JPS63185059A - 固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 固体撮像素子を構成する少なくともフォトダイオード上
にプラズマ気相成長法により窒化シリコン或いは酸化シ
リコン等のシリコン化合物皮膜を堆積させることによっ
て、該フォトダイオードの半導体−絶縁膜界面における
準位の発生を抑え、これによって暗電流の減少を図った
固体撮像素子の製造方法。

〔産業上の利用分野〕

本発明は固体撮像素子の製造方法に係り、特に該固体撮
像素子上へのパッシベーション膜の形成方法の改良に関
する。

半纏体を用いた固体撮像素子は、各画素のアドレスが正
確に与えられる、低電圧で動作できる、小型化に適して
いる等、撮像管に比べて多くの利点を有するため、近時
、監視、工業計測分野、ＯＣＲ，ファクシミリ、テレビ
カメラ等の分野で広く用いられており、特に最近はビデ
オカメラ等に多く用いられるようになって来ている。

そしてこのように光の０Ｎ１０ＦＦのみでなく色の濃淡
をも検出する用途においては、Ｓ／Ｎ比が高く高感度を
有する固体撮像素子が特に要望される。

固体撮像素子の感度を低下せしめる大きな要因は、該固
体撮像素子が具備するフォトダイオードに生ずる暗電流
でり、この暗電流は主としてフォトダイオードが形成さ
れる半導体基板の結晶欠陥と、該フォトダイオード表面
に生ずる界面準位であると言われている。

そして結晶欠陥の除去に関してはイントリンシックゲッ
タリング法やエピタキシャル成長法等により対策がとら
れているが、より一層暗電流を減少せしめるために、界
面準位に対する対策が要望される。

〔従来の技術〕

第４図は固体撮像素子の一例として２和動作電荷結合素
子（ＣＣＤ）を用いた一次元構造のラインセンサを模式
的に示した平面図で、図中、ｐｏｘは素子分離用のフィ
ールド酸化膜、ＰＤ、〜ＰＤ、はフォトダイオード、Ｔ
Ｇ、−Ｔらはトランスファ（転送）ゲート、ＣＣ０〜Ｃ
Ｃｌ５及びＣＣ０〜ＣＣｌ５は　ＣＣＤの電荷転送用電
極、φ１、φ２はそれぞれクロクックパルス配線を示す
。

また第５図（ａ）及び（ｂ）は従来方法で形成された上
記第４図に示すラインセンサの要部を示すＡ−Ａ矢視断
面及びＢ−Ｂ矢視断面で、図中、５１はｐ−型シリコン
（Ｓｉ）基板、５２は素子分離用のフィールド酸化膜、
５３はチャネルストッパ、５４は第１のゲート酸化膜、
５５はｐ型チャネル形成層、５６はｎ型電荷蓄積領域、
５７は第４図におけるＴＧ、〜　ＴａＳに対応するトラ
ンスファゲート電極、５８は第４図におけるＣＣｓ　Ｉ
”’　ＣＣｒ　ｓに対応し前記ゲート電極と一体の第１
の転送電極、５９は第２のゲート酸化膜、６０はｎ−型
バリア領域、６１は第４図におけるＣＣ０〜ＣＣｌ５に
対応する第２の転送電極、６２は第４図におけるＰＤ＋
　””ＰＤｓに対応するフォトダイオードのｎ°型光受
光領域６３は不純物ブロック用酸イヒ膜、６４は燐珪酸
ガラス（ＰＳＧ）等よりなる眉間絶縁膜、６５はアルミ
ニウム等の配線金属層からなりトランスファゲート及び
ＣＣＤの上部を覆う遮光パターン、６６はＰＳＧ等より
なる被覆絶縁膜即ちパッシベーション膜を示している。

この第５図のような構造に形成される従来の製造方法に
おいては、フォトダイオード即ちｎ＋型型光光領域６２
形成を終わった後に行われる眉間絶縁膜６４及びパッシ
ベーション膜６６が総て通常の化学気相成長（ＣＶＤ）
法或いは減圧ＣＶＤ法によって堆積せしめられていた。

そして上記のように通常のＣＶＤ法あるいは減圧ＣＶＤ
法により眉間絶縁膜６４、パッシベーション膜６６等の
フォトダイオード上の絶縁膜が形成された従来の固体撮
像素子においては、フォトダイオードに生ずる暗電流が
大きく、十分な画像検出感度が得られないという問題が
あった。

そこで従来、エピタキシャルＳｔ基板を用いたり、或い
はイントリンシックゲッタリング法を用いることによっ
て素子形成領域の結晶欠陥を除去し、これによって結晶
欠陥に起因する暗電流を除去する改善策が施されたが、
暗電流は１／２程度にしか減少できず、未だ不充分であ
った。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は、従来の製造方法で
形成された固体撮像素子が、フォトダイオードに生ずる
暗電流が十分に小さく出来ないことによって、画像検出
感度の低下を生じていたことである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、フォトダイオードとトランスファゲート
と電荷結合素子を含む固体撮像素子の製造に際し、 少なくともフォトダイオード上に、水素化珪素を含むガ
スを用いプラズマ気相成長法によってシリコン化合物特
に窒化シリコンの皮膜を形成する工程を有する本発明に
よる固体撮像素子の製造方法によって解決される。

〔作　用〕

即ち本発明の方法にいては、フォトダイオードの上部に
形成されるシリコン化合物系の眉間絶縁膜或いはパッシ
ベーション膜を、反応ガスにモノシラン（ＳｉＨ＋）、
ジシラン（ＳｉｔＨ３）、トリシラン（Ｓｉ：ＩＨａ）
等の水素化珪素を用いるプラズマ気相成長方法で形成す
ることによって、該気相成長工程で生成する活性水素に
よりシリコンと絶縁膜の界面に生ずる準位を除去し、更
には反応ガスに水素化珪素を用いるプラズマ気相成長方
法で形成される５ｉＪａ膜をパフシベーシッン膜に加え
ることにより、表面から浸入する水分等を抑え水分に起
因する準位の発生を防止して、暗電流を大幅に減少せし
める。

〔実施例〕

以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。

第１図（ａ）〜（８）及び第２図（ａ）〜（ｅ）は第４
図の模式平面図におけるＡ−Ａ矢視面及びＢ−Ｂ矢視面
を示す一実施例の工程断面図で、第３図は本発明の方法
と従来方法との暗電流の比較図である。

第１図（ａ）及び第２図（ａ）参照 本発明の方法により例えば第４図に示すラインセンサを
形成するに際しては、従来と同様に、例えばｐ−型Ｓｉ
基板１面に素子分離用のフィールド酸化膜２及びｐ゛型
のチャネルストッパ３を形成した後、フィールド酸化膜
２で画定された領域にトランスファゲートの閾値コント
ロール用にｐ型不純物のチャネルドーズを行い、次いで
マスク整合によりＣＯＤ形成領域に前記ｐ型不純物をコ
ンペンセートする濃度にｎ型不純物をイオン注入し、次
いで熱酸化を行って該基板面に第１のゲート酸化膜４を
形成する。この際、前記不純物は活性化してｐ型チャネ
ル形成層５及びｎ型電荷蓄積領域６が形成される。そし
て次ぎに該基板上に第１のポリＳｉ層を堆積し、該ポリ
５ｉｉｉ厘に導電性を付与した後、パターンニングを行
ってトランスファゲート電極７（第４図ＴＧ、〜ＴＧｓ
に対応）と、これと一体の一個置きの第１の転送電極８
（第４図におけるＣＣ０〜、ＣＣ１５に対応）を形成す
る。

第１図山）及び第２図０１１）参照 次いで、表出する第１のゲート酸化膜４を除去した後、
基板表出領域とゲート電極７及び第１の転送電極８の表
面に熱酸化により第２のゲート酸化膜９を形成し、次い
でマスク整合により第１の転送電極８の間隔部に選択的
にｐ型不純物をイオン注入して、ｎ−型バリア領域１０
を形成し、次いで該基板上に第２のポ・すＳｔ層を堆積
し、該第２のポリＳｉ層に導電性を付与した後、パター
ンニングを行って第１の転送電極８の間隔部上に第１の
転送電極８の縁部上にオーバラップする第２の転送電極
１１　（第４図におけるＣＣｔ＋〜ＣＣＳ％に対応）を
形成する。なお第１図（ｂ）において第２の転送電極１
１が鎖線で示されるのは、該第２の転送電極が該断面に
は現れず、該断面より奥に形成されていることを示す。

第１図（Ｃ）及び第２図（Ｃ）参照 次いでフィールド酸化膜２とゲート電極４と転送電極８
及び１１をマスクにしてｎ型不純物を高濃度にイオン注
入し活性化処理を行ってフォトダイオード（第３図にお
けるＰＤ＋　”’ＰＤｓに対応）のｎ°型型光光領域１
２形成する。

第１図（ｄ）及び第２図（ｄ）参照 次いで通常通り熱酸化によりＳｉ表出面に不純物ブロッ
ク用の酸化膜１３を形成した後、次いで通常のＣＶＤ法
により燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）よりなる厚さ５０００〜
６０００人程度の眉間絶縁膜１４を形成し、次いで該層
間絶縁膜１４にｎ゛型光受光領域１２第１の転送電極８
、第２の転送電極１１等に対するコンタクト窓（図示せ
ず）を形成した後、該層間絶縁膜１４上にｎ゛型光受光
領域１２第１の転送電極８、第２の転送電極１１等に対
するアルミニウム等による配線（図示せず）、を通常の
スパッタ及びパターンニングの工程を経て形成し、更に
その上に５０００人程度０上記同様の眉間絶縁膜１４を
通常のＣＶＤ法により形成した後、該眉間絶縁膜１４上
に通常のスパッタ及びパターンニングの工程を経てアル
ミニウム等の配線金属層よりなりトランスフアゲ−）　
（ＴＧ）及びＣＣＤの上部を選択的に覆う遮光パターン
１５を形成する。（図中、ＰＤはフォトダイオード）第
１図（ｅ）及び第２図（ｅ）参照 次いでフォトダイオード（ＰＤ）と転送ゲー）　（ＴＧ
）及びＣＣＤを含む該素子全面上に表面保護用の第１の
バンシベーション膜として、例えば厚さ５０００〜６０
００人程度０ｐｓｃ膜１６を、例えば従来同様に減圧Ｃ
ＶＤ法により４００℃程度の低温で形成する。ここで該
ＰＳＧ膜１６が低温で形成されるのは公知のようにアル
ミニウム配線、アルミニウム遮光パターン等に結晶の粗
大化による突起が形成されて素子の信鯨度が低下するこ
と、及びアルミニウムの突き抜けによる接合の破壊を防
止するためである。

次いで本発明の方法の適用により、例えば上記ＰＳＧ膜
１６の上部に第２のパッシベーション膜として、例えば
５ｉＨａとアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いる通゛常の
プラズマＣＶＤ法により厚さ３０００〜５０００人程度
の窒化シリコン（ＳｉａＮａ）膜即ちプラズマ５ｉ３Ｎ
ａ膜１７を形成する。成長温度は３００〜４００℃程度
である。

そして以後上記第１２第２のパッシベーション膜に図示
しないボンディング用の窓明は等がなされてラインセン
サは完成する。

本発明を適用した上記実施例においては、固体撮像素子
を製造する際、素子上を覆うパッシベーション膜の一部
にプラズマＣＶＤ法によって形成されるＳｉ、Ｎ、膜即
ちプラズマ５ｉＪ４膜１７が用いられる。

そしてこれによって第３図に示すような効果を生ずる。

即ち該第３図には、Ｓｉ基板に直にラインセンサを形成
し、層間絶縁膜及びパッシベーション膜に通常のＣＶＤ
法によるＰＳＧ膜のみを用いる従来の方法（イ）におけ
る暗電流の大きさの中心レベルをｌＯＯとし、これに対
しＳｉ基板を用い本発明に係る上記実施例の方法を適用
した場合（ロ）　、Ｓｉエビクキシャル基板を用い、且
つイントリンシックゲッタリング法を用いる従来の改良
方法の場合（ハ）、従来の改良方法に更に本発明に係る
上記実施例の方法を適用した場合（ニ）の各々の暗電流
の大きさのレベルが示されている。

この図から明らかなように、上記実施例の適用によって
Ｓｉ基板をその俵用いた場合及びＳｔエピタキシャル基
板を用いた場合の何れにおいても、暗電流の大きさは従
来の１／２以下に大幅に減少している。

この効果は、５ｉＪ４膜のプラズマ気相成長に際して生
成する活性水素によりＳｔと絶縁膜の界面に形成されて
いる準位が除去され、且つ５ｉＪａ膜の緻密性による閉
じ込め効果及び水分の浸入阻止効果により上記準位の除
去された状態が維持されることによる。

なおパッシベーション膜にプラズマ５ｉＪａ膜を用いず
に、ＰＳＧ、　ＳｉＯ□等のＳｉ化合物による眉間絶縁
膜及びパッシベーション膜の全部若しくは一部を水素化
珪素を用いるプラズマ気相成長により形成することによ
っても上記に近い効果を得ることができる。

また上記効果を生ずるためには上記プラズマ気相成長膜
が、少なくともフォトダイオードの上部を覆って形成さ
れれば良い。

本発明は上記実施例に示される一次元構造の固体撮像素
子に限らず、二次元構造の固体撮像素子の製造に際して
も同様に効果的に適用される。

〔発明の効果〕

以上説明のように本発明の方法によれば、固体撮像素子
の暗電流を大幅に減少せしめることができる。従って本
発明は固体撮像素子の感度向上に極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜（８）及び第２図（ａｌ〜（ｅ）は本発
明の一実施例の異なる断面を示す工程断面図、 第３図は本発明の効果を示す図、 第４図は２和動作ＣＣＤを用いたラインセンサの模式平
面図、 第５図は従来方法で形成されたラインセンサを模式的に
示すＡ−Ａ矢視断面図（ａ）及びＢ−Ｂ矢視断面図であ
る。 図において、 １はｐ−型Ｓｉ基板、 ２はフィールド酸化膜、 ３はｐ型チャネルストッパ、 ４は第１のゲート酸化膜、 ５はｐ型チャネル形成層、 ６はｎ型電荷蓄積領域、 ７はトランスファゲート電極、 ８は第１の転送電極、 ９は第２のゲート酸化膜、 １０はｎ−型バリア領域、 １１は第２の転送電極、 １２はｎ°型支受光領域 １３は不純物ブロック用酸化膜、 １４は層間絶縁膜、 １５は遮光パターン、 １６はＰＳＧ膜 １７はプラズマ５ｉｓＮ４膜、 ＰＤはフォトダイオード、 ＴＧはトランスファゲート、 ＣＯＤは電荷結合素子 を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）フォトダイオードとトランスファゲートと電荷結
   合素子を含む固体撮像素子の製造に際し、少なくともフ
   ォトダイオード上に、水素化珪素を含むガスを用いプラ
   ズマ気相成長法によってシリコン化合物の皮膜を形成す
   る工程を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方
   法。
2. （２）上記シリコン化合物が窒化シリコンよりなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像素子
   の製造方法。