JP2000252451A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 暗電流の抑制などのために形成される保護膜
からの入射光の反射が抑制された固体撮像装置を提供す
る。 【解決手段】 水素含有気体分子を含む雰囲気中でプラ
ズマ化学気相法により成膜された、シリコン窒化膜５
と、シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有するシリコン
窒化酸化膜４，６とが積層された多層膜を、シリコン基
板に水素を供給する保護膜２０として形成する。保護膜
２０は、好ましくは、膜厚方向において、その屈折率が
連続的に変化するように形成される。
からの入射光の反射が抑制された固体撮像装置を提供す
る。 【解決手段】 水素含有気体分子を含む雰囲気中でプラ
ズマ化学気相法により成膜された、シリコン窒化膜５
と、シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有するシリコン
窒化酸化膜４，６とが積層された多層膜を、シリコン基
板に水素を供給する保護膜２０として形成する。保護膜
２０は、好ましくは、膜厚方向において、その屈折率が
連続的に変化するように形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
するものであり、さらに詳しくは、暗電流を抑制する水
素の供給源などとして機能する保護膜が形成された固体
撮像装置とその製造方法に関するものである。
するものであり、さらに詳しくは、暗電流を抑制する水
素の供給源などとして機能する保護膜が形成された固体
撮像装置とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像装置には、画素部や回路部の保
護のために、通常、保護膜が形成される。保護膜は、固
体撮像装置特有の問題である暗電流を抑制するための水
素の供給源としても利用される。保護膜に含まれる水素
は、加熱を伴う工程においてシリコン基板へと拡散し、
シリコンのダングリングボンドを終端する。ダングリン
グボンドが終端されると、シリコン基板における界面準
位が低下して暗電流が抑制される。
護のために、通常、保護膜が形成される。保護膜は、固
体撮像装置特有の問題である暗電流を抑制するための水
素の供給源としても利用される。保護膜に含まれる水素
は、加熱を伴う工程においてシリコン基板へと拡散し、
シリコンのダングリングボンドを終端する。ダングリン
グボンドが終端されると、シリコン基板における界面準
位が低下して暗電流が抑制される。
【０００３】保護膜としては、プラズマ化学気相法（プ
ラズマＣＶＤ法）により形成されたシリコン窒化膜が多
用されている。このシリコン窒化膜は、成膜ガスに含ま
れるＳｉＨ4やＮＨ3に起因する、放出可能な水素を含ん
でいる。シリコン窒化膜は、水素を透過しにくい特性を
有しており、一旦放出された水素をシリコン基板側に閉
じこめる障壁としても作用する。このように、シリコン
窒化膜は、固体撮像装置の保護膜として適した特性を備
えている。
ラズマＣＶＤ法）により形成されたシリコン窒化膜が多
用されている。このシリコン窒化膜は、成膜ガスに含ま
れるＳｉＨ4やＮＨ3に起因する、放出可能な水素を含ん
でいる。シリコン窒化膜は、水素を透過しにくい特性を
有しており、一旦放出された水素をシリコン基板側に閉
じこめる障壁としても作用する。このように、シリコン
窒化膜は、固体撮像装置の保護膜として適した特性を備
えている。
【０００４】一方、固体撮像装置の小型化による画素面
積の縮小は、固体撮像装置の感度を改善するための要素
技術の開発を急務としている。感度向上のための有効な
方策の一つは、固体撮像装置への入射光の反射を低減す
ることである。
積の縮小は、固体撮像装置の感度を改善するための要素
技術の開発を急務としている。感度向上のための有効な
方策の一つは、固体撮像装置への入射光の反射を低減す
ることである。
【０００５】例えば、特開平１０−２５６５１８号公報
には、シリコン窒化膜からなる保護膜と、保護膜の受光
部側に接するように形成された低反射膜とを備えた固体
撮像装置が開示されている。この固体撮像装置では、低
反射膜を形成することにより、シリコン基板からの反射
光が抑制されている。低反射膜として具体的に開示され
ている膜は、減圧ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒
化膜である。
には、シリコン窒化膜からなる保護膜と、保護膜の受光
部側に接するように形成された低反射膜とを備えた固体
撮像装置が開示されている。この固体撮像装置では、低
反射膜を形成することにより、シリコン基板からの反射
光が抑制されている。低反射膜として具体的に開示され
ている膜は、減圧ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒
化膜である。
【０００６】一般に、屈折率が異なる媒質に入射する光
線の反射は、媒質の屈折率差に応じて大きくなる。特開
平１０−２５６５１８号公報に記載されているような低
反射膜は、固体撮像装置において、基板上方に形成され
る膜よりも屈折率が高いシリコン基板からの反射を抑制
する効果を奏する。
線の反射は、媒質の屈折率差に応じて大きくなる。特開
平１０−２５６５１８号公報に記載されているような低
反射膜は、固体撮像装置において、基板上方に形成され
る膜よりも屈折率が高いシリコン基板からの反射を抑制
する効果を奏する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、基板上方に
積層される膜の屈折率も一様ではなく、特に保護膜とし
て形成されるシリコン窒化膜の屈折率は、シリコン窒化
膜に隣接して形成される膜の屈折率よりも相対的に高
い。このため、シリコン基板からの反射のみならず、保
護膜からの反射も、固体撮像装置の感度改善には問題と
なる。しかし、保護膜からの反射が問題だからといって
保護膜の形成を省略すると、暗電流が低減できず、素子
の信頼性も維持できない。
積層される膜の屈折率も一様ではなく、特に保護膜とし
て形成されるシリコン窒化膜の屈折率は、シリコン窒化
膜に隣接して形成される膜の屈折率よりも相対的に高
い。このため、シリコン基板からの反射のみならず、保
護膜からの反射も、固体撮像装置の感度改善には問題と
なる。しかし、保護膜からの反射が問題だからといって
保護膜の形成を省略すると、暗電流が低減できず、素子
の信頼性も維持できない。
【０００８】そこで、本発明は、暗電流の抑制などに有
効な保護膜が形成された構成を有しながらも、保護膜か
らの入射光の反射が抑制された固体撮像装置とその製造
方法を提供することを目的とする。
効な保護膜が形成された構成を有しながらも、保護膜か
らの入射光の反射が抑制された固体撮像装置とその製造
方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の固体撮像装置は、半導体基板内に形
成された受光部の上方に、水素含有気体分子を含む雰囲
気においてプラズマＣＶＤ法により成膜された、シリコ
ン窒化膜と前記シリコン窒化膜よりも屈折率が低い膜と
が積層された多層膜を備えていることを特徴とする。
め、本発明の第１の固体撮像装置は、半導体基板内に形
成された受光部の上方に、水素含有気体分子を含む雰囲
気においてプラズマＣＶＤ法により成膜された、シリコ
ン窒化膜と前記シリコン窒化膜よりも屈折率が低い膜と
が積層された多層膜を備えていることを特徴とする。
【００１０】また、本発明の第２の固体撮像装置は、半
導体基板内に形成された受光部の上方に、前記半導体基
板に水素を供給するための保護膜として、シリコン窒化
膜と前記シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有する膜と
が積層された多層膜が形成されていることを特徴とす
る。
導体基板内に形成された受光部の上方に、前記半導体基
板に水素を供給するための保護膜として、シリコン窒化
膜と前記シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有する膜と
が積層された多層膜が形成されていることを特徴とす
る。
【００１１】本発明の固体撮像装置によれば、保護膜か
らの入射光の反射が抑制され、固体撮像装置の感度が向
上する。また、保護膜が形成されているために、暗電流
を抑制し、素子の信頼性を維持することもできる。
らの入射光の反射が抑制され、固体撮像装置の感度が向
上する。また、保護膜が形成されているために、暗電流
を抑制し、素子の信頼性を維持することもできる。
【００１２】本発明の固体撮像装置では、シリコン窒化
膜よりも低い屈折率を有する膜がシリコン窒化酸化膜で
あることが好ましい。
膜よりも低い屈折率を有する膜がシリコン窒化酸化膜で
あることが好ましい。
【００１３】また、本発明の固体撮像装置では、保護膜
として、シリコン窒化酸化膜からなる第１層、シリコン
窒化膜からなる第２層およびシリコン窒化酸化膜からな
る第３層が受光部側から順に積層された多層膜が形成さ
れていることがさらに好ましい。この好ましい膜構成に
よれば、反射光を効果的に抑制できる。
として、シリコン窒化酸化膜からなる第１層、シリコン
窒化膜からなる第２層およびシリコン窒化酸化膜からな
る第３層が受光部側から順に積層された多層膜が形成さ
れていることがさらに好ましい。この好ましい膜構成に
よれば、反射光を効果的に抑制できる。
【００１４】この場合、各層は、第１層および第３層が
それぞれ９５ｎｍ〜１９５ｎｍの厚さを有し、第２層が
１９０ｎｍ〜３９０ｎｍの厚さを有することが好まし
い。このような厚さを備えた多層膜であれば、可視光域
（波長：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）における反射光をさ
らに低減できる。第１層および第３層の膜厚はさらに好
ましくは１２０ｎｍ〜１５０ｎｍである。また、第２層
の膜厚はさらに好ましくは２５０ｎｍ〜３００ｎｍであ
る。
それぞれ９５ｎｍ〜１９５ｎｍの厚さを有し、第２層が
１９０ｎｍ〜３９０ｎｍの厚さを有することが好まし
い。このような厚さを備えた多層膜であれば、可視光域
（波長：３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）における反射光をさ
らに低減できる。第１層および第３層の膜厚はさらに好
ましくは１２０ｎｍ〜１５０ｎｍである。また、第２層
の膜厚はさらに好ましくは２５０ｎｍ〜３００ｎｍであ
る。
【００１５】また、本発明の固体撮像装置では、シリコ
ン窒化酸化膜における窒素および酸素に対する窒素の含
有率が、膜厚方向において、シリコン窒化膜に近づくに
つれて高くなることが好ましい。シリコン窒化酸化膜
は、シリコン窒化膜と接する面において、シリコン窒化
膜と連続した組成を有するように形成されていることが
好ましい。
ン窒化酸化膜における窒素および酸素に対する窒素の含
有率が、膜厚方向において、シリコン窒化膜に近づくに
つれて高くなることが好ましい。シリコン窒化酸化膜
は、シリコン窒化膜と接する面において、シリコン窒化
膜と連続した組成を有するように形成されていることが
好ましい。
【００１６】また、本発明の固体撮像装置では、シリコ
ン窒化膜よりも低い屈折率を有する膜における屈折率
が、膜厚方向において、シリコン窒化膜に近づくにつれ
て高くなることが好ましい。この膜における屈折率は、
シリコン窒化膜と接する面において、シリコン窒化膜の
屈折率と連続した屈折率を有するように形成されている
ことが好ましい。
ン窒化膜よりも低い屈折率を有する膜における屈折率
が、膜厚方向において、シリコン窒化膜に近づくにつれ
て高くなることが好ましい。この膜における屈折率は、
シリコン窒化膜と接する面において、シリコン窒化膜の
屈折率と連続した屈折率を有するように形成されている
ことが好ましい。
【００１７】また、本発明の固体撮像装置では、保護膜
の屈折率が、膜厚方向において、連続的に変化している
ことが好ましい。
の屈折率が、膜厚方向において、連続的に変化している
ことが好ましい。
【００１８】また、本発明の固体撮像装置では 保護膜
が、受光部以外への外部光の入射を遮蔽するための遮
光膜を覆うように形成された絶縁膜、または前記絶縁
膜上に形成された平坦化膜、の上に形成されていること
が好ましい。
が、受光部以外への外部光の入射を遮蔽するための遮
光膜を覆うように形成された絶縁膜、または前記絶縁
膜上に形成された平坦化膜、の上に形成されていること
が好ましい。
【００１９】本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導
体基板内に形成された受光部の上方に、前記半導体基板
に水素を供給するための保護膜として、シリコン窒化膜
と前記シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有する膜と
を、水素含有気体分子を含む同一チャンバー内におい
て、プラズマＣＶＤ法により連続して成膜する工程を含
むことを特徴とする。
体基板内に形成された受光部の上方に、前記半導体基板
に水素を供給するための保護膜として、シリコン窒化膜
と前記シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有する膜と
を、水素含有気体分子を含む同一チャンバー内におい
て、プラズマＣＶＤ法により連続して成膜する工程を含
むことを特徴とする。
【００２０】本発明の製造方法によれば、保護膜からの
入射光の反射が抑制され、感度が向上した固体撮像装置
を効率良く製造できる。
入射光の反射が抑制され、感度が向上した固体撮像装置
を効率良く製造できる。
【００２１】本発明の固体撮像装置の製造方法では、チ
ャンバー内に窒素含有気体分子および酸素含有気体分子
を導入して、シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有する
膜として、シリコン窒化酸化膜を成膜することが好まし
い。
ャンバー内に窒素含有気体分子および酸素含有気体分子
を導入して、シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有する
膜として、シリコン窒化酸化膜を成膜することが好まし
い。
【００２２】本発明の固体撮像装置の製造方法では、チ
ャンバー内における窒素含有気体分子および酸素含有気
体分子の合計量に対する窒素含有気体分子の比率を連続
的に変化させることにより、シリコン窒化酸化膜におけ
る窒素および酸素の合計量に対する窒素の比率を、膜厚
方向において、シリコン窒化膜に近づくにつれて高くす
ることが好ましい。
ャンバー内における窒素含有気体分子および酸素含有気
体分子の合計量に対する窒素含有気体分子の比率を連続
的に変化させることにより、シリコン窒化酸化膜におけ
る窒素および酸素の合計量に対する窒素の比率を、膜厚
方向において、シリコン窒化膜に近づくにつれて高くす
ることが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい形態を図
面に基づいて説明する。図１は、本発明の固体撮像装置
の一形態の受光部付近を拡大して示す断面図である。
面に基づいて説明する。図１は、本発明の固体撮像装置
の一形態の受光部付近を拡大して示す断面図である。
【００２４】この固体撮像装置では、ｎ型シリコン基板
１５に形成されたｐ型ウェル層１２の表面に、受光部１
３が形成されている。受光部１３は、シリコン基板の表
面に縦横に配列される画素ごとに形成される。また、ｐ
型ウェル層１２の表面には、受光部１３の光電変換機能
により生じた電荷を転送するために、受光部１３に隣接
して電荷転送部１４が形成されている。シリコン基板の
表面は、ゲート絶縁膜１１により覆われている。
１５に形成されたｐ型ウェル層１２の表面に、受光部１
３が形成されている。受光部１３は、シリコン基板の表
面に縦横に配列される画素ごとに形成される。また、ｐ
型ウェル層１２の表面には、受光部１３の光電変換機能
により生じた電荷を転送するために、受光部１３に隣接
して電荷転送部１４が形成されている。シリコン基板の
表面は、ゲート絶縁膜１１により覆われている。
【００２５】ゲート絶縁膜１１上には、ゲート電極１０
が所定のパターンを描くように形成されている。ゲート
電極１０は第１の絶縁膜９により覆われている。第１の
絶縁膜９上には、受光部１３上方が開口部となるよう
に、遮光膜８が形成されている。遮光膜８は、受光部１
３以外の領域に入射しようとする外部からの光線を遮蔽
する。さらに、これらの膜全体を覆うように、第２の絶
縁膜７が形成される。第２の絶縁膜７上には保護膜２０
が形成される。保護膜２０上には、平坦化膜３、カラー
フィルター層２、オンチップマイクロレンズ１がこの順
に形成される。
が所定のパターンを描くように形成されている。ゲート
電極１０は第１の絶縁膜９により覆われている。第１の
絶縁膜９上には、受光部１３上方が開口部となるよう
に、遮光膜８が形成されている。遮光膜８は、受光部１
３以外の領域に入射しようとする外部からの光線を遮蔽
する。さらに、これらの膜全体を覆うように、第２の絶
縁膜７が形成される。第２の絶縁膜７上には保護膜２０
が形成される。保護膜２０上には、平坦化膜３、カラー
フィルター層２、オンチップマイクロレンズ１がこの順
に形成される。
【００２６】保護膜２０以外の各構成部分は、従来から
用いられてきた方法により製造することができる。シリ
コン基板内の受光部１３や電荷転送部１４は、イオン注
入法により作製される。ゲート絶縁膜１１は、シリコン
基板の熱酸化により形成される。ゲート電極１０は、成
膜したポリシリコン膜をエッチングすることにより形成
される。第１の絶縁膜９としては、例えば、ゲート電極
を酸化して形成したシリコン酸化膜に、減圧ＣＶＤ法に
よりＴＥＯＳ（tetraethylorthosilicate）を熱分解し
て形成したシリコン酸化膜を積層して形成される。遮光
膜８としては、タングステンシリサイド膜、タングステ
ン膜などを用いることができる。第２の絶縁膜７として
は、例えばボロン、リンなどの不純物をドープした、プ
ラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化膜を用いることがで
きる。
用いられてきた方法により製造することができる。シリ
コン基板内の受光部１３や電荷転送部１４は、イオン注
入法により作製される。ゲート絶縁膜１１は、シリコン
基板の熱酸化により形成される。ゲート電極１０は、成
膜したポリシリコン膜をエッチングすることにより形成
される。第１の絶縁膜９としては、例えば、ゲート電極
を酸化して形成したシリコン酸化膜に、減圧ＣＶＤ法に
よりＴＥＯＳ（tetraethylorthosilicate）を熱分解し
て形成したシリコン酸化膜を積層して形成される。遮光
膜８としては、タングステンシリサイド膜、タングステ
ン膜などを用いることができる。第２の絶縁膜７として
は、例えばボロン、リンなどの不純物をドープした、プ
ラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化膜を用いることがで
きる。
【００２７】また、平坦化膜３は、例えばアクリル系樹
脂を用いて形成することができる。カラーフィルタ層２
は、染料や顔料を分散した樹脂材料を用いて形成され
る。オンチップマイクロレンズ１は、例えばフェノール
系の樹脂などを用いて形成される。オンチップマイクロ
レンズ１は、受光部に対応するように分割された樹脂層
を加熱することによりドーム形状へと成形される。
脂を用いて形成することができる。カラーフィルタ層２
は、染料や顔料を分散した樹脂材料を用いて形成され
る。オンチップマイクロレンズ１は、例えばフェノール
系の樹脂などを用いて形成される。オンチップマイクロ
レンズ１は、受光部に対応するように分割された樹脂層
を加熱することによりドーム形状へと成形される。
【００２８】以下、保護層２０について説明する。本実
施形態では、第１の絶縁膜７上に保護膜２０が形成され
ている。この保護膜２０は、第１の保護膜６、第２の保
護膜５、第３の保護膜４の三層がこの順に積層されて構
成されている。第１の保護膜６および第３の保護層４
は、プラズマＣＶＤ法により成膜されたシリコン窒化酸
化膜（以下「ｐ−ＳｉＯＮ膜」という）である。第２の
保護膜５はプラズマＣＶＤ法により成膜されたシリコン
窒化膜（以下「ｐ−ＳｉＮ膜」という）である。
施形態では、第１の絶縁膜７上に保護膜２０が形成され
ている。この保護膜２０は、第１の保護膜６、第２の保
護膜５、第３の保護膜４の三層がこの順に積層されて構
成されている。第１の保護膜６および第３の保護層４
は、プラズマＣＶＤ法により成膜されたシリコン窒化酸
化膜（以下「ｐ−ＳｉＯＮ膜」という）である。第２の
保護膜５はプラズマＣＶＤ法により成膜されたシリコン
窒化膜（以下「ｐ−ＳｉＮ膜」という）である。
【００２９】ｐ−ＳｉＮ膜は、好ましくはＳｉvＮw（た
だし、０．７５≦ｖ／ｗ≦１．２５）で表示される組成
を有する。この組成であればＳｉのダングリングボンド
が存在するアモルファス状態であり、その結果、Ｓｉと
水素との結合の形成が容易となって暗電流抑制の効果が
ある。また、この膜の屈折率は、Ｓｉ／Ｎ比により多少
の差異は生じるものの、可視光域では約２．０となる。
一方、ｐ−ＳｉＯＮ膜は、好ましくはＳｉxＯyＮz（０
≦ｚ／（ｙ＋ｚ）≦１、０．７５≦ｘ／（ｙ＋ｚ）≦
１．５）で表示される組成を有する。これらの膜におい
て、Ｓｉの比率が高くなると、Ｓｉと水素との結合が増
加するが膜質が硬くなり、Ｓｉの比率が低すぎるとＳｉ
と水素との結合が減少するが膜質が柔らかくなる。この
膜の屈折率は、組成により多少の差異は生じるものの、
可視光域で１．４７〜２．０程度である。
だし、０．７５≦ｖ／ｗ≦１．２５）で表示される組成
を有する。この組成であればＳｉのダングリングボンド
が存在するアモルファス状態であり、その結果、Ｓｉと
水素との結合の形成が容易となって暗電流抑制の効果が
ある。また、この膜の屈折率は、Ｓｉ／Ｎ比により多少
の差異は生じるものの、可視光域では約２．０となる。
一方、ｐ−ＳｉＯＮ膜は、好ましくはＳｉxＯyＮz（０
≦ｚ／（ｙ＋ｚ）≦１、０．７５≦ｘ／（ｙ＋ｚ）≦
１．５）で表示される組成を有する。これらの膜におい
て、Ｓｉの比率が高くなると、Ｓｉと水素との結合が増
加するが膜質が硬くなり、Ｓｉの比率が低すぎるとＳｉ
と水素との結合が減少するが膜質が柔らかくなる。この
膜の屈折率は、組成により多少の差異は生じるものの、
可視光域で１．４７〜２．０程度である。
【００３０】図１に示したように、２層のｐ−ＳｉＯＮ
膜によりｐ−ＳｉＮ膜を挟持すれば、ｐ−ＳｉＮ膜の界
面における屈折率の変化は緩和され、保護膜からの反射
は抑制される。また、各層の膜厚を上記に例示した好ま
しい範囲に調整すれば、保護膜からの反射はさらに抑制
される。
膜によりｐ−ＳｉＮ膜を挟持すれば、ｐ−ＳｉＮ膜の界
面における屈折率の変化は緩和され、保護膜からの反射
は抑制される。また、各層の膜厚を上記に例示した好ま
しい範囲に調整すれば、保護膜からの反射はさらに抑制
される。
【００３１】ｐ−ＳｉＯＮ膜の組成を、膜厚方向におい
て連続的に変化させれば、保護膜からの反射はさらに効
果的に抑制される。図２に、このようなｐ−ＳｉＯＮ膜
を備えた固体撮像装置における受光部上方の膜構成（図
１におけるＡ−Ａ’断面）とこの膜構成における屈折率
変化を示す。なお、図２では、保護層以外の各層を、上
記に例示した代表的な材料により構成した場合の屈折率
変化を示している。
て連続的に変化させれば、保護膜からの反射はさらに効
果的に抑制される。図２に、このようなｐ−ＳｉＯＮ膜
を備えた固体撮像装置における受光部上方の膜構成（図
１におけるＡ−Ａ’断面）とこの膜構成における屈折率
変化を示す。なお、図２では、保護層以外の各層を、上
記に例示した代表的な材料により構成した場合の屈折率
変化を示している。
【００３２】図２に示した形態では、ｐ−ＳｉＯＮ膜
４，６は、ｐ−ＳｉＮ膜５に近づくにつれて屈折率が高
くなるように形成されている。具体的には、ｐ−ＳｉＯ
Ｎ膜４，６では、ｐ−ＳｉＮ膜５に近づくにつれて、窒
素および酸素の合計量に対する窒素の比率（ｚ／（ｙ＋
ｚ））が高くなっている。ｐ−ＳｉＯＮ膜４，６は、ｐ
−ＳｉＮ膜５に接する部分では、実質的に、ｐ−ＳｉＮ
膜の組成（酸素を実質的に含有しない組成；ｚ／（ｙ＋
ｚ）＝１）となるように成膜されている。
４，６は、ｐ−ＳｉＮ膜５に近づくにつれて屈折率が高
くなるように形成されている。具体的には、ｐ−ＳｉＯ
Ｎ膜４，６では、ｐ−ＳｉＮ膜５に近づくにつれて、窒
素および酸素の合計量に対する窒素の比率（ｚ／（ｙ＋
ｚ））が高くなっている。ｐ−ＳｉＯＮ膜４，６は、ｐ
−ＳｉＮ膜５に接する部分では、実質的に、ｐ−ＳｉＮ
膜の組成（酸素を実質的に含有しない組成；ｚ／（ｙ＋
ｚ）＝１）となるように成膜されている。
【００３３】一方、ｐ−ＳｉＯＮ膜４，６は、ｐ−Ｓｉ
Ｎ膜５から見て反対側の端部において最も低い屈折率を
有する。図２に示した形態では、ｐ−ＳｉＯＮ膜６は、
この反対側の端部で、第２の絶縁膜７であるシリコン酸
化膜と接している。この端部において、ｐ−ＳｉＯＮ膜
６は、実質的に、シリコン酸化膜の組成（窒素を実質的
に含有しない組成；ｚ／（ｙ＋ｚ）＝０）となるように
成膜されている。
Ｎ膜５から見て反対側の端部において最も低い屈折率を
有する。図２に示した形態では、ｐ−ＳｉＯＮ膜６は、
この反対側の端部で、第２の絶縁膜７であるシリコン酸
化膜と接している。この端部において、ｐ−ＳｉＯＮ膜
６は、実質的に、シリコン酸化膜の組成（窒素を実質的
に含有しない組成；ｚ／（ｙ＋ｚ）＝０）となるように
成膜されている。
【００３４】また、ｐ−ＳｉＯＮ膜４は、ｐ−ＳｉＮ膜
５から見て反対側の端部で、平坦化膜３であるアクリル
系樹脂膜と接している。この端部においても、ｐ−Ｓｉ
ＯＮ膜４は、実質的に、シリコン酸化膜の組成（窒素を
実質的に含有しない組成；ｚ／（ｙ＋ｚ）＝０）となる
ように成膜されている。アクリル系樹脂の屈折率はシリ
コン酸化膜の屈折率にほぼ等しいため、図２に示したよ
うに、この端部においても、屈折率はほぼ連続的に変化
している。
５から見て反対側の端部で、平坦化膜３であるアクリル
系樹脂膜と接している。この端部においても、ｐ−Ｓｉ
ＯＮ膜４は、実質的に、シリコン酸化膜の組成（窒素を
実質的に含有しない組成；ｚ／（ｙ＋ｚ）＝０）となる
ように成膜されている。アクリル系樹脂の屈折率はシリ
コン酸化膜の屈折率にほぼ等しいため、図２に示したよ
うに、この端部においても、屈折率はほぼ連続的に変化
している。
【００３５】このように、ｐ−ＳｉＯＮ膜４，６および
ｐ−ＳｉＮ膜５からなる保護膜は、保護膜内部のみなら
ず、保護膜と隣接する膜との間にもほぼ連続した屈折率
の分布を有するように構成されている。具体的には、図
２に示したように、シリコン基板側から、屈折率１．４
７のシリコン酸化膜の層１１，９，７、屈折率が１．４
７から２．０へと漸増するｐ−ＳｉＯＮ膜６、屈折率が
２．０のｐ−ＳｉＮ膜５、屈折率が２．０から１．４７
へと漸減するｐ−ＳｉＯＮ膜４、屈折率が１．４９程度
の樹脂層がこの順に形成されている。このような屈折率
分布により、この固体撮像装置では、保護膜からの反射
が効果的に抑制されている。
ｐ−ＳｉＮ膜５からなる保護膜は、保護膜内部のみなら
ず、保護膜と隣接する膜との間にもほぼ連続した屈折率
の分布を有するように構成されている。具体的には、図
２に示したように、シリコン基板側から、屈折率１．４
７のシリコン酸化膜の層１１，９，７、屈折率が１．４
７から２．０へと漸増するｐ−ＳｉＯＮ膜６、屈折率が
２．０のｐ−ＳｉＮ膜５、屈折率が２．０から１．４７
へと漸減するｐ−ＳｉＯＮ膜４、屈折率が１．４９程度
の樹脂層がこの順に形成されている。このような屈折率
分布により、この固体撮像装置では、保護膜からの反射
が効果的に抑制されている。
【００３６】なお、図１には、保護膜２０が絶縁膜７上
に形成された態様を示したが、保護膜２０の形成箇所は
特に限定されず、例えば平坦化膜３上に形成してもよ
い。平坦化膜３上に形成する場合には、平坦化膜３上に
配置されるアルミ配線上に形成しても構わない。
に形成された態様を示したが、保護膜２０の形成箇所は
特に限定されず、例えば平坦化膜３上に形成してもよ
い。平坦化膜３上に形成する場合には、平坦化膜３上に
配置されるアルミ配線上に形成しても構わない。
【００３７】ｐ−ＳｉＯＮ膜４，６およびｐ−ＳｉＮ５
膜は、ＳｉＨ4、ＮＨ3のような水素含有気体分子を含む
雰囲気中でのプラズマＣＶＤ法により成膜される。この
ため、これらの膜は、膜中に水素を含有した膜として成
膜される。水素は、保護膜成膜後に行われる加熱を伴う
工程で放出され、シリコン基板表面上のダングリングボ
ンドを終端する。ダングリングボンドが終端されると、
シリコン基板内の界面順位が低下して暗電流が抑制され
る。ｐ−ＳｉＮ膜は、放出された水素をシリコン基板側
に閉じこめる障壁としても機能する。また、これらの膜
は、ＮＨ3、Ｎ2、Ｎ2Ｏのような窒素含有気体分子を含
む雰囲気において成膜される。さらに、ｐ−ＳｉＯＮ膜
は、Ｎ2Ｏのような酸素含有気体分子を含む雰囲気にお
いて成膜される。
膜は、ＳｉＨ4、ＮＨ3のような水素含有気体分子を含む
雰囲気中でのプラズマＣＶＤ法により成膜される。この
ため、これらの膜は、膜中に水素を含有した膜として成
膜される。水素は、保護膜成膜後に行われる加熱を伴う
工程で放出され、シリコン基板表面上のダングリングボ
ンドを終端する。ダングリングボンドが終端されると、
シリコン基板内の界面順位が低下して暗電流が抑制され
る。ｐ−ＳｉＮ膜は、放出された水素をシリコン基板側
に閉じこめる障壁としても機能する。また、これらの膜
は、ＮＨ3、Ｎ2、Ｎ2Ｏのような窒素含有気体分子を含
む雰囲気において成膜される。さらに、ｐ−ＳｉＯＮ膜
は、Ｎ2Ｏのような酸素含有気体分子を含む雰囲気にお
いて成膜される。
【００３８】次に、プラズマＣＶＤ法による保護膜２０
の形成方法について説明する。保護膜２０のｐ−ＳｉＯ
Ｎ膜４，６およびｐ−ＳｉＮ５膜は、同一チャンバー内
において成膜ガスの流量比を変えながら成膜することが
できる。このように成膜すれば、連続的な屈折率分布を
実現しやすい。
の形成方法について説明する。保護膜２０のｐ−ＳｉＯ
Ｎ膜４，６およびｐ−ＳｉＮ５膜は、同一チャンバー内
において成膜ガスの流量比を変えながら成膜することが
できる。このように成膜すれば、連続的な屈折率分布を
実現しやすい。
【００３９】図３〜図６に、成膜ガスの流量比の制御例
（図３〜図５）および印加電圧（図６）の例を示す。こ
の例では、成膜ガスとして、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3、
Ｎ2およびＨｅが用いられている。ＳｉＨ4はＳｉとＨと
の供給源であり、Ｎ2ＯはＮとＯとの供給源であり、Ｎ
Ｈ3はＮとＨとの供給源である。Ｎ2およびＨｅは希釈ガ
スであるが、Ｎ2はＮの供給源としても作用する。
（図３〜図５）および印加電圧（図６）の例を示す。こ
の例では、成膜ガスとして、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3、
Ｎ2およびＨｅが用いられている。ＳｉＨ4はＳｉとＨと
の供給源であり、Ｎ2ＯはＮとＯとの供給源であり、Ｎ
Ｈ3はＮとＨとの供給源である。Ｎ2およびＨｅは希釈ガ
スであるが、Ｎ2はＮの供給源としても作用する。
【００４０】図３に示したように、ＳｉＨ4の流量は保
護膜を成膜する期間でほぼ一定とされる。なお、ＮＨ3
およびＨｅの流量も、図示は省略するが図３に示したよ
うに、ほぼ一定の流量で供給される。
護膜を成膜する期間でほぼ一定とされる。なお、ＮＨ3
およびＨｅの流量も、図示は省略するが図３に示したよ
うに、ほぼ一定の流量で供給される。
【００４１】一方、Ｎ2Ｏは、ｐ−ＳｉＮ膜の形成時に
は供給されず、ｐ−ＳｉＯＮ膜の形成時には所定の割合
で連続的に増加または減少するように供給される。さら
に具体的には、図４に示したように、ｐ−ＳｉＯＮ膜６
の成膜時において、Ｎ2Ｏは、ｐ−ＳｉＮ膜５に近づく
ほど少なくなるように供給され、ｐ−ＳｉＮ膜側の端部
では供給が停止される。Ｎ2Ｏは唯一のＯ供給源である
ため、Ｎ2Ｏの供給を停止するとｐ−ＳｉＯＮ膜への酸
素の供給も停止される。一方、ｐ−ＳｉＯＮ膜４の成膜
時において、Ｎ2Ｏは、ｐ−ＳｉＮ膜５から離れるほど
多くなるように供給される。
は供給されず、ｐ−ＳｉＯＮ膜の形成時には所定の割合
で連続的に増加または減少するように供給される。さら
に具体的には、図４に示したように、ｐ−ＳｉＯＮ膜６
の成膜時において、Ｎ2Ｏは、ｐ−ＳｉＮ膜５に近づく
ほど少なくなるように供給され、ｐ−ＳｉＮ膜側の端部
では供給が停止される。Ｎ2Ｏは唯一のＯ供給源である
ため、Ｎ2Ｏの供給を停止するとｐ−ＳｉＯＮ膜への酸
素の供給も停止される。一方、ｐ−ＳｉＯＮ膜４の成膜
時において、Ｎ2Ｏは、ｐ−ＳｉＮ膜５から離れるほど
多くなるように供給される。
【００４２】図５に示したように、Ｎ2は、ｐ−ＳｉＮ
膜およびｐ−ＳｉＯＮ膜の形成時において、それぞれ所
定の量が供給される。Ｎ2の供給量を調整することによ
り、膜中の窒素の含有率が調整される。
膜およびｐ−ＳｉＯＮ膜の形成時において、それぞれ所
定の量が供給される。Ｎ2の供給量を調整することによ
り、膜中の窒素の含有率が調整される。
【００４３】図６に示したように電圧を印加して各膜を
成膜することにより、保護膜２０は、成膜ガスの調整の
ための時間を挟みながらも、同一チャンバー内において
連続的に積層される。
成膜することにより、保護膜２０は、成膜ガスの調整の
ための時間を挟みながらも、同一チャンバー内において
連続的に積層される。
【００４４】図７〜図９は、成膜時間に代えて保護膜の
厚さを採用したときの各成膜ガスの供給量の変化を示し
た図である。図１０は、上記方法により成膜される保護
膜の膜厚方向の屈折率変化を示す図である。
厚さを採用したときの各成膜ガスの供給量の変化を示し
た図である。図１０は、上記方法により成膜される保護
膜の膜厚方向の屈折率変化を示す図である。
【００４５】プラズマＣＶＤ法により形成する膜の組成
の調整方法は、上記方法に限られない。例えばＳｉＨ4
の流量を変化させて膜中のＯとＮとの比率を制御するこ
ともできる。ただし、ＳｉＨ4の流量により膜組成を調
整する場合、ＳｉＨ4の流量を高くし過ぎると、Ｓｉの
含有率が高くなりすぎて膜質が堅くなる。
の調整方法は、上記方法に限られない。例えばＳｉＨ4
の流量を変化させて膜中のＯとＮとの比率を制御するこ
ともできる。ただし、ＳｉＨ4の流量により膜組成を調
整する場合、ＳｉＨ4の流量を高くし過ぎると、Ｓｉの
含有率が高くなりすぎて膜質が堅くなる。
【００４６】上記のように、保護膜は、水素含有気体分
子（ＳｉＨ4、ＮＨ3など）および酸素含有分子（Ｎ
2Ｏ）を適宜供給しながら実施する、プラズマＣＶＤ法
により成膜することが好ましい。
子（ＳｉＨ4、ＮＨ3など）および酸素含有分子（Ｎ
2Ｏ）を適宜供給しながら実施する、プラズマＣＶＤ法
により成膜することが好ましい。
【００４７】上記実施形態で説明したような膜構成を有
する固体撮像措置を実際に作製したところ、保護膜とし
てシリコン窒化膜のみを形成した従来の構成と比較し
て、固体撮像装置の感度を約５％改善することができ
た。
する固体撮像措置を実際に作製したところ、保護膜とし
てシリコン窒化膜のみを形成した従来の構成と比較し
て、固体撮像装置の感度を約５％改善することができ
た。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像装置において保護膜を多層化することにより、
暗電流の抑制など保護層の機能を維持しながら、保護層
からの反射を抑制することができる。また、このような
保護層を効率的に成膜することができる。
固体撮像装置において保護膜を多層化することにより、
暗電流の抑制など保護層の機能を維持しながら、保護層
からの反射を抑制することができる。また、このような
保護層を効率的に成膜することができる。
【図１】 本発明の固体撮像装置の一形態の断面図であ
る。
る。
【図２】 図１に示した固体撮像装置の膜構成（Ａ−
Ａ’断面）、およびこの膜構成における各膜の屈折率を
示す図である。
Ａ’断面）、およびこの膜構成における各膜の屈折率を
示す図である。
【図３】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の成膜時間に対するＳｉＨ
4の制御例を示す図である。
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の成膜時間に対するＳｉＨ
4の制御例を示す図である。
【図４】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の成膜時間に対するＮ2Ｏ
の制御例を示す図である。
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の成膜時間に対するＮ2Ｏ
の制御例を示す図である。
【図５】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の成膜時間に対するＮ2の
制御例を示す図である。
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の成膜時間に対するＮ2の
制御例を示す図である。
【図６】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の成膜時間に対する印加電
圧の制御例を示す図である。
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の成膜時間に対する印加電
圧の制御例を示す図である。
【図７】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の保護膜の膜厚に対するＳ
ｉＨ4の制御例を示す図である。
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の保護膜の膜厚に対するＳ
ｉＨ4の制御例を示す図である。
【図８】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の保護膜の膜厚に対するＮ
2Ｏの制御例を示す図である。
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の保護膜の膜厚に対するＮ
2Ｏの制御例を示す図である。
【図９】 本発明の固体撮像装置における保護膜をプラ
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の保護膜の膜厚に対するＮ
2の制御例を示す図である。
ズマＣＶＤ法で成膜する場合の保護膜の膜厚に対するＮ
2の制御例を示す図である。
【図１０】 図３〜図９に示した制御例によるプラズマ
ＣＶＤ法により成膜した保護膜の膜厚方向における屈折
率変化を示す図である。
ＣＶＤ法により成膜した保護膜の膜厚方向における屈折
率変化を示す図である。
１ オンチップマイクロレンズ ２ フィルタ層 ３ 平坦化膜 ４ 第３の保護膜（ｐ−ＳｉＯＮ膜） ５ 第２の保護膜（ｐ−ＳｉＮ膜） ６ 第１の保護膜（ｐ−ＳｉＯＮ膜） ７ 第２の絶縁膜 ８ 遮光膜 ９ 第１の絶縁膜 １０ ゲート電極 １１ ゲート絶縁膜 １２ ｐ型ウェル層 １３ 受光部 １４ 電荷転送部 １５ ｎ型シリコン基板 ２０ 保護膜
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体基板内に形成された受光部の上方
に、水素含有気体分子を含む雰囲気中でプラズマ化学気
相法により成膜された、シリコン窒化膜と前記シリコン
窒化膜よりも低い屈折率を有する膜とが積層された多層
膜を備えていることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 半導体基板内に形成された受光部の上方
に、前記半導体基板に水素を供給するための保護膜とし
て、シリコン窒化膜と前記シリコン窒化膜よりも低い屈
折率を有する膜とが積層された多層膜が形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項３】 シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有す
る膜が、シリコン窒化酸化膜である請求項１または２に
記載の固体撮像装置。 - 【請求項４】 保護膜として、シリコン窒化酸化膜から
なる第１層、シリコン窒化膜からなる第２層およびシリ
コン窒化酸化膜からなる第３層が受光部側から順に積層
された多層膜が形成されている請求項３に記載の固体撮
像装置。 - 【請求項５】 第１層および第３層がそれぞれ９５ｎｍ
〜１９５ｎｍの厚さを有し、第２層が１９０ｎｍ〜３９
０ｎｍの厚さを有する請求項４に記載の固体撮像装置。 - 【請求項６】 シリコン窒化酸化膜における窒素および
酸素の合計量に対する窒素の比率が、膜厚方向におい
て、シリコン窒化膜に近づくにつれて高くなる請求項３
〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項７】 シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有す
る膜における屈折率が、膜厚方向において、シリコン窒
化膜に近づくにつれて高くなる請求項１〜６のいずれか
に記載の固体撮像装置。 - 【請求項８】 保護膜の屈折率が、膜厚方向において、
連続的に変化している請求項１〜７のいずれかに記載の
固体撮像装置。 - 【請求項９】 保護膜が、受光部以外への外部光の入射
を遮蔽するための遮光膜を覆うように形成された絶縁
膜、または前記絶縁膜上に形成された平坦化膜、の上に
形成されている請求項１〜８のいずれかに記載の固体撮
像装置。 - 【請求項１０】 半導体基板内に形成された受光部の上
方に、前記半導体基板に水素を供給するための保護膜と
して、シリコン窒化膜と前記シリコン窒化膜よりも低い
屈折率を有する膜とを、水素含有気体分子を含む同一チ
ャンバー内において、プラズマ化学気相法により連続し
て成膜する工程を含むことを特徴とする固体撮像装置の
製造方法。 - 【請求項１１】 チャンバー内に窒素含有分気体分子お
よび酸素含有気体分子を導入して、シリコン窒化膜より
も低い屈折率を有する膜として、シリコン窒化酸化膜を
成膜する請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項１２】 チャンバー内における窒素含有気体分
子および酸素含有気体分子の合計量に対する窒素含有気
体分子の比率を連続的に変化させることにより、シリコ
ン窒化酸化膜における窒素および酸素の合計量に対する
窒素の比率を、膜厚方向において、シリコン窒化膜に近
づくにつれて高くする請求項１１に記載の固体撮像装置
の製造方法。
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