[发明专利]SOI基板的蚀刻方法以及SOI基板上的背面照射型光电转换模块及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及SOI基板的蚀刻方法以及SOI基板上的背面照射型光电转换模块及其制作方法。

背景技术

相比于使用Si基板的半导体装置，使用SOI（Silicon On Insulator，绝缘体上的硅）基板的半导体装置在动作速度及节能方面是有利的，在图像传感器等光电转换装置的领域中也提出了利用SOI基板。其中，“SOI基板”是指Si基板与表面Si层之间插入有SiO₂层的基板。“表面Si层”任选含有杂质。

CCD图像传感器、CMOS图像传感器等图像传感器将光电二极管等光电转换元件排列成矩阵状，各光电转换元件作为像素（pixel）起作用。近年来，以高色彩、高分辨度拍摄或观察物体的机会增加，将光电转换元件高密度排列的高密度图像传感器的提出、开发日渐兴盛。

越为高密度，则各光电转换元件的受光面的面积不得已越来越小。受光面的面积变小时，每单位时间的光量减少，因而出现提高各光电转换元件的感光度的需求，但其也是有限度的。

此外，随着高密度化，受光面的面积减小为所需以上的较大的原因有：配线也占面积，所述配线用于对各光电转换元件及其驱动元件输送信号、对图像传感器的规定位置施加规定的电压。通常出于制造方便方面的考虑，为了保证配线的电阻低，尽可能地加宽配线的宽度来进行设计。因此，图像传感器的表面处配线所占的面积的比例随着高密度地排列光电转换元件而增大。为了避免该情况，提出了采用增加配线的厚度来实现低电阻化而非采用加宽配线的宽度来实现低电阻化，虽已实用化，但制造工序数量增加并成为成本增加的原因。

作为SOI基板上的光电转换模块的一个例子，可以列举出：在SOI基板的表面Si层上设置具有多个光电转换元件的光电转换部，将设置有驱动电路的第二基板与SOI基板以驱动电路与光电转换部对着的方式贴合。近年来，作为使这种光电转换模块兼顾高感光度化和高密度化的一种方案，提出了多种所谓背面照射（backside illumination）型的图像传感器，部分还已实用化，该背面照射型的图像传感器从与一般的图像传感器的光电转换元件的入射方向的相反侧（即Si基板的背面侧）透过SiO₂层入射。

由于能够减少配线的影响，所以采用了背面照射，但因光穿透Si基板入射至光电转换元件，需要想办法使任意颜色（波长）的光均可效率良好地入射至相应的光电转换元件的受光面。其中之一提出了：采用CMP（Chemical Mechanical Polishing：化学机械抛光）、湿式蚀刻从背面侧除去Si基板而尽可能地减小Si基板的厚度，抑制Si基板造成的光的吸收。

由于Si基板比较厚，因此采用CMP磨削至规定厚度，之后进行用于除去由CMP产生的所谓损伤层的湿式蚀刻。因此，花费大量时间而使生产效率受到限制，成为高成本的原因。

非专利文献1记载了使用高浓度的氢氟酸-硝酸的硅晶片的湿式蚀刻技术。氢氟酸-硝酸由于酸性强，因此制约输送用的容器或保存用的容器、使用时的容器、管子等的材质，现状是一定程度地控制酸的浓度而进行使用，非专利文献1记载的氢氟酸-硝酸之中，存在具有相对于硅晶片为800μm/分钟的高蚀刻速率的特性的氢氟酸-硝酸。如果使用这种氢氟酸-硝酸，能够不进行机械抛光地将Si基板高速背面薄化至规定厚度。并且，如果采用该湿式蚀刻技术来制造背面照射型的图像传感器，则可期待生产效率飞跃性地提升。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1:吉川等，“3次元チップ積层のためのウェットエッチングによるシリコンウェーハの薄化技術（用于三维芯片层叠的采用湿式蚀刻的硅晶片的薄化技术）”，IEICE Technical Report2009

发明内容

发明要解决的问题

然而，本发明人等在制作上述的SOI基板上的光电转换模块的过程中，使用非专利文献1记载的氢氟酸-硝酸来蚀刻Si基板的背面、进行Si基板的背面薄化时，蚀刻后的表面大量形成无规的凹凸（micro-roughness，微观粗糙度）。该表面是背面照射中用于将光引入光电转换部的光入射面，获知这种凹凸引发入射光的散射、漫反射，难以将外部光有效地引入光电转换部。还获知调整氢氟酸及硝酸的浓度提高蚀刻速率时，凹凸大小增大，且存在凹凸大小的分布宽的倾向。

本发明鉴于这样的问题点而做出，本发明第一个目的在于提供蚀刻方法，其是SOI基板的蚀刻方法，该方法能够高速且平整地湿式蚀刻Si基板。