JP6838995B2 - Solid-state image sensor, manufacturing method of solid-state image sensor, and electronic equipment - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法及び電子機器に関する。 The present invention relates to a solid-state image sensor, a method for manufacturing a solid-state image sensor, and an electronic device.
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサは、汎用CMOSプロセスである半導体形成プロセスにより生産可能であることから、安価に生産可能な固体撮像素子として注目されている。 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensors are attracting attention as inexpensive solid-state image sensors because they can be produced by a semiconductor forming process, which is a general-purpose CMOS process.
CMOS型イメージセンサは、受光部として、シリコン基板上に形成されるフォトダイオードを備える。受光部に対するノイズの原因となる暗電流を抑制するためには、受光部における、シリコン(シリコン基板)とそのシリコン基板上に形成されるシリコン酸化膜との界面準位の低減が重要である。シリコン−シリコン酸化膜界面には多数のダングリングボンドが存在する。ダングリングボンドは水素で終端処理することが一般的である。ダングリングボンドの終端処理によってシリコン−シリコン酸化膜の界面準位が低減される。 The CMOS image sensor includes a photodiode formed on a silicon substrate as a light receiving unit. In order to suppress the dark current that causes noise to the light receiving portion, it is important to reduce the interface level between the silicon (silicon substrate) and the silicon oxide film formed on the silicon substrate in the light receiving portion. There are many dangling bonds at the silicon-silicon oxide film interface. Dangling bonds are generally terminated with hydrogen. Dangling bond termination reduces the interface state of the silicon-silicon oxide film.
ところで、シリコン基板上に、シリコン酸化膜を介して、シリコン窒化膜から構成される反射防止膜を形成するCMOS型イメージセンサが知られている(特許文献1)。特許文献1のCMOS型イメージセンサでは、反射防止膜を形成することにより、多重干渉効果の利用により入射光の損失を低減し、これにより、受光部の感度を向上させる。 By the way, there is known a CMOS type image sensor that forms an antireflection film composed of a silicon nitride film on a silicon substrate via a silicon oxide film (Patent Document 1). In the CMOS image sensor of Patent Document 1, by forming an antireflection film, the loss of incident light is reduced by utilizing the multiple interference effect, thereby improving the sensitivity of the light receiving portion.
特許文献1のCMOS型イメージセンサでは、シリコン窒化膜を反射防止膜とすることから、シリコン窒化膜に含まれる水素をダングリングボンドの終端処理に用いることができる。また、シリコン窒化膜の形成時にアニール処理が行われることから、アニール雰囲気中の水素もダングリングボンドの終端処理に用いることができる。すなわち、シリコン窒化膜に含まれる水素及びシリコン窒化膜の形成時のアニール雰囲気中の水素は、上述の終端処理の水素供給源となる。 In the CMOS image sensor of Patent Document 1, since the silicon nitride film is used as the antireflection film, hydrogen contained in the silicon nitride film can be used for the termination treatment of the dangling bond. Further, since the annealing treatment is performed when the silicon nitride film is formed, hydrogen in the annealing atmosphere can also be used for the termination treatment of the dangling bond. That is, the hydrogen contained in the silicon nitride film and the hydrogen in the annealing atmosphere at the time of forming the silicon nitride film serve as a hydrogen supply source for the above-mentioned termination treatment.
上述の暗電流の抑制効果を高めるためには、反射防止膜であるシリコン窒化膜の水素含有量を増加させればよいと考えられる。シリコン窒化膜の水素含有量が増加すれば、シリコン窒化膜、すなわち、水素供給源、からダングリングボンドへの水素供給量が増加するので、ダングリングボンドの終端処理が促進されることになるからである。 In order to enhance the above-mentioned dark current suppression effect, it is considered that the hydrogen content of the silicon nitride film, which is an antireflection film, should be increased. If the hydrogen content of the silicon nitride film increases, the amount of hydrogen supplied from the silicon nitride film, that is, the hydrogen supply source, to the dangling bond increases, so that the termination treatment of the dangling bond is promoted. Is.
しかしながら、シリコン−シリコン酸化膜界面への水素の過剰供給は、CMOS型イメージセンサを構成するp型トランジスタのNBTI(Negative Bias Temperature Instability)特性の劣化を招いてしまう。CMOS型イメージセンサでは、画素を駆動し、画素からの信号を処理するための周辺回路部にp型トランジスタが用いられる。NBTI特性の劣化により、p型トランジスタの閾値電圧の変動等を引き起こし、周辺回路部の誤動作を招く。その結果、CMOS型イメージセンサの信頼性が低下する。 However, excessive supply of hydrogen to the silicon-silicon oxide film interface causes deterioration of the NBTI (Negative Bias Temperature Instability) characteristics of the p-type transistor constituting the CMOS image sensor. In a CMOS image sensor, a p-type transistor is used in a peripheral circuit portion for driving a pixel and processing a signal from the pixel. Deterioration of the NBTI characteristics causes fluctuations in the threshold voltage of the p-type transistor and causes malfunction of the peripheral circuit portion. As a result, the reliability of the CMOS image sensor is reduced.
本発明の一態様は、p型トランジスタのNBTI特性を劣化させることなく、フォトダイオードの感度を向上させることができる固体撮像素子、電子機器及び固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state image sensor, an electronic device, and a solid-state image sensor capable of improving the sensitivity of a photodiode without deteriorating the NBTI characteristics of a p-type transistor. ..
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、半導体基板の第1領域に形成される画素アレイ部と、前記半導体基板の第2領域に形成される周辺回路部と、前記画素アレイ部の上方に形成される第1シリコン窒化膜と、前記周辺回路部の上方に形成される第2シリコン窒化膜とを備え、前記第1シリコン窒化膜の水素含有量と前記第2シリコン窒化膜の水素含有量とが異なる。 In order to solve the above problems, the solid-state image sensor according to one aspect of the present invention includes a pixel array portion formed in a first region of a semiconductor substrate and a peripheral circuit portion formed in a second region of the semiconductor substrate. A first silicon nitride film formed above the pixel array portion and a second silicon nitride film formed above the peripheral circuit portion, the hydrogen content of the first silicon nitride film and the said. The hydrogen content of the second silicon nitride film is different.
本発明の他の一態様に係る固体撮像素子の製造方法は、半導体基板の第1領域に形成される画素アレイ部、前記半導体基板の第2領域に形成される周辺回路部、前記画素アレイ部の上方に形成される第1シリコン窒化膜及び前記周辺回路部の上方に形成される第2シリコン窒化膜を備える固体撮像素子の製造方法であって、(a)前記第1領域に前記画素アレイ部を、前記第2領域に前記周辺回路部を、それぞれ形成する工程、(b)前記半導体基板の上方に、前記画素アレイ部及び前記周辺回路部を覆うように第1シリコン窒化膜を成膜する工程、(c)前記周辺回路部を覆う第1シリコン窒化膜を除去し、前記画素アレイ部を覆う第1シリコン窒化膜を残存させる工程、(d)前記半導体基板の上方に、前記画素アレイ部及び前記周辺回路部を覆うように第2シリコン窒化膜を成膜する工程、(e)前記画素アレイ部を覆う第2シリコン窒化膜を除去し、前記周辺回路部を覆う第2シリコン窒化膜を残存させる工程を含む。 A method for manufacturing a solid-state imaging device according to another aspect of the present invention includes a pixel array portion formed in a first region of a semiconductor substrate, a peripheral circuit portion formed in a second region of the semiconductor substrate, and the pixel array portion. A method for manufacturing a solid-state imaging device including a first silicon nitride film formed above the above and a second silicon nitride film formed above the peripheral circuit portion, wherein (a) the pixel array in the first region. A step of forming the peripheral circuit portion in the second region, respectively. (B) A first silicon nitride film is formed above the semiconductor substrate so as to cover the pixel array portion and the peripheral circuit portion. Steps of (c) removing the first silicon nitride film covering the peripheral circuit portion and leaving the first silicon nitride film covering the pixel array portion, (d) the pixel array above the semiconductor substrate. A step of forming a second silicon nitride film so as to cover the portion and the peripheral circuit portion, (e) a second silicon nitride film that covers the peripheral circuit portion by removing the second silicon nitride film that covers the pixel array portion. Includes the step of leaving.
本発明の一態様によれば、p型トランジスタのNBTI特性を劣化させることなく、フォトダイオードの感度を向上させることができるという効果を奏する。 According to one aspect of the present invention, there is an effect that the sensitivity of the photodiode can be improved without deteriorating the NBTI characteristics of the p-type transistor.
〔実施形態1〕
以下、本発明の実施形態1について、図1〜図5に基づいて詳細に説明する。図1は、実施形態1の固体撮像素子(CMOS型イメージセンサ)100の概略的な構成を示す平面図である。図1を参照して、固体撮像素子100の概要について述べる。
[Embodiment 1]
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the solid-state image sensor (CMOS type image sensor) 100 of the first embodiment. An outline of the solid-
(固体撮像素子100の概要)
図1に示すように、固体撮像素子100は、画素アレイ部101と周辺回路部201とを同一の半導体チップ上に集積化している。また、周辺回路部201が形成される第2領域は、画素アレイ部101が形成される第1領域に隣接している。
(Outline of solid-state image sensor 100)
As shown in FIG. 1, in the solid-
画素アレイ部101には、2次元マトリックス状(アレイ状)に複数の画素10が配列されており、方形状の撮像領域を構成している。画素10の詳細については後述する。
A plurality of pixels 10 are arranged in a two-dimensional matrix (array) in the
周辺回路部201は、垂直選択回路102、CDS(Correlated Double Sampling)回路103、A/D変換回路104、水平選択回路105、デジタル信号処理部106及びTG(Timing Generator)107を含む。
The peripheral circuit unit 201 includes a
垂直選択回路102、水平選択回路105及びTG107によって、画素アレイ部101内の画素10が順次走査され、画像信号の読み出し及び電子シャッタ動作が実行される。CDS回路103、A/D変換回路104及びデジタル信号処理部106によって、ノイズ除去等が行われつつ、各画素10から読み出された信号が処理される。
The
(画素10)
図2を参照して、画素10について述べる。図2は、画素10の等価回路図である。図2に示すように、画素10は、フォトダイオード11、転送トランジスタ12、リセットトランジスタ13、浮遊拡散層14、選択トランジスタ15及び増幅トランジスタ16を含む。
(Pixel 10)
The pixel 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of pixel 10. As shown in FIG. 2, the pixel 10 includes a
画素10では、フォトダイオード11によって、入射光量に応じて光電変換された電荷が蓄積される。転送線Tから転送信号が入力されることによって、転送トランジスタ12がオンする。転送トランジスタ12がオンすることによって、フォトダイオード11の蓄積電荷は浮遊拡散層14に転送される。浮遊拡散層14は増幅トランジスタ16のゲートに接続されており、増幅トランジスタ16によって、浮遊拡散層14に転送された電荷は電圧信号に変換される。
In the pixel 10, the photoelectric-converted charge is accumulated by the
選択線Hから選択信号が入力されることによって、選択トランジスタ15がオンする。選択トランジスタ15がオンすることによって、画素10が選択される。増幅トランジスタ16によって変換された電圧信号は、垂直信号線Vを介して、CDS回路103に伝達される。
When the selection signal is input from the selection line H, the
リセットトランジスタ13は、Vdd(電源電圧)と浮遊拡散層14との間に接続される。リセット線Rからリセット信号が入力されることによって、リセットトランジスタ13がオンする。リセットトランジスタ13がオンすることによって、浮遊拡散層14の電位がVddにリセットされる。
The
(画素アレイ部101及び周辺回路部201)
図3を参照して、画素アレイ部101及び周辺回路部201について詳細に述べる。図3は、固体撮像素子100の画素アレイ部101及び周辺回路部201の断面図である。なお、図3には、画素アレイ部101及び周辺回路部201の様々な部材が示されているが、実施形態1とは関係しない部材については説明を省略する。これらの説明を省略する部材は、公知のものと同様であると理解されてよい。また、周辺回路部201に関しては、周辺トランジスタを構成するn型トランジスタ及びp型トランジスタのうち、実施形態1と関係するp型トランジスタ17のみが図3に示されている。
(
The
図3に示すように、画素アレイ部101では、シリコン基板21(半導体基板)の表面から所定の深さに渡ってpウェル22が形成されている。pウェル22は、シリコン基板21内にB(ホウ素)を注入することによって形成される。
As shown in FIG. 3, in the
pウェル22内には、As(砒素)又はP(燐)を注入することによってフォトダイオード11及び浮遊拡散層14が形成されている。また、pウェル22の表面には、転送トランジスタ12が形成されており、転送トランジスタ12を介して、フォトダイオード11と浮遊拡散層14とが接続されている。
A
pウェル22の上にはゲート絶縁膜24が形成されている。ゲート絶縁膜24としては、SiO2膜(シリコン酸化膜)が好適であるが、SiO2膜以外の種々の絶縁膜であっても良い。
A
ゲート絶縁膜24の上にはゲート電極25が配置され、ゲート電極25の側壁上には、側壁絶縁膜として、サイドウォールスペーサ26が形成されている。フォトダイオード11、ゲート絶縁膜24、ゲート電極25、サイドウォールスペーサ26及び浮遊拡散層14によって、転送トランジスタ12を構成している。
A
ゲート電極25としてはポリシリコン、サイドウォールスペーサ26としてはSiO2膜又はSi3N4膜(シリコン窒化膜)が好適である。
The
画素間は、SiO2膜からなる素子分離層23により分離されている。素子分離層23は、STI(Shallow Trench Isolation)法により形成される。シリコン基板21に素子分離溝(素子分離用の溝)を形成し、SiO2膜を埋め込むことによって、素子分離溝に埋め込まれたSiO2膜からなる素子分離層23を形成することができる。
The pixels are separated by an
転送トランジスタ12、フォトダイオード11、浮遊拡散層14及び素子分離層23を含む画素アレイ部101の上には、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって成膜されたSi3N4膜からなる第1シリコン窒化膜27が形成されている。
A first composed of a Si 3 N 4 film formed by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method on a
第1シリコン窒化膜27は、第1シリコン窒化膜27の上に形成される層間膜30(第1層間膜)にコンタクトプラグ28を形成する際、層間膜30に貫通孔を形成する際のエッチングストッパとして機能する。また、第1シリコン窒化膜27は、フォトダイオード11が存在している領域以外の領域に入射光が透過し難くする反射防止膜としても機能する。なお、第1シリコン窒化膜27は、シリコン基板21と層間膜30との間に挿入されることから、ライナー膜と称されている。
The first
浮遊拡散層14には、浮遊拡散層14に転送された電荷に基づく電位を出力するためにW(タングステン)からなる導電材料で埋め込まれたコンタクトプラグ28が接続されている。層間膜30の上にはメタル配線29が形成されており、コンタクトプラグ28はメタル配線29に接続されている。浮遊拡散層14の電位は、コンタクトプラグ28及びメタル配線29を介して、リセットトランジスタ13又は増幅トランジスタ16と接続されている。
A
一方、周辺回路部201では、シリコン基板21から所定の深さに渡ってnウェル31が形成されている。nウェル31は、シリコン基板21内にP(燐)又はAs(砒素)を注入することによって形成される。
On the other hand, in the peripheral circuit unit 201, n-
nウェル31内には、B(ホウ素)を注入することによってソース32及びドレイン33が形成されている。また、nウェル31の表面には、p型トランジスタ17が形成されている。
A
nウェル31の上にはゲート絶縁膜34が形成されている。ゲート絶縁膜34としては、画素アレイ部101の転送トランジスタ12のゲート絶縁膜24と同様、SiO2膜が好適であるが、SiO2膜以外の種々の絶縁膜であっても良い。なお、ゲート絶縁膜24とゲート絶縁膜34とは、同一の工程で形成される同一の絶縁膜からなるものであっても良いし、異なる工程でそれぞれ別々に形成される異なる絶縁膜であっても良い。
A
ゲート絶縁膜34の上にはゲート電極35が配置され、画素アレイ部101の転送トランジスタ12のゲート電極25と同様、ゲート電極35の側壁上にサイドウォールスペーサ36が形成されている。ソース32、ゲート絶縁膜34、ゲート電極35、サイドウォールスペーサ36及びドレイン33によって、p型トランジスタ17を構成している。
The
ゲート電極25と同様、ゲート電極35としてはポリシリコン、サイドウォールスペーサ36としてはSiO2膜又はSi3N4膜が好適である。
Similar to the
トランジスタ間は、素子分離層23により分離されている。
The transistors are separated by an
p型トランジスタ17及び素子分離層23を含む周辺回路部201の上には、画素アレイ部101と同様、プラズマCVD法によって成膜されたSi3N4膜からなる第2シリコン窒化膜37が形成されている。
On top of the peripheral circuit portion 201, similarly to the
第2シリコン窒化膜37は、第1シリコン窒化膜27と同様、第2シリコン窒化膜37の上に形成される層間膜30(第2層間膜)にコンタクトプラグ28を形成する際、層間膜30に貫通孔を形成する際のエッチングストッパとして機能する。なお、第2シリコン窒化膜37もライナー膜と称されるのは、第1シリコン窒化膜27と同様である。
Similar to the first
ドレイン33にはコンタクトプラグ28が接続されており、ドレイン33は、コンタクトプラグ28及びメタル配線29を介して、他のトランジスタと接続されている。
A
(第1シリコン窒化膜27及び第2シリコン窒化膜37)
ここで、注目すべきは、画素アレイ部101の第1シリコン窒化膜27と、周辺回路部201の第2シリコン窒化膜37とでは、各々の水素含有量(ppm)が異なる点であり、好ましくは、第1シリコン窒化膜27の水素含有量が、第2シリコン窒化膜37の水素含有量よりも高くなっている点である。
(1st
Here, it should be noted that the first
すなわち、画素アレイ部101においては、第1シリコン窒化膜27の水素含有量を増加させることによって、シリコン(シリコン基板21)−シリコン酸化膜(ゲート絶縁膜24)界面のダングリングボンドの終端処理を促進することができるので、暗電流の抑制効果を高めることができる。
That is, in the
さらに、第1シリコン窒化膜27の水素含有量を増加させることによって、第1シリコン窒化膜27の屈折率を上げることができるので、反射防止膜としての効果、つまり、多重干渉効果(特許文献1を参照)を高めることができる。これにより、フォトダイオード11の感度を向上させることができる。
Further, by increasing the hydrogen content of the first
一方、周辺回路部201においては、第2シリコン窒化膜37の水素含有量を減少させることによって、シリコン(シリコン基板21)−シリコン酸化膜(ゲート絶縁膜24)へ水素が過剰に供給されることはないので、p型トランジスタ17のNBTI特性の劣化を招くこともない。
On the other hand, in the peripheral circuit unit 201, hydrogen is excessively supplied to the silicon (silicon substrate 21) -silicon oxide film (gate insulating film 24) by reducing the hydrogen content of the second
第1シリコン窒化膜27及び第2シリコン窒化膜37は、上述したように、プラズマCVD法によってNH3(アンモニア)ガス及びSiH4(モノシラン)ガスからなる混合ガスを反応させることによって、成膜される。そこで、第1シリコン窒化膜27及び第2シリコン窒化膜37をそれぞれ異なる工程にて別々に成膜すると共に、それぞれの成膜時においてSiH4ガス流量を制御することによって、第1シリコン窒化膜27及び第2シリコン窒化膜37の各水素含有量を所望の値とすれば良い。
As described above, the first
具体的には、第1シリコン窒化膜27の成膜時においてはSiH4ガス流量を多くする一方、第2シリコン窒化膜37の成膜時においてはSiH4ガス流量を少なくすればよい。SiH4ガス流量を多くすればするほど、成膜されるSi3N4膜の水素含有量は高くなる。
Specifically, the SiH 4 gas flow rate may be increased during the film formation of the first
また、SiH4ガス流量を多くすればするほど、成膜されるSi3N4膜の屈折率も上がる。図4に、成膜時のSiH4ガス流量と成膜されたSi3N4膜の屈折率との関係を示す。例えば、第1シリコン窒化膜27の成膜時にはSiH4 ガス流量を500sccmとし、第2シリコン窒化膜37の成膜時にはSiH4 ガス流量を70sccmとすればよい。第1シリコン窒化膜27の屈折率が上がることになる。
Further, more you increase the SiH 4 gas flow rate, increases the refractive index of the Si 3 N 4 film to be formed. FIG. 4 shows the relationship between the flow rate of SiH 4 gas during film formation and the refractive index of the formed Si 3 N 4 film. For example, the SiH 4 gas flow rate may be 500 sccm when the first
一方、SiH4ガス流量を少なくすればするほど、p型トランジスタ17のNBTI特性は向上する。図5に、成膜時のSiH4ガス流量と成膜されたSi3N4膜を反射防止膜として用いたp型トランジスタ17の閾値変動量との関係を示す。第2シリコン窒化膜37の成膜時にはSiH4 ガス流量を少なくすることによって、p型トランジスタ17の閾値変動量は低減される、つまり、p型トランジスタ17のNBTI特性は向上することになる。
On the other hand, the smaller the SiH 4 gas flow rate, the better the NBTI characteristics of the p-
(固体撮像素子100の製造方法)
例えば、まず、シリコン基板21に画素アレイ部101及び周辺回路部201をそれぞれ形成し、シリコン基板21の上方に、画素アレイ部101及び周辺回路部201を覆うように第1シリコン窒化膜27を成膜する。第1シリコン窒化膜27の成膜はプラズマCVD法によって行われ、反応ガスであるSiH4ガス流量を増加させる。
(Manufacturing method of solid-state image sensor 100)
For example, first, the
次に、画素アレイ部101を覆い、且つ、周辺回路部201を露出するような第1フォトレジストパターンを第1シリコン窒化膜27上に形成する。第1フォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、周辺回路部201を覆う第1シリコン窒化膜27を除去し、画素アレイ部101を覆う第1シリコン窒化膜27を残存させる。その後、第1フォトレジストパターンは除去される。
Next, a first photoresist pattern that covers the
次に、シリコン基板21の上方に、画素アレイ部101及び周辺回路部201を覆うように第2シリコン窒化膜37を成膜する。第2シリコン窒化膜37の成膜はプラズマCVD法によって行われ、反応ガスであるSiH4ガス流量を減少させる。
Next, a second
次に、周辺回路部201を覆い、且つ、画素アレイ部101を露出するような第2フォトレジストパターンを第2シリコン窒化膜37上に形成する。第2フォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、画素アレイ部101を覆う第2シリコン窒化膜37を除去し、周辺回路部201を覆う第2シリコン窒化膜37を残存させる。その後、第2フォトレジストパターンは除去される。
Next, a second photoresist pattern that covers the peripheral circuit portion 201 and exposes the
最後に、公知の方法によって、層間膜30の成膜、コンタクトプラグ28の形成及びメタル配線29の形成が行われる。
Finally, the
(固体撮像素子100の効果)
上述のように、固体撮像素子100では、第1シリコン窒化膜27の成膜時においては、SiH4ガス流量を多くすることにより、第1シリコン窒化膜27の水素含有量を高くする。一方、第2シリコン窒化膜37の成膜時においては、SiH4ガス流量を少なくすることにより、第2シリコン窒化膜37の水素含有量を低くする。
(Effect of solid-state image sensor 100)
As described above, the solid-
このため、画素アレイ部101においては、シリコン−シリコン酸化膜界面のダングリングボンドの終端処理を促進することによって、暗電流の抑制効果を高めることができる。さらに、第1シリコン窒化膜27の屈折率を上げることによって、反射防止膜としての効果を高めることができる。それゆえ、フォトダイオード11の感度を向上させることができる。
Therefore, in the
一方、周辺回路部201においては、シリコン−シリコン酸化膜へ水素が過剰に供給されることはないので、p型トランジスタ17のNBTI特性の劣化を招くこともない。
On the other hand, in the peripheral circuit unit 201, hydrogen is not excessively supplied to the silicon-silicon oxide film, so that the NBTI characteristics of the p-
以上のように、固体撮像素子100によれば、p型トランジスタ17のNBTI特性を劣化させることなく、フォトダイオード11の感度を向上させることができる。
As described above, according to the solid-
〔実施形態2〕
本発明の実施形態2について、図6に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. For convenience of explanation, the same reference numerals will be added to the members having the same functions as the members described in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
図6は、本発明の実施形態2に係る固体撮像素子100の画素アレイ部101及び周辺回路部201の断面図である。実施形態2の固体撮像素子100が、実施形態1に係る固体撮像素子100と異なる点は、第2シリコン窒化膜37に、素子分離層23の上方の少なくとも一部を露出する開口部Aを設けた点である。すなわち、図6に示すように、第2シリコン窒化膜37には、素子分離層23の上方の一部又は全部の第2シリコン窒化膜37が除去された開口部Aが設けられている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
実施形態2の固体撮像素子100では、周辺回路部201において第2シリコン窒化膜37が不要となる領域、つまり、素子分離層23の上方の一部又は全部から、第2シリコン窒化膜37を除去することによって、第2シリコン窒化膜37から供給される水素量を低減させる。これによって、図5に示すように、実施形態2の固体撮像素子100は、実施形態1の固体撮像素子100よりも、p型トランジスタ17のNBTI特性の劣化を抑制することが可能となる。
In the solid-
〔電子機器〕
上述の実施形態1及び2の固体撮像素子100は、例えば、デジタルカメラ、スチルカメラ、IPカメラ、監視カメラ、車載カメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、又は、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
〔Electronics〕
The solid-
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る固体撮像素子100は、半導体基板(シリコン基板21)の第1領域に形成される画素アレイ部101と、前記半導体基板(シリコン基板21)の第2領域に形成される周辺回路部201と、前記画素アレイ部101の上方に形成される第1シリコン窒化膜27と、前記周辺回路部201の上方に形成される第2シリコン窒化膜37とを備え、前記第1シリコン窒化膜27の水素含有量と前記第2シリコン窒化膜37の水素含有量とが異なる。
[Summary]
The solid-
本発明の態様2に係る固体撮像素子100は、上記態様1においては、前記第1シリコン窒化膜27の水素含有量は、前記第2シリコン窒化膜37の水素含有量よりも高いことが好ましい。
In the solid-
上記構成によれば、第1シリコン窒化膜27の水素含有量を高くする一方、第2シリコン窒化膜37の水素含有量を低くする。このため、画素アレイ部101においては、シリコン−シリコン酸化膜界面のダングリングボンドの終端処理を促進することによって、暗電流の抑制効果を高めることができる。さらに、第1シリコン窒化膜27の屈折率を上げることによって、反射防止膜としての効果を高めることができる。したがって、画素アレイ部101のフォトダイオードの感度を向上させることができる。
According to the above configuration, the hydrogen content of the first
一方、周辺回路部201においては、シリコン−シリコン酸化膜へ水素が過剰に供給されることはないので、周辺回路部201のp型トランジスタのNBTI特性の劣化を招くこともない。 On the other hand, in the peripheral circuit unit 201, hydrogen is not excessively supplied to the silicon-silicon oxide film, so that the NBTI characteristics of the p-type transistor of the peripheral circuit unit 201 are not deteriorated.
それゆえ、固体撮像素子100によれば、p型トランジスタのNBTI特性を劣化させることなく、フォトダイオードの感度を向上させることができる。
Therefore, according to the solid-
本発明の態様3に係る固体撮像素子100は、上記態様1又は2において、前記周辺回路部201は、前記半導体基板(シリコン基板21)に埋め込まれた素子分離層23を含み、前記第2シリコン窒化膜37は、前記素子分離層23の上方の少なくとも一部を露出する開口部Aを含むことが好ましい。
In the solid-
本発明の態様4に係る固体撮像素子100は、上記態様1〜3のいずれか1つにおいて、前記画素アレイ部101と、前記画素アレイ部101の上方に形成される配線(メタル配線29)とを絶縁する第1層間膜(層間膜30)を備え、前記第1シリコン窒化膜27は、前記画素アレイ部101と前記第1層間膜(層間膜30)との間に形成されることが好ましい。
In any one of the above aspects 1 to 3, the solid-
本発明の態様5に係る固体撮像素子100は、上記態様1〜4のいずれか1つにおいて、前記周辺回路部201と、前記周辺回路部201の上方に形成される配線(メタル配線29)とを絶縁する第2層間膜(層間膜30)を備え、前記第2シリコン窒化膜37は、前記周辺回路部201と前記第2層間膜(層間膜30)との間に形成されることが好ましい。
The solid-
本発明の態様6に係る固体撮像素子100は、上記態様1〜5のいずれか1つにおいて、前記第1シリコン窒化膜27及び前記第2シリコン窒化膜37は、SiH 4 ガスを用いたプラズマCVD法により成膜された膜であり、前記第1シリコン窒化膜27の成膜時のSiH 4 ガス流量と、前記第2シリコン窒化膜37の成膜時のSiH 4 ガス流量とが異なることが好ましい。
The solid-
本発明の態様7に係る固体撮像素子100は、上記態様1〜6のいずれか1つにおいて、前記第2シリコン窒化膜37の成膜時のSiH 4 ガス流量は、前記第1シリコン窒化膜27の成膜時のSiH 4 ガス流量よりも少ないことが好ましい。
In the solid-
本発明の態様8に係る電子機器は、上記態様1〜7のいずれか1つに係る固体撮像素子を備える。 The electronic device according to the eighth aspect of the present invention includes the solid-state image pickup device according to any one of the above aspects 1 to 7.
本発明の態様9に係る固体撮像素子100の製造方法は、半導体基板(シリコン基板21)の第1領域に形成される画素アレイ部101、前記半導体基板(シリコン基板21)の第2領域に形成される周辺回路部201、前記画素アレイ部101の上方に形成される第1シリコン窒化膜27及び前記周辺回路部201の上方に形成される第2シリコン窒化膜37を備える固体撮像素子100の製造方法であって、(a)前記第1領域に前記画素アレイ部101を、前記第2領域に前記周辺回路部201を、それぞれ形成する工程、(b)前記半導体基板(シリコン基板21)の上方に、前記画素アレイ部101及び前記周辺回路部201を覆うように第1シリコン窒化膜27を成膜する工程、(c)前記周辺回路部201を覆う第1シリコン窒化膜27を除去し、前記画素アレイ部101を覆う第1シリコン窒化膜27を残存させる工程、(d)前記半導体基板(シリコン基板21)の上方に、前記画素アレイ部101及び前記周辺回路部201を覆うように第2シリコン窒化膜37を成膜する工程、(e)前記画素アレイ部101を覆う第2シリコン窒化膜37を除去し、前記周辺回路部201を覆う第2シリコン窒化膜37を残存させる工程を含む。
The method for manufacturing the solid-
本発明の態様10に係る固体撮像素子100の製造方法は、上記態様9において、前記(d)工程の成膜時のSiH 4 ガス流量は、前記(b)工程の成膜時のSiH 4 ガス流量よりも少ないことが好ましい。
In the method for manufacturing the solid-
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
[Additional notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, new technical features can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
10 画素
11 フォトダイオード
12 転送トランジスタ
13 リセットトランジスタ
14 浮遊拡散層
15 選択トランジスタ
16 増幅トランジスタ
17 p型トランジスタ
21 シリコン基板(半導体基板)
22 pウェル
23 素子分離層
24、34 ゲート絶縁膜
25、35 ゲート電極
26、36 サイドウォールスペーサ
27 第1シリコン窒化膜
28 コンタクトプラグ
29 メタル配線
30 層間膜(第1層間膜、第2層間膜)
31 nウェル
32 ソース
33 ドレイン
37 第2シリコン窒化膜
100 固体撮像素子
101 画素アレイ部
102 垂直選択回路
103 CDS回路
104 A/D変換回路
105 水平選択回路
106 デジタル信号処理部
107 TG
201 周辺回路部
10
22 p-well 23
31 n-well 32
201 Peripheral circuit section
Claims (8)
前記シリコン基板の第2領域に形成され、p型MOSトランジスタを含む周辺回路部と、
前記画素アレイ部の上方に形成され、前記シリコン基板の反射防止膜として機能する第1シリコン窒化膜と、
前記周辺回路部の上方に形成される第2シリコン窒化膜と
を備え、
前記第1シリコン窒化膜の水素含有量と前記第2シリコン窒化膜の水素含有量とが異なり、
前記第1シリコン窒化膜の水素含有量は、
前記第2シリコン窒化膜の水素含有量よりも高く、且つ、
前記シリコン基板と前記シリコン酸化膜との界面のダングリングボンドを終端処理可能な量であることを特徴とする固体撮像素子。 A pixel array portion formed in the first region of the silicon substrate, which is a region including the interface structure between the silicon substrate and the silicon oxide film,
A peripheral circuit unit formed in the second region of the silicon substrate and including a p-type MOS transistor, and
A first silicon nitride film formed above the pixel array portion and functioning as an antireflection film on the silicon substrate, and a first silicon nitride film.
A second silicon nitride film formed above the peripheral circuit portion is provided.
The hydrogen content of the first silicon nitride film and the hydrogen content of the second silicon nitride film is Ri Do different,
The hydrogen content of the first silicon nitride film is
It is higher than the hydrogen content of the second silicon nitride film and
A solid-state image sensor characterized in that the amount of dangling bonds at the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film can be terminated.
前記第2シリコン窒化膜は、前記素子分離層の上方の少なくとも一部を露出する開口部を含むことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 The peripheral circuit portion includes an element separation layer embedded in the silicon substrate.
The solid-state imaging device according to claim 1 , wherein the second silicon nitride film includes an opening that exposes at least a part above the element separation layer.
前記第1シリコン窒化膜は、前記画素アレイ部と前記第1層間膜との間に形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像素子。 A first interlayer film that insulates the pixel array portion and the wiring formed above the pixel array portion is provided.
The solid-state imaging device according to claim 1 or 2 , wherein the first silicon nitride film is formed between the pixel array portion and the first interlayer film.
前記第2シリコン窒化膜は、前記周辺回路部と前記第2層間膜との間に形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 A second interlayer film that insulates the peripheral circuit portion and the wiring formed above the peripheral circuit portion is provided.
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the second silicon nitride film is formed between the peripheral circuit portion and the second interlayer film.
(a)前記第1領域に前記画素アレイ部を、前記第2領域に前記周辺回路部を、それぞれ形成する工程、
(b)前記シリコン基板の上方に、前記画素アレイ部及び前記周辺回路部を覆うように第1シリコン窒化膜を成膜する工程、
(c)前記周辺回路部を覆う第1シリコン窒化膜を除去し、前記画素アレイ部を覆う第1シリコン窒化膜を残存させる工程、
(d)前記シリコン基板の上方に、前記画素アレイ部及び前記周辺回路部を覆うように第2シリコン窒化膜を成膜する工程、
(e)前記画素アレイ部を覆う第2シリコン窒化膜を除去し、前記周辺回路部を覆う第2シリコン窒化膜を残存させる工程
を含み、
前記第1シリコン窒化膜の水素含有量と前記第2シリコン窒化膜の水素含有量とが異なり、
前記第1シリコン窒化膜の水素含有量は、
前記第2シリコン窒化膜の水素含有量よりも高く、且つ、
前記シリコン基板と前記シリコン酸化膜との界面のダングリングボンドを終端処理可能な量であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 A pixel array portion formed in the first region of the silicon substrate, which is a region including the interface structure between the silicon substrate and the silicon oxide film, and a peripheral circuit formed in the second region of the silicon substrate and including a p-type MOS transistor. Manufacture of a solid-state image sensor including a first silicon nitride film formed above the pixel array portion and functioning as an antireflection film on the silicon substrate and a second silicon nitride film formed above the peripheral circuit portion. It ’s a method,
(A) A step of forming the pixel array portion in the first region and the peripheral circuit portion in the second region.
(B) above the silicon substrate, forming a first silicon nitride film so as to cover the pixel array portion and the peripheral circuit portion,
(C) A step of removing the first silicon nitride film covering the peripheral circuit portion and leaving the first silicon nitride film covering the pixel array portion.
(D) above the silicon substrate, forming a second silicon nitride film to cover the pixel array portion and the peripheral circuit portion,
(E) the pixel array portion by removing the second silicon nitride film covering the, viewed including the step of leaving the second silicon nitride layer covering the peripheral circuit portion,
The hydrogen content of the first silicon nitride film and the hydrogen content of the second silicon nitride film are different.
The hydrogen content of the first silicon nitride film is
It is higher than the hydrogen content of the second silicon nitride film and
A method for manufacturing a solid-state image sensor, characterized in that the amount of dangling bonds at the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film can be terminated.
前記第1シリコン窒化膜の成膜時のSiHSiH at the time of film formation of the first silicon nitride film 44 ガス流量と、前記第2シリコン窒化膜の成膜時のSiHGas flow rate and SiH at the time of film formation of the second silicon nitride film 44 ガス流量とが異なることを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子の製造方法。The method for manufacturing a solid-state image sensor according to claim 6, wherein the gas flow rate is different from that of the gas flow rate.
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