WO2008018329A1 - Solid-state imaging apparatus and method for manufacturing same, and electronic information apparatus - Google Patents

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    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors

Definitions

  • Solid-state imaging device manufacturing method thereof, and electronic information device
  • the present invention relates to a solid-state imaging device such as a CMOS type image sensor or a CCD type image sensor in which a photodiode and a MOS transistor are mixedly mounted on a semiconductor substrate, a manufacturing method thereof, and a solid-state imaging manufactured by the manufacturing method.
  • the present invention relates to an electronic information device such as an imaging camera, an image input camera, a scanner, a facsimile, and a camera-equipped mobile phone as an image input device.
  • this type of conventional solid-state imaging device has an imaging element in which a plurality of photodiodes that photoelectrically convert incident light are arranged in a two-dimensional manner and other functions in order to increase added value.
  • Peripheral circuits are mixedly mounted on the same semiconductor substrate (same chip), and in particular, the operation of peripheral circuits is speeded up and functions are being added.
  • an LDD structure As this LDD structure, an LDD (Lightly Doped Drain) region is formed between the channel region and the source / drain region, in which impurities having a lower concentration than the source / drain region are implanted.
  • a step of forming a sidewall on the side wall of the gate electrode is required. A sidewall is formed on the side wall of the gate electrode, and impurity ions are implanted using the gate electrode and the side wall as a mask, thereby forming a channel region without implanting impurities under the gate electrode.
  • an LDD region in which impurities are implanted at a low concentration is formed under the sidewall, and a gate electrode and a sidewall are provided! /, N! /, And a predetermined concentration on both sides has a high concentration of impurity. Implanted source and drain regions are formed.
  • Such a sidewall formation step is a step that is not required for forming a photodiode, and is newly added. For this reason, in the manufacturing process of the solid-state imaging device, the number of processes increases by that amount, and as a result, the manufacturing cost of the solid-state imaging device is increased.
  • Patent Document 1 In order to solve this problem, for example, in Patent Document 1, the formation of an antireflection film on the surface of the photodiode and the formation of a sidewall on the side wall of the gate electrode of the peripheral circuit are performed simultaneously. A method for manufacturing a solid-state imaging device that can suppress an increase in the number of processes is disclosed.
  • Patent Document 1 a conventional solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 will be described in detail with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view showing an example of the configuration of the main parts of the imaging region and the peripheral circuit region in a predetermined intermediate manufacturing process of the conventional solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1.
  • a conventional solid-state imaging device 20 is provided with a plurality of two-dimensional impurity diffusion layers 12 constituting a photodiode in an imaging element forming part (imaging region) of a semiconductor substrate 11.
  • a plurality of gate electrodes 13 of MOS transistors are provided via a gate insulating film.
  • a silicon oxide film 14 and a silicon nitride film 15 are provided in this order on the impurity diffusion layer 12. These silicon oxide film 14 and silicon nitride film 15 constitute an antireflection film 16.
  • a side wall 17 is provided on the side wall of the gate electrode 13, and the side wall 17 is also composed of a silicon oxide film 14 and a silicon nitride film 15.
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) are diagrams showing each manufacturing process up to a predetermined intermediate manufacturing process for explaining the manufacturing method of the solid-state imaging device of FIG. 4 disclosed in Patent Document 1. Sectional section It is.
  • a plurality of impurity diffusion layers 12 constituting a photodiode are formed two-dimensionally in an imaging element formation portion (imaging region) of a semiconductor substrate 11, and the semiconductor
  • a plurality of gate electrodes 13 of each MOS transistor are formed in the peripheral circuit forming portion of the substrate 11.
  • a silicon oxide film 14 and a silicon nitride film 15 are laminated in this order so as to cover the impurity diffusion layer 12 and the gate electrode 13.
  • a resist film (not shown) is formed so as to cover the silicon oxide film 14 and the silicon nitride film 15 on the photodiode (impurity diffusion layer 12), and this is formed into a predetermined pattern.
  • anisotropic dry etching is selectively performed on the silicon oxide film 14 and the silicon nitride film 15 which are not covered with the patterned resist film, the resist film covering the surface of the photodiode is removed.
  • the antireflection film 16 formed of the silicon oxide film 14 and the silicon nitride film 15 is formed on the surface of the photodiode to improve the sensitivity of the imaging device, and its periphery.
  • the side 17 of the silicon oxide film 14 and the silicon nitride film 15 formed on the side wall of the gate electrode 13 of each MOS transistor is formed while suppressing an increase in the number of processes. be able to.
  • Patent Document 2 discloses four layers of a silicon oxide film serving as a gate insulating film, a silicon oxide film and a silicon nitride film also used for forming a sidewall, and a silicon nitride film serving as an interlayer insulating film.
  • a solid-state imaging device in which a reflective film having a structural force is formed is disclosed. In this solid-state imaging device, when the antireflection film has a four-layer structure, the silicon oxide film and the silicon nitride film are partly used as an antireflection film to form a three-layer sidewall.
  • Patent Document 1 JP 2004-228425 A
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-340475
  • the film thickness of the antireflection film 16 provided on the photodiode surface and the side wall of the gate electrode The problem is that the thickness of the provided sidewall 17 cannot be controlled independently. That is, the thickness of the antireflection film 16 provided on the photodiode surface is controlled by the thickness of the silicon oxide film 14 and the silicon nitride film 15, and the thickness of the sidewall 17 provided on the side wall of the gate electrode 13 is also set. Similarly, since the thickness is controlled by the thickness of the silicon oxide film 14 and the silicon nitride film 15, the thicknesses of the antireflection film 16 and the sidewall 17 which are different from each other cannot be controlled optimally independently. .
  • the antireflection film 16 provided on the surface of the photodiode is deposited so that incident light to the image pickup device is captured without being reflected by the surface of the photodiode, and its film quality (transmittance)
  • a high-sensitivity image sensor can be obtained.
  • a high-performance transistor can be obtained by accurately setting the film thickness of the sidewall 17 formed on the sidewall of the gate electrode 13 and accurately forming the LDD structure. For this reason, solving the above problem is an important issue for improving the performance of the solid-state imaging device.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and in manufacturing a solid-state imaging device in which an imaging element in which a plurality of photodiodes are arranged and a peripheral circuit including a MOS transistor are mixedly mounted. Properly control the film thickness of the antireflection film provided on the photodiode surface and the side wall thickness provided on the side wall of the gate electrode of the MOS transistor without increasing the number of manufacturing processes. It is an object to provide a manufacturing method of a solid-state imaging device that can be manufactured, a solid-state imaging device manufactured by this manufacturing method, and an electronic information device using the solid-state imaging device manufactured by this manufacturing method as an imaging unit Say it.
  • the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention includes a desired optimum film having a different number of stacked layers, each of an antireflection film formed on a photodiode surface and a sidewall formed on a side wall of a gate electrode of a MOS transistor.
  • the anti-reflection film and the side wall forming step are simultaneously formed with a thickness, and the above object is achieved thereby.
  • the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention is a solid-state in which an imaging element in which a plurality of photodiodes that photoelectrically convert incident light are arranged on a semiconductor substrate and a peripheral circuit having a MOS transistor are mixedly mounted.
  • the imaging element forming portion and the peripheral circuit forming portion are provided with an antireflection film formed on the surface of the photodiode and a sidewall formed on the side wall of the gate electrode of the MOS transistor.
  • Three layers of insulating films are laminated so that each film thickness becomes an optimum film thickness, and an antireflection film / sidewall forming step for forming the antireflection film and the sidewall from the three layers is provided. Yes, and the above objective is achieved.
  • the antireflection film is composed of two or three layers, and the sidewall is composed of three layers including the two layers from the lower layer. Yes.
  • a resist film is predetermined by photolithography so as to cover the three insulating films on the photodiode.
  • the antireflection film and the side wall are formed by removing the three layers of insulating films other than the region covered with the resist film by anisotropic dry etching.
  • the antireflection film is preferably controlled by controlling the refractive index and film thickness of the two layers of the lower insulating film and the intermediate insulating film.
  • the thickness of the sidewall is controlled by controlling the refractive index and the film thickness of the film, and also controlling the film thickness of the three layers of the lower insulating film, the intermediate insulating film, and the upper insulating film.
  • the antireflection film in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is set to have a refractive index and a film thickness configuration capable of suppressing reflection of incident light to the photodiode.
  • the sidewall in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is set to an optimum film thickness for forming the LDD structure of the MOS transistor.
  • a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film are laminated in this order from the lower layer.
  • the three layers in the method of manufacturing a solid-state imaging device of the present invention are plasma C
  • the antireflection film in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is not the entire surface of the imaging element forming portion in which the photodiodes are arranged, but a part thereof, and at least the photodiode It is formed so as to cover the surface.
  • the uppermost insulating film of the three layers is removed by etching.
  • the necessary characteristics of the antireflection film and the sidewall are not impaired, and among the three layers. Then, dry etching conditions or wet etching chemicals are selected so that the interlayer insulating film does not lose its thickness.
  • an interlayer insulating film is formed on the photodiode and the MOS transistor, and the interlayer insulating film is formed on the interlayer insulating film.
  • Metal wiring is formed to electrically connect the imaging element and the peripheral circuit through the provided outer contour hole.
  • the uppermost insulating film of the three layers or the uppermost insulating film is used as an etching stopper at the time of forming the contact hole.
  • an insulating film made of a material different from that of the uppermost insulating film is formed.
  • the three layers are configured so that the antireflection function is optimized.
  • the refractive index and film thickness are set.
  • the silicon nitride film when the film thickness of the silicon oxide film is lOnm, the silicon nitride film is set to an optimum film thickness of 50 nm to 70 nm. Further, when the thickness of the silicon oxide film is lOnm, the silicon nitride film may be set to a thickness of 40 nm to 70 nm.
  • the silicon acid is used.
  • the silicon nitride film is set to an optimum film thickness of 20 nm to 35 nm.
  • the silicon nitride film is set to an optimum film thickness of lOnm or more and 20 nm or less.
  • the silicon nitride film when the thickness of the silicon oxide film is 5 nm or more and 50 nm or less, the silicon nitride film is set to lOnm or more and 80 nm or less. More preferably, when the thickness of the silicon oxide film is not less than lOnm and not more than 30 nm, the silicon nitride film is set to not less than 30 nm and not more than 70 nm.
  • the silicon nitride film is set to 50 nm soil lOnm. Note that the film thickness of the insulating film described above is set so that the antireflection function is optimal or favorable in consideration of the refractive index of the insulating film.
  • an interlayer insulating film is formed on the photodiode and the MOS transistor, and the thickness of the interlayer insulating film is set to 300 to 1000 mm. Set to.
  • the necessary characteristics of the antireflection film are transmittance and refractive index, and the necessary characteristics of the sidewall adversely affect the operating characteristics of the MOS transistor. It is a characteristic that does not give
  • the peripheral circuit in the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention is a drive control circuit for driving and controlling the imaging element, and for converting an imaging signal from the imaging element into a display signal. At least one of signal processing circuits
  • 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 thereby the above object is achieved.
  • the electronic information device of the present invention uses a solid-state imaging device manufactured by the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention for an imaging unit, and thereby the above-described object is achieved. [0047] With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.
  • the antireflection film provided on the photodiode surface and the sidewall provided on the side wall of the gate electrode of the MOS transistor are simultaneously formed with a desired optimum film thickness with different number of layers. To do.
  • the refractive index and film thickness of the antireflective film are controlled by controlling the refractive index and film thickness of the two layers of the lower insulating film and the intermediate insulating film among the three insulating films. Set to film thickness.
  • the thickness of the sidewall is set to an appropriate thickness by controlling the thickness of the three layers of the lower insulating film, the intermediate insulating film, and the upper insulating film. This makes it possible to control the film thicknesses of the antireflection film and the side wall, which are different from each other, to the optimum film thickness independently.
  • the three-layer insulating film for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film that are used in the manufacturing method of the solid-state imaging device are stacked in this order.
  • the antireflection film is formed on a part of the entire surface of the imaging element forming portion where the photodiodes are arranged. If the entire surface is covered with a silicon nitride film, water will be used during the H sintering process (hydrogenation process to eliminate silicon dangling bonds), which is performed to reduce the interface states generated on the semiconductor substrate.
  • an antireflection film having a high antireflection effect on the photodiode surface and a high-performance transistor in the peripheral circuit while suppressing an increase in the number of processes.
  • a solid-state imaging device having both an imaging element with good sensitivity and a peripheral circuit with excellent operating characteristics can be realized easily and satisfactorily at low cost.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of main parts of an imaging region and a peripheral circuit region in a predetermined halfway manufacturing process of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention, the thicknesses of the silicon oxide film as the lower insulating film and the silicon nitride film as the intermediate insulating film are changed. ! / Is a graph showing a change in reflectance of incident light.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of main parts of an imaging region and a peripheral circuit region in a predetermined halfway manufacturing process of a conventional solid-state imaging device.
  • 5 (a) and 5 (b) are longitudinal sectional views of main parts showing respective manufacturing steps up to a predetermined intermediate manufacturing step for explaining the manufacturing method of the solid-state imaging device of FIG.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a configuration example of main parts of an imaging region and a peripheral circuit region in a halfway manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • a plurality of impurity diffusion layers 2 constituting photodiodes are provided in a two-dimensional manner on the surface portion of the semiconductor substrate 1 of the imaging element forming portion (imaging region).
  • a plurality of gate electrodes 3 of each MOS transistor are provided in the peripheral circuit region of the imaging region.
  • the peripheral circuit is at least one of a drive control circuit for driving and controlling the image sensor and a signal processing circuit that performs signal processing for converting the image signal obtained from the image sensor into a display signal. is there.
  • An antireflection film 7 composed of three layers of insulating films 4 to 6 having an optimum film thickness is provided on each photodiode surface.
  • the antireflection film 7 is provided with an antireflection film. Since the function is determined by two layers from the lower layer, the film thickness of the antireflection film 7 may be set by the film thickness of these two layers.
  • a side wall 9 made of three insulating films 4 to 6 having an optimum film thickness is provided on the side wall of the gate electrode 3. Therefore, the thickness of the side wall 9 may be set by these three insulating films 4-6.
  • the antireflection film 7 and the sidewall 9 formed on the side wall of the gate electrode 3 of the MOS transistor are laminated in different layers by the antireflection film / sidewall formation process.
  • a plurality of desired optimum film thicknesses are simultaneously formed.
  • the peripheral circuit including the imaging element in which a plurality of photodiodes for photoelectrically converting incident light are arranged on the semiconductor substrate 1 and the MOS transistor through the longitudinal cross-sectional configuration in the intermediate manufacturing process of FIG. Is manufactured, and the solid-state imaging device 10 of this embodiment is manufactured.
  • FIGS. 2 (a) to 2 (c) illustrate each manufacturing process up to an intermediate manufacturing process of the solid-state imaging device of FIG. It is a principal part longitudinal cross-sectional view for clarifying.
  • a plurality of impurity diffusion layers 2 constituting a photodiode are two-dimensionally arranged and formed in an imaging element formation portion (imaging region) of the semiconductor substrate 1, Gate electrodes 3 of a plurality of MOS transistors are formed in the peripheral circuit formation region (peripheral circuit portion) via a gate insulating film.
  • the imaging element forming portion in order to form the impurity diffusion layer 2 of the photodiode, a well is formed through an ion implantation process and a heat treatment process.
  • element isolation formation by STI or the like, and LDD impurity diffusion layer formation after the sidewall formation described later are performed. Details of these steps can be performed in the same manner as in the prior art, and thus detailed description thereof is omitted here.
  • Three insulating films 4 to 6 are sequentially laminated so as to cover the surface of 2 (photodiode surface) and each gate electrode 3 of the peripheral circuit formation portion.
  • the refractive indexes of the lower insulating film 4 and the intermediate insulating film 5 are important as the antireflection film 7 formed on the surface of the photodiode.
  • the horizontal axis in FIG. 3 represents the film thickness of the intermediate silicon nitride film (interlayer insulating film 5), and the vertical axis in FIG. 3 represents the reflection of incident light in accordance with the film thickness of the intermediate layer insulating film 5). Shows the rate.
  • the black circle indicates a black diamond when the thickness of the lower silicon oxide film (lower insulating film 4) is set to lOnm, and the black square indicates a black diamond when the lower silicon oxide film (lower insulating film 4) is set to 30 nm. Indicates the case where the film thickness of the lower silicon oxide film (lower insulating film 4) is set to 50 nm.
  • the film thickness of an interlayer insulating film which will be described later, is 530 nm (usually 200 nm to 1; film thickness range of 1 OOOnm; the film thickness of the interlayer insulating film has little effect on the antireflection effect).
  • various structures are used on the interlayer insulating film and in multiple layers of metal wiring, and the antireflection film type (refractive index) and The film thickness can be set.
  • the lower insulating film 4 is a silicon oxide film of 10 nm
  • the intermediate insulating film 5 is a silicon nitride film with a thickness of 50 nm to 70 nm
  • the upper insulating film 6 is a silicon oxide film of 40 nm.
  • Lamination was performed using an (LP-CVD) apparatus.
  • the lower insulating film 4 is a silicon oxide film of 30 nm
  • the intermediate insulating film 5 is a silicon nitride film of 20 nm to 35 nm
  • the upper insulating film 6 is a silicon oxide film of 40 nm, both of which are reduced pressure CVD (LP-CVD) It laminated
  • LP-CVD reduced pressure CVD
  • the lower insulating film 4 is a silicon oxide film of 50 nm
  • the intermediate insulating film 5 is a silicon nitride film of lOnm or more and 20 nm or less
  • the upper insulating film 6 is a silicon oxide film of 40 nm.
  • Lamination was performed using a CVD (LP—CVD) apparatus.
  • the antireflection film 7 has an optimum antireflection effect (with a reflectance of approximately 0) by combining the optimum film thickness of the lower insulating film 4 (silicon oxide film) and the intermediate insulating film 5 (silicon nitride film). Percent). This is the case when the refractive index is about 2.0 or 2.0.
  • the thickness of the silicon oxide film (here, the lower insulating film 4) is 5 nm to 50 nm and the silicon nitride film (here, the intermediate insulating film 5) is set to 10 ⁇ m to 80 nm, the reflectivity A better anti-reflection effect of about 0 to 5 percent is obtained. More preferably, the silicon nitride film (here, the intermediate insulating film 5) is set to 30 nm or more and 70 nm or less when the film thickness force S1Onm of the silicon oxide film (here, the lower insulating film 4) is 30 nm or less.
  • the film thickness is 50 nm.
  • the silicon oxide film as the lower insulating film 4 is 10 ⁇ m ⁇ 5 nm
  • the silicon nitride film as the intermediate insulating film 5 is 50 nm ⁇ lOnm.
  • the above-mentioned insulating film thickness and film thickness range are set so that the antireflection function is optimal or better in consideration of the refractive index of the insulating film.
  • a resist film 8 is formed by photolithography so as to cover the antireflection film 7 on the surface of the photodiode (impurity diffusion layer 2). 3 layers of silicon oxide film (lower insulating film 4), silicon nitride film (interlayer insulating film 5) and silicon oxide film (upper insulating layer) After the film 6) is subjected to anisotropic dry etching, the resist film 8 above the photodiode is removed.
  • the antireflection film 7 for improving the sensitivity of the image sensor is formed on the surface of the photodiode so as to remain.
  • the insulating films 4 to 6 are etched by anisotropic etching, and a sidewall 9 for forming an LDD region for improving transistor characteristics is formed on the sidewall of the gate electrode 3.
  • the side wall 9 formed on the side wall of the gate electrode 3 of the MOS transistor has an offset region (from the gate electrode 3) when the source / drain region is formed by ion implantation. It becomes important because the film thickness becomes the LDD region. Therefore, the total film thickness of the three insulating films 4 to 6 can be set to the optimum film thickness of the sidewall 9 (offset width from the gate electrode 3; LDD region).
  • an LDD structure is formed by three layers of a silicon oxide film as the lower insulating film 4, a silicon nitride film as the intermediate insulating film 5, and a silicon oxide film as the upper insulating film 6. Therefore, the film thickness can be made as necessary.
  • These insulating films 4 to 6 can be deposited not only by a low pressure CVD apparatus but also by a CVD apparatus.
  • the refractive index and film thickness required for the antireflection film 7 provided on the surface of the photodiode (impurity diffusion layer 2) are reduced by the two layers of the lower insulating film 4 and the intermediate insulating film 5.
  • the film thickness required for the side wall 9 provided on the side wall of the gate electrode 3 of each MOS transistor constituting the peripheral circuit portion is made up of three layers of the lower insulating film 4, the intermediate insulating film 5 and the upper insulating film 6. It becomes possible to control each independently to a good film thickness.
  • the surface of the photodiode Of the antireflection film 7 and the gate electrode 3 of the MOS transistor A side wall 9 provided on the side wall is formed by laminating three layers of insulating films 4 to 6 at the same time in the same process by photolithography and dry etching.
  • the antireflection film 7 optimally controls the refractive index and film thickness of the lower insulating film 3 and the intermediate insulating film 4 so that the antireflection effect is enhanced, and the sidewall 9 is formed in the LDD region.
  • a high-sensitivity photodiode can be formed by setting the antireflection film 7 provided on the surface of each photodiode to a refractive index and a film thickness having a high antireflection effect.
  • a high performance transistor can be formed by setting the side wall 9 provided on the side wall of the gate electrode 3 of each MOS transistor constituting the peripheral circuit to an appropriate film thickness.
  • dry etching used here can be performed using an RIE apparatus, for example, using C4F gas, CHF gas, or the like.
  • each of the upper insulating film 6, the intermediate insulating film 5, and the lower insulating film 4 can be selectively removed, so that the sidewalls 9 can be formed uniformly.
  • the resist film 8 on the photodiode covers only the surface of the photodiode, and the other part of the imaging element formation portion (imaging region) is exposed. It is preferable to keep it. This is because the H sintering performed to reduce the interface state generated on the semiconductor substrate 1 can be carried out more effectively.
  • the interface state on the conductor substrate 1 is one of the causes of the leakage current ( ⁇ current) in the image sensor. If the entire surface of the image sensor formation part is covered with a silicon nitride film, the H
  • an ion implantation step for forming the imaging element and the MOS transistor of the peripheral circuit after the antireflection film side wall forming step of the present embodiment Perform an implantation diffusion process and form an interlayer insulation film on it
  • a contact hole forming process for forming a contact hole in the interlayer insulating film and a metal wiring forming process for forming a metal wiring for connecting the image pickup device and the peripheral circuit through the contact hole are performed.
  • the H sintering process is performed after this metal wiring formation process.
  • a salicide process using a refractory metal such as cobalt may be used to speed up the operation of the peripheral circuit.
  • a silicon nitride film may be formed as an etching stopper under the interlayer insulating film.
  • SiN film silicon nitride film
  • the purpose of removing the silicon oxide film (upper insulating film 6) is to reduce the antireflection effect when multiple types of films having different refractive indexes are laminated on the antireflection film 7 on the photodiode. Because there is.
  • the necessary characteristics of the antireflection film 7 provided on the photodiode surface and the side wall 9 provided on the side wall of the gate electrode 3 of each MOS transistor in the peripheral circuit portion are not impaired.
  • various etching conditions such as dry etching conditions and wet etching chemicals are appropriately selected.
  • the necessary characteristics of the antireflection film 7 are transmittance and refractive index, and the necessary characteristics of the sidewall 9 are characteristics that do not adversely affect the operation characteristics of the MOS transistor.
  • the refractive index and film thickness of the lower insulating film 4, the intermediate insulating film 5 and the upper insulating film 6 need to be set in consideration of the refractive index and film thickness of the film used as an etching stopper.
  • this type of insulating film can be used other than the combination of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
  • the types of insulating films used in the method of manufacturing the solid-state imaging device include silicon oxide films and silicon nitride films. Three layers of film and silicon oxide film are stacked in this order from the bottom layer.
  • the antireflection film 7 formed on the surface of the photodiode (impurity diffusion layer 2) in the antireflection film side wall forming step of the present embodiment and The side walls 9 formed on the side walls of the gate electrode of the MOS transistor are simultaneously formed with a desired optimum film thickness with a different number of layers. This makes it High performance solid state by properly controlling the thickness of the antireflection film 7 provided on the photodiode surface and the thickness of the side wall 9 provided on the side wall of the gate electrode of the MOS transistor without increasing the manufacturing process.
  • the object of the present invention capable of manufacturing an imaging device can be achieved.
  • the refractive index and film thickness of the antireflection film 7 are two layers of the lower insulating film 4 and the intermediate insulating film 5 among the three insulating films 4 to 6 so that the reflectance is optimal or good.
  • the refractive index and film thickness can be set appropriately by controlling the refractive index and film thickness, but the antireflection film 7 is composed of two layers, a lower insulating film 4 and an intermediate insulating film 5.
  • three layers of a lower insulating film 4, an intermediate insulating film 5, and an upper insulating film 6 may be used.
  • the thickness of the side 9 can be set to an appropriate thickness by controlling the thickness of the three layers of the lower insulating film 4, the intermediate insulating film 5, and the upper insulating film 5.
  • the antireflection film 7 can be composed of two or three layers, and the sidewall 9 can be composed of three layers including two layers from the lower layer of the antireflection film 7.
  • specific examples thereof are not limited to, for example, two layers of antireflection films and three layers of sidewalls having different numbers of layers, which may be three layers as antireflection films and the same three layers as sidewalls.
  • the antireflection film 7 and the side wall 9 are formed, the antireflection film 7 can be formed in consideration of two layers, and the sidewall 9 can be formed of three layers.
  • an electronic device having the image input device such as the solid-state imaging device digital camera of the above embodiment, an image input camera, a scanner, a facsimile, or a camera-equipped mobile phone device.
  • Information devices will be described.
  • the electronic information device of the present invention is a memory such as a recording medium for recording data after performing predetermined signal processing for recording high-quality image data obtained by using the solid-state imaging device 10 of the above-described embodiment of the present invention as an imaging unit.
  • a display means such as a liquid crystal display device for displaying the image data on a display screen such as a liquid crystal display screen after performing predetermined signal processing for display of the image data, and after performing predetermined signal processing of the image data for communication It has at least one of communication means such as a transmission / reception device for performing communication processing and image output means for printing (printing) and outputting (printing out) the image data.
  • communication means such as a transmission / reception device for performing communication processing and image output means for printing (printing) and outputting (printing out) the image data.
  • the present invention relates to a solid-state imaging device such as a CMOS type image sensor or a CCD type image sensor in which a photodiode and a MOS transistor are mixedly mounted on a semiconductor substrate, a manufacturing method thereof, and a solid-state imaging device manufactured by this manufacturing method.
  • a solid-state imaging device such as a CMOS type image sensor or a CCD type image sensor in which a photodiode and a MOS transistor are mixedly mounted on a semiconductor substrate, a manufacturing method thereof, and a solid-state imaging device manufactured by this manufacturing method.
  • the anti-reflection effect on the photodiode surface is high!
  • a high-performance transistor in a peripheral circuit can be formed while suppressing an increase in the number of steps.
  • a solid-state imaging device having both an imaging element with good sensitivity and a peripheral circuit with excellent operating characteristics can be realized easily and satisfactorily at low cost.

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

明 现 曞
固䜓撮像装眮およびその補造方法、電子情報機噚
技術分野
[0001] 本発明は、半導䜓基板䞊にフォトダむオヌドず MOSトランゞスタずが混茉された CM OS型むメヌゞセンサや CCD型むメヌゞセンサなどの固䜓撮像装眮およびその補造 方法、この補造方法により䜜補された固䜓撮像装眮を、画像入力デバむスずしお撮像 カメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携垯電話装眮などの電 子情報機噚に関する。
背景技術
[0002] 近幎、この皮の埓来の固䜓撮像装眮は、付加䟡倀を高めるために、入射光を光電 倉換する耇数のフォトダむオヌドが 2次元状に配列された撮像玠子ず、その他の機胜 を備えた呚蟺回路ずが、同䞀半導䜓基板同䞀チップ)䞊に混茉されおおり、特に、 呚蟺回路の動䜜の高速化および機胜远加が進められおいる。
[0003] このような呚蟺回路の性胜向䞊に぀いおは、呚蟺回路を構成する各 MOSトランゞ スタの特性向䞊が非垞に重芁である。し力もながら、入射光を光電倉換するフォトダ ィオヌドを䞻䜓ずした撮像玠子ずその呚蟺回路ずを同䞀半導䜓基板䞊に圢成するた めには、いく぀かの課題が存圚する。そのうちの䞀぀の課題は、フォトダむオヌド圢成 のためには、特に必芁ずされない工皋力 呚蟺回路を構成する MOSトランゞスタ圢 成のために必芁になるこずである。
[0004] 具䜓的には、 MOSトランゞスタの特性を向䞊させるためには、 LDD構造を圢成す るこずが有効である。この LDD構造ずしお、チャンネル領域ず゜ヌス'ドレむン領域ずの 間に、゜ヌス'ドレむン領域よりも䜎濃床の䞍玔物が泚入された LDD (Lightly Dop ed Drain)領域が圢成されおいる。この LDD領域を圢成するためには、ゲヌト電極 偎壁にサむドりォヌルを圢成する工皋が必芁ずされる。ゲヌト電極偎壁にサむドゥォ ヌルを圢成し、ゲヌト電極およびサむドりォヌルをマスクずしお䞍玔物むオン泚入を行 うこずにより、ゲヌト電極䞋の郚分には䞍玔物が泚入されずにチャンネル領域を圢成 し、サむドりォヌル䞋の郚分には䞍玔物が䜎濃床に泚入された LDD領域を圢成し、 ゲヌト電極およびサむドりォヌルが蚭けられお!/、な!/、䞡偎の所定郚分には䞍玔物が 高濃床に泚入された゜ヌス領域およびドレむン領域を圢成する。
[0005] このようなサむドりォヌル圢成工皋は、フォトダむオヌド圢成のためには必芁ずされ ない工皋であり、これが新たに远加されるこずになる。このため、固䜓撮像装眮の補 造工皋においお、その分だけ工皋数が増加するこずになり、この結果、固䜓撮像装眮 の補造コストの増加に繋がっおいる。
[0006] この課題を解決するために、䟋えば特蚱文献 1には、フォトダむオヌド衚面ぞの反 射防止膜の圢成ず、その呚蟺回路のゲヌト電極偎壁ぞのサむドりォヌル圢成ずを同 時に行うこずによっお、工皋数の増加を抑制するこずができる固䜓撮像装眮の補造方 法が開瀺されおいる。
[0007] 以䞋に、特蚱文献 1に開瀺されおいる埓来の固䜓撮像装眮に぀いお、図 4を甚い お詳现に説明する。
[0008] 図 4は、特蚱文献 1に開瀺されおいる埓来の固䜓撮像装眮の所定途䞭補造工皋に おける撮像領域および呚蟺回路領域の各芁郚構成䟋を瀺す瞊断面図である。
[0009] 図 4においお、埓来の固䜓撮像装眮 20には、半導䜓基板 11の撮像玠子圢成郚 撮像領域に、フォトダむオヌドを構成する䞍玔物拡散局 12が 2次元状に耇数蚭けら れ、その呚蟺回路郚には、ゲヌト絶瞁膜を介しお MOSトランゞスタのゲヌト電極 13 が耇数蚭けられおいる。
[0010] この䞍玔物拡散局 12䞊にはシリコン酞化膜 14およびシリコン窒化膜 15がこの順に 蚭けられおいる。これらのシリコン酞化膜 14およびシリコン窒化膜 15により反射防止 膜 16が構成されおいる。
[0011] 䞀方、このゲヌト電極 13の偎壁にはサむドりォヌル 17が蚭けられおおり、サむドゥォ ヌル 17も、シリコン酞化膜 14およびシリコン窒化膜 15で構成されおいる。
[0012] 䞊蚘構成の埓来の固䜓撮像装眮 20の補造方法に぀いお、図 5 (a)および図 5 (b) を参照しお詳现に説明する。
[0013] 図 5 (a)および図 5 (b)は、特蚱文献 1に開瀺されおいる図 4の固䜓撮像装眮の補造 方法を説明するための所定途䞭補造工皋たでの各補造工皋を瀺す芁郚瞊断面図 である。
[0014] たず、図 5 (a)に瀺すように、半導䜓基板 11の撮像玠子圢成郚撮像領域に、フォ トダむオヌドを構成する䞍玔物拡散局 12を 2次元状に耇数圢成し、その半導䜓基板 11の呚蟺回路圢成郚には、各 MOSトランゞスタのゲヌト電極 13を耇数圢成する。こ の埌に、これらの䞍玔物拡散局 12およびゲヌト電極 13䞊を芆うようにシリコン酞化膜 14およびシリコン窒化膜 15をこの順に積局する。
[0015] 次に、このフォトダむオヌド䞍玔物拡散局 12)䞊のシリコン酞化膜 14およびシリコ ン窒化膜 15を芆うように、図瀺しないレゞスト膜を成膜し、これを所定パタヌンに圢成 し、このパタヌンナングされたレゞスト膜で芆われおいない郚分のシリコン酞化膜 14 およびシリコン窒化膜 15に異方性ドラむ゚ッチングを遞択的に行った埌、このフォトダ ィオヌド衚面を芆ったレゞスト膜を陀去する。
[0016] その埌、図 5 (b)に瀺すように、撮像玠子の感床向䞊のためにフォトダむオヌド衚面 に圢成される、シリコン酞化膜 14およびシリコン窒化膜 15からなる反射防止膜 16ず、 その呚蟺回路のトランゞスタ特性向䞊のために、各 MOSトランゞスタのゲヌト電極 13 の偎壁に圢成される、シリコン酞化膜 14およびシリコン窒化膜 15からなるサむドゥォ ヌル 17ずを、工皋数の増加を抑えながら圢成するこずができる。
[0017] たた、特蚱文献 2には、ゲヌト絶瞁膜ずなるシリコン酞化膜ず、サむドりォヌル圢成の ために兌甚されるシリコン酞化膜およびシリコン窒化膜ず、局間絶瞁膜ずなるシリコン 窒化膜の 4局構造力 なる反射膜が圢成された固䜓撮像装眮が開瀺されおいる。こ の固䜓撮像装眮では、反射防止膜が 4局構造の堎合に、䞊蚘シリコン酞化膜ずシリコ ン窒化膜が反射防止膜ず䞀郚兌甚されお 3局構造のサむドりォヌルが圢成されおい 特蚱文献 1 :特開 2004— 228425号公報
特蚱文献 2特開 2005— 340475号公報
発明の開瀺
発明が解決しょうずする課題
[0018] しかしながら、䞊述した特蚱文献 1に開瀺された埓来の固䜓撮像装眮の補造方法 では、フォトダむオヌド衚面に蚭けられた反射防止膜 16の膜厚ず、ゲヌト電極偎壁に 蚭けられたサむドりォヌル 17の膜厚ずを独立しお制埡するこずができないずいう問題 力 る。぀たり、フォトダむオヌド衚面に蚭けられた反射防止膜 16の膜厚は、シリコン 酞化膜 14ずシリコン窒化膜 15の膜厚によっお制埡され、ゲヌト電極 13の偎壁に蚭け られたサむドりォヌル 17の膜厚も、これず同様に、シリコン酞化膜 14ずシリコン窒化膜 15の膜厚によっお制埡されるから、互いに異なる反射防止膜 16ずサむドりォヌル 17 ずの各膜厚を独立しお最適に制埡するこずができない。
[0019] このフォトダむオヌド衚面に蚭けられる反射防止膜 16は、撮像玠子ぞの入射光がフ オトダむオヌド衚面で反射されるこずなく取り蟌たれるように堆積されるものであり、そ の膜質 (透過率および屈折率)や膜厚を適正に蚭定するこずによっお、高感床の撮像 玠子が埗られ埗る。たた、その呚蟺回路のトランゞスタにおいおは、ゲヌト電極 13の 偎壁に圢成されたサむドりォヌル 17の膜厚を適正に蚭定しお LDD構造を粟床良く 圢成するこずにより、高性胜なトランゞスタが埗られる。このこず力 、䞊蚘問題を解決 するこずは、固䜓撮像装眮の性胜を向䞊させるために重芁な課題である。
[0020] 特蚱文献 2の堎合にも、互いに異なる反射防止膜 16ずサむドりォヌル 17ずの各膜 厚を独立しお最適膜厚にそれぞれ制埡するこずができない。
[0021] 本発明は、䞊蚘埓来の問題を解決するもので、耇数のフォトダむオヌドが配列され た撮像玠子ず、 MOSトランゞスタを備えた呚蟺回路ずが混茉された固䜓撮像装眮を 補造する際に、補造工皋を増加させるこずなぐフォトダむオヌド衚面に蚭けられた反 射防止膜の膜厚および MOSトランゞスタのゲヌト電極偎壁に蚭けられたサむドゥォ 䞀ル厚を適正に制埡しお、高性胜な固䜓撮像装眮を䜜補するこずができる固䜓撮像 装眮の補造方法、この補造方法により補造された固䜓撮像装眮および、この補造方 法により補造された固䜓撮像装眮を撮像郚に甚いた電子情報機噚を提䟛するこずを 目癜勺ずする。
課題を解決するための手段
[0022] 本発明の固䜓撮像装眮の補造方法は、フォトダむオヌド衚面に圢成される反射防 止膜ず MOSトランゞスタのゲヌト電極偎壁に圢成されるサむドりォヌルずをそれぞれ 、異なる積局数の所望の最適膜厚で同時に圢成する反射防止膜 ·サむドりォヌル圢 成工皋を有するものであり、そのこずにより䞊蚘目的が達成される。 [0023] 本発明の固䜓撮像装眮の補造方法は、半導䜓基板䞊に、入射光を光電倉換する 耇数のフォトダむオヌドが配列された撮像玠子ず、 MOSトランゞスタを有する呚蟺回 路ずが混茉された固䜓撮像装眮の補造方法にお!/、お、撮像玠子圢成郚および呚蟺 回路圢成郚に、該フォトダむオヌド衚面に圢成される反射防止膜ず該 MOSトランゞス タのゲヌト電極偎壁に圢成されるサむドりォヌルずの各膜厚がそれぞれ最適な膜厚 になるように絶瞁膜を 3局積局し、該 3局から、該反射防止膜および該サむドりォヌル を圢成する反射防止膜 ·サむドりォヌル圢成工皋を有するものであり、そのこずにより 䞊蚘目的が達成される。
[0024] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における反射防止膜は 2å±€ たたは 3局で構成され、前蚘サむドりォヌルは䞋局からの該 2局を含む 3局で構成さ れおいる。
[0025] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における反射防止膜 ·サむ ドりオヌル圢成工皋は、前蚘フォトダむオヌド䞊の 3局の絶瞁膜を芆うようにフォトリ゜ グラフィ䞀によりレゞスト膜を所定パタヌンに圢成し、異方性ドラむ゚ッチングにより該 レゞスト膜で被芆された領域以倖の 3局の絶瞁膜を陀去するこずにより前蚘反射防止 膜および前蚘サむドりォヌルを圢成する。
[0026] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における 3局のうち、䞋局 絶瞁膜および䞭間局絶瞁膜の 2局の屈折率および膜厚を制埡するこずにより前蚘反 射防止膜の屈折率および膜厚を制埡するず共に、該䞋局絶瞁膜および該䞭間局絶 瞁膜、䞊局絶瞁膜の 3局の膜厚を制埡するこずにより前蚘サむドりォヌルの膜厚を制 埡する。
[0027] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における反射防止膜を、前 蚘フォトダむオヌドぞの入射光の反射を抑制可胜な屈折率および膜厚構成に蚭定 する。
[0028] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法におけるサむドりォヌルを、 前蚘 MOSトランゞスタの LDD構造圢成に最適な膜厚に蚭定する。
[0029] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における 3局ずしお、シリコ ン酞化膜、シリコン窒化膜およびシリコン酞化膜を䞋局からこの順に積局する。 [0030] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における 3局を、プラズマ C
VD装眮たたは枛圧 CVD装眮を甚いお堆積する。
[0031] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における反射防止膜を、前 蚘フォトダむオヌドが配列された撮像玠子圢成郚の党面ではなくその䞀郚であっお、 少なくずも該フォトダむオヌドの衚面を芆うように圢成する。
[0032] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における反射防止膜 ·サむ ドりオヌル圢成工皋埌に、前蚘 3局のうち、最䞊局絶瞁膜を゚ッチングにより陀去す
[0033] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法においお、前蚘゚ッチング を行う際に、前蚘反射防止膜および前蚘サむドりォヌルの必芁特性を損なわないよう に、か぀、前蚘 3局のうち、䞭間局絶瞁膜の膜枛りが生じないように、ドラむ゚ッチング 条件たたはり゚ット゚ッチングの薬液を遞択する。
[0034] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における反射防止膜 ·サむ ドりオヌル圢成工皋埌に、前蚘フォトダむオヌド䞊および前蚘 MOSトランゞスタ䞊に 局間絶瞁膜を圢成し、該局間絶瞁膜に蚭けられたコンタ倖ホヌルを介しお前蚘撮 像玠子ず前蚘呚蟺回路ずを電気的に接続する金属配線を圢成する。
[0035] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における局間絶瞁膜䞋に、 前蚘コンタクトホヌル圢成時の゚ッチングストッパヌずしお、前蚘 3局の最䞊局絶瞁膜 、たたは該最䞊局絶瞁膜䞊に該最䞊局絶瞁膜ずは異なる材料からなる絶瞁膜を圢成 する。
[0036] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法においお、前蚘゚ッチング ストッパヌずしお機胜する絶瞁膜の屈折率および膜厚を考慮しお、反射防止機胜が 最適になるように前蚘 3局の屈折率および膜厚を蚭定する。
[0037] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法においお、前蚘シリコン酞 化膜の膜厚が lOnmの堎合に、前蚘シリコン窒化膜が 50nm以䞊 70nm以䞋の最適 膜厚に蚭定する。たた、前蚘シリコン酞化膜の膜厚が lOnmの堎合に、前蚘シリコン 窒化膜が 40nm以䞊 70nm以䞋の膜厚に蚭定しおもよい。
[0038] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法においお、前蚘シリコン酞 化膜の膜厚が 30nmの堎合に、前蚘シリコン窒化膜が 20nm以䞊 35nm以䞋の最適 膜厚に蚭定する。
[0039] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法においお、前蚘シリコン酞 化膜の膜厚が 50nmの堎合に、前蚘シリコン窒化膜が lOnm以䞊 20nm以䞋の最適 膜厚に蚭定する。
[0040] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法においお、前蚘シリコン酞 化膜の膜厚が 5nm以䞊 50nm以䞋の堎合に、前蚘シリコン窒化膜が lOnm以䞊 80 nm以䞋に蚭定する。より奜たしくは、前蚘シリコン酞化膜の膜厚が lOnm以䞊 30nm 以䞋の堎合に、前蚘シリコン窒化膜が 30nm以䞊 70nm以䞋に蚭定する。
[0041] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法においお、前蚘シリコン酞 化膜の膜厚が 10nm± 5nmの堎合に、前蚘シリコン窒化膜が 50nm土 lOnmに蚭定 する。なお、以䞊の絶瞁膜の膜厚は、絶瞁膜の屈折率をも考慮しお、反射防止機胜 が最適たたは良奜になるように蚭定される。
[0042] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法においお、前蚘フォトダむォ ヌド䞊および前蚘 MOSトランゞスタ䞊に局間絶瞁膜を圢成し、該局間絶瞁膜の膜厚 を 300應〜 1000應に蚭定する。
[0043] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における反射防止膜の必 芁特性は透過率および屈折率であり、前蚘サむドりォヌルの必芁特性は前蚘 MOSト ランゞスタの動䜜特性に悪圱響を䞎えない特性である。
[0044] さらに、奜たしくは、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法における呚蟺回路は、前蚘 撮像玠子を駆動制埡するための駆動制埡回路ず、前蚘撮像玠子からの撮像信号を 衚瀺信号に倉換するための信号凊理を行う信号凊理回路の少なくずもいずれかであ
[0045] 本発明の固䜓撮像装眮は、本発明の䞊蚘固䜓撮像装眮の補造方法により補造さ れたものであり、そのこずにより䞊蚘目的が達成される。
[0046] 本発明の電子情報機噚は、本発明の䞊蚘固䜓撮像装眮の補造方法により補造さ れた固䜓撮像装眮を撮像郚に甚いたものであり、そのこずにより䞊蚘目的が達成され [0047] 䞊蚘構成により、以䞋に、本発明の䜜甚に぀いお説明する。
[0048] 本発明にあっおは、フォトダむオヌド衚面に蚭けられる反射防止膜ず、 MOSトランゞ スタのゲヌト電極偎壁に蚭けられるサむドりォヌルずをそれぞれ、異なる積局数の所 望の最適膜厚で同時に圢成する。
[0049] 反射防止膜の屈折率および膜厚は、 3局の絶瞁膜のうち、䞋局絶瞁膜ず䞭間局絶 瞁膜の 2局の屈折率および膜厚を制埡するこずにより適正な屈折率および膜厚に蚭 定する。たた、サむドりォヌルの膜厚は、䞋局絶瞁膜、䞭間局絶瞁膜および䞊局絶瞁 膜の 3局の膜厚を制埡するこずにより適正な膜厚に蚭定する。これによ぀お、互いに 異なる反射防止膜ずサむドりォヌルずの各膜厚を独立しお最適膜厚にそれぞれ制埡 するこず力 S可倉 ずなる。
[0050] 撮像玠子においおフォトダむオヌド衚面に蚭けられる反射防止膜を、反射防止効 果が高い屈折率および膜厚に蚭定するこずによっお、高感床のフォトダむオヌドを圢 成するこず力 S可胜ずなる。たた、呚蟺回路においお MOSトランゞスタのゲヌト電極偎 壁に蚭けられるサむドりォヌルを適正な膜厚に蚭定するこずによっお、 LDD領域を粟 床良く圢成しお高性胜なトランゞスタを圢成するこずが可胜ずなる。これらにより、感床 が良奜な撮像玠子ず、動䜜特性に優れた呚蟺回路を兌ね備えた固䜓撮像装眮を実 珟するこずが可胜ずなる。
[0051] 3局の絶瞁膜ずしお、固䜓撮像装眮の補造方法で甚いる䟋えばシリコン酞化膜、シ リコン窒化膜およびシリコン酞化膜をこの順に積局する。
[0052] シリコン窒化膜を甚いた堎合、反射防止膜は、フォトダむオヌドが配列された撮像 玠子圢成郚の党面ではなぐ䞀郚に圢成するこずが奜たしい。シリコン窒化膜で党面 が芆われおいるず、半導䜓基板䞊で発生する界面準䜍を䜎枛させるために行われる Hシンタヌ凊理シリコンのダングリングボンドを無くすための氎玠化凊理時に、氎
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玠むオンが遮蔜されるからである。
[0053] さらに、局間絶瞁膜のコンタクトホヌル圢成時に゚ッチングストッパヌずしお局間絶 瞁膜䞋にシリコン窒化膜を圢成する堎合には、フォトダむオヌド衚面に反射防止膜を 圢成した埌、最䞊局絶瞁膜のシリコン酞化膜を陀去するこずが奜たしい。フォトダむォ ヌド衚面の反射防止膜䞊に屈折率が異なる倚皮類の膜が積局されるず、反射防止 効果が䜎䞋するこずがあるからである。
発明の効果
[0054] 以䞊により、本発明によれば、フォトダむオヌド衚面の反射防止効果が高い反射防 止膜ず、呚蟺回路の高性胜なトランゞスタずを、工皋増加を抑制しながら圢成するこず ができる。これにより、感床が良奜な撮像玠子ず、動䜜特性に優れた呚蟺回路ずを兌 ね備えた固䜓撮像装眮を䜎コストで容易か぀良奜に実珟するこずができる。
図面の簡単な説明
[0055] [図 1]本発明の実斜圢態に係る固䜓撮像装眮の所定途䞭補造工皋における撮像領 域および呚蟺回路領域の各芁郚構成䟋を瀺す瞊断面図である。
[図 2] (a)〜(c)は、図 1の固䜓撮像装眮の補造方法を説明するための所定途䞭補造 工皋たでの各補造工皋を瀺す芁郚瞊断面図である。
[図 3]本発明の実斜圢態に係る固䜓撮像装眮の補造方法においお、䞋局絶瞁膜で あるシリコン酞化膜ず䞭間局絶瞁膜であるシリコン窒化膜ずの各膜厚を倉化させた堎 合に぀!/、お、入射光の反射率の倉化を瀺すグラフである。
[図 4]埓来の固䜓撮像装眮の所定途䞭補造工皋における撮像領域および呚蟺回路 領域の各芁郚構成䟋を瀺す瞊断面図である。
[図 5] (a)および (b)は、図 4の固䜓撮像装眮の補造方法を説明するための所定途䞭 補造工皋たでの各補造工皋を瀺す芁郚瞊断面図である。
笊号の説明
[0056] 1 半導䜓基板
2 䞍玔物拡散局
3 ゲヌト電極
4 シリコン酞化膜 (䞋局絶瞁膜
5 シリコン窒化膜䞭間局絶瞁膜
6 シリコン酞化膜 (䞊局絶瞁膜
7 反射防止膜
8 レゞスト膜
9 サむドりォヌル 10 固䜓撮像装眮
発明を実斜するための最良の圢態
[0057] 以䞋に、本発明の固䜓撮像装眮の補造方法の実斜圢態に぀いお、図面を参照し ながら説明する。
[0058] 図 1は、本発明の実斜圢態に係る固䜓撮像装眮の途䞭補造工皋における撮像領 域および呚蟺回路領域の各芁郚構成䟋を瀺す瞊断面図である。
[0059] 図 1に瀺すように、撮像玠子圢成郚撮像領域の半導䜓基板 1の衚面郚にフォトダ ィオヌドを構成する䞍玔物拡散局 2が耇数 2次元状に蚭けられおいる。たた、撮像領 域の呚蟺回路領域に、各 MOSトランゞスタのゲヌト電極 3が耇数蚭けられおいる。こ の堎合、呚蟺回路は、撮像玠子を駆動制埡するための駆動制埡回路ず、この撮像玠 子から埗られ撮像信号を衚瀺信号に倉換するための信号凊理を行う信号凊理回路 の少なくずもいずれかである。
[0060] 各フォトダむオヌド衚面䞊にそれぞれ、最適な膜厚に圢成された 3局の絶瞁膜 4〜 6からなる反射防止膜 7が蚭けられおいるが、ここでは、反射防止膜 7の反射防止機 胜は䞋局からの 2局で決たるため、この 2局の膜厚で反射防止膜 7の膜厚を蚭定すれ ばよい。たた、そのゲヌト電極 3の偎壁に、最適な膜厚に圢成された 3局の絶瞁膜 4 〜6からなるサむドりォヌル 9が蚭けられおいる。よっお、サむドりォヌル 9の膜厚はこ の 3局の絶瞁膜 4〜6により蚭定すればよい。
[0061] このように、反射防止膜 ·サむドりォヌル圢成工皋によっお、フォトダむオヌド衚面に 圢成される反射防止膜 7ず MOSトランゞスタのゲヌト電極 3の偎壁に圢成されるサむ ドりオヌル 9ずをそれぞれ、異なる積局数の所望の最適膜厚で同時に圢成される。
[0062] 以䞊により、図 1の途䞭補造工皋における瞊断面構成を経お、半導䜓基板 1䞊に、 入射光を光電倉換する耇数のフォトダむオヌドが配列された撮像玠子ず、 MOSトラン ゞスタを有する呚蟺回路ずが混茉された本実斜圢態の固䜓撮像装眮 10が補造され
[0063] 䞊蚘構成の固䜓撮像装眮 10の補造方法に぀いお、図 2 (a)〜図 2 (c)を甚いお説 明する。
[0064] 図 2 (a)〜図 2 (c)は、図 1の固䜓撮像装眮の途䞭補造工皋に至る各補造工皋を説 明するための芁郚瞊断面図である。
[0065] たず、図 2 (a)に瀺すように、半導䜓基板 1の撮像玠子圢成郚撮像領域に、フォト ダむオヌドを構成する䞍玔物拡散局 2を 2次元状に耇数配列しお圢成し、その呚蟺 回路圢成領域 (呚蟺回路郚にゲヌト絶瞁膜を介しお耇数の MOSトランゞスタのゲ ヌト電極 3を圢成する。撮像玠子圢成郚では、フォトダむオヌドの䞍玔物拡散局 2を 圢成するために、むオン泚入工皋や熱凊理工皋を経おゥ゚ル圢成などが行われる。 たた、呚蟺回路圢成郚では、 STIなどによる玠子分離圢成や、埌述するサむドりォヌ ル圢成埌に LDD䞍玔物拡散局圢成などが行われる。なお、これらの工皋の詳现に ぀いおは、埓来技術ず同様に行うこずができるため、ここではその詳现な説明を省略 する。
[0066] 次に、図 2 (b)に瀺すように、撮像玠子圢成郚の各フォトダむオヌドの䞍玔物拡散局
2の衚面フォトダむオヌド衚面および呚蟺回路圢成郚の各ゲヌト電極 3䞊を芆うよう に 3局の絶瞁膜 4〜6を順次積局する。
[0067] これらの 3局の絶瞁膜 4〜6においお、フォトダむオヌド衚面に圢成される反射防止 膜 7ずしお、䞋局絶瞁膜 4ず䞭間局絶瞁膜 5の屈折率が重芁になる。
[0068] ここで、図 3に、絶瞁膜 4〜6のうち、䞋局絶瞁膜である䞋局シリコン酞化膜ず、䞭間 局絶瞁膜である䞭間局シリコン窒化膜の各膜厚を倉化させた堎合の入射光の反射 率の倉化を瀺しおいる。
[0069] 図 3の暪軞は䞭間局シリコン窒化膜䞭間局絶瞁膜 5)の膜厚を瀺し、図 3の瞊軞は 、䞭間局絶瞁膜 5)の膜厚に応じた入射光の反射率を瀺しおいる。たた、黒䞞はその 䞋局シリコン酞化膜 (䞋局絶瞁膜 4)の膜厚を lOnmに蚭定した堎合、黒四角は䞋局 シリコン酞化膜 (䞋局絶瞁膜 4)の膜厚を 30nmに蚭定した堎合、黒菱圢は䞋局シリコ ン酞化膜 (䞋局絶瞁膜 4)の膜厚を 50nmに蚭定した堎合をそれぞれ瀺しお!/、る。
[0070] 図 3に瀺すように、䞋局絶瞁膜 4ず䞭間局絶瞁膜 5の 2局の膜厚構成によっお、入射 光の反射率が倧きく倉動するこずが分かる。このため、入射光の反射率が䜎くなるよう な䞋局絶瞁膜 4ず䞭間局絶瞁膜 5ずの膜厚の組合せを遞択するこずによっお、良奜な 反射防止効果を埗るこずができる。
[0071] フォトダむオヌド䞍玔物拡散局 2)衚面に効率よく光を入射させるこずは、固䜓撮像 装眮にずっおは極めお重芁である。なお、図 3では、埌述する局間絶瞁膜の膜厚を 5 30nm (通垞 200nm〜 1 OOOnmの膜厚範囲局間絶瞁膜の膜厚は反射防止効果に ほずんど圱響を䞎えないずした堎合の䞀䟋を瀺しおいる力 この局間絶瞁膜䞊およ びその䞭における金属配線の倚局化などによっお様々な構造が甚いられるため、そ れらの構造に応じお反射防止膜の膜皮 (屈折率)や膜厚を蚭定するこずができる。 本実斜圢態では、䞋局絶瞁膜 4ずしおシリコン酞化膜を 10nm、䞭間局絶瞁膜 5ずし おシリコン窒化膜の膜厚を 50nm以䞊 70nm以䞋、䞊局絶瞁膜 6ずしおシリコン酞化 膜を 40nm、いずれも枛圧 CVD (LP— CVD)装眮を甚いお積局した。たた、䞋局絶 瞁膜 4ずしおシリコン酞化膜を 30nm、䞭間局絶瞁膜 5ずしおシリコン窒化膜を 20nm 以䞊 35nm以䞋で、䞊局絶瞁膜 6ずしおシリコン酞化膜を 40nm、いずれも枛圧 CVD (LP— CVD)装眮を甚いお積局した。さらにここでは瀺しおいないが、䞋局絶瞁膜 4 ずしおシリコン酞化膜を 50nm、䞭間局絶瞁膜 5ずしおシリコン窒化膜を lOnm以䞊 20 nm以䞋で、䞊局絶瞁膜 6ずしおシリコン酞化膜を 40nm、いずれも枛圧 CVD (LP— CVD)装眮を甚いお積局した。これらの堎合に、反射防止膜 7では、䞋局絶瞁膜 4 ( シリコン酞化膜)ず䞭間局絶瞁膜 5 (シリコン窒化膜)ずの最適膜厚の組合せによっお 最適な反射防止効果 (反射率が略 0パヌセントが埗られる。これは屈折率が 2. 0た たは 2. 0皋床の堎合である。さらに、シリコン酞化膜 (ここでは䞋局絶瞁膜 4)の膜厚 が 5nm以䞊 50nm以䞋の堎合に、シリコン窒化膜 (ここでは䞭間局絶瞁膜 5)が 10η m以䞊 80nm以䞋に蚭定すれば、反射率が 0〜5パヌセント皋床のより良奜な反射 防止効果が埗られる。より奜たしくは、シリコン酞化膜 (ここでは䞋局絶瞁膜 4)の膜厚 力 S lOnm以䞊 30nm以䞋の堎合に、シリコン窒化膜 (ここでは䞭間局絶瞁膜 5)が 30 nm以䞊 70nm以䞋に蚭定する。ここで、膜厚は薄いほど、工数が少なく他に悪圱響 を及がしにくいので、最も補造に適した膜厚は、䞋局絶瞁膜 4ずしおシリコン酞化膜を 10nm、䞭間局絶瞁膜 5ずしおシリコン窒化膜の膜厚を 50nmである。これを䞭心倀に 考え、その誀差を十分に考慮に入れるず、䞋局絶瞁膜 4ずしおシリコン酞化膜を 10η m± 5nm、䞭間局絶瞁膜 5ずしおシリコン窒化膜の膜厚を 50nm± lOnmである。な お、圓然ながら、以䞊の絶瞁膜の膜厚ほたは膜厚範囲は、絶瞁膜の屈折率をも考 慮しお、反射防止機胜が最適たたはより良奜になるように蚭定される。 [0073] 次に、図 2 (c)に瀺すように、フォトリ゜グラフィ䞀によりフォトダむオヌド䞍玔物拡散 å±€ 2)衚面䞊の反射防止膜 7を芆うようにレゞスト膜 8を圢成し、レゞスト膜 8で芆われ おレ、な!/、郚分 (呚蟺回路郚を含む郚分の 3局のシリコン酞化膜䞋局絶瞁膜 4)、シ リコン窒化膜䞭間局絶瞁膜 5)およびシリコン酞化膜 (䞊局絶瞁膜 6)に異方性ドラむ ゚ッチングを行った埌、フォトダむオヌド䞊方のレゞスト膜 8を陀去する。
[0074] これにより、撮像玠子圢成郚では、フォトダむオヌド衚面に撮像玠子の感床を向䞊 させるための反射防止膜 7が残るように圢成される。これず同時に、呚蟺回路圢成郚 では、異方性゚ッチングにより絶瞁膜 4〜6が゚ッチングされお、ゲヌト電極 3の偎壁 にトランゞスタ特性を向䞊させる LDD領域圢成のためのサむドりォヌル 9が圢成され 、これによ぀お、工皋数の増加を抑制するこずができる。
[0075] LDD構造の MOSトランゞスタにおいお、この MOSトランゞスタのゲヌト電極 3の偎 壁に圢成されるサむドりォヌル 9は、゜ヌス'ドレむン領域をむオン泚入により圢成する 際に、ゲヌト電極 3からのオフセット領域LDD領域を圢成するためのマスクずなる ため、その膜厚が LDD領域になるため重芁になる。よっお、 3局の絶瞁膜 4〜6の総 膜厚を、必芁ずされる最適なサむドりォヌル 9の膜厚 (ゲヌト電極 3からのオフセット幅  LDD領域に蚭定するこずができる。
[0076] たた、サむドりォヌル 9では、䞋局絶瞁膜 4ずしおのシリコン酞化膜ず、䞭間局絶瞁膜 5ずしおのシリコン窒化膜ず、䞊局絶瞁膜 6ずしおシリコン酞化膜ずの 3局によっお LDD 構造を䜜補するために必芁な膜厚ずするこずができる。なお、これらの絶瞁膜 4〜6は 、枛圧 CVD装眮に限らず、 CVD装眮により堆積するこずもできる。
[0077] 以䞊のように、フォトダむオヌド䞍玔物拡散局 2)衚面に蚭けられる反射防止膜 7ず しお必芁な屈折率および膜厚を䞋局絶瞁膜 4ず䞭間局絶瞁膜 5の 2局により、たた、 その呚蟺回路郚を構成する各 MOSトランゞスタのゲヌト電極 3の偎壁に蚭けられる サむドりォヌル 9ずしお必芁な膜厚を䞋局絶瞁膜 4、䞭間局絶瞁膜 5および䞊局絶瞁 膜 6の 3局により、それぞれ独立しお良奜な膜厚に制埡するこずが可胜ずなる。
[0078] したがっお、本実斜圢態によれば、撮像領域の耇数のフォトダむオヌド䞍玔物拡 散局 2)ずその呚蟺回路領域の各 MOSトランゞスタが混茉された固䜓撮像装眮 10に おいお、フォトダむオヌド衚面の反射防止膜 7ず、 MOSトランゞスタのゲヌト電極 3の 偎壁に蚭けられるサむドりォヌル 9ずを、 3局の絶瞁膜 4〜6を積局しおフォトリ゜グラフ ィ䞀ずドラむ゚ッチングにより同時に同䞀工皋で圢成する。具䜓的には、反射防止膜 7 は、反射防止効果が高くなるように䞋局絶瞁膜 3ず䞭間局絶瞁膜 4の屈折率および膜 厚を最適に制埡し、か぀、サむドりォヌル 9は、 LDD領域を粟床良く圢成できるように 䞋局絶瞁膜 4、䞭間局絶瞁膜 5および䞊局絶瞁膜 6の膜厚を最適に制埡すればよ!/ボ 。これによ぀お、各フォトダむオヌド衚面に蚭けられる反射防止膜 7を、反射防止効果 が高い屈折率および膜厚に蚭定するこずによっお、高感床のフォトダむオヌドを圢成 できる。たた、呚蟺回路を構成する各 MOSトランゞスタのゲヌト電極 3の偎壁に蚭け られるサむドりォヌル 9を、適切な膜厚に蚭定しお、高性胜なトランゞスタを圢成するこ ずができる。このように、補造工皋を増加させるこずなぐフォトダむオヌド衚面の反射 防止膜 7ず MOSトランゞスタのゲヌト電極のサむドりォヌル 9ずの膜厚を適正に制埡 するこずにより、感床が良奜な撮像玠子ず、動䜜特性に優れた呚蟺回路ずを兌ね備え た固䜓撮像装眮 10を、同䞀半導䜓基板 1 (同䞀チップ)䞊に䜎コストで容易か぀良 奜に実珟するこずができる。
[0079] なお、䞊蚘実斜圢態では、特に説明しなかった力、ここで甚いるドラむ゚ッチングは 、 RIE装眮などを甚いお行うこずができ、䟋えば C4Fガスや CH Fガスなどを甚いる
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こずにより、䞊局絶瞁膜 6、䞭間局絶瞁膜 5および䞋局絶瞁膜 4のそれぞれを遞択的 に陀去するこずができるため、サむドりォヌル 9を均䞀に圢成するこずが可胜である。
[0080] たた、䞊蚘実斜圢態では、特に説明しなかったが、フォトダむオヌド䞊のレゞスト膜 8 は、フォトダむオヌド衚面のみを芆い、撮像玠子圢成郚撮像領域の他の郚分は露 出させおおくこずが奜たしい。これは、半導䜓基板 1䞊で発生する界面準䜍を䜎枛さ せるために行われる Hシンタヌをより効果的に実斜するこずができるからである。半
2
導䜓基板 1䞊の界面準䜍は、撮像玠子においおリヌク電流喑電流が発生する原 因の䞀぀であり、撮像玠子圢成郚党面をシリコン窒化膜により被芆するず、 Hシンタ
2 䞀時に氎玠むオンを遮蔜しおしたうからである。
[0081] さらに、䞊蚘実斜圢態では、特に説明しなかったが、本実斜圢態の反射防止膜 'サ むドりォヌル圢成工皋埌に、撮像玠子および呚蟺回路の MOSトランゞスタを圢成す るためのむオン泚入工皋や泚入拡散工皋を行い、その䞊に局間絶瞁膜を圢成しお 局間絶瞁膜にコンタクトホヌルを圢成するコンタクトホヌル圢成工皋や、このコンタク トホヌルを介した撮像玠子ず呚蟺回路ずを接続する金属配線を圢成する金属配線圢 成工皋などを行う。䞊蚘 Hシンタヌ工皋は、この金属配線圢成工皋埌などに行われ
2
る。さらに、呚蟺回路の動䜜を高速化するために、コバルトなどの高融点金属を甚い たサリサむドプロセスを甚いおもよい。
[0082] 䞊蚘コンタクトホヌル圢成工皋においお、局間絶瞁膜䞋に゚ッチングストッパヌずし おシリコン窒化膜 (SiN膜)を圢成するこずがある。この堎合、䞊蚘フォトダむオヌド衚 面の反射防止膜圢成埌に、最䞊局の絶瞁膜であるシリコン酞化膜 (䞊局絶瞁膜 6)を 陀去するこずが奜たしい。このように、シリコン酞化膜䞊局絶瞁膜 6)を陀去する目的 は、フォトダむオヌド䞊の反射防止膜 7䞊に屈折率が異なる倚皮類の膜が積局される ず、反射防止効果が䜎䞋するこずがあるためである。
[0083] このシリコン酞化膜䞊局絶瞁膜 6)を陀去する方法ずしおは、ドラむ゚ッチングゃゥ ゚ツト゚ッチングを甚いるこずができる。この際に、フォトダむオヌド衚面に蚭けられた 反射防止膜 7や、その呚蟺回路郚の各 MOSトランゞスタのゲヌト電極 3の偎壁に蚭 けられたサむドりォヌル 9に必芁な特性が損なわれないように、シリコン窒化膜䞭間 局絶瞁膜 5)の膜枛りを防ぐために、ドラむ゚ッチング条件やり゚ット゚ッチングの薬液 などの各皮゚ッチング条件を適切に遞択する。反射防止膜 7の必芁特性ずしおは透 過率および屈折率であり、サむドりォヌル 9の必芁特性は MOSトランゞスタの動䜜特 性に悪圱響を䞎えない特性である。さらに、゚ッチングストッパヌずしお甚いられる膜 の屈折率や膜厚を考慮しお、䞋局絶瞁膜 4、䞭間局絶瞁膜 5および䞊局絶瞁膜 6の 屈折率や膜厚を蚭定する必芁があるこずは蚀うたでもない。なお、この絶瞁膜の皮類 は、シリコン酞化膜ずシリコン窒化膜の組み合わせ以倖にも可胜である力 ここでは、 固䜓撮像装眮の補造方法で甚いられる絶瞁膜の皮類ずしお、シリコン酞化膜、シリコ ン窒化膜およびシリコン酞化膜の 3局を、䞋局からこの順に積局しおいる。
[0084] さらに、䞊蚘実斜圢態では、特に説明しなかったが、本実斜圢態の反射防止膜 'サ むドりォヌル圢成工皋においお、フォトダむオヌド䞍玔物拡散局 2)衚面に圢成され る反射防止膜 7ず MOSトランゞスタのゲヌト電極偎壁に圢成されるサむドりォヌル 9ず をそれぞれ、異なる積局数の所望の最適膜厚で同時に圢成する。これによ぀お、補 造工皋を増加させるこずなぐフォトダむオヌド衚面に蚭けられた反射防止膜 7の膜厚 および MOSトランゞスタのゲヌト電極偎壁に蚭けられたサむドりォヌル 9の厚さを適 正に制埡しお、高性胜な固䜓撮像装眮を䜜補するこずができる本発明の目的を達成 できる。この堎合、反射防止膜 7の屈折率および膜厚は、反射率を最適たたは良奜 にするように、 3局の絶瞁膜 4〜6のうち、䞋局絶瞁膜 4ず䞭間局絶瞁膜 5の 2局の屈 折率および膜厚を制埡するこずにより適正な屈折率および膜厚に蚭定するこずができ るが、反射防止膜 7ずしお、䞋局絶瞁膜 4ず䞭間局絶瞁膜 5の 2局であっおも、䞋局絶 瞁膜 4、䞭間局絶瞁膜 5および䞊局絶瞁膜 6の 3局であっおもよい。たた、サむドゥォ ヌル 9の膜厚は、䞋局絶瞁膜 4、䞭間局絶瞁膜 5および䞊局絶瞁膜 5の 3局の膜厚を 制埡するこずにより適正な膜厚に蚭定するこずができる。したがっお、反射防止膜 7を 2局たたは 3局で構成でき、サむドりォヌル 9を反射防止膜 7の䞋局からの 2局を含む 3局で構成するこずができる。芁するに、その具䜓䟋ずしお、䟋えば反射防止膜ずしお 3局、サむドりォヌルずしお同じ 3局であっおもよぐ互いに異なる積局数の 2局の反射 防止膜ず 3局のサむドりォヌルに限定されない。芁するに、反射防止膜 7ずサむドゥォ ヌル 9の圢成時に、反射防止膜 7は 2局を考慮しお圢成でき、サむドりォヌル 9の膜厚 は 3局により圢成できるずいうだけのこずである。
[0085] さらに、䞊蚘実斜圢態では、特に説明しなかったが、䞊蚘実斜圢態の固䜓撮像装 ゞタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携垯電話装眮など の画像入力デバむスを有した電子情報機噚に぀いお説明する。本発明の電子情報 機噚は、本発明の䞊蚘実斜圢態の固䜓撮像装眮 10を撮像郚に甚いお埗た高品䜍 な画像デヌタを蚘録甚に所定の信号凊理した埌にデヌタ蚘録する蚘録メディアなど のメモリ郚ず、この画像デヌタを衚瀺甚に所定の信号凊理した埌に液晶衚瀺画面な どの衚瀺画面䞊に衚瀺する液晶衚瀺装眮などの衚瀺手段ず、この画像デヌタを通信 甚に所定の信号凊理をした埌に通信凊理する送受信装眮などの通信手段ず、この画 像デヌタを印刷印字しお出力プリントアりトする画像出力手段ずのうちの少なくず もいずれかを有しおいる。
[0086] 以䞊のように、本発明の奜たしい実斜圢態を甚いお本発明を䟋瀺しおきた力、本発 明は、この実斜圢態に限定しお解釈されるべきものではない。本発明は、特蚱請求 の範囲によっおのみその範囲が解釈されるべきであるこずが理解される。圓業者は、 本発明の具䜓的な奜たしい実斜圢態の蚘茉から、本発明の蚘茉および技術垞識に 基づいお等䟡な範囲を実斜するこずができるこずが理解される。本明现曞においお匕 甚した特蚱、特蚱出願および文献は、その内容自䜓が具䜓的に本明现曞に蚘茉さ れおいるのず同様にその内容が本明现曞に察する参考ずしお揎甚されるべきであるこ ずが理解される。
産業䞊の利甚可胜性
本発明は、半導䜓基板䞊にフォトダむオヌドず MOSトランゞスタずが混茉された CM OS型むメヌゞセンサや CCD型むメヌゞセンサなどの固䜓撮像装眮およびその補造 方法、この補造方法により䜜補された固䜓撮像装眮を、画像入力デバむスずしお撮像 カメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携垯電話装眮などの電 子情報機噚の分野にぉレ、お、フォトダむオヌド衚面の反射防止効果が高!、反射防止 膜ず、呚蟺回路の高性胜なトランゞスタずを、工皋増加を抑制しながら圢成するこずが できる。これにより、感床が良奜な撮像玠子ず、動䜜特性に優れた呚蟺回路ずを兌ね 備えた固䜓撮像装眮を䜎コストで容易か぀良奜に実珟するこずができる。

Claims

請求の範囲
[1] フォトダむオヌド衚面に圢成される反射防止膜ず MOSトランゞスタのゲヌト電極偎 壁に圢成されるサむドりォヌルずをそれぞれ、異なる積局数の所望の最適膜厚で同 時に圢成する反射防止膜'サむドりォヌル圢成工皋を有する固䜓撮像装眮の補造方 法。
[2] 半導䜓基板䞊に、入射光を光電倉換する耇数のフォトダむオヌドが配列された撮 像玠子ず、 MOSトランゞスタを有する呚蟺回路ずが混茉された固䜓撮像装眮の補造 方法においお、
撮像玠子圢成郚および呚蟺回路圢成郚に、該フォトダむオヌド衚面に圢成される 反射防止膜ず該 MOSトランゞスタのゲヌト電極偎壁に圢成されるサむドりォヌルずの 各膜厚がそれぞれ最適な膜厚になるように絶瞁膜を 3局積局し、該 3局から、該反射 防止膜および該サむドりォヌルを圢成する反射防止膜 ·サむドりォヌル圢成工皋を有 する固䜓撮像装眮の補造方法。
[3] 前蚘反射防止膜は 2局たたは 3局で構成され、前蚘サむドりォヌルは䞋局からの該 2局を含む 3局で構成されおいる請求項 1たたは 2に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方 法。
[4] 前蚘反射防止膜 ·サむドりォヌル圢成工皋は、前蚘フォトダむオヌド䞊の 3局の絶瞁 膜を芆うようにフォトリ゜グラフィ䞀によりレゞスト膜を所定パタヌンに圢成し、異方性ド ラむ゚ッチングにより該レゞスト膜で被芆された領域以倖の 3局の絶瞁膜を陀去するこ ずにより前蚘反射防止膜および前蚘サむドりォヌルを圢成する請求項 1〜3のいずれ かに蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[5] 前蚘 3局のうち、䞋局絶瞁膜および䞭間局絶瞁膜の 2局の屈折率および膜厚を制 埡するこずにより前蚘反射防止膜の屈折率および膜厚を制埡するず共に、該䞋局絶 瞁膜および該䞭間局絶瞁膜、䞊局絶瞁膜の 3局の膜厚を制埡するこずにより前蚘サ むドりォヌルの膜厚を制埡する請求項 2〜4のいずれかに蚘茉の固䜓撮像装眮の補 造方法。
[6] 前蚘反射防止膜を、前蚘フォトダむオヌドぞの入射光の反射を抑制可胜な屈折率 および膜厚構成に蚭定する請求項 1、 2、 4および 5のいずれかに蚘茉の固䜓撮像装 眮の補造方法。
[7] 前蚘サむドりォヌルを、前蚘 MOSトランゞスタの LDD構造圢成に最適な膜厚に蚭 定する請求項 1、 2、 4および 5のいずれかに蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[8] 前蚘 3局ずしお、シリコン酞化膜、シリコン窒化膜およびシリコン酞化膜を䞋局からこ の順に積局する請求項 2〜5のいずれかに蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[9] 前蚘 3局を、プラズマ CVD装眮たたは枛圧 CVD装眮を甚いお堆積する請求項 2〜
5および 8のいずれかに蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[10] 前蚘反射防止膜を、前蚘フォトダむオヌドが配列された撮像玠子圢成郚の党面で はなくその䞀郚であっお、少なくずも該フォトダむオヌドの衚面を芆うように圢成する請 求項;!〜 6のいずれかに蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[11] 前蚘反射防止膜 ·サむドりォヌル圢成工皋埌に、前蚘 3局のうち、最䞊局絶瞁膜を ゚ッチングにより陀去する請求項 2、 4、 5および 8のいずれかに蚘茉の固䜓撮像装眮 の補造方法。
[12] 前蚘゚ッチングを行う際に、前蚘反射防止膜および前蚘サむドりォヌルの必芁特性 を損なわないように、か぀、前蚘 3局のうち、䞭間局絶瞁膜の膜枛りが生じないように 、ドラむ゚ッチング条件たたはり゚ット゚ッチングの薬液を遞択する請求項 4たたは 11 に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[13] 前蚘反射防止膜 ·サむドりォヌル圢成工皋埌に、前蚘フォトダむオヌド䞊および前 蚘 MOSトランゞスタ䞊に局間絶瞁膜を圢成し、該局間絶瞁膜に蚭けられたコンタクト ホヌルを介しお前蚘撮像玠子ず前蚘呚蟺回路ずを電気的に接続する金属配線を圢 成する請求項 2に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[14] 前蚘局間絶瞁膜䞋に、前蚘コンタクトホヌル圢成時の゚ッチングストッパヌずしお、 前蚘 3局の最䞊局絶瞁膜、たたは該最䞊局絶瞁膜䞊に該最䞊局絶瞁膜ずは異なる 材料からなる絶瞁膜を圢成する請求項 13に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[15] 前蚘゚ッチングストッパヌずしお機胜する絶瞁膜の屈折率および膜厚を考慮しお、 反射防止機胜が最適になるように前蚘 3局の屈折率および膜厚を蚭定する請求項 1 4に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[16] 前蚘シリコン酞化膜の膜厚が 10nmの堎合に、前蚘シリコン窒化膜が 50nm以䞊 7 Onm以䞋の最適膜厚に蚭定する請求項 8に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[17] 前蚘シリコン酞化膜の膜厚が 30nmの堎合に、前蚘シリコン窒化膜が 20nm以䞊 3
5nm以䞋の最適膜厚に蚭定する請求項 8に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[18] 前蚘シリコン酞化膜の膜厚が 50nmの堎合に、前蚘シリコン窒化膜が lOnm以䞊 2
Onm以䞋の最適膜厚に蚭定する請求項 8に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[19] 前蚘シリコン酞化膜の膜厚が 5nm以䞊 50nm以䞋の堎合に、前蚘シリコン窒化膜 力 S lOnm以䞊 80nm以䞋に蚭定する請求項 8に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[20] 前蚘シリコン酞化膜の膜厚が 1 Onm ± 5nmの堎合に、前蚘シリコン窒化膜が 50η m± lOnmに蚭定する請求項 8に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[21] 前蚘フォトダむオヌド䞊および前蚘 MOSトランゞスタ䞊に局間絶瞁膜を圢成し、該 局間絶瞁膜の膜厚を 300nm〜1000nmに蚭定する請求項 16〜20のいずれかに 蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[22] 前蚘反射防止膜の必芁特性は透過率および屈折率であり、前蚘サむドりォヌルの 必芁特性は前蚘 MOSトランゞスタの動䜜特性に悪圱響を䞎えない特性である請求 項 12に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[23] 前蚘呚蟺回路は、前蚘撮像玠子を駆動制埡するための駆動制埡回路ず、前蚘撮 像玠子からの撮像信号を衚瀺信号に倉換するための信号凊理を行う信号凊理回路 の少なくずもいずれかである請求項 2たたは 13に蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法。
[24] 請求項;!〜 23のいずれかに蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法により補造された固 䜓撮像装眮。
[25] 請求項;!〜 23のいずれかに蚘茉の固䜓撮像装眮の補造方法により補造された固 䜓撮像装眮を撮像郚に甚いた電子情報機噚。
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