JPH0621410A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画質の改善を図る。 【構成】 遮光膜８の形成後に、ステップカバレッジが
８０％以上を実現しうるプラズマＣＶＤ装置を用いて、
全面に膜厚２００ｎｍ以下の保護膜１０ａを形成してい
る。保護膜１０ａを膜厚２００ｎｍ以下のステップカバ
レッジの良好な膜にすることにより、受光領域がひろが
り、遮光膜８の側壁部の受光膜１０ａから受光部９の中
心部までの距離が遠くなるとともに、遮光膜８の側壁の
カバレッジが良くなり、受光部９の両サイドの保護膜１
０ａの形状劣化による入射光の乱反射を防止することが
できる。保護膜１０ａを形成する際、基板温度を３００
℃以下にし、高周波電力を１００Ｗ以下の低パワーにす
ることで、保護膜１０ａ中にＨ原子を多く取り込みシリ
コンのダングリングボンドを終端できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光信号を検出する固
体撮像装置およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像装置は画素数をより多く
してダイナミックレンジの改善と低照度及び高照度での
画質の向上がなされている。以下に従来の固体撮像装置
について説明する。図３は従来の固体撮像装置の単位画
素の断面図を示すものである。図３において、１はＮ型
シリコン基板である。２はＰ型ウェルである。３は電荷
を蓄積するＮ⁺ 層のフォトダイオード部である。４は他
の画素とのクロストーキングをさけるために形成される
Ｐ⁺ 層のチャンネルストッパーである。５は電荷を転送
するＮ⁺ 層の埋め込みチャンネルである。６は転送クロ
ックを送る転送ゲートである。７は絶縁層で、８が受光
部９の領域を決定する遮光膜で、従来Ａｌ−Ｓｉ系材料
が用いられている。１０は保護膜であり、分光感度を考
慮して従来から３００ｎｍ以上のシリコンオキサイド
膜，ＰＳＧ膜やシリコンナイトライド膜が用いられてい
る。

【０００３】以上のように構成された固体撮像装置につ
いて、以下その動作について説明する。まず、保護膜１
０を介して受光部９から入射した光はその光量に応じて
フォトダイオード部３のＮ⁺ 層とＰ型ウェル２により形
成されるＰＮ接合の空乏層において光電変換が行なわ
れ、生成した電荷が蓄積される。そしてその電荷は、転
送ゲート６に埋め込みチャンネル５側のポテンシャルを
下げる電圧を加えることでフォトダイオード部３から埋
め込みチャンネル５へ転送される。次に、断面手前方向
にポテンシャルを順々に変える転送クロックを送り、各
ラインの信号を順次転送する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、保護膜１０の膜厚は下地の段差をカバレ
ッジするため３００ｎｍ以上の膜厚を必要としていた。
そのため、受光部９の両サイド（遮光膜８の側壁）に合
わせて６００ｎｍ以上の受光部９の領域と違った屈折率
と分光感度を持つ膜が構成され、乱反射による影響を受
ける領域が受光部９の中心部にちかづいてしまう。この
入射光の乱反射により信号量のばらつきが発生し、画質
にばらつきが生じ、感度が低下する。

【０００５】また、フォトダイオード部３を形成してい
るシリコン表面は、シリコンのダングリングボンドを完
全に終端できずキャリアの発生要因となり、画面上で白
いきずとなってしまう。この発明は上記従来の問題点を
解決し、画質の改善を図ることのできる固体撮像装置お
よびその製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の固体撮像
装置は、遮光膜の上に全面を覆うように形成した保護膜
のステップカバレッジを８０％以上にするとともに膜厚
を２００ｎｍ以下にしたことを特徴とする。請求項２記
載の固体撮像装置は、請求項１記載の固体撮像装置にお
いて、保護膜を多層の薄膜からなる保護膜にしている。

【０００７】請求項３記載の固体撮像装置の製造方法
は、保護膜を、基板温度を３００℃以下とし高周波電力
１００Ｗ以下のプラズマＣＶＤ法により成膜することを
特徴とする。

【０００８】

【作用】この発明の固体撮像装置によれば、保護膜のス
テップカバレッジを８０％以上にすることにより保護膜
の形状劣化による入射光の乱反射を防ぐとともに、保護
膜の膜厚を２００ｎｍ以下にすることにより、感光部上
の受光領域を広くとることができ、この受光領域の両サ
イドから感光部の中心部に入射する乱反射成分が低減さ
れ、信号量のばらつきを低減し、画質を改善することが
できる。

【０００９】さらに、保護膜を多層の薄膜からなる保護
膜とすることにより、応力の緩和が図れ、ヒロックの発
生を低減し、より画質の向上を図ることができる。ま
た、この発明の固体撮像装置の製造方法によれば、保護
膜を、基板温度を３００℃以下の低温とし、高周波電力
を１００Ｗ以下の低パワーのプラズマＣＶＤ法により成
膜することにより、保護膜中にＨ原子を多く取り込みシ
リコンのダングリングボンドを終端し、局所に発生する
白きずを低減でき、画質の改善を図ることができる。ま
た、低パワー化は、プラズマ粒子衝撃によるフォトダイ
オード部表面の加熱効果を抑え、成膜時のプラズマ粒子
被爆による損傷を低減することができる。さらに、電極
材料のスパッタリングによる不純物混入を抑えることが
できる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。 〔第１の実施例〕この発明の第１の実施例における固体
撮像装置の断面図を図１に示す。図１において、１はＮ
型シリコン基板（半導体基板）、２はＰ型ウェル、３は
電荷を蓄積するＮ⁺ 層のフォトダイオード部（感光
部）、４は他の画素とのクロストーキングをさけるため
に形成されるＰ⁺ 層のチャンネルストッパー、５は電荷
を転送するＮ⁺ 層の埋め込みチャンネル、６は転送クロ
ックを送る転送ゲート、７は絶縁層、８は遮光膜、９は
受光部であり、これらは従来例の図３と同様のものであ
る。１０ａは膜厚２００ｎｍ以下でステップカバレッジ
の良好なシリコンナイトライド膜からなる保護膜であ
る。

【００１１】この固体撮像装置は、遮光膜８の形成後
に、ステップカバレッジが８０％以上を実現しうるプラ
ズマＣＶＤ装置を用いて、全面に膜厚２００ｎｍ以下の
保護膜１０ａを形成している。この保護膜１０ａを形成
する際、基板温度を３００℃以下にし、ＲＦ ＰＯＷＥ
Ｒ（高周波電力）を１００Ｗ以下の低パワーにする。さ
らに、膜厚を２００ｎｍ以下にすることで成膜時間の低
減を行い、下地への影響を低減する。

【００１２】この実施例によれば、保護膜１０ａを膜厚
２００ｎｍ以下のステップカバレッジの良好な膜にする
ことにより、受光領域がひろがり、遮光膜８の側壁部の
受光膜１０ａから受光部９の中心部までの距離が遠くな
るとともに、遮光膜８の側壁のカバレッジが良くなり、
受光部９の両サイドの保護膜１０ａの形状劣化による入
射光の乱反射を防止することができる。すなわち、受光
部９の中心部では均一な分光感度を実現できるため、信
号量のばらつきを抑え、画質を改善することができる。

【００１３】また、保護膜１０ａのプラズマＣＶＤ形成
条件として、基板温度を３００℃以下の低温にし、ＲＦ
ＰＯＷＥＲを１００Ｗ以下の低パワーにすることで、
保護膜１０ａ中にＨ原子を多く取り込みシリコンのダン
グリングボンドを終端でき、キャリアの発生を抑えられ
る。また、低パワー化は、プラズマ粒子衝撃によるフォ
トダイオード部３表面の加熱効果を抑え、成膜時のプラ
ズマ粒子被爆による損傷を低減する。さらに、電極材料
のスパッタリングによる不純物混入を抑える。したがっ
て、画面上での白いきず等の発生が減少する。なお、使
用するプラズマＣＶＤ装置およびガス流量に依存性はあ
るが、１００Ｗを境として急激に白いきずは減少する。

【００１４】〔第２の実施例〕この発明の第２の実施例
における固体撮像装置の断面図を図２に示す。図２にお
いて、１〜９は従来例および第１の実施例と同様のもの
であり、それらの説明は省略する。１０ｂはステップカ
バレッジの良好なＰＳＧの保護膜、１０ｃはステップカ
バレッジの良好なシリコンナイトライド膜からなる保護
膜である。

【００１５】この固体撮像装置は、第１の実施例の保護
膜１０ａの代わりに、２層の保護膜１０ｂ，１０ｃを形
成している。この保護膜１０ｂ，１０ｃは受光部９の中
心部での入射光の乱反射の影響を低減するため屈折率の
高い膜であり、さらに、下層の保護膜１０ｂには遮光膜
８の側壁を応力緩和できるとともにアルカリ金属をトラ
ップできる膜を用いている。その他の構成は第１の実施
例と同様である。すなわち、遮光膜８の形成後に、ステ
ップカバレッジが８０％以上を実現しうるプラズマＣＶ
Ｄ装置を用いて、全面に膜厚１００ｎｍ以下の保護膜１
０ｂと、その上に膜厚１００ｎｍ以下の保護膜１０ｃと
を形成し、保護膜１０ｂと保護膜１０ｃを合わせた膜厚
を２００ｎｍ以下にしている。これらの保護膜１０ｂ，
１０ｃを形成する際、第１の実施例同様、基板温度を３
００℃以下にし、ＲＦ ＰＯＷＥＲ（高周波パワー）を
１００Ｗ以下の低パワーにした。さらに、合わせた膜厚
を２００ｎｍ以下にしたことで成膜時間の低減を行い、
下地への影響を低減した。

【００１６】この実施例によれば、第１の実施例の効果
に加え、遮光膜８を覆う膜を薄膜化された２層の保護膜
１０ｂ，１０ｃとしてあり、この薄膜化、積層構造の応
力緩和によりヒロックの発生を低減し、さらに、ヒロッ
クによる加工バラツキの影響をなくし、より画質を向上
させることができる。また、保護膜１０ｂ中にＨ原子を
多くトラップすることは、Ｈのアウトディフュージョン
を無くし、シリコンのダングリングボンドの経時変化を
しにくくするとともにシリコン表面の準位を安定化する
ものである。

【００１７】なお、この実施例では、２層からなる保護
膜１０ｂ，１０ｃとしたが、３層以上からなる保護膜と
してもよい。上記第１，第２の実施例によれば、保護膜
（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）のステップカバレッジの向
上がそのまま加工精度の改善となり、画質の均一性とダ
イナミックレンジが向上がなされる。

【００１８】なお、上記実施例からもわかるように、保
護膜（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の成長にはステップカ
バレッジの良好な膜を形成するプラズマＣＶＤ装置が必
要であり、画質のさらなる向上にはプラズマ条件の低温
化，低パワー化により実現できる。

【００１９】

【発明の効果】この発明の固体撮像装置によれば、保護
膜のステップカバレッジを８０％以上にすることにより
保護膜の形状劣化による入射光の乱反射を防ぐととも
に、保護膜の膜厚を２００ｎｍ以下にすることにより、
感光部上の受光領域を広くとることができ、この受光領
域の両サイドから感光部の中心部に入射する乱反射成分
が低減され、信号量のばらつきを低減し、画質を改善す
ることができる。

【００２０】さらに、保護膜を多層の薄膜からなる保護
膜とすることにより、応力の緩和が図れ、ヒロックの発
生を低減し、より画質の向上を図ることができる。ま
た、この発明の固体撮像装置の製造方法によれば、保護
膜を、基板温度を３００℃以下の低温とし、高周波電力
を１００Ｗ以下の低パワーのプラズマＣＶＤ法により成
膜することにより、保護膜中にＨ原子を多く取り込みシ
リコンのダングリングボンドを終端し、局所に発生する
白きずを低減でき、画質の改善を図ることができる。ま
た、低パワー化は、プラズマ粒子衝撃によるフォトダイ
オード部表面の加熱効果を抑え、成膜時のプラズマ粒子
被爆による損傷を低減することができる。さらに、電極
材料のスパッタリングによる不純物混入を抑えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例における固体撮像装置
の断面図である。

【図２】この発明の第２の実施例における固体撮像装置
の断面図である。

【図３】従来の固体撮像装置の断面図である。

【符号の説明】

１ Ｎ型シリコン基板（半導体基板） ３ フォトダイオード部（感光部） ５ 埋め込みチャンネル ６ 転送ゲート ７ 絶縁層 ８ 遮光膜 ９ 受光部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板表面に形成した電荷を蓄積す
   る感光部と、この感光部で発生した電荷を転送する埋め
   込みチャンネルと、前記埋め込みチャンネル上に絶縁膜
   を介して形成した転送ゲートと、前記感光部を避けて形
   成した遮光膜と、この遮光膜の上に全面を覆うように形
   成した保護膜とを備えた固体撮像装置であって、 前記保護膜のステップカバレッジを８０％以上にすると
   ともに膜厚を２００ｎｍ以下にしたことを特徴とする固
   体撮像装置。
2. 【請求項２】 保護膜を多層の薄膜からなる保護膜にし
   た請求項１記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 半導体基板表面に形成した電荷を蓄積す
   る感光部と、この感光部で発生した電荷を転送する埋め
   込みチャンネルと、前記埋め込みチャンネル上に絶縁膜
   を介して形成した転送ゲートと、前記感光部を避けて形
   成した遮光膜と、この遮光膜の上に全面を覆うように形
   成した保護膜とを備えた固体撮像装置の製造方法であっ
   て、 前記保護膜を、基板温度を３００℃以下とし高周波電力
   １００Ｗ以下のプラズマＣＶＤ法により成膜することを
   特徴とする固体撮像装置の製造方法。