JP2013179224A - Solid state image pickup element manufacturing method - Google Patents

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正之 藤尾
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a solid state image pickup element which effectively reduces a dark current and a white scratch and also prevents degradation in sensitivity.SOLUTION: A first protective film 22 is formed above a substrate 10 having photoelectric conversion sections 11 and 12 formed therein which photoelectrically convert the light incident thereon from the top face. Next, an intermediate film 23 consisting of a different material than that of the first protective film 22 is formed on the top face of the first protective film 22. Next, a second protective film 24 consisting of a different material than that of the intermediate film 23 is formed on the top face of the intermediate film 23. Then, after the second protective film 24 is formed, heat treatment is carried out. Then, after the heat treatment, the second protective film 24 on the intermediate film 23 is selectively removed.

Description

本発明は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどに代表される固体撮像素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device represented by a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor, a charge coupled device (CCD) image sensor, and the like.

近年、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子が、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置や、カメラ付き携帯電話機などの撮像機能を備えた様々な電子機器に搭載されている。固体撮像素子は、例えばフォトダイオードから成る光電変換部が光電変換によって電荷を生成し、当該電荷による電位を増幅することで、画像データを構成する信号を生成する。   In recent years, solid-state imaging devices such as a CCD image sensor and a CMOS image sensor are mounted on various electronic devices having an imaging function such as an imaging device such as a digital video camera and a digital still camera, and a mobile phone with a camera. In the solid-state imaging device, for example, a photoelectric conversion unit including a photodiode generates a charge by photoelectric conversion, and a signal constituting the image data is generated by amplifying a potential due to the charge.

このような固体撮像素子では、入射する光によらずに電荷が発生する暗電流や白傷（多量の暗電流によって白色の信号が生成されること）が問題となる。暗電流は、主に基板表面の界面準位から電荷が供給されることで発生する。そのため、例えば界面準位に水素イオンを供給することで不活性化したり、フォトダイオードを埋込型（電荷蓄積領域を基板表面から離間させた構造）にしたりすることで、暗電流及び白傷を低減することが可能である。   In such a solid-state imaging device, there is a problem of dark current and white scratches that generate charges regardless of incident light (a white signal is generated by a large amount of dark current). The dark current is generated mainly when electric charges are supplied from the interface state on the substrate surface. For this reason, for example, by supplying hydrogen ions to the interface state, or by deactivating the photodiode (a structure in which the charge accumulation region is separated from the substrate surface), dark current and white scratches can be prevented. It is possible to reduce.

例えば、特許文献１では、基板表面上に十分な膜厚（２μｍ以上）のプラズマ窒化膜を形成した状態で熱処理を行い、多量の水素イオンを基板表面に拡散させて界面準位を不活性化することで、暗電流及び白傷を低減した固体撮像素子の製造方法が提案されている。   For example, in Patent Document 1, heat treatment is performed with a plasma nitride film having a sufficient film thickness (2 μm or more) formed on the substrate surface, and a large amount of hydrogen ions are diffused on the substrate surface to inactivate the interface states. Thus, a method for manufacturing a solid-state imaging device with reduced dark current and white scratches has been proposed.

特開２００３−２２９５５８号公報JP 2003-229558 A

特許文献１で提案されている固体撮像素子の製造方法では、固体撮像素子の感度の低下を防止するために、熱処理後にプラズマ窒化膜をエッチバックして、基板上の膜厚を低減する必要がある。しかしながら、プラズマ窒化膜のエッチバックによって固体撮像素子にダメージが導入されることで、暗電流及び白傷が増加することがあるため、問題となる。また、エッチバック後に基板上の膜厚がばらつくと、マイクロレンズやカラーフィルタなどの光学部材を設計通りに形成することが困難になり、固体撮像素子の感度が劣化することがあるため、問題となる。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device proposed in Patent Document 1, it is necessary to etch back the plasma nitride film after heat treatment to reduce the film thickness on the substrate in order to prevent a decrease in sensitivity of the solid-state imaging device. is there. However, since damage is introduced into the solid-state imaging device by the etch back of the plasma nitride film, dark current and white scratches may increase, which is a problem. In addition, if the film thickness on the substrate varies after etch-back, it becomes difficult to form optical members such as microlenses and color filters as designed, and the sensitivity of the solid-state image sensor may deteriorate. Become.

そこで、本発明は、暗電流及び白傷を効果的に低減するとともに感度の劣化を防止した固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device that effectively reduces dark current and white scratches and prevents deterioration in sensitivity.

上記目的を達成するため、本発明は、上面から入射する光を光電変換する光電変換部が内部に形成されている基板の上方に、第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
前記第１保護膜の上面に対して、前記第１保護膜とは異なる材料から成る中間膜を形成する中間膜形成工程と、
前記中間膜の上面に対して、前記中間膜とは異なる材料から成る第２保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、
前記第２保護膜形成工程後に、熱処理を行う熱処理工程と、
前記熱処理工程後に、前記中間膜上の前記第２保護膜を選択的に除去する第２保護膜除去工程と、
を備えることを特徴とする固体半導体素子の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a first protective film forming step of forming a first protective film above a substrate on which a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light incident from the upper surface is formed,
An intermediate film forming step of forming an intermediate film made of a material different from that of the first protective film on the upper surface of the first protective film;
A second protective film forming step of forming a second protective film made of a material different from the intermediate film on the upper surface of the intermediate film;
A heat treatment step of performing a heat treatment after the second protective film forming step;
A second protective film removing step of selectively removing the second protective film on the intermediate film after the heat treatment step;
A method for manufacturing a solid-state semiconductor device is provided.

この固体撮像素子の製造方法によれば、暗電流を低減するための熱処理工程時には必要であるが固体撮像素子の完成時には不要である第２保護膜を、第２保護膜除去工程において除去する際に、中間膜をストッパとして利用することができる。そのため、固体撮像素子にダメージが導入されることを抑制するとともに、第２保護膜の除去後における膜厚のばらつきを低減することが可能になる。   According to this method for manufacturing a solid-state imaging device, when the second protective film that is necessary during the heat treatment step for reducing dark current but is not necessary when the solid-state imaging device is completed is removed in the second protective film removing step. In addition, the intermediate film can be used as a stopper. For this reason, it is possible to suppress the introduction of damage to the solid-state imaging device and to reduce the variation in film thickness after the removal of the second protective film.

さらに、上記特徴の固体撮像素子の製造方法において、前記基板がシリコンから成り、前記第１保護膜及び前記第２保護膜が窒化シリコンから成り、前記中間膜が酸化シリコンから成ると、好ましい。   Furthermore, in the method for manufacturing a solid-state imaging device having the above characteristics, it is preferable that the substrate is made of silicon, the first protective film and the second protective film are made of silicon nitride, and the intermediate film is made of silicon oxide.

この固体撮像素子の製造方法によれば、熱処理工程において、シリコン基板に対して暗電流を抑制するための水素イオンを供給することが可能になる。   According to this method for manufacturing a solid-state imaging device, hydrogen ions for suppressing dark current can be supplied to the silicon substrate in the heat treatment step.

さらに、上記特徴の固体撮像素子の製造方法において、前記第２保護膜除去工程で、リン酸を用いたウエットエッチングによって、前記中間膜上の前記第２保護膜を選択的に除去すると、好ましい。   Furthermore, in the method for manufacturing a solid-state imaging device having the above characteristics, it is preferable that the second protective film on the intermediate film is selectively removed by wet etching using phosphoric acid in the second protective film removing step.

この固体撮像素子の製造方法によれば、第２保護膜除去工程において、酸化シリコンから成る中間膜をほぼエッチングすることなく、窒化シリコンから成る第２保護膜を高い選択比でエッチングすることが可能となる。そのため、第２保護膜の除去後における基板上の膜厚のばらつきを、効果的に低減することが可能になる。さらに、例えばドライエッチングを適用した場合と比較して、固体撮像素子にダメージが導入されることを、効果的に抑制することが可能になる。   According to this method for manufacturing a solid-state imaging device, it is possible to etch the second protective film made of silicon nitride with a high selectivity without substantially etching the intermediate film made of silicon oxide in the second protective film removing step. It becomes. Therefore, it is possible to effectively reduce the variation in the film thickness on the substrate after the removal of the second protective film. Further, for example, it is possible to effectively suppress the introduction of damage to the solid-state imaging device as compared with the case where dry etching is applied.

上記特徴の固体撮像素子によれば、中間膜を導入することによって、第２保護膜除去工程において固体撮像素子にダメージが導入されることを抑制するとともに、第２保護膜の除去後における基板上の膜厚のばらつきを低減することが可能になる。そのため、暗電流及び白傷を効果的に低減するとともに、感度の劣化を防止することが可能になる。   According to the solid-state imaging device having the above characteristics, the introduction of the intermediate film suppresses the introduction of damage to the solid-state imaging device in the second protective film removal step, and the substrate after the second protective film is removed. It is possible to reduce the variation in the film thickness of the film. Therefore, it is possible to effectively reduce dark current and white scratches and to prevent deterioration of sensitivity.

本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式的な断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式的な断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式的な断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式的な断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式的な断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例について、図１〜図５を参照して説明する。図１〜図５は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式的な断面図である。なお、図１〜図５では、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例として、電子を蓄積及び転送するＣＣＤイメージセンサの製造方法を例示している。   An example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1-5 is typical sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the solid-state image sensor concerning embodiment of this invention. 1 to 5 exemplify a manufacturing method of a CCD image sensor that accumulates and transfers electrons as an example of a manufacturing method of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

最初に、図１に示すように、例えばシリコンから成るｎ型（ｎ）の基板１０に、ｐ型（ｐ）の第１ウェル１１を形成する。そして、この第１ウェル１１内に、ｎ型（ｎ＋）の電荷蓄積領域１２と、電荷蓄積領域１２上であり基板１０の上面１０１から所定の深さまで形成されるｐ型（ｐ＋＋）の表面拡散領域１３と、ｐ型（ｐ＋）の第２ウェル１４と、第２ウェル１４上であり基板１０の上面１０１から所定の深さまで形成されるｎ型（ｎ）の電荷転送領域１５と、電荷蓄積領域１２及び表面拡散領域１３とこれに隣接する片側（図中右側）の第２ウェル１４及び電荷転送領域１５との間に設けられるｐ型（ｐ＋）のチャネルストップ領域１６と、を形成する。このとき、表面拡散領域１３は、電荷蓄積領域１２の形成後に形成する。また、電荷転送領域１５は、第２ウェル１４の形成後に形成する。 First, as shown in FIG. 1, a p-type (p) first well 11 is formed on an n-type (n) substrate 10 made of, for example, silicon. In the first well 11, an n-type (n + ) charge storage region 12 and a p-type (p ++ ) formed on the charge storage region 12 to a predetermined depth from the upper surface 101 of the substrate 10. A surface diffusion region 13, a p-type (p + ) second well 14, an n-type (n) charge transfer region 15 formed on the second well 14 to a predetermined depth from the upper surface 101 of the substrate 10, A p-type (p + ) channel stop region 16 provided between the charge storage region 12 and the surface diffusion region 13 and the second well 14 and the charge transfer region 15 on one side (right side in the figure) adjacent to the charge storage region 12 and the surface diffusion region 13; Form. At this time, the surface diffusion region 13 is formed after the charge accumulation region 12 is formed. Further, the charge transfer region 15 is formed after the second well 14 is formed.

基板１０内の各領域は、例えばイオン注入などによって基板１０内にｐ型不純物またはｎ型不純物を注入することで形成される。基板１０がシリコンから成る場合、ｐ型不純物として、例えばホウ素などを用いることができる。また、ｎ型不純物として、例えばリンやヒ素などを用いることができる。   Each region in the substrate 10 is formed by implanting p-type impurities or n-type impurities into the substrate 10 by ion implantation, for example. When the substrate 10 is made of silicon, for example, boron or the like can be used as the p-type impurity. Further, as the n-type impurity, for example, phosphorus or arsenic can be used.

次に、基板１０の上面１０１の全面に、例えば酸化シリコンから成る表面絶縁膜１７を形成する。また、電荷蓄積領域１２の直上となる表面絶縁膜１７の上面に対して、例えば酸化シリコンから成るゲート絶縁膜１８を形成する。また、ゲート絶縁膜１８の上面に対して、例えばポリシリコンから成る転送ゲート電極１９を形成する。なお、ゲート絶縁膜１８及び転送ゲート電極１９は、それぞれを成す材料の膜を表面絶縁膜１７に対して全面的に形成した後、必要とする部分を除いてレジストを形成してエッチングを行い、その後にレジストを除去するなどの方法によって、形成することができる。   Next, a surface insulating film 17 made of, for example, silicon oxide is formed on the entire upper surface 101 of the substrate 10. Further, a gate insulating film 18 made of, for example, silicon oxide is formed on the upper surface of the surface insulating film 17 immediately above the charge storage region 12. A transfer gate electrode 19 made of, for example, polysilicon is formed on the upper surface of the gate insulating film 18. The gate insulating film 18 and the transfer gate electrode 19 are formed by forming a resist film on the entire surface of the surface insulating film 17, and then forming a resist except for necessary portions to perform etching. Thereafter, it can be formed by a method such as removing the resist.

次に、表面絶縁膜１７、ゲート絶縁膜１８及び転送ゲート電極１９の露出面を覆うように、例えば酸化シリコンから成る層間絶縁膜２０を形成する。さらに、転送ゲート電極１９の直上となる層間絶縁膜２０の上面と、転送ゲート電極１９の側方となる層間絶縁膜２０の側面と、のそれぞれを覆うように、例えばアルミニウムやタングステンから成る遮光膜２１を形成する。なお、遮光膜２１は、遮光膜２１を成す材料の膜を層間絶縁膜２０に対して全面的に形成した後、必要とする部分を除いてレジストを形成してエッチングを行い、その後にレジストを除去するなどの方法によって、形成することができる。   Next, an interlayer insulating film 20 made of, for example, silicon oxide is formed so as to cover the exposed surfaces of the surface insulating film 17, the gate insulating film 18, and the transfer gate electrode 19. Further, a light shielding film made of, for example, aluminum or tungsten so as to cover the upper surface of the interlayer insulating film 20 directly above the transfer gate electrode 19 and the side surface of the interlayer insulating film 20 beside the transfer gate electrode 19. 21 is formed. The light shielding film 21 is formed by forming a film of the material forming the light shielding film 21 on the entire surface of the interlayer insulating film 20, forming a resist except for necessary portions, and performing etching. It can be formed by a method such as removal.

次に、図２に示すように、層間絶縁膜２０及び遮光膜２１の露出面を覆うように、例えば窒化シリコンから成る第１保護膜２２を形成する。さらに、図３に示すように、第１保護膜２２の上面に対して、例えば酸化シリコンから成る中間膜２３を形成する。さらに、図４に示すように、中間膜２３の上面に対して、例えば窒化シリコンから成る第２保護膜２４を形成する。   Next, as shown in FIG. 2, a first protective film 22 made of, for example, silicon nitride is formed so as to cover the exposed surfaces of the interlayer insulating film 20 and the light shielding film 21. Further, as shown in FIG. 3, an intermediate film 23 made of, for example, silicon oxide is formed on the upper surface of the first protective film 22. Further, as shown in FIG. 4, a second protective film 24 made of, for example, silicon nitride is formed on the upper surface of the intermediate film 23.

そして、図４に示したように第２保護膜２４を形成した状態で熱処理を行うことにより、第１保護膜２２及び第２保護膜２４中の水素イオンを拡散させて、基板１０に対して水素イオンを供給する。このとき、第２保護膜２４中の水素イオンは、中間膜２３を透過して第１保護膜２２内に拡散する。また、第１保護膜２２中の水素イオンは、層間絶縁膜２０及び表面絶縁膜１７を透過して基板１０に到達する。これにより、基板１０の上面１０１における界面準位や、電荷蓄積領域１２内への金属元素の拡散等で生じた結晶欠陥に伴うダングリングボンドが、水素イオンで不活性化されるため、暗電流及び白傷を低減することが可能になる。   Then, heat treatment is performed in a state where the second protective film 24 is formed as shown in FIG. 4, so that the hydrogen ions in the first protective film 22 and the second protective film 24 are diffused to the substrate 10. Supply hydrogen ions. At this time, hydrogen ions in the second protective film 24 permeate the intermediate film 23 and diffuse into the first protective film 22. The hydrogen ions in the first protective film 22 pass through the interlayer insulating film 20 and the surface insulating film 17 and reach the substrate 10. As a result, the interface state on the upper surface 101 of the substrate 10 and dangling bonds accompanying crystal defects caused by the diffusion of metal elements into the charge storage region 12 are inactivated by hydrogen ions. And it becomes possible to reduce white scratches.

この熱処理工程は、水素イオンを効果的に供給するために、３８０℃以上４５０℃以下（具体的に例えば、４２０℃）の温度で行うと、好ましい。また、この熱処理工程は、不活性ガス雰囲気（例えば、熱処理炉内のガスの大部分または全部が窒素ガス）または水素ガス雰囲気（例えば、熱処理炉内のガスの全部が水素ガス）として、水素イオンと反応する酸素等を排除した雰囲気で行うと、好ましい。   This heat treatment step is preferably performed at a temperature of 380 ° C. to 450 ° C. (specifically, for example, 420 ° C.) in order to effectively supply hydrogen ions. In addition, this heat treatment step is performed with hydrogen ions in an inert gas atmosphere (for example, most or all of the gas in the heat treatment furnace is nitrogen gas) or in a hydrogen gas atmosphere (for example, all of the gas in the heat treatment furnace is hydrogen gas). It is preferable that the reaction be performed in an atmosphere that excludes oxygen and the like that react with.

上記の熱処理工程の終了後、中間膜２３をストッパとして利用して、中間膜２３上の第２保護膜２４を選択的に除去する（即ち、図３に示した構造に戻す）。このとき、第２保護膜２４が窒化シリコンから成り、中間膜２３が酸化シリコンから成る場合は、リン酸を用いたウエットエッチングを行うと、好ましい。   After the above heat treatment step, the second protective film 24 on the intermediate film 23 is selectively removed using the intermediate film 23 as a stopper (that is, the structure shown in FIG. 3 is restored). At this time, when the second protective film 24 is made of silicon nitride and the intermediate film 23 is made of silicon oxide, it is preferable to perform wet etching using phosphoric acid.

この場合、酸化シリコンから成る中間膜２３をほぼエッチングすることなく、窒化シリコンから成る第２保護膜２４を高い選択比でエッチングすることが可能となる。そのため、第２保護膜２４の除去後における基板１０上の膜厚のばらつきを、効果的に低減することが可能になる。さらに、例えばドライエッチングを適用した場合と比較して、固体撮像素子にダメージが導入されることを、効果的に抑制することが可能になる。   In this case, the second protective film 24 made of silicon nitride can be etched with a high selectivity without substantially etching the intermediate film 23 made of silicon oxide. Therefore, it is possible to effectively reduce the variation in the film thickness on the substrate 10 after the removal of the second protective film 24. Further, for example, it is possible to effectively suppress the introduction of damage to the solid-state imaging device as compared with the case where dry etching is applied.

次に、図５に示すように、中間膜２３の上面に対して、例えば樹脂からなる平坦化膜２５を形成する。次に、電荷蓄積領域１２の直上となる平坦化膜２５の上面に対して、例えば顔料を含んだ樹脂から成り所定の色（波長）の光を選択的に透過させるカラーフィルタ２６を形成する。次に、例えば樹脂から成り平坦化膜２５上のカラーフィルタ２６を埋め込むコート膜２７を形成する。   Next, as shown in FIG. 5, a planarizing film 25 made of, for example, a resin is formed on the upper surface of the intermediate film 23. Next, a color filter 26 made of, for example, a resin containing a pigment and selectively transmitting light of a predetermined color (wavelength) is formed on the upper surface of the planarizing film 25 immediately above the charge storage region 12. Next, a coat film 27 that is made of, for example, resin and fills the color filter 26 on the planarizing film 25 is formed.

そして最後に、カラーフィルタ２６の直上となるコート膜２７の上面に対して、例えば樹脂から成るとともに入射する光を集光してカラーフィルタ２６を透過させる凸形状のマイクロレンズ２８を形成することで、固体撮像素子１が製造される。   Finally, a convex microlens 28 made of, for example, a resin and condensing incident light and passing through the color filter 26 is formed on the upper surface of the coating film 27 immediately above the color filter 26. The solid-state imaging device 1 is manufactured.

この固体撮像素子１において、マイクロレンズ２８、カラーフィルタ２６及び電荷蓄積領域１２は、基板１０の上面１０１に対して垂直な方向（図中の上下方向）に対して一列に並んでおり、それぞれの列がそれぞれの画素を構成している。例えば、これらの画素は、基板１０の上面１０１と平行な面内においてマトリクス状に配置される。具体的に例えば、これらの画素は、カラーフィルタ２６が透過させる色に着目すると、ベイヤ配列で配置されている。   In the solid-state imaging device 1, the microlens 28, the color filter 26, and the charge storage region 12 are arranged in a line with respect to a direction (vertical direction in the drawing) perpendicular to the upper surface 101 of the substrate 10. A column constitutes each pixel. For example, these pixels are arranged in a matrix in a plane parallel to the upper surface 101 of the substrate 10. Specifically, for example, these pixels are arranged in a Bayer array when focusing on the color transmitted by the color filter 26.

固体撮像素子１に入射する光は、マイクロレンズ２８で集光され、コート膜２７及びカラーフィルタ２６を透過する。このとき、カラーフィルタ２６は、所定の色（波長）の光を選択的に透過させる。カラーフィルタ２６を透過した光は、平坦化膜２５、中間膜２３、第１保護膜２２、層間絶縁膜２０及び表面保護膜１７をそれぞれ透過して、上面１０１から基板１０内に入射する。すると、第１ウェル１１及び電荷蓄積領域１２から成るフォトダイオード（光電変換部）によって、基板１０内に入射した光が光電変換されて電子及び正孔が生じ、電子が電荷蓄積領域１２に蓄積される。このとき、基板１０の上面１０１から所定の深さまでは表面拡散領域１３が形成されているため、電荷蓄積領域１２は、暗電流の発生源である界面準位が存在する基板１０の上面１０１から離れた位置に存在することになる。そのため、電荷蓄積領域１２が蓄積する電子が、基板１０の上面１０１で発生する暗電流の影響を受けにくいものとなる。   Light incident on the solid-state imaging device 1 is collected by the microlens 28 and passes through the coat film 27 and the color filter 26. At this time, the color filter 26 selectively transmits light of a predetermined color (wavelength). The light transmitted through the color filter 26 passes through the planarizing film 25, the intermediate film 23, the first protective film 22, the interlayer insulating film 20, and the surface protective film 17, and enters the substrate 10 from the upper surface 101. Then, light incident on the substrate 10 is photoelectrically converted by the photodiode (photoelectric conversion unit) including the first well 11 and the charge storage region 12 to generate electrons and holes, and the electrons are stored in the charge storage region 12. The At this time, since the surface diffusion region 13 is formed at a predetermined depth from the upper surface 101 of the substrate 10, the charge accumulation region 12 extends from the upper surface 101 of the substrate 10 where the interface state that is a dark current generation source exists. It exists in a distant position. Therefore, the electrons accumulated in the charge accumulation region 12 are not easily affected by the dark current generated on the upper surface 101 of the substrate 10.

そして、所定のタイミングで転送ゲート電極１９に電圧が印加されることで、電荷転送領域１５の外縁近傍に埋込チャネルが形成される。そして、この埋込チャネルを介して、電荷蓄積領域１２から読み出された電子の一時的な蓄積や転送（紙面垂直方向への転送）が順次行われ、最終段まで転送された電子による電位が増幅されることで、画像データを構成する信号が生成される。この埋込チャネルは、暗電流の発生源である界面準位が存在する基板１０の上面１０１から離れた位置に形成される。そのため、埋込チャネルを介して転送される電子が、基板１０の上面１０１で発生する暗電流の影響を受けにくいものとなる。また、チャネルストップ領域１６によって、電荷蓄積領域１２から読み出される電子は、隣接する片側（図中左側）の電荷転送領域１５の外縁近傍に形成される埋込チャネルにのみ蓄積される。   Then, a voltage is applied to the transfer gate electrode 19 at a predetermined timing, so that a buried channel is formed in the vicinity of the outer edge of the charge transfer region 15. Then, temporary storage and transfer of electrons read from the charge storage region 12 (transfer in the vertical direction on the paper surface) are sequentially performed through the buried channel, and the potential of the electrons transferred to the final stage is increased. By being amplified, a signal constituting the image data is generated. The buried channel is formed at a position away from the upper surface 101 of the substrate 10 where an interface state that is a source of dark current exists. Therefore, electrons transferred through the buried channel are not easily affected by the dark current generated on the upper surface 101 of the substrate 10. Further, the electrons read from the charge storage region 12 by the channel stop region 16 are stored only in the buried channel formed in the vicinity of the outer edge of the charge transfer region 15 on the adjacent one side (left side in the figure).

以上より、本発明の実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法によれば、中間膜２３を導入することによって、第２保護膜２４の除去工程において固体撮像素子１にダメージが導入されることを抑制するとともに、第２保護膜２４の除去後における基板１０上の膜厚のばらつきを低減することが可能になる。そのため、暗電流及び白傷を効果的に低減するとともに、感度の劣化を防止することが可能になる。   As described above, according to the method for manufacturing the solid-state imaging device 1 according to the embodiment of the present invention, the introduction of the intermediate film 23 causes damage to the solid-state imaging device 1 in the removal process of the second protective film 24. And the variation in the film thickness on the substrate 10 after the removal of the second protective film 24 can be reduced. Therefore, it is possible to effectively reduce dark current and white scratches and to prevent deterioration of sensitivity.

なお、第１保護膜２２は、最終的な固体撮像素子１の構造に含まれる（図５参照）。そのため、固体撮像素子１の感度の低下を防止する観点から、第１保護膜２２を最小限の膜厚にすると、好ましい。例えば、第１保護膜２２は、基板１０の上面１０１上に形成される各部を保護するために必要となる最小限の膜厚（具体的に例えば、１５０ｎｍ）にすると、好ましい。   The first protective film 22 is included in the final structure of the solid-state imaging device 1 (see FIG. 5). Therefore, from the viewpoint of preventing the sensitivity of the solid-state imaging device 1 from being lowered, it is preferable that the first protective film 22 has a minimum film thickness. For example, it is preferable that the first protective film 22 has a minimum film thickness (specifically, for example, 150 nm) necessary for protecting each part formed on the upper surface 101 of the substrate 10.

また、中間膜２３は、熱処理工程において第１保護膜２２と第２保護膜２４との間に存在するとともに（図４参照）、最終的な固体撮像素子１の構造に含まれるものである（図５参照）。そのため、熱処理工程において第２保護膜２４に含まれる水素イオンを第１保護膜２２内に迅速に拡散させる観点や、固体撮像素子１の感度の低下を防止する観点から、中間膜２３を最小限の膜厚にすると、好ましい。例えば、中間膜２３は、第２保護膜２４を除去する工程において、エッチングのストッパとして利用するために必要となる最小限の膜厚（具体的に例えば、１０ｎｍ）にすると、好ましい。   Further, the intermediate film 23 exists between the first protective film 22 and the second protective film 24 in the heat treatment process (see FIG. 4), and is included in the final structure of the solid-state imaging device 1 ( (See FIG. 5). Therefore, the intermediate film 23 is minimized from the viewpoint of promptly diffusing hydrogen ions contained in the second protective film 24 in the first protective film 22 in the heat treatment process and from preventing the sensitivity of the solid-state imaging device 1 from being lowered. The film thickness is preferably For example, it is preferable that the intermediate film 23 has a minimum film thickness (specifically, for example, 10 nm) necessary for use as an etching stopper in the step of removing the second protective film 24.

また、第２保護膜２４は、熱処理工程後に除去され、最終的な固体撮像素子１の構造には含まれない（図５参照）。そのため、第２保護膜２４は、熱処理工程において、基板１０に対して水素イオンを十分に供給することが可能な膜厚にすると好ましい。   Further, the second protective film 24 is removed after the heat treatment step and is not included in the final structure of the solid-state imaging device 1 (see FIG. 5). Therefore, it is preferable that the second protective film 24 has a thickness that can sufficiently supply hydrogen ions to the substrate 10 in the heat treatment step.

また、第１保護膜２２及び第２保護膜２４を成す窒化シリコン膜は、水素イオンを好適に供給するために、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）で形成すると好ましい。例えば、成膜炉内にシランを３００ｓｃｃｍ以上６００ｓｃｃｍ以下で供給し、アンモニアを１００ｓｃｃｍ以上６００ｓｃｃｍ以下で供給し、窒素を２５００ｓｃｃｍ以上４５００ｓｃｃｍ以下で供給するとともに、成膜温度を４００℃、成膜炉内の圧力を５５０Ｐａ以上６００Ｐａ以下、ＲＦ（Radio Frequency）電源の出力を９００Ｗ以上１０００Ｗ以下にすると、好ましい。この条件では、０ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下の引張応力が発生するとともに屈折率が１．９７５以上２．０１５以下となる窒化シリコン膜を形成することができる。   Further, the silicon nitride film forming the first protective film 22 and the second protective film 24 is preferably formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) in order to supply hydrogen ions suitably. For example, silane is supplied into the film formation furnace at 300 sccm to 600 sccm, ammonia is supplied at 100 sccm to 600 sccm, nitrogen is supplied at 2500 sccm to 4500 sccm, and the film formation temperature is 400 ° C. It is preferable that the pressure is 550 Pa to 600 Pa and the output of an RF (Radio Frequency) power source is 900 W to 1000 W. Under this condition, it is possible to form a silicon nitride film that generates a tensile stress of 0 MPa to 200 MPa and a refractive index of 1.975 to 2.015.

また、中間膜２３を成す酸化シリコン膜も、プラズマＣＶＤで形成すると好ましい。例えば、成膜炉内にシランを１００ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下で供給し、一酸化二窒素を５０００ｓｃｃｍ以上１００００ｓｃｃｍ以下で供給し、窒素を５０００ｓｃｃｍ以上１００００ｓｃｃｍ以下で供給するとともに、成膜温度を４００℃、成膜炉内の圧力を２００Ｐａ以上６００Ｐａ以下、ＲＦ電源の出力を２００Ｗ以上８００Ｗ以下にすると、好ましい。   The silicon oxide film that forms the intermediate film 23 is also preferably formed by plasma CVD. For example, silane is supplied at 100 sccm to 300 sccm, nitrous oxide is supplied at 5000 sccm to 10,000 sccm, nitrogen is supplied at 5000 sccm to 10,000 sccm, and a film forming temperature is 400 ° C. It is preferable that the pressure in the furnace is 200 Pa to 600 Pa and the output of the RF power source is 200 W to 800 W.

＜変形等＞
図１〜図５では、電子を蓄積及び転送する固体撮像素子１について例示したが、基板１０内の各領域のｐ型及びｎを逆にして、正孔を蓄積及び転送する固体撮像素子としてもよい。また、第１ウェル１１を設けることなく、ｐ型の基板内にｎ型の電荷蓄積領域を直接的に形成した構造としてもよい。 <Deformation, etc.>
1 to 5 exemplify the solid-state imaging device 1 that stores and transfers electrons, but the solid-state imaging device that stores and transfers holes by reversing the p-type and n of each region in the substrate 10 may be used. Good. In addition, an n-type charge accumulation region may be directly formed in a p-type substrate without providing the first well 11.

図１〜図５において、本発明の実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法として、ＣＣＤイメージセンサの製造方法について例示したが、本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサなどの他の固体撮像素子に対しても適用可能である。   1 to 5, the manufacturing method of the CCD image sensor is exemplified as the manufacturing method of the solid-state imaging device 1 according to the embodiment of the present invention. However, the present invention is applied to other solid-state imaging devices such as a CMOS image sensor. Is applicable.

本発明に係る固体撮像素子は、例えば撮像機能を有する各種電子機器に搭載されるＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等に、好適に利用され得る。   The solid-state imaging device according to the present invention can be suitably used for, for example, a CCD image sensor or a CMOS image sensor mounted on various electronic devices having an imaging function.

１ ： 固体撮像素子
１０ ： 基板
１０１ ： 上面
１１ ： 第１ウェル
１２ ： 電荷蓄積領域
１３ ： 表面拡散領域
１４ ： 第２ウェル
１５ ： 電荷転送領域
１６ ： チャネルストップ領域
１７ ： 表面絶縁膜
１８ ： ゲート絶縁膜
１９ ： 転送ゲート電極
２０ ： 層間絶縁膜
２１ ： 遮光膜
２２ ： 第１保護膜
２３ ： 中間膜
２４ ： 第２保護膜
２５ ： 平坦化膜
２６ ： カラーフィルタ
２７ ： コート膜
２８ ： マイクロレンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Solid-state image sensor 10: Board | substrate 101: Upper surface 11: 1st well 12: Charge storage area 13: Surface diffusion area 14: 2nd well 15: Charge transfer area 16: Channel stop area | region 17: Surface insulating film 18: Gate insulation Film 19: Transfer gate electrode 20: Interlayer insulating film 21: Light shielding film 22: First protective film 23: Intermediate film 24: Second protective film 25: Planarizing film 26: Color filter 27: Coat film 28: Micro lens

Claims (3)

上面から入射する光を光電変換する光電変換部が内部に形成されている基板の上方に、第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
前記第１保護膜の上面に対して、前記第１保護膜とは異なる材料から成る中間膜を形成する中間膜形成工程と、
前記中間膜の上面に対して、前記中間膜とは異なる材料から成る第２保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、
前記第２保護膜形成工程後に、熱処理を行う熱処理工程と、
前記熱処理工程後に、前記中間膜上の前記第２保護膜を選択的に除去する第２保護膜除去工程と、
を備えることを特徴とする固体半導体素子の製造方法。 A first protective film forming step of forming a first protective film above a substrate on which a photoelectric conversion unit for photoelectrically converting light incident from the upper surface is formed;
An intermediate film forming step of forming an intermediate film made of a material different from that of the first protective film on the upper surface of the first protective film;
A second protective film forming step of forming a second protective film made of a material different from the intermediate film on the upper surface of the intermediate film;
A heat treatment step of performing a heat treatment after the second protective film forming step;
A second protective film removing step of selectively removing the second protective film on the intermediate film after the heat treatment step;
The manufacturing method of the solid-state semiconductor element characterized by the above-mentioned. 前記基板がシリコンから成り、前記第１保護膜及び前記第２保護膜が窒化シリコンから成り、前記中間膜が酸化シリコンから成ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。   2. The method of manufacturing a solid-state imaging element according to claim 1, wherein the substrate is made of silicon, the first protective film and the second protective film are made of silicon nitride, and the intermediate film is made of silicon oxide. 前記第２保護膜除去工程で、リン酸を用いたウエットエッチングによって、前記中間膜上の前記第２保護膜を選択的に除去することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法。   3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein, in the second protective film removing step, the second protective film on the intermediate film is selectively removed by wet etching using phosphoric acid. Method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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