固体撮像装置およびその製造方法ならびにカメラ
【課題】固体撮像装置の暗電流の低減に有利な技術を提供する。
【解決手段】光電変換部を有する固体撮像装置の製造方法は、原料ガスとしてヘキサクロロジシランを用いて、前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程を含む。
【解決手段】光電変換部を有する固体撮像装置の製造方法は、原料ガスとしてヘキサクロロジシランを用いて、前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法ならびにカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換部に入射する光を増やすために導波路を有する固体撮像装置が提案されている。特許文献１には、フォトダイオードが形成された半導体基板の上に減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成し、該窒化シリコン膜の上に層間絶縁膜を形成し、該窒化シリコン膜をエッチングストッパとして該層間絶縁膜をエッチングすることが記載されている。該層間絶縁膜のエッチングによって光導波路を形成するための孔部が形成される。更に、該孔部を通して該窒化シリコン膜をエッチングすることによって該窒化シリコン膜にも孔部が形成される。特許文献１にはまた、エッチングストッパとしての窒化シリコン膜は、高い水素吸収効果を有するので、該窒化シリコン膜によって覆われた部分への水素の侵入が防止されることが記載されている（段落００１９−００２１、００３０、００３１）。特許文献１にはまた、フォトダイオードの上面の一部の領域（光導波路の周囲の領域）がゲート絶縁膜を介して窒化シリコン膜によって覆われた構造が記載されている（段落００２１、図３（Ｂ））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０７４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された窒化シリコン膜は、それによって覆われた部分への水素の侵入を防止するように機能する。よって、該窒化シリコン膜は、水素含有量が小さい膜、即ちジクロロシラン（Ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）：以下、ＤＣＳという）を材料として減圧ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜（以下、ＤＣＳ−ＳｉＮという）であると理解される。ＤＣＳ−ＳｉＮで画素を覆ってしまうと、光電変換部への水素の供給が不十分となり、十分にダングリングボンドを終端させることができないため、暗電流の低い固体撮像装置を得ることが困難である。
【０００５】
一方、光電変換部への水素の供給量を増大させるために光電変換部の上にプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）法によって窒化シリコン膜（以下、Ｐ−ＳｉＮという）を形成する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、Ｐ−ＳｉＮの形成時に基板がプラズマダメージを受けるので、Ｐ−ＳｉＮで画素を覆う構造は、光電変換部の結晶欠陥を増大させうるので、暗電流の低い固体撮像装置を得るためには不利である。
【０００６】
本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、固体撮像装置の暗電流の低減に有利な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの側面は、光電変換部を有する固体撮像装置の製造方法に係り、前記製造方法は、原料ガスとしてヘキサクロロジシランを用いて、前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、固体撮像装置の暗電流の低減に有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【図２】本発明の第１実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【図３】本発明の第１実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【図４】減圧ＣＶＤ装置の構成例を例示する図。
【図５】ＨＣＤ−ＳｉＮおよびＤＣＳ−ＳｉＮにおけるＳｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合の密度の分析結果を示す図。
【図６】本発明の第２実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【図７】本発明の第２実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【図８】本発明の第２実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の１つの実施形態は、光電変換部を有する固体撮像装置の製造方法に関する。該製造方法は、原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）を用いて、該光電変換部の少なくとも一部を覆うように減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）法によって窒化シリコン膜を形成する工程を含む。ここで、該光電変換部と該窒化シリコン膜との間には、絶縁膜等の膜が配置されてもよいし、配置されなくてもよい。該窒化シリコン膜は、該光電変換部の全域を覆っていてもよい。この実施形態によれば、光電変換部への水素供給能力に優れた窒化シリコン膜が形成されるので、水素によって光電変換部のダングリングボンドが終端され、暗電流を低下させることができる。また、この実施形態は、プラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する場合におけるようなプラズマダメージが光電変換部に与えられないので、この点でも暗電流の低下に有利である。
【００１１】
一方、光電変換部の少なくとも一部を覆う窒化シリコン膜を減圧ＣＶＤ法によって形成する際にシリコンを供給する原料ガスとしてＤＣＳを用いた場合、得られる窒化シリコン膜の水素含有量は極端に少なくなる。そのため、例えば、水素雰囲気中でのシンタリング処理時に、この窒化シリコン膜によって覆われた光電変換部への水素の供給量が少なくなる。その結果、十分にダングリングボンドを終端させることができず、暗電流の低い固体撮像装置を得ることが困難である。
【００１２】
以下、本発明のより具体的な実施形態を説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。例えば、以下の実施形態の固体撮像装置は、導波路を有するが、導波路の採用は任意である。また、以下の実施形態の固体撮像装置は、表面照射型であるが、本発明は、裏面照射型にも適用されうる。
【００１３】
図１〜図３を参照しながら本発明の第１実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明する。第１実施形態の固体撮像装置は、画素部１６１１と、周辺回路部１６１６とを含む。画素部１６１１は、典型的には複数の画素を含み、各画素は１つの光電変換部を含む。周辺回路部１６１６は、画素部１６１１以外の領域である。周辺回路部１６１６は、例えば、垂直走査回路（行選択回路）、水平走査回路（列選択回路）、読み出し回路および制御回路を含みうる。図１〜図３では、説明の便宜のために、２つの光電変換部を含む画素部１６１１と、１つのトランジスタ３０４を含む周辺回路部１６１６とが示されている。ただし、実際には、画素部１６１１は、より多くの光電変換部を含み、また、周辺回路部１６１６は、より多くのトランジスタを含む。
【００１４】
以下、第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する。まず、図１（ａ）に示す工程では、トランジスタおよび光電変換部などの素子が形成された半導体基板３０１が準備され、半導体基板３０１の主面３０２の上に絶縁膜として、窒化シリコン膜３０５、酸化シリコン膜３０６、窒化シリコン膜３０７が形成される。半導体基板３０１は、典型的には、シリコン基板であり、主面３０２を有する。半導体基板３０１は、光電変換部（フォトダイード）をそれぞれ構成するＮ型半導体領域２０２、２０３と、画素部１６１１のトランジスタ３０３と、周辺回路部１６１６のトランジスタ３０４とを含む。Ｎ型半導体領域２０２、２０３は、電荷（この例では電子）を蓄積する電荷蓄積領域として機能する。転送トランジスタのゲート電極２０６、２０７は、それぞれＮ型半導体領域２０２、２０３に対応し、Ｎ型半導体領域２０２、２０３の電荷を転送する機能を有する。
【００１５】
電荷蓄積領域としてのＮ型半導体領域２０２、２０３の下方には、Ｎ型半導体領域３１４が設けられている。Ｎ型半導体領域３１４は、電荷蓄積領域としてのＮ型半導体領域２０２、２０３よりも不純物濃度が低い。Ｎ型半導体領域３１４の下方には、Ｐ型半導体領域３１５が配置されている。少なくともＮ型半導体領域２０２、Ｎ型半導体領域３１４およびＰ型半導体領域３１５によって１つの光電変換部が構成される。また、少なくともＮ型半導体領域２０３、Ｎ型半導体領域３１４およびＰ型半導体領域３１５によって１つの光電変換部が構成される。Ｎ型半導体領域２０２、２０３は、分離部２１６によって相互に分離されている。
【００１６】
画素部１６１１のトランジスタ３０３は、Ｎ型のソース・ドレイン領域３０９と、ゲート電極３０８とを有する。トランジスタ３０３のソース・ドレイン領域３０９およびフローティングディフュージョン２１０の下方には、Ｐ型半導体領域３１６が配置されている。周辺回路部１６１６には、ＣＭＯＳ回路を構成するＮＭＯＳトランジスタおよびＰＭＯＳトランジスタが配置されるが、図１〜図３では、ＮＭＯＳトランジスタのみが例示されている。周辺回路部１６１６のトランジスタ３０４は、Ｐ型の半導体領域３１３に配置されたＮ型のソース・ドレイン領域３１１と、ソース・ドレイン領域３１１の間であって半導体基板３０１の主面３０２の上に配置されたゲート電極３１０とを有する。なお、図１〜図３において、ゲート絶縁膜については図示が省略されている。トランジスタ３０３、３１３等のトランジスタは、素子分離部２１７によって相互に分離されている。
【００１７】
図１（ａ）に示す工程では、画素部１６１１および周辺回路部１６１６の双方の領域における半導体基板１の主面３０２の上に、複数の積層された絶縁膜が形成される。具体的には、主面３０２の上に酸化シリコン膜（不図示）が形成され、該酸化シリコン膜の上に窒化シリコン膜３０５が形成され、窒化シリコン膜３０５の上に酸化シリコン膜３０６が形成される。そして、画素部１６１１および周辺回路部１６１６のうち周辺回路部１６１６については、酸化シリコン膜（不図示）、窒化シリコン膜３０５および酸化シリコン膜３０６がエッチングされて、これによりゲート電極１０の側壁にサイドスペーサー３１２が形成される。このサイドスペーサー３１２を利用して、ソース・ドレイン領域３１１がＬＤＤ構造にされうる。画素部１６１１に残った窒化シリコン膜３０５は、コンタクトホール形成時にエッチングストッパとして利用されうるほか、反射防止膜として利用されうる。
【００１８】
ソース・ドレイン領域３１１及びゲート電極３１０には、例えばコバルトシリサイド等の高融点金属のシリサイド層が設けられうる。このシリサイド層は、周辺回路部１６１６のトランジスタのみに選択的に形成されうる。これは、ソース・ドレイン領域３１１及びゲート電極３１０の電気抵抗を低減するためである。なお、シリサイド層はソース・ドレイン領域３１１及びゲート電極３１０のいずれか１か所のみに設けられていてもよい。
【００１９】
次に、画素部１６１１および周辺回路部１６１６の双方の領域に、窒化シリコン膜（絶縁膜）３０７が形成されうる。ここで、窒化シリコン膜３０７を形成する前に、画素部１６１１および周辺回路部１６１６の双方に、酸化シリコン膜（不図示）を形成してもよい。これは、周辺回路部１６１６のトランジスタ３０４のソース・ドレイン領域３１１において半導体基板の主面３０２が露出しないようにするためである。
【００２０】
次いで、図１（ｂ）に示す工程では、画素部１６１１と周辺回路部１６１６に形成されている窒化シリコン膜３０７をパターニングして、窒化シリコン膜３１７および窒化シリコン膜３１８が形成される。ここで、酸化シリコン膜（不図示）を形成した場合には、窒化シリコン膜３１７と窒化シリコン膜３１８と同じ形状にパターニングされてもよい。ここで、窒化シリコン膜３１７は、電荷蓄積領域としてのＮ型半導体領域２０２、２０３の上、すなわち光電変換部の少なくとも一部および転送トランジスタのゲート電極２０７の少なくとも一部を覆うように配置されうる。画素部１６１１の他の領域においては、窒化シリコン膜３０７はエッチングによって除去されている。周辺回路部１６１６において、窒化シリコン膜３０７は、エッチングされることなく窒化シリコン膜３１８として残されている。
【００２１】
次いで、図１（ｃ）に示す工程では、複数の層間絶縁膜３１９と、コンタクトプラグ３２０と、第１の配線層３２１と、ビアプラグを含む第２の配線層３２２とが形成されうる。複数の層間絶縁膜３１９は、例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを交互に積層して構成されうる。複数の層間絶縁膜３１９は、導波路のクラッドとして利用されうる。第１の配線層３２１および第２の配線層３２２は、例えば、銅を主成分とする材料によってダマシン法によって形成されうるが、例えば、アルミニウムなどの他の材料によって形成されてもよい。
【００２２】
次いで、図２（ａ）に示す工程では、複数の層間絶縁膜３１９に開口３２３が形成される。開口３２３は、複数の層間絶縁膜３１９の上に、光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）に対応した領域に開口を有するフォトレジストパターン（不図示）を形成し、それをマスクとして複数の層間絶縁膜３１９をエッチングすることによって形成されうる。このエッチングは、例えば異方性エッチングでありうる。具体的には、窒化シリコン膜３１７が露出するまで、プラズマエッチング処理が複数の層間絶縁膜３１９に対して行われうる。窒化シリコン膜３１７は、エッチング時における光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）へのプラズマダメージを低減するための膜であり、また、エッチングストップ膜としても機能する。半導体基板の主面３０２と窒化シリコン膜３０５との間に配置された前述の酸化シリコン膜（不図示）と、窒化シリコン膜３０５と、酸化シリコン膜３０６とは、光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）に入射する光に対する反射防止膜として機能しうる。
【００２３】
次いで、図２（ｂ）に示す工程では、開口３２３に、クラッドとなる複数の層間絶縁膜３１９よりも屈折率の高い透明材料を充填し、これにより、光電変換部に光を導くための導波路のコアとなる部分を形成する。ここでは、複数の層間絶縁膜３１９を構成する主な材料である酸化シリコンよりも屈折率の高い窒化シリコンを開口３２３に形成する。具体的には、高密度プラズマＣＶＤ法（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ−ＣＶＤ法、以下、ＨＤＰ−ＣＶＤ法）によって窒化シリコンを全面に堆積し、これにより開口３２３に窒化シリコン３２４を充填する。開口３２３の以外の部分に形成された窒化シリコンは、例えば化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下ＣＭＰ）あるいはプラズマエッチングによって除去されうる。この工程により、窒化シリコンの表面が平坦化されて窒化シリコン膜３２５が形成されうる。導波路は、複数の層間絶縁膜３１９と高屈折率部材としての窒化シリコン３２４とによって構成される。窒化シリコン膜３２５の上面には、酸窒化シリコン膜（絶縁膜）３２６が形成されうる。
【００２４】
次いで、図２（ｃ）に示す工程では、窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６がパターニングされる。図２（ｃ）に示す例では、周辺回路部１６１６における窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６除去さている。しかしながら、窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６は、それらの全体領域のうち少なくとも後述のビアプラグ３３１を形成すべき領域が除去されれば十分である。また、窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６がビアプラグ３３１を形成すべき領域に残っていてもよい。窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６のパターニングは、異方性エッチング、例えばプラズマエッチングによって行われうる。この工程により、窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６は、開口３２９を有する窒化シリコン膜３２８および酸窒化シリコン膜３２８となる。その後、開口３２９を埋めるとともに窒化シリコン膜３２８および酸窒化シリコン膜３２８を覆うように、絶縁膜３３０が形成される。絶縁膜３３０は、例えば酸化シリコンで構成されうる。絶縁膜３３０は、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成されうる。次いで、絶縁膜３３０と第２の配線層３２２とを接続するビアプラグ３３１が形成される。ビアプラグ３３１は、例えばタングステンで構成され、チタンや窒化チタンのバリアメタルを有しうる。次いで、ビアプラグ３３１の上方に第３の配線層３３３が形成されうる。第３の配線層３３３は、例えばアルミニウムを主成分とする導電体で構成されうる。ここで、第３の配線層３３３は、周辺回路領域の遮光膜としても機能し得る。
【００２５】
次いで、図３（ａ）に示す工程では、絶縁膜３３４を形成するための第１絶縁膜と絶縁膜３３５を形成するための第２絶縁膜をこの順で形成する。そして、該第２絶縁膜上にレンズ形状のフォトレジストパターンを形成し、それをマスクとして該第２絶縁膜をエッチングすることにより、該第２絶縁膜に層内レンズ３３７を形成する。その後、レンズ上に絶縁膜３３６を形成するための第３絶縁膜を形成する。入力パッドおよび出力パッドなどのパッドに対応する領域における第３絶縁膜を除去することで、絶縁膜３３６が形成される。ここで、絶縁膜３３５は層内レンズ３３７を有するレンズ層であり、絶縁膜３３４および絶縁膜３３６は、絶縁膜３３５の反射防止として機能しうる。
【００２６】
次いで、図３（ｂ）に示す工程では、樹脂からなる平坦化層３３８と、複数の色に対応したカラーフィルタを含むカラーフィルタ層３３９と、マイクロレンズ３４１を含むマイクロレンズ層３４０とがこの順で形成される。
【００２７】
以上のような固体撮像装置の製造方法において、窒化シリコン膜３０５および窒化シリコン膜３０７の少なくとも一方は、原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）を用いて、光電変換部の少なくとも一部を覆うように減圧ＣＶＤ法によって形成されうる。以下、このような方法によって形成された窒化シリコン膜をＨＣＤ−ＳｉＮという。窒化シリコン膜３０５および窒化シリコン膜３０７は、例えば、図４に模式的に示される気相成長装置を用いて形成されうる。図４に模式的に示される気相成長装置１００は、バッチ式の減圧ＣＶＤ装置である。気相成長装置１００は、半導体基板上に窒化シリコン膜を形成するための処理炉１２を有する。処理炉１２の中には、ボート２６によって保持された基板が配置される。気相成長装置１００は、窒化シリコン膜を形成するための反応ガス１４を処理炉１２内に導くためのガス管２５と、反応ガス１４の流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１８と、処理炉１２内の気体を排気するための排気ポンプ２０とを含む。気相成長装置１００はまた、反応ガス１４の流量ならびに処理炉１２内の温度および圧力を制御するための制御部（不図示）を有する。
【００２８】
一例において、窒化シリコン膜３０５は、シリコンを供給する反応ガスとしてＨＣＤを用い、窒素を供給する反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）を用いて減圧ＣＶＤ法によって形成されうる。より具体的には、まず、処理炉１２内を１３．３〜１３３Ｐａ（０．１〜１．０Ｔｏｒｒ）の範囲における所定の圧力に減圧する。その後、ガス流量比ＨＣＤ／ＮＨ３＝１０〜１００程度、温度６００℃、成膜時間約３０分の処理条件で窒化シリコン膜３０５を成長させる。これにより、窒化シリコン膜３０５として、約５０ｎｍの厚さを有するＨＣＤ−ＳｉＮが形成されうる。ここで、温度を６００℃前後に設定することにより、成膜レートを確保しながら、ＨＣＤ−ＳｉＮに水素を多く含ませることができる。窒化シリコン膜３０７についても、窒化シリコン膜３０５と同様の条件で形成することができる。
【００２９】
ここで、窒化シリコン膜３０５および窒化シリコン膜３０７の双方をＨＣＤ−ＳｉＮで形成する必要はなく、窒化シリコン膜３０５および窒化シリコン膜３０７の少なくとも一方をＨＣＤ−ＳｉＮで形成すればよい。例えば、窒化シリコン膜３０５をＤＣＳ−ＳｉＮで形成し、窒化シリコン膜３０５をＨＣＤ−ＳｉＮで形成することができる。あるいは、窒化シリコン膜３０５をＨＣＤ−ＳｉＮで形成し、窒化シリコン膜３０５をＤＣＳ−ＳｉＮで形成することができる。
【００３０】
窒化シリコン膜３０５または窒化シリコン膜３０７をＤＣＳ−ＳｉＮで形成するための処理を例示的に説明する。まず、処理炉１２内を１３．３〜１３３Ｐａ（０．１〜１．０Ｔｏｒｒ）の範囲における所定の圧力に減圧する。その後、反応ガスとしてＤＣＳおよびアンモニアＮＨ３を用いて、ガス流量比ＤＣＳ／ＮＨ３＝１０／１〜１程度、温度７７０℃、成膜時間約２０分の処理条件で窒化シリコン膜を成長させる。これにより、厚さが約５０ｎｍの窒化シリコン膜（ＤＣＳ−ＳｉＮ）が得られる。
【００３１】
図５には、フーリエ変換赤外分光法（以下、ＦＴ−ＩＲ法）による分析結果が示されている。図５には、上記の方法で形成したＨＣＤ−ＳｉＮとＤＣＳ−ＳｉＮのそれぞれのＮ−Ｈ結合、Ｓｉ−Ｈ結合の密度が示されている。ＨＣＤ−ＳｉＮおよびＤＣＳ−ＳｉＮの膜厚はそれぞれ約５０ｎｍである。ＨＣＤ−ＳｉＮは、ＤＣＳ−ＳｉＮよりも、Ｓｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合の密度が高く、水素を多く含んだシリコン窒化膜であることが分かる。ここで、Ｓｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合の少なくとも一方の密度が１．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが望ましい。本発明者の検討によると、１．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の密度でＳｉ−Ｈ結合またはＮ−Ｈ結合を含むシリコン窒化膜が光電変換部を覆うことが望ましい。これにより、配線パターンが形成された後のシンタリング工程のアニールにおいて、脱離した水素が光電変換部のダングリングボンドを効果的に終端するので、ノイズの低い固体撮像装置を得ることができる。ＨＣＤ−ＳｉＮにおけるＳｉ−Ｈ結合の密度は、３．３×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、ＨＣＤ−ＳｉＮにおけるＮ−Ｈ結合の密度は、２．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、いずれも１．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上を超えている。
【００３２】
図６〜図８を参照しながら本発明の第２実施形態の固体撮像装置およびその方法を説明する。第２実施形態は、窒化シリコン膜３１７を画素部１６１１に残さず、窒化シリコン膜３０５をエッチングストッパとして用いる点で第１実施形態と相違し、他の点では第１実施形態と共通している。
【００３３】
まず、図６（ａ）に示す工程では、図１（ａ）を参照しながら説明した方法と同様の方法で図６（ａ）に示す構造が形成される。ただし、第２実施形態では、窒化シリコン膜３０５は、ＨＣＤ−ＳｉＮで形成される。次いで、図６（ｂ）に示す工程では、画素部１６１１および周辺回路部１６１６のうち画素部１６１１に形成されている窒化シリコン膜３０７を除去し、周辺回路１６１６に窒化シリコン膜３１８が残される。
【００３４】
次いで、図６（ｃ）に示す工程では、複数の層間絶縁膜３１９と、コンタクトプラグ３２０と、第１の配線層３２１と、ビアプラグを含む第２の配線層３２２とが形成されうる。複数の層間絶縁膜３１９は、例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを交互に積層して構成されうる。複数の層間絶縁膜３１９は、導波路のクラッドとして利用されうる。第１の配線層３２１および第２の配線層３２２は、例えば、銅を主成分とする材料によってダマシン法によって形成されうるが、例えば、アルミニウムなどの他の材料によって形成されてもよい。
【００３５】
次いで、図７（ａ）に示す工程では、複数の層間絶縁膜３１９および酸化シリコン膜３０６に開口３２３が形成される。開口３２３は、複数の層間絶縁膜３１９の上に、光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）に対応した領域に開口を有するフォトレジストパターン（不図示）を形成し、それをマスクとして複数の層間絶縁膜３１９をエッチングすることによって形成されうる。このエッチングは、例えば異方性エッチングでありうる。具体的には、窒化シリコン膜３０５が露出するまで、プラズマエッチング処理が複数の層間絶縁膜３１９および酸化シリコン膜３０６に対して行われうる。窒化シリコン膜３０５は、エッチング時における光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）へのプラズマダメージを低減するための膜であり、また、エッチングストップ膜としても機能する。
【００３６】
次いで、図７（ｂ）に示す工程では、開口３２３に、クラッドとなる複数の層間絶縁膜３１９よりも屈折率の高い透明材料を埋め込み、これにより、導波路のコアとなる部分を形成する。ここでは、複数の層間絶縁膜３１９を構成する主な材料である酸化シリコンよりも屈折率の高い窒化シリコンを開口３２３に形成する。具体的には、ＨＤＰを用いて減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン（ＨＣＤ−ＳｉＮ）を全面に堆積し、これにより開口３２３に窒化シリコン３２４を充填する。開口３２３の以外の部分に形成された窒化シリコンは、例えばＣＭＰあるいはプラズマエッチングによって除去される。この工程により、窒化シリコンの表面は平坦化されて窒化シリコン膜３２５が形成されうる。
【００３７】
その後、図７（ｃ）、図８（ａ）、図８（ｂ）に示す工程において、図２（ｃ）、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す工程と同様の方法で、配線層３３３、平坦化層３３８、カラーフィルタ層３３９、マイクロレンズ３４１を含むマイクロレンズ層３４０が形成される。
【００３８】
第２実施形態では、ＨＣＤ−ＳｉＮで構成される窒化シリコン膜３０５が第１実施形態における窒化シリコン膜３１７よりも光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）に近い。よって、第２実施形態における窒化シリコン膜３０５は、第１実施形態における窒化シリコン膜３１７よりも、光電変換部に水素を供給する能力が高い。
【００３９】
以下、上記の各実施形態に係る固体撮像装置の応用例として、該固体撮像装置が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、該固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含む。該処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、該Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法ならびにカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換部に入射する光を増やすために導波路を有する固体撮像装置が提案されている。特許文献１には、フォトダイオードが形成された半導体基板の上に減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成し、該窒化シリコン膜の上に層間絶縁膜を形成し、該窒化シリコン膜をエッチングストッパとして該層間絶縁膜をエッチングすることが記載されている。該層間絶縁膜のエッチングによって光導波路を形成するための孔部が形成される。更に、該孔部を通して該窒化シリコン膜をエッチングすることによって該窒化シリコン膜にも孔部が形成される。特許文献１にはまた、エッチングストッパとしての窒化シリコン膜は、高い水素吸収効果を有するので、該窒化シリコン膜によって覆われた部分への水素の侵入が防止されることが記載されている（段落００１９−００２１、００３０、００３１）。特許文献１にはまた、フォトダイオードの上面の一部の領域（光導波路の周囲の領域）がゲート絶縁膜を介して窒化シリコン膜によって覆われた構造が記載されている（段落００２１、図３（Ｂ））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０７４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された窒化シリコン膜は、それによって覆われた部分への水素の侵入を防止するように機能する。よって、該窒化シリコン膜は、水素含有量が小さい膜、即ちジクロロシラン（Ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）：以下、ＤＣＳという）を材料として減圧ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜（以下、ＤＣＳ−ＳｉＮという）であると理解される。ＤＣＳ−ＳｉＮで画素を覆ってしまうと、光電変換部への水素の供給が不十分となり、十分にダングリングボンドを終端させることができないため、暗電流の低い固体撮像装置を得ることが困難である。
【０００５】
一方、光電変換部への水素の供給量を増大させるために光電変換部の上にプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）法によって窒化シリコン膜（以下、Ｐ−ＳｉＮという）を形成する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、Ｐ−ＳｉＮの形成時に基板がプラズマダメージを受けるので、Ｐ−ＳｉＮで画素を覆う構造は、光電変換部の結晶欠陥を増大させうるので、暗電流の低い固体撮像装置を得るためには不利である。
【０００６】
本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、固体撮像装置の暗電流の低減に有利な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの側面は、光電変換部を有する固体撮像装置の製造方法に係り、前記製造方法は、原料ガスとしてヘキサクロロジシランを用いて、前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、固体撮像装置の暗電流の低減に有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【図２】本発明の第１実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【図３】本発明の第１実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【図４】減圧ＣＶＤ装置の構成例を例示する図。
【図５】ＨＣＤ−ＳｉＮおよびＤＣＳ−ＳｉＮにおけるＳｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合の密度の分析結果を示す図。
【図６】本発明の第２実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【図７】本発明の第２実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【図８】本発明の第２実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の１つの実施形態は、光電変換部を有する固体撮像装置の製造方法に関する。該製造方法は、原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）を用いて、該光電変換部の少なくとも一部を覆うように減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）法によって窒化シリコン膜を形成する工程を含む。ここで、該光電変換部と該窒化シリコン膜との間には、絶縁膜等の膜が配置されてもよいし、配置されなくてもよい。該窒化シリコン膜は、該光電変換部の全域を覆っていてもよい。この実施形態によれば、光電変換部への水素供給能力に優れた窒化シリコン膜が形成されるので、水素によって光電変換部のダングリングボンドが終端され、暗電流を低下させることができる。また、この実施形態は、プラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する場合におけるようなプラズマダメージが光電変換部に与えられないので、この点でも暗電流の低下に有利である。
【００１１】
一方、光電変換部の少なくとも一部を覆う窒化シリコン膜を減圧ＣＶＤ法によって形成する際にシリコンを供給する原料ガスとしてＤＣＳを用いた場合、得られる窒化シリコン膜の水素含有量は極端に少なくなる。そのため、例えば、水素雰囲気中でのシンタリング処理時に、この窒化シリコン膜によって覆われた光電変換部への水素の供給量が少なくなる。その結果、十分にダングリングボンドを終端させることができず、暗電流の低い固体撮像装置を得ることが困難である。
【００１２】
以下、本発明のより具体的な実施形態を説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。例えば、以下の実施形態の固体撮像装置は、導波路を有するが、導波路の採用は任意である。また、以下の実施形態の固体撮像装置は、表面照射型であるが、本発明は、裏面照射型にも適用されうる。
【００１３】
図１〜図３を参照しながら本発明の第１実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明する。第１実施形態の固体撮像装置は、画素部１６１１と、周辺回路部１６１６とを含む。画素部１６１１は、典型的には複数の画素を含み、各画素は１つの光電変換部を含む。周辺回路部１６１６は、画素部１６１１以外の領域である。周辺回路部１６１６は、例えば、垂直走査回路（行選択回路）、水平走査回路（列選択回路）、読み出し回路および制御回路を含みうる。図１〜図３では、説明の便宜のために、２つの光電変換部を含む画素部１６１１と、１つのトランジスタ３０４を含む周辺回路部１６１６とが示されている。ただし、実際には、画素部１６１１は、より多くの光電変換部を含み、また、周辺回路部１６１６は、より多くのトランジスタを含む。
【００１４】
以下、第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する。まず、図１（ａ）に示す工程では、トランジスタおよび光電変換部などの素子が形成された半導体基板３０１が準備され、半導体基板３０１の主面３０２の上に絶縁膜として、窒化シリコン膜３０５、酸化シリコン膜３０６、窒化シリコン膜３０７が形成される。半導体基板３０１は、典型的には、シリコン基板であり、主面３０２を有する。半導体基板３０１は、光電変換部（フォトダイード）をそれぞれ構成するＮ型半導体領域２０２、２０３と、画素部１６１１のトランジスタ３０３と、周辺回路部１６１６のトランジスタ３０４とを含む。Ｎ型半導体領域２０２、２０３は、電荷（この例では電子）を蓄積する電荷蓄積領域として機能する。転送トランジスタのゲート電極２０６、２０７は、それぞれＮ型半導体領域２０２、２０３に対応し、Ｎ型半導体領域２０２、２０３の電荷を転送する機能を有する。
【００１５】
電荷蓄積領域としてのＮ型半導体領域２０２、２０３の下方には、Ｎ型半導体領域３１４が設けられている。Ｎ型半導体領域３１４は、電荷蓄積領域としてのＮ型半導体領域２０２、２０３よりも不純物濃度が低い。Ｎ型半導体領域３１４の下方には、Ｐ型半導体領域３１５が配置されている。少なくともＮ型半導体領域２０２、Ｎ型半導体領域３１４およびＰ型半導体領域３１５によって１つの光電変換部が構成される。また、少なくともＮ型半導体領域２０３、Ｎ型半導体領域３１４およびＰ型半導体領域３１５によって１つの光電変換部が構成される。Ｎ型半導体領域２０２、２０３は、分離部２１６によって相互に分離されている。
【００１６】
画素部１６１１のトランジスタ３０３は、Ｎ型のソース・ドレイン領域３０９と、ゲート電極３０８とを有する。トランジスタ３０３のソース・ドレイン領域３０９およびフローティングディフュージョン２１０の下方には、Ｐ型半導体領域３１６が配置されている。周辺回路部１６１６には、ＣＭＯＳ回路を構成するＮＭＯＳトランジスタおよびＰＭＯＳトランジスタが配置されるが、図１〜図３では、ＮＭＯＳトランジスタのみが例示されている。周辺回路部１６１６のトランジスタ３０４は、Ｐ型の半導体領域３１３に配置されたＮ型のソース・ドレイン領域３１１と、ソース・ドレイン領域３１１の間であって半導体基板３０１の主面３０２の上に配置されたゲート電極３１０とを有する。なお、図１〜図３において、ゲート絶縁膜については図示が省略されている。トランジスタ３０３、３１３等のトランジスタは、素子分離部２１７によって相互に分離されている。
【００１７】
図１（ａ）に示す工程では、画素部１６１１および周辺回路部１６１６の双方の領域における半導体基板１の主面３０２の上に、複数の積層された絶縁膜が形成される。具体的には、主面３０２の上に酸化シリコン膜（不図示）が形成され、該酸化シリコン膜の上に窒化シリコン膜３０５が形成され、窒化シリコン膜３０５の上に酸化シリコン膜３０６が形成される。そして、画素部１６１１および周辺回路部１６１６のうち周辺回路部１６１６については、酸化シリコン膜（不図示）、窒化シリコン膜３０５および酸化シリコン膜３０６がエッチングされて、これによりゲート電極１０の側壁にサイドスペーサー３１２が形成される。このサイドスペーサー３１２を利用して、ソース・ドレイン領域３１１がＬＤＤ構造にされうる。画素部１６１１に残った窒化シリコン膜３０５は、コンタクトホール形成時にエッチングストッパとして利用されうるほか、反射防止膜として利用されうる。
【００１８】
ソース・ドレイン領域３１１及びゲート電極３１０には、例えばコバルトシリサイド等の高融点金属のシリサイド層が設けられうる。このシリサイド層は、周辺回路部１６１６のトランジスタのみに選択的に形成されうる。これは、ソース・ドレイン領域３１１及びゲート電極３１０の電気抵抗を低減するためである。なお、シリサイド層はソース・ドレイン領域３１１及びゲート電極３１０のいずれか１か所のみに設けられていてもよい。
【００１９】
次に、画素部１６１１および周辺回路部１６１６の双方の領域に、窒化シリコン膜（絶縁膜）３０７が形成されうる。ここで、窒化シリコン膜３０７を形成する前に、画素部１６１１および周辺回路部１６１６の双方に、酸化シリコン膜（不図示）を形成してもよい。これは、周辺回路部１６１６のトランジスタ３０４のソース・ドレイン領域３１１において半導体基板の主面３０２が露出しないようにするためである。
【００２０】
次いで、図１（ｂ）に示す工程では、画素部１６１１と周辺回路部１６１６に形成されている窒化シリコン膜３０７をパターニングして、窒化シリコン膜３１７および窒化シリコン膜３１８が形成される。ここで、酸化シリコン膜（不図示）を形成した場合には、窒化シリコン膜３１７と窒化シリコン膜３１８と同じ形状にパターニングされてもよい。ここで、窒化シリコン膜３１７は、電荷蓄積領域としてのＮ型半導体領域２０２、２０３の上、すなわち光電変換部の少なくとも一部および転送トランジスタのゲート電極２０７の少なくとも一部を覆うように配置されうる。画素部１６１１の他の領域においては、窒化シリコン膜３０７はエッチングによって除去されている。周辺回路部１６１６において、窒化シリコン膜３０７は、エッチングされることなく窒化シリコン膜３１８として残されている。
【００２１】
次いで、図１（ｃ）に示す工程では、複数の層間絶縁膜３１９と、コンタクトプラグ３２０と、第１の配線層３２１と、ビアプラグを含む第２の配線層３２２とが形成されうる。複数の層間絶縁膜３１９は、例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを交互に積層して構成されうる。複数の層間絶縁膜３１９は、導波路のクラッドとして利用されうる。第１の配線層３２１および第２の配線層３２２は、例えば、銅を主成分とする材料によってダマシン法によって形成されうるが、例えば、アルミニウムなどの他の材料によって形成されてもよい。
【００２２】
次いで、図２（ａ）に示す工程では、複数の層間絶縁膜３１９に開口３２３が形成される。開口３２３は、複数の層間絶縁膜３１９の上に、光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）に対応した領域に開口を有するフォトレジストパターン（不図示）を形成し、それをマスクとして複数の層間絶縁膜３１９をエッチングすることによって形成されうる。このエッチングは、例えば異方性エッチングでありうる。具体的には、窒化シリコン膜３１７が露出するまで、プラズマエッチング処理が複数の層間絶縁膜３１９に対して行われうる。窒化シリコン膜３１７は、エッチング時における光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）へのプラズマダメージを低減するための膜であり、また、エッチングストップ膜としても機能する。半導体基板の主面３０２と窒化シリコン膜３０５との間に配置された前述の酸化シリコン膜（不図示）と、窒化シリコン膜３０５と、酸化シリコン膜３０６とは、光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）に入射する光に対する反射防止膜として機能しうる。
【００２３】
次いで、図２（ｂ）に示す工程では、開口３２３に、クラッドとなる複数の層間絶縁膜３１９よりも屈折率の高い透明材料を充填し、これにより、光電変換部に光を導くための導波路のコアとなる部分を形成する。ここでは、複数の層間絶縁膜３１９を構成する主な材料である酸化シリコンよりも屈折率の高い窒化シリコンを開口３２３に形成する。具体的には、高密度プラズマＣＶＤ法（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ−ＣＶＤ法、以下、ＨＤＰ−ＣＶＤ法）によって窒化シリコンを全面に堆積し、これにより開口３２３に窒化シリコン３２４を充填する。開口３２３の以外の部分に形成された窒化シリコンは、例えば化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下ＣＭＰ）あるいはプラズマエッチングによって除去されうる。この工程により、窒化シリコンの表面が平坦化されて窒化シリコン膜３２５が形成されうる。導波路は、複数の層間絶縁膜３１９と高屈折率部材としての窒化シリコン３２４とによって構成される。窒化シリコン膜３２５の上面には、酸窒化シリコン膜（絶縁膜）３２６が形成されうる。
【００２４】
次いで、図２（ｃ）に示す工程では、窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６がパターニングされる。図２（ｃ）に示す例では、周辺回路部１６１６における窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６除去さている。しかしながら、窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６は、それらの全体領域のうち少なくとも後述のビアプラグ３３１を形成すべき領域が除去されれば十分である。また、窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６がビアプラグ３３１を形成すべき領域に残っていてもよい。窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６のパターニングは、異方性エッチング、例えばプラズマエッチングによって行われうる。この工程により、窒化シリコン膜３２５および酸窒化シリコン膜３２６は、開口３２９を有する窒化シリコン膜３２８および酸窒化シリコン膜３２８となる。その後、開口３２９を埋めるとともに窒化シリコン膜３２８および酸窒化シリコン膜３２８を覆うように、絶縁膜３３０が形成される。絶縁膜３３０は、例えば酸化シリコンで構成されうる。絶縁膜３３０は、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成されうる。次いで、絶縁膜３３０と第２の配線層３２２とを接続するビアプラグ３３１が形成される。ビアプラグ３３１は、例えばタングステンで構成され、チタンや窒化チタンのバリアメタルを有しうる。次いで、ビアプラグ３３１の上方に第３の配線層３３３が形成されうる。第３の配線層３３３は、例えばアルミニウムを主成分とする導電体で構成されうる。ここで、第３の配線層３３３は、周辺回路領域の遮光膜としても機能し得る。
【００２５】
次いで、図３（ａ）に示す工程では、絶縁膜３３４を形成するための第１絶縁膜と絶縁膜３３５を形成するための第２絶縁膜をこの順で形成する。そして、該第２絶縁膜上にレンズ形状のフォトレジストパターンを形成し、それをマスクとして該第２絶縁膜をエッチングすることにより、該第２絶縁膜に層内レンズ３３７を形成する。その後、レンズ上に絶縁膜３３６を形成するための第３絶縁膜を形成する。入力パッドおよび出力パッドなどのパッドに対応する領域における第３絶縁膜を除去することで、絶縁膜３３６が形成される。ここで、絶縁膜３３５は層内レンズ３３７を有するレンズ層であり、絶縁膜３３４および絶縁膜３３６は、絶縁膜３３５の反射防止として機能しうる。
【００２６】
次いで、図３（ｂ）に示す工程では、樹脂からなる平坦化層３３８と、複数の色に対応したカラーフィルタを含むカラーフィルタ層３３９と、マイクロレンズ３４１を含むマイクロレンズ層３４０とがこの順で形成される。
【００２７】
以上のような固体撮像装置の製造方法において、窒化シリコン膜３０５および窒化シリコン膜３０７の少なくとも一方は、原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）を用いて、光電変換部の少なくとも一部を覆うように減圧ＣＶＤ法によって形成されうる。以下、このような方法によって形成された窒化シリコン膜をＨＣＤ−ＳｉＮという。窒化シリコン膜３０５および窒化シリコン膜３０７は、例えば、図４に模式的に示される気相成長装置を用いて形成されうる。図４に模式的に示される気相成長装置１００は、バッチ式の減圧ＣＶＤ装置である。気相成長装置１００は、半導体基板上に窒化シリコン膜を形成するための処理炉１２を有する。処理炉１２の中には、ボート２６によって保持された基板が配置される。気相成長装置１００は、窒化シリコン膜を形成するための反応ガス１４を処理炉１２内に導くためのガス管２５と、反応ガス１４の流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１８と、処理炉１２内の気体を排気するための排気ポンプ２０とを含む。気相成長装置１００はまた、反応ガス１４の流量ならびに処理炉１２内の温度および圧力を制御するための制御部（不図示）を有する。
【００２８】
一例において、窒化シリコン膜３０５は、シリコンを供給する反応ガスとしてＨＣＤを用い、窒素を供給する反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）を用いて減圧ＣＶＤ法によって形成されうる。より具体的には、まず、処理炉１２内を１３．３〜１３３Ｐａ（０．１〜１．０Ｔｏｒｒ）の範囲における所定の圧力に減圧する。その後、ガス流量比ＨＣＤ／ＮＨ３＝１０〜１００程度、温度６００℃、成膜時間約３０分の処理条件で窒化シリコン膜３０５を成長させる。これにより、窒化シリコン膜３０５として、約５０ｎｍの厚さを有するＨＣＤ−ＳｉＮが形成されうる。ここで、温度を６００℃前後に設定することにより、成膜レートを確保しながら、ＨＣＤ−ＳｉＮに水素を多く含ませることができる。窒化シリコン膜３０７についても、窒化シリコン膜３０５と同様の条件で形成することができる。
【００２９】
ここで、窒化シリコン膜３０５および窒化シリコン膜３０７の双方をＨＣＤ−ＳｉＮで形成する必要はなく、窒化シリコン膜３０５および窒化シリコン膜３０７の少なくとも一方をＨＣＤ−ＳｉＮで形成すればよい。例えば、窒化シリコン膜３０５をＤＣＳ−ＳｉＮで形成し、窒化シリコン膜３０５をＨＣＤ−ＳｉＮで形成することができる。あるいは、窒化シリコン膜３０５をＨＣＤ−ＳｉＮで形成し、窒化シリコン膜３０５をＤＣＳ−ＳｉＮで形成することができる。
【００３０】
窒化シリコン膜３０５または窒化シリコン膜３０７をＤＣＳ−ＳｉＮで形成するための処理を例示的に説明する。まず、処理炉１２内を１３．３〜１３３Ｐａ（０．１〜１．０Ｔｏｒｒ）の範囲における所定の圧力に減圧する。その後、反応ガスとしてＤＣＳおよびアンモニアＮＨ３を用いて、ガス流量比ＤＣＳ／ＮＨ３＝１０／１〜１程度、温度７７０℃、成膜時間約２０分の処理条件で窒化シリコン膜を成長させる。これにより、厚さが約５０ｎｍの窒化シリコン膜（ＤＣＳ−ＳｉＮ）が得られる。
【００３１】
図５には、フーリエ変換赤外分光法（以下、ＦＴ−ＩＲ法）による分析結果が示されている。図５には、上記の方法で形成したＨＣＤ−ＳｉＮとＤＣＳ−ＳｉＮのそれぞれのＮ−Ｈ結合、Ｓｉ−Ｈ結合の密度が示されている。ＨＣＤ−ＳｉＮおよびＤＣＳ−ＳｉＮの膜厚はそれぞれ約５０ｎｍである。ＨＣＤ−ＳｉＮは、ＤＣＳ−ＳｉＮよりも、Ｓｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合の密度が高く、水素を多く含んだシリコン窒化膜であることが分かる。ここで、Ｓｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合の少なくとも一方の密度が１．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが望ましい。本発明者の検討によると、１．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の密度でＳｉ−Ｈ結合またはＮ−Ｈ結合を含むシリコン窒化膜が光電変換部を覆うことが望ましい。これにより、配線パターンが形成された後のシンタリング工程のアニールにおいて、脱離した水素が光電変換部のダングリングボンドを効果的に終端するので、ノイズの低い固体撮像装置を得ることができる。ＨＣＤ−ＳｉＮにおけるＳｉ−Ｈ結合の密度は、３．３×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、ＨＣＤ−ＳｉＮにおけるＮ−Ｈ結合の密度は、２．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、いずれも１．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上を超えている。
【００３２】
図６〜図８を参照しながら本発明の第２実施形態の固体撮像装置およびその方法を説明する。第２実施形態は、窒化シリコン膜３１７を画素部１６１１に残さず、窒化シリコン膜３０５をエッチングストッパとして用いる点で第１実施形態と相違し、他の点では第１実施形態と共通している。
【００３３】
まず、図６（ａ）に示す工程では、図１（ａ）を参照しながら説明した方法と同様の方法で図６（ａ）に示す構造が形成される。ただし、第２実施形態では、窒化シリコン膜３０５は、ＨＣＤ−ＳｉＮで形成される。次いで、図６（ｂ）に示す工程では、画素部１６１１および周辺回路部１６１６のうち画素部１６１１に形成されている窒化シリコン膜３０７を除去し、周辺回路１６１６に窒化シリコン膜３１８が残される。
【００３４】
次いで、図６（ｃ）に示す工程では、複数の層間絶縁膜３１９と、コンタクトプラグ３２０と、第１の配線層３２１と、ビアプラグを含む第２の配線層３２２とが形成されうる。複数の層間絶縁膜３１９は、例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを交互に積層して構成されうる。複数の層間絶縁膜３１９は、導波路のクラッドとして利用されうる。第１の配線層３２１および第２の配線層３２２は、例えば、銅を主成分とする材料によってダマシン法によって形成されうるが、例えば、アルミニウムなどの他の材料によって形成されてもよい。
【００３５】
次いで、図７（ａ）に示す工程では、複数の層間絶縁膜３１９および酸化シリコン膜３０６に開口３２３が形成される。開口３２３は、複数の層間絶縁膜３１９の上に、光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）に対応した領域に開口を有するフォトレジストパターン（不図示）を形成し、それをマスクとして複数の層間絶縁膜３１９をエッチングすることによって形成されうる。このエッチングは、例えば異方性エッチングでありうる。具体的には、窒化シリコン膜３０５が露出するまで、プラズマエッチング処理が複数の層間絶縁膜３１９および酸化シリコン膜３０６に対して行われうる。窒化シリコン膜３０５は、エッチング時における光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）へのプラズマダメージを低減するための膜であり、また、エッチングストップ膜としても機能する。
【００３６】
次いで、図７（ｂ）に示す工程では、開口３２３に、クラッドとなる複数の層間絶縁膜３１９よりも屈折率の高い透明材料を埋め込み、これにより、導波路のコアとなる部分を形成する。ここでは、複数の層間絶縁膜３１９を構成する主な材料である酸化シリコンよりも屈折率の高い窒化シリコンを開口３２３に形成する。具体的には、ＨＤＰを用いて減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン（ＨＣＤ−ＳｉＮ）を全面に堆積し、これにより開口３２３に窒化シリコン３２４を充填する。開口３２３の以外の部分に形成された窒化シリコンは、例えばＣＭＰあるいはプラズマエッチングによって除去される。この工程により、窒化シリコンの表面は平坦化されて窒化シリコン膜３２５が形成されうる。
【００３７】
その後、図７（ｃ）、図８（ａ）、図８（ｂ）に示す工程において、図２（ｃ）、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す工程と同様の方法で、配線層３３３、平坦化層３３８、カラーフィルタ層３３９、マイクロレンズ３４１を含むマイクロレンズ層３４０が形成される。
【００３８】
第２実施形態では、ＨＣＤ−ＳｉＮで構成される窒化シリコン膜３０５が第１実施形態における窒化シリコン膜３１７よりも光電変換部（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）に近い。よって、第２実施形態における窒化シリコン膜３０５は、第１実施形態における窒化シリコン膜３１７よりも、光電変換部に水素を供給する能力が高い。
【００３９】
以下、上記の各実施形態に係る固体撮像装置の応用例として、該固体撮像装置が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、該固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含む。該処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、該Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を有する固体撮像装置の製造方法であって、
原料ガスとしてヘキサクロロジシランを用いて、前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程を含む、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記窒化シリコン膜の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に開口を形成する工程と、
前記開口に窒化シリコンを充填する工程と、を更に含み、
前記層間絶縁膜と前記開口に充填された窒化シリコンとによって前記光電変換部に光を導く導波路が形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記開口に窒化シリコンを充填する工程では、プラズマＣＶＤ法によって前記開口に窒化シリコンを充填する、
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記層間絶縁膜に開口を形成する工程では、減圧ＣＶＤ法によって形成された前記窒化シリコン膜をエッチングストッパとして前記層間絶縁膜をエッチングすることによって前記開口を形成する、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記固体撮像装置は、前記光電変換部を含む画素部と、トランジスタを含む周辺回路部とを有し、
前記減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程では、前記光電変換部の少なくとも一部および前記トランジスタを覆うように前記窒化シリコン膜を形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程の前に、前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように他の窒化シリコン膜を形成する工程を更に含み、前記減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程では、前記他の窒化シリコン膜の上に前記窒化シリコン膜を形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記他の窒化シリコン膜を形成する工程では、原料ガスとしてヘキサクロロジシランを用いて、前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように前記他の窒化シリコン膜を形成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記固体撮像装置は、前記光電変換部を含む画素部と、トランジスタを含む周辺回路部とを有し、
前記製造方法は、前記トランジスタを覆うように他の窒化シリコン膜を形成する工程を更に含む、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
減圧ＣＶＤ法によって形成された前記窒化シリコン膜は、Ｓｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合を含み、
前記減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程では、前記Ｓｉ−Ｈ結合および前記Ｎ−Ｈ結合の少なくとも一方の密度が１．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となるように前記窒化シリコン膜を形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
光電変換部を有する固体撮像装置であって、
前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように配置された窒化シリコン膜を含み、前記窒化シリコン膜は、原料ガスとしてヘキサクロロジシランを用いて減圧ＣＶＤ法によって形成されている、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】
前記窒化シリコン膜は、Ｓｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合を含み、
前記Ｓｉ−Ｈ結合および前記Ｎ−Ｈ結合の少なくとも一方の密度が１．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、
ことを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、
を備えることを特徴とするカメラ。
【請求項１】
光電変換部を有する固体撮像装置の製造方法であって、
原料ガスとしてヘキサクロロジシランを用いて、前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程を含む、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記窒化シリコン膜の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に開口を形成する工程と、
前記開口に窒化シリコンを充填する工程と、を更に含み、
前記層間絶縁膜と前記開口に充填された窒化シリコンとによって前記光電変換部に光を導く導波路が形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記開口に窒化シリコンを充填する工程では、プラズマＣＶＤ法によって前記開口に窒化シリコンを充填する、
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記層間絶縁膜に開口を形成する工程では、減圧ＣＶＤ法によって形成された前記窒化シリコン膜をエッチングストッパとして前記層間絶縁膜をエッチングすることによって前記開口を形成する、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記固体撮像装置は、前記光電変換部を含む画素部と、トランジスタを含む周辺回路部とを有し、
前記減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程では、前記光電変換部の少なくとも一部および前記トランジスタを覆うように前記窒化シリコン膜を形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程の前に、前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように他の窒化シリコン膜を形成する工程を更に含み、前記減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程では、前記他の窒化シリコン膜の上に前記窒化シリコン膜を形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記他の窒化シリコン膜を形成する工程では、原料ガスとしてヘキサクロロジシランを用いて、前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように前記他の窒化シリコン膜を形成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記固体撮像装置は、前記光電変換部を含む画素部と、トランジスタを含む周辺回路部とを有し、
前記製造方法は、前記トランジスタを覆うように他の窒化シリコン膜を形成する工程を更に含む、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
減圧ＣＶＤ法によって形成された前記窒化シリコン膜は、Ｓｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合を含み、
前記減圧ＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成する工程では、前記Ｓｉ−Ｈ結合および前記Ｎ−Ｈ結合の少なくとも一方の密度が１．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となるように前記窒化シリコン膜を形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
光電変換部を有する固体撮像装置であって、
前記光電変換部の少なくとも一部を覆うように配置された窒化シリコン膜を含み、前記窒化シリコン膜は、原料ガスとしてヘキサクロロジシランを用いて減圧ＣＶＤ法によって形成されている、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】
前記窒化シリコン膜は、Ｓｉ−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合を含み、
前記Ｓｉ−Ｈ結合および前記Ｎ−Ｈ結合の少なくとも一方の密度が１．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、
ことを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、
を備えることを特徴とするカメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−８４６９３（Ｐ２０１３−８４６９３Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２２３４８（Ｐ２０１１−２２２３４８）
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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