(57)【要約】【課題】  半導体基体の表面側の構成に関係なく、半導体基体内に良好に水素を拡散供給することができる固体撮像素子を提供する。【解決手段】  半導体基体４内に受光センサ部６が形成され、半導体基体の、受光センサ部６が形成された側とは反対側に穴２４が形成され、この穴２４内を含んで全面に水素含有膜２５が形成されている固体撮像素子３１を構成する。【選択図】      図１
2006073680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基体内に受光センサ部が形成され、
前記半導体基体の、前記受光センサ部が形成された側とは反対側に穴が形成され、前記穴内を含んで全面に水素含有膜が形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記半導体基体上に、ゲート絶縁膜を介して転送電極が形成され、前記ゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜が順に積層されて形成され、前記シリコン窒化膜が、少なくとも、前記受光センサ部を含む撮像領域の全面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記半導体基体上に、ゲート絶縁膜を介して転送電極が形成され、前記転送電極を覆って層間絶縁膜が形成されており、前記層間絶縁膜が、光透過性を有し、且つ汚染物質に対して拡散防止効果の高い膜で形成され、前記層間絶縁膜が、少なくとも、前記受光センサ部を含む撮像領域の全面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記半導体基体上に、ゲート絶縁膜を介して転送電極が形成され、前記転送電極を覆って層間絶縁膜が形成されており、前記ゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜が順に積層されて形成され、前記層間絶縁膜が、光透過性を有し、且つ汚染物質に対して拡散防止効果の高い膜で形成され、前記シリコン窒化膜が、少なくとも、前記受光センサ部を含む撮像領域の全面に形成されていると共に、前記層間絶縁膜が、少なくとも、前記撮像領域の全面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
半導体基体内に受光センサ部が形成された固体撮像素子を製造する方法であって、
前記半導体基体に対して、前記受光センサ部を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、
前記穴内を含んで全面に水素含有膜を形成する工程と、
熱処理を行う工程と、
その後、前記半導体基体に対して、オンチップレンズを形成する工程とを有する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
半導体基体内に受光センサ部が形成された固体撮像素子を製造する方法であって、
前記半導体基体に対して、前記受光センサ部を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、
水素雰囲気内で熱処理を行う工程と、
その後、前記半導体基体に対して、オンチップレンズを形成する工程とを有する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
半導体基体の表面側に形成された回路素子と、
前記半導体基体の表面側に、絶縁層内に形成された配線層とを少なくとも有する半導体装置であって、
前記半導体基体の、前記回路素子が形成された側とは反対側に穴が形成され、前記穴内を含んで全面に水素含有膜が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
半導体基体の表面側に形成された回路素子と、半導体基体の表面側に、絶縁層内に形成された配線層とを少なくとも有する半導体装置を製造する方法であって、
前記半導体基体に対して、前記回路素子を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、
前記穴内を含んで全面に水素含有膜を形成する工程と、
熱処理を行う工程とを有する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基体の表面側に形成された回路素子と、半導体基体の表面側に、絶縁層内に形成された配線層とを少なくとも有する半導体装置を製造する方法であって、
前記半導体基体に対して、前記回路素子を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、
水素雰囲気内で熱処理を行う工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子、例えばＣＣＤ型の固体撮像素子では、図示しないが、マトリクス状に配列された画素を構成する受光センサ部と、これら受光センサ部の各列の一方の側に形成された垂直方向に延びるＣＣＤ構造の垂直転送部より撮像領域が形成され、この撮像領域の垂直方向の端部に水平転送部が形成され、この水平転送部に電荷電圧変換手段を介して出力部が接続されている（非特許文献１参照）。
なお、撮像領域の周辺には、トランジスタ等の回路素子からなる周辺回路部が形成されている。
【０００３】
ここで、撮像領域の構成を、図６を参照して説明する。なお、図６は、撮像領域の要部の拡大断面図を示している。また、図６では、平坦化膜、カラーフィルタ又はオンチップレンズ等は省略している。
撮像領域では、例えば、シリコンからなるＮ型の半導体基体（以下シリコン基板とする）５４内に形成されたＰ型の半導体領域５５において、受光センサ部５６を構成するＮ−の半導体領域（所謂電荷蓄積領域）５７とその上の表面のＰ＋の半導体領域（正電荷蓄積領域）５８からなるフォトダイオードＰＤが形成されている。また、受光センサ部５６列の一方の側には、垂直転送レジスタ５９を構成するＮ＋の転送チャネル領域６０が形成されている。また、受光センサ部５６列の他方の側には、水平方向に隣り合う画素間を分離するための画素分離領域、すなわち、Ｐ＋のチャネルストップ領域６１が形成されている。また、受光センサ部５６と垂直転送レジスタ５９との間の半導体領域５５には、受光センサ部５６に蓄積された信号電荷を、垂直転送レジスタ５９に読み出すための、読み出しゲート部６２が形成されている。
【０００４】
シリコン基板５４において、受光センサ部５６が形成された表面側では、ゲート絶縁膜７０を介して、読み出しゲート部６２及び転送チャネル領域６０上に、例えば多結晶シリコン層よりなる転送電極６４が形成されている。また、転送電極６４上には層間絶縁膜６５を介して、例えばＡｌやＷからなる遮光膜６６が形成されている。
【０００５】
ゲート絶縁膜７０は、シリコン基板５４側から、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）６７、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）６８、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）６９が順に積層された絶縁膜（以下ＯＮＯ絶縁膜とする）で形成されている。また、それ以外の例えば受光センサ部５６上では、熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）７１が形成されている。
なお、受光センサ部５６上には、層間絶縁膜６５と遮光膜６６は形成されておらず、開口７２が形成されている。
【０００６】
遮光膜６６上には、図示しないが、全面を覆って平坦化膜が形成され、この平坦化膜上にカラーフィルタが形成されている。そして、このカラーフィルタ上の受光センサ部５６と対応する位置にオンチップレンズが形成されている。
【０００７】
【非特許文献１】安藤隆男、菰淵寛仁著，「固体撮像素子の基礎−電子の目のしくみ」，１９９９年１２月１０日，ｐ９３―ｐ１０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、このような構成のＣＣＤ型の固体撮像素子において、高画質化を図る場合や、Ｓ／Ｎ比の維持、固定パターンのノイズの低減等の撮像性能の向上を図る場合は、暗電流の発生を低減することが極めて重要となる。
【０００９】
暗電流の発生の主な原因としては、熱酸化膜７１とシリコン基板５４との界面に存在するＳｉダングリングボンドにより生成された界面準位が挙げられる。また、素子パターン形成で用いられる各種金属薄膜から拡散された汚染物質（金属等）や製造装置等から混入した汚染物質がシリコン基板５４内に拡散到達することにより形成される不純物準位等が挙げられる。
【００１０】
暗電流の発生を低減する方法として、従来では、製造時において、遮光膜６６や例えば配線層（図示せず）を形成する工程の後に、水素雰囲気中で４００℃程度のアニール処理（熱処理）を行うことにより、熱酸化膜７１を通じてシリコン基板５４に水素を拡散供給させて、シリコン基板５４の界面に生成された界面準位を低減させるようにしている。
また、シリコン基板の表面側に形成されたプラズマシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）等の水素含有膜を低温でアニール処理することにより、熱酸化膜を通じてシリコン基板に水素を拡散供給させて、ゲート絶縁膜とシリコン基板との界面に存在するＳｉダンブリングボンドを終端させるようにしている。
【００１１】
しかしながら、これらの方法は、シリコン基板の表面側から水素を拡散供給させているため、以下に示すような問題が生じてしまう。
【００１２】
すなわち、例えば、シリコン基板の表面側に水素透過性の低い膜が形成されている場合では、シリコン基板内に良好に水素を拡散させることができず、シリコン基板の界面に生成された界面準位を低減することが困難となる。
【００１３】
また、例えばシリコン基板の表面側に多層配線が形成とされている場合では、最上層の配線とシリコン基板との間の距離が長くなり、また、水素の拡散経路も複雑となるため、上述した方法を用いてアニール処理を行ったとしても、シリコン基板内に良好に水素を拡散させることができず、シリコン基板との界面に生成された界面準位を低減することが困難となる。
【００１４】
また、このような問題は、固体撮像素子ばかりではなく、例えば半導体装置においても生じることが考えられる。
すなわち、半導体装置においても、特性のばらつきを抑えるために、製造工程の最終段階でアニール処理を行っている。しかしながら、シリコン基板の表面側に多層配線が形成された場合、最上層の配線層とシリコン基板との間の距離が長くなり、また、水素の拡散経路も複雑になるため、上述した固体撮像素子の場合と同様に、シリコン基板内に良好に水素を拡散させることができず、特性のばらつきを抑えることが困難となる。
【００１５】
したがって、基板の表面側の構成に関係なく、基板内に良好に水素を拡散供給することが可能な構成が求められている。
【００１６】
上述した点に鑑み、本発明は、半導体基体の表面側の構成に関係なく、半導体基体内に良好に水素を拡散供給することができる固体撮像素子及びその製造方法を提供するものである。
また、本発明は、半導体基体の表面側の構成に関係なく、半導体基体内に良好に水素を拡散供給することができる半導体装置及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る固体撮像素子は、半導体基体内に受光センサ部が形成され、半導体基体の、受光センサ部が形成された側（例えば表面側）とは反対側（例えば裏面側）に穴が形成され、穴内を含んで全面に水素含有膜が形成されている構成とする。
【００１８】
上述した本発明に係る固体撮像素子によれば、半導体基体内に受光センサ部が形成され、半導体基体の、受光センサ部が形成された側とは反対側に穴が形成され、穴内を含んで全面に水素含有膜が形成されているので、製造時において、半導体基体の表面側の構成に関係なく、半導体基体の裏面側に形成された水素含有膜より半導体基体内に水素を拡散供給させることが可能になる。この際、水素含有膜が穴内を含んで形成されている分、水素含有膜が半導体基体内の表面側に近づいて形成されているため、半導体基体内の表面側への水素の拡散供給効果をさらに高くすることができ、半導体基体内の表面側に形成された界面準位をより効果的に低減することができる。したがって、界面準位に起因する暗電流の発生をさらに低減することができる。
【００１９】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、半導体基体内に受光センサ部が形成された固体撮像素子を製造する方法であって、半導体基体に対して、受光センサ部を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、穴内を含んで全面に水素含有膜を形成する工程と、熱処理を行う工程と、その後、半導体基体に対して、オンチップレンズを形成する工程とを有するようにする。
【００２０】
上述した本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、半導体基体に対して、受光センサ部を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、穴内を含んで全面に水素含有膜を形成する工程と、熱処理を行う工程と、その後、半導体基体に対して、オンチップレンズを形成する工程とを有するので、穴内を含んで全面に水素含有膜を形成することにより、穴の部分で水素含有膜を半導体基体の表面側に近づけて形成することができる。これにより、この後に熱処理を行った際、半導体基体の表面側に水素含有膜より良好に水素を拡散させることができる。したがって、半導体基体の表面側に生成された界面準位をさらに少なくして、界面準位に起因する暗電流の発生をさらに低減することができる。
【００２１】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、半導体基体内に受光センサ部が形成された固体撮像素子を製造する方法であって、半導体基体に対して、受光センサ部を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、水素雰囲気内で熱処理を行う工程と、その後、半導体基体に対して、オンチップレンズを形成する工程とを有するようにする。
【００２２】
上述した本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、半導体基体に対して、受光センサ部を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、水素雰囲気内で熱処理を行う工程と、その後、半導体基体に対して、オンチップレンズを形成する工程とを有するので、穴を形成することにより、穴内では底面を半導体基体の表面側に近づけることができる。これにより、この後に水素雰囲気内で熱処理を行った際、半導体基体の表面側に穴を通じて良好に水素を拡散させることができる。したがって、半導体基体の表面側に生成された界面準位をさらに少なくして、界面準位に起因する暗電流の発生をさらに低減することができる。
【００２３】
本発明に係る半導体装置は、半導体基体の表面側に形成された回路素子と、半導体基体の表面側に、絶縁層内に形成された配線層とを少なくとも有する半導体装置であって、半導体基体の、回路素子が形成された側とは反対側に穴が形成され、穴内を含んで全面に水素含有膜が形成されている構成とする。
【００２４】
上述した本発明に係る半導体装置によれば、半導体基体の、回路素子が形成された側とは反対側に穴が形成され、穴内を含んで全面に水素含有膜が形成されているので、製造時において、半導体基体の表面側の構成に関係なく、半導体基体の裏面側に形成された水素含有膜より半導体基体内に水素を拡散供給させることが可能になる。この際、水素含有膜が穴内を含んで形成されている分、水素含有膜が半導体基体内の表面側に近づいて形成されているため、半導体基体内の表面側への水素の拡散供給効果をさらに高くすることができ、半導体装置の特性ばらつきを効果的に抑えることができる。
【００２５】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基体の表面側に形成された回路素子と、半導体基体の表面側に、絶縁層内に形成された配線層とを少なくとも有する半導体装置を製造する方法であって、半導体基体に対して、回路素子を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、穴内を含んで全面に水素含有膜を形成する工程と、熱処理を行う工程とを有するようにする。
【００２６】
上述した本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基体の表面側に形成された回路素子と、半導体基体の表面側に、絶縁層内に形成された配線層とを少なくとも有する半導体装置を製造する方法であって、半導体基体に対して、回路素子を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、穴内を含んで全面に水素含有膜を形成する工程と、熱処理を行う工程とを有するので、穴内を含んで全面に水素含有膜を形成することにより、穴の部分で水素含有膜を半導体基体の表面側に近づけて形成することができる。これにより、この後に熱処理を行った際、半導体基体の表面側に水素含有膜より良好に水素を拡散させることができる。したがって、特性ばらつきを抑える効果を高くすることができる。
【００２７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基体の表面側に形成された回路素子と、半導体基体の表面側に、絶縁層内に形成された配線層とを少なくとも有する半導体装置を製造する方法であって、半導体基体に対して、回路素子を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、水素雰囲気内で熱処理を行う工程とを有するようにする。
【００２８】
上述した本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基体の表面側に形成された回路素子と、半導体基体の表面側に、絶縁層内に形成された配線層とを少なくとも有する半導体装置を製造する方法であって、半導体基体に対して、回路素子を形成する側とは反対側から穴を形成する工程と、水素雰囲気内で熱処理を行う工程とを有するので、穴を形成することにより、穴内では底面を半導体基体の表面側に近づけることができる。これにより、この後に水素雰囲気内で熱処理を行った際、半導体基体の表面側に良好に水素を拡散させることができる。したがって、特性ばらつきを抑える効果を高くすることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る固体撮像素子及び半導体装置によれば、製造時において、半導体基体の強度を維持しつつ、半導体基体の裏面側から表面側への水素の拡散供給効果をさらに高くすることができる。
これにより、固体撮像素子の場合では、半導体基体の表面側の構成に関係なく、界面準位に起因する暗電流の低減効果を高くすることが可能になる。
また、半導体装置の場合では、半導体基体の表面側の構成に関係なく、特性ばらつきを抑える効果をさらに高くすることが可能になる。
したがって、高い信頼性を有する固体撮像素子及び半導体装置を実現することができる。
【００３０】
本発明に係る固体撮像素子及び半導体装置の製造方法によれば、熱処理や水素雰囲気内での熱処理を行った際、半導体基体の裏面側から表面側に良好に水素を拡散することができる。
これにより、固体撮像素子の製造方法の場合では、半導体基体の表面側の構成に関係なく、半導体基体の表面側に生成された界面準位さらに低減することができる。
また、半導体装置の製造方法の場合では、半導体基体の表面側の構成に関係なく、特性ばらつきをさらに抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
まず、本発明に係る固体撮像素子の一実施の形態、例えば、ＣＣＤ型の固体撮像素子の概略構成図を、図１及び図２を参照して説明する。
なお、図１はチップ状態とされた固体撮像素子の概略断面図を示し、図２は図１の撮像領域の要部の拡大断面図を示している。
また、図１では、基板上の具体的な構成は省略している。また、図２では、平坦化膜、オンチップレンズ等は省略している。
【００３３】
本実施の形態の固体撮像素子３１は、図１に示すように、撮像領域２と、撮像領域２の周囲に形成された周辺回路領域（トランジスタ等の回路素子）３等から構成されている。
撮像領域２では、図２に示すように、例えば、シリコンよりなるＮ型の半導体基体（以下シリコン基板とする）４内に形成されたＰ型の半導体領域５において、受光センサ部６を構成するＮ−の半導体領域（所謂電荷蓄積領域）７とその上の表面のＰ＋の半導体領域（正電荷蓄積領域）８からなるフォトダイオードＰＤが形成されている。また、受光センサ部６列の一方の側には、垂直転送レジスタ９を構成するＮ＋の転送チャネル領域１０が形成されている。また、受光センサ部６列の他方の側には、水平方向に隣り合う画素間を分離するための画素分離領域、すなわち、Ｐ＋のチャネルストップ領域１１が形成されている。また、受光センサ部６と垂直転送レジスタ９との間の半導体領域５には、受光センサ部６に蓄積された信号電荷を、垂直転送レジスタ９に読み出すための、読み出しゲート部１２が形成されている。
【００３４】
シリコン基板４において、受光センサ部６が形成された表面側では、ゲート絶縁膜２０を介して、読み出しゲート部１２及び転送チャネル領域１０上に、例えば多結晶シリコン層よりなる転送電極１４が形成されている。また、転送電極１４上には層間絶縁膜１５を介して、例えばＡｌやＷからなる遮光膜１６が形成されている。
【００３５】
ゲート絶縁膜２０は、シリコン基板４側から順に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）１７、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）１８、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）１９が積層された絶縁膜（以下ＯＮＯ絶縁膜とする）で形成されている。ここで、ＳｉＮ膜１８は、例えばＬＰ（減圧）ＣＶＤ法を用いて形成されている。
また、受光センサ部６上には、遮光膜１６は形成されておらず、開口２２が形成されている。
【００３６】
遮光膜１６上には、図示しないが、全面を覆って平坦化膜が形成され、この平坦化膜上には、カラーフィルタが形成されている。そして、このカラーフィルタ上の受光センサ部６と対応する位置にオンチップレンズが形成されている。
【００３７】
そして、本実施の形態においては、特に、図１に示すように、シリコン基板４の裏面側に穴（開口）２４が形成され、この穴２４内を含んで全面に水素含有膜２５が形成されている。
この穴２４は、穴２４の底面からゲート絶縁膜２０とシリコン基板４との界面までの距離Ｄが３００nm以下（例えば５nm〜１００nm）となるように形成されている。
また、水素含有膜２５としては、例えばＡｌ膜や、プラズマシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）を用いることができる。
【００３８】
また、本実施の形態においては、特に、ゲート絶縁膜２０であるＯＮＯ絶縁膜のうち、ＳｉＯ2膜１７とＳｉＮ膜１８とが受光センサ部６を含んで撮像領域２の全面に形成されていると共に、層間絶縁膜１５も受光センサ部６を含んで撮像領域２の全面に形成されている。
図２に示す場合では、転送電極１４下以外では、ＳｉＯ2膜１９が除かれている。また、層間絶縁膜１５は、ＯＮＯ絶縁膜２０のＳｉＮ膜１８と同様に、例えばＬＰＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の、汚染物質の拡散バリア性が高く、且つ光透過性が高い膜で形成されている。
【００３９】
このような構成とした場合、製造工程において、シリコン基板４に良好に水素を拡散供給させることができる。
すなわち、シリコン基板４の裏面側に穴２４を形成し、この穴２４内を含んで水素含有膜２５が形成されている場合、製造工程の最終段階で例えばアニール処理を行った際、シリコン基板４の表面側の構成に関係なく、裏面側に形成された水素含有膜２５より、シリコン基板４内に良好に水素を拡散させることができる。
【００４０】
また、穴２４が形成されている分、穴２４内では、水素含有膜２５をシリコン基板４の表面側に近づけることができる。このため、穴２４内に形成された水素含有膜２５は、シリコン基板４の界面に近づいて形成されることになる。これにより、アニール処理によるシリコン基板４内への水素の供給効果をさらに高めることができる。
【００４１】
また、シリコン基板４の裏面側は薄膜化されておらず穴２４が形成されているのみであるため、シリコン基板４の強度を維持することができる。このため、製造工程において、例えばこの穴２４内を含んで水素含有膜２５を形成する際に、水素含有膜２５の膜応力によりシリコン基板４が湾曲することを防ぐことができる。
したがって、水素含有膜２５の形成工程の後に行われる、カラーフィルタ又はオンチップレンズの形成工程の際に、カラーフィルタ又はオンチップレンズの厚さや形状が不均一に形成されることを防ぐことができる。
また、これ以外にも、シリコン基板４を切断してチップ状態にする工程において、シリコン基板４にへき開破壊等が生じること防ぐことができる。
【００４２】
また、受光センサ部６上に汚染物質の拡散バリア性が高いＳｉＮ膜１８やＳｉＮ膜１５が形成されていることになるため、製造時に、シリコン基板４の表面側に遮光膜１６等を形成した後、遮光膜１６等の各金属薄膜から汚染物質（金属等）が拡散されたとしても、ＳｉＮ膜１８やＳｉＮ膜１５によりシリコン基板４内に汚染物質が拡散到達することを防ぐことができる。また、シリコン基板４に製造装置等から混入した汚染物質が拡散到達することも防ぐことができる。
また、転送電極の低抵抗化を図るために、製造時に、例えばWポリサイド、Ｃｏサリサイド、Ｗポリメタル等の金属材料で転送電極１４を形成した場合は、この転送電極１４から汚染物質が拡散されたとしても、特に転送電極１４の下にあるＳｉＮ膜１８によりシリコン基板４内に汚染物質が拡散到達することを防ぐことができる。
【００４３】
また、撮像領域２の全面にＳｉＮ膜１８やＳｉＮ膜１５が形成されているので、例えば、転送電極１４下ではＯＮＯ絶縁膜が形成され、それ以外の受光センサ部上では熱酸化膜が形成されている場合のように、製造時に、画素毎にＯＮＯ絶縁膜のエッチングや熱酸化膜のエッチングを行わずに済み、エッチングにより受光センサ部６がダメージを受けることを防ぐことができる。このため、エッチングにより受けたダメージ等によって受光センサ部６で発生する暗電流を低減することができる。
【００４４】
このような構成の本実施の形態の固体撮像素子３１によれば、シリコン基板４の裏面側に穴２４が形成され、この穴２４内を含んで水素含有膜２５が形成されているので、製造時において、シリコン基板４の表面側の構成に関係なく、シリコン基板４の裏面側より、シリコン基板４の界面に良好に水素を拡散供給させることができる。
また、この際、水素含有膜２５をシリコン基板４の界面に近づけることができるため、製造時においてアニール処理をした際、シリコン基板４の界面への水素の供給効果を高めることが可能になる。このため、シリコン基板４の界面に生成された界面準位をさらに少なくすることができ、暗電流の発生をさらに低減することが可能になる。
【００４５】
また、製造時において水素含有膜２５を形成する際に、シリコン基板４の強度を維持することができ、シリコン基板４が湾曲することを防ぐこともできるため、カラーフィルタ又はオンチップレンズの厚さや形状が不均一に形成されることを低減できる。これにより、製造工程において、歩留まりの低下を抑えることができる。
【００４６】
また、シリコン基板４の表面側では、撮像領域２の全面にＳｉＮ膜１８及びＳｉＮ膜１５が形成されているので、製造時に、遮光膜１６や転送電極１４等といった各金属薄膜から汚染物質が拡散されたとしても、ＳｉＮ膜１８やＳｉＮ膜１５により、この汚染物質がシリコン基板４内に拡散到達すること防ぐことができる。また、製造装置等から混入した汚染物質が、シリコン基板４内に拡散到達することを防ぐことができる。このため、受光センサ部６内に汚染物質が拡散することを防ぐことができ、受光センサ部６内で不純物準位が生成されることを抑制することができるので、この不純物準位に起因する暗電流の発生を低減することが可能になる。
【００４７】
また、製造時に、画素毎にＯＮＯ絶縁膜のエッチングや熱酸化膜のエッチングを行わずに済むため、エッチングによるダメージ等によって受光センサ部で発生する暗電流を低減することが可能になる。
【００４８】
次に、このような構成の固体撮像素子３１を製造する方法を、上述した図１及び図２を参照して説明する。
なお、製造方法の説明は、図２に示したように、公知の方法により、シリコン基板４内の撮像領域２となる部分に、受光センサ部６、垂直転送レジスタ９、チャネルストップ領域１１等が形成された状態から説明する。
【００４９】
次に、シリコン基板４の表面側において、撮像領域２となる部分の全面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）１７、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）１８、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）１９を順に形成して、ＯＮＯ絶縁膜２０を形成する。この際、ＳｉＯ2膜１７，１９は公知の方法で形成し、ＳｉＮ膜１８はＬＰＣＶＤ法を用いて形成する。
【００５０】
次に、ＯＮＯ絶縁膜２０上に、電極材料層（図示せず）を形成し、公知のリソグラフィ技術を用いて、電極材料層をパターニングすることにより、転送電極１４を形成する。この際、例えばＯＮＯ絶縁膜２０のＳｉＯ2膜１９が除去される。
【００５１】
次に、撮像領域２となる部分の全面に、ＬＰＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成して層間絶縁膜１５を形成する。
【００５２】
次に、層間絶縁膜１５上に、ＡｌやＷ等の金属材料層を形成し、公知のリソグラフィ技術を用いて、金属材料層をパターニングすることにより、転送電極１４を覆うように遮光膜１６を形成する。そして、遮光膜１６や層間絶縁膜１５を含んでシリコン基板４上に平坦化膜を形成する。
【００５３】
次に、シリコン基板４の裏面側に穴２４を形成する。この穴２４は、図１に示したように、穴２４の底面からゲート絶縁膜１３とシリコン基板４との界面までの距離Ｄが、例えば５nm〜１００nmとなるように、エッチングにより形成する。
このように穴２４を形成することにより、穴２４内の底面とゲート絶縁膜１３とシリコン基板４との界面までの距離Ｄを短くすることができる。
【００５４】
次に、プラズマシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）を形成することにより、穴２４内を含んで水素含有膜２５を形成する。
この際、上述したように、穴２４内の底面とゲート絶縁膜１３とシリコン基板４との界面までの距離Ｄが短くなっているため、水素含有膜２５をシリコン基板４の界面に近づけて形成することができる
また、シリコン基板４の裏面側は穴２４が形成されているのみで、膜厚等は変化していないため、水素含有膜２５の膜応力によってシリコン基板４が湾曲しない。
【００５５】
次に、シリコン基板４に対して、例えば４００℃程度の温度でアニール処理を行う。
この際、上述したように、水素含有膜２５がシリコン基板４の界面に近づいて形成されているため、シリコン基板４の界面に水素含有膜２５から良好に水素を拡散供給させることができる。
【００５６】
次に、図示しないが、遮光膜１６上に形成された平坦化膜上にカラーフィルタ又はオンチップレンズを形成する。
この際、上述したように、シリコン基板４が湾曲していないため、シリコン基板４上に樹脂（レジスト）等を塗布した際に、塗布膜の厚さが不均一にならず、カラーフィルタやオンチップレンズの厚さや形状が不均一に形成されることを低減できる。
【００５７】
このようにして、固体撮像素子３１を製造することができる。
【００５８】
このような固体撮像素子の製造方法によれば、シリコン基板４内に受光センサ部等を形成し、シリコン基板の表面側に転送電極１４や遮光膜１６等を形成した後、シリコン基板４の裏面側に穴２４を形成して、この穴２４を含んで水素含有膜２５を形成するようにしたので、水素含有膜２５をゲート絶縁膜とシリコン基板４との界面の近傍に形成することができる。このため、この後にアニール処理を行った際に、ゲート絶縁膜１３とシリコン基板４との界面に良好に水素を拡散することができ、この界面に生成されている界面準位をさらに少なくして、暗電流の発生をさらに低減することができる。
【００５９】
また、水素含有膜２５を形成する際に、膜応力によってシリコン基板４が湾曲しないため、カラーフィルタ又はオンチップレンズの形成工程では、均一な膜厚でカラーフィルタ又はオンチップレンズを形成することができる。これにより、製造時における歩留まりの低下を抑えることができる。
また、これ以外にも、シリコン基板４を切断してチップ状態にする工程においても、シリコン基板４にへき開破壊等が生じることを低減することができ、実装時における歩留まりの低下を抑えることができる。
【００６０】
また、シリコン基板４の表面側においては、撮像領域２の全面にＳｉＮ膜１８、ＳｉＮ膜１５を形成するようにしたので、遮光膜や、例えば転送電極等の各種金属薄膜から汚染物質が拡散されても、ＳｉＮ膜１８やＳｉＮ膜１５により汚染物質がシリコン基板４内に拡散到達することを防ぐことができる。
【００６１】
また、シリコン基板４の表面側に、ゲート絶縁膜としてＯＮＯ絶縁膜２０（ＳｉＮ膜１８）を形成しているので、例えば、転送電極下にＯＮＯ絶縁膜を形成し、それ以外の受光センサ部上では熱酸化膜を形成する場合のように、画素毎にＯＮＯ絶縁膜のエッチングや熱酸化膜のエッチングを行わずに済み、エッチングにより受光センサ部６がダメージを受けることを防ぐことができる。
【００６２】
本実施の形態においては、シリコン基板４の裏面側に穴２４を形成した後、この穴２４内を含んで水素含有膜２５を形成してからアニール処理を行う場合を説明したが、例えば、シリコン基板４の裏面側に穴２４を形成した後、水素含有膜２５を形成せずに、水素雰囲気内でアニール処理を行っても構わない。
このように構成した場合においても、穴２４を形成した分、穴２４内の底面とシリコン基板４の界面までの距離Ｄを短くすることができるため、水素雰囲気内でアニール処理を行った際、シリコン基板４の界面に良好に水素を拡散させることができる。したがって、上述した実施の形態と同様の作用を得ることができる。
【００６３】
また、本実施の形態においては、穴２４の形状や形成数等は、図１に示した場合を挙げて説明を行ったが、穴２４の形状や形成数等はこれに限定されず、これ以外にも様々な場合が考えられる。このように穴２４の形状や形成数等が変わった場合でも、上述した作用と同様の作用を得ることができる。
【００６４】
次に、本発明の固体撮像素子の他の形態を、図３を参照して説明する。なお、図３は、撮像領域２の拡大断面図を示している。
すなわち、先に示した実施の形態の固体撮像素子３１では、撮像領域２の全面にＳｉＮ膜１８及び層間絶縁膜（ＳｉＮ膜）１５を形成しているが、本実施の形態の固体撮像素子では、これらのうち、ＳｉＮ膜１８のみが形成されている。
なお、シリコン基板４の裏面側の構成は、図１に示した固体撮像素子３１の場合と同様である。また、これ以外の構成も、図１及び図２に示した固体撮像素子３１の場合と同様であるので、対応する部分には同一符号を付している。
【００６５】
このような構成の固体撮像素子を製造する場合は、ゲート絶縁膜１３の形成工程の際、撮像領域２の全面にＳｉＮ膜１８を形成するようにすればよい。
【００６６】
このような構成の固体撮像素子においても、シリコン基板４の裏面側では、穴２４が形成されると共に、この穴２４を含んで水素含有膜２５が形成され、シリコン基板４の表面側では、撮像領域２の全面に金属等の汚染物質に対する拡散バリア性が高いＳｉＮ膜１８が形成されているため、上述した実施の形態の固体撮像素子３１の場合と同様の作用を得ることができる。
【００６７】
次に、本発明に係る固体撮像素子のさらに他の形態を、図４を参照して説明する。なお、図４も撮像領域の拡大断面図を示している。
すなわち、先に示した実施の形態の固体撮像素子３１では、撮像領域２の全面にＳｉＮ膜１８及び層間絶縁膜（ＳｉＮ膜）１５を形成しているが、本実施の形態の固体撮像素子では、これらのうち、層間絶縁膜（ＳｉＮ膜）１５のみが形成されている。この場合、転送電極１４の直下ではＯＮＯ絶縁膜２０が形成され、それ以外の例えば受光センサ部６上では熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）２１が形成されている。
なお、シリコン基板４の裏面側の構成は、図１に示した固体撮像素子３１の場合と同様である。また、これ以外の構成も、図１及び図２に示した固体撮像素子３１の場合と同様であるので、対応する部分には同一符号を付している。
【００６８】
このような構成の固体撮像素子を形成する場合は、層間絶縁膜１５形成工程において、撮像領域２の全面に層間絶縁膜（ＳｉＮ膜）１５が形成されるようにすればよい。
【００６９】
このような構成の固体撮像素子においても、シリコン基板４の裏面側では、穴２４が形成されると共に、この穴２４を含んで水素含有膜２５が形成され、シリコン基板４の表面側では、撮像領域２の全面に金属等の汚染物質に対する拡散バリア性が高いＳｉＮ膜１５が形成されているため、上述した固体撮像素子３１の場合と同様の作用を得ることができる。
【００７０】
上述した各実施の形態では、ＣＣＤ型の固体撮像素子を挙げて説明を行ったが、これ以外にも、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子にも適用することができる。
すなわち、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子の場合、シリコン基板の表面側に、ＡｌやＣｕ等の金属材料からなる多層配線が形成される場合が多くなってきている。このため、水素の拡散を良好に行うことや、金属等の汚染物質がシリコン基板４内に拡散されることを防ぐ必要があった。しかしながら、本実施の形態の構成を適用した場合、上述した実施の形態のＣＣＤ型の固体撮像素子３１の場合と同様の作用を得ることができる。
【００７１】
次に、本発明に係る半導体装置の一実施の形態を、図５を参照して説明する。
なお、図５は半導体装置の要部の拡大断面図を示している。
本実施の形態の半導体装置３２では、シリコン基板３４の表面側の所定の位置に例えば複数のＭＯＳ型のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が形成されている。そして、この各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が形成された領域上に、絶縁層３９を介して多層配線３７が形成されている。なお、図５に示す場合では、各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の近傍に形成された４層の配線３７１，３７２，３７３，３７４を示している。
【００７２】
ＭＯＳ型のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、それぞれシリコン基板３４中に形成された対のソース領域及びドレイン領域間上にゲート絶縁膜を介してゲート電極３８が形成された構成である。なお、各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のソース領域及びドレイン領域、またチャネル領域は、図示しないが、シリコン基板３４内の所定の位置に形成されている。
【００７３】
多層配線３７は、シリコン基板３４上に絶縁層３９を介して形成された１層目の配線３７１と、この１層目の配線３７１上に絶縁層３９を介して形成された２層目の配線３７２と、この２層目の配線３７２上に絶縁層３９を介して形成された３層目の配線３７３と、この３層目の配線３７３上に絶縁膜３９を介して形成された４層目の配線３７４とから形成されている。そして、４層目以降の配線においても、このように絶縁層を介して形成されている。
なお、各配線３７との間には、配線３７間を接続するコンタクト用の配線４０が形成されている。また、最上層の配線上には、図示しないが、平坦化膜が形成されている。
【００７４】
そして、本実施の形態の半導体装置３２においては、特に、シリコン基板３４の裏面側に穴（開口）４４が形成され、この穴４４を含んで全面に水素含有膜４５が形成されている。なお、穴４４の具体的な構成は、上述した実施の形態の固体撮像素子３１の場合と同様であるので、重複説明は省略する。
【００７５】
前述したように、従来の構成では、シリコン基板の表面側では多層配線が形成されているため、最上層の配線とシリコン基板との距離が長くなり、また水素の拡散経路も複雑となるため、製造工程の最終段階で、例えば水素雰囲気中でアニール処理（熱処理）を行った際は、シリコン基板内に良好に水素を拡散できなかった。
しかし、シリコン基板３４の裏面側に穴４４を形成し、この穴４４内を含んで水素含有膜４５が形成されている場合、製造工程の最終段階で、例えばアニール処理を行った際は、シリコン基板３４の表面側の構成に関係なく、シリコン基板３４の裏面側より、シリコン基板３４内に良好に水素を拡散させることができる。
【００７６】
また、穴４４内を含んで水素含有膜４５が形成されているため、水素含有膜４５をシリコン基板４４の界面に近づけて形成することができる。このため、アニール処理を行った際、シリコン基板３４の界面への水素の供給効果を高めることができる。
【００７７】
また、シリコン基板３４の裏面側に穴４４が形成されているだけで、例えばシリコン基板３４の厚さは薄くなっていないので、シリコン基板３４の強度を維持することができる。このため、製造時において、例えばこの穴４４内を含んで水素含有膜４５を形成した際、水素含有膜４５の膜応力によりシリコン基板３４が湾曲することを防ぐことができる。
【００７８】
このような構成の本実施の形態の半導体装置３２によれば、シリコン基板３４の裏面側に穴４４が形成され、この穴４４内を含んで水素含有膜４５が形成されているので、例えば製造時において、シリコン基板３４の表面側の構成に関係なく、シリコン基板３４の裏面側より、シリコン基板３４の界面に水素を拡散供給させることができる。このため、特性ばらつきを抑える効果をさらに高くすることが可能になる。
【００７９】
また、この際、水素含有膜４５をシリコン基板３４の界面に近づけて形成することができるため、製造時においてアニール処理を行った際に、シリコン基板３４内への水素の供給効果をさらに高めることが可能になる。また、シリコン基板３４に穴４４が形成されているのみであるため、シリコン基板３４の強度も維持することができる。
【００８０】
次に、このような構成の半導体装置３２を製造する方法を説明する。
なお、製造方法の説明は、上述した図５を参照して説明する。
まず、公知の方法により、シリコン基板３４の所定の位置に、ゲート電極３８と対のソース領域及びドレイン領域からなる各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をそれぞれ形成する。なお、ソース領域及びドレイン領域は、図示しないが、シリコン基板３４内に形成される。
【００８１】
次に、各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が形成された領域上に多層配線３７を形成する。
具体的には、シリコン基板３４上に絶縁層３９を形成して平坦化処理を行った後、１層目の配線３７１を所定パターンに形成する。次に、１層目の配線３７１を含んで絶縁層３９を形成して平坦化処理を行った後、１層目の配線３７１の所定の位置に接続してコンタクト用の配線４０を形成する。次に、コンタクト用の配線４０に接続するように２層目となる配線２１２を形成する。
これ以降は、目的とする層数となるまで、このような工程が繰り返される。
なお、図示しないが、最上層の配線上には平坦化膜等が形成される。
【００８２】
次に、シリコン基板３４の裏面側に穴４４を形成する。なお、この穴４４は、上述した実施の形態の固体撮像素子３１の場合と同様に形成することができるため、穴４４内の底面とシリコン基板３４の界面までの距離Ｄを短くすることができる。
【００８３】
次に、プラズマシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）を形成することにより、穴４４内を含んで水素含有膜４５を形成する。
この際、上述したように、水素含有膜４５をシリコン基板３４の界面に近づけて形成することができる。また、シリコン基板３４の裏面側は穴４４が形成されているのみで、膜厚等は変化していないため、水素含有膜４５の膜応力によってシリコン基板３４が湾曲したりすることはない。
【００８４】
次に、シリコン基板３４に対して、例えば４００℃程度の温度でアニール処理（熱処理）を行う。
この際、上述したように、水素含有膜４５がシリコン基板３４の界面に近づいて形成されているため、シリコン基板３４の界面に、水素含有膜４５から良好に水素を拡散供給させることができる。
【００８５】
このようにして、図５に示した半導体装置を製造することができる。
【００８６】
このような半導体装置の製造方法によれば、シリコン基板３４に各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２等を形成し、シリコン基板３４の表面側に多層配線３７等を形成した後、シリコン基板３４の裏面側に穴４４を形成して、この穴４４内を含んで水素含有膜４５を形成するようにしたので、水素含有膜４５をシリコン基板３４の界面に近づけて形成することができる。このため、この後にアニール処理を行った際は、シリコン基板３４の界面への水素の拡散効果を高くすることができ、特性ばらつきを抑える効果を高くすることができる。
【００８７】
本実施の形態においても、シリコン基板３４の裏面側に穴４４を形成した後、この穴４４内を含んで水素含有膜４５を形成してからアニール処理を行う場合を説明したが、例えば、シリコン基板３４の裏面側に穴４４を形成した後、水素含有膜４５を形成せずに、水素雰囲気内でアニール処理を行っても構わない。
この場合においても、穴４４を形成した分、穴４４内の底面とシリコン基板４の界面までの距離を短くすることができるため、上述した実施の形態の場合と同様の作用を得ることができる。
【００８８】
また、本実施の形態においても、穴４４の形状や形成数等は、図１に示した場合を挙げて説明を行った。しかし、穴４４の形状や形成数等はこれに限定されず、これ以外にも様々な場合が考えられる。このように穴２４の形状や形成数等が変わった場合でも、上述した実施の形態の場合と同様の作用を得ることができる。
【００８９】
上述した各実施の形態では、シリコン基板４の表面側に、ゲート電極１４、層間絶縁膜１５、遮光膜１６等を形成した後に、また、シリコン基板３４の表面側に多層配線３７を形成した後に、シリコン基板４，３４の裏面側に穴４，４４や水素含有膜２５，４５を形成した。しかし、この穴４，４４や水素含有膜２５，４５は、例えば、予めシリコン基板４，３４の裏面側に形成しても構わないし、製造工程の途中でシリコン基板４，３４の裏面側に形成しても構わない。
【００９０】
また、上述した各実施の形態では、最終的にシリコン基板４，３４の裏面側に穴４，４４や水素含有膜２５，４５が残っているが、例えば、シリコン基板４，３４の裏面側を研磨して膜厚を薄くする工程を行う場合は、穴４，４４や水素含有膜２５，４５が削られてしまい、穴４，４４や水素含有膜２５，４５の全部或いは一部が除去されてしまう。
しかし、シリコン基板４，３４の裏面側を研磨して膜厚を薄くする工程を行う前に、アニール処理を行うことにより、シリコン基板４，３４の表面側に水素を良好に拡散させることが可能である。
【００９１】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明に係る固体撮像素子の一実施の形態を示す概略断面図である。
【図２】図１の要部の概略断面図（拡大図）である。
【図３】本発明に係る固体撮像素子の他の形態を示す概略断面図（拡大図）である。
【図４】本発明に係る固体撮像素子のさらに他の形態を示す概略断面図（拡大図）である。
【図５】本発明に係る半導体装置の一実施の形態を示す概略断面図（拡大図）である。
【図６】従来の固体撮像素子の概略断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
２・・・撮像領域、４，３４・・・シリコン基板、５・・・半導体領域、６・・・受光センサ部、９・・・垂直転送レジスタ、１１・・・チャネルストップ領域、１２・・・読み出しゲート部、１４・・・転送電極、１５・・・層間絶縁膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）、１６・・・遮光膜、１７・・・ＳｉＯ2膜、１８・・・ＳｉＮ膜、１９・・・ＳｉＯ2膜、２０・・・ＯＮＯ絶縁膜（ゲート絶縁膜）、２１・・・熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）、２４，４４・・・穴（開口）、２５，４５・・・水素含有膜、３１・・・固体撮像素子、３２・・・半導体装置、３７・・・多層配線、３８・・・ゲート電極、３９・・・絶縁層、４０・・・コンタクト配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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