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公開番号2025113281
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2025080894,2022533095
出願日2025-05-14,2020-12-02
発明の名称イメージセンサを製造する方法
出願人ケーエルエーコーポレイション
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類H10F 39/18 20250101AFI20250725BHJP()
要約【課題】高エネルギ光子を効率的に検出することができるイメージセンサを得る。
【解決手段】イメージセンサを製造する方法であって、基板上にエピタキシャル層を形成し、基板上にゲート層を形成し、ゲート層上に1個又は複数個の回路素子層を形成し、基板を薄化させることで、エピタキシャル層のうち少なくとも複数部分が露出する薄化基板を生成し、エピタキシャル層の露出部分を清掃し、エピタキシャル層の露出部分上に表面テキスチャを生成し、光の入射側である表面テキスチャ上に、ジボランと水素を含む混合物を用いて第1温度で純粋硼素のアモルファス層を形成し、更に、第1温度よりも高い第2温度まで高めることで硼素をエピタキシャル層の表面テキスチャ内に拡散させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
イメージセンサを製造する方法であって、
基板上にエピタキシャル層を形成し、
前記基板上にゲート層を形成し、
前記ゲート層上に１個又は複数個の回路素子層を形成し、
前記基板を薄化させることで、前記エピタキシャル層のうち少なくとも複数部分が露出する薄化基板を生成し、
前記エピタキシャル層の前記露出部分を清掃し、
前記エピタキシャル層の前記露出部分上に表面テキスチャを生成し、
光の入射側である前記表面テキスチャ上に、ジボランと水素を含む混合物を用いて第１温度で純粋硼素のアモルファス層を形成し、
更に、前記第１温度よりも高い第２温度まで高めることで硼素を前記エピタキシャル層の前記表面テキスチャ内に拡散させる
方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記表面テキスチャに、直立ピラミッド、反転ピラミッド及びナノコーンのうち少なくとも一種類の明白な短距離規則性を欠く一方で長距離規則性を呈する疑似ランダム分布が備わる方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記表面テキスチャに、直立ピラミッド、反転ピラミッド及びナノコーンのうち少なくとも一種類の周期的分布が備わる方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記表面テキスチャに、直立ピラミッド、反転ピラミッド及びナノコーンのうち少なくとも一種類のランダム分布が備わる方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、更に、前記純粋硼素のアモルファス層上に抗反射被覆を形成する方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、更に、前記エピタキシャル層の前記露出部分をプレエッチングするのに先立ち、前記回路素子層上に保護層を形成する方法。
【請求項７】
イメージセンサを製造する方法であって、
基板上にエピタキシャル層を形成し、
前記エピタキシャル層上に１個又は複数個の回路素子を形成し、
前記回路素子に支持ウェハを装着し、
前記基板を薄化させることで前記エピタキシャル層を露出させ、
前記エピタキシャル層の前記露出面を清掃し、
前記エピタキシャル層上の前記露出面上に表面テキスチャを生成し、
光の入射側である前記表面テキスチャ上に、ジボランと水素を含む混合物を用いて第１温度で純粋硼素のアモルファス層を形成し、
更に、前記第１温度よりも高い第２温度まで高めることで硼素を前記エピタキシャル層の前記表面テキスチャ内に拡散させる
方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記表面テキスチャに、直立ピラミッド、反転ピラミッド及びナノコーンのうち少なくとも一種類の明白な短距離規則性を欠く一方で長距離規則性を呈する疑似ランダム分布が備わる方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、前記表面テキスチャに、直立ピラミッド、反転ピラミッド及びナノコーンのうち少なくとも一種類の周期的分布が備わる方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法であって、前記表面テキスチャに、直立ピラミッド、反転ピラミッド及びナノコーンのうち少なくとも一種類のランダム分布が備わる方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本件開示は、総じて、深紫外（ＤＵＶ）及び真空紫外（ＶＵＶ）波長の輻射を感知するのに適したイメージセンサ、並びにその種のイメージセンサを作成する方法に関する。こうしたセンサは、フォトマスク、レティクル又はウェハ検査システムその他の用途での使用に適している。
続きを表示（約 4,300 文字）【背景技術】
【０００２】
［関連出願への相互参照］
本願では、Ｙｕｎｇ－ＨｏＡｌｅｘＣｈｕａｎｇ、ＹｉｎｙｉｎｇＸｉａｏｌｉ、ＳｉｓｉｒＹａｌａｍａｎｃｈｉｌｉ、ＪｏｈｎＦｉｅｌｄｅｎ及びＤａｖｉｄＢｒｏｗｎを発明者とする２０１９年１２月３日付米国仮特許出願第６２／９４３１７３号に基づき優先権を主張し、その全容を参照により本願に繰り入れる。
【０００３】
集積回路産業では、検査ツールの分解能をより一層高め、集積回路、フォトマスク、レティクル、太陽電池及び電荷結合素子に備わるフィーチャ（外形特徴）でありかつてなく小さくなってきているものを分解・解像しうるようにすることや、それらフィーチャのサイズと同等以下のサイズを有する欠陥を検出しうる能力が、求められている。
【０００４】
短波長、例えば約２５０ｎｍ未満の波長にて動作する検査システムであれば、多くの場合、そうした分解能を提供することができる。具体的には、フォトマスクやレティクルの検査であれば、諸パターンにより引き起こされる検査光位相シフトが、リソグラフィ中に引き起こされる位相シフトと同等か酷似するので、リソグラフィに用いられることとなる波長（例．現世代のリソグラフィでは１９３．４ｎｍ、将来のＥＵＶリソグラフィでは１３．５ｎｍ）と同一かそれに近い波長を用い、標本を検査することが望ましい。パターニングされた半導体ウェハの検査であれば、波長域を広くすることで、個別波長での反射率に大変化を引き起こしかねない層厚又はパターン寸法小変化に対する感度を下げうるので、比較的広い波長域、例えば近ＵＶ、ＤＵＶ及び／又はＶＵＶ域内波長を含む波長域に亘り動作する検査システムが、有利でありうる。
【０００５】
フォトマスク、レティクル及び半導体ウェハ上の小欠陥又は粒子を検出するには、信号対雑音比が高いことが必要である。光子検出個数の統計揺らぎ（ポアソン雑音）が信号対雑音比に対する基本限度であるので、高速検査時に高い信号対雑音比を確保するには、光子又は粒子束密度が高いことが必要である。多くの場合、１画素当たり約１０００００個以上の光子が必要となる。通常、検査システムは短時間停止のみで毎日２４時間用いられるので、数か月稼働させただけでも諸検出器が大量の輻射に曝される。
【０００６】
真空波長が２５０ｎｍの光子は約５ｅＶのエネルギを有している。二酸化シリコンの禁制帯幅は約１０ｅＶである。そうした波長の光子は二酸化シリコンにより吸収されなさそうであるが、二酸化シリコンの構造はシリコン結晶のそれと完全整合しえないので、シリコン表面上で成長した二酸化シリコンは、そのシリコンとの界面にて幾ばくかのダングリングボンド（未結合手）を呈するものとならざるを得ない。更に、その二酸化シリコンはアモルファスであるので、その素材内にも幾ばくかのダングリングボンドが存在していることがある。実際、その酸化物内や下地をなす半導体との界面には、無視しえない密度の欠陥及び不純物が存することとなり、深ＵＶ波長を有する光子、とりわけその波長が約２５０ｎｍ未満のそれらがそこで吸収されうる。更に、高輻射束密度下では、非常に短い期間（ナノ秒又はピコ秒単位）の間に２個の高エネルギ光子が同じ個所付近に到来することがあり、それが引き金となって、矢継ぎ早な２回の吸収事象又は二光子吸収により電子が二酸化シリコンの伝導帯へと励起されることがありうる。
【０００７】
検査、計量及びそれに関連する用途で用いられるセンサに更に求められることは、感度が高いことである。既説の通り信号対雑音比が高いことが求められる。そのセンサにて大量の入射光子が信号へと変換されないようだと、より効率的なセンサを有する検査又は計量システムと比べ同等な検査又は計測速度を保つのに、より高強度な光源が必要となろう。高強度光源の許では機器内光学系及び検査若しくは計測対象標本が高強度光に曝されかねず、恐らくは損傷又は経時劣化が引き起こされる。高強度光源はより高価でもあろうし、とりわけＤＵＶ及びＶＵＶ波長のそれは入手できそうにない。シリコンは、自身に入射したＤＵＶ及びＶＵＶ光を高率で反射する。例えば１９３ｎｍ付近の波長では、その表面上に２ｎｍの酸化物層（例えば自然酸化物層）があるシリコンは、自身に入射した光のうち約６５％を反射する。シリコン表面上に約２１ｎｍの酸化物層を成長させると、１９３ｎｍ付近の波長で反射率が４０％付近まで低下する。４０％の反射率を有する検出器であれば、６５％の反射率を有するものよりかなり効率的ではあるが、更に低い反射率、ひいてはより高効率であることが望ましい。
【０００８】
ＤＵＶ及びＶＵＶ波長はシリコンにより強く吸収される。そうした波長が最も吸収されうるのは、シリコン表面から約１０ｎｍ又は数十ｎｍ以内のところである。ＤＵＶ又はＶＵＶ波長にて動作するセンサの効率は、その吸収光子により生成された電子のうちどれだけ多くの部分が電子再結合前に集められるかにより、左右される。二酸化シリコンならシリコンとの高品質界面を低欠陥密度で以て形成することができる。抗反射被覆向けによく用いられる素材の多くを初め、他の大抵の素材では、シリコン上に直に堆積させると極高密度の電気的欠陥がシリコン表面に生じる結果となる。高密度の電気的欠陥がシリコン表面にあっても、可視波長で動作させることを想定しているセンサでは、そうした波長が通常は吸収前にシリコン中に約１００ｎｍ以上進入するため、即ちシリコン表面上の電気的欠陥にほとんど影響されないため、問題になりえない。しかしながら、ＤＵＶ及びＶＵＶ波長はシリコン表面のすぐ近くで吸収されるため、その面上の電気的欠陥及び／又はその面上の（諸）層内の捕獲電荷によって、発生電子のうちかなりの部分がシリコン表面又はその付近にて再結合して失われうるため、結局は低効率センサとなる。即ち、シリコン表面の状態を制御し光電子の損失を減らすことが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
米国特許第７７０５３３１号明細書
米国特許第９７２３７０３号明細書
米国特許第９８６５４４７号明細書
米国特許第９８９１１７７号明細書
米国特許第９２７９７７４号明細書
米国特許第７９５７０６６号明細書
米国特許第７８１７２６０号明細書
米国特許第５９９９３１０号明細書
米国特許第７５２５６４９号明細書
米国特許第９０８０９７１号明細書
米国特許第７４７４４６１号明細書
米国特許第９４７０６３９号明細書
米国特許第９２２８９４３号明細書
米国特許第５６０８５２６号明細書
米国特許第６２９７８８０号明細書
米国特許第６４５１２１８号明細書
【非特許文献】
【００１０】
B.S. Akila, K. Vaithinathan, T. Balaganapathi, S. Vinoth, and P. Thilakan, Sensors and Actuators A-Physical 263, 445 (2017)
"Chemical vapor deposition of a-boron layers on silicon for controlled nanometer-deep p+-n junction formation," Sarubbi et al., J. Electron. Material, vol. 39, pp. 162-173, 2010
J Dalvi-Malhotra, et. al., A spin-on photosensitive polymeric etch protection mask for anisotropic wet etching of silicon, J. Micromech. Microeng. 18 (2008) 025029 (8pp)
Puqun Wang, et. al., Periodic upright nanopyramids for light management applications in ultrathin crystalline silicon solar cells, IEEE Journal of Photovoltaics, Vol. 7, No. 2, March 2017
Miguel A. Gonsalves et. al., Chapter 22 - Wet Etching of Silicon, Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies (Second Edition), Micro and Nano Technologies, 2015, Pages 470-502
Zhang et al., Highly-ordered silicon inverted nanocone arrays with broadband light antireflectance, Nanoscale Research Letters (2015) 10:9
Yalamanchili S., et. al., Enhanced absorption and <1% spectrum-and-angle-averaged reflection in tapered microwire arrays, ACS Photonics 2016, 3, 10, 1854-1861
Dasog M., Profiling photoinduced carrier generation in semiconductor microwire arrays via photoelectrochemical metal deposition, Nano Lett. 2016, 16, 8, 5015-5021
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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