JP2015226022A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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裕介 塚越
Yusuke Tsukagoshi
裕介 塚越
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an art favorable to efficiently supply hydrogen to a semiconductor element of a semiconductor substrate.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises a formation process of forming a hydrogen-containing silicon nitride film on a semiconductor substrate having a semiconductor element. The silicon nitride film has a first part and a second part lying on the first part. A density of the first part is lower than a density of the second part. A ratio of an N-H bonding amount to a Si-H bonding amount in the first part is higher than the ratio in the second part.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

固体撮像装置を製造する際に、半導体基板に形成された光電変換部やトランジスタに水素を供給することによって、固体撮像装置で発生するノイズを抑制する技術が知られている。特許文献1は、シリコン基板の上に水素放出膜を形成し、その上に水素遮断膜を形成する。水素遮断膜を水素放出膜の上に配置することによって、水素放出膜から放出される水素が上方に拡散されにくくなる。水素放出膜はP−SiNで形成され、水素遮断膜はUV−SiNで形成される。   There is known a technique for suppressing noise generated in a solid-state imaging device by supplying hydrogen to a photoelectric conversion unit or a transistor formed on a semiconductor substrate when the solid-state imaging device is manufactured. In Patent Document 1, a hydrogen release film is formed on a silicon substrate, and a hydrogen barrier film is formed thereon. By disposing the hydrogen blocking film on the hydrogen releasing film, hydrogen released from the hydrogen releasing film is hardly diffused upward. The hydrogen releasing film is made of P-SiN, and the hydrogen blocking film is made of UV-SiN.

特開2008−211003号公報JP 2008-211013 A

特許文献1には、水素放出膜及び水素遮断膜の詳細な成膜条件が記載されていない。これらの成膜条件によっては、期待する水素供給効果が得られないことがある。また、水素放出膜と水素遮断膜とを別々のCVD装置で形成する必要があり、労力・コストが高くなる。本発明は、半導体基板の半導体素子に効率的に水素を供給するために有利な技術を提供することを目的とする。   Patent Document 1 does not describe detailed film forming conditions for the hydrogen releasing film and the hydrogen blocking film. Depending on these film forming conditions, the expected hydrogen supply effect may not be obtained. Further, it is necessary to form the hydrogen release film and the hydrogen barrier film with separate CVD apparatuses, which increases labor and cost. An object of this invention is to provide the technique advantageous in supplying hydrogen efficiently to the semiconductor element of a semiconductor substrate.

上記課題に鑑みて、一部の実施形態によれば、半導体装置の製造方法であって、半導体素子を有する半導体基板の上に、水素を含有するシリコン窒化膜を形成する形成工程を有し、前記シリコン窒化膜は、第1部分と、前記第1部分の上にある第2部分とを有し、前記形成工程において形成される前記シリコン窒化膜において、前記第1部分の密度は、前記第2部分の密度よりも低く、前記第1部分におけるN−H結合量のSi−H結合量に対する比率は、前記第2部分における当該比率よりも高いことを特徴とする製造方法が提供される。別の一部の実施形態によれば、半導体装置の製造方法であって、半導体素子を有する半導体基板の上に、水素を含有するシリコン窒化膜を形成する形成工程を有し、前記シリコン窒化膜は、第1部分と、前記第1部分の上にある第2部分とを有し、前記形成工程において、前記第1部分の成膜速度は、前記第2部分の成膜速度よりも速く、前記第1部分を成膜する際のNH3ガス流量のSiH4ガス流量に対する比率は、前記第2部分を成膜する際の当該比率よりも高いことを特徴とする製造方法が提供される。 In view of the above problems, according to some embodiments, there is a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a forming step of forming a silicon nitride film containing hydrogen on a semiconductor substrate having a semiconductor element, The silicon nitride film has a first portion and a second portion on the first portion. In the silicon nitride film formed in the forming step, the density of the first portion is set to the first portion. There is provided a manufacturing method characterized in that the density is lower than the density of two parts, and the ratio of the amount of N—H bonds in the first part to the amount of Si—H bonds is higher than the ratio in the second part. According to another part of the embodiments, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising: forming a silicon nitride film containing hydrogen on a semiconductor substrate having a semiconductor element, wherein the silicon nitride film Has a first part and a second part overlying the first part, and in the forming step, the film forming rate of the first part is faster than the film forming rate of the second part, A manufacturing method is provided in which the ratio of the NH 3 gas flow rate to the SiH 4 gas flow rate when forming the first portion is higher than the ratio when forming the second portion.

上記手段により、半導体基板の半導体素子に効率的に水素を供給するために有利な技術が提供される。   The above means provides an advantageous technique for efficiently supplying hydrogen to the semiconductor element of the semiconductor substrate.

一部の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する図。The figure explaining the structure of the solid-state imaging device which concerns on some embodiment. 図1の固体撮像装置の製造方法を説明する図。FIG. 2 is a diagram for explaining a method for manufacturing the solid-state imaging device of FIG. シリコン窒化膜中の成分の熱処理による変化を説明する図。The figure explaining the change by the heat processing of the component in a silicon nitride film. 成膜条件による成膜速度の変化と応力の変化を説明する図。The figure explaining the change of the film-forming speed | rate by the film-forming conditions, and the change of stress. 成膜条件による結合比の変化を説明する図。The figure explaining the change of the coupling ratio by film-forming conditions. シリコン窒化膜のFT−IR分光法による測定結果を説明する図。The figure explaining the measurement result by FT-IR spectroscopy of a silicon nitride film.

添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。本発明は一般に、半導体基板に半導体素子を有する半導体装置に適用可能である。このような半導体装置として、固体撮像装置、記憶装置等が挙げられる。また、半導体装置の有する半導体素子として、トランジスタ、光電変換素子、発光ダイオード、サイリスタ等が挙げられる。以下では、半導体装置として固体撮像装置を例として本発明の実施形態を説明する。この説明では、電子が信号電荷である場合について扱うが、ホールが信号電荷であってもよい。ホールが信号電荷である場合には、半導体領域の導電型を反対にすればよい。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Throughout the various embodiments, similar elements are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. In addition, each embodiment can be appropriately changed and combined. The present invention is generally applicable to a semiconductor device having a semiconductor element on a semiconductor substrate. Examples of such a semiconductor device include a solid-state imaging device and a storage device. As a semiconductor element included in the semiconductor device, a transistor, a photoelectric conversion element, a light emitting diode, a thyristor, or the like can be given. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by taking a solid-state imaging device as an example of a semiconductor device. Although this description deals with the case where electrons are signal charges, the holes may be signal charges. When holes are signal charges, the conductivity type of the semiconductor region may be reversed.

図1を参照して、一部の実施形態に係る固体撮像装置100の構成例を説明する。図1は、固体撮像装置100の概略平面図である。固体撮像装置100は半導体基板101を有する。半導体基板101は、画素領域102と、周辺領域103とを含む。画素領域102には、光電変換部をそれぞれが有する複数の画素が2次元状に配される。画素領域102は、受光領域102aと、遮光領域102bとを含んでいてもよい。受光領域102aに配された画素の光電変換部は固体撮像装置100へ入射した光を受光する。遮光領域102bに配された画素の光電変換部は遮光される。遮光領域102bに配された画素からの信号は、黒レベルの基準として使うことができる。   A configuration example of a solid-state imaging device 100 according to some embodiments will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic plan view of the solid-state imaging device 100. The solid-state imaging device 100 includes a semiconductor substrate 101. The semiconductor substrate 101 includes a pixel region 102 and a peripheral region 103. In the pixel region 102, a plurality of pixels each having a photoelectric conversion unit are arranged two-dimensionally. The pixel region 102 may include a light receiving region 102a and a light shielding region 102b. The photoelectric conversion unit of the pixel arranged in the light receiving region 102a receives light incident on the solid-state imaging device 100. The photoelectric conversion portions of the pixels arranged in the light shielding region 102b are shielded from light. A signal from a pixel arranged in the light shielding region 102b can be used as a reference for the black level.

周辺領域103は、半導体基板101のうち、画素領域102以外の領域である。一部の実施形態では、周辺領域103に、垂直走査回路104、水平走査回路105、列アンプ106、列ADC(Analog to Digital Convertor)107、メモリ108、タイミングジェネレータ109、複数のパッド110が配される。これらの回路は、画素からの信号を処理するための回路である。上述の回路の一部が配されていなくてもよい。これらの回路は既知の機能・構成を有してもよいので、その詳細な説明を省略する。   The peripheral region 103 is a region other than the pixel region 102 in the semiconductor substrate 101. In some embodiments, a vertical scanning circuit 104, a horizontal scanning circuit 105, a column amplifier 106, a column ADC (Analog to Digital Converter) 107, a memory 108, a timing generator 109, and a plurality of pads 110 are arranged in the peripheral region 103. The These circuits are circuits for processing signals from the pixels. A part of the above circuit may not be arranged. Since these circuits may have known functions and configurations, detailed description thereof will be omitted.

続いて、図2を参照して、固体撮像装置100の製造方法を説明しつつ、固体撮像装置100の断面構造を説明する。図2の各図は、固体撮像装置100のA−A´線(図1)に沿った概略断面図を、複数の製造段階について示した図である。   Next, the cross-sectional structure of the solid-state imaging device 100 will be described with reference to FIG. Each drawing of FIG. 2 is a diagram showing a schematic cross-sectional view along a line AA ′ (FIG. 1) of the solid-state imaging device 100 for a plurality of manufacturing stages.

まず、図2(a)に示す構造体を形成する。半導体基板101は、シリコン等の半導体材料で形成された基板である。半導体基板101は、半導体ウェハに対して周知の半導体製造プロセスにより半導体領域が形成されたものを含む。半導体材料と別の材料との界面が半導体基板の主面101aである。例えば、別の材料は半導体基板101上に該半導体基板と接して配された熱酸化膜などである。半導体基板101にP型半導体領域、N型半導体領域が配される。本明細書において、平面は主面101aと平行な面である。例えば、後述する光電変換部が配された領域における主面101a、あるいはMOSトランジスタのチャネルにおける主面101aを基準としてよい。本明細書において、断面は平面と交差する面である。   First, the structure shown in FIG. 2A is formed. The semiconductor substrate 101 is a substrate formed of a semiconductor material such as silicon. The semiconductor substrate 101 includes a semiconductor wafer having a semiconductor region formed by a known semiconductor manufacturing process. The interface between the semiconductor material and another material is the main surface 101a of the semiconductor substrate. For example, another material is a thermal oxide film disposed on the semiconductor substrate 101 in contact with the semiconductor substrate. A P-type semiconductor region and an N-type semiconductor region are disposed on the semiconductor substrate 101. In the present specification, the plane is a plane parallel to the main surface 101a. For example, the main surface 101a in a region where a photoelectric conversion unit, which will be described later, is arranged, or the main surface 101a in the channel of a MOS transistor may be used as a reference. In this specification, a cross section is a plane that intersects a plane.

半導体基板101内に各半導体領域が形成され、半導体基板101の上にゲート電極、多層配線が形成される。半導体基板101の画素領域102に、光電変換部201、フローティングディフュージョン領域(以下、FD)202、及び画素トランジスタ用のウェル203のソース・ドレイン領域が形成される。光電変換部201は例えばフォトダイオードである。光電変換部201は半導体基板101に配されたN型半導体領域を含む。光電変換によって発生した電子が光電変換部のN型半導体領域に収集される。FD202はN型半導体領域である。光電変換部201で発生した電子はFD202に転送され、電圧に変換される。FD202は増幅部の入力ノードに電気的に接続される。これに代えて、FD202は信号出力線に電気的に接続されてもよい。本実施形態では、FD202は増幅トランジスタのゲート電極207にプラグ211を介して電気的に接続される。画素トランジスタ用のウェル203には、信号を増幅する増幅トランジスタや、増幅トランジスタの入力ノードをリセットするリセットトランジスタなどのトランジスタのソース・ドレイン領域が形成される。   Each semiconductor region is formed in the semiconductor substrate 101, and a gate electrode and a multilayer wiring are formed on the semiconductor substrate 101. In the pixel region 102 of the semiconductor substrate 101, a photoelectric conversion unit 201, a floating diffusion region (hereinafter referred to as FD) 202, and source / drain regions of a well 203 for pixel transistors are formed. The photoelectric conversion unit 201 is, for example, a photodiode. The photoelectric conversion unit 201 includes an N-type semiconductor region disposed on the semiconductor substrate 101. Electrons generated by photoelectric conversion are collected in the N-type semiconductor region of the photoelectric conversion unit. The FD 202 is an N-type semiconductor region. Electrons generated in the photoelectric conversion unit 201 are transferred to the FD 202 and converted into a voltage. The FD 202 is electrically connected to the input node of the amplification unit. Alternatively, the FD 202 may be electrically connected to the signal output line. In this embodiment, the FD 202 is electrically connected to the gate electrode 207 of the amplification transistor via the plug 211. In the pixel transistor well 203, source / drain regions of transistors such as an amplifying transistor for amplifying a signal and a reset transistor for resetting an input node of the amplifying transistor are formed.

半導体基板101の周辺領域103には、周辺トランジスタ用のウェル204が形成される。周辺トランジスタ用のウェル204には、信号処理回路を構成する周辺トランジスタのソース・ドレイン領域が形成される。半導体基板101に、素子分離部205が形成されてもよい。素子分離部205は画素トランジスタ、または周辺トランジスタを他の素子と電気的に分離する。素子分離部205は、STI(Shallow Trench Isolation)、LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)などである。   A peripheral transistor well 204 is formed in the peripheral region 103 of the semiconductor substrate 101. In the peripheral transistor well 204, the source / drain regions of the peripheral transistor constituting the signal processing circuit are formed. An element isolation portion 205 may be formed on the semiconductor substrate 101. The element isolation unit 205 electrically isolates the pixel transistor or the peripheral transistor from other elements. The element isolation unit 205 is STI (Shallow Trench Isolation), LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon), or the like.

半導体基板101上に不図示の酸化膜を介して転送ゲート電極206およびゲート電極207が配される。転送ゲート電極206は光電変換部201とFD202との間の電荷の転送を制御する。ゲート電極207は画素トランジスタ、周辺トランジスタのゲートである。   A transfer gate electrode 206 and a gate electrode 207 are arranged on the semiconductor substrate 101 via an oxide film (not shown). The transfer gate electrode 206 controls charge transfer between the photoelectric conversion unit 201 and the FD 202. The gate electrode 207 is a gate of the pixel transistor and the peripheral transistor.

半導体基板101上に保護層208が形成される。保護層208は例えばシリコン窒化膜である。保護層208は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を含む複数の層で構成されてもよい。保護層208は、後の工程で光電変換部に与えられるダメージを低減する機能を有していてもよい。これに加えて又はこれに代えて、保護層208は反射防止の機能を有していてもよい。さらに、保護層208は、シリサイド工程における金属の拡散を防止する機能を有していてもよい。保護層208は形成されなくてもよい。   A protective layer 208 is formed on the semiconductor substrate 101. The protective layer 208 is a silicon nitride film, for example. The protective layer 208 may be composed of a plurality of layers including a silicon nitride film and a silicon oxide film. The protective layer 208 may have a function of reducing damage given to the photoelectric conversion unit in a later step. In addition to or instead of this, the protective layer 208 may have an antireflection function. Further, the protective layer 208 may have a function of preventing metal diffusion in the silicide process. The protective layer 208 may not be formed.

保護層208の上に、第1配線層209a、第2配線層209b、及び複数の層間絶縁膜が形成される。複数の層間絶縁膜を、半導体基板101に近いほうから順に、第1層間絶縁膜210a〜第4層間絶縁膜210dとする。本実施形態ではダマシン法によって第1配線層209a、第2配線層209bが形成される。   A first wiring layer 209a, a second wiring layer 209b, and a plurality of interlayer insulating films are formed on the protective layer 208. The plurality of interlayer insulating films are referred to as a first interlayer insulating film 210 a to a fourth interlayer insulating film 210 d in order from the side closer to the semiconductor substrate 101. In the present embodiment, the first wiring layer 209a and the second wiring layer 209b are formed by the damascene method.

第1層間絶縁膜210aは画素領域102及び周辺領域103の上に形成する。必要に応じて、第1層間絶縁膜210aの半導体基板101とは反対側の面(上面)を平坦化してもよい。第1層間絶縁膜210aにはスルーホールが形成される。スルーホールには、第1配線層209aの導電部材と半導体基板101の半導体領域とを電気的に接続するプラグ211が配される。プラグ211は導電性の材料で構成される。例えばプラグ211はタングステンである。   The first interlayer insulating film 210 a is formed on the pixel region 102 and the peripheral region 103. If necessary, the surface (upper surface) of the first interlayer insulating film 210a opposite to the semiconductor substrate 101 may be planarized. A through hole is formed in the first interlayer insulating film 210a. A plug 211 that electrically connects the conductive member of the first wiring layer 209a and the semiconductor region of the semiconductor substrate 101 is disposed in the through hole. The plug 211 is made of a conductive material. For example, the plug 211 is tungsten.

第1層間絶縁膜210aに対して半導体基板101とは反対側に第2層間絶縁膜210bが形成される。第2層間絶縁膜210bのうち、第1配線層209aの導電部材が配される領域に対応した部分がエッチングにより除去される。その後、第1配線層の材料となる金属膜が画素領域102及び周辺領域103の上に形成される。その後、CMPなどの方法により第2層間絶縁膜が露出するまで金属膜を除去することによって所定のパターンが形成され、このパターンが第1配線層209aの配線を構成する。   A second interlayer insulating film 210b is formed on the side opposite to the semiconductor substrate 101 with respect to the first interlayer insulating film 210a. A portion of the second interlayer insulating film 210b corresponding to the region where the conductive member of the first wiring layer 209a is disposed is removed by etching. Thereafter, a metal film serving as a material for the first wiring layer is formed on the pixel region 102 and the peripheral region 103. Thereafter, a predetermined pattern is formed by removing the metal film until the second interlayer insulating film is exposed by a method such as CMP, and this pattern constitutes the wiring of the first wiring layer 209a.

続いて、第3層間絶縁膜210c、第4層間絶縁膜210dが画素領域102及び周辺領域103の上に形成される。その後、第4層間絶縁膜210dのうち、第2配線層209bの導電部材が配される領域に対応した部分がエッチングにより除去される。次に、第3層間絶縁膜210cのうち、第1配線層209aの導電部材と第2配線層209bの導電部材とを電気的に接続するプラグが配される領域に対応した部分がエッチングにより除去される。その後、第2配線層及びプラグの材料となる金属膜を画素領域102及び周辺領域103に形成する。その後、CMPなどの方法により第4層間絶縁膜が露出するまで金属膜を除去することによって、第2配線層209bの配線パターン、及びプラグのパターンが形成される。なお、第3層間絶縁膜210c、第4層間絶縁膜210dを形成した後に、先に第1配線層209aの導電部材と第2配線層209bの導電部材とを電気的に接続するプラグが配される領域に対応した部分をエッチングにより除去してもよい。   Subsequently, a third interlayer insulating film 210 c and a fourth interlayer insulating film 210 d are formed on the pixel region 102 and the peripheral region 103. Thereafter, a portion of the fourth interlayer insulating film 210d corresponding to the region where the conductive member of the second wiring layer 209b is disposed is removed by etching. Next, a portion of the third interlayer insulating film 210c corresponding to a region where a plug for electrically connecting the conductive member of the first wiring layer 209a and the conductive member of the second wiring layer 209b is disposed is removed by etching. Is done. Thereafter, a metal film serving as a material for the second wiring layer and the plug is formed in the pixel region 102 and the peripheral region 103. Thereafter, the metal film is removed by a method such as CMP until the fourth interlayer insulating film is exposed, whereby the wiring pattern of the second wiring layer 209b and the pattern of the plug are formed. Note that after the third interlayer insulating film 210c and the fourth interlayer insulating film 210d are formed, a plug for electrically connecting the conductive member of the first wiring layer 209a and the conductive member of the second wiring layer 209b is disposed first. A portion corresponding to the region to be removed may be removed by etching.

第1配線層209a及び第2配線層209bはダマシン法以外の手法で形成されてもよい。ダマシン法以外の手法の一例を説明する。第1層間絶縁膜210aが形成された後に、第1配線層の材料となる金属膜を画素領域102及び周辺領域103に形成する。次に、金属膜のうち、第1配線層209aの導電部材が配される領域以外の部分をエッチングにより除去する。これによって、第1配線層209aの配線パターンが形成される。その後、第2層間絶縁膜210b、第3層間絶縁膜210cを形成し、同様に第2配線層209bを形成する。第2配線層209bが形成された後、第4層間絶縁膜210dを形成する。   The first wiring layer 209a and the second wiring layer 209b may be formed by a method other than the damascene method. An example of a method other than the damascene method will be described. After the first interlayer insulating film 210 a is formed, a metal film that is a material for the first wiring layer is formed in the pixel region 102 and the peripheral region 103. Next, portions of the metal film other than the region where the conductive member of the first wiring layer 209a is disposed are removed by etching. Thereby, the wiring pattern of the first wiring layer 209a is formed. Thereafter, a second interlayer insulating film 210b and a third interlayer insulating film 210c are formed, and a second wiring layer 209b is formed similarly. After the second wiring layer 209b is formed, a fourth interlayer insulating film 210d is formed.

第1配線層209a、第2配線層209bは、半導体基板101の主面を基準に異なる高さに配される。本実施形態において、第1配線層209a、及び第2配線層209bの導電部材は銅で形成される。導電部材は導電性の材料であれば銅以外の材料で形成されてもよい。プラグによって電気的に接続される部分を除いて、第1配線層209aの導電部材と第2配線層209bの導電部材とは層間絶縁膜210cによって互いに絶縁されている。なお、配線層の数は2層に限らず、配線層が単層であっても、3層以上であってもよい。   The first wiring layer 209 a and the second wiring layer 209 b are arranged at different heights with respect to the main surface of the semiconductor substrate 101. In the present embodiment, the conductive members of the first wiring layer 209a and the second wiring layer 209b are made of copper. The conductive member may be formed of a material other than copper as long as it is a conductive material. Except for the portion electrically connected by the plug, the conductive member of the first wiring layer 209a and the conductive member of the second wiring layer 209b are insulated from each other by the interlayer insulating film 210c. The number of wiring layers is not limited to two, and the wiring layer may be a single layer or three or more layers.

また、各層間絶縁膜の間にはエッチストップ膜、金属の拡散防止膜、あるいは両方の機能を備える膜が配されてもよい。本実施形態では、複数の層間絶縁膜210a〜210dがシリコン酸化膜である。シリコン酸化膜に対しては、シリコン窒化膜が金属の拡散防止膜となる。そこで、各層間絶縁膜の間に、シリコン窒化膜からなる拡散防止膜212が配される。拡散防止膜212は形成されなくてもよい。   Further, an etch stop film, a metal diffusion preventing film, or a film having both functions may be disposed between the interlayer insulating films. In the present embodiment, the plurality of interlayer insulating films 210a to 210d are silicon oxide films. For the silicon oxide film, the silicon nitride film serves as a metal diffusion prevention film. Therefore, a diffusion prevention film 212 made of a silicon nitride film is disposed between the interlayer insulating films. The diffusion prevention film 212 may not be formed.

続いて、拡散防止膜212の上に、第5層間絶縁膜210e、第3配線層209c、及びシリコン酸窒化膜214を形成する。まず、第5層間絶縁膜210eを拡散防止膜212の上に形成する。第5層間絶縁膜210eは第4層間絶縁膜210dと同じ材料で形成されてもよい。本実施形態においては、第5層間絶縁膜210eはシリコン酸化膜である。次に、第2配線層209bの所定の導電部材と、第3配線層209cの所定の導電部材を電気的に接続するプラグ213を配するためのスルーホールを形成し、スルーホールにプラグ213を形成する。   Subsequently, a fifth interlayer insulating film 210e, a third wiring layer 209c, and a silicon oxynitride film 214 are formed on the diffusion prevention film 212. First, the fifth interlayer insulating film 210e is formed on the diffusion preventing film 212. The fifth interlayer insulating film 210e may be formed of the same material as the fourth interlayer insulating film 210d. In the present embodiment, the fifth interlayer insulating film 210e is a silicon oxide film. Next, a through hole for arranging a predetermined conductive member of the second wiring layer 209b and a plug 213 that electrically connects the predetermined conductive member of the third wiring layer 209c is formed, and the plug 213 is inserted into the through hole. Form.

続いて、第3配線層209cを形成する。本実施形態では、第3配線層209cの導電部材はアルミで構成される。なお、第3配線層209cを形成する方法は、第1配線層209aまたは第1配線層209bを形成する方法で説明した方法が適宜用いられる。   Subsequently, a third wiring layer 209c is formed. In the present embodiment, the conductive member of the third wiring layer 209c is made of aluminum. As the method for forming the third wiring layer 209c, the method described in the method for forming the first wiring layer 209a or the first wiring layer 209b is appropriately used.

続いて、第5層間絶縁膜210e及び第3配線層209cの上に、シリコン酸窒化膜214を形成する。シリコン酸窒化膜214は第5層間絶縁膜210eと次の工程にて成膜するシリコン窒化層215との間の界面の反射防止膜として機能する。シリコン酸窒化膜214は形成されなくてもよい。以上により、図2(a)に示す構造体が形成される。   Subsequently, a silicon oxynitride film 214 is formed on the fifth interlayer insulating film 210e and the third wiring layer 209c. The silicon oxynitride film 214 functions as an antireflection film at the interface between the fifth interlayer insulating film 210e and the silicon nitride layer 215 formed in the next step. The silicon oxynitride film 214 may not be formed. Thus, the structure shown in FIG. 2A is formed.

続いて、図2(b)に示すように、シリコン酸窒化膜214の上に、シリコン窒化層215及びシリコン窒化層216を含むシリコン窒化膜と、シリコン酸窒化膜217とを順に形成する。シリコン窒化層215及びシリコン窒化層216を含むシリコン窒化膜は、パッシベーション膜として機能する。シリコン窒化層216は、シリコン窒化層215の上(半導体基板101とは反対側)にある。本実施形態では、シリコン窒化層215とシリコン窒化層216とは互いに接している。シリコン窒化層215及びシリコン窒化層216の形成工程の詳細は後述する。シリコン酸窒化膜217はシリコン窒化層216の表面において反射防止膜として機能する。シリコン酸窒化膜217は形成されなくてもよい。その後、図2(b)に示す構造体に対して熱処理を行う。熱処理の詳細は後述する。その後、必要に応じて、カラーフィルター、マイクロレンズ等を形成して、固体撮像装置100が製造される。   Subsequently, as shown in FIG. 2B, a silicon nitride film including a silicon nitride layer 215 and a silicon nitride layer 216 and a silicon oxynitride film 217 are sequentially formed on the silicon oxynitride film 214. The silicon nitride film including the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 functions as a passivation film. The silicon nitride layer 216 is on the silicon nitride layer 215 (on the side opposite to the semiconductor substrate 101). In the present embodiment, the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 are in contact with each other. Details of the formation process of the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 will be described later. The silicon oxynitride film 217 functions as an antireflection film on the surface of the silicon nitride layer 216. The silicon oxynitride film 217 may not be formed. Thereafter, heat treatment is performed on the structure shown in FIG. Details of the heat treatment will be described later. Thereafter, as necessary, a color filter, a microlens, and the like are formed, and the solid-state imaging device 100 is manufactured.

続いて、図3〜図5を参照して、水素(H)を含有するシリコン窒化膜の性質を調べるための実験結果を説明する。図3の表は、水素(H)を含有するシリコン窒化膜中のN−H結合量、Si−H結合量、及びSi−N結合量がそれぞれ熱処理によってどのように変化するかを調べた結果を示す。熱処理は、表の1列目に示される各温度において、N2雰囲気の中、120分間行った。結合量はFT−IR分光法を用いて測定した。結合量は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)等の他の方法で測定してもよい。 Next, with reference to FIGS. 3 to 5, experimental results for examining the properties of the silicon nitride film containing hydrogen (H) will be described. The table of FIG. 3 is a result of examining how the N—H bond amount, Si—H bond amount, and Si—N bond amount in the silicon nitride film containing hydrogen (H) change with heat treatment, respectively. Indicates. The heat treatment was performed for 120 minutes in an N 2 atmosphere at each temperature shown in the first column of the table. The amount of binding was measured using FT-IR spectroscopy. The amount of binding may be measured by other methods such as time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS).

この結果により、熱処理によって、N−H結合量が減少し、Si−H結合量及びSi−N結合量が増加することが認められる。そのため、水素(H)を含有するシリコン窒化膜を加熱した場合に、主にN−H結合から水素が離脱すると考えられる。従って、シリコン窒化膜に水素が多く含まれていたとしても、Si−H結合が支配的であり、N−H結合が少ない場合には、当該シリコン窒化膜は熱処理によって十分な水素を放出することができない。以上により、水素供給膜として機能させるシリコン窒化膜は、N−H/Si−H結合比が高い方がよいことがわかる。ここで、N−H/Si−H結合比とは、N−H結合量をSi−H結合量で割った値、すなわち、N−H結合量のSi−H結合量に対する比率である。他の元素の結合比も同様に定義される。   From this result, it is recognized that the N—H bond amount decreases and the Si—H bond amount and Si—N bond amount increase due to the heat treatment. Therefore, it is considered that when a silicon nitride film containing hydrogen (H) is heated, hydrogen is mainly released from the N—H bond. Therefore, even if the silicon nitride film contains a large amount of hydrogen, when the Si—H bond is dominant and the N—H bond is small, the silicon nitride film releases sufficient hydrogen by heat treatment. I can't. From the above, it can be seen that the silicon nitride film functioning as the hydrogen supply film should have a higher N—H / Si—H bond ratio. Here, the N—H / Si—H bond ratio is a value obtained by dividing the N—H bond amount by the Si—H bond amount, that is, the ratio of the N—H bond amount to the Si—H bond amount. The bond ratios of other elements are defined similarly.

図4のグラフは、水素(H)を含有するシリコン窒化膜を成膜する際に特定のパラメータを変化させることによって、成膜速度と成膜後のシリコン窒化膜の応力とがどのように変化するかを調べた結果を示す。シリコン窒化膜の成膜には、平行平板型のプラズマCVD装置を用いた。図4(a)は成膜温度のみを変化させた場合の結果を示し、図4(b)はチャンバ内の圧力のみを変化させた場合の結果を示し、図4(c)はSiH4流量のみを変化させた場合の結果を示し、図4(d)はNH3流量のみを変化させた場合の結果を示す。 The graph of FIG. 4 shows how the film formation rate and the stress of the silicon nitride film after film formation change by changing specific parameters when forming the silicon nitride film containing hydrogen (H). The result of examining whether to do is shown. A parallel plate type plasma CVD apparatus was used for forming the silicon nitride film. 4A shows the result when only the film formation temperature is changed, FIG. 4B shows the result when only the pressure in the chamber is changed, and FIG. 4C shows the SiH 4 flow rate. FIG. 4 (d) shows the result when only the NH 3 flow rate is changed.

この結果により、シリコン窒化膜の成膜速度とシリコン窒化膜の応力の絶対値とは負の相関関係を有することが認められる。応力の絶対値が高いほど、シリコン窒化膜の圧縮方向の応力が高くなる。シリコン窒化膜の圧縮方向の応力が高いほどシリコン窒化膜の熱膨張係数が小さくなるので、このシリコン窒化膜の密度は高くなる。従って、図4の結果から、水素(H)を含有するシリコン窒化膜を遅い速度で成膜するほど、このシリコン窒化膜の密度が高くなることが認められる。ここで、シリコン窒化膜の密度とは、単位体積当たりの質量を意味する。密度は、例えば、基板の上に形成した単膜又は積層膜のシリコン窒化膜をX線反射率法(XRR)やラザフォード後方散乱分析法(RBS)等で測定することで得られる。   From this result, it is recognized that the deposition rate of the silicon nitride film and the absolute value of the stress of the silicon nitride film have a negative correlation. The higher the absolute value of the stress, the higher the stress in the compression direction of the silicon nitride film. The higher the stress in the compression direction of the silicon nitride film, the smaller the coefficient of thermal expansion of the silicon nitride film, so that the density of this silicon nitride film increases. Therefore, it can be seen from the results of FIG. 4 that the density of the silicon nitride film increases as the silicon nitride film containing hydrogen (H) is formed at a slower rate. Here, the density of the silicon nitride film means a mass per unit volume. The density can be obtained, for example, by measuring a single or laminated silicon nitride film formed on the substrate by an X-ray reflectivity method (XRR), Rutherford backscattering analysis method (RBS), or the like.

図5のグラフは、水素(H)を含有するシリコン窒化膜を成膜する際に特定のパラメータを変化させることによって、シリコン窒化膜内の(N−H+Si−H)/Si−N結合比とN−H/Si−H結合比とがどのように変化するかを調べた結果を示す。ここで、(N−H+Si−H)/Si−N結合比とは、N−H結合量とSi−H結合量との和をSi−N結合量で割った値のことである。シリコン窒化膜の成膜には、平行平板型のプラズマCVD装置を用いた。図5(a)は成膜温度のみを変化させた場合の結果を示し、図5(b)はチャンバ内の圧力のみを変化させた場合の結果を示し、図5(c)はSiH4流量のみを変化させた場合の結果を示し、図5(d)はNH3流量のみを変化させた場合の結果を示す。 The graph of FIG. 5 shows the (N—H + Si—H) / Si—N bond ratio in the silicon nitride film by changing specific parameters when forming a silicon nitride film containing hydrogen (H). The result of investigating how the N—H / Si—H bond ratio changes is shown. Here, the (N—H + Si—H) / Si—N bond ratio is a value obtained by dividing the sum of the N—H bond amount and the Si—H bond amount by the Si—N bond amount. A parallel plate type plasma CVD apparatus was used for forming the silicon nitride film. FIG. 5 (a) shows the result when only the film forming temperature is changed, FIG. 5 (b) shows the result when only the pressure in the chamber is changed, and FIG. 5 (c) shows the SiH 4 flow rate. FIG. 5D shows the result when only the NH 3 flow rate is changed.

図4の結果と図5の結果とを合わせて検討すると、シリコン窒化膜の応力の絶対値と(N−H+Si−H)/Si−N結合比とは負の相関関係を有すると認められる。(N−H+Si−H)/Si−N結合比はシリコン窒化膜中の水素(H)の含有量を示すので、シリコン窒化膜の応力の絶対値が大きい(すなわち、密度が高い)ほど、シリコン窒化膜中の水素(H)の含有量が小さくなることが認められる。以上により、水素供給膜として機能させるシリコン窒化膜は水素(H)の含有量が多い方がよいので、シリコン窒化膜の密度が低い方がよいことがわかる。   When the results of FIG. 4 and the results of FIG. 5 are examined together, it is recognized that the absolute value of the stress of the silicon nitride film and the (N—H + Si—H) / Si—N bond ratio have a negative correlation. Since the (N—H + Si—H) / Si—N bond ratio indicates the content of hydrogen (H) in the silicon nitride film, the larger the absolute value of the stress of the silicon nitride film (that is, the higher the density), the more the silicon It is recognized that the content of hydrogen (H) in the nitride film is reduced. From the above, it can be seen that the silicon nitride film functioning as a hydrogen supply film should have a higher hydrogen (H) content, and therefore the density of the silicon nitride film should be lower.

続いて、図5(c)の結果に着目する。この結果によれば、SiH4の流量を多くすることによって、(N−H+Si−H)/Si−N結合比が高くなり、シリコン窒化膜の水素(H)の含有量が高くなるものの、N−H/Si−H結合比が低くなることが認められる。これは、SiH4の流量を増やしたことによって、N−H結合に寄与するNH3の分圧が減ってしまったことが原因であると考えられる。図3の結果により、シリコン窒化膜中のN−H結合が多いほど、このシリコン窒化膜を加熱した場合に放出される水素量が多くなる。従って、水素放出膜として機能させるシリコン窒化膜を形成する際に、NH3の流量に対してSiH4の流量を少なくする方がよいことがわかる。言い換えると、水素放出膜として機能させるシリコン窒化膜を形成する際に、NH3/SiH4ガス流量比が大きい方がよい。ここで、NH3/SiH4ガス流量比とは、NH3ガス流量のSiH4ガス流量比に対する比率である。 Subsequently, attention is focused on the result of FIG. According to this result, increasing the flow rate of SiH 4 increases the (N—H + Si—H) / Si—N bond ratio and increases the content of hydrogen (H) in the silicon nitride film. It can be seen that the -H / Si-H bond ratio is lowered. This is considered to be caused by the fact that the partial pressure of NH 3 contributing to the N—H bond is reduced by increasing the flow rate of SiH 4 . According to the result of FIG. 3, the more N—H bonds in the silicon nitride film, the greater the amount of hydrogen released when this silicon nitride film is heated. Accordingly, it can be seen that it is better to reduce the flow rate of SiH 4 relative to the flow rate of NH 3 when forming a silicon nitride film that functions as a hydrogen release film. In other words, it is better that the NH 3 / SiH 4 gas flow rate ratio is larger when the silicon nitride film functioning as the hydrogen release film is formed. Here, the NH 3 / SiH 4 gas flow rate ratio is a ratio of the NH 3 gas flow rate to the SiH 4 gas flow rate ratio.

以上の実験結果を踏まえて、図2の説明におけるシリコン窒化層215及びシリコン窒化層216の形成工程及び熱処理工程について詳細に説明する。2層のシリコン窒化層215及びシリコン窒化層216のうち、半導体基板101に近い方のシリコン窒化層215が放出する水素が半導体基板101に供給される。すなわち、シリコン窒化層215が水素放出膜として機能する。シリコン窒化層215を加熱することによってシリコン窒化層215から脱離した水素は、下側(半導体基板101側)と上側(シリコン窒化層216側)との両方に拡散していく。上側に拡散する水素量を抑制することによって、下側に拡散する水素量を増加でき、半導体基板101の半導体素子に効率的に水素を供給できるようになる。そのため、シリコン窒化層216を水素遮断膜として機能するように形成するとよい。半導体基板101に供給された水素は半導体基板101中のダングリングボンドを終端する。この結果、半導体基板101の半導体素子の性能が向上(例えば、トランジスタのノイズが低減)する。   Based on the above experimental results, the formation process and heat treatment process of the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 in the description of FIG. 2 will be described in detail. Of the two silicon nitride layers 215 and 216, hydrogen released from the silicon nitride layer 215 closer to the semiconductor substrate 101 is supplied to the semiconductor substrate 101. That is, the silicon nitride layer 215 functions as a hydrogen release film. Hydrogen desorbed from the silicon nitride layer 215 by heating the silicon nitride layer 215 diffuses to both the lower side (semiconductor substrate 101 side) and the upper side (silicon nitride layer 216 side). By suppressing the amount of hydrogen diffusing upward, the amount of hydrogen diffusing downward can be increased, and hydrogen can be efficiently supplied to the semiconductor elements of the semiconductor substrate 101. Therefore, the silicon nitride layer 216 is preferably formed so as to function as a hydrogen barrier film. Hydrogen supplied to the semiconductor substrate 101 terminates dangling bonds in the semiconductor substrate 101. As a result, the performance of the semiconductor element of the semiconductor substrate 101 is improved (for example, transistor noise is reduced).

上述の実験結果の考察に基づいて、一部の実施形態では、成膜後のシリコン窒化膜が以下の2つの条件を満たすようにシリコン窒化層215及びシリコン窒化層216を形成する。
1)シリコン窒化層215の密度がシリコン窒化層216の密度よりも低い。
2)シリコン窒化層215のN−H/Si−H結合比がシリコン窒化層216のN−H/Si−H結合比よりも大きい。
このようにシリコン窒化層215及びシリコン窒化層216を形成することによって、シリコン窒化層215が効率よく水素放出膜として機能する。また、シリコン窒化層216の密度がシリコン窒化層215の密度よりも高いので、シリコン窒化層216が効率よく水素遮断膜として機能する。
Based on consideration of the above experimental results, in some embodiments, the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 are formed so that the silicon nitride film after film formation satisfies the following two conditions.
1) The density of the silicon nitride layer 215 is lower than the density of the silicon nitride layer 216.
2) The N—H / Si—H bond ratio of the silicon nitride layer 215 is larger than the N—H / Si—H bond ratio of the silicon nitride layer 216.
By forming the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 in this manner, the silicon nitride layer 215 functions efficiently as a hydrogen release film. Further, since the density of the silicon nitride layer 216 is higher than the density of the silicon nitride layer 215, the silicon nitride layer 216 functions as a hydrogen barrier film efficiently.

以上の条件を満たすようにシリコン窒化層215及びシリコン窒化層216を形成するために、シリコン窒化層215及びシリコン窒化層216を以下の成膜条件を満たすように形成するとよい。
1)シリコン窒化層215の成膜速度がシリコン窒化層216の成膜速度よりも速い。
2)シリコン窒化層215の成膜時のNH3/SiH4ガス流量比が、シリコン窒化層216の成膜時のNH3/SiH4ガス流量比よりも大きい。
In order to form the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 so as to satisfy the above conditions, the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 are preferably formed so as to satisfy the following film formation conditions.
1) The deposition rate of the silicon nitride layer 215 is faster than the deposition rate of the silicon nitride layer 216.
2) The NH 3 / SiH 4 gas flow rate ratio during deposition of the silicon nitride layer 215 is larger than the NH 3 / SiH 4 gas flow rate ratio during deposition of the silicon nitride layer 216.

以下に、上記の成膜条件を満たすシリコン窒化層215及びシリコン窒化層216の形成工程の具体例を説明する。シリコン窒化層215の成膜条件として、成膜温度を405℃、成膜時のチャンバ内の圧力を4.5Torr、RFパワーを805W、SiH4ガス流量を540cm3/min、NH3ガス流量を315cm3/min、N2ガス流量を8600cm3/minとする。この成膜条件において、シリコン窒化層215の成膜速度は8684Å/min、N−H/Si−H結合比は57%、応力は−1.34E4N/cm2となる。 Hereinafter, a specific example of the process of forming the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 that satisfy the above film formation conditions will be described. The film formation conditions for the silicon nitride layer 215 include a film formation temperature of 405 ° C., a pressure in the chamber during film formation of 4.5 Torr, an RF power of 805 W, an SiH 4 gas flow rate of 540 cm 3 / min, and an NH 3 gas flow rate. 315cm 3 / min, the N 2 gas flow rate to 8600cm 3 / min. Under these deposition conditions, the deposition rate of the silicon nitride layer 215 is 8684 Å / min, the N—H / Si—H bond ratio is 57%, and the stress is −1.34E4N / cm 2 .

シリコン窒化層216の成膜条件として、成膜温度を405℃、成膜時のチャンバ内の圧力を4.5Torr、RFパワーを805W、SiH4ガス流量を540cm3/min、NH3ガス流量を200cm3/min、N2流量を8600cm3/minとする。この成膜条件において、シリコン窒化層216の成膜速度は7645Å/min、N−H/Si−H結合比は47%、応力は−2.71E4N/cm2となる。シリコン窒化層215及びシリコン窒化層216の両方を、同一の平行平板型のプラズマCVD装置で形成してもよい。同一のCVD装置を用いることによって、労力・コストを低減できる。なお、上述の応力を換算すると、応力−1.34E4N/cm2は−134MPa、応力−2.71E4N/cm2は−271MPaである。 The film formation conditions for the silicon nitride layer 216 are as follows: the film formation temperature is 405 ° C., the pressure in the chamber during film formation is 4.5 Torr, the RF power is 805 W, the SiH 4 gas flow rate is 540 cm 3 / min, and the NH 3 gas flow rate is 200 cm 3 / min, the N 2 flow rate to 8600cm 3 / min. Under these deposition conditions, the deposition rate of the silicon nitride layer 216 is 7645 Å / min, the N—H / Si—H bond ratio is 47%, and the stress is −2.71E4N / cm 2 . Both the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 may be formed by the same parallel plate type plasma CVD apparatus. Labor and cost can be reduced by using the same CVD apparatus. When the above stress is converted, the stress -1.34E4N / cm 2 is -134 MPa, and the stress -2.71E4N / cm 2 is -271 MPa.

この具体例の成膜条件で形成したシリコン窒化層215及びシリコン窒化層216をそれぞれFT−IR分光法によって測定した結果を図6のグラフに示す。下側のグラフがシリコン窒化層215の測定結果を示し、上側のグラフがシリコン窒化層216の測定結果を示す。Si−N結合量は845cm-1付近(破線604)付近、Si−H結合量は2170cm-1付近(破線602)付近、N−H結合量は1100cm-1付近(破線603)付近及び3300cm-1付近(破線601)付近でピークが観測される。このグラフにより、シリコン窒化層215は、シリコン窒化層216と比較して、Si−H結合のピークが小さく、N−H結合のピークが大きいことが読み取れる。従って、シリコン窒化層215のN−H/Si−H結合比はシリコン窒化層216のN−H/Si−H結合比よりも大きい。 The graph of FIG. 6 shows the results of measuring the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 formed under the film forming conditions of this specific example by FT-IR spectroscopy. The lower graph shows the measurement result of the silicon nitride layer 215, and the upper graph shows the measurement result of the silicon nitride layer 216. The Si—N bond amount is near 845 cm −1 (dashed line 604), the Si—H bond amount is near 2170 cm −1 (dashed line 602), the N—H bond amount is near 1100 cm −1 (dashed line 603), and 3300 cm −. A peak is observed near 1 (dashed line 601). From this graph, it can be seen that the silicon nitride layer 215 has a smaller Si—H bond peak and a larger N—H bond peak than the silicon nitride layer 216. Therefore, the N—H / Si—H bond ratio of the silicon nitride layer 215 is larger than the N—H / Si—H bond ratio of the silicon nitride layer 216.

シリコン窒化層215及びシリコン窒化層216を形成した後の熱処理は、例えば、N2:H2=1:1雰囲気、425℃、2時間で行う。この熱処理により、シリコン窒化層215から水素Hが脱離される。この熱処理は、シリコン窒化層216を形成した後ならば、どの時点で行ってもよい。熱処理は、シリコン窒化層216を形成した後、レジストなど熱耐性の低い材料を形成する前に行ってもよい。 The heat treatment after the formation of the silicon nitride layer 215 and the silicon nitride layer 216 is performed, for example, in an N 2 : H 2 = 1: 1 atmosphere at 425 ° C. for 2 hours. By this heat treatment, hydrogen H is desorbed from the silicon nitride layer 215. This heat treatment may be performed at any time after the silicon nitride layer 216 is formed. The heat treatment may be performed after forming the silicon nitride layer 216 and before forming a material having low heat resistance such as a resist.

上述の具体例では、シリコン窒化層215の成膜条件とシリコン窒化層216の成膜条件とで変更したパラメータはNH3ガス流量のみであったが、他のパラメータを合わせて変更してもよい。 In the above-described specific example, the parameter changed according to the film formation condition of the silicon nitride layer 215 and the film formation condition of the silicon nitride layer 216 is only the NH 3 gas flow rate. However, other parameters may be changed together. .

上述の実施形態では、固体撮像装置100は2層のシリコン窒化層215、216を有するが、固体撮像装置100は別個の成膜条件で形成された3層以上のシリコン窒化層を有してもよい。これらの複数のシリコン窒化層は、互いに接するように、連続して形成されてもよい。シリコン窒化膜は、複数のシリコン窒化層を含む代わりに、1回の成膜処理において成膜条件を切り替えながら形成される単一の単層膜として形成されてもよい。   In the above-described embodiment, the solid-state imaging device 100 includes the two silicon nitride layers 215 and 216. However, the solid-state imaging device 100 may include three or more silicon nitride layers formed under separate film formation conditions. Good. The plurality of silicon nitride layers may be continuously formed so as to be in contact with each other. Instead of including a plurality of silicon nitride layers, the silicon nitride film may be formed as a single monolayer film that is formed while switching the film formation conditions in one film formation process.

シリコン窒化膜が積層膜であっても、単層膜であっても、以下の条件を満たすように形成される。
1)半導体基板101に近い部分ほど密度が低い。
2)半導体基板101に近い部分ほどN−H/Si−H結合比が大きい。
シリコン窒化膜が積層膜である場合に、比較される2つの部分は、互いに異なるシリコン窒化層に含まれる。シリコン窒化膜が単層膜である場合に、比較される2つの部分は、単一の単層膜に含まれる異なる部分である。
Whether the silicon nitride film is a laminated film or a single layer film, it is formed so as to satisfy the following conditions.
1) The closer to the semiconductor substrate 101, the lower the density.
2) The portion closer to the semiconductor substrate 101 has a higher N—H / Si—H bond ratio.
When the silicon nitride film is a laminated film, the two parts to be compared are included in different silicon nitride layers. When the silicon nitride film is a single layer film, the two parts to be compared are different parts included in the single single layer film.

以上の条件を満たすようにシリコン窒化膜を形成するために、シリコン窒化膜を以下の成膜条件を満たすように形成するとよい。
1)半導体基板101に近い部分ほど成膜速度が速い。
2)半導体基板101に近い部分ほど成膜時のNH3/SiH4ガス流量比が大きい。
In order to form the silicon nitride film so as to satisfy the above conditions, the silicon nitride film may be formed so as to satisfy the following film formation conditions.
1) The film forming speed is higher in the portion closer to the semiconductor substrate 101.
2) The closer to the semiconductor substrate 101, the larger the NH 3 / SiH 4 gas flow rate ratio during film formation.

上述の実施形態では、シリコン窒化層215、216が配線層の上にあるが、シリコン窒化層215、216は配線層と半導体基板101との間にあってもよい。さらに、複数のシリコン窒化膜の間にシリコン酸窒化膜が形成されないようにしてもよい。すなわち、複数のシリコン窒化膜を形成する工程において、シリコン酸窒化膜を形成しないようにしてもよい。また、複数のシリコン窒化膜を形成する工程において用いられる混合ガスは、酸素含有分子を含まなくてもよい。これによって、複数のシリコン窒化膜が酸素を含有することを抑制できる。   In the above-described embodiment, the silicon nitride layers 215 and 216 are on the wiring layer, but the silicon nitride layers 215 and 216 may be between the wiring layer and the semiconductor substrate 101. Further, the silicon oxynitride film may not be formed between the plurality of silicon nitride films. That is, the silicon oxynitride film may not be formed in the step of forming a plurality of silicon nitride films. Further, the mixed gas used in the step of forming the plurality of silicon nitride films may not include oxygen-containing molecules. Thereby, it can suppress that a some silicon nitride film contains oxygen.

101:半導体基板、205:シリコン窒化層、206:シリコン窒化層   101: Semiconductor substrate, 205: Silicon nitride layer, 206: Silicon nitride layer

Claims (11)

半導体装置の製造方法であって、
半導体素子を有する半導体基板の上に、水素を含有するシリコン窒化膜を形成する形成工程を有し、
前記シリコン窒化膜は、第1部分と、前記第1部分の上にある第2部分とを有し、
前記形成工程において形成される前記シリコン窒化膜において、
前記第1部分の密度は、前記第2部分の密度よりも低く、
前記第1部分におけるN−H結合量のSi−H結合量に対する比率は、前記第2部分における当該比率よりも高いことを特徴とする製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Forming a silicon nitride film containing hydrogen on a semiconductor substrate having a semiconductor element;
The silicon nitride film has a first portion and a second portion overlying the first portion;
In the silicon nitride film formed in the forming step,
The density of the first part is lower than the density of the second part,
The ratio of the N—H bond amount in the first portion to the Si—H bond amount is higher than the ratio in the second portion.
前記形成工程において形成される前記シリコン窒化膜は、
前記半導体基板に近い部分ほど密度が低く、
前記半導体基板に近い部分ほど、N−H結合量のSi−H結合量に対する比率が高いことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
The silicon nitride film formed in the forming step is
The closer to the semiconductor substrate, the lower the density,
The manufacturing method according to claim 1, wherein a portion closer to the semiconductor substrate has a higher ratio of the N—H bond amount to the Si—H bond amount.
半導体装置の製造方法であって、
半導体素子を有する半導体基板の上に、水素を含有するシリコン窒化膜を形成する形成工程を有し、
前記シリコン窒化膜は、第1部分と、前記第1部分の上にある第2部分とを有し、
前記形成工程において、
前記第1部分の成膜速度は、前記第2部分の成膜速度よりも速く、
前記第1部分を成膜する際のNH3ガス流量のSiH4ガス流量に対する比率は、前記第2部分を成膜する際の当該比率よりも高いことを特徴とする製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Forming a silicon nitride film containing hydrogen on a semiconductor substrate having a semiconductor element;
The silicon nitride film has a first portion and a second portion overlying the first portion;
In the forming step,
The deposition rate of the first part is faster than the deposition rate of the second part,
The manufacturing method characterized in that the ratio of the NH 3 gas flow rate to the SiH 4 gas flow rate when forming the first portion is higher than the ratio when forming the second portion.
前記形成工程において形成される前記シリコン窒化膜は、
前記半導体基板に近い部分ほど成膜速度が速く
前記半導体基板に近い部分ほど、成膜する際のNH3ガス流量のSiH4ガス流量に対する比率が高いことを特徴とする請求項3に記載の製造方法。
The silicon nitride film formed in the forming step is
4. The production according to claim 3, wherein a portion closer to the semiconductor substrate has a higher deposition rate, and a portion closer to the semiconductor substrate has a higher ratio of the NH 3 gas flow rate to the SiH 4 gas flow rate during film formation. Method.
前記シリコン窒化膜は単一のシリコン窒化層によって構成され、前記第1部分と前記第2部分とは前記単一のシリコン窒化層に含まれることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の製造方法。   5. The silicon nitride film according to claim 1, wherein the silicon nitride film is formed of a single silicon nitride layer, and the first portion and the second portion are included in the single silicon nitride layer. The production method according to item. 前記シリコン窒化膜は複数のシリコン窒化層によって構成され、前記第1部分と前記第2部分とは互いに異なるシリコン窒化層に含まれることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の製造方法。   5. The silicon nitride film according to claim 1, wherein the silicon nitride film includes a plurality of silicon nitride layers, and the first portion and the second portion are included in different silicon nitride layers. Manufacturing method. 前記複数のシリコン窒化層は、連続して形成されることを特徴とする請求項6に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 6, wherein the plurality of silicon nitride layers are continuously formed. 前記複数のシリコン窒化層は、同一のCVD装置を用いて形成されることを特徴とする請求項6又は7に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 6, wherein the plurality of silicon nitride layers are formed using the same CVD apparatus. 前記シリコン窒化膜を形成する形成工程の後に、前記シリコン窒化膜から前記半導体素子へ水素を供給するように前記シリコン窒化膜を加熱する熱処理工程をさらに有することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の製造方法。   9. The heat treatment step of heating the silicon nitride film so as to supply hydrogen from the silicon nitride film to the semiconductor element after the forming step of forming the silicon nitride film. The manufacturing method of any one of Claims 1. 前記半導体素子は、トランジスタを含むことを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the semiconductor element includes a transistor. 前記半導体装置は、固体撮像装置であることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the semiconductor device is a solid-state imaging device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018142588A (en) * 2017-02-27 2018-09-13 シャープ株式会社 Solid-state imaging element, manufacturing method for solid-state imaging element and electronic apparatus

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