JP3452828B2 - Solid-state imaging device and method of manufacturing the same - Google Patents
Solid-state imaging device and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
するものであり、さらに詳しくは、暗電流を抑制する水
素の供給源などとして機能する保護膜が形成された固体
撮像装置とその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly, to a solid-state image pickup device having a protective film functioning as a hydrogen supply source for suppressing dark current and a method for manufacturing the same. It is a thing.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体撮像装置には、画素部や回路部の保
護のために、通常、保護膜が形成される。保護膜は、固
体撮像装置特有の問題である暗電流を抑制するための水
素の供給源としても利用される。保護膜に含まれる水素
は、加熱を伴う工程においてシリコン基板へと拡散し、
シリコンのダングリングボンドを終端する。ダングリン
グボンドが終端されると、シリコン基板における界面準
位が低下して暗電流が抑制される。2. Description of the Related Art In a solid-state image pickup device, a protective film is usually formed in order to protect a pixel portion and a circuit portion. The protective film is also used as a hydrogen supply source for suppressing dark current, which is a problem peculiar to the solid-state imaging device. Hydrogen contained in the protective film diffuses into the silicon substrate in the process involving heating,
Terminates the silicon dangling bond. When the dangling bond is terminated, the interface state in the silicon substrate is lowered and dark current is suppressed.
【0003】保護膜としては、プラズマ化学気相法(プ
ラズマCVD法)により形成されたシリコン窒化膜が多
用されている。このシリコン窒化膜は、成膜ガスに含ま
れるSiH4やNH3に起因する、放出可能な水素を含ん
でいる。シリコン窒化膜は、水素を透過しにくい特性を
有しており、一旦放出された水素をシリコン基板側に閉
じこめる障壁としても作用する。このように、シリコン
窒化膜は、固体撮像装置の保護膜として適した特性を備
えている。As the protective film, a silicon nitride film formed by a plasma chemical vapor deposition method (plasma CVD method) is often used. This silicon nitride film contains hydrogen that can be released due to SiH 4 and NH 3 contained in the film forming gas. The silicon nitride film has a property of hardly permeating hydrogen, and also acts as a barrier that confines hydrogen once released to the silicon substrate side. As described above, the silicon nitride film has characteristics suitable as a protective film for a solid-state imaging device.
【0004】一方、固体撮像装置の小型化による画素面
積の縮小は、固体撮像装置の感度を改善するための要素
技術の開発を急務としている。感度向上のための有効な
方策の一つは、固体撮像装置への入射光の反射を低減す
ることである。On the other hand, in order to reduce the pixel area due to miniaturization of the solid-state image pickup device, there is an urgent need to develop elemental technology for improving the sensitivity of the solid-state image pickup device. One of the effective measures for improving the sensitivity is to reduce the reflection of the incident light to the solid-state imaging device.
【0005】例えば、特開平10−256518号公報
には、シリコン窒化膜からなる保護膜と、保護膜の受光
部側に接するように形成された低反射膜とを備えた固体
撮像装置が開示されている。この固体撮像装置では、低
反射膜を形成することにより、シリコン基板からの反射
光が抑制されている。低反射膜として具体的に開示され
ている膜は、減圧CVD法により形成されたシリコン窒
化膜である。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-256518 discloses a solid-state image pickup device having a protective film made of a silicon nitride film and a low reflection film formed in contact with the light receiving portion side of the protective film. ing. In this solid-state imaging device, the light reflected from the silicon substrate is suppressed by forming the low reflection film. The film specifically disclosed as the low reflection film is a silicon nitride film formed by a low pressure CVD method.
【0006】一般に、屈折率が異なる媒質に入射する光
線の反射は、媒質の屈折率差に応じて大きくなる。特開
平10−256518号公報に記載されているような低
反射膜は、固体撮像装置において、基板上方に形成され
る膜よりも屈折率が高いシリコン基板からの反射を抑制
する効果を奏する。In general, the reflection of a light beam incident on a medium having a different refractive index increases according to the difference in the refractive index of the medium. The low reflection film as described in JP-A-10-256518 has an effect of suppressing reflection from a silicon substrate having a higher refractive index than a film formed above the substrate in a solid-state imaging device.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、基板上方に
積層される膜の屈折率も一様ではなく、特に保護膜とし
て形成されるシリコン窒化膜の屈折率は、シリコン窒化
膜に隣接して形成される膜の屈折率よりも相対的に高
い。このため、シリコン基板からの反射のみならず、保
護膜からの反射も、固体撮像装置の感度改善には問題と
なる。しかし、保護膜からの反射が問題だからといって
保護膜の形成を省略すると、暗電流が低減できず、素子
の信頼性も維持できない。By the way, the refractive index of the film laminated above the substrate is not uniform, and in particular, the silicon nitride film formed as the protective film has the refractive index formed adjacent to the silicon nitride film. It is relatively higher than the refractive index of the film. Therefore, not only the reflection from the silicon substrate but also the reflection from the protective film poses a problem for improving the sensitivity of the solid-state imaging device. However, if the formation of the protective film is omitted because reflection from the protective film is a problem, the dark current cannot be reduced and the reliability of the device cannot be maintained.
【0008】そこで、本発明は、暗電流の抑制などに有
効な保護膜が形成された構成を有しながらも、保護膜か
らの入射光の反射が抑制された固体撮像装置とその製造
方法を提供することを目的とする。Therefore, the present invention provides a solid-state image pickup device in which reflection of incident light from the protective film is suppressed even though it has a structure in which a protective film effective for suppressing dark current is formed, and a manufacturing method thereof. The purpose is to provide.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の固体撮像装置は、半導体基板内に形
成された受光部の上方に、水素含有気体分子を含む雰囲
気中でプラズマ化学気相法により成膜された、シリコン
窒化膜と、前記シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有す
る膜であるシリコン窒化酸化膜とが積層された多層膜を
備え、前記多層膜として、シリコン窒化酸化膜からなる
第1層、シリコン窒化膜からなる第2層およびシリコン
窒化酸化膜からなる第3層が前記受光部側から順に積層
され、前記第1層および前記第3層がそれぞれ95nm
〜195nmの厚さを有し、前記第2層が190nm〜
390nmの厚さを有することを特徴とする。In order to achieve the above object, the first solid-state image pickup device of the present invention comprises a plasma in an atmosphere containing hydrogen-containing gas molecules above a light-receiving portion formed in a semiconductor substrate. deposited by chemical vapor deposition, and the silicon nitride film, comprising a multilayered film in which a silicon nitride oxide film is laminated to a film having a lower refractive index than the silicon nitride film, as the multilayer film, a silicon nitride Made of oxide film
First layer, second layer made of silicon nitride film and silicon
A third layer made of a oxynitride film is laminated in order from the light receiving portion side.
And the first layer and the third layer each have a thickness of 95 nm.
Has a thickness of about 195 nm, and the second layer has a thickness of about 190 nm.
It is characterized by having a thickness of 390 nm .
【0010】また、本発明の第2の固体撮像装置は、半
導体基板内に形成された受光部の上方に、前記半導体基
板に水素を供給するための保護膜として、シリコン窒化
膜と、前記シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有する膜
であるシリコン窒化酸化膜とが積層された多層膜が形成
され、前記多層膜として、シリコン窒化酸化膜からなる
第1層、シリコン窒化膜からなる第2層およびシリコン
窒化酸化膜からなる第3層が前記受光部側から順に積層
され、前記第1層および前記第3層がそれぞれ95nm
〜195nmの厚さを有し、前記第2層が190nm〜
390nmの厚さを有することを特徴とする。In the second solid-state image pickup device of the present invention, a silicon nitride film and a silicon nitride film are provided above the light receiving portion formed in the semiconductor substrate as a protective film for supplying hydrogen to the semiconductor substrate. Film with lower refractive index than nitride film
And a silicon oxynitride film that is a laminated film are formed, and the multi-layer film is made of a silicon oxynitride film.
First layer, second layer made of silicon nitride film and silicon
A third layer made of a oxynitride film is laminated in order from the light receiving portion side.
And the first layer and the third layer each have a thickness of 95 nm.
Has a thickness of about 195 nm, and the second layer has a thickness of about 190 nm.
It is characterized by having a thickness of 390 nm .
【0011】本発明の固体撮像装置によれば、保護膜か
らの入射光の反射が抑制され、固体撮像装置の感度が向
上する。また、保護膜が形成されているために、暗電流
を抑制し、素子の信頼性を維持することもできる。According to the solid-state imaging device of the present invention, the reflection of incident light from the protective film is suppressed, and the sensitivity of the solid-state imaging device is improved. Further, since the protective film is formed, it is possible to suppress dark current and maintain the reliability of the device.
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【0014】本発明では、第1層および第3層がそれぞ
れ95nm〜195nmの厚さを有し、第2層が190
nm〜390nmの厚さを有するため、可視光域(波
長:380nm〜780nm)における反射光をさらに
低減できる。第1層および第3層の膜厚はさらに好まし
くは120nm〜150nmである。また、第2層の膜
厚はさらに好ましくは250nm〜300nmである。In the present invention, the first layer and the third layer each have a thickness of 95 nm to 195 nm, and the second layer has a thickness of 190 nm.
Since having a thickness of Nm~390nm, visible light region (wavelength: 380 nm to 780 nm) can be further reduced reflected light at. The thickness of the first layer and the third layer is more preferably 120 nm to 150 nm. The thickness of the second layer is more preferably 250 nm to 300 nm.
【0015】また、本発明の固体撮像装置では、シリコ
ン窒化酸化膜における窒素および酸素に対する窒素の含
有率が、膜厚方向において、シリコン窒化膜に近づくに
つれて高くなることが好ましい。シリコン窒化酸化膜
は、シリコン窒化膜と接する面において、シリコン窒化
膜と連続した組成を有するように形成されていることが
好ましい。Further, in the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that the content ratio of nitrogen to nitrogen and oxygen in the silicon oxynitride film becomes higher as it approaches the silicon nitride film in the film thickness direction. The silicon oxynitride film is preferably formed to have a composition continuous with the silicon nitride film on the surface in contact with the silicon nitride film.
【0016】また、本発明の固体撮像装置では、シリコ
ン窒化酸化膜における屈折率が、膜厚方向において、シ
リコン窒化膜に近づくにつれて高くなることが好まし
い。この膜における屈折率は、シリコン窒化膜と接する
面において、シリコン窒化膜の屈折率と連続した屈折率
を有するように形成されていることが好ましい。Further, in the solid-state imaging device of the present invention, the refractive index of the silicon nitride oxide film, in the film thickness direction, it is preferable to be higher closer to the silicon nitride film. The refractive index of this film is preferably formed so as to have a continuous refractive index with that of the silicon nitride film on the surface in contact with the silicon nitride film.
【0017】また、本発明の固体撮像装置では、第1層
および第3層の屈折率が、膜厚方向において、第2層に
近づくにつれて高くなるように連続的に変化しているこ
とが好ましい。In the solid-state image pickup device of the present invention, the first layer
And the refractive index of the third layer is the same as that of the second layer in the film thickness direction.
It is preferable that it continuously changes so that it becomes higher as it approaches .
【0018】また、本発明の固体撮像装置では、多層膜
が、受光部以外への外部光の入射を遮蔽するための遮
光膜と受光部とを覆うように形成された絶縁膜、または
前記絶縁膜上に形成された平坦化膜、の上に形成され
ていることが好ましい。Further, in the solid-state image pickup device of the present invention, the multilayer film is an insulating film formed so as to cover the light- shielding film and the light-receiving portion for blocking the incidence of external light on portions other than the light- receiving portion , or the insulating film. It is preferably formed on the flattening film formed on the film.
【0019】本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導
体基板内に形成された受光部の上方に、前記半導体基板
に水素を供給するための保護膜として、シリコン窒化膜
と前記シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有する膜であ
るシリコン窒化酸化膜とが積層された多層膜であって、
シリコン窒化酸化膜からなる第1層、シリコン窒化膜か
らなる第2層およびシリコン窒化酸化膜からなる第3層
が前記受光部側から順に積層され、前記第1層および前
記第3層がそれぞれ95nm〜195nmの厚さを有
し、前記第2層が190nm〜390nmの厚さを有す
る多層膜とを、水素含有気体分子を含む同一チャンバー
内において、プラズマCVD法により連続して成膜する
工程を含むことを特徴とする。According to the method of manufacturing a solid-state image pickup device of the present invention, a silicon nitride film and a silicon nitride film are provided above a light receiving portion formed in a semiconductor substrate as a protective film for supplying hydrogen to the semiconductor substrate. Is a film with a low refractive index
A silicon oxynitride film that is laminated,
First layer made of silicon oxynitride film, silicon nitride film
Second layer made of silicon nitride and third layer made of silicon oxynitride film
Are laminated in order from the light receiving portion side, and the first layer and the front
The third layer has a thickness of 95 nm to 195 nm, respectively.
And the second layer has a thickness of 190 nm to 390 nm.
And a multi-layered film according to the first aspect of the present invention including a step of continuously forming a multi-layered film according to a plasma CVD method in the same chamber containing hydrogen-containing gas molecules.
【0020】本発明の製造方法によれば、保護膜からの
入射光の反射が抑制され、感度が向上した固体撮像装置
を効率良く製造できる。According to the manufacturing method of the present invention, reflection of incident light from the protective film is suppressed, and a solid-state image pickup device having improved sensitivity can be efficiently manufactured.
【0021】本発明の固体撮像装置の製造方法では、チ
ャンバー内に窒素含有気体分子および酸素含有気体分子
を導入して、シリコン窒化酸化膜を成膜することが好ま
しい。In the method for manufacturing a solid-state image pickup device of the present invention, it is preferable to introduce a nitrogen-containing gas molecule and an oxygen-containing gas molecule into the chamber to form a silicon oxynitride film.
【0022】本発明の固体撮像装置の製造方法では、チ
ャンバー内における窒素含有気体分子および酸素含有気
体分子の合計量に対する窒素含有気体分子の比率を連続
的に変化させることにより、シリコン窒化酸化膜におけ
る窒素および酸素の合計量に対する窒素の比率を、膜厚
方向において、シリコン窒化膜に近づくにつれて高くす
ることが好ましい。In the method for manufacturing a solid-state image pickup device according to the present invention, the ratio of the nitrogen-containing gas molecule to the total amount of the nitrogen-containing gas molecule and the oxygen-containing gas molecule in the chamber is continuously changed, whereby the silicon oxynitride film is formed. It is preferable that the ratio of nitrogen to the total amount of nitrogen and oxygen be made higher in the film thickness direction as it approaches the silicon nitride film.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい形態を図
面に基づいて説明する。図1は、本発明の固体撮像装置
の一形態の受光部付近を拡大して示す断面図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of a light receiving portion of one embodiment of the solid-state imaging device of the present invention.
【0024】この固体撮像装置では、n型シリコン基板
15に形成されたp型ウェル層12の表面に、受光部1
3が形成されている。受光部13は、シリコン基板の表
面に縦横に配列される画素ごとに形成される。また、p
型ウェル層12の表面には、受光部13の光電変換機能
により生じた電荷を転送するために、受光部13に隣接
して電荷転送部14が形成されている。シリコン基板の
表面は、ゲート絶縁膜11により覆われている。In this solid-state imaging device, the light receiving portion 1 is formed on the surface of the p-type well layer 12 formed on the n-type silicon substrate 15.
3 is formed. The light receiving unit 13 is formed for each pixel vertically and horizontally arranged on the surface of the silicon substrate. Also, p
On the surface of the mold well layer 12, a charge transfer unit 14 is formed adjacent to the light receiving unit 13 in order to transfer the charges generated by the photoelectric conversion function of the light receiving unit 13. The surface of the silicon substrate is covered with the gate insulating film 11.
【0025】ゲート絶縁膜11上には、ゲート電極10
が所定のパターンを描くように形成されている。ゲート
電極10は第1の絶縁膜9により覆われている。第1の
絶縁膜9上には、受光部13上方が開口部となるよう
に、遮光膜8が形成されている。遮光膜8は、受光部1
3以外の領域に入射しようとする外部からの光線を遮蔽
する。さらに、これらの膜全体を覆うように、第2の絶
縁膜7が形成される。第2の絶縁膜7上には保護膜20
が形成される。保護膜20上には、平坦化膜3、カラー
フィルター層2、オンチップマイクロレンズ1がこの順
に形成される。A gate electrode 10 is formed on the gate insulating film 11.
Are formed so as to draw a predetermined pattern. The gate electrode 10 is covered with the first insulating film 9. The light-shielding film 8 is formed on the first insulating film 9 so that the light-receiving portion 13 has an opening above it. The light-shielding film 8 is used as the light receiving portion 1.
A light ray from the outside which is incident on a region other than 3 is blocked. Further, the second insulating film 7 is formed so as to cover all of these films. A protective film 20 is formed on the second insulating film 7.
Is formed. A flattening film 3, a color filter layer 2, and an on-chip microlens 1 are formed in this order on the protective film 20.
【0026】保護膜20以外の各構成部分は、従来から
用いられてきた方法により製造することができる。シリ
コン基板内の受光部13や電荷転送部14は、イオン注
入法により作製される。ゲート絶縁膜11は、シリコン
基板の熱酸化により形成される。ゲート電極10は、成
膜したポリシリコン膜をエッチングすることにより形成
される。第1の絶縁膜9としては、例えば、ゲート電極
を酸化して形成したシリコン酸化膜に、減圧CVD法に
よりTEOS(tetraethylorthosilicate)を熱分解し
て形成したシリコン酸化膜を積層して形成される。遮光
膜8としては、タングステンシリサイド膜、タングステ
ン膜などを用いることができる。第2の絶縁膜7として
は、例えばボロン、リンなどの不純物をドープした、プ
ラズマCVD法によるシリコン酸化膜を用いることがで
きる。Each component other than the protective film 20 can be manufactured by a conventionally used method. The light receiving portion 13 and the charge transfer portion 14 in the silicon substrate are manufactured by the ion implantation method. The gate insulating film 11 is formed by thermal oxidation of the silicon substrate. The gate electrode 10 is formed by etching the formed polysilicon film. The first insulating film 9 is formed, for example, by laminating a silicon oxide film formed by oxidizing a gate electrode and a silicon oxide film formed by thermally decomposing TEOS (tetraethylorthosilicate) by a low pressure CVD method. As the light-shielding film 8, a tungsten silicide film, a tungsten film, or the like can be used. As the second insulating film 7, for example, a silicon oxide film doped with impurities such as boron and phosphorus and formed by a plasma CVD method can be used.
【0027】また、平坦化膜3は、例えばアクリル系樹
脂を用いて形成することができる。カラーフィルタ層2
は、染料や顔料を分散した樹脂材料を用いて形成され
る。オンチップマイクロレンズ1は、例えばフェノール
系の樹脂などを用いて形成される。オンチップマイクロ
レンズ1は、受光部に対応するように分割された樹脂層
を加熱することによりドーム形状へと成形される。The flattening film 3 can be formed using, for example, an acrylic resin. Color filter layer 2
Is formed using a resin material in which a dye or a pigment is dispersed. The on-chip microlens 1 is formed using, for example, a phenol resin. The on-chip microlens 1 is molded into a dome shape by heating a resin layer divided so as to correspond to the light receiving portion.
【0028】以下、保護層20について説明する。本実
施形態では、第1の絶縁膜7上に保護膜20が形成され
ている。この保護膜20は、第1の保護膜6、第2の保
護膜5、第3の保護膜4の三層がこの順に積層されて構
成されている。第1の保護膜6および第3の保護層4
は、プラズマCVD法により成膜されたシリコン窒化酸
化膜(以下「p−SiON膜」という)である。第2の
保護膜5はプラズマCVD法により成膜されたシリコン
窒化膜(以下「p−SiN膜」という)である。The protective layer 20 will be described below. In this embodiment, the protective film 20 is formed on the first insulating film 7. The protective film 20 is formed by laminating three layers of a first protective film 6, a second protective film 5, and a third protective film 4 in this order. First protective film 6 and third protective layer 4
Is a silicon oxynitride film (hereinafter referred to as “p-SiON film”) formed by a plasma CVD method. The second protective film 5 is a silicon nitride film (hereinafter referred to as "p-SiN film") formed by a plasma CVD method.
【0029】p−SiN膜は、好ましくはSivNw(た
だし、0.75≦v/w≦1.25)で表示される組成
を有する。この組成であればSiのダングリングボンド
が存在するアモルファス状態であり、その結果、Siと
水素との結合の形成が容易となって暗電流抑制の効果が
ある。また、この膜の屈折率は、Si/N比により多少
の差異は生じるものの、可視光域では約2.0となる。
一方、p−SiON膜は、好ましくはSixOyNz(0
≦z/(y+z)≦1、0.75≦x/(y+z)≦
1.5)で表示される組成を有する。これらの膜におい
て、Siの比率が高くなると、Siと水素との結合が増
加するが膜質が硬くなり、Siの比率が低すぎるとSi
と水素との結合が減少するが膜質が柔らかくなる。この
膜の屈折率は、組成により多少の差異は生じるものの、
可視光域で1.47〜2.0程度である。The p-SiN film preferably has a composition represented by Si v N w (where 0.75 ≦ v / w ≦ 1.25). This composition is in an amorphous state in which a dangling bond of Si exists, and as a result, the bond between Si and hydrogen is easily formed, which has an effect of suppressing dark current. The refractive index of this film is about 2.0 in the visible light range, although there is some difference depending on the Si / N ratio.
On the other hand, the p-SiON film is preferably Si x O y N z (0
≦ z / (y + z) ≦ 1, 0.75 ≦ x / (y + z) ≦
It has a composition represented by 1.5). In these films, when the ratio of Si is high, the bond between Si and hydrogen is increased, but the film quality becomes hard, and when the ratio of Si is too low, Si
The bond between hydrogen and hydrogen decreases, but the film quality becomes softer. Although the refractive index of this film varies somewhat depending on the composition,
It is about 1.47 to 2.0 in the visible light region.
【0030】図1に示したように、2層のp−SiON
膜によりp−SiN膜を挟持すれば、p−SiN膜の界
面における屈折率の変化は緩和され、保護膜からの反射
は抑制される。また、各層の膜厚を上記に例示した好ま
しい範囲に調整すれば、保護膜からの反射はさらに抑制
される。As shown in FIG. 1, two layers of p-SiON are used.
If the p-SiN film is sandwiched between the films, the change in the refractive index at the interface of the p-SiN film is relaxed and the reflection from the protective film is suppressed. Further, when the film thickness of each layer is adjusted to the preferable range exemplified above, the reflection from the protective film is further suppressed.
【0031】p−SiON膜の組成を、膜厚方向におい
て連続的に変化させれば、保護膜からの反射はさらに効
果的に抑制される。図2に、このようなp−SiON膜
を備えた固体撮像装置における受光部上方の膜構成(図
1におけるA−A’断面)とこの膜構成における屈折率
変化を示す。なお、図2では、保護層以外の各層を、上
記に例示した代表的な材料により構成した場合の屈折率
変化を示している。If the composition of the p-SiON film is continuously changed in the film thickness direction, the reflection from the protective film can be suppressed more effectively. FIG. 2 shows a film configuration (cross section AA ′ in FIG. 1) above a light receiving portion in a solid-state imaging device including such a p-SiON film and a change in refractive index in this film configuration. It should be noted that FIG. 2 shows a change in the refractive index when each layer other than the protective layer is made of the typical material exemplified above.
【0032】図2に示した形態では、p−SiON膜
4,6は、p−SiN膜5に近づくにつれて屈折率が高
くなるように形成されている。具体的には、p−SiO
N膜4,6では、p−SiN膜5に近づくにつれて、窒
素および酸素の合計量に対する窒素の比率(z/(y+
z))が高くなっている。p−SiON膜4,6は、p
−SiN膜5に接する部分では、実質的に、p−SiN
膜の組成(酸素を実質的に含有しない組成;z/(y+
z)=1)となるように成膜されている。In the embodiment shown in FIG. 2, the p-SiON films 4 and 6 are formed so that the refractive index becomes higher as they get closer to the p-SiN film 5. Specifically, p-SiO
In the N films 4 and 6, as the p-SiN film 5 is approached, the ratio of nitrogen to the total amount of nitrogen and oxygen (z / (y +
z)) is high. The p-SiON films 4 and 6 are p
In the portion in contact with the -SiN film 5, p-SiN is substantially used.
Composition of film (composition containing substantially no oxygen; z / (y +
The film is formed so that z) = 1).
【0033】一方、p−SiON膜4,6は、p−Si
N膜5から見て反対側の端部において最も低い屈折率を
有する。図2に示した形態では、p−SiON膜6は、
この反対側の端部で、第2の絶縁膜7であるシリコン酸
化膜と接している。この端部において、p−SiON膜
6は、実質的に、シリコン酸化膜の組成(窒素を実質的
に含有しない組成;z/(y+z)=0)となるように
成膜されている。On the other hand, the p-SiON films 4 and 6 are made of p-Si.
It has the lowest refractive index at the end opposite to the N film 5. In the form shown in FIG. 2, the p-SiON film 6 is
The opposite end is in contact with the silicon oxide film which is the second insulating film 7. At this end, the p-SiON film 6 is formed so as to have substantially the composition of the silicon oxide film (composition substantially containing no nitrogen; z / (y + z) = 0).
【0034】また、p−SiON膜4は、p−SiN膜
5から見て反対側の端部で、平坦化膜3であるアクリル
系樹脂膜と接している。この端部においても、p−Si
ON膜4は、実質的に、シリコン酸化膜の組成(窒素を
実質的に含有しない組成;z/(y+z)=0)となる
ように成膜されている。アクリル系樹脂の屈折率はシリ
コン酸化膜の屈折率にほぼ等しいため、図2に示したよ
うに、この端部においても、屈折率はほぼ連続的に変化
している。The p-SiON film 4 is in contact with the acrylic resin film, which is the flattening film 3, at the end opposite to the p-SiN film 5. Even at this end, p-Si
The ON film 4 is formed so as to have a composition of a silicon oxide film (a composition substantially not containing nitrogen; z / (y + z) = 0). Since the refractive index of the acrylic resin is almost equal to the refractive index of the silicon oxide film, as shown in FIG. 2, the refractive index also changes substantially continuously at this end.
【0035】このように、p−SiON膜4,6および
p−SiN膜5からなる保護膜は、保護膜内部のみなら
ず、保護膜と隣接する膜との間にもほぼ連続した屈折率
の分布を有するように構成されている。具体的には、図
2に示したように、シリコン基板側から、屈折率1.4
7のシリコン酸化膜の層11,9,7、屈折率が1.4
7から2.0へと漸増するp−SiON膜6、屈折率が
2.0のp−SiN膜5、屈折率が2.0から1.47
へと漸減するp−SiON膜4、屈折率が1.49程度
の樹脂層がこの順に形成されている。このような屈折率
分布により、この固体撮像装置では、保護膜からの反射
が効果的に抑制されている。As described above, the protective film including the p-SiON films 4 and 6 and the p-SiN film 5 has a refractive index which is substantially continuous not only inside the protective film but also between the protective film and the adjacent film. Configured to have a distribution. Specifically, as shown in FIG. 2, from the silicon substrate side, the refractive index of 1.4
7 silicon oxide layers 11, 9, 7 having a refractive index of 1.4
P-SiON film 6 gradually increasing from 7 to 2.0, p-SiN film 5 having a refractive index of 2.0, refractive index of 2.0 to 1.47
The p-SiON film 4 that gradually decreases to a resin layer having a refractive index of about 1.49 is formed in this order. With such a refractive index distribution, in this solid-state imaging device, reflection from the protective film is effectively suppressed.
【0036】なお、図1には、保護膜20が絶縁膜7上
に形成された態様を示したが、保護膜20の形成箇所は
特に限定されず、例えば平坦化膜3上に形成してもよ
い。平坦化膜3上に形成する場合には、平坦化膜3上に
配置されるアルミ配線上に形成しても構わない。Although FIG. 1 shows a mode in which the protective film 20 is formed on the insulating film 7, the formation position of the protective film 20 is not particularly limited and, for example, it is formed on the flattening film 3. Good. When it is formed on the flattening film 3, it may be formed on an aluminum wiring arranged on the flattening film 3.
【0037】p−SiON膜4,6およびp−SiN5
膜は、SiH4、NH3のような水素含有気体分子を含む
雰囲気中でのプラズマCVD法により成膜される。この
ため、これらの膜は、膜中に水素を含有した膜として成
膜される。水素は、保護膜成膜後に行われる加熱を伴う
工程で放出され、シリコン基板表面上のダングリングボ
ンドを終端する。ダングリングボンドが終端されると、
シリコン基板内の界面順位が低下して暗電流が抑制され
る。p−SiN膜は、放出された水素をシリコン基板側
に閉じこめる障壁としても機能する。また、これらの膜
は、NH3、N2、N2Oのような窒素含有気体分子を含
む雰囲気において成膜される。さらに、p−SiON膜
は、N2Oのような酸素含有気体分子を含む雰囲気にお
いて成膜される。P-SiON films 4, 6 and p-SiN5
The film is formed by a plasma CVD method in an atmosphere containing hydrogen-containing gas molecules such as SiH 4 and NH 3 . Therefore, these films are formed as films containing hydrogen in the films. Hydrogen is released in a process involving heating performed after forming the protective film, and terminates dangling bonds on the surface of the silicon substrate. When the dangling bond is terminated,
The order of interfaces in the silicon substrate is lowered and dark current is suppressed. The p-SiN film also functions as a barrier that traps the released hydrogen on the silicon substrate side. In addition, these films are formed in an atmosphere containing nitrogen-containing gas molecules such as NH 3 , N 2 and N 2 O. Furthermore, the p-SiON film is formed in an atmosphere containing oxygen-containing gas molecules such as N 2 O.
【0038】次に、プラズマCVD法による保護膜20
の形成方法について説明する。保護膜20のp−SiO
N膜4,6およびp−SiN5膜は、同一チャンバー内
において成膜ガスの流量比を変えながら成膜することが
できる。このように成膜すれば、連続的な屈折率分布を
実現しやすい。Next, the protective film 20 formed by the plasma CVD method.
A method of forming the will be described. P-SiO of protective film 20
The N films 4, 6 and the p-SiN5 film can be formed in the same chamber while changing the flow rate ratio of the film forming gas. If the film is formed in this way, it is easy to realize a continuous refractive index distribution.
【0039】図3〜図6に、成膜ガスの流量比の制御例
(図3〜図5)および印加電圧(図6)の例を示す。こ
の例では、成膜ガスとして、SiH4、N2O、NH3、
N2およびHeが用いられている。SiH4はSiとHと
の供給源であり、N2OはNとOとの供給源であり、N
H3はNとHとの供給源である。N2およびHeは希釈ガ
スであるが、N2はNの供給源としても作用する。3 to 6 show examples of controlling the flow rate ratio of the film forming gas (FIGS. 3 to 5) and applied voltage (FIG. 6). In this example, SiH 4 , N 2 O, NH 3 ,
N 2 and He are used. SiH 4 is a source of Si and H, N 2 O is a source of N and O, N 2 O
H 3 is a source of N and H. N 2 and He are diluent gases, but N 2 also acts as a source of N 2 .
【0040】図3に示したように、SiH4の流量は保
護膜を成膜する期間でほぼ一定とされる。なお、NH3
およびHeの流量も、図示は省略するが図3に示したよ
うに、ほぼ一定の流量で供給される。As shown in FIG. 3, the flow rate of SiH 4 is substantially constant during the period of forming the protective film. In addition, NH 3
Although not shown, the He and He flow rates are also supplied at substantially constant flow rates as shown in FIG.
【0041】一方、N2Oは、p−SiN膜の形成時に
は供給されず、p−SiON膜の形成時には所定の割合
で連続的に増加または減少するように供給される。さら
に具体的には、図4に示したように、p−SiON膜6
の成膜時において、N2Oは、p−SiN膜5に近づく
ほど少なくなるように供給され、p−SiN膜側の端部
では供給が停止される。N2Oは唯一のO供給源である
ため、N2Oの供給を停止するとp−SiON膜への酸
素の供給も停止される。一方、p−SiON膜4の成膜
時において、N2Oは、p−SiN膜5から離れるほど
多くなるように供給される。On the other hand, N 2 O is not supplied when the p-SiN film is formed, but is supplied so as to be continuously increased or decreased at a predetermined rate when the p-SiON film is formed. More specifically, as shown in FIG. 4, the p-SiON film 6 is formed.
During the film formation, N 2 O is supplied so as to decrease as it approaches the p-SiN film 5, and the supply is stopped at the end portion on the p-SiN film side. Since N 2 O is the only O supply source, stopping the supply of N 2 O also stops the supply of oxygen to the p-SiON film. On the other hand, at the time of forming the p-SiON film 4, N 2 O is supplied so as to increase with distance from the p-SiN film 5.
【0042】図5に示したように、N2は、p−SiN
膜およびp−SiON膜の形成時において、それぞれ所
定の量が供給される。N2の供給量を調整することによ
り、膜中の窒素の含有率が調整される。As shown in FIG. 5, N 2 is p-SiN.
When forming the film and the p-SiON film, respective predetermined amounts are supplied. By adjusting the supply amount of N 2 , the nitrogen content in the film is adjusted.
【0043】図6に示したように電圧を印加して各膜を
成膜することにより、保護膜20は、成膜ガスの調整の
ための時間を挟みながらも、同一チャンバー内において
連続的に積層される。By applying a voltage as shown in FIG. 6 to form each film, the protective film 20 is continuously formed in the same chamber while sandwiching the time for adjusting the film forming gas. Stacked.
【0044】図7〜図9は、成膜時間に代えて保護膜の
厚さを採用したときの各成膜ガスの供給量の変化を示し
た図である。図10は、上記方法により成膜される保護
膜の膜厚方向の屈折率変化を示す図である。7 to 9 are views showing changes in the supply amount of each film forming gas when the thickness of the protective film is adopted instead of the film forming time. FIG. 10 is a diagram showing changes in the refractive index in the film thickness direction of the protective film formed by the above method.
【0045】プラズマCVD法により形成する膜の組成
の調整方法は、上記方法に限られない。例えばSiH4
の流量を変化させて膜中のOとNとの比率を制御するこ
ともできる。ただし、SiH4の流量により膜組成を調
整する場合、SiH4の流量を高くし過ぎると、Siの
含有率が高くなりすぎて膜質が堅くなる。The method of adjusting the composition of the film formed by the plasma CVD method is not limited to the above method. For example SiH 4
It is also possible to control the ratio of O and N in the film by changing the flow rate of. However, when adjusting the film composition by the flow rate of SiH 4, if the flow rate of SiH 4 is too high, the Si content becomes too high and the film quality becomes hard.
【0046】上記のように、保護膜は、水素含有気体分
子(SiH4、NH3など)および酸素含有分子(N
2O)を適宜供給しながら実施する、プラズマCVD法
により成膜することが好ましい。As described above, the protective film is made up of hydrogen-containing gas molecules (SiH 4 , NH 3, etc.) and oxygen-containing molecules (N
It is preferable to form the film by the plasma CVD method, which is performed while appropriately supplying 2 O).
【0047】上記実施形態で説明したような膜構成を有
する固体撮像措置を実際に作製したところ、保護膜とし
てシリコン窒化膜のみを形成した従来の構成と比較し
て、固体撮像装置の感度を約5%改善することができ
た。When the solid-state image pickup device having the film structure as described in the above embodiment was actually manufactured, the sensitivity of the solid-state image pickup device was about as compared with the conventional structure in which only the silicon nitride film was formed as the protective film. It was possible to improve by 5%.
【0048】[0048]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像装置において保護膜を多層化することにより、
暗電流の抑制など保護層の機能を維持しながら、保護層
からの反射を抑制することができる。また、このような
保護層を効率的に成膜することができる。As described above, according to the present invention,
In the solid-state imaging device, by forming a multilayer protective film,
It is possible to suppress reflection from the protective layer while maintaining the function of the protective layer such as suppressing dark current. Further, such a protective layer can be efficiently formed.
【図1】 本発明の固体撮像装置の一形態の断面図であ
る。FIG. 1 is a cross-sectional view of one form of a solid-state imaging device of the present invention.
【図2】 図1に示した固体撮像装置の膜構成(A−
A’断面)、およびこの膜構成における各膜の屈折率を
示す図である。FIG. 2 is a film configuration of the solid-state imaging device shown in FIG.
It is a figure which shows the refractive index of each film in this film structure).
【図3】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマCVD法で成膜する場合の成膜時間に対するSiH
4の制御例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a SiH versus film formation time when a protective film is formed by a plasma CVD method in the solid-state imaging device of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a control example of 4 .
【図4】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマCVD法で成膜する場合の成膜時間に対するN2O
の制御例を示す図である。FIG. 4 shows N 2 O versus film formation time when a protective film is formed by a plasma CVD method in the solid-state imaging device of the present invention.
It is a figure which shows the example of control of.
【図5】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマCVD法で成膜する場合の成膜時間に対するN2の
制御例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of controlling N 2 with respect to a film forming time when a protective film is formed by a plasma CVD method in the solid-state imaging device of the present invention.
【図6】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマCVD法で成膜する場合の成膜時間に対する印加電
圧の制御例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of controlling an applied voltage with respect to a film formation time when a protective film is formed by a plasma CVD method in the solid-state imaging device of the present invention.
【図7】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマCVD法で成膜する場合の保護膜の膜厚に対するS
iH4の制御例を示す図である。FIG. 7 is a graph showing S with respect to the thickness of the protective film when the protective film is formed by the plasma CVD method in the solid-state imaging device of the present invention.
is a diagram illustrating an example of control of iH 4.
【図8】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマCVD法で成膜する場合の保護膜の膜厚に対するN
2Oの制御例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an N ratio with respect to a film thickness of a protective film when the protective film is formed by a plasma CVD method in the solid-state imaging device of the present invention.
It is a figure which shows the example of control of 2 O.
【図9】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマCVD法で成膜する場合の保護膜の膜厚に対するN
2の制御例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an N ratio with respect to a film thickness of a protective film when the protective film in the solid-state imaging device of the present invention is formed by a plasma CVD method.
FIG. 6 is a diagram showing a control example of 2 .
【図10】 図3〜図9に示した制御例によるプラズマ
CVD法により成膜した保護膜の膜厚方向における屈折
率変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing changes in the refractive index in the film thickness direction of the protective film formed by the plasma CVD method according to the control example shown in FIGS.
1 オンチップマイクロレンズ 2 フィルタ層 3 平坦化膜 4 第3の保護膜(p−SiON膜) 5 第2の保護膜(p−SiN膜) 6 第1の保護膜(p−SiON膜) 7 第2の絶縁膜 8 遮光膜 9 第1の絶縁膜 10 ゲート電極 11 ゲート絶縁膜 12 p型ウェル層 13 受光部 14 電荷転送部 15 n型シリコン基板 20 保護膜 1 on-chip micro lens 2 filter layers 3 Flattening film 4 Third protective film (p-SiON film) 5 Second protective film (p-SiN film) 6 First protective film (p-SiON film) 7 Second insulating film 8 Light-shielding film 9 First insulating film 10 Gate electrode 11 Gate insulating film 12 p-type well layer 13 Light receiving part 14 Charge transfer unit 15 n-type silicon substrate 20 Protective film
Claims (9)
に、水素含有気体分子を含む雰囲気中でプラズマ化学気
相法により成膜された、シリコン窒化膜と、前記シリコ
ン窒化膜よりも低い屈折率を有する膜であるシリコン窒
化酸化膜とが積層された多層膜を備え、 前記多層膜として、シリコン窒化酸化膜からなる第1
層、シリコン窒化膜からなる第2層およびシリコン窒化
酸化膜からなる第3層が前記受光部側から順に積層さ
れ、 前記第1層および前記第3層がそれぞれ95nm〜19
5nmの厚さを有し、前記第2層が190nm〜390
nmの厚さを有する ことを特徴とする固体撮像装置。Above 1. A light receiving portion formed in a semiconductor substrate, which is formed by a plasma chemical vapor deposition in an atmosphere containing a hydrogen-containing gas molecules, and a silicon nitride film is lower than the silicon nitride film Silicon nitride, which is a film with a refractive index
Comprising a multilayer film in which a reduction oxide film are stacked, as the multilayer film, the first consisting of a silicon nitride oxide film
Layer, a second layer made of a silicon nitride film and silicon nitride
A third layer made of an oxide film is stacked in order from the light receiving portion side.
Is, the first layer and the third layer each 95nm~19
The second layer has a thickness of 5 nm, and the second layer has a thickness of 190 nm to 390.
A solid-state imaging device having a thickness of nm .
に、前記半導体基板に水素を供給するための保護膜とし
て、シリコン窒化膜と、前記シリコン窒化膜よりも低い
屈折率を有する膜であるシリコン窒化酸化膜とが積層さ
れた多層膜が形成され、 前記多層膜として、シリコン窒化酸化膜からなる第1
層、シリコン窒化膜からなる第2層およびシリコン窒化
酸化膜からなる第3層が前記受光部側から順に積層さ
れ、 前記第1層および前記第3層がそれぞれ95nm〜19
5nmの厚さを有し、前記第2層が190nm〜390
nmの厚さを有する ことを特徴とする固体撮像装置。Above wherein the light receiving portion formed in a semiconductor substrate, as a protective film for supplying hydrogen to the semiconductor substrate, a film having a silicon nitride film, a lower refractive index than the silicon nitride film multilayer film and is a silicon nitride oxide film are laminated is formed, as the multilayer film, the first consisting of a silicon nitride oxide film
Layer, a second layer made of a silicon nitride film and silicon nitride
A third layer made of an oxide film is stacked in order from the light receiving portion side.
Is, the first layer and the third layer each 95nm~19
The second layer has a thickness of 5 nm, and the second layer has a thickness of 190 nm to 390.
A solid-state imaging device having a thickness of nm .
酸素の合計量に対する窒素の比率が、膜厚方向におい
て、シリコン窒化膜に近づくにつれて高くなる請求項1
または2に記載の固体撮像装置。Ratio of 3. A nitrogen to the total amount of nitrogen and oxygen in the silicon nitride oxide film, in the film thickness direction, claim 1 becomes higher closer to the silicon nitride film
Alternatively, the solid-state imaging device described in 2 .
膜厚方向において、シリコン窒化膜に近づくにつれて高
くなる請求項1〜3のいずれかに記載の固体撮像装置。Wherein the refractive index of the silicon nitride oxide film,
In the film thickness direction, the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3 higher closer to the silicon nitride film.
向において、第2層に近づくにつれて高くなるように連
続的に変化している請求項1〜4のいずれかに記載の固
体撮像装置。Wherein the refractive index of the first layer and the third layer, in the thickness direction, according to claim 1-4 which is changing communication <br/> continue to so as to be higher toward the second layer The solid-state imaging device according to any one of claims.
を遮蔽するための遮光膜と受光部とを覆うように形成さ
れた絶縁膜、または前記絶縁膜上に形成された平坦化
膜、の上に形成されている請求項1〜5のいずれかに記
載の固体撮像装置。6. A multilayer film, light-shielding film and an insulating film formed so as to cover the light receiving portion for shielding the incident external light to regions other than the light-receiving portion or the flattened formed on the insulating film, film, a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5 formed on the.
に、前記半導体基板に水素を供給するための保護膜とし
て、シリコン窒化膜と前記シリコン窒化膜よりも低い屈
折率を有する膜であるシリコン窒化酸化膜とが積層され
た多層膜であって、シリコン窒化酸化膜からなる第1
層、シリコン窒化膜からなる第2層およびシリコン窒化
酸化膜からなる第3層が前記受光部側から順に積層さ
れ、前記第1層および前記第3層がそれぞれ95nm〜
195nmの厚さを有し、前記第2層が190nm〜3
90nmの厚さを有する多層膜を、 水素含有気体分子を含む同一チャンバー内において、プ
ラズマ化学気相法により連続して成膜する工程を含むこ
とを特徴とする固体撮像装置の製造方法。Above 7. receiving portion formed in a semiconductor substrate, as a protective film for supplying hydrogen to the semiconductor substrate, it is a film having a lower refractive index than the silicon nitride film and a silicon nitride film Laminated with silicon oxynitride film
A multi-layered film, which comprises a silicon oxynitride film
Layer, a second layer made of a silicon nitride film and silicon nitride
A third layer made of an oxide film is stacked in order from the light receiving portion side.
The first layer and the third layer each have a thickness of 95 nm
The second layer has a thickness of 195 nm, and the second layer has a thickness of 190 nm to 3
A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising the step of continuously forming a multi-layer film having a thickness of 90 nm in the same chamber containing hydrogen-containing gas molecules by a plasma chemical vapor deposition method.
び酸素含有気体分子を導入して、シリコン窒化酸化膜を
成膜する請求項7に記載の固体撮像装置の製造方法。8. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 7 , wherein a nitrogen-containing gas molecule and an oxygen-containing gas molecule are introduced into the chamber to form a silicon oxynitride film.
および酸素含有気体分子の合計量に対する窒素含有気体
分子の比率を連続的に変化させることにより、シリコン
窒化酸化膜における窒素および酸素の合計量に対する窒
素の比率を、膜厚方向において、シリコン窒化膜に近づ
くにつれて高くする請求項8に記載の固体撮像装置の製
造方法。9. By continuously changing the ratio of the nitrogen-containing gas molecule to the total amount of the nitrogen-containing gas molecule and the oxygen-containing gas molecule in the chamber, the nitrogen content of the nitrogen and oxygen in the silicon oxynitride film can be adjusted. 9. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 8 , wherein the ratio is increased in the film thickness direction as it approaches the silicon nitride film.
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