)圖像傳感裝置的電性能將顯著變壞。
作為將雜質(zhì)形式的重金屬引入到半導(dǎo)體基板的因素，首先提及的是在半導(dǎo)體基板的制造步驟時(shí)的金屬污染，其次是在固態(tài)圖像傳感裝置的制造步驟時(shí)的重金屬污染。

就前者情況而言，曾經(jīng)認(rèn)為當(dāng)硅單晶的基板上生長(zhǎng)外延層(epitaxial layer)時(shí)由外延生長(zhǎng)爐的組成材料所形成的重金屬顆粒或者基于使用氯型氣體的作為管道材料的金屬的腐蝕所形成的重金屬顆粒造成了污染。近來(lái)，試圖通過(guò)用具有耐腐蝕性的材料替換外延生長(zhǎng)爐的組成材料來(lái)改進(jìn)在外延生長(zhǎng)步驟中的金屬污染，但是在外延生長(zhǎng)步驟難以完全避免金屬污染。

因此，迄今，通過(guò)在半導(dǎo)體基板的內(nèi)部中形成吸氣層(gettering layer)或者通過(guò)使用具有高的重金屬吸氣能力的基板如高濃度硼基板或者類似物來(lái)避免在外延生長(zhǎng)步驟的金屬污染。

另一方面，在固態(tài)圖像傳感裝置的制造步驟的后者情況中，曾經(jīng)擔(dān)心在制造裝置的步驟中的離子注入步驟、擴(kuò)散步驟和氧化熱處理步驟中的每一步驟時(shí)，重金屬污染半導(dǎo)體基板。

為避免在裝置中的活性層的附近的重金屬的污染，通常使用一種固有的吸氣(gettering)方法，其中在半導(dǎo)體基板中形成氧沉淀物，或者一種非固有的吸氣方法，其中吸氣位置如背部損傷(backside damage)或類似情況在半導(dǎo)體基板的背部中形成。

在上述常規(guī)的吸氣方法，即固有的吸氣方法中，然而，需要多階段熱處理步驟，以便在半導(dǎo)體基板中預(yù)先形成氧沉淀物，使得恐怕提高了制造成本。此外，需要在較高的溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱處理，使得恐怕對(duì)半導(dǎo)體基板造成新的金屬污染。

在非固有的吸氣方法中，由于在背部中形成了背部損傷或類似情況，在裝置制造步驟從背部形成顆粒，這使得產(chǎn)生了缺點(diǎn)，如形成有缺陷的裝置等等。

考慮到上述問(wèn)題，專利文獻(xiàn)1提出了一種技術(shù)，其中預(yù)定劑量的離子如碳被注入硅基板的一個(gè)表面中，使得在這種表面上形成了硅的外延層，目的是減少作用于固態(tài)圖像傳感裝置的電特性的暗流(darkcurrent)所形成的白色缺陷(white defects)。根據(jù)這種技術(shù)，相比于使用常規(guī)的吸氣方法的外延基板來(lái)說(shuō)，大大降低了固態(tài)圖像傳感裝置中的白色缺陷。

如專利文獻(xiàn)2的
段所指出的，在專利文獻(xiàn)1中所述的通過(guò)碳離子注入形成吸氣槽(gettering sink)中，當(dāng)在裝置制造步驟的處理溫度變得過(guò)高時(shí)，在形成外延層以后，吸氣槽的吸氣效應(yīng)相反地下降。也就是說(shuō)，在通過(guò)碳離子注入形成的吸氣槽中，存在著吸氣效應(yīng)的極限。在專利文獻(xiàn)2中所述的技術(shù)中，因此，設(shè)計(jì)以將上限設(shè)定為足以通過(guò)碳的引入而引起埋入式吸氣槽(buried gettering sink)層的效果的隨后處理溫度。
專利文獻(xiàn)1JP-A-H06-338507
專利文獻(xiàn)2JP-A-2002-353434

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題
因?yàn)槲鼩庑?yīng)在由碳離子注入形成的吸氣槽中是重要的，例如，在形成外延層后在裝置處理溫度方面設(shè)定上限，這導(dǎo)致在裝置制造步驟中的限制。

此外，在外延層形成后，由碳離子注入形成的吸氣槽的吸氣效應(yīng)往往被降低，這難以避免在裝置制造步驟中出現(xiàn)顆粒，使得重要的是使在裝置制造步驟時(shí)的吸氣效應(yīng)令人滿意。

因此，本發(fā)明的目的是提供一種固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板，如與常規(guī)的吸氣方法相比較，特別是通過(guò)碳離子注入的吸氣方法，其是低制造成本的并且解決了問(wèn)題如在裝置制造步驟時(shí)的顆粒的出現(xiàn)等等，以及一種有利的其制造方法。
進(jìn)一步，本發(fā)明的另一目的是提供一種高性能固態(tài)圖像傳感裝置，其通過(guò)在上述半導(dǎo)體基板上形成電路而提供了極好的電特性，以及其有益的制造方法。
解決問(wèn)題的方式
本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了各種有關(guān)避免重金屬對(duì)半導(dǎo)體基板的污染而不提高制造成本的手段的研究。作為對(duì)通過(guò)碳離子注入的吸氣方法的檢驗(yàn)的結(jié)果，顯示出通過(guò)碳離子注入的吸氣作用主要取決于通過(guò)經(jīng)高能量的離子注入造成的硅晶格的無(wú)序(應(yīng)變)而沉淀出的氧化物，并且這種晶格無(wú)序集中在窄的離子注入?yún)^(qū)，以及圍繞氧化物的應(yīng)變?nèi)菀自诶缪b置制造步驟的高溫?zé)崽幚碇械玫结尫?，由此，在裝置的熱處理步驟中吸氣效應(yīng)特別差。

現(xiàn)在，詳細(xì)地檢驗(yàn)了參與吸氣槽形成的碳在硅基板中的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碳以取代硅(silicon-substituing)的形式固溶于硅晶格中，而不是通過(guò)離子注入而強(qiáng)行引入碳，并且涉及錯(cuò)位(dislocation)的碳-氧型沉淀物(碳氧化物復(fù)合材料)以高密度在例如裝置制造步驟中從被取代的碳(substituted carbon)中引出，并且這種碳-氧型沉淀物提供了高的吸氣效應(yīng)。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種被取代的碳首先通過(guò)以固溶液狀態(tài)包括到硅單晶中而被引入，結(jié)果，完成了本發(fā)明。

即，本發(fā)明的內(nèi)容如下。
(1)一種固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板，其特征為硅基板包含濃度為1×1016-1×1017原子/cm3的固溶碳和濃度為1.4×1018-1.6×1018原子/cm3的固溶氧。

(2)根據(jù)第(1)點(diǎn)的固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板，其中硅的外延層存在于硅基板上。

(3)根據(jù)第(2)點(diǎn)的固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板，其中氧化硅層存在于外延層上。

(4)根據(jù)第(3)點(diǎn)的固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板，其中氮化硅層存在于氧化物薄膜上。

(5)制造固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板的方法，其特征在于在制造單晶硅基板中，先前包括硅晶體，其中碳的固溶濃度為1×1016-1×1017原子/cm3，氧的固溶濃度為1.4×1018-1.6×1018原子/cm3。

(6)根據(jù)第(5)點(diǎn)的制造固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板的方法，其中通過(guò)使用CZ(Czochralski)方法(柴式法)或MCZ(施加磁場(chǎng)的Czochralski晶體生長(zhǎng))方法來(lái)制造單晶硅基板。

(7)一種固態(tài)圖像傳感裝置，其包括硅基板和在其上形成的埋入型光電二極管，其特征在于尺寸不小于10nm的碳氧化物型沉淀物以1×106-1×108沉淀物/cm2的密度存在于硅基板中。
此外，本文中所用的術(shù)語(yǔ)“尺寸”是指在硅基板的剖面(section)所觀察的TEM圖像中在其厚度方向上沉淀物的對(duì)角線長(zhǎng)度，并且表示為視場(chǎng)(observed field)中的沉淀物的平均值。

(7)一種制造固態(tài)圖像傳感裝置的方法，其特征在于形成裝置所需的層在硅基板上形成，所述硅基板包含在硅單晶中的1×1016-1×1017原子/cm3的固溶碳和1.4×1018-1.6×1018原子/cm3的固溶氧，然后對(duì)所述層進(jìn)行熱處理，而促進(jìn)氧沉淀反應(yīng)，由此在硅基板中形成通過(guò)碳-氧型沉淀物的吸氣槽。

(8)根據(jù)第(7)點(diǎn)的制造固態(tài)圖像傳感裝置的方法，其中所述熱處理是在所述裝置的制造過(guò)程中的熱處理。

(9)根據(jù)第(7)或(8)點(diǎn)的制造固態(tài)圖像傳感裝置的方法，其中在熱處理步驟時(shí)以1×106-1×108沉淀物/cm2的密度來(lái)沉淀尺寸不小于10nm的碳-氧型沉淀物。
本發(fā)明的效果
在用于本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板中，具有高吸氣能力的碳-氧型沉淀物能夠通過(guò)將固溶碳包括到CZ晶體或MCZ晶體中并且在將裝置安裝(mounting)于半導(dǎo)體基板上的制造步驟中利用熱處理步驟而形成。

因此，吸氣槽可以恰好在埋入的光電二極管之下以硅基板的完全厚度形成，使得特別抑制了在裝置制造步驟時(shí)的重金屬的擴(kuò)散，從而避免了在裝置中的缺陷的出現(xiàn)，因此有可能以低成本提供具有良好電特性的高質(zhì)量固態(tài)圖像傳感裝置。




圖1是舉例說(shuō)明本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板以及進(jìn)一步的固態(tài)圖像傳感裝置的制造程序的示意圖。
圖2是顯示在硅基板中固溶碳的濃度和碳-氧型沉淀物的數(shù)目之間的關(guān)系的曲線圖。
圖3是顯示在硅基板中固溶碳的濃度和碳-氧型沉淀物的尺寸之間的關(guān)系的曲線圖。
圖4是顯示在硅基板中固溶碳的濃度、固溶氧的濃度和碳-氧型沉淀物的尺寸之間的關(guān)系的曲線圖。
圖5是舉例說(shuō)明固態(tài)圖像傳感裝置的制造程序的示意圖。
附圖標(biāo)記的說(shuō)明
1硅基板 2外延層 3半導(dǎo)體基板 4氧化硅層 5氮化硅層 6固態(tài)圖像傳感裝置 實(shí)施本發(fā)明的最佳方式
接下來(lái)，將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體基板。
圖1舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板的制造方法的示意圖。在所舉例說(shuō)明的實(shí)施方案中，作為硅晶體的原材料的堆積的多晶硅(polysilicon)首先，例如，被放置在石英坩堝中，進(jìn)一步將適當(dāng)量的石墨粉末施加到多晶硅表面上，然后例如根據(jù)Czochralski方法(CZ方法)制備添加有碳的CZ晶體。
此外，CZ晶體是包括根據(jù)Czochralski方法制備的施加磁場(chǎng)的CZ晶體在內(nèi)的晶體的稱呼術(shù)語(yǔ)(address term)。

此刻，在原材料的階段添加碳并且由添加碳的原材料制備硅單晶，由此獲得了含固溶狀態(tài)的碳的硅基板1(參見(jiàn)圖1(a))。這樣獲得的硅基板1重要的是包含濃度為1×1016-1×1017原子/cm3的固溶碳和濃度為1.4×1018-1.6×1018原子/cm3的固溶氧。

首先，包括固溶狀態(tài)的碳的理由應(yīng)歸于如下的事實(shí)碳以硅取代的形式(in the form of substituting with silicon)被引入硅晶格中。也就是說(shuō)，因?yàn)樘嫉脑影霃叫∮诠柙拥脑影霃?，?dāng)碳配位在取代位置中時(shí)，晶體的應(yīng)力場(chǎng)是壓縮應(yīng)力場(chǎng)并且填隙式的(interstitial)氧和雜質(zhì)往往被容易地捕捉。因此，具有包括錯(cuò)位的氧的沉淀物，例如在裝置制造步驟，以高密度，容易地由取代-位置的碳形成，由此高吸氣效應(yīng)可以被給予硅基板1。

需要將所添加的固溶碳的濃度控制到1×1016-1×1017原子/cm3。當(dāng)固溶碳的濃度小于1×1016原子/cm3時(shí)，促進(jìn)碳-氧型沉淀物的形成是不積極的(not active)，使得不能獲得高密度的碳-氧型沉淀物的形成。

通過(guò)改變硅基板中的固溶碳的濃度對(duì)碳-氧型沉淀物的數(shù)目所測(cè)量的結(jié)果示于圖2中。此外，通過(guò)傅里葉變換紅外吸收分光光度法(FT-IR)進(jìn)行固溶碳的濃度的測(cè)量。此外，碳-氧型沉淀物數(shù)目的測(cè)量是通過(guò)在硅基板的剖面在其厚度方向上觀察TEM圖像而進(jìn)行的。如圖2所示，當(dāng)固溶碳的濃度小于1×1016原子/cm3時(shí)，碳-氧型沉淀物的形成極度下降。

另一方面，當(dāng)它超過(guò)1×1017原子/cm3時(shí)，促進(jìn)了碳-氧型沉淀物的形成，從而獲得了高密度的碳-氧型沉淀物，但是抑制了沉淀物的尺寸，并由此圍繞沉淀物的應(yīng)變強(qiáng)烈地傾向于被削弱。因此，應(yīng)變的效果變差，捕捉雜質(zhì)的效果降低。

通過(guò)改變硅基板中的固溶碳的濃度對(duì)碳-氧型沉淀物的尺寸所測(cè)量的結(jié)果示于圖3中。此外，通過(guò)在硅基板的剖面在其厚度方向上觀察TEM圖像以便確定沉淀物的對(duì)角線而測(cè)量了碳-氧型沉淀物的尺寸，并且由所測(cè)量的值的平均值表示。
如圖3所示，當(dāng)固溶碳的濃度超過(guò)1×1017原子/cm3時(shí)，碳-氧型沉淀物的尺寸變得非常小。

進(jìn)一步，需要將硅基板1中的固溶氧的濃度控制到1.4×1018-1.6×1018原子/cm3。當(dāng)固溶氧的濃度小于1.4×1018原子/cm3時(shí)，碳-氧型沉淀物的形成未被促進(jìn)，并且因此沒(méi)有獲得上述高密度的碳-氧型沉淀物。
另一方面，當(dāng)它超過(guò)1.6×1018原子/cm3時(shí)，降低了氧沉淀物的尺寸，并且在沉淀物與基質(zhì)(matrix)的硅原子的界面處的應(yīng)變效果被減弱(mitigated)，因此恐怕降低了通過(guò)應(yīng)變的吸氣效應(yīng)。

因?yàn)樘?氧型沉淀物的密度牽扯到固態(tài)圖像傳感裝置中的白色缺陷的出現(xiàn)，因此對(duì)于與白色缺陷的數(shù)目成比例的光電二極管結(jié)(function)的漏電流檢驗(yàn)了硅基板1中的固溶碳的濃度和固溶氧的濃度之間的關(guān)系。結(jié)果示于圖4中。
此外，光電二極管結(jié)的漏電流是如下產(chǎn)生的。首先，硅基板用SC-1清洗液(NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶1∶5)清洗，然后用SC-2清洗液(HCl∶H2O2∶H2O＝1∶1∶5)清洗。接下來(lái)，晶片在1100℃進(jìn)行濕式氧化達(dá)110分鐘而在晶片的表面上形成600nm厚的場(chǎng)(field)氧化硅層。其后，通過(guò)光刻法對(duì)氧化硅層進(jìn)行圖案化而形成擴(kuò)散窗，并且使用三氯氧化磷(POCl3)通過(guò)固體層擴(kuò)散在其上形成n+層。在這種情況下，磷擴(kuò)散的條件是PSG(含磷硅酸鹽玻璃)薄膜通過(guò)在900℃蝕刻20分鐘而被除去并且在1000℃進(jìn)行熱擴(kuò)散60分鐘。n+層具有約2μm的擴(kuò)散深度和1×1019/cm3的濃度。在形成接觸孔后，通過(guò)濺射(sputtering)以500nm的厚度在其上沉積含鋁的1.5質(zhì)量％的硅。在圖案化電極后，在N2氣氛中在450℃進(jìn)行退火處理，并且最后從背面除去氧化物薄膜。使用連接面積1.8mm2的圖案。
借助于HP4140(pA)儀通過(guò)向所述結(jié)施加電壓而測(cè)量在這樣獲得的硅基板的pn結(jié)處的漏電流。在這種情況下，其設(shè)計(jì)用于通過(guò)由HP4141B(電流電壓源)向保護(hù)環(huán)施加偏壓而抑制p-型表面逆轉(zhuǎn)(surfaceinversion)。作為陰極保護(hù)環(huán)，使用偏壓-20V。在硅基板(晶片)的20個(gè)位置處進(jìn)行測(cè)量，其平均值是漏電流。

如圖4所示，當(dāng)固溶碳的濃度為1×1016-1×1017原子/cm3時(shí)，pn結(jié)處的漏電流降低。進(jìn)一步地，注意到固溶氧的濃度，當(dāng)固溶氧的濃度小于1.4×1018原子/cm3并且變?yōu)?.3×1018原子/cm3時(shí)，證實(shí)了即使在任何固溶碳的濃度，在pn結(jié)處的漏電流很大程度上(largely)降低。以類似的方式，甚至在圖2和3中也看出了固溶氧的濃度的這種趨勢(shì)。

另一方面，當(dāng)固溶氧的濃度超過(guò)1.6×1018原子/cm3，或者當(dāng)其變?yōu)?.7×1018原子/cm3，超過(guò)1.6×1018原子/cm3，如圖3所示，碳-氧型沉淀物的尺寸降低。這種尺寸的降低導(dǎo)致了在基質(zhì)的硅原子和沉淀物之間的界面處的應(yīng)變效果的降低，使得恐怕降低了通過(guò)應(yīng)變的吸氣效應(yīng)。

接下來(lái)，對(duì)硅基板1——添加碳的CZ晶體——進(jìn)行RCA清洗，使用例如SC1和SC2的結(jié)合，使得在基板的表面鏡像(surfacemirroring)后生長(zhǎng)出外延層。其后，將基板置于外延生長(zhǎng)爐中以便生長(zhǎng)出具有預(yù)定厚度的外延層2(參見(jiàn)圖1(b))。
此外，各種CVD方法(化學(xué)氣相沉積方法)可被用于外延層2的生長(zhǎng)。

此刻，外延層2的厚度優(yōu)選為2-9μm，考慮到改進(jìn)固態(tài)圖像傳感裝置的光譜響應(yīng)特性的話。

在氧化硅層4和進(jìn)一步的氮化硅層5在外延層2上形成后，如果必要的話，將具有上述外延層2的半導(dǎo)體基板3提供給以下的裝置制造步驟。在這個(gè)步驟，埋入型光電二極管在外延層2中形成從而獲得固態(tài)圖像傳感裝置6。

此外，氧化硅層4和氮化硅層5的厚度，優(yōu)選地，在氧化硅層4中為50-100nm，在氮化硅層5(具體的說(shuō)，固態(tài)圖像傳感裝置中的多晶硅柵極(gate)薄膜5)中為1.0-2.0μm，從設(shè)計(jì)電荷轉(zhuǎn)移晶體管的工作電壓中的限制出發(fā)。

提供給裝置制造步驟的半導(dǎo)體基板3中的硅基板1是包含固溶碳的CZ晶體，但是通過(guò)在外延生長(zhǎng)中的熱處理使在晶體生長(zhǎng)中形成的氧沉淀核(oxygen precipitating nucleus)或氧沉淀物收縮(shrunk)，使得所實(shí)現(xiàn)的氧沉淀物在半導(dǎo)體基板3階段不存在于硅基板1中。

因此，為確保吸氣槽吸氣重金屬，需要使基板在外延層生長(zhǎng)后進(jìn)行低溫?zé)崽幚?，?yōu)選地，約600℃-700℃的低溫?zé)崽幚?，使得從取?位置的碳中分離出碳-氧型沉淀物7(參見(jiàn)圖1(c))。

在裝置制造步驟中或者在制造固態(tài)圖像傳感裝置的一般步驟中，其最初階段通常包括約600℃-700℃的熱處理步驟，使得有可能經(jīng)裝置制造步驟通過(guò)使用含固溶碳的半導(dǎo)體基板3作為固態(tài)圖像傳感裝置的基板而使得碳-氧型沉淀物生長(zhǎng)和形成。

在本發(fā)明中，“碳-氧型沉淀物”是指含碳的碳-氧復(fù)合材料(簇)的沉淀物。

通過(guò)使用含固溶碳的半導(dǎo)體基板3經(jīng)裝置制造步驟的最初階段，在整個(gè)硅基板1上自然地分離出碳-氧型沉淀物，使得在裝置制造步驟具有相抗于金屬污染的高吸氣能力的吸氣槽可以恰好在外延層之下在硅基板1的全部厚度上形成。因此，在接近于外延層的區(qū)域中的吸氣可以被實(shí)現(xiàn)。

為了實(shí)現(xiàn)這種吸氣，碳-氧型沉淀物重要的是具有不小于10nm的尺寸并且以1×106-1×108沉淀物/cm2的密度存在于硅基板中。

當(dāng)碳-氧型沉淀物的尺寸不小于10nm時(shí)，通過(guò)利用在基質(zhì)的硅原子和氧沉淀物之間的界面處形成的應(yīng)變效果，增加了捕捉(吸氣)晶格間的雜質(zhì)(例如重金屬等等)的概率。

此外，尺寸不小于10nm的碳-氧型沉淀物的密度為1×106-1×108沉淀物/cm2，因?yàn)椴蹲?吸氣)硅晶體中的重金屬取決于基質(zhì)的硅原子和氧沉淀物之間的界面處形成的應(yīng)變和界面狀態(tài)密度(體密度)。

此外，作為以上的裝置制造步驟，可以采取固態(tài)圖像傳感裝置的一般制造步驟。對(duì)于CCD裝置來(lái)說(shuō)，這種步驟的實(shí)例示于圖2中，但是其不特別限于圖5。
在裝置制造步驟中，首先提供了半導(dǎo)體基板3，其中n-型外延層2在圖5(b)中所示的硅基板1上形成，如圖5(a)中所示，然后在外延層2的預(yù)定位置形成第一p-型井區(qū)域11，如圖5(b)中所示。其后，如圖5(c)所示，柵極絕緣薄膜12在表面上形成，而n-型和p-型雜質(zhì)通過(guò)離子注入有選擇地注入第一p-型井區(qū)域11的內(nèi)部而分別形成構(gòu)成縱向轉(zhuǎn)移電阻器(vertical transfer resistor)的n-型轉(zhuǎn)移通道區(qū)域13、p-型通道中止區(qū)域14和第二p-型井區(qū)域15。

然后，如圖5(d)所示，轉(zhuǎn)移電極16在柵極絕緣薄膜12的表面上在預(yù)定位置形成。其后，如圖5(e)所示，n-型和p-型雜質(zhì)有選擇地注入n-型轉(zhuǎn)移通道區(qū)域13和第二p-型井區(qū)域15之間，從而形成包括p-型正電荷存儲(chǔ)區(qū)域17和n-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域18的層合物的光電二極管19。

進(jìn)一步，如圖5(f)所示，在表面上形成中間層絕緣薄膜20，然后在除恰好在光電二極管19之上的部分以外的中間層絕緣薄膜20的表面上形成光屏薄膜21，由此可以制造固態(tài)圖像傳感裝置10。

在上述裝置制造步驟，通常，在例如形成柵極氧化物薄膜、分離元件和形成多晶硅柵極電極中，進(jìn)行約600-1000℃的熱處理。在這種熱處理中，可以嘗試碳-氧型沉淀物7的上述沉淀，其可以在后面的步驟中作為吸氣槽。
實(shí)施例
作為硅晶體的原材料的堆積的多晶硅被放置在石英坩堝中，將適當(dāng)量的石墨粉末施加到多晶硅表面上，然后根據(jù)Czochralski方法(CZ方法)制備添加有碳的CZ晶體。從CZ晶體作為晶片切掉的硅基板中的固溶碳和固溶氧的濃度示于表1中。然后，采用旋涂方法，使這樣獲得的硅基板進(jìn)行表面污染(污染物Fe、Cu、Ni，污染濃度1×1013原子/cm2)，并且進(jìn)一步使其在相當(dāng)于固態(tài)圖像傳感裝置的制造中的熱處理的溫度條件下進(jìn)行熱處理。
對(duì)于硅基板的吸氣能力，通過(guò)原子分光光度法測(cè)量硅基板表面上的金屬的污染濃度，根據(jù)以下公式確定吸氣效率。
計(jì)算 吸氣效率＝(熱處理后的表面污染濃度)/(初始表面污染濃度)×100(％)
表1中還顯示了作為吸氣效率的結(jié)果 不小于90％◎， 小于90％但不小于80％○， 小于80％但不小于50％△，和 小于50％×， 由此應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的半導(dǎo)體基板在固態(tài)圖像傳感裝置的制造步驟對(duì)重金屬的污染具有充足的耐受性。

[表1]


然后，如圖1(b)所示，使硅基板1的表面進(jìn)行鏡面拋光，用SC-1和SC-2的結(jié)合進(jìn)行RCA-清洗，然后被放入外延生長(zhǎng)爐中，從而通過(guò)CVD方法形成厚度4.5μm的外延層2。此外，通過(guò)使用SiHCl3(三氯硅烷)和SiH4(單硅烷)作為啟動(dòng)氣體來(lái)進(jìn)行CVD方法。

根據(jù)圖5中所示的程序，通過(guò)在如此形成的具有外延層2的半導(dǎo)體基板3上制備CMOS裝置而制造固態(tài)圖像傳感裝置。在形成柵極氧化物薄膜(在裝置制造步驟(圖5(c))時(shí))的步驟中，研究經(jīng)700℃的熱處理的硅基板1中的碳-氧型沉淀物的數(shù)目和尺寸。結(jié)果示于表2-6中。

對(duì)于這樣獲得的固態(tài)圖像傳感裝置，研究了PN結(jié)二極管的暗、反向、漏電流。在表2-6中還顯示了作為漏電流的結(jié)果 小于80任意單位(arb.Unit)◎， 不小于80任意單位但是小于130任意單位○， 不小于130任意單位但是小于160任意單位△，和 不小于160任意單位×， 由此應(yīng)當(dāng)理解的是使用根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體基板在固體像傳感器中抑制了漏電流。

[表2] 固溶氧的濃度1×1013(原子/cm3)
[表3] 固溶氧的濃度1×1014(原子/cm3)
[表4] 固溶氧的濃度1×1015(原子/cm3)
[表5] 固溶氧的濃度1×1016(原子/cm3)
[表6] 固溶氧的濃度1×1017(原子/cm3)
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板，其特征在于硅基板包含濃度為1×1016-1×1017原子/cm3的固溶碳和濃度為1.4×1018-1.6×1018原子/cm3的固溶氧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板，其中硅的外延層位于硅基板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板，其中氧化物薄膜存在于外延層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板，其中氮化硅薄膜存在于氧化硅薄膜上。
5.制造固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板的方法，其特征在于在制造單晶硅基板中，先前包括硅晶體，其中碳的固溶濃度為1×1016-1×1017原子/cm3，氧的固溶濃度為1.4×1018-1.6×1018原子/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的制造固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板的方法，其中通過(guò)使用CZ(Czochralski)方法或MCZ(施加磁場(chǎng)的Czochralski晶體生長(zhǎng))方法來(lái)制造單晶硅基板。
7.一種固態(tài)圖像傳感裝置，其包括硅基板和在其上形成的埋入型光電二極管，其特征在于尺寸不小于10nm的碳氧化物型沉淀物以1×106-1×108沉淀物/cm2的密度存在于硅基板中。
8.一種制造固態(tài)圖像傳感裝置的方法，其特征在于形成裝置所需的層在硅基板上形成，所述硅基板包含在硅單晶中的1×1016-1×1017原子/cm3的固溶碳和1.4×1018-1.6×1018原子/cm3的固溶氧，然后對(duì)所述層進(jìn)行熱處理，而促進(jìn)氧沉淀反應(yīng)，由此在硅基板中形成通過(guò)碳-氧型沉淀物的吸氣槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的制造固態(tài)圖像傳感裝置的方法，其中所述熱處理是在所述裝置的制造過(guò)程中的熱處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8的制造固態(tài)圖像傳感裝置的方法，其中在熱處理步驟時(shí)以1×106-1×108沉淀物/cm2的密度來(lái)沉淀尺寸不小于10nm的碳-氧型沉淀物。
全文摘要
提供一種固態(tài)圖像傳感裝置的半導(dǎo)體基板，其中制造成本低于通過(guò)碳離子注入的吸氣方法的制造成本并解決了如在裝置制造步驟時(shí)出現(xiàn)顆粒等問(wèn)題。硅基板包含濃度為1×1016-1×1017原子/cm3的固溶碳和濃度為1.4×1018-1.6×1018原子/cm3的固溶氧。
文檔編號(hào)H01L21/322GK101351890SQ20078000105
公開(kāi)日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月7日
發(fā)明者栗田一成 申請(qǐng)人:勝高股份有限公司