(57)【要約】【課題】  イメージセンサー及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  一つの実施形態で、感光性素子は、半導体基板内に形成される。感光性素子は、感光性領域を含む。シリコン酸化窒化膜を含む反射防止膜が感光性領域上に形成される。シリコン酸化窒化膜は、屈折率を増加させるために熱処理して、感光性領域の接合部から入射する光の反射率を減少させる。したがって、本発明は、現在のイメージ素子、例えば、電荷結合素子及びＣＭＯＳイメージ素子に適用される。【選択図】  図７Ｅ
2006013522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に感光性領域を含む感光性素子を形成する工程と、
前記感光性素子上にシリコン酸化窒化膜を含む反射防止膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化窒化膜の屈折率を向上させるための熱処理を行う工程と、を含むイメージ素子の製造方法。
【請求項２】
前記感光性素子を形成する工程は、電荷結合素子を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項３】
前記電荷結合素子を形成する工程は、
前記感光性領域の近くの前記基板内に電荷トランスファ領域を形成する工程と、
前記トランスファ領域の上部にトランスファゲートを形成する工程と、を含み、
前記反射防止膜上に絶縁されたキャッピング層を形成する工程と、
前記トランスファゲートと前記反射防止膜の側面部との間の前記キャッピング層上に遮光層を形成する工程と、
前記キャッピング層及び前記遮光層上に平坦化層を形成する工程と、をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項４】
前記平坦化層内に内部レンズを形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項５】
前記感光性素子を形成する工程は、
ＣＭＯＳイメージセンサーを形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項６】
前記ＣＭＯＳイメージセンサー素子を形成する工程は、
前記感光性領域に対向して電荷トランスファ領域の近くにフローティング拡散領域を形成する工程と、
前記電荷トランスファ領域上にトランスファゲートを形成する工程と、を含むことを特徴とする、請求項５に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項７】
前記ＣＭＯＳイメージセンサー素子を形成する工程は、
前記反射防止膜上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層内に金属配線を形成する工程と、をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項８】
前記ＣＭＯＳイメージセンサー素子を形成する工程は、
前記絶縁層上に内部レンズを形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項９】
前記ＣＭＯＳイメージセンサー素子を形成する工程は、
前記内部レンズ上に平坦化層を形成し、前記平坦化層上にマイクロレンズを形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記ＣＭＯＳイメージセンサー素子を形成する工程は、
前記平坦化層上にカラーフィルタを形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記感光性素子を形成する工程は、
前記感光性領域の上部にホール蓄積層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項１２】
前記反射防止膜を形成する工程は、
前記感光性領域上に第１シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１シリコン酸化膜上にシリコン酸化窒化膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１シリコン酸化膜を形成する工程は、
前記感光性領域上に低圧化学気相蒸着法及び原子層蒸着法のうち一つを使用して蒸着する工程を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項１４】
前記シリコン酸化窒化膜を形成する工程は、
前記第１シリコン酸化膜上にプラズマ強化化学気相蒸着法を使用して蒸着する工程を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項１５】
前記シリコン酸化窒化膜を形成する工程は、
前記第１シリコン酸化膜上にプラズマ強化化学気相蒸着法を使用して、約２０−６０ｎｍの厚さに蒸着する工程を含むことを特徴とする、請求項１４に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記反射防止膜を形成する工程は、
前記シリコン酸化窒化膜上に第２シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第２シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、をさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第２シリコン酸化膜を形成する工程は、
前記感光性領域上に化学気相蒸着法を使用して蒸着する工程を含むことを特徴とする、請求項１６に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項１８】
前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程は、前記シリコン酸化窒化膜の屈折率を約２.３ないし３.０に向上させることを特徴とする、請求項１２に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項１９】
前記感光性領域の上部領域内に、前記反射防止膜をパターニングする工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項２０】
前記反射防止膜をパターニングする工程は、
前記反射防止膜上にフォトレジスト層を提供する工程と、
前記感光性領域の上部の前記フォトレジスト層をパターニングする工程と、
前記パターニングされたフォトレジスト層をエッチングマスクとして、前記反射防止膜の前記シリコン酸化窒化膜を除去する工程と、を含むことを特徴とする、請求項１９に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項２１】
前記反射防止膜をパターニングする工程は、
前記反射防止膜上にハードマスク層を提供する工程と、
前記感光性領域の上部の前記ハードマスク層をパターニングする工程と、
前記パターニングされたハードマスク層をエッチングマスクとして、前記反射防止膜の前記シリコン酸化窒化膜を除去する工程と、を含むことを特徴とする、請求項１９に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項２２】
前記反射防止膜のシリコン酸化窒化膜を除去する工程は、ＨＦ溶液を利用して除去することを特徴とする、請求項２１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項２３】
前記反射防止膜を形成する工程は、
プラズマによる化学気相蒸着法を使用してシリコン酸化窒化膜を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項２４】
前記プラズマによる化学気相蒸着法は、プラズマ強化化学気相蒸着法を含むことを特徴とする、請求項２３に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項２５】
前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程は、前記シリコン酸化窒化膜の屈折率を約２.３−３.０の範囲に向上させることを特徴とする、請求項２４に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項２６】
前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程は、前記シリコン酸化窒化膜の屈折率を約２.３−３.０の範囲に向上させることを特徴とする、請求項１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項２７】
前記シリコン酸化窒化膜の熱処理は、前記シリコン酸化窒化膜を形成した直後に行うことを特徴とする、請求項１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項２８】
前記シリコン酸化窒化膜の熱処理は、後続するイメージ素子の製造工程中に行うことを特徴とする、請求項１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項２９】
半導体基板内に感光性領域を含む感光性素子を形成する工程と、
前記感光性領域上に前記感光性素子の光子エネルギーの反射率を低め、シリコン酸化窒化膜を備え、屈折率が２.３−３.０である反射防止膜を形成する工程と、含むイメージ素子の製造方法。
【請求項３０】
前記反射防止膜を形成する工程は、
前記感光性素子に隣接し、屈折率が約２.０である反射防止膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化窒化膜の屈折率が２.３−３.０になるように前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程と、を含むことを特徴とする、請求項２９に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項３１】
前記反射防止膜を形成する工程は、
前記感光性領域上に第１シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１シリコン酸化膜上にシリコン酸化窒化膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする、請求項２９に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項３２】
前記シリコン酸化窒化膜を形成する工程は、
前記シリコン酸化膜上にプラズマ強化化学気相蒸着法を使用して蒸着する工程を含むことを特徴とする、請求項３１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項３３】
前記反射防止膜を形成する工程は、
前記シリコン酸化窒化膜上に第２シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第２シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、をさらに含むことを特徴とする、請求項３１に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項３４】
前記反射防止膜を形成する工程は、
前記シリコン酸化窒化膜をプラズマによる化学気相蒸着法によって形成する工程を含むことを特徴とする、請求項２９に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項３５】
前記プラズマによる化学気相蒸着法は、プラズマ強化化学気相蒸着法を含むことを特徴とする、請求項３４に記載のイメージ素子の製造方法。
【請求項３６】
半導体基板内に感光性領域を含む感光性素子を形成する工程と、
前記感光性領域の上部界面の反射率を減少させるために、前記感光性領域の上部または隣接部分にシリコン酸化窒化膜を含む反射防止膜を形成する工程と、を含むことを特徴とするイメージセンサーの製造方法。
【請求項３７】
前記反射防止膜を形成する工程は、
屈折率が約２.３−３.０である前記反射防止膜を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項３６に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項３８】
前記反射防止膜を形成する工程は、
前記感光性素子に隣接して屈折率が２.０である前記反射防止膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化窒化膜の屈折率が２.３−３.０になるように前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程と、を含むことを特徴とする、請求項３７に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項３９】
前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程は、
約６００℃より高い温度で熱処理する工程を含むことを特徴とする、請求項３８に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項４０】
前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程は、
約３０ないし３６０分間熱処理する工程を含むことを特徴とする、請求項３７に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項４１】
前記反射防止膜を形成する工程は、
前記感光性領域上に第１シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１シリコン酸化膜上にシリコン酸化窒化膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする、請求項３６に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項４２】
前記反射防止膜を形成する工程は、
前記シリコン酸化窒化膜上に第２シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第２シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、をさらに含むことを特徴とする、請求項４１に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項４３】
前記シリコン酸化窒化膜を形成する工程は、
前記第１シリコン酸化膜上にプラズマ強化化学気相蒸着法によってシリコン酸化窒化膜を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項３６に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項４４】
半導体基板内に感光性領域を含む感光性素子と、
前記感光性領域の上部界面の反射率を減少させるために、前記感光性領域に隣接してシリコン酸化窒化膜を含む反射防止膜と、を備えるイメージセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサー及びその製造方法に係り、さらに詳細には、反射防止膜を含むイメージセンサー及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体状のイメージ素子は、現代のイメージシステムに広範囲に使われている。大衆的な固体状のイメージ素子は、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）やＣＭＯＳイメージセンサー（ＣＩＳ：ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）を含む。一般的に、前記素子は、デジタルスチールカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話及び安全システムに適用されている。
【０００３】
固体状のイメージ素子は、光子エネルギーの形態で伝えられた光を電気的な信号に変換し、電気的な信号は、表示素子上に現れるか、またはコンピュータシステムによって行われる他の情報に変換される。ＣＣＤ及びＣＩＳイメージ素子は、フォトダイオードのような光吸収部を含む。
【０００４】
したがって、前記素子の効率及び有効性において重要な要素は、利用できる光を電子に変換する光吸収部の能力である。光吸収部を通過する光子の数が、閾値より小さければ、表示素子上に現れる情報は、良くない影響を受ける恐れがある。
【０００５】
図１は、従来の固体状のイメージ素子の断面図である。ｎ型のフォトダイオード素子（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ Ｄｅｖｉｃｅ）領域１２が基板１０内に形成されている。Ｐ＋ドーピングされた領域１４は、フォトダイオードＰＤ領域１２の近くの基板１０内に形成される。Ｐ＋ドーピングされた領域１４は、基板１０上の隣接するイメージ素子の間に電子のフローを防止するか、またはチャンネル停止領域または絶縁領域として作用する。ＳｉＯ２または酸化膜−窒化膜−酸化膜（ＯＮＯ：Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ）からなるゲート絶縁膜１６とポリシリコントランスファゲート１８とを基板１０上に形成し、フォトダイオードＰＤ領域１２を露出させて、フォトダイオードＰＤ領域１２の両側にトランスファゲート構造を形成するためにパターニングする。
【０００６】
反射防止膜３０は、その結果物上に形成される。反射防止膜を拡大した断面図が図２に示されている。反射防止膜３０は、シリコン酸化物からなる第１絶縁層３１とシリコン窒化物からなる第２絶縁層３３と、を含む。反射防止膜３０は、フォトダイオードＰＤ１２上に入射された光が反射されることを減らして、光子エネルギーを電気的エネルギーとして伝達する効率を向上させる。反射防止膜３０がなければ、フォトダイオードＰＤ領域１２の表面に光子エネルギーの反射率は、２０−３０％ほどである。図１及び図２のような反射防止膜３０が存在すれば、反射される反射率程度を１０−２０％に向上させることができる。図１を参照すれば、バッファ層３６は、反射防止膜の第２絶縁層３３上に形成されたシリコン酸化膜を含む。
【０００７】
タングステンからなる遮光層６０は前記結果物上を覆い、フォトダイオードＰＤ領域１２内の反射防止膜３０とバッファ層３６とを露出させるためにパターニングする。遮光層６０は、光子エネルギーが、直接、トランスファゲート１８に入ることを防止する。シリコン酸化膜からなる平坦化層６２は、前記結果物上に形成されて、例えば、化学的機械的ポリシング（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって平坦化される。レジンから形成されたマイクロレンズ６４は、平坦化層６２の上部に形成される。
【０００８】
固体状のイメージ素子の集積度が次第に高まるにつれて、コンパクトな構成及びピクセル密度の増加が主要な関心事になっている。このような目的を達成するために、素子のサイズが減少するにつれて、素子の感度が制限されるので、素子の受光領域で光が利用される量も減少する。感度を高めるために、マイクロレンズ６２は、フォトダイオードＰＤ領域１２に光を集中させるために設けられる。それと同時に、反射防止膜３０は、反射される光の量を減らしてフォトダイオードＰＤ領域１２で光子エネルギーの獲得を増大させる。
【０００９】
特許文献１は、第１シリコン酸化膜／第１シリコン窒化膜／第２シリコン酸化膜／第２シリコン窒化膜が、順次、形成された構造を含む二重層の反射防止膜を提供する。それぞれの組み合わせられたシリコン酸化膜／シリコン窒化膜対は、一つの反射防止膜を形成する。このような配列は、図２の単一反射防止膜の配列と比較して、反射率をさらに低下させる。
【００１０】
図３は、特許文献１の二重層の実施形態の第１及び第２反射防止膜の適用結果として、光の波長の関数による反射率を形成する実験的な図面である。図３で、第２反射防止膜は、単一反射防止膜と比較して、約５００−７００ｎｍの可視光線波長領域で反射率を低める作用を行う。しかし、二重層配列の反射率のレベルは、約４００−５００ｎｍの近くに単一層の配列より実質的に高い。そして、二重層配列は、まだ可視光線で反射率が約４％に過ぎず、このような反射率は、イメージを保全する素子として素子効率を制約する。
【特許文献１】特開２００３−２２４２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする技術的課題は、現在利用されている受光部より利用可能な光エネルギーの伝達効率を向上させた固体状のイメージ素子及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、受光部として利用可能な光を伝達する効率が、現在利用されているものより増加した固体状のイメージ素子及びその製造方法に、直接、関連している。本発明の改善された反射防止膜の構造及びその製造方法は、かかる効率を向上させるものを提供し、現在のイメージ素子、例えば、ＣＣＤ及びＣＩＳに適用されることができる。
【００１３】
第１観点において、本発明は、イメージ素子の形成方法に、直接、関連している。
【００１４】
感光性素子は、半導体基板内に形成される。前記感光性素子は、感光性領域上に形成される。反射防止膜は、シリコン酸化窒化膜を含む。前記シリコン酸化窒化膜は、屈折率を向上させるために熱処理する。
【００１５】
一つの実施形態において、前記感光性素子を形成する工程は、ＣＣＤを形成する工程を含む。この場合、前記ＣＣＤを形成する工程は、前記感光性領域に隣接した前記半導体基板内に電荷トランスファ領域を形成する工程及び前記トランスファ領域の上部にトランスファゲートを形成する工程を含む。それに加えて、絶縁性のキャッピング層が反射防止膜上に形成され、遮光膜は、前記トランスファゲートと前記反射防止膜の側面部位との間の前記キャッピング層上に形成され、平坦化層が前記遮光層及びキャッピング層上に形成される。
【００１６】
他の実施形態において、前記方法は、平坦化層内に内部レンズを形成する工程、前記平坦化層上にマイクロレンズを形成する工程、及び／又は前記平坦化層上にカラーフィルタ層を形成する工程をさらに含み得る。
【００１７】
他の実施形態において、感光性素子を形成する工程は、前記感光性領域に隣接して前記基板内に電荷トランスファ領域を形成する工程と、前記感光性領域に対向して前記電荷トランスファ領域に隣接してフローティング拡散領域を形成する工程と、前記電荷トランスファ領域の上部にトランスファゲートを形成する工程と、を含むＣＩＳ素子を形成する工程を含む。それに加えて、絶縁膜は、反射防止膜上に形成され、金属配線は、前記絶縁膜内に形成され、金属ビアは、それぞれ前記トランスファゲートと前記フローティング拡散領域と連結される第１及び第２金属配線と連結されるために、前記絶縁膜を貫通して形成される。前記方法は、前記絶縁膜上に内部レンズを形成する工程、前記内部レンズ上に平坦化層を形成し、前記平坦化層上にマイクロレンズを形成する工程、及び／又は前記平坦化層上にカラーフィルタを形成する工程をさらに含み得る。
【００１８】
他の実施形態において、前記方法は、前記感光性領域の上部にホール蓄積層（ＨＡＬ：Ｈｏｌｅ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）を形成する工程をさらに含み得る。
【００１９】
他の実施形態において、前記反射防止膜を形成する工程は、前記感光性領域上に第１シリコン酸化膜を形成する工程及び前記第１シリコン酸化膜上にシリコン酸化窒化膜を形成する工程を含み得る。前記第１シリコン酸化膜を形成する工程は、前記感光性領域上に低圧の化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及び原子層蒸着法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のうち、一つを使用して蒸着する工程を含み得る。前記シリコン酸化窒化膜を形成する工程は、前記第１シリコン酸化膜上にプラズマ強化化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を使用して蒸着する工程を含み得る。前記シリコン酸化窒化膜を形成する工程は、前記第１シリコン酸化膜上にＰＥＣＶＤを使用して約２０−６０ｎｍの厚さで蒸着する工程を含み得る。
【００２０】
他の実施形態において、前記反射防止膜を形成する工程は、前記シリコン酸化窒化膜上に第２シリコン酸化膜を形成する工程及び前記第２シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程をさらに含み得る。前記第２シリコン酸化膜を形成する工程は、前記感光性領域上に化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を使用して前記第２シリコン酸化膜を蒸着する工程を含み、前記シリコン窒化膜を形成する工程は、窒素雰囲気でＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ及び／又はＮＨ３のソースガスを使用するＣＶＤ工程を使用して、第２シリコン酸化膜上に蒸着する工程を含む。
【００２１】
前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程は、前記シリコン酸化窒化膜の屈折率を約２.３ないし３.０に向上させることができる。
【００２２】
他の実施形態において、前記感光性領域の上部の前記反射防止膜上にフォトレジスト層を形成する工程と、前記感光性領域の上部の前記フォトレジスト層をパターニングする工程と、前記パターニングされたフォトレジスト層をエッチングマスクとして前記反射防止膜の前記シリコン酸化窒化膜を除去する工程によって前記反射防止膜をパターニングする工程と、をさらに含み得る。選択的に、前記反射防止膜をパターニングする工程は、前記反射防止膜上にハードマスク層を形成する工程と、前記感光性領域上部の前記ハードマスク層をパターニングする工程と、前記パターニングされたハードマスク層をエッチングマスクとして前記反射防止膜の前記シリコン酸化窒化膜を除去する工程と、を含み得る。
【００２３】
前記反射防止膜のシリコン酸化窒化膜を除去する工程は、フッ化水素酸（ＨＦ：Ｈｙｄｒｆｌｕｏｒｉｃ ａｃｉｄ）溶液を利用して除去できる。
【００２４】
前記反射防止膜を形成する工程は、プラズマによるＣＶＤを使用してシリコン酸化窒化膜を形成する工程を含み得る。前記プラズマによるＣＶＤは、ＰＥＣＶＤを含み得る。前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程は、前記シリコン酸化窒化膜の屈折率を約２.３−３.０の範囲に向上させることができる。シリコン酸化窒化膜の熱処理する工程は、約３０ないし３６０分間約６００℃より高い温度で熱処理できる。
【００２５】
前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程は、前記シリコン酸化窒化膜の屈折率を約２.３−３.０の範囲に向上させることができる。前記シリコン酸化窒化膜の熱処理は、前記シリコン酸化窒化膜を形成した直後に行え、後続するイメージ素子を製造する工程中に行える。
【００２６】
他の観点において、本発明は、イメージ素子を形成する方法と、直接、関連がある。感光性領域を含む半導体基板内に感光性素子を形成する。前記感光性領域上に前記感光性素子の光子エネルギーの反射率を減らし、シリコン酸化窒化膜を含み、屈折率が２.３−３.０である反射防止膜を形成する。
【００２７】
一つの実施形態において、前記反射防止膜を形成する工程は、前記感光性素子に隣接し、屈折率が約２.０である反射防止膜を形成する工程及び前記シリコン酸化窒化膜の屈折率が２.３−３.０になるように前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程と、を含む。
【００２８】
他の観点において、本発明は、半導体イメージセンサーを形成する方法と、直接、関連がある。半導体基板内に感光性領域を含む感光性素子を形成する。前記感光性領域の上部界面の反射率を減らすために、前記感光性領域の隣接して前記感光性領域上に反射防止膜を形成する。反射防止膜は、シリコン酸化窒化膜を含む。
【００２９】
一つの実施形態において、前記反射防止膜を形成する工程は、前記感光性素子に隣接し、屈折率が約２.０である反射防止膜を形成する工程及び前記シリコン酸化窒化膜の屈折率が２.３−３.０になるように前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程によって、屈折率が約２.３−３.０である反射防止膜を形成する工程を含む。
【００３０】
他の観点において、本発明は、半導体イメージセンサーを形成する方法と、直接、関連がある。半導体基板内に感光性領域を含む感光性素子を形成する。前記感光性領域の上部界面の反射率を減らすために、前記感光性領域の隣接して前記感光性領域上に約２.３−３.０の屈折率を有する反射防止膜を形成する。
【００３１】
一つの実施形態において、前記反射防止膜を形成する工程は、シリコン酸化窒化膜を備える反射防止膜を形成する工程を含む。前記反射防止膜を形成する工程は、前記感光性素子に隣接し、屈折率が約２.０である反射防止膜を形成する工程及び前記シリコン酸化窒化膜の屈折率が２.３−３.０になるように前記シリコン酸化窒化膜を熱処理する工程によって、屈折率が約２.３−３.０である反射防止膜を形成する工程を含む。
【００３２】
他の観点において、本発明の半導体イメージセンサーに、直接、関連されている。前記センサーは、半導体基板内に形成された感光性領域を含む感光性素子及び前記感光性領域の上部界面での反射率を減らすために、前記感光性領域に隣接して形成された反射防止膜を備える。前記反射防止膜は、シリコン酸化窒化膜を備える。
【００３３】
一つの実施形態において、前記反射防止膜は、約２.３−３.０の屈折率を有する。前記シリコン酸化窒化膜は、初期の低い屈折率を約２.３−３.０の屈折率に向上させるために熱処理する。熱処理は、約３０ないし３６０分間約６００℃より高い温度で熱処理できる。
【００３４】
一つの実施形態において、前記感光性素子は、ＣＣＤを含む。前記ＣＣＤは、前記感光性領域の近くの前記基板内の電荷トランスファ領域及び前記トランスファ領域の上部にトランスファゲートを含み、前記半導体イメージセンサーは、前記反射防止膜上に絶縁性のキャッピング層と、前記トランスファゲートと前記反射防止膜の側面部との間の前記キャッピング層上に形成された遮光層と、前記キャッピング層及び前記遮光層上に平坦化層と、を含む。
【００３５】
前記素子は、選択的に前記平坦化層内に内部レンズを含み、前記平坦化層上にマイクロレンズ及び／又はカラーフィルタが形成される。
【００３６】
一つの実施形態において、感光性素子は、ＣＩＳ素子を含む。ＣＩＳ素子は、前記感光性領域の近くの前記基板内に電荷トランスファ領域と、前記感光性領域に対向して前記電荷トランスファ領域の近くにフローティング拡散領域と、前記電荷トランスファ領域の上部にトランスファゲートと、を含む。そして、前記半導体イメージセンサーは、前記反射防止膜上に絶縁膜と、前記絶縁膜内に金属配線と、それぞれ前記トランスファゲート及び前記フローティング拡散領域と連結される第１及び第２金属配線を連結するために前記絶縁膜を貫通する金属ビアと、を含む。前記絶縁膜は、多層の絶縁膜で構成され、前記金属配線は、前記多層の絶縁膜の上部に位置する。前記素子は、選択的に前記絶縁膜内に内部レンズ、前記内部レンズ上に平坦化層及び前記平坦化層上にマイクロレンズ、及び／又は前記平坦化層上にカラーフィルタを含み得る。
【００３７】
一つの実施形態において、ＨＡＬが前記感光性領域の上部に形成される。
【００３８】
一つの実施形態において、前記反射防止膜は、第１シリコン酸化膜及び前記第１シリコン酸化膜上にシリコン酸化窒化膜を含む。前記シリコン酸化窒化膜は、ＰＥＣＶＤを使用して前記第１シリコン酸化膜上に形成される。前記反射防止膜は、選択的に前記シリコン酸化窒化膜上に第２シリコン酸化膜及び前記第２シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜をさらに含み得る。
【００３９】
他の観点において、本発明は、半導体イメージセンサーに、直接、関連されている。前記センサーは、半導体基板内に形成された感光性領域を含む感光性素子を備える。反射防止膜は、前記感光性領域の上部界面の反射率を減らすために、前記感光性領域に隣接して形成される。前記反射防止膜は、約２.３−３.０の屈折率を有する。
【００４０】
一つの実施形態において、前記反射防止膜は、前記シリコン酸化窒化膜が屈折率を増大させるために、熱処理されたシリコン酸化窒化膜を含む。
【００４１】
他の観点において、本発明は、半導体イメージ素子に使われる反射防止膜に、直接、関連されている。前記反射防止膜は、第１シリコン酸化膜及び前記第１シリコン酸化膜上にシリコン酸化窒化膜を含む。前記シリコン酸化窒化膜は、熱処理して屈折率を約２.３−３.０ほど有する。
【００４２】
一つの実施形態において、前記反射防止膜は、前記シリコン酸化窒化膜上に第２シリコン酸化膜及び前記第２シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を含む。
【００４３】
他の観点において、本発明は、ＣＣＤイメージセンサーに、直接、関連されている。前記センサーは、半導体基板内に形成された感光性領域を含む。ＨＡＬは、前記感光性領域の上部に形成される。電荷トランスファ領域は、前記感光性領域に隣接して前記半導体基板に形成される。トランスファゲートは、前記トランスファ領域の上部に位置する。反射防止膜は、ＨＡＬの上部界面で反射率を減らすために、前記感光性領域の上部に位置する。前記反射防止膜は、シリコン酸化窒化膜を含む。絶縁性のキャッピング層は、前記反射防止膜上に位置する。遮光層は、前記トランスファゲートと前記反射防止膜の側面部との間の前記キャッピング層上に位置する。
【００４４】
他の観点において、本発明は、ＣＩＳに、直接、関連されている。感光性領域は、半導体基板内に形成される。ＨＡＬは、前記感光性領域の上部に形成される。電荷トランスファ領域は、前記感光性領域に隣接して前記基板内に形成される。フローティング拡散領域は、前記感光性領域に対向して、前記電荷トランスファ領域の近くに形成される。トランスファゲートは、前記トランスファ領域の上部に位置する。反射防止膜は、前記ＨＡＬの上部界面での反射率を減らすために、前記感光性領域の上部に位置する。前記反射防止膜は、シリコン酸化窒化膜を含む。絶縁膜は、前記反射防止膜上に位置する。金属配線は、前記絶縁層内に形成される。金属ビアは、それぞれ前記トランスファゲート及びフローティング拡散領域と連結するための第１及び第２金属配線と連結されるように、前記絶縁膜を貫通して形成される。
【００４５】
絶縁膜は、多層の絶縁膜を含み、金属配線は、前記多層の絶縁膜の上部に位置する。前記ＣＩＳ素子は、選択的に前記絶縁膜上に内部レンズと、前記内部レンズ上に平坦化層と、前記平坦化層上にマイクロレンズまたは前記平坦化層上にカラーフィルタと、をさらに含み得る。
【００４６】
他の観点において、本発明は、半導体イメージセンサーに、直接、関連されている。感光性素子は、半導体基板内に形成された感光性領域を含む。反射防止膜は、前記感光性領域の上部界面での反射率を減らすために、前記感光性領域に隣接して形成される。前記反射防止膜は、第２シリコン酸化膜と、前記第１シリコン酸化膜上にシリコン酸化窒化膜と、前記シリコン酸化窒化膜上に第２シリコン酸化膜及び前記第２シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜と、を含む。
【００４７】
一つの実施形態において、前記シリコン酸化窒化膜は、ＰＥＣＶＤによって前記第１シリコン酸化膜上に蒸着される。前記シリコン酸化窒化膜は、屈折率を最初の低い値から約２.３−３.０に向上させるために熱処理される。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によるイメージセンサー及びその製造方法は、屈折率が約２.０−３.０であるシリコン酸化窒化膜を反射防止膜として使用することによって、特定波長に対する反射率を大きく低下させたイメージセンサーを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、添付された図面を参照しつつ本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。後述する実施形態は、色々な他の形態に変形され、本発明の範囲が後述する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。
【００５０】
図４は、従来のＣＣＤを示す代表図である。ＣＣＤは、光子エネルギーが捕獲されて蓄積されるフォトダイオードピクセル８０の配列を含む。捕獲された電荷は、周辺に垂直に埋め込まれたＣＣＤ８２で電気的なエネルギーに変換されて、垂直に埋め込まれたＣＣＤ８２から水平に埋め込まれたＣＣＤ８４に伝えられる。次いで、電荷は、出口ゲートＯＧを過ぎて水平に埋め込まれたＣＣＤ８４から電荷が蓄積されたフローティング拡散ＦＤ（Ｆｌｏａｔｉｏｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）部８８に伝えられる。蓄積された電荷は、ソースフォローワーバッファＳ／Ｆ９２を通じて周期的に工程回路に伝達される。伝達された後、リセットゲートＲＧ９０は、リセットドレインＲＤに蓄積された電荷を抜き取るために活性化される。ＣＣＤ配列の長所は、個々のピクセルから注入されるエネルギーをなくすために、ピクセルレベルで伝達または信号線が不要であるという点である。
【００５１】
逆に、図５に図式的に示したように、ＣＩＳは、各素子のピクセルのための複数個のトランジスタを含む。前記配列の各ピクセル９３は、活性ピクセルセンサー（ＡＰＳ：Ａｃｔｉｖｅ Ｐｉｘｅｌ Ｓｅｎｓｏｒ）として作動し、注入される光エネルギーが捕獲され、電気的なエネルギーに変換されるフォトダイオードを含む。トランスファゲート９４は、トランスファゲートラインＴＧを通じて活性化された信号を受け、フォトダイオードＰＤから受けた電気的な信号をフローティング拡散ＦＤノードに伝達する。ソースフォロワートランジスタ９５と対応する電流選択トランジスタ９６は、選択ラインＳＥＬによって活性化され、フローティング拡散ＦＤノードに保存されたエネルギーを出力ライン９７に伝達し、出力アナログ電気信号は、信号を後続デジタル工程のために変換させるアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）９８に送信される。読出した後には、フローティング拡散領域ＦＤは、リセットラインＲＳによってリセットされるリセットトランジスタ９９によってリセットされる。ＣＩＳ配列は、それぞれのピクセル９３で色々なトランジスタに向かう信号ラインが要求される一方、ＣＩＳ構成は、正常チップにＡＰＳブロックと信号処理回路とを含めることによって、ＣＩＳ構成は、相対的に低い電力消費とＣＣＤ構成より良好な回路集積とを増大させる長所を提供する。
【００５２】
図６Ａないし図６Ｆは、本発明によるイメージセンサーを形成するための第１実施形態の工程を示す断面図である。
【００５３】
図６Ａは、図４の切断線Ａ−ＡによるＣＣＤ素子の断面図である。図６Ａを参照すれば、ｐ型のウェル１０１は、半導体基板１００、例えば、シリコン基板内に形成される。ｐ型のウェル１０１は、エネルギー３ＭｅＶ及び２Ｅ１１／ｃｍ２のドーピング濃度でＢをイオン注入して形成される。受光部１０２は、８００ｅＶ及び２Ｅ１２／ｃｍ２のドーピング濃度でＡｓをイオン注入して形成してｐ型のウェル１０１内に形成される。Ｐ＋チャンネル阻止領域１１０は、ｐ型のドーパントをイオン注入して受光部１０２の第１側に形成される。ｐ型転移領域１１２は、ｐ型のドーパントをイオン注入して受光部１０２の第２側に形成される。Ｐ＋チャンネル領域１１０のドーピング濃度は、ｐ型転移領域１１２のドーピング濃度より高い。
【００５４】
ｐ型バッファ領域１０８は、ｐ型のドーパントをイオン注入して受光部１０２に対向してｐ型転移領域１１２の一側に形成される。ｎ型転移領域１０６は、ｎ型のドーパントをイオン注入してＰ型バッファ領域１０８上に形成される。ＨＡＬ１０４は、ｐ型ドーパントのイオン注入によって受光部１０２上に形成される。
【００５５】
素子の作動中に、ＨＡＬ１０４は、受光部１０２内に生じる暗電流効果(dark currenteffect)を遮断するフォトダイオードとして作動する。かかる現象によって、基板の上面またはゲート絶縁膜（図６Ｂを参照）にトラップされた余分の電子は、受光部１０２に移動する。この現象は、光子エネルギーを誤って読み取らせる原因となり、さらに、素子上に光子エネルギーの欠損をもたらす。ＨＡＬは、かかる現状の発生を緩和または防止する。
【００５６】
受光部１０２に捕獲された電子は、通常、ＣＣＤと呼ばれるｎ型転移領域１０６に移動する。Ｐ＋チャンネル阻止領域１１０は、受光部１０２から隣りのピクセルのＣＣＤを形成するｎ型転移領域１０６Ａまで、電子の側方向の移動を抑制する電位障壁を形成する。
【００５７】
図６Ｂを参照すれば、ゲート絶縁膜１１４´を前記結果物上に提供する。ゲート絶縁膜１１４´は、例えば、ＳｉＯ２またはＯＮＯが、順次、積層された層を含む。
【００５８】
図６Ｃを参照すれば、次にポリシリコンからなる電極層とフォトレジスト層とをゲート絶縁層１１４´上に、順次、形成する。フォトレジスト層をパターニングして、パターニングされたフォトレジスト層１１８をエッチングマスクとして下部の層をエッチングして、シリコン基板内の受光部１０２及びＨＡＬ１０４を露出させる。これにより、垂直に埋め込まれたＣＣＤ（ＶＢＣＣＤ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｂｕｒｉｅｄ ＣＣＤ）のパターニングされたゲート絶縁膜１１４及び電極１１６が形成される。
【００５９】
図６Ｄを参照すれば、パターニングされたフォトレジスト層１１８を除去し、受光部１０２上のＨＡＬ１０４を含む結果物上にシリコン酸化膜１３１を形成する。シリコン酸化膜１３１は、例えば、ＬＰＣＶＤまたはＡＬＤを利用して、約５−５０ｎｍの厚さに形成される。シリコン酸化膜１３１は、以後にシリコン酸化膜１３１上に形成される層とＨＡＬ領域１０４との間の機械的な応力を除去するバッファ層として作用し、暗電流効果を最小化するのに重要な後続工程で、ＨＡＬ領域１０４の表面損傷を防止できる。シリコン酸化膜１３１の屈折率ｎ１及び厚さは、それぞれ約１.４−１.５及び５−５０ｎｍほどである。
【００６０】
図６Ｅを参照すれば、次にシリコン酸化窒化膜（ＳｉｘＯｙＮ２またはＳｉＯＮ）層１３３をシリコン酸化膜１３１上に均一に蒸着する。シリコン酸化窒化膜１３３は、シラン（ＳｉＨ４）、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ及びＮ２ガスを使用したＰＥＣＶＤによって形成できる。蒸着された直後のシリコン酸化窒化膜１３３は、約２.０の屈折率を有する。次いで、シリコン酸化窒化膜１３３は、不活性ガス雰囲気で約３０−３６０分間６００℃より高い温度で熱処理するか、またはアニーリングする。熱処理は、シリコン酸化窒化膜１３３を蒸着した直後に行え、選択的に後続素子の製造工程中に適用できる。
【００６１】
熱処理を行うことによって、シリコン酸化窒化膜１３３の屈折率ｎ２は、約２.０から約２.３−３.０、望ましくは、２.４−２.６に大きくなる。物質層の屈折率は、層の厚さのような他の要素を付加して、層の最終反射率に直接的な影響を及ぼす。隣接する層の屈折率は、界面での反射を最小化するために、可能な限り近くなければならない。それと共に、シリコン酸化膜１３１とシリコン酸化窒化膜１３３とは、本発明のイメージ素子のための反射防止膜として作用する。前記のように、シリコン酸化窒化膜１３３は、ＰＥＣＶＤによって形成することが望ましく、ＰＥＣＶＤによって蒸着されたシリコン酸化窒化膜の物性は、屈折率を約２.０から、熱処理後には２.３−３.０に高めることができる。屈折率の向上は、層の反射率を低下させる。熱処理によって屈折率を向上させる方法は、ＬＰＣＶＤを使用して、蒸着されたシリコン酸化窒化膜に無い状況で実験的に明らかになった。
【００６２】
図６Ｆを参照すれば、受光部１０２上の領域の反射防止膜１３０のシリコン酸化窒化膜１３３をパターニングする。例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなるキャッピング層１５０を、パターニングされた反射防止膜１３０を含む結果物上に形成する。ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４のような絶縁層１５７を結果物上に形成する。次いで、遮光層１５２は、結果物上に形成し、反射防止膜１３０上のキャッピング層１５０が露出されるように、遮光層１５２をパターニングする。次いで、シリコン酸化膜またはレジンからなる平坦化層１５４を形成し、レジンからなるレンズ１５６を通常の方式によって結果物上に形成する。ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４またはレジンからなる内部レンズ１５３を受光部１０２内に入射する光の集中度を向上させるために、例えば、参考文献として添付した米国特許第６,６１４,４７９号明細書及び第６,０３２,８５２号明細書に開示された技術によって、平坦化層１５４内に形成できる。色々な層の最終的な屈折率は、ＨＡＬ１０４は４.５、シリコン酸化膜１３１は１.４５、シリコン酸化窒化膜１３３は２.５、キャッピング層１５０は２.０、そして平坦化層１５４は１.５であった。
【００６３】
このような方法で、熱処理結果でシリコン酸化窒化膜１３３の蒸着された当時の屈折率は、約２の屈折率を有する従来のシリコン酸化窒化膜より大きくなった。その結果、シリコン酸化窒化膜１３３を含む反射防止膜１３０の最終的な反射率は低下し、それにより、光の捕獲及びピクセルレベルでの光と電気エネルギーとの変換がさらに効率的になすことができる。
【００６４】
図７Ａないし図７Ｅは、本発明によるイメージセンサーを形成するための第２実施形態の工程を示す断面図である。図６Ａは、図４の切断線Ａ−ＡによるＣＣＤ素子の断面図である。図６Ｅに示された実施形態と同じ方法で、図７Ａの固体状のイメージ素子は、第１シリコン酸化膜１３１と、シリコン酸化窒化膜１３３と、を含む。しかし、第１実施形態の図６Ｆに示されたシリコン酸化窒化膜１３３のパターニング前に、本第２実施形態では、シリコン酸化窒化膜１３３上に、順次、形成された第２シリコン酸化膜１４１と、シリコン窒化膜１４３と、を含む。したがって、本実施形態で、反射防止膜１４０は、第１シリコン酸化膜１４１、シリコン酸化窒化膜１３３、第２シリコン酸化膜１４１及びシリコン窒化膜１４３が、順次、積層されたものである。第１実施形態のように、第２実施形態での第１シリコン酸化膜１３１は、例えば、ＬＰＣＶＤまたはＡＬＤによって、約５−５０ｎｍの厚さに形成される。シリコン酸化窒化膜１３３は、前述したように、約２０−６０ｎｍの厚さにＰＥＣＶＤによって形成される。第２シリコン酸化膜１４１は、約１０−７０ｎｍの厚さにＣＶＤによって形成される。シリコン窒化膜１４３は、窒素雰囲気で、ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ及び／又はＮＨ３のソースガスを使用したＣＶＤ工程を使用して、約５−３５ｎｍの厚さに前記結果物上に形成する。前述したように、シリコン酸化窒化膜１３３は、不活性ガス雰囲気で６００℃より高い温度で約３０−３６０分間熱処理する。熱処理は、前述したように、シリコン酸化窒化膜１３３を蒸着した直後、または連続する層を形成する過程で行える。熱処理結果で、シリコン酸化窒化膜１３３の屈折率は、蒸着当時の約２.０から約２.３−３.０、望ましくは、２.４−２.６に向上する。色々な層の最終的な屈折率は、第１シリコン酸化膜１３１は１.４−１.５、シリコン酸化窒化膜１３３は２.３−３.０、望ましくは、２.４−２.６、第２シリコン酸化膜１４１は１.４−１.５、及びシリコン窒化膜１４３は１.９−２.１であった。
【００６５】
第２シリコン酸化膜１４１と、シリコン窒化膜１４３と、からなる反射防止膜の適用は、基板の上面での反射率をさらに低下させる役割を行う。このように得られた結果の実験的な例は、図９を参照して以下に提供される。
【００６６】
図７Ｂを参照すれば、素子の受光部１０２の上部の反射防止膜１４０上にフォトレジストパターン１９０を形成するために、結果物上に被覆されたフォトレジスト層をパターニングする。フォトレジストパターン１９０は、下部の反射防止膜１４０のエッチングに使われる。湿式エッチングで、Ｈ３ＰＯ４溶液は、シリコン窒化膜１４３のエッチングに使われる。ＨＦ溶液は、第２シリコン酸化膜１４１のエッチング、シリコン酸化窒化膜１３３のエッチングに使われる。
【００６７】
図７Ｃを参照すれば、エッチングが終われば、パターニングされた反射防止膜１４０´は、パターニングされたシリコン窒化膜１４３´、パターニングされた第２シリコン酸化膜１４１´、パターニングされたシリコン酸化窒化膜１３３´及び第１シリコン酸化膜１３１からなる。第１シリコン酸化膜１３１は、ＨＡＬ１０４の表面損傷を防止するために、エッチング工程中にパターニングされない。ＨＡＬ１０４の屈折率は、約４.５であるため、ＨＡＬ１０４と上部層との間に屈折率の漸進的な変化をさせることによって、受光部１０２の上面の反射率を最小化させる。
【００６８】
図７Ｄを参照すれば、例えば、シリコン酸化膜からなるキャッピング層１５０を反射防止膜１４０´上にＣＶＤ方法を利用して蒸着する。
【００６９】
図７Ｅを参照すれば、最終的な固体状のイメージ素子を説明するための断面図である。光がＶＢＣＣＤに、直接、入射することを防止するために、ＷまたはＡｌからなる遮光層１５２を、前述したように、結果物上に適用する。例えば、透明なレジンまたはシリコン酸化膜からなる平坦化層１５４をコーティングして形成し、マイクロレンズ１５６の基礎として作用するように平坦化する。マイクロレンズは、例えば、レジンで平坦化層１５４上に形成した後、マイクロレンズ１５６は、通常の方法によって形成される。選択的に、カラーフィルタ１５５を平坦化層１５４とマイクロレンズ１５６との間に形成できる。一つの例として、カラーフィルタ１５５は、色顔料を含むフォトレジスト物質とし得る。カラーフィルタ１５５は、それと同様に、図６Ｆによって前述した実施形態に適用される。それに加えて、選択的に内部レンズ１５３を、前述したように、平坦化層１５４内に形成できる。
【００７０】
図８Ａないし図８Ｄは、本発明によるイメージセンサーを形成するための第３実施形態の工程を示す断面図である。
【００７１】
図８Ａは、図７Ａを参照して、前述した方法と類似した方法で適用された多層の反射防止膜１４０を有する固体状のイメージ素子を説明するための断面図である。本実施形態では、例えば、シリコン酸化膜からなるハードマスク２００が反射防止膜１４０上に形成されている。
【００７２】
図８Ｂを参照すれば、ハードマスク２００は、受光部１０２の上部の領域内に、通常のフォトリソグラフィ技術によってパターニングされたハードマスク２００´にパターニングされる。
【００７３】
図８Ｃを参照すれば、シリコン窒化膜１４３´は、リン酸液（Ｈ３ＰＯ４）をエッチング液として使用した湿式エッチング工程でエッチングされて形成される。
【００７４】
図８Ｄを参照すれば、シリコン酸化膜１４１´とシリコン酸化窒化膜１３３´とは、ＨＦをエッチング液として使用した湿式エッチング工程を利用して、順次、エッチングされて形成される。このような方法で、反射防止膜１４０´は、パターニングされたハードマスク２００´をエッチングマスクとして形成される。次いで、図６Ｆ及び図７Ｅに示したように、連続された層を適用して素子を形成する。
【００７５】
図９は、本発明による第１及び第２実施形態による光の波長の関数に対する反射率を説明する実験的なグラフである。前記グラフで、２０２と命名された第１反射防止膜１３０の存在は、図３の従来の実施形態によって示された実験的な結果に比べて、約４００−７００ｎｍの波長領域の大部分で、反射率は、急激に低下する。多層の反射防止膜１４０´を含む本発明の第２及び第３実施形態は、大部分の波長領域で、反射率は、さらに急激に低下する。図６、図７及び図８に示された前記実施形態は、ＣＣＤ形態のイメージセンサーを説明する。しかし、本発明の原理は、他の形態のイメージセンサー、例えば、ＣＩＳにも同一に適用できる。本発明のＣＩＳ型への適用は、図１０を参照して説明される。
【００７６】
図１０は、本発明によるＣＩＳの実施形態を示す断面図である。図１０の実施形態では、ｐ型のエピタキシャル層２１２が半導体基板２１０上に形成される。Ｐウェル２１４は、基板２１０の上部に形成される。浅いトレンチ素子分離膜２２０は、活性領域２２１を画定する。
【００７７】
ｎ型のフォトダイオードＰＤ領域２１６は、活性領域２２１の一側に形成され、選択的なｐ型ＨＡＬ領域２１８は、フォトダイオードＰＤ領域２１６の上部に形成される。ｐ型のトランスファ領域２２４は、フォトダイオードＰＤ領域２１６の近くに形成され、Ｎ＋フローティング拡散ＦＤ領域２２６は、フォトダイオードＰＤ領域２１６に対向して、トランスファ領域２２４の近くに形成される。シリコン酸化膜２６４及びシリコン酸化窒化膜２６２からなる反射防止膜２２６は、前述したＨＡＬ２１８上に形成される。シリコン酸化窒化膜は、前述したように、屈折率を所望のレベルに向上させるために蒸着した直後または後続工程中に、前述したように熱処理される。反射防止膜２６６は、図６Ｆに示された第１実施形態による配列をなすことができ、図７Ｅ及び図８Ｄに示された第２及び第３実施形態による配列をなすことができる。シリコン酸化窒化膜２６２は、前述したように、ＰＥＣＶＤで形成されて後続熱処理中に物質の屈折率を向上させることができる。
【００７８】
トランスファゲート酸化膜２２８とトランスファゲート金属２３０とは、トランスファゲート２２４上に形成される。多層の層間絶縁膜２３６は、結果物上に形成され、例えば、タングステンまたは銅ビアからなる層間ビアは、図示したように、トランスファゲート２３０とフローティング拡散領域２２６とを接触させるために、層間絶縁膜を貫通して形成される。例えば、アルミニウムまたは銅からなる金属配線２３４は、前記結果物に垂直に層間ビア２３２上に形成される。複数個の金属間絶縁膜は、連続的に形成され、各層は、電気的な信号をトランスファゲート２３０とフローティング拡散領域２２６及び他の素子の信号と連結させるために、対応する金属配線２３４と、層間ビア２３２と、を備える。金属配線２３４は、受光部２１６に入射する光の干渉を防止するために側部に位置する。層間絶縁膜２３６の上部層に形成された金属配線２３４Ａは、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜からなるバッファ層２３８で覆われている。
【００７９】
シリコン窒化膜からなる選択的な内部レンズ２４０は、入射する光の経路に沿ってバッファ層２３８上に形成される。内部レンズ２４０を形成する一つの方法は、まず下部の層間絶縁膜２３６及び金属配線２３４Ａ上にシリコン窒化膜を形成する。シリコン窒化膜上にフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層をフォトレジスト構造を形成するためにパターニングする。フォトレジスト構造は、レンズ形態の曲率を有するようにリフローし、シリコン窒化膜は、レンズ形態でリフローされたフォトレジスト構造をエッチングマスクとしてエッチバックされる。このような方法で、類似に屈折されたシリコン窒化膜の内部レンズ２４０が形成される。
【００８０】
レジンからなる第１平坦化層２５８は、前記結果物上に形成されて平坦化される。選択的なカラーフィルタ２４４は、第１平坦化層２５８上に形成され、例えば、レジンからなる第２平坦化層２４６は、カラーフィルタ２４４上に形成されて平坦化される。レジンからなるマイクロレンズ２５０は、前述したように、第２平坦化層２４６上に形成される。ＣＩＳの実施形態で、最終的なピクセルのサイズは小さくなり、ピクセルの数は増加して、ＣＩＳの実施形態は、カメラを含む移動通信のような小型のシステムに適用できる。しかし、相対的に小さなピクセルのサイズによって、フォトダイオードは、少ない光子エネルギーを受容する。本発明の反射防止膜は、このような使用例の光の伝達効率を向上させる。
【００８１】
前記図６、図７及び図８のＣＣＤの例のように、図１０のＣＩＳの実施形態にシリコン酸化窒化膜２６２を適用し、次いで、シリコン酸化窒化膜２６２を熱処理して、屈折率が約２.３−３.０、望ましくは、２.４−２.６である層を形成する。シリコン酸化窒化膜２６２の形成は、ＰＥＣＶＤが望ましく、それは、このような方式で形成された物性は、蒸着後約２.０の屈折率が熱処理によって約２.３−３.０に上昇できるためである。反射防止膜２６６での高い屈折率は、ｎ＝１.６であるマイクロレンズ２５０、ｎ＝１.６である第１及び第２平坦化層２４６，２５８、ｎ＝１.６であるカラーフィルタ２４４、ｎ＝２.０である内部レンズ２４０及びｎ＝１.５である層間絶縁膜２３６を含む、相対的に低い屈折率を有する上部の素子と比較して、相対的に高い屈折率約４.５を有するフォトダイオードＰＤ領域２１６の反射率を低下させる。前述したように、２つの異なる物質の接合部での大きい屈折率の差は、前記接合部での反射率を向上させる原因となる。本発明の酸化窒化膜２６２は、半導体基板２１０内の相対的に高い屈折率のフォトダイオードと相対的に低い屈折率の素子の上部層の層間絶縁膜２３６との間に転移層として作用することによって、前記問題点を回避できる。接合部での反射率の低下は、高まり続ける素子の集積度が重要な考慮事項であるＣＩＳのフォトダイオード内に光の転移を増加させる。
【００８２】
本発明は、前記望ましい実施形態を参照して詳細に説明されたが、当業者は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲内でさらに詳細で多様な形態に変形可能であることが分かる。
【００８３】
例えば、本発明は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトゲート、固定されたフォトダイオード、しきい電圧が修正されたＭＯＳＦＥＴ、アヴァランチダイオード、ショットキーダイオード、ｐ−ｉ−ｎ背面発光素子、量子ウェル素子を含む多様な形態の感光性素子に使われることができる。それに加えて、本発明の詳細な説明は、図５を参照して、５つのトランジスタを使用したＣＩＳの一形態を詳細に記述したが、本発明は、３つのトランジスタ構造、４つのトランジスタ構造、５つのトランジスタ構造、フォトゲート構造及び半導体イメージ素子で、公知の他のＣＩＳイメージ構造を含む他のＣＩＳピクセル構造に適用されることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、イメージ素子に係り、特に、感光性素子及びＣＩＳ構造を有する半導体イメージ素子に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】従来のイメージ素子の断面図である。
【図２】図１の従来のイメージ素子の反射防止層を拡大した断面図である。
【図３】従来の第１及び第２反射防止膜を適用した結果であって、光の波長の関数に対する反射率を説明する実験的なグラフである。
【図４】ＣＣＤの概念図である。
【図５】ＣＩＳの構造図である。
【図６Ａ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第１実施形態の工程を示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第１実施形態の工程を示す断面図である。
【図６Ｃ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第１実施形態の工程を示す断面図である。
【図６Ｄ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第１実施形態の工程を示す断面図である。
【図６Ｅ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第１実施形態の工程を示す断面図である。
【図６Ｆ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第１実施形態の工程を示す断面図である。
【図７Ａ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第２実施形態の工程を示す断面図である。
【図７Ｂ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第２実施形態の工程を示す断面図である。
【図７Ｃ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第２実施形態の工程を示す断面図である。
【図７Ｄ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第２実施形態の工程を示す断面図である。
【図７Ｅ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第２実施形態の工程を示す断面図である。
【図８Ａ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第３実施形態の工程を示す断面図である。
【図８Ｂ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第３実施形態の工程を示す断面図である。
【図８Ｃ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第３実施形態の工程を示す断面図である。
【図８Ｄ】本発明によるイメージセンサーを形成するための第３実施形態の工程を示す断面図である。
【図９】本発明による第１及び第２実施形態による光の波長の関数に対する反射率を説明する実験的なグラフである。
【図１０】本発明によるＣＩＳの実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１００  半導体基板
１０１  ウェル
１０２  受光部
１０４  ＨＡＬ
１０６，１０６Ａ  Ｎ型転移領域
１０８，１０８Ａ  Ｐ型バッファ領域
１１０  チャンネル領域
１１２  トランスファ領域
１１４´  ゲート絶縁膜
１１６  ゲート電極
１５０  キャッピング層
１５２  遮光層
１５３  内部レンズ
１５４  平坦化層
１５５  カラーフィルタ
１５６  マイクロレンズ
【図１】
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【図２】
2006013522.tif 000004
【図３】
2006013522.tif 000005
【図４】
2006013522.tif 000006
【図５】
2006013522.tif 000007
【図６Ａ】
2006013522.tif 000008
【図６Ｂ】
2006013522.tif 000009
【図６Ｃ】
2006013522.tif 000010
【図６Ｄ】
2006013522.tif 000011
【図６Ｅ】
2006013522.tif 000012
【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
2006013522.tif 000014
【図７Ｂ】
2006013522.tif 000015
【図７Ｃ】
2006013522.tif 000016
【図７Ｄ】
2006013522.tif 000017
【図７Ｅ】
2006013522.tif 000018
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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