JP5368070B2 - Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic information device - Google Patents
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Description
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子の製造方法、この製造方法により作製された固体撮像素子、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device including a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject to image, a solid-state imaging device manufactured by the manufacturing method, and imaging using the solid-state imaging device as an image input device The present invention relates to electronic information equipment such as digital video cameras and digital still cameras used in the department, image input cameras, scanner devices, facsimile devices, camera-equipped mobile phone devices, and the like.
この種の従来の固体撮像素子では、フォトダイオード(PD)、転送ゲート(TG)およびCCDを含む素子全面上に、プラズマCVD法によりSiN膜をパッシベーション膜として形成し、熱によるシンター処理を行うことにより、各画素を構成する光電変換部(受光部)としてのフォトダイオード表面の暗電流を抑制することができる。このことが特許文献1の固体撮像素子の製造方法に開示されている。
In this type of conventional solid-state imaging device, a SiN film is formed as a passivation film by plasma CVD on the entire surface including the photodiode (PD), transfer gate (TG), and CCD, and a sintering process is performed by heat. Thus, the dark current on the surface of the photodiode as the photoelectric conversion unit (light receiving unit) constituting each pixel can be suppressed. This is disclosed in the method for manufacturing a solid-state imaging device of
特許文献1では、フォトダイオード(PD)、転送ゲート(TG)およびCCDを含む素子全面上に表面保護用の第1パッシベーション膜として、例えば膜厚が5000〜6000オングストローム程度のPSG膜を、例えば減圧CVD法により摂氏400度程度の低温で形成する。このPSG膜の上部に第2パッシベーション膜として、例えばSiH4とアンモニア(NH3)ガスを用いる通常のプラズマCVD法により膜厚が3000〜5000オングストローム程度の窒化シリコン膜(Si3N4膜)、即ち、プラズマSi3N4膜を形成する。このプラズマCVD法では、プラズマにより低温で構成ガスを分解して成膜することができる。Cu配線やAl配線などの金属配線が下層にあると、これらの金属配線は摂氏500度以上の高温では融けるため、プラズマCVD法の成膜温度は、摂氏300〜400度程の低温とすることができる。
しかしながら、上記従来の技術では、Si3N4膜のパッシベーション膜形成条件によっては、暗電流の抑制が十分ではなく、画質劣化を起こすという問題を有している。 However, the above conventional technique has a problem that the dark current is not sufficiently suppressed depending on the conditions for forming the passivation film of the Si 3 N 4 film, and the image quality is deteriorated.
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、暗電流の抑制をより良好に行ったり、ブルー感度を向上しかつ安定化させたりして、画質劣化をより確実に防止することができる固体撮像素子の製造方法、この固体撮像素子の製造方法により製造された固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and can more reliably prevent image quality degradation by better suppressing dark current or improving and stabilizing blue sensitivity. An imaging device manufacturing method, a solid-state imaging device manufactured by the solid-state imaging device manufacturing method, and an electronic information device such as a camera-equipped mobile phone device using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit are provided. For the purpose.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する受光素子が設けられた固体撮像素子の製造方法において、該受光素子の上方で、パターニングされた金属層上またはその上の層間絶縁膜上に、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを700W〜1500Wに設定するプラズマCVD法によりプラズマ窒化シリコン膜を成膜するプラズマ窒化シリコン膜成膜工程と、該プラズマ窒化シリコン膜に熱をかけてシンター処理を行うシンター処理工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a solid-state imaging device comprising: a solid-state imaging device provided with a light-receiving element that photoelectrically converts incident light from a subject; Or a plasma silicon nitride film forming step of forming a plasma silicon nitride film on the interlayer insulating film thereon by a plasma CVD method in which RF power indicating plasma generation energy set on the apparatus side is set to 700 W to 1500 W; And a sintering process for performing a sintering process by applying heat to the plasma silicon nitride film, whereby the above object is achieved.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する受光素子が設けられた固体撮像素子の製造方法において、該受光素子の上方で、パターニングされた金属層上またはその上の層間絶縁膜上に、シンター処理時に離脱する水素量を多くするように、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを850W〜1500Wに設定するプラズマCVD法によりプラズマ窒化シリコン膜を成膜するプラズマ窒化シリコン膜成膜工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a solid-state imaging device comprising: a solid-state imaging device provided with a light-receiving element that photoelectrically converts incident light from a subject; Alternatively, a plasma silicon nitride film is formed on the interlayer insulating film thereon by a plasma CVD method in which the RF power indicating the plasma generation energy set on the apparatus side is set to 850 W to 1500 W so as to increase the amount of hydrogen released during the sintering process. A plasma silicon nitride film forming step for forming the film, whereby the above object is achieved.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるプラズマ窒化シリコン膜に熱をかけてシンター処理を行うシンター処理工程を更に有する。 Preferably, the method further includes a sintering process step of performing a sintering process by applying heat to the plasma silicon nitride film in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるプラズマ窒化シリコン膜の成膜時に、前記装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを930W〜1130Wに設定する。 Further preferably, when the plasma silicon nitride film is formed in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the RF power indicating the plasma generation energy set on the apparatus side is set to 930 W to 1130 W.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるプラズマ窒化シリコン膜の成膜時に、前記装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを900W〜1500Wに設定する。 Preferably, when the plasma silicon nitride film is formed in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the RF power indicating the plasma generation energy set on the apparatus side is set to 900 W to 1500 W.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるプラズマ窒化シリコン膜の成膜時に、前記装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを1000W〜1500Wに設定する。 Further preferably, when the plasma silicon nitride film is formed in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the RF power indicating the plasma generation energy set on the apparatus side is set to 1000 W to 1500 W.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるプラズマ窒化シリコン膜成膜工程は、SiH4ガスとNH3ガスを用いて、温度が摂氏350〜450度、圧力2〜7Torrで、膜厚が250nm〜350nmの窒化シリコン膜を成膜する。 Further preferably, the plasma silicon nitride film forming step in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is performed using SiH 4 gas and NH 3 gas at a temperature of 350 to 450 degrees Celsius and a pressure of 2 to 7 Torr. A silicon nitride film having a thickness of 250 nm to 350 nm is formed.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるプラズマ窒化シリコン膜の膜厚は、前記シンター処理時に該プラズマ窒化シリコン膜から前記受光素子の表面に水素を供給するのに充分な量の水素を該プラズマ窒化シリコン膜から離脱可能とする膜厚である。 More preferably, the film thickness of the plasma silicon nitride film in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is an amount sufficient to supply hydrogen from the plasma silicon nitride film to the surface of the light receiving element during the sintering process. The thickness is such that hydrogen can be detached from the plasma silicon nitride film.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるRFパワーは、構成ガスをプラズマ状態にするイオン化能力である。 Furthermore, preferably, the RF power in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is an ionization ability that brings a constituent gas into a plasma state.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるパターニングされた金属層は配線パターンであり、前記プラズマ窒化シリコン膜成膜工程は、該配線パターン形成後にその上に第2プラズマ窒化シリコン膜を成膜する。 More preferably, the patterned metal layer in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is a wiring pattern, and the plasma silicon nitride film forming step includes forming a second plasma silicon nitride film thereon after forming the wiring pattern. Is deposited.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるパターニングされた金属層は、前記受光素子からの信号電荷を電荷転送するための転送ゲートであり、前記プラズマ窒化シリコン膜成膜工程は、該転送ゲートの形成後、基板全面に第1プラズマ窒化シリコン膜を成膜する。 Further preferably, the patterned metal layer in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is a transfer gate for transferring a signal charge from the light receiving device, and the plasma silicon nitride film forming step includes: After the transfer gate is formed, a first plasma silicon nitride film is formed on the entire surface of the substrate.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるプラズマ窒化シリコン膜成膜工程は、前記パターニングされた金属層として、前記受光素子からの信号電荷を電荷転送するための転送ゲートを形成後、基板全面に第1プラズマ窒化シリコン膜を成膜する第1プラズマ窒化シリコン膜成膜工程と、該パターニングされた金属層として、配線パターン形成後にその上に第2プラズマ窒化シリコン膜を成膜する第2プラズマ窒化シリコン膜成膜工程とを有し、前記シンター処理工程は、該第1プラズマ窒化シリコン膜成膜工程および該第2プラズマ窒化シリコン膜成膜工程の実施後に同時に行うかまたは、該第1プラズマ窒化シリコン膜成膜工程および該第2プラズマ窒化シリコン膜成膜工程の各実施後にそれぞれ行う。 Further preferably, the plasma silicon nitride film forming step in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is performed after forming a transfer gate for transferring the signal charge from the light receiving device as the patterned metal layer. A first plasma silicon nitride film forming step for forming a first plasma silicon nitride film on the entire surface of the substrate, and a second plasma silicon nitride film is formed thereon after forming a wiring pattern as the patterned metal layer A second plasma silicon nitride film forming step, and the sintering process is performed simultaneously after the first plasma silicon nitride film forming step and the second plasma silicon nitride film forming step, or This is performed after each of the first plasma silicon nitride film forming step and the second plasma silicon nitride film forming step.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における第1プラズマ窒化シリコン膜は反射防止膜を兼ねて前記受光素子上に形成される。 Further preferably, the first plasma silicon nitride film in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is also formed on the light receiving device as an antireflection film.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるパターニングされた金属層は、前記受光素子からの信号電荷を電荷転送するためのゲート電極およびその上の金属遮光膜であり、前記プラズマ窒化シリコン膜成膜工程は、該金属遮光膜と前記受光素子との段差を平坦化するための層間絶縁膜を形成した後にその上に前記プラズマ窒化シリコン膜を成膜する。 Further preferably, the patterned metal layer in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is a gate electrode for transferring a signal charge from the light receiving device and a metal light shielding film thereon, and the plasma nitriding In the silicon film forming step, after forming an interlayer insulating film for flattening a step between the metal light shielding film and the light receiving element, the plasma silicon nitride film is formed thereon.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記受光素子が設けられた撮像領域の周辺領域であって、多数のトランジスタで構成された周辺回路が設けられた周辺領域の金属配線形成後の表面にも、前記プラズマ窒化シリコン膜を防湿用のパッシベーション膜として形成する。 Further preferably, in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the metal wiring in the peripheral region of the imaging region provided with the light receiving device and provided with a peripheral circuit composed of a number of transistors The plasma silicon nitride film is also formed as a moisture-proof passivation film on the formed surface.
本発明の固体撮像素子は、本発明の上記固体撮像素子の製造方法により製造されてプラズマドライエッチングによるシリコン表面欠陥が修復されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device of the present invention is manufactured by the above-described method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, and a silicon surface defect caused by plasma dry etching is repaired, thereby achieving the above object.
本発明の固体撮像素子は、本発明の上記固体撮像素子の製造方法により製造されてブルー感度が向上しかつ安定化されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, and has improved and stabilized blue sensitivity, thereby achieving the above object.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子は、複数の画素部のそれぞれに、該画素部毎に光電変換部として前記受光素子が設けられ、該受光素子に隣接して、該受光素子からの信号電荷が電荷電圧変換部に電荷転送するための電荷転送トランジスタと、該受光素子毎に該電荷転送トランジスタにより該電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて該画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有するCMOS固体撮像素子である。 Preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, each of the plurality of pixel units is provided with the light receiving element as a photoelectric conversion unit for each pixel unit, and is adjacent to the light receiving element and from the light receiving element. A charge transfer transistor for transferring the signal charge to the charge-voltage converter, and the signal charge transferred to the charge-voltage converter by the charge transfer transistor for each light receiving element is converted into a voltage, and the conversion voltage is A CMOS solid-state imaging device having a readout circuit that is amplified and read out as an imaging signal for each pixel unit.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子は、複数の画素部のそれぞれに、該画素部毎に光電変換部として前記受光素子が設けられ、該受光素子に隣接して、該受光素子からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極が配置されたCCD固体撮像素子である。 Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, each of the plurality of pixel units is provided with the light receiving element as a photoelectric conversion unit for each of the pixel units, and adjacent to the light receiving element, from the light receiving element. This is a CCD solid-state imaging device in which a charge transfer unit for transferring signal charges in a predetermined direction and a gate electrode for controlling charge transfer of the read signal charges are arranged thereon.
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The electronic information device of the present invention uses the solid-state imaging device of the present invention as an image input device in an imaging unit, and thereby achieves the above object.
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
本発明においては、受光素子の上方で、パターニングされた金属層上に、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを700W〜1500Wに設定するプラズマCVD法によりプラズマ窒化シリコン膜を成膜するプラズマ窒化シリコン膜成膜工程を有している。
With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.
In the present invention, a plasma silicon nitride film is formed on the patterned metal layer above the light receiving element by a plasma CVD method in which RF power indicating plasma generation energy set on the apparatus side is set to 700 W to 1500 W. A plasma silicon nitride film forming step is included.
これによって、プラズマ窒化シリコン膜としてのプラズマSiN膜の成膜時に装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを700Wから900Wさらにそれ以上に上げるほど、後のシンター処理時にプラズマSiN膜から低温で離脱する水素量が多くなってシンター処理が確実に行われる結果、フォトダイオードの表面において、金属層のプラズマドライエッチング時に生じたシリコン表面欠陥をより確実に修復して、暗電流の抑制をより良好に行って画質劣化がより確実に防止される。 As a result, the RF power indicating the plasma generation energy set on the apparatus side during the formation of the plasma SiN film as the plasma silicon nitride film is increased from 700 W to 900 W and further, the lower the temperature from the plasma SiN film during the subsequent sintering process. As a result of the increased amount of desorbed hydrogen and reliable sintering, the surface of the photodiode is more reliably repaired on the surface of the silicon layer caused by plasma dry etching of the metal layer, and the dark current is better controlled. Thus, image quality deterioration is more reliably prevented.
また、本発明においては、パターニングされた金属層上に、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを850W〜1500Wに設定するプラズマCVD法によりプラズマ窒化シリコン膜を成膜するプラズマ窒化シリコン膜成膜工程を有している。 In the present invention, a plasma silicon nitride film is formed on the patterned metal layer by a plasma CVD method in which RF power indicating plasma generation energy set on the apparatus side is set to 850 W to 1500 W. It has a film forming process.
これによって、RFパワーを850W〜1500Wに設定して、プラズマCVD法によりプラズマ窒化シリコン膜がパッシベーション膜として形成されて、ブルー感度が向上しかつ安定化して、画質劣化をより確実に防止することが可能となる。 As a result, the RF power is set to 850 W to 1500 W, and the plasma silicon nitride film is formed as a passivation film by the plasma CVD method, so that the blue sensitivity is improved and stabilized, and image quality deterioration can be prevented more reliably. It becomes possible.
以上により、本発明によれば、プラズマ窒化シリコン膜としてのプラズマSiN膜の成膜時に装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを700Wから900Wさらにそれ以上に上げるほど、後のシンター処理時にプラズマSiN膜から低温で離脱する水素量を多くしてシンター処理を確実に行うことができて、フォトダイオードの表面において、金属層のプラズマドライエッチング時に生じたシリコン表面欠陥をより確実に修復することにより、暗電流の抑制をより良好に行って、画質劣化をより確実に防止することができる。 As described above, according to the present invention, as the RF power indicating the plasma generation energy set on the apparatus side when the plasma SiN film as the plasma silicon nitride film is formed is increased from 700 W to 900 W and further higher, Sintering can be performed reliably by increasing the amount of hydrogen desorbed from the plasma SiN film at a low temperature, and more reliably repairing silicon surface defects generated during plasma dry etching of metal layers on the photodiode surface Thus, dark current can be suppressed more favorably, and image quality deterioration can be prevented more reliably.
また、RFパワーを850W〜1500Wに設定して、プラズマCVD法によりプラズマ窒化シリコン膜をパッシベーション膜として形成するため、ブルー感度を向上しかつ安定化して、画質劣化をより確実に防止することができる。 Further, since the plasma silicon nitride film is formed as a passivation film by the plasma CVD method with the RF power set to 850 W to 1500 W, blue sensitivity can be improved and stabilized, and image quality deterioration can be prevented more reliably. .
以下に、本発明の固体撮像素子の実施形態1、2として、暗電流抑制のためにCMOSイメージセンサ(CMOS固体撮像素子)に適用した場合について説明し、本発明の固体撮像素子の実施形態3として、暗電流抑制のためにCCDイメージセンサ(CCD固体撮像素子)に適用した場合について説明し、さらに、本発明の固体撮像素子の実施形態4として、ブルー感度向上のためにCMOSイメージセンサおよびCCDイメージセンサに適用した後に、これらの固体撮像素子の実施形態1〜4のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態5について、図面を参照しながら詳細に説明する。
Hereinafter, a case where the present invention is applied to a CMOS image sensor (CMOS solid-state image sensor) for dark current suppression will be described as
なお、ここで、CMOSイメージセンサとCCDイメージセンサの特徴について簡単に説明する。 Here, the features of the CMOS image sensor and the CCD image sensor will be briefly described.
CMOSイメージセンサは、CCDイメージセンサのように、垂直転送部により、入射光を光電変換する各受光部からの信号電荷をそれぞれ電荷転送し、垂直転送部からの信号電荷を水平転送部により水平方向に電荷転送するCCDを使用せず、メモリデバイスのようにアルミニュウム(Al)配線などで構成される選択制御線によって、画素毎に受光部から信号電荷を読み出してそれを電圧変換し、その変換電圧に応じて信号増幅した撮像信号を、選択された画素から順次読み出すようになっている。一方、CCDイメージセンサは、CCDの駆動のために正負の複数の電源電圧を必要とするが、CMOSイメージセンサは、単一電源で駆動が可能であり、CCDイメージセンサに比べ、低消費電力化や低電圧駆動が可能である。さらに、CCDイメージセンサの製造には、CCD独自の製造プロセスを用いているために、CMOS回路で一般的に用いられる製造プロセスをそのまま適用することが難しい。これに対して、CMOSイメージセンサは、CMOS回路で一般的に用いられる製造プロセスを使用しているために、表示制御用のドライバー回路や撮像制御用のドライバー回路、DRAMなどの半導体メモリ、論理回路などの製造で多用されているCMOSプロセスにより、論理回路やアナログ回路、アナログデジタル変換回路などを同時に形成してしまうことができる。つまり、CMOSイメージセンサは、半導体メモリ、表示制御用のドライバー回路および撮像制御用のドライバー回路と同一の半導体チップ上に形成することが容易であり、また、その製造に対しても、半導体メモリや表示制御用のドライバー回路および撮像制御用のドライバー回路と生産ラインを共有することが容易にできるという利点を有している。 A CMOS image sensor, like a CCD image sensor, transfers signal charges from each light receiving unit that photoelectrically converts incident light by a vertical transfer unit, and horizontally transfers signal charges from the vertical transfer unit by a horizontal transfer unit. The signal charge is read out from the light-receiving unit for each pixel and converted into a voltage by a selection control line composed of aluminum (Al) wiring or the like as in a memory device without using a CCD for charge transfer. The image pickup signal amplified in response to the signal is sequentially read out from the selected pixel. On the other hand, the CCD image sensor requires a plurality of positive and negative power supply voltages for driving the CCD. However, the CMOS image sensor can be driven by a single power supply and consumes less power than the CCD image sensor. And low voltage drive. Furthermore, since a CCD original manufacturing process is used for manufacturing a CCD image sensor, it is difficult to apply a manufacturing process generally used in a CMOS circuit as it is. On the other hand, since the CMOS image sensor uses a manufacturing process generally used in a CMOS circuit, a driver circuit for display control, a driver circuit for imaging control, a semiconductor memory such as a DRAM, and a logic circuit A logic circuit, an analog circuit, an analog-digital conversion circuit, and the like can be formed at the same time by a CMOS process frequently used in manufacturing. That is, the CMOS image sensor can be easily formed on the same semiconductor chip as the semiconductor memory, the driver circuit for display control, and the driver circuit for imaging control. There is an advantage that a production line can be easily shared with a driver circuit for display control and a driver circuit for imaging control.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るCMOS固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a CMOS solid-state imaging device according to
図1において、本実施形態1のCMOS固体撮像素子10の各画素部1には、その半導体基板11の表面層として、画素毎に光電変換部(受光素子)としてのフォトダイオード12が形成されている。このフォトダイオード12に隣接して、信号電荷がフローティングディヒュージョン部(電荷電圧変換部)FDに電荷転送するための電荷転送トランジスタの電荷転送部13が設けられている。この電荷転送部13上には、ゲート絶縁膜14を介して引き出し電極である転送ゲート15が設けられている。さらに、このフォトダイオード12毎にフローティングディフュージョン部FDに電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅トランジスタ(図示せず)で増幅されて画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路を有している。
In FIG. 1, in each
この読出回路は、フローティングディヒュージョン部FDを所定電圧(例えば電源電圧)にリセットするためのリセットトランジスタおよび、リセット後にフローティングディヒュージョン部FDの電位に応じて信号を増幅して信号線に信号を出力する増幅トランジスタがロジックトランジスタ領域2に設けられ、このロジックトランジスタ領域2が各画素部1間に素子分離層STIを介して設けられている。これらのリセットトランジスタおよび増幅トランジスタはそれぞれ、ソース(S)/ドレイン(D)およびゲート(G)で構成されている。
This read circuit a reset transistor for resetting the floating diffusion portion FD to a predetermined voltage (for example, power supply voltage), and amplifies the signal according to the potential of the floating diffusion portion FD after resetting and outputs the signal to the signal line An amplifying transistor is provided in the
これらの転送ゲート15、フローティングディヒュージョン部FDおよびロジックトランジスタ領域2の上方には、この読出回路の回路配線部や、転送ゲート15およびフローティングディヒュージョン部FDに接続される回路配線部が設けられている。ゲート絶縁膜14および転送ゲート15上には第1絶縁膜16が形成され、その上に第1配線17が形成され、その上に第2絶縁膜18が形成され、その上に第2配線19が形成されることにより上記回路配線部が構成されている。
Above these
また、これらの配線層17と転送ゲート15間、配線層17とフローティングディヒュージョン部FD間、配線層17とロジックトランジスタ領域2のソース(S)/ドレイン(D)およびゲート(G)間にそれぞれ、導電性材料(例えばタングステン)からなるコンタクトプラグ20がそれぞれ形成され、また、各配線層17とその上の各配線層19間にそれぞれ各コンタクトプラグ21がそれぞれ形成されて、配線層17、19と転送ゲート15、フローティングディヒュージョン部FDおよびロジックトランジスタ領域2のソース(S)/ドレイン(D)およびゲート(G)との間が電気的にそれぞれ接続されている。
Also, between the
さらに、第2絶縁膜18および配線層19上には、熱によるシンター処理で各画素部1を構成するフォトダイオード12の表面の暗電流(光を当てない状態で電荷が発生する)を抑制するために、プラズマCVD法によりプラズマSiN膜22がパッシベーション膜として形成されている。
Further, on the second insulating
このプラズマSiN膜22上に、フォトダイオード12毎に配置されたR,G,Bの各色配列(例えばベイヤー配列)のカラーフィルタ(図示せず)が形成され、さらに、その上に平坦化膜(図示せず)が形成され、その上に、受光部としてのフォトダイオード12への集光用のマイクロレンズ23が形成されている。この場合、マイクロレンズ23がカラーフィルタ材料で形成されていてもよく、この場合には、上記カラーフィルタおよび平坦化膜は不要となる。
On this
ここで、本実施形態1のCMOS固体撮像素子10の製造方法におけるパッシベーション膜形成工程について詳細に説明する。
表面保護用のパッシベーション膜として、例えばSiH4(シランガス)とアンモニア(NH3)ガスを用いるプラズマCVD法により、温度が摂氏350〜450度(ここでは摂氏300度)、圧力2〜7Torr(ここでは圧力2Torr)で、膜厚が250nm〜350nm(ここでは膜厚が300nm;シンター処理時にSiN膜からフォトダイオード12の表面に水素を供給するのに充分な量のH2を離脱可能とする膜厚)の窒化シリコン膜(Si3N4膜)、即ち、プラズマSiN膜22を形成する。このプラズマCVD法では、プラズマにより低温で上記構成ガスを分解してプラズマSiN膜22を成膜することができる。Cu配線やAl配線などの金属配線がプラズマSiN膜22の下層にあると、これらの金属配線は摂氏500度以上の高温では融けるため、プラズマCVD法の成膜温度は、摂氏350〜450度の低温であるため都合が良い。
Here, the passivation film forming step in the method for manufacturing the CMOS solid-
As a passivation film for protecting the surface, for example, by plasma CVD using SiH 4 (silane gas) and ammonia (NH 3 ) gas, the temperature is 350 to 450 degrees Celsius (here, 300 degrees Celsius), and the pressure is 2 to 7 Torr (here) Under a pressure of 2 Torr, the film thickness is 250 nm to 350 nm (here, the film thickness is 300 nm; a film thickness capable of detaching a sufficient amount of H 2 to supply hydrogen from the SiN film to the surface of the
プラズマSiN膜22を形成するときのRF(ラジオ・フリークエンシイ;Radio Frequency=高周波)パワーを700W以上1500W以下の範囲内で行う。より好ましくは、プラズマSiN膜22を形成するときのRFパワーを900W以上1500W以下(または1000W以上1500W以下)で行う。RFパワーは、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示し、構成ガスをプラズマ状態にするイオン化能力である。RFパワーとは、プラズマを励起する高周波の電力値のことをいう。
The RF (radio frequency; radio frequency) power for forming the
図2は、図1の固体撮像素子における暗電流のパッシベーション膜成膜時のRFパワー依存性を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the dependence of dark current on RF power when forming a passivation film in the solid-state imaging device of FIG.
最上層のアルミニュウム(Al)配線パターン形成後、カラーフィルタ形成前にプラズマSiN膜22であるパッシベーション膜を形成するとき、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワー(W;ワット)を700W以上1500W以下にすることにより、暗電流を抑制して画質の向上を図ることができる。RFパワーを700Wであっても、暗電流は通常のRFパワー650W時の半分程度に抑えることができる。RFパワーを700Wは、図2に示すように暗電流の値が他の領域に比べて大きく変化する領域であるため、装置の出力値間にばらつきがあるのを考慮すれば、プラズマ発生のイオン化率を上げるためのRFパワーを、図2に示すようにRFパワーに対する暗電流の変化率が一定に近づく、900W以上1500W下(または1000W以上1500W以下)のRFパワーにする必要がある。この場合には、暗電流は通常のRFパワー650W時の1/3以下に抑えることができて、画質の向上を図ることができるだけではなく、装置間の出力値にばらつきがあっても装置間で暗電流の値を同等にすることができて量産性に有利である。また、プラズマSiN膜の成膜工数においても、RFパワーが高ければ高いほど膜が付き易く、RFパワーを900W以上1500W下にすれば、通常のRFパワー650W時に比べて生産効率が7〜8パーセント向上する。なお、RFパワーが1500W下は装置のRFパワーの限界値である。
When a passivation film, which is a
このように、RFパワーを上げるほど、後のシンター処理時にプラズマSiN膜22から低温で離脱する水素量が多くなってシンター処理が確実に行われる結果、フォトダイオード12の表面において、金属層のプラズマドライエッチング時に生じたシリコン表面欠陥を修復して、より暗電流を抑制し、画質の向上をより確実に図ることができる。
As described above, as the RF power is increased, the amount of hydrogen desorbed from the
この場合、本実施形態1のプラズマCVD法のRFパワーは、通常の650Wよりも700〜1500Wと高く、構成ガスをプラズマ状態にする能力であって通常のイオン化率に比べてイオン化率を上げるものであって、プラズマSiN膜内の水素が低温で脱離しやすい状態にするものである。 In this case, the RF power of the plasma CVD method according to the first embodiment is 700 to 1500 W higher than the normal 650 W, and is the ability to bring the constituent gases into a plasma state, which increases the ionization rate compared to the normal ionization rate. Thus, the hydrogen in the plasma SiN film is easily desorbed at a low temperature.
(実施形態2)
上記実施形態1では、最上層のアルミニュウム(Al)配線パターン形成後、カラーフィルタ形成前にプラズマSiN膜22を形成してシンター処理を行う場合であるが、本実施形態2では、これと共に、フォトダイオード12の表面側にも、酸化膜のゲート絶縁膜14を介して、後述するプラズマSiN膜24を形成してシンター処理を行う場合について詳細に説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the
図3は、本発明の実施形態2に係るCMOS固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図1のCMOS固体撮像素子10の構成部材と同様の作用効果を奏する構成部材には同一の部材番号を付して説明する。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a CMOS solid-state imaging device according to
図3において、本実施形態2のCMOS固体撮像素子10Aの各画素部1には、その半導体基板11の表面層として、画素毎に光電変換部(受光素子)としてのフォトダイオード12が形成されている。このフォトダイオード12に隣接して、信号電荷がフローティングディヒュージョン部(電荷電圧変換部)FDに電荷転送するための電荷転送トランジスタの電荷転送部13が設けられている。この電荷転送部13上に、ゲート絶縁膜14を介して引き出し電極である転送ゲート15が設けられている。
In FIG. 3, in each
これらのゲート絶縁膜14および転送ゲート15上の全面に、熱によるシンター処理で各画素部1を構成するフォトダイオード12の表面の暗電流を抑制するために、プラズマCVD法によりプラズマSiN膜24がパッシベーション膜として形成されている。
A plasma SiN film 24 is formed on the entire surface of the
これらの転送ゲート15、フローティングディヒュージョン部FDおよびロジックトランジスタ領域2の上方には、フォトダイオード12毎にフローティングディフュージョン部FDに電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路の回路配線部や、転送ゲート15およびフローティングディヒュージョン部FDに接続される回路配線部として、第1絶縁膜16上の第1配線17および、第2絶縁膜18上の第2配線19が上下に形成されている。
Above the
さらに、第2絶縁膜18および配線層19上には、熱によるシンター処理で各画素部1を構成するフォトダイオード12の表面の暗電流を抑制するために、プラズマCVD法によりプラズマSiN膜22がパッシベーション膜として形成されている。
Further, a
このプラズマSiN膜22上に、フォトダイオード12毎に配置されたR,G,Bの各色配列(例えばベイヤー配列)のカラーフィルタ(図示せず)が形成され、さらに、その上に平坦化膜(図示せず)が形成され、その上に、受光部としてのフォトダイオード12への集光用のマイクロレンズ23が形成されている。
On this
ここで、本実施形態2のCMOS固体撮像素子10Aの製造方法におけるパッシベーション膜形成工程について詳細に説明する。
Here, the passivation film forming step in the method for manufacturing the CMOS solid-
第1パッシベーション膜形成工程において、ゲート絶縁膜14上の転送ゲート15をプラズマドライエッチングにより所定のゲート形状に形成した後に、ゲート絶縁膜14および転送ゲート15上の全面に、プラズマCVD法によりプラズマSiN膜24をパッシベーション膜として形成する。この場合、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワー(W;ワット)を、前述したように700W以上1500W下に設定する。また、好ましくは、RFパワーを、前述したように900W以上1500W下(または1000W以上1500W以下)に設定する。構成ガスとして、例えばSiH4(シランガス)とアンモニア(NH3)ガスを用いるプラズマCVD法により、温度が摂氏350〜450度(ここでは摂氏300度)、圧力2〜7Torr(ここでは圧力2Torr)で、膜厚が250nm〜350nm(ここでは膜厚が300nm;シンター処理時にSiN膜からフォトダイオード12表面に水素を供給するのに充分な量のH2を離脱可能とする膜厚)の窒化シリコン膜(Si3N4膜)、即ち、プラズマSiN膜24を形成する。
これにより、入射光がゲート絶縁膜14の表面側で反射する光をプラズマSiN膜24によりフォトダイオード12側に戻す反射防止膜として機能させることができる。また、上記実施形態1の場合と同様の条件で、第1パッシベーション膜形成工程として、フォトダイオード12の表面側にゲート絶縁膜14を介して反射防止膜を兼ねて形成したプラズマSiN膜24に対してシンター処理を行う。
In the first passivation film forming step, the
Thereby, it is possible to function as an antireflection film for returning incident light reflected from the surface side of the
次に、第2パッシベーション膜形成工程において、アルミニュウム(Al)配線パターンをプラズマドライエッチングにより所定のゲート形状に形成した後に、その配線パターン上にプラズマSiN膜であるパッシベーション膜を形成する。この場合も同様に、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワー(W;ワット)を、前述したように700W以上1500W下に設定する。また、好ましくは、RFパワーを、前述したように900W以上1500W下(または1000W以上1500W以下)に設定する。さらに、構成ガスとして、例えばSiH4(シランガス)とアンモニア(NH3)ガスを用いるプラズマCVD法により、温度が摂氏350〜450度(ここでは摂氏300度)、圧力2〜7Torr(ここでは圧力2Torr)で、膜厚が250nm〜350nm(ここでは膜厚が300nm;シンター処理時にSiN膜からフォトダイオード12表面に水素を供給するのに充分な量のH2を離脱可能とする膜厚)の窒化シリコン膜(Si3N4膜)、即ち、プラズマSiN膜22を形成する。
Next, in the second passivation film forming step, an aluminum (Al) wiring pattern is formed into a predetermined gate shape by plasma dry etching, and then a passivation film which is a plasma SiN film is formed on the wiring pattern. In this case as well, the RF power (W; watt) indicating the plasma generation energy set on the apparatus side is set to 700 W or more and 1500 W or less as described above. Preferably, the RF power is set to 900 W or more and 1500 W or less (or 1000 W or more and 1500 W or less) as described above. Further, by a plasma CVD method using, for example, SiH 4 (silane gas) and ammonia (NH 3 ) gas as constituent gases, the temperature is 350 to 450 degrees Celsius (here, 300 degrees Celsius), the pressure is 2 to 7 Torr (here, the pressure is 2 Torr). ) Is nitrided with a film thickness of 250 nm to 350 nm (here, the film thickness is 300 nm; a film thickness capable of detaching a sufficient amount of H 2 from the SiN film to supply hydrogen to the surface of the
転送ゲート形成後の第1パッシベーション膜形成工程および、これに続いて、配線パターン形成後の第2パッシベーション膜形成工程を行った方が、上記実施形態1の第2パッシベーション膜形成工程だけの場合に比べて、より暗電流を抑制してより確実に画質の向上を図ることができる。 When the first passivation film forming process after the transfer gate is formed and the second passivation film forming process after the wiring pattern is formed are only the second passivation film forming process of the first embodiment. In comparison, the dark current can be further suppressed and the image quality can be improved more reliably.
(実施形態3)
上記実施形態1、2では、CMOS固体撮像素子において、RFパワーを700W以上1500W下に設定してプラズマSiN膜を形成する場合について説明したが、本実施形態3では、CCD固体撮像素子において、RFパワーを700W以上1500W下に設定してプラズマSiN膜を形成する場合について説明する。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the case where the plasma SiN film is formed by setting the RF power to 700 W or more and 1500 W under the CMOS solid-state image sensor has been described. However, in the third embodiment, the RF power is set in the CCD solid-state image sensor. The case where the plasma SiN film is formed with the power set at 700 W or more and 1500 W will be described.
図4は、本発明の実施形態3に係るCCD固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。 FIG. 4 is a vertical cross-sectional view schematically showing an exemplary configuration of a main part of a CCD solid-state imaging device according to Embodiment 3 of the present invention.
図4において、本実施形態3のCCD固体撮像素子30の各画素部には、半導体基板31上に、受光素子として入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオード部32が設けられ、各フォトダイオード32に隣接してフォトダイオード32からの信号電荷を電荷転送するための電荷転送部33および、この上にはゲート絶縁膜34を介して、読み出された信号電荷を電荷転送制御するための電荷転送電極としてのゲート電極35が配置されている。これらのフォトダイオード32および電荷転送部33からなる画素部36間(水平方向の間)には素子分離層としてのストップ層37が設けられている。
In FIG. 4, each pixel portion of the CCD solid-state imaging device 30 of Embodiment 3 is provided with a
このゲート電極35上には、入射光がゲート電極35により反射してノイズが発生するのを防ぐために遮光膜39が絶縁層38を介して形成されている。また、フォトダイオード32の上方は遮光膜39に開口部39aが形成されている。
A
フォトダイオード32の表面と遮光膜39との段差部分を平坦化するための層間絶縁膜40が形成されている。この層間絶縁膜40上には、熱によるシンター処理で各画素部36を構成するフォトダイオード32の表面の暗電流を抑制するために、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワー(W;ワット)を、前述したように700W以上1500W下に設定するプラズマCVD法により、プラズマSiN膜41がパッシベーション膜として形成されている。この場合も、RFパワーを、前述したように900W以上1500W下(または1000W以上1500W以下)に設定する方が好ましい。
An interlayer insulating
このプラズマSiN膜41上に、フォトダイオード32毎に配置されたR,G,Bの各色配列(例えばベイヤー配列)のカラーフィルタ42が形成され、さらに、その上に平坦化膜43が形成され、その上に、受光部としてのフォトダイオード32への集光用のマイクロレンズ44が形成されている。
On this plasma SiN film 41, a
ここで、本実施形態3のCCD固体撮像素子30の製造方法におけるパッシベーション膜形成工程について詳細に説明する。 Here, the passivation film forming step in the method for manufacturing the CCD solid-state imaging device 30 of the third embodiment will be described in detail.
上記実施形態1,2の場合と同様に、表面保護用のパッシベーション膜として、例えばSiH4(シランガス)とアンモニア(NH3)ガスを用いるプラズマCVD法により、温度が摂氏350〜450度(ここでは摂氏300度)、圧力2〜7Torr(ここでは圧力2Torr)で、膜厚が250nm〜350nm(ここでは膜厚が300nm;シンター処理時にSiN膜からフォトダイオード32表面に水素を供給するのに充分な量のH2を離脱可能とする膜厚)の窒化シリコン膜(Si3N4膜)、即ち、プラズマSiN膜41を形成する。
As in the case of the first and second embodiments, the temperature is 350 to 450 degrees Celsius (here, by a plasma CVD method using SiH 4 (silane gas) and ammonia (NH 3 ) gas as a passivation film for surface protection, for example. 300 degrees Celsius), pressure 2-7 Torr (here,
上記構成により、複数の画素部36が2次元状に配置された撮像領域に入射した光は、まず、マイクロレンズ44により集光されてフォトダイオード32に入射される。次に、フォトダイオード32に入射された光は、フォトダイオード32で光電変換されて信号電荷となる。この信号電荷は電荷転送部33に読み出されて所定方向に順次電荷転送される。
With the above configuration, light incident on an imaging region in which the plurality of
したがって、本実施形態3によれば、RFパワーを700Wから900Wさらに1000Wそれ以上に上げるほど、後のシンター処理時にプラズマSiN膜41から低温で離脱する水素量が多くなってシンター処理が確実に行われる結果、フォトダイオード32の表面において、金属層のプラズマドライエッチング時に生じたシリコン表面欠陥をより確実に修復して、より暗電流を抑制し、画質の向上を図ることができる。
Therefore, according to the third embodiment, as the RF power is increased from 700 W to 900 W and further to 1000 W or more, the amount of hydrogen desorbed from the plasma SiN film 41 at a low temperature during the subsequent sintering process increases and the sintering process is reliably performed. As a result, silicon surface defects generated during the plasma dry etching of the metal layer on the surface of the
(実施形態4)
上記実施形態1〜3では、CMOS固体撮像素子およびCCD固体撮像素子において、暗電流の抑制をより良好に行って、画質劣化をより確実に防止するために、RFパワーを700W以上1500W下に設定してプラズマSiN膜を形成する場合について説明したが、本実施形態4では、ブルー感度を向上しかつ安定化して、画質劣化をより確実に防止するために、RFパワーを850W以上1500W下に設定してプラズマCVD法によりプラズマSiN膜を形成する場合について説明する。
(Embodiment 4)
In the first to third embodiments, in the CMOS solid-state imaging device and the CCD solid-state imaging device, the RF power is set to 700 W or more and 1500 W or less in order to more effectively suppress dark current and more reliably prevent image quality deterioration. In the fourth embodiment, the RF power is set to 850 W or more and 1500 W or less in order to improve and stabilize blue sensitivity and more reliably prevent image quality degradation. A case where a plasma SiN film is formed by plasma CVD will be described.
図5は、本発明の実施形態4に係るCMOS固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図1の各構成部材と同一の作用効果を奏する構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。 FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a CMOS solid-state imaging device according to Embodiment 4 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structural member which show | plays the same effect as each structural member of FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
図5に示すように、本実施形態4のCMOS固体撮像素子50において、第2絶縁膜18および配線層19上に、熱によるシンター処理で各画素部1を構成するフォトダイオード12の表面の暗電流(光を当てない状態で電荷が発生する)を抑制させると共に、ブルー感度を向上しかつ安定化させて、画質劣化をより確実に防止するために、プラズマCVD法によりプラズマSiN膜22Aがパッシベーション膜として形成されている。このとき、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを850W以上1500W下に設定する。
As shown in FIG. 5, in the CMOS solid-
このプラズマSiN膜22A上には、前述したように、フォトダイオード12毎に配置されたR,G,Bの各色配列(例えばベイヤー配列)のカラーフィルタ(図示せず)が形成され、さらに、その上に平坦化膜(図示せず)が形成され、その上に、受光部としてのフォトダイオード12への集光用のマイクロレンズ23が形成されている。この場合、マイクロレンズ23がカラーフィルタ材料で形成されていてもよく、この場合には、上記カラーフィルタおよび平坦化膜は不要となる。
On the
上記構成の本実施形態4のCMOS固体撮像素子50の製造方法におけるパッシベーション膜形成工程について詳細に説明する。
The passivation film forming step in the method for manufacturing the CMOS solid-
表面保護用(耐湿用)のパッシベーション膜として、例えばSiH4(シランガス)とアンモニア(NH3)ガスを用いるプラズマCVD法により、温度が摂氏350〜450度(ここでは摂氏300度)、圧力2〜7Torr(ここでは圧力2Torr)で、膜厚が250nm〜350nm(ここでは膜厚が300nm;シンター処理時にSiN膜からフォトダイオード12の表面に水素を供給するのに充分な量のH2を離脱可能とする膜厚)の窒化シリコン膜(Si3N4膜)、即ち、プラズマSiN膜22Aを形成する。このプラズマCVD法では、プラズマにより低温で上記構成ガスを分解してプラズマSiN膜22Aを成膜することができる。Cu配線やAl配線などの金属配線がプラズマSiN膜22Aの下層にあると、これらの金属配線は摂氏500度以上の高温では融けるため、プラズマCVD法の成膜温度は、摂氏350〜450度の低温であるため都合が良い。
As a passivation film for protecting the surface (for moisture resistance), for example, by a plasma CVD method using SiH 4 (silane gas) and ammonia (NH 3 ) gas, the temperature is 350 to 450 degrees Celsius (here, 300 degrees Celsius), and the pressure is 2 7 Torr (here,
プラズマSiN膜22Aを形成するときのRFパワーを850W以上1500W以下の範囲内で成膜を行う。より好ましくは、ブルー感度をより安定化させるためには、プラズマSiN膜22Aを形成するときのRFパワーを930W以上1130W以下で成膜を行う。RFパワーは、前述した通り、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示し、構成ガスをプラズマ状態にするイオン化能力である。RFパワーとは、プラズマを励起する高周波の電力値のことをいう。
Film formation is performed within the range of RF power of 850 W to 1500 W when forming the
図6は、図5の固体撮像素子におけるブルー感度の大きさのパッシベーション膜成膜時のRFパワー依存性を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating the RF power dependency when the passivation film is formed with a large blue sensitivity in the solid-state imaging device of FIG.
三原色のR(赤)、G(緑)およびB(青)の各色光のうち、B(青)の色光がプラズマSiN膜22Aに最も吸収されて減衰しやすく、所定の光量照射時にどれくらいの電流が得られるかを、B(青)の色光(波長450nm)に対するブルー感度として図6に示している。RFパワーが変われば、B(青)の色光(波長450nm)に対してプラズマSiN膜22Aの膜質(特に屈折率)が変わる。要するに、RFパワーが上げれば、B(青)の色光(波長450nm)に対してプラズマSiN膜22Aの屈折率が下がる。この場合、B(青)の色光(波長450nm)に対してプラズマSiN膜22Aの光透過率も改善される。特に、RFパワーが上げればB(青)の色光(波長450nm)に対して透過率が上がってブルー感度が改善されて画質劣化をより確実に防止する(鮮明な画像を得る)こともできる。また、RFパワーが上げれば、暗電流の抑制(ノイズ抑制)をより良好に行って、画質劣化をより確実に防止する(鮮明な画像得る)こともできる。なお、R(赤)およびG(緑)の各色光に対しては、RFパワーが変化しても大きな変化がない。
Of the three primary colors, R (red), G (green), and B (blue), the B (blue) color light is most easily absorbed and attenuated by the
図6に示すように、実線は、RFパワー(W)に対するブルー感度の大きさの平均値を示し、その上下の各点線は、RFパワー(W)に対するブルー感度の大きさの最大値と最小値をそれぞれ示している。 As shown in FIG. 6, the solid line indicates the average value of the blue sensitivity with respect to the RF power (W), and the dotted lines above and below the maximum and minimum values of the blue sensitivity with respect to the RF power (W). Each value is shown.
ブルー感度の基準値をスペック「76」に設定した場合、RFパワー(W)に対するブルー感度の大きさの最小値に対しても、RFパワー(W)が850W以上であれば、ブルー感度の基準値のスペック「76」以上を満足することができる。したがって、装置を長期間安定に使用するための最大のRFパワーを1500(W)とすれば、プラズマSiN膜22Aを形成するときのRFパワーを850W以上1500W以下の範囲内で成膜を行えばよい。より好ましくは、ブルー感度をより安定化させるためには、プラズマSiN膜22Aを形成するときのRFパワーを930W以上1130W以下の範囲内で成膜を行えばよい。
When the standard value of blue sensitivity is set to the spec “76”, the standard value of blue sensitivity is set as long as the RF power (W) is 850 W or more with respect to the minimum value of the blue sensitivity with respect to the RF power (W). The value spec “76” or more can be satisfied. Therefore, if the maximum RF power for using the apparatus stably for a long period is 1500 (W), the RF power when forming the
なお、上記実施形態1〜4では、特に説明しなかったが、上記実施形態1〜4は、固体撮像素子に適用される他、半導体装置のロジック回路や駆動制御回路などの金属配線形成後の表面保護用(防湿用)のパッシベーション膜として適用することができる。このように、固体撮像素子以外の半導体装置の複数のトランジスタで構成されるロジック回路や駆動制御回路などの金属配線形成後の表面に、防湿用のパッシベーション膜として、例えばSiH4(シランガス)とアンモニア(NH3)ガスを用いるプラズマCVD法により、プラズマSiN膜22または22Aを低温で成膜することができる。また、受光素子が設けられた撮像領域の周辺領域であって、多数のトランジスタで構成された周辺回路部(ロジック回路や駆動制御回路)が設けられた周辺領域の金属配線形成後の表面にも、プラズマSiN膜22または22Aを防湿用のパッシベーション膜として形成してもよい。
Although not particularly described in the first to fourth embodiments, the first to fourth embodiments are applied to a solid-state imaging device, and after formation of metal wiring such as a logic circuit and a drive control circuit of a semiconductor device. It can be applied as a passivation film for surface protection (for moisture prevention). As described above, for example, SiH 4 (silane gas) and ammonia are used as a moisture-proof passivation film on the surface after formation of metal wiring such as a logic circuit and a drive control circuit composed of a plurality of transistors of a semiconductor device other than a solid-state imaging device. The
また、本実施形態4では、上記実施形態1のCMOS固体撮像素子10において、RFパワーが700W以上1500W以下の条件で成膜したプラズマSiN膜22に代えて、RFパワーが850W以上1500W以下の条件でプラズマSiN膜22Aをブルー感度の向上かつ安定化用のパッシベーション膜として形成する場合について説明したが、プラズマSiN膜22Aと共にまたはプラズマSiN膜22とは別に、図3に示すように、上記実施形態2のCMOS固体撮像素子10AにおいてRFパワーを700W以上1500W以下の条件で成膜したプラズマSiN膜24に代えて、RFパワーを850W以上1500W以下の条件でプラズマSiN膜22Aをブルー感度の向上かつ安定化用のパッシベーション膜として形成してもよい。
In the fourth embodiment, in the CMOS solid-
さらに、本実施形態4では、CMOS固体撮像素子50において、RFパワーが850W以上1500W以下の条件でプラズマSiN膜22Aをブルー感度の安定化用のパッシベーション膜として形成する場合について説明したが、図4に示すように、上記実施形態3のCCD固体撮像素子30において、RFパワーが700W以上1500W以下の条件で成膜したプラズマSiN膜41に代えて、CCD固体撮像素子30Aとして、RFパワーが850W以上1500W以下の条件でプラズマSiN膜41Aをブルー感度の安定化用のパッシベーション膜として形成してもよい。また、プラズマSiN膜41Aと共にまたはプラズマSiN膜41とは別に、図4において、前述したプラズマSiN膜24または24Aを、ゲート絶縁膜14および転送ゲート15上の全面に形成してもよい。
Furthermore, in the fourth embodiment, in the CMOS solid-
(実施形態5)
図7は、本発明の実施形態5として、本発明の実施形態1〜4のいずれかの固体撮像素子を含む固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
(Embodiment 5)
FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using, as an imaging unit, a solid-state imaging device including the solid-state imaging device according to any one of
図7において、本実施形態4の電子情報機器90は、上記実施形態1〜4の固体撮像素子10、10A、30、30A、50または50Aからの撮像信号を各種信号処理してカラー画像信号を得る固体撮像装置91の他に、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部92と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段93と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信手段などの通信手段94と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を印刷用に所定の信号処理した後に印刷可能とするプリンタなどの画像出力手段95とのうちの少なくともいずれかを有している。
In FIG. 7, the
この電子情報機器90としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置(PDA)などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
As described above, the
したがって、本実施形態5によれば、この固体撮像装置91からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力手段95により良好にプリントアウト(印刷)したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部92に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
Therefore, according to the fifth embodiment, on the basis of the color image signal from the solid-
なお、上記実施形態1〜3では、前述したように、受光素子の上方で、パターニングされた金属層上(配線層19または、ゲート絶縁膜14および転送ゲート15上の全面)またはその上の層間絶縁膜上に、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを700W〜1500Wに設定するプラズマCVD法によりプラズマ窒化シリコン膜を成膜するプラズマ窒化シリコン膜成膜工程を有している。これによって、暗電流の抑制をより良好に行って画質劣化を、より確実に防止することができる本願発明の目的を達成することができる。
In the first to third embodiments, as described above, above the light receiving element, on the patterned metal layer (the entire surface on the
また、上記実施形態4では、前述したように、受光素子の上方で、パターニングされた金属層上(配線層19または、ゲート絶縁膜14および転送ゲート15上の全面)またはその上の層間絶縁膜上に、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを850W〜1500Wに設定するプラズマCVD法によりプラズマ窒化シリコン膜を成膜するプラズマ窒化シリコン膜成膜工程を有している。これによって、ブルー感度を向上しかつ安定化して、画質劣化をより確実に防止することができる本願発明の目的を達成することができる。
In the fourth embodiment, as described above, above the light receiving element, on the patterned metal layer (the entire surface on the
以上のように、本発明の好ましい実施形態1〜5を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1〜5に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1〜5の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable Embodiment 1-5 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1-5. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子の製造方法、この製造方法により作製された固体撮像素子、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、プラズマ窒化シリコン膜としてのプラズマSiN膜の成膜時に装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを700Wから900Wさらにそれ以上に上げるほど、後のシンター処理時にプラズマSiN膜から低温で離脱する水素量を多くしてシンター処理を確実に行うことができて、フォトダイオードの表面において、金属層のプラズマドライエッチング時に生じたシリコン表面欠陥をより確実に修復することにより、暗電流の抑制をより良好に行って、画質劣化をより確実に防止することができる。 The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device including a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject to image, a solid-state imaging device manufactured by the manufacturing method, and imaging using the solid-state imaging device as an image input device Plasma SiN as a plasma silicon nitride film in the field of electronic information equipment such as digital video cameras and digital still cameras used in the department, image input cameras, scanner devices, facsimile devices, camera-equipped mobile phone devices, etc. As the RF power indicating the plasma generation energy set on the apparatus side during film formation is increased from 700 W to 900 W or more, the amount of hydrogen desorbed from the plasma SiN film at a low temperature during the subsequent sintering process is increased to perform the sintering process. Can be reliably performed on the surface of the photodiode. Te, by more reliably repaired silicon surface defects generated during plasma dry etching of the metal layer, performed better suppression of dark current, it is possible to more reliably prevent the image quality deterioration.
また、RFパワーを850W〜1500Wに設定して、プラズマCVD法によりプラズマ窒化シリコン膜をパッシベーション膜として形成するため、ブルー感度を向上しかつ安定化して、画質劣化をより確実に防止することができる。 Further, since the plasma silicon nitride film is formed as a passivation film by the plasma CVD method with the RF power set to 850 W to 1500 W, blue sensitivity can be improved and stabilized, and image quality deterioration can be prevented more reliably. .
1、36 画素部
2 ロジックトランジスタ領域
10、10A、50、50A CMOS固体撮像素子
11、31 半導体基板
12、32 フォトダイオード
13 電荷転送部
14、34 ゲート絶縁膜
15 転送ゲート
16 第1絶縁膜
17 第1配線
18 第2絶縁膜
19 第2配線
20、21 コンタクトプラグ
22、22A、24、24A、41、41A プラズマSiN膜
23、44 マイクロレンズ
FD フローティングディヒュージョン部
STI 素子分離層
S ソース(ソース領域)
D ドレイン(ドレイン領域)
G ゲート
30、30A CCD固体撮像素子
33 電荷転送部
35 ゲート電極
37 ストップ層
38 絶縁膜
39 遮光膜
39a 開口部
40 層間絶縁膜
42 カラーフィルタ
43 平坦化膜
90 電子情報機器
91 固体撮像装置
92 メモリ部
93 表示手段
94 通信手段
95 画像出力手段
DESCRIPTION OF
D Drain (drain region)
G gate 30, 30A CCD solid-
Claims (20)
該受光素子の上方で、パターニングされた金属層上またはその上の層間絶縁膜上に、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを700W〜1500Wに設定するプラズマCVD法によりプラズマ窒化シリコン膜を成膜するプラズマ窒化シリコン膜成膜工程と、
該プラズマ窒化シリコン膜に熱をかけて該シンター処理を行うシンター処理工程とを有する固体撮像素子の製造方法。 In a method for manufacturing a solid-state imaging device provided with a light-receiving element that photoelectrically converts incident light from a subject to image,
Above the light receiving element, on a patterned metal layer or on an interlayer insulating film thereon, a plasma silicon nitride film is formed by plasma CVD method in which an RF power indicating plasma generation energy set on the device side is set to 700 W to 1500 W A plasma silicon nitride film forming step of forming a film;
Method for manufacturing a solid-state imaging device and a sintering step of performing the sintering treatment by applying heat to the plasma silicon nitride film.
該受光素子の上方で、パターニングされた金属層上またはその上の層間絶縁膜上に、シンター処理時に離脱する水素量を多くするように、装置側で設定するプラズマ発生エネルギーを示すRFパワーを850W〜1500Wに設定するプラズマCVD法によりプラズマ窒化シリコン膜を成膜するプラズマ窒化シリコン膜成膜工程を有する固体撮像素子の製造方法。 In a method for manufacturing a solid-state imaging device provided with a light-receiving element that photoelectrically converts incident light from a subject to image,
Above the light receiving element, on the patterned metal layer or on the interlayer insulating film thereon, RF power indicating plasma generation energy set on the apparatus side is increased to 850 W so as to increase the amount of hydrogen released during the sintering process. A method for manufacturing a solid-state imaging device, including a plasma silicon nitride film forming step of forming a plasma silicon nitride film by a plasma CVD method set to ˜1500 W.
前記パターニングされた金属層として、前記受光素子からの信号電荷を電荷転送するための転送ゲートを形成後、基板全面に第1プラズマ窒化シリコン膜を成膜する第1プラズマ窒化シリコン膜成膜工程と、
該パターニングされた金属層として、配線パターン形成後にその上に第2プラズマ窒化シリコン膜を成膜する第2プラズマ窒化シリコン膜成膜工程とを有し、
前記シンター処理工程は、該第1プラズマ窒化シリコン膜成膜工程および該第2プラズマ窒化シリコン膜成膜工程の実施後に同時に行うかまたは、該第1プラズマ窒化シリコン膜成膜工程および該第2プラズマ窒化シリコン膜成膜工程の各実施後にそれぞれ行う請求項1または3に記載の固体撮像素子の製造方法。 The plasma silicon nitride film forming step includes:
A first plasma silicon nitride film forming step of forming a first plasma silicon nitride film on the entire surface of the substrate after forming a transfer gate for transferring signal charges from the light receiving element as the patterned metal layer; ,
A second plasma silicon nitride film forming step of forming a second plasma silicon nitride film thereon after forming the wiring pattern as the patterned metal layer;
The sintering process is performed simultaneously after the first plasma silicon nitride film formation step and the second plasma silicon nitride film formation step, or the first plasma silicon nitride film formation step and the second plasma are performed. The manufacturing method of the solid-state image sensor of Claim 1 or 3 performed after each implementation of a silicon nitride film formation process, respectively.
該受光素子毎に該電荷転送トランジスタにより該電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて該画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有するCMOS固体撮像素子である請求項16または17に記載の固体撮像素子。 Each of the plurality of pixel units is provided with the light receiving element as a photoelectric conversion unit for each pixel unit, and adjacent to the light receiving element, a signal charge from the light receiving element is transferred to the charge voltage conversion unit. A charge transfer transistor;
A readout circuit for voltage-converting the signal charge transferred to the charge-voltage conversion unit by the charge transfer transistor for each light receiving element, amplifying in accordance with the conversion voltage, and reading out as an imaging signal for each pixel unit; The solid-state imaging device according to claim 16, wherein the solid-state imaging device is a CMOS solid-state imaging device.
An electronic information device using the solid-state imaging device according to claim 16 as an image input device in an imaging unit.
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