JP6945665B2 - Solid-state image sensor, electronic equipment and manufacturing method - Google Patents
Solid-state image sensor, electronic equipment and manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6945665B2 JP6945665B2 JP2020010898A JP2020010898A JP6945665B2 JP 6945665 B2 JP6945665 B2 JP 6945665B2 JP 2020010898 A JP2020010898 A JP 2020010898A JP 2020010898 A JP2020010898 A JP 2020010898A JP 6945665 B2 JP6945665 B2 JP 6945665B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- solid
- image sensor
- passivation film
- state image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
本発明は、固体撮像素子、電子機器および固体撮像素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state image sensor, an electronic device, and a method for manufacturing a solid-state image sensor.
近年、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサおよびCCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサ等の固体撮像素子において、画素の微細化が進んでいる。当該微細化に伴い、各画素から出力される信号レベルが小さくなる傾向があり、固体撮像素子の感度向上および更なるノイズ低減が望まれている。 In recent years, pixel miniaturization has been progressing in solid-state image sensors such as CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensors and CCD (Charge Coupled Device) type image sensors. With the miniaturization, the signal level output from each pixel tends to decrease, and it is desired to improve the sensitivity of the solid-state image sensor and further reduce noise.
固体撮像素子における性能劣化の原因の一つとして、固体撮像素子に光が入射していないにも関わらず発生する暗電流がある。例えば、固体撮像素子が備える半導体基板内に欠陥が発生すると、入射光が光電変換された電荷以外に、当該欠陥に起因した電荷が固体撮像素子の信号電荷蓄積部に流れ込むことで、暗電流が発生する。当該暗電流に起因して、固体撮像素子の出力画像において、入射光が無い場合に白傷が発生したり、入射光がある場合でも画素ごとに生じる暗電流のばらつきによってノイズが生じたりする。このように、暗電流を原因として固体撮像素子の出力画像の品質が著しく低下する問題があった。 One of the causes of performance deterioration in the solid-state image sensor is a dark current generated even though light is not incident on the solid-state image sensor. For example, when a defect occurs in the semiconductor substrate of the solid-state image sensor, the charge caused by the defect flows into the signal charge storage portion of the solid-state image sensor in addition to the charge obtained by photoelectrically converting the incident light, so that a dark current is generated. appear. Due to the dark current, in the output image of the solid-state image sensor, white scratches occur when there is no incident light, and noise occurs due to the variation of the dark current generated for each pixel even when there is incident light. As described above, there is a problem that the quality of the output image of the solid-state image sensor is significantly deteriorated due to the dark current.
前記の欠陥としては、例えば半導体基板の表面と酸化物最上面との界面不完全性により発生する表面暗電流が挙げられる。特許文献1は、パッシベーション膜からの水素供給により、界面準位を低下させて表面暗電流を低減する技術が開示されている。
Examples of the defect include a surface dark current generated by the interface imperfections between the surface of the semiconductor substrate and the uppermost surface of the oxide.
また、半導体基板が有する応力に起因する暗電流対策として、特許文献2には、各光電変換部同士を互いに分離する素子分離領域に、半導体基板と同じ熱膨張係数を持つ材料を用いた固体撮像素子が提案されている。
Further, as a countermeasure against dark current caused by the stress of the semiconductor substrate,
固体撮像素子の感度の向上のために、半導体基板上に反射防止膜を形成することで、入射光の反射を抑制する方法が知られている。当該反射防止膜の材料としては、屈折率2.0程度のシリコン窒化膜が用いられることが多く、より感度を向上させるためにはSi含有量がさらに多いシリコン窒化膜の採用も見られる。ただし、シリコン窒化膜のSi含有量が増加すると、反射防止膜が有する引張方向(テンサイル方向)の応力も大きくなり、固体撮像素子における暗電流の原因となる半導体基板の結晶欠陥を増大させる懸念があった。 In order to improve the sensitivity of a solid-state image sensor, a method of suppressing reflection of incident light by forming an antireflection film on a semiconductor substrate is known. As the material of the antireflection film, a silicon nitride film having a refractive index of about 2.0 is often used, and in order to further improve the sensitivity, a silicon nitride film having a higher Si content is also used. However, as the Si content of the silicon nitride film increases, the stress in the tensile direction (tensile direction) of the antireflection film also increases, and there is a concern that crystal defects in the semiconductor substrate, which cause dark current in the solid-state image sensor, will increase. there were.
本発明は、暗電流の発生を低減できる固体撮像素子等を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a solid-state image sensor or the like capable of reducing the generation of dark current.
(1)本発明の一実施形態は、光電変換部を備える基板と、絶縁膜と、反射防止膜と、層間絶縁膜と、パッシベーション膜と、がこの順に形成された積層構造を備え、前記パッシベーション膜は、圧縮方向の応力を有し、前記応力は、−50kN/cm2以下である固体撮像素子。
(2)また、本発明のある実施形態は、前記(1)の構成に加え、前記積層構造には、前記層間絶縁膜および前記パッシベーション膜に陥入し、陥入した部分の側壁が前記パッシベーション膜に覆われた光導波路がさらに形成されている固体撮像素子。
(3)また、本発明のある実施形態は、前記(1)または前記(2)の構成に加え、前記基板は、前記光電変換部において生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部をさらに備え、前記積層構造には、前記電荷蓄積部と前記層間絶縁膜との中間に、遮光膜がさらに形成されている固体撮像素子。
(4)また、本発明のある実施形態は、前記(1)、前記(2)または前記(3)の固体撮像素子を備える電子機器。
(5)また、本発明のある実施形態は、光電変換部を備える基板と、絶縁膜と、反射防止膜と、層間絶縁膜と、シリコン窒化膜からなるパッシベーション膜と、がこの順に形成された積層構造を有する固体撮像素子の製造方法であって、化学気相成長法により前記パッシベーション膜を形成し、前記化学気相成長法では、前記パッシベーション膜に印加する高周波パワーを増加する工程と、前記パッシベーション膜に印加する圧力を低減する工程と、前記パッシベーション膜を形成する時の温度を増加する工程と、SiH4の添加量を低減する工程と、N2の添加量を増加する工程と、の何れか1つ以上の工程を実施して、前記パッシベーション膜における圧縮方向の応力を−50kN/cm2以下にする、製造方法。
(1) One embodiment of the present invention includes a laminated structure in which a substrate including a photoelectric conversion unit, an insulating film, an antireflection film, an interlayer insulating film, and a passivation film are formed in this order, and the passivation is provided. The film has a stress in the compression direction, and the stress is −50 kN / cm 2 or less .
( 2 ) Further, in an embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (1), the laminated structure is recessed into the interlayer insulating film and the passivation film, and the side wall of the recessed portion is the passivation. A solid-state image sensor in which an optical waveguide covered with a film is further formed.
( 3 ) Further, in an embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (1) or (2) , the substrate further includes a charge storage unit for accumulating charges generated in the photoelectric conversion unit. A solid-state imaging device in which a light-shielding film is further formed between the charge storage portion and the interlayer insulating film in the laminated structure.
( 4 ) Further, an embodiment of the present invention is an electronic device including the solid-state image sensor according to the above (1), (2) or (3).
( 5 ) Further, in an embodiment of the present invention, a substrate including a photoelectric conversion unit, an insulating film, an antireflection film, an interlayer insulating film, and a passivation film made of a silicon nitride film are formed in this order. A method for manufacturing a solid-state imaging device having a laminated structure, wherein the passivation film is formed by a chemical vapor deposition method, and in the chemical vapor deposition method, a step of increasing high-frequency power applied to the passivation film and the above-mentioned step. A step of reducing the pressure applied to the passivation film, a step of increasing the temperature at the time of forming the passivation film, a step of reducing the addition amount of SiH 4 , and a step of increasing the addition amount of N 2 . A manufacturing method in which any one or more steps are carried out to reduce the stress in the passivation film in the compression direction to −50 kN / cm 2 or less.
本発明の一態様によれば、暗電流の発生を低減できる固体撮像素子等を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a solid-state image sensor or the like capable of reducing the generation of dark current.
〔実施形態1〕
<固体撮像素子の構造>
本発明の一実施形態について、図1および図2を参照して以下に説明する。図1に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子100は、半導体基板(基板)1と、第1絶縁膜(絶縁膜)4と、反射防止膜5と、層間絶縁膜6と、パッシベーション膜8と、平坦化膜9と、カラーフィルタ10と、マイクロレンズ11とがこの順に形成された積層構造を備えている。
[Embodiment 1]
<Structure of solid-state image sensor>
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 1, the solid-
固体撮像素子100は、例えばCMOS型イメージセンサである。固体撮像素子100には複数の画素が形成されており、当該画素ごとに後述する光電変換部2等が備えられている。
The solid-
半導体基板1は、シリコン等の半導体材料により形成されている。また、半導体基板1は光電変換部2を備えている。光電変換部2は、固体撮像素子100に入射した入射光を電気信号に変換する部材であり、例えばフォトダイオード等であってよい。半導体基板1と第1絶縁膜4との間には、ゲート電極3が配置されている。ゲート電極3は、第1絶縁膜4に覆われるように形成されている。ゲート電極3は、光電変換部2への光の入射を妨げない位置に配置されることが好ましい。第1絶縁膜4は、ゲート電極3と、半導体基板1および反射防止膜5とを電気的に絶縁する部材である。
The
層間絶縁膜6には、複数の配線を含む配線層7による多層配線構造が形成される。層間絶縁膜6は、配線層7に含まれる各配線を電気的に絶縁する部材である。第1絶縁膜4および層間絶縁膜6は、例えば酸化膜等であってよい。また、配線層7に含まれる配線は、例えば、Al(アルミニウム)配線またはCu(銅)配線等が挙げられる。
A multi-layer wiring structure is formed in the
なお、図1では配線層7が3層により形成される例を示しているが、配線層7の層数はこれに限られず、1層または2層であってもよく、4層以上であってもよい。また、半導体基板1において画素が配される画素領域と、画素領域以外の領域とでは、配線層7の層数が異なっていてもよい。当該画素領域以外の領域とは、例えば画素領域から出力される電気信号を処理するための領域である。
Although FIG. 1 shows an example in which the
(反射防止膜)
反射防止膜5は、光電変換部に光が入射する際に生じる光の反射を抑制する部材であり、屈折率の高い材料が用いられる。当該屈折率の高い材料として、例えばシリコン窒化膜が挙げられる。また、反射防止膜5の屈折率をより高くするために、反射防止膜5を化学気相成長法(CVD法:Chemical Vapor Deposition)により形成する際のSiH4ガス流量(添加量)を増加し、Si含有量が比較的多いシリコン窒化膜としてもよい。
(Anti-reflective coating)
The
しかしながら、シリコン窒化膜は、Si含有量が多くなるほどテンサイル方向(引張方向)に生じる応力が大きくなるという特性を持つ。したがって、CVD法における高温アニール後には、反射防止膜5が有するテンサイル方向の応力に起因して、半導体基板1にはテンサイル方向の大きな反りが生じてしまう。
However, the silicon nitride film has a characteristic that the stress generated in the tensile direction (tensile direction) increases as the Si content increases. Therefore, after high-temperature annealing in the CVD method, the
ここで、平坦な基板上に薄い膜を形成すると、該膜の熱膨張率(熱膨張係数)と該基板の熱膨張率との違いにより、該膜に機械的応力が発生する。そして、前記応力を緩和するため、前記基板には反りが発生することになる。ここで、前記基板の周辺が引っ張られる方向は引張(テンサイル、Tensile)、前記基板の周辺が抑え込まれる方向は圧縮(コンプレッシブ、Compressive)とされる。したがって、前記の膜が有する応力の方向は、基板を基準に該基板の周辺を引っ張る方向に作用する場合はテンサイル方向であり、該基板の周辺を抑え込む方向に作用する場合はコンプレッシブ方向である。 Here, when a thin film is formed on a flat substrate, mechanical stress is generated in the film due to the difference between the coefficient of thermal expansion (coefficient of thermal expansion) of the film and the coefficient of thermal expansion of the substrate. Then, in order to relieve the stress, the substrate will be warped. Here, the direction in which the periphery of the substrate is pulled is defined as tension (Tensile), and the direction in which the periphery of the substrate is suppressed is defined as compressive. Therefore, the direction of stress possessed by the film is the tensile direction when acting in the direction of pulling the periphery of the substrate with reference to the substrate, and the compressive direction when acting in the direction of suppressing the periphery of the substrate. ..
反射防止膜5における、テンサイル方向の応力による当該反りの発生は、半導体基板1内における結晶欠陥を誘起する。当該結晶欠陥に起因する暗電流は、固体撮像素子100の出力画像に白傷を発生させる原因となる。また、前記のテンサイル方向の応力は、前記の結晶欠陥を生じさせない程度の大きさであっても、バンドギャップ縮小による生成電流および表面リーク電流等の暗電流が発生する原因となる。したがって、反射防止膜5が有するテンサイル方向の応力を打ち消すことで、固体撮像素子100における暗電流を低減できる。
The generation of the warp in the
(パッシベーション膜)
パッシベーション膜8は、シリコン窒化膜よりなる、腐食を防止する効果を有する保護膜である。またパッシベーション膜8は、水素電子を供給することでダングリングボンドを埋め、界面準位を低下させて、表面暗電流を低減する効果を有する。本発明の一実施形態において、パッシベーション膜8は、コンプレッシブ方向(圧縮方向)の応力を有するように形成される。パッシベーション膜8が有する当該コンプレッシブ方向の応力は、反射防止膜5が有するテンサイル方向の応力を打ち消し、さらに半導体基板1に対してコンプレッシブ方向の応力を印加できる。したがって、バンドギャップ拡大による生成電流および表面リーク電流等が減少するため、固体撮像素子100に生じる暗電流を低減できる。
(Passivation membrane)
The
ここで、コンプレッシブ方向の応力に起因する暗電流低減のモデルについて説明する。固体撮像素子100に生じる暗電流は下記式(1)により示される。
Here, a model of dark current reduction due to stress in the compressive direction will be described. The dark current generated in the solid-
前記式(1)中、Idarkは暗電流を、Igenは生成電流成分を、Ileakは表面リーク電流成分を、qは電子の電荷を、wは空乏層幅を、Aはpn接合面積を、τgはライフタイムを、Ncは伝導帯における電子の実効状態密度を、Nνは価電子帯における正孔の実効状態密度を、Egはバンドギャップを、kはボルツマン定数を、Tは温度を、σは捕獲断面積を、νthは熱速度を、Nstは空乏層内の界面準位密度を、Asは表面接合面積を、それぞれ示す。 In the formula (1), the I dark dark current, I gen is the generator current component, the I leak is surface leakage current component, q is the electron charge, w is the width of the depletion layer, A is a pn junction area , Τ g is the lifetime, N c is the effective state density of electrons in the conduction band, N ν is the effective state density of holes in the valence band, E g is the band gap, and k is the Boltzmann constant. T is the temperature, the σ is the capture cross section, [nu th is the thermal velocity, N st is the interface state density in the depletion layer, a s is the surface bonding area, respectively.
なお、パッシベーション膜8等の応力により影響を受ける暗電流成分を考慮した場合、主要な暗電流成分は生成電流成分Igenおよび表面リーク電流成分Ileakである。したがって、拡散電流成分およびトンネル電流成分についてはここでは言及しない。
When the dark current component affected by the stress of the
パッシベーション膜8が有するコンプレッシブ方向の応力は、光電変換部2を含む半導体基板1の表面のシリコンまで伝搬すると、光電変換部2を含む半導体基板1の表面におけるシリコンの格子定数が小さくなる。このとき、シリコンのバンド構造はsp3混成軌道を取ることから、光電変換部2を含む半導体基板1の表面におけるシリコンのバンドギャップは大きくなる。
When the stress in the compressive direction of the
前記式(1)に示されるように、バンドギャップEgが大きくなると暗電流Idarkは指数関数的に低減されるため、パッシベーション膜8がコンプレッシブ方向の応力を有することにより、固体撮像素子100に生じる暗電流は効果的に低減される。
As shown in the above equation (1), when the bandgap Eg becomes large, the dark current I dark is exponentially reduced. Therefore, the
図2のグラフはパッシベーション膜8が有する応力と、固体撮像素子100に生じる暗電流との関係を示しており、横軸は当該応力を、縦軸は暗電流を示す。なお暗電流は、パッシベーション膜8の応力が最も低い条件における暗電流の電気量を100とした場合の、相対的な電気量を示している。
The graph of FIG. 2 shows the relationship between the stress of the
図2に示されるように、パッシベーション膜8が有する応力がコンプレッシブ方向に大きくなるほど、言い換えれば当該応力の値がマイナス方向に大きくなるほど、暗電流が低減する。特に、パッシベーション膜8が有する応力が−50kN/cm2以下(−5E9dyne/cm2以下)となる場合に、暗電流の低減効果が大きい。したがって、パッシベーション膜8が有する応力は、−50kN/cm2以下であることが好ましい。
As shown in FIG. 2, the dark current decreases as the stress of the
なお、半導体基板1には、パッシベーション膜8に続けて、表面の凹凸を平坦化するための平坦化膜9と、画素に対応する波長の光のみ入射させるためのカラーフィルタ10と、光を集光するためのマイクロレンズ11とがこの順に積層されている。
In addition, on the
<固体撮像素子の製造方法>
本実施形態に係る固体撮像素子100が備える積層構造において、パッシベーション膜8以外の各部材については、従来一般的な製造方法を用いて製造することができる。パッシベーション膜8は、化学気相成長法により形成される。化学気相成長法の種類は特に限定されないが、例えばプラズマCVD法であることが好ましい。
<Manufacturing method of solid-state image sensor>
In the laminated structure of the solid-
パッシベーション膜8の有する応力をコンプレッシブ方向に制御するために、化学気相成長法では、パッシベーション膜8に印加する高周波パワーを増加する工程と、パッシベーション膜8に印加する圧力を低減する工程と、パッシベーション膜8を形成する時の温度を増加する工程と、SiH4の添加量を低減する工程と、N2の添加量を増加する工程と、の何れか1つ以上の工程を実施して、パッシベーション膜8におけるコンプレッシブ方向の応力を大きくする。
In order to control the stress of the
前記のように化学気相成長法における各パラメータを調整する構成によれば、得られるパッシベーション膜8の組成がNリッチとなる。これにより、パッシベーション膜8における窒化シリコンの実効的な格子定数が小さくなるため、Nリッチなパッシベーション膜8と、Siリッチな半導体基板1との格子定数差が大きくなる。当該格子定数差が大きいほど、パッシベーション膜8におけるコンプレッシブ方向の応力は大きくなる。
According to the configuration in which each parameter is adjusted in the chemical vapor deposition method as described above, the composition of the obtained
したがって、上述の何れかの工程または2つ以上の工程を組み合わせることで、コンプレッシブ方向に応力を有するパッシベーション膜8が形成できる。上述の通り、パッシベーション膜8がコンプレッシブ方向の応力を有することで、固体撮像素子100に生じる暗電流を低減できる。したがって、本実施形態に係る製造方法によれば、発生する暗電流が小さい固体撮像素子100を得ることができる。
Therefore, by combining any of the above steps or two or more steps, the
<固体撮像素子を備える電子機器>
固体撮像素子100は、撮像部を有する種々の電子機器に備えられてよい。このような電子機器として、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等のデジタルカメラ、監視カメラ等の画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置並びにカメラを備えた携帯電話装置等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
<Electronic equipment equipped with a solid-state image sensor>
The solid-
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図3を参照して以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態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、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 2]
Other embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. For convenience of explanation, the members having the same functions as the members described in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
本実施形態に係る固体撮像素子200は、光導波路12を備えている点において、実施形態1に係る固体撮像素子100と異なる。図3に示すように、光導波路12は、固体撮像素子200が備える積層構造において、層間絶縁膜6およびパッシベーション膜8に陥入して形成されている。当該陥入した部分の側壁はパッシベーション膜8に覆われている。
The solid-
光導波路12は、半導体基板1に層間絶縁膜6を積層した後に、層間絶縁膜6に開口を形成し、当該開口内にパッシベーション膜8および透光性の材料をこの順に形成することにより得られる。当該透光性の材料は、その屈折率が層間絶縁膜6の屈折率より大きい部材であればよい。このような透光性の材料としては、例えば窒化シリコン、樹脂および有機高屈折率膜等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
The
層間絶縁膜の屈折率は1.4程度であることが好ましく、この場合には前記の透光性の材料の屈折率は1.6以上2.2以下の範囲で設定されることが好ましい。光導波路12は、このような屈折率を有する透光性の材料により形成されることにより、屈折によって入射光を効率よく光電変換部2に導くことができる。
The refractive index of the interlayer insulating film is preferably about 1.4, and in this case, the refractive index of the translucent material is preferably set in the range of 1.6 or more and 2.2 or less. Since the
なお、図3には、光導波路12の底部が、パッシベーション膜8を介して反射防止膜5に接している例を示しているが、光導波路12と反射防止膜5とは互いに離間しており、その間に層間絶縁膜6が配置されていてもよい。
Although FIG. 3 shows an example in which the bottom of the
固体撮像素子200は、光導波路12を備えることにより、入射光を効率よく光電変換部2に導くことができる。しかしながら、光導波路構造の採用により、光導波路12を形成するためのエッチング工程および透光性の材料の前記開口への埋め込み工程等において生じるプロセスダメージにより、半導体基板1に微小結晶欠陥が発生してしまうことが避けられない。
By providing the
ここで、固体撮像素子200はパッシベーション膜8が光導波路12の側壁に形成される構造を有する。これは、コンプレッシブ方向の応力を半導体基板1側により与えやすい構造であることから、固体撮像素子200に生じる暗電圧をより効果的に低減できる。すなわち、前記の微小結晶欠陥発生による暗電流の発生は、コンプレッシブ方向の応力を有するパッシベーション膜8によって効果的に抑制できるため、光導波路12による入射光の効率的な制御と、発生する暗電流の低減とを両立した固体撮像素子200を実現できる。
Here, the solid-
〔実施形態3〕
本発明の他の実施形態について、図4を参照して以下に説明する。本実施形態に係る固体撮像素子300は、図4に示すように、実施形態2に係る固体撮像素子200にさらに遮光膜13およびメモリー部(電荷蓄積部)14を備えている点において、実施形態1に係る固体撮像素子100と異なる。
[Embodiment 3]
Other embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the solid-
固体撮像素子300は、遮光膜13およびメモリー部14を備えることにより、フォーカルプレーン歪みの発生防止を目的としたグローバルシャッタ構造を採用できる。なお、遮光膜13およびメモリー部14は、固体撮像素子200ではなく、固体撮像素子100にさらに備えられる構成であってもよい。
The solid-
メモリー部14は、光電変換部2において生成された電荷を蓄積および転送する部材である。メモリー部14は、表面正孔濃度が低いことが好ましい。なぜならば、メモリー部14の表面正孔濃度が高いと、転送ゲートより伸びた空乏層が表面の正孔で終端し、電界がメモリー部14のN領域まで印加されにくくなる。その結果、電荷の転送が困難になる。また、メモリー部14の表面正孔濃度が低いことにより、パッシベーション膜8等の応力による影響を受けやすくなることから、コンプレッシブ方向の応力を有するパッシベーション膜8による暗電流の低減効果がより大きくなるためである。
The
遮光膜13は、透光性の低い材料により形成される膜である。このような透光性が低い材料として、例えばタングステン等の金属が用いられる。遮光膜13は、入射光が直接メモリー部14に入射してノイズ成分とならないように、メモリー部14と層間絶縁膜6との中間に形成されている。なお、本実施形態において、遮光膜13はメモリー部14と略対向する位置のみに形成されるため、タングステン等の金属膜が有する応力が与える半導体基板1への影響を少なくできる。
The light-shielding
〔実施形態4〕
本発明の他の実施形態について、図5を参照して以下に説明する。本実施形態に係る固体撮像素子400は、図5に示すように、配線層7が形成されておらず、半導体基板1が遮光膜13と、電荷転送部15と、チャネルストップ16とを備えている点において、実施形態1に係る固体撮像素子100と異なる。なお、固体撮像素子400に、光導波路12と、遮光膜13と、メモリー部14との何れか1つ以上が形成されていてもよい。
[Embodiment 4]
Other embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the solid-
電荷転送部15は、光電変換部2による光電変換により発生した電荷を転送する部材である。また、チャネルストップ16は、不純物のドープ濃度が高い層である。このように、固体撮像素子400は、固体撮像素子100のようなCMOS型イメージセンサではなく、電荷転送部15およびチャネルストップ16を備えるようなCCD型イメージセンサであってもよい。このような構成によれば、層間絶縁膜6に備えられる配線層7を簡略化または省略でき、光を効率的に光電変換部2に入射させることができるため、受光感度を容易に向上できる。
The
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る固体撮像素子(100)は、光電変換部(2)を備える基板(1)と、絶縁膜(第1絶縁膜4)と、反射防止膜(5)と、層間絶縁膜(6)と、パッシベーション膜(8)と、がこの順に形成された積層構造を備え、前記パッシベーション膜は、圧縮方向の応力を有する。
〔summary〕
The solid-state imaging device (100) according to the first aspect of the present invention includes a substrate (1) including a photoelectric conversion unit (2), an insulating film (first insulating film 4), an antireflection film (5), and interlayer insulation. The film (6) and the passivation film (8) have a laminated structure formed in this order, and the passivation film has a stress in the compression direction.
本発明の態様2に係る固体撮像素子は、前記態様1において、前記応力は、−50kN/cm2以下であることが好ましい。 In the solid-state imaging device according to the second aspect of the present invention, the stress is preferably −50 kN / cm 2 or less in the first aspect.
本発明の態様3に係る固体撮像素子は、前記態様1または2において、前記積層構造には、前記層間絶縁膜および前記パッシベーション膜に陥入し、陥入した部分の側壁が前記パッシベーション膜に覆われた光導波路(12)がさらに形成されていてもよい。 In the solid-state imaging device according to the third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the laminated structure is embedded in the interlayer insulating film and the passivation film, and the side wall of the recessed portion is covered with the passivation film. The broken optical waveguide (12) may be further formed.
本発明の態様4に係る固体撮像素子は、前記態様1から3において、前記基板は、前記光電変換部において生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部(14)をさらに備え、前記積層構造には、前記電荷蓄積部と前記層間絶縁膜との中間に、遮光膜(13)がさらに形成されていてもよい。 In the solid-state imaging device according to the fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the substrate further includes a charge storage unit (14) for accumulating the charges generated in the photoelectric conversion unit, and the laminated structure includes the charge storage unit (14). A light-shielding film (13) may be further formed between the charge storage portion and the interlayer insulating film.
本発明の態様5に係る電子機器は、前記態様1から4の何れかの固体撮像素子を備える。 The electronic device according to the fifth aspect of the present invention includes the solid-state image pickup device according to any one of the first to fourth aspects.
本発明の態様6に係る製造方法は、光電変換部を備える基板と、絶縁膜と、反射防止膜と、層間絶縁膜と、シリコン窒化膜からなるパッシベーション膜と、がこの順に形成された積層構造を有する固体撮像素子の製造方法であって、化学気相成長法により前記パッシベーション膜を形成し、前記化学気相成長法では、前記パッシベーション膜に印加する高周波パワーを増加する工程と、前記パッシベーション膜に印加する圧力を低減する工程と、前記パッシベーション膜を形成する時の温度を増加する工程と、SiH4の添加量を低減する工程と、N2の添加量を増加する工程と、の何れか1つ以上の工程を実施して、前記パッシベーション膜における圧縮方向の応力を大きくする。
The manufacturing method according to
〔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.
1 半導体基板(基板)
2 光電変換部
4 第1絶縁膜(絶縁膜)
5 反射防止膜
6 層間絶縁膜
8 パッシベーション膜
12 光導波路
13 遮光膜
14 メモリー部(電荷蓄積部)
100、200、300、400 固体撮像素子
1 Semiconductor substrate (board)
2
5
100, 200, 300, 400 solid-state image sensor
Claims (5)
前記パッシベーション膜は、圧縮方向の応力を有し、
前記応力は、−50kN/cm2以下であることを特徴とする固体撮像素子。 It has a laminated structure in which a substrate including a photoelectric conversion unit, an insulating film, an antireflection film, an interlayer insulating film, and a passivation film are formed in this order.
The passivation film has a stress in the compression direction and has a stress in the compression direction.
A solid-state image sensor, characterized in that the stress is −50 kN / cm 2 or less.
前記層間絶縁膜および前記パッシベーション膜に陥入し、陥入した部分の側壁が前記パッシベーション膜に覆われた光導波路がさらに形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像素子。 The laminated structure has
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising an optical waveguide that is recessed into the interlayer insulating film and the passivation film, and the side wall of the recessed portion is further covered with the passivation film. ..
前記積層構造には、
前記電荷蓄積部と前記層間絶縁膜との中間に、遮光膜がさらに形成されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の固体撮像素子。 The substrate further includes a charge storage unit that stores the charges generated in the photoelectric conversion unit.
The laminated structure has
The solid-state imaging device according to claim 1 or 2 , wherein a light-shielding film is further formed between the charge storage portion and the interlayer insulating film.
化学気相成長法により前記パッシベーション膜を形成し、
前記化学気相成長法では、
前記パッシベーション膜に印加する高周波パワーを増加する工程と、
前記パッシベーション膜に印加する圧力を低減する工程と、
前記パッシベーション膜を形成する時の温度を増加する工程と、
SiH4の添加量を低減する工程と、
N2の添加量を増加する工程と、の何れか1つ以上の工程を実施して、前記パッシベーション膜における圧縮方向の応力を−50kN/cm2以下にすることを特徴とする、固体撮像素子の製造方法。 A method for manufacturing a solid-state image sensor having a laminated structure in which a substrate including a photoelectric conversion unit, an insulating film, an antireflection film, an interlayer insulating film, and a passivation film made of a silicon nitride film are formed in this order. ,
The passivation film is formed by the chemical vapor deposition method, and the passivation film is formed.
In the chemical vapor deposition method,
The step of increasing the high frequency power applied to the passivation film and
A step of reducing the pressure applied to the passivation membrane and
The step of increasing the temperature at the time of forming the passivation film and
The process of reducing the amount of SiH 4 added and
A solid-state image sensor, characterized in that the stress in the compression direction in the passivation film is reduced to −50 kN / cm 2 or less by carrying out any one or more steps of increasing the amount of N 2 added. Manufacturing method.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201962837526P | 2019-04-23 | 2019-04-23 | |
US62/837,526 | 2019-04-23 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020181973A JP2020181973A (en) | 2020-11-05 |
JP6945665B2 true JP6945665B2 (en) | 2021-10-06 |
Family
ID=73024452
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020010898A Active JP6945665B2 (en) | 2019-04-23 | 2020-01-27 | Solid-state image sensor, electronic equipment and manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6945665B2 (en) |
-
2020
- 2020-01-27 JP JP2020010898A patent/JP6945665B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020181973A (en) | 2020-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5402083B2 (en) | SOLID-STATE IMAGING DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE | |
US8471314B2 (en) | Solid-state imaging device, method for producing same, and camera | |
JP3840214B2 (en) | Photoelectric conversion device, method for manufacturing photoelectric conversion device, and camera using the same | |
TWI443814B (en) | Solid-state image pickup element and a method of manufacturing the same, and image pickup device including the same | |
JP5347999B2 (en) | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and imaging apparatus | |
US20100163941A1 (en) | Image sensor and method for manufacturing the same | |
JP2009021415A (en) | Solid-state imaging apparatus and manufacturing method thereof | |
US20110159632A1 (en) | Method for manufacturing a solid-state image capturing element | |
US8217479B2 (en) | Solid-state image pickup element, method of manufacturing the same, and image pickup apparatus including the same | |
US8471196B2 (en) | Photoelectric conversion apparatus and imaging system using the photoelectric conversion apparatus having an optical black pixel region with a light shielding film and a titanium film above a plug | |
JP2006332124A (en) | Solid-state image pickup element and manufacturing method thereof | |
US20140110806A1 (en) | Solid-state imaging device and method of manufacturing solid-state imaging device | |
CN111834287B (en) | Preparation method of deep trench isolation structure and semiconductor structure | |
JP6945665B2 (en) | Solid-state image sensor, electronic equipment and manufacturing method | |
TW201507116A (en) | Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and camera module | |
US20110248368A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2005340498A (en) | Solid-state imaging device | |
JP2012124275A (en) | Solid-state imaging device, method for manufacturing the same, and electronic apparatus provided with the same | |
JP2013179224A (en) | Solid state image pickup element manufacturing method | |
JP2008294242A (en) | Solid imaging apparatus, and manufacturing method thereof | |
JP2010205843A (en) | Solid-state image sensor, method of manufacturing the same, and electronic information apparatus | |
WO2013111418A1 (en) | Solid-state imaging element | |
JP2013012618A (en) | Solid-state image pickup device | |
TW202315149A (en) | Light-receiving element and electronic device | |
JP2009088233A (en) | Solid-state imaging apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200127 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201222 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210126 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210316 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210513 |
|
C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20210513 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20210526 |
|
C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20210601 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210831 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210914 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6945665 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |