(57)【要約】【課題】  反射光を抑制することにより感度を向上できるとともに、反射防止膜としてシリコン窒化膜を採用した場合であっても、暗電流を十分に抑制することができる固体撮像装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の固体撮像装置が備える反射防止膜１９は、アルコキシ系化合物を材料として成膜された水素透過性の高いシリコン酸化膜１９ａを下層膜として備え、その上層に、半導体基板１０の屈折率より小さく、かつゲート絶縁膜の屈折率より大きい屈折率を有する材料からなる中間屈折膜１９ｂを備える。ここで、シリコン酸化膜１９ａは、アルコキシ系化合物である有機ソースを用いて形成される。なお、上記シリコン酸化膜は、ＣＶＤ法において、一般に使用される有機ソースであるアルコキシ系化合物（テトラエトキシシラン）を用いたもので、ホットウォール減圧ＣＶＤ法にて６００℃〜７００℃までの温度にて成膜してされるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に形成された受光部および拡散領域と、当該受光部と拡散領域との間の半導体基板表面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記受光部を被覆する反射防止膜と、受光部または前記拡散領域と電気的に接続された読み出し回路とを有する画素が複数配置された固体撮像装置において、
前記反射防止膜が、アルコキシ系化合物を材料としたＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜と、当該シリコン酸化膜より上層に形成されるとともに、前記シリコン酸化膜の屈折率より大きく、かつ前記半導体基板の屈折率より小さい屈折率を有する中間屈折膜とを含む多層膜からなることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記中間屈折膜がシリコン窒化膜である請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記シリコン酸化膜が、前記中間屈折膜の被覆領域に比べて広い領域を被覆する請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記シリコン酸化膜の下層に、前記ゲート絶縁膜と共通に形成された絶縁膜を備えた請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記アルコキシ系化合物が、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）である請求項１から４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
受光部上に反射防止膜を備えた固体撮像装置の製造方法において、
半導体基板の表面部に受光部を形成する工程と、
前記半導体基板上、かつ、前記受光部に隣接する位置にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟んで前記受光部と反対側の前記半導体基板の表面部に拡散領域を形成する工程と、
少なくとも前記受光部上に、アルコキシ系化合物を材料としたＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜上に、当該シリコン酸化膜の屈折率より大きく、かつ前記半導体基板の屈折率より小さい屈折率を有する中間屈折膜を形成する工程と
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７】
前記中間屈折膜がシリコン窒化膜である請求項６に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記シリコン酸化膜の一端が、前記ゲート電極上に設けられた請求項６または７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記中間屈折膜が前記受光部のみを被覆する、請求項６から８のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記シリコン酸化膜が、ウェットエッチングにより選択的に除去される請求項６〜９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記中間屈折膜がウェットエッチングで選択的に除去される請求項６〜１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記アルコキシ系化合物はテトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）である請求項６から１１のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記シリコン酸化膜の成膜温度が、６００℃〜７００℃である請求項６〜１２のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記シリコン酸化膜が、前記ゲート絶縁膜と共通に形成された絶縁膜上に形成された請求項６〜１３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記中間屈折膜形成後に水素熱処理を行う工程を有する請求項６〜１４のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に関し、特に、フォトダイオード上に、反射防止膜を備えたＭＯＳ型固体撮像装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体撮像装置として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像装置が知られている。ＣＣＤ型固体撮像装置は、フォトダイオードで生成された信号電荷を、隣接する画素を介して順次転送し、画像信号を出力する構造の固体撮像装置である。本構造は、高速化には不向きであるが、ＣＣＤ型固体撮像装置の製造に最適化された専用プロセスが使用されるため、高感度かつ低暗出力（低暗電流）のフォトダイオードを形成することができる。このため、Ｓ／Ｎ比の高い画素を実現することができ、この特徴を生かしてカメラ等に広く用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、近年、カメラの撮像能力の高速化が求められており、固体撮像装置においても高速化が要求されている。これに対応するのがＭＯＳ型固体撮像装置に代表される増幅型固体撮像装置である。増幅型固体撮像装置は、ＣＣＤ型固体撮像装置のように信号電荷を順次転送する必要がなく、個々の画素から直接に画像信号を取り出す構造であるため高速化に対応可能である。
【０００４】
しかしながら、ＭＯＳ型固体撮像装置を製造する際に、ＣＭＯＳロジックプロセスをそのまま使用すると、上述のＣＣＤプロセスのようにフォトダイオードの感度・暗出力（暗電流）に対する施策が施されていないため、画素のＳ／Ｎ比が低くなるという問題があった。このため、ＭＯＳ型固体撮像装置では、フォトダイオードの高感度化および低暗出力化が最も重要な課題となっている。
【０００５】
以下、従来のＭＯＳ型固体撮像装置の構造について図面を参照しながら説明する。図３はＭＯＳ型固体撮像装置の画素の構造を示す概略断面図である。
【０００６】
図３に示す画素は、フォトダイオード２３（以下、受光部２３という。）と、転送用トランジスタ３１、増幅用トランジスタ３２、およびリセット用トランジスタ３３の３個のトランジスタを備えている（以下、適宜、これらを能動素子という。）。ここで、転送用トランジスタ３１は、受光部２３から検出部２４に信号電荷の転送を行うトランジスタであり、増幅トランジスタ３２は検出部２４ａの電位に応じた信号を出力するトランジスタである。また、リセット用トランジスタ３３は、信号電荷により変動した検出部２４ａの電位を初期電位にリセットするトランジスタである。
【０００７】
図３に示すように、転送用トランジスタ３１は、Ｐ型シリコン基板２０内に形成されたＮ型の不純物拡散領域である受光部２３と、当該受光部２３と所定の間隔をおいて形成されたＮ型の不純物拡散領域である検出部２４ａと、両不純物拡散領域の間のシリコン基板２０の表面にゲート絶縁膜であるシリコン酸化膜２１を介して形成されたゲート電極２２（以下、転送ゲート電極２２という。）とで構成される。ここで、受光部２３は転送トランジスタ３１のソースを構成し、検出部２４ａは転送トランジスタ３１のドレインを構成している。
【０００８】
なお、図３の例では、転送トランジスタ３１は、高不純物濃度を有する検出部２４ａ端部での電界集中を緩和するためのＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有している。すなわち、検出部２４ａの受光部２３側に当該検出部２４ａに比べて低い不純物濃度を有するＬＤＤ部２４ｂが設けられている。
【０００９】
公知のように、このようなＬＤＤ構造は、転送ゲート電極２２および絶縁分離部２７をマスクとした第１のイオン注入と、サイドウォール２６、転送ゲート電極２２および絶縁分離部２７をマスクとした第２のイオン注入とを行うことで形成される。ここで、第１のイオン注入は、ＬＤＤ部２４ｂの不純物濃度に応じたドーズ量で行われるものであり、第２のイオン注入は、検出部２４ａの不純物濃度に応じたドーズ量で行われるものである。
【００１０】
なお、絶縁分離部２７は、各画素および各能動素子を電気的に分離するために、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）等により設けられたフィールド酸化膜である。また、図３の例では、受光部２３は、シリコン基板２０の表面近傍に、高不純物濃度のＰ型不純物領域である表面Ｐ型層２５が設けられた埋め込みダイオード構造になっている。
【００１１】
さらに、図面において、便宜上、端子４１、４２、４３を示しているが、これらの端子は、実際の固体撮像装置では、各画素を連結する配線に接続されている。ここで、端子４１は、増幅用トランジスタ３２から信号が出力される出力端子である。また、端子４２は、増幅用トランジスタ３２およびリセット用トランジスタ３３に電源電位を供給する電源端子であり、端子４３は、検出部１４ａに蓄積された信号電荷を一定期間ごとに電源端子４２側に排出させる制御信号が入力される制御端子である。
【００１２】
さて、従来のＭＯＳ型固体撮像装置では、転送用トランジスタ３１のゲート絶縁膜であるシリコン酸化膜２１が、通常、シリコン基板２０の全面を酸化する熱酸化法により形成される。このため、シリコン酸化膜２１は、ゲート電極２２の直下のシリコン基板表面だけでなく受光部２３のシリコン基板表面にも形成される。
【００１３】
このような構造を有する受光部２３では、シリコン基板２０の屈折率（ｎSi＝約３．５）とシリコン酸化膜２１の屈折率（ｎSiO2＝約１．４５）とが異なるため、受光部２３に入射しようとする光の一部は、シリコン基板２０とシリコン酸化膜２１との界面（シリコン基板２０の表面）でシリコン酸化膜２１側に反射され、固体撮像装置の外部に放出されてしまう。このため、受光部２３に到達する光量が減少し、画素の感度が低下するという問題があった。
【００１４】
この対策として、受光部２３上に反射防止膜を備える構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図４は、反射防止膜を備えた従来の固体撮像装置の画素を示す概略断面図である。
【００１５】
図４に示すように、反射防止膜２９は、上記シリコン酸化膜２１上に形成される。ここで、反射防止膜２９の端部は、受光部２３を確実に被覆するために、ゲート電極２２の上部と、受光部２３の外周に形成された絶縁分離部２７上に設けられている。なお、反射防止膜２９を除く他の構造は、図３に示した固体撮像装置と同一である。
【００１６】
一般に、反射防止膜２９には、シリコン基板２０の屈折率より小さく、かつシリコン酸化膜２１の屈折率より大きい屈折率を有する材料が使用される。これらの材料としては、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、チタン酸化膜、タンタル酸化膜等がある。ここでは、反射防止膜２９として、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）により形成されたシリコン窒化膜（ｎSiNx＝２．０）が形成されているものとする。
【００１７】
このように、シリコン窒化膜からなる反射防止膜２９を絶縁膜２１上に設けたことにより、シリコン基板２０の表面で反射された光は、シリコン酸化膜２１とシリコン窒化膜２９との界面でシリコン基板２０側に反射される。このため、シリコン基板２０の表面で反射された光が外部に放出される割合を減少させることができる。
【００１８】
なお、図３、図４のいずれの固体撮像装置においても、その上面にはシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜が形成され、当該層間絶縁膜上には、受光部２３以外の領域に光が入射することを防止する遮光膜や、水分等の進入を防止するシリコン窒化膜等からなるパッシベーション膜等が形成される。
【特許文献１】特開２０００−１２８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
公知のように、例えば、アルミニウム系の配線とシリコン基板２０に形成された不純物領域とのオーミックコンタクトを形成する工程や、フォトレジストや絶縁膜のパターニングを行うドライエッチング工程においてシリコン基板２０の表面にダングリングボンドが生成される。このようなダングリングボンドに起因して、シリコン基板２０とシリコン酸化膜２１との界面には多数の界面準位が生成される。界面準位が生成された場合、この界面準位を介して界面リーク電流が流れるため暗電流が増大し、固体撮像装置のＳ／Ｎ比が低下する。
【００２０】
このため、一般に、水素雰囲気中でシリコン基板２０を加熱することにより、シリコン基板２０の表面に水素を供給する水素熱処理が行われている。当該水素熱処理よりシリコン基板２０表面に供給された水素をダングリングボンドに結合させ、界面準位を不活性化することが可能となる。このため、暗電流が減少し、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２１】
しかしながら、上述のように、反射防止膜２９としてシリコン窒化膜を採用した場合、シリコン窒化膜が緻密な膜であるため、上述の水素熱処理により、シリコン基板２０の表面に水素を到達させることが困難になる。このため、反射防止膜２９を設けない場合に比べて、暗電流が増大するという問題があった。
【００２２】
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、反射光を抑制することにより感度を向上できるとともに、反射防止膜としてシリコン窒化膜を採用した場合であっても、暗電流を十分に抑制することができる固体撮像装置およびその製造方法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】
【００２３】
上記目的を達成するために本発明は、以下の手段を採用している。まず、本発明にかかる固体撮像装置は、半導体基板内に形成された受光部および拡散領域と、受光部と前記拡散領域との間の半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、受光部の領域上に形成された反射防止膜と、受光部または拡散領域と電気的に接続された読み出し回路とを有する画素が複数配置された固体撮像装置を前提としている。そして、本発明にかかる固体撮像装置は、上記反射防止膜として、アルコキシ系化合物を材料としたＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜と、当該シリコン酸化膜より上層に形成された中間屈折膜とを含む多層膜を採用している。また、この中間屈折膜は、上記シリコン酸化膜の屈折率より大きく、かつ上記半導体基板の屈折率より小さい屈折率を有する。
【００２４】
上記構成によれば、反射防止膜が、水素透過性の高いシリコン酸化膜を備えているため、中間屈折膜に緻密な膜を採用した場合であっても、水素熱処理時に、シリコン酸化膜を通じて半導体基板表面に水素を供給することができる。このため、反射防止膜の効果により、感度を向上させることができるとともに、暗電流を減少させることが可能である。本構成は、中間屈折膜として、特に、シリコン窒化膜を採用した場合に好適である。
【００２５】
また、上記シリコン酸化膜は、上記中間屈折膜の被覆領域に比べて広い領域を被覆することが望ましい。例えば、シリコン酸化膜を受光部の領域上からゲート電極上にわたって形成し、中間屈折膜が受光部領域上にのみ形成されている構成である。
【００２６】
本構成によれば、中間屈折膜の周囲に水素透過性の高いシリコン酸化膜が露出しているため、当該露出部を通じて、より確実に半導体基板表面に水素を供給することができる。
【００２７】
なお、上記構成において、シリコン酸化膜の下層にはゲート絶縁膜と共通に形成された絶縁膜が存在してもよい。また、上記アルコキシ系化合物としては、例えば、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）を使用することができる。
【００２８】
また、他の観点では、本発明は、上記固体撮像装置の製造方法を提供することができる。すなわち、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の表面部に受光部を形成し、半導体基板上、かつ、前記受光部に隣接する位置にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する。また、前記ゲート電極を挟んで前記受光部と反対側の前記半導体基板の表面部には拡散領域を形成する。そして、少なくとも前記受光部上に、アルコキシ系化合物を材料としたＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成し、当該シリコン酸化膜上に、シリコン酸化膜の屈折率より大きく、かつ前記半導体基板の屈折率より小さい屈折率を有する中間屈折膜を形成する。
【００２９】
上記固体撮像装置の製造方法においては、シリコン酸化膜は、上記中間屈折膜の被覆領域に比べて広い領域を被覆することが望ましい。また、シリコン酸化膜のパターニングは、ウェットエッチングで行われることが好ましく、さらに、中間屈折膜のパターニングもウェットエッチングで行われることが好ましい。また、上記シリコン酸化膜の成膜温度は、６００℃〜７００℃であることが望ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、水素熱処理において、水素が水素透過性の高いシリコン酸化膜を横方向に透過できるため、受光部のシリコン基板表面に存在する界面準位を不活性化させることができる。このため、反射防止膜により感度を向上させることが可能であるとともに、暗電流を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る固体撮像装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の固体撮像装置の画素部の構造を示す概略断面図である。ここでは、上述の従来固体撮像装置と同様に、拡散領域にアクティブ型の読み出し回路を接続した構造を有する固体撮像装置に適用した事例に基づいて本発明を説明する。
【００３２】
図１に示すように、本発明の固体撮像装置は、光電変換により受光部１３で生成された信号電荷を、受光部１３から拡散領域１４ａに転送し、当該拡散領域１４ａで生じる電位変化を出力する方式を採用した固体撮像装置である。
【００３３】
転送トランジスタ３１は、ソースである受光部１３と、ドレインである拡散領域１４ａと、受光部１３と拡散領域１４ａとの間の半導体基板１０の表面に絶縁膜１１を介して設けられたゲート電極１２（以下、転送ゲート１２という。）とから構成されている。
【００３４】
拡散領域１４ａは、増幅用トランジスタ３２のゲートおよび、リセット用トランジスタ３３のソースと電気的に接続されており、フローティングディフュージョンを構成している。（以下、拡散領域１４ａを検出部１４ａという。）。また、増幅用トランジスタ３２のドレイン、およびリセット用トランジスタ３３のドレインは共通化され、電源電位が供給される電源端子４２に電気的に接続されている。なお、各トランジスタは、上記従来の固体撮像装置と同様の動作を行うものである。
【００３５】
また、図示していないが、増幅トランジスタ３２のソースは、負荷トランジスタおよび負荷抵抗を介して接地電位に選択的に接続される構成になっており、接地電位に接続された場合に、ソースフォロアが構成され、出力信号が出力端子４１から出力されるようになっている。
【００３６】
受光部１３および検出部１４ａは、Ｐ型シリコン基板１０内にイオン注入等により形成されたＮ型不純物領域として構成される。受光部１３の不純物濃度は、光電変換が可能な濃度であればよいが、１０E１５ｃｍ-3〜１０E１６ｃｍ-3程度に調整されることが好ましい。また、受光部１３は、基板表面から０．５〜２．０μｍ程度の深さにわたって形成されていることが適当である。なお、図１では、従来の固体撮像装置と同様に、表面Ｐ型層１５を設けた埋め込み構造を採用していが、本発明は、表面Ｐ型層１５を備えない固体撮像装置にも適用可能である。
【００３７】
一方、検出部１４ａの不純物濃度は、金属配線によるオーミック接続が可能な濃度であればよいが、１０Ｅ２０ｃｍ-3以上であることが好ましい。また、検出部１４ａは、基板表面から０．２〜０．４μｍ程度の深さにわたって形成されていることが適当である。
【００３８】
さらに、検出部１４ａのゲート電極側端部にはシリコン酸化膜からなるサイドウォール１６を設けるとともに、サイドウォール１６の直下のシリコン基板１０に検出部１４ａよりも低不純物濃度のＮ型不純物拡散領域１４ｂ（以下、ＬＤＤ部１４ｂという。）が形成されていることが望ましい。当該ＬＤＤ部の不純物濃度は１０Ｅ１８ｃｍ-3〜１０Ｅ１９ｃｍ-3程度とすればよい。
【００３９】
さて、本発明に係る固体撮像装置では、反射防止膜１９が、受光部１３上に絶縁膜１１を介して形成される。ここで、反射防止膜１９は、少なくとも受光部１３を被覆するシリコン窒化膜からなる中間屈折膜１９ｂと、当該中間屈折膜１９ｂの下層に、アルコキシ系化合物を材料としたＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜１９ａとが積層された構造を有する。
【００４０】
シリコン酸化膜１９ａは、例えば、アルコキシ系化合物であるテトラエトキシシラン（tetraethoxysilane、Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4、以下、ＴＥＯＳという。）を有機ソース材料としたＣＶＤ法により、受光部１３を被覆する領域に成膜される。図１の例では、シリコン酸化膜１９ａを、転送ゲート１２のゲート絶縁膜と共通に形成された絶縁膜１１上に成膜している。
【００４１】
当該シリコン酸化膜１９ａは、例えば、ホットウォール減圧ＣＶＤ法を使用することができ、ＴＥＯＳに対して十分な酸素を供給することで、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5）4＋１２Ｏ2→ＳｉＯ2＋８ＣＯ2＋１０Ｈ2Ｏの反応機構により成膜することができる。このとき、成膜温度が６００℃より小さいとＴＥＯＳの熱分解ができず、また７００℃より大きいと成膜されるシリコン酸化膜１９ａの膜密度が緻密になるため、６００℃〜７００℃で成膜することが好ましい。
【００４２】
また、中間屈折膜１９ｂであるシリコン窒化膜は、シリコン酸化膜１９ａ上に、例えば、ホットウォール減圧ＣＶＤ法により形成することができる。この場合、７００℃〜８００℃の成膜温度において、３ＳｉＨ2Ｃｌ2＋４ＮＨ3→ＳｉＮ3＋６ＨＣｌ＋６Ｈ2  の反応機構により、シリコン窒化膜が成膜される。
【００４３】
上記、反射防止膜１９を構成する各膜の膜厚は、例えば、中間屈折膜１９ｂの膜厚を４０〜６０ｎｍとし、ゲート絶縁膜１１と反射防止膜のシリコン酸化膜１９aとの合算膜厚を１０〜３０ｎｍ積層すると、反射光の強度を弱めることが可能となる。
【００４４】
以上のようにして成膜された中間屈折膜１９ｂ、および、シリコン酸化膜１９ａに対して、公知のフォトリソグラフィ、およびエッチングによる加工をおこなうことで、所望のパターンが形成される。以下、当該加工の手順を簡単に説明する。
【００４５】
まず、フォトリソグラフィにより、中間屈折膜１９ｂであるシリコン窒化膜のパターンを形成するためのエッチングマスクとなるレジストパターン（ここでは、受光部１３を被覆するパターン）が形成され、当該レジストパターンをエッチングマスクとして中間屈折膜１９ｂが選択的にエッチング除去される。
【００４６】
特に限定されるものではないが、当該エッチングは熱燐酸等のエッチング液を使用したウェットエッチングであることが好ましい。これは、中間屈折膜１９ｂのエッチングにドライエッチングを使用した場合、オーバーエッチングが生じるとシリコン酸化膜１９ａがエッチングされることになるからである。すなわち、ドライエッチングの活性種を生成するためのプラズマ中には、高速で運動する荷電粒子が多数存在するため、この荷電粒子がシリコン酸化膜１９ａ、および絶縁膜１１を貫通してシリコン基板１０の表面に到達して多数の界面準位が生成されることが懸念されるからである。
【００４７】
次に、有機溶剤等を使用して、上記レジストパターンを除去した後、シリコン酸化膜１９ａ上にレジストパターン（ここでは、転送ゲート１２上に一端部が形成されるパターン）が形成され、当該レジストパターンをエッチングマスクとして、シリコン酸化膜１９ａが選択的に除去される。当該エッチングも、上述の理由により、フッ酸等のエッチング液を使用したウェットエッチングであることが好ましい。
【００４８】
なお、上述のように、シリコン酸化膜１９ａの被覆領域は、中間屈折膜１９ｂの被覆領域に比べて広いことが好ましい。また、図１の例では、中間屈折膜１９ｂが受光部１３の一部を被覆する構成となっているが、図２に示すように、中間屈折膜１９ｂが受光部１３全体を被覆する構成であってもよい。
【００４９】
以上のようにして形成された反射防止膜１９が備えるシリコン酸化膜１９ａは、ＴＥＯＳを材料として成膜されているため、熱酸化膜やシラン系のガスにより成膜された酸化膜と比較して膜密度が低く、水素透過性が高い。
【００５０】
したがって、水素熱処理の際に、水素は、例えば露出部１８からシリコン酸化膜１９ａに進入し、シリコン酸化膜１９ａの膜中を通過することができるため、反射防止膜１９の中間屈折膜１９ｂにシリコン窒化膜のような緻密な膜を採用した場合であっても、中間屈折膜１９ｂに被覆された領域の半導体基板の表面に水素が供給される。このため、中間屈折膜１９ｂに被覆された領域の半導体基板の表面に生成された界面順位を不活性化することができ、暗電流を低減することが可能となる。
【００５１】
ここで、本発明に係る固体撮像装置と、従来の反射防止膜を備えた固体撮像装置との暗電流を測定した結果を示す。なお、比較例は、図１において反射防止膜１９に使用しているシリコン酸化膜１９ａに代えて、従来から多用されているＳｉＨ4‐Ｎ2Ｏ系ガスにより成膜されたシリコン酸化膜を採用した固体撮像装置である。この場合、本発明の固体撮像装置の暗電流は、比較例に比べて約２５％低下することが確認できた。また、反射防止膜を備えていない固体撮像装置と本発明の固体撮像装置の感度を比較した場合、反射防止膜１９を設けた効果により感度が１０％向上する。
【００５２】
なお、成膜直後のＳｉＨ4‐Ｎ2Ｏ系ガスにより成膜されたシリコン酸化膜をＤＨＦ（Dilute HF、希フッ酸）１００：１によりエッチングしたエッチングレートは７±２ nm/minであるのに対し、本発明の反射防止膜１９に採用しているシリコン酸化膜１９ａのエッチングレートは１６±４ nm/minである。この結果からも、反射防止膜１９に採用しているシリコン酸化膜１９ａが、ＳｉＨ4‐Ｎ2Ｏ系ガスにより成膜されたシリコン酸化膜に比べて膜密度が低く、水素透過性が高いことが理解できる。
【００５３】
ところで、シリコン酸化膜１９ａおよび中間屈折膜１９ｂの膜厚は上記膜厚に限定されるものではなく、反射を防止する波長に応じて適宜設計すれることが可能である。例えば、可視光領域（３８０〜７８０ｎｍ）内で比較的平坦な分光特性の反射防止膜を得るには、中心波長の５５０ｎｍの光を最も反射抑制することが重要である。この場合、反射率低減条件 ｍ＋λ／４（ｍ：自然数）を満足する光学距離は、ｍ＋１３７．５ｎｍになる。ここで、シリコン酸化膜の屈折率はｎSiO2＝１．４５であり、シリコン窒化膜の屈折率はｎSiNx＝２．０であるので、（ゲート絶縁膜の膜厚＋反射防止シリコン酸化膜１９ａの膜厚）×１．４５+シリコン窒化膜１９ｂの膜厚×２．０＝ｍ＋１３７．５ｎｍの条件を満たす膜厚の組み合わせを選択すれば、５５０ｎｍの光を反射抑制することができる。
【００５４】
また、図示を省略しているが、画素部の上層には、シリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜等を介して、受光部１３以外の領域に光が入射することを防止する遮光膜が設けられる。当該遮光膜を構成する材料は、遮光性を有する物質であれば特に限定されないが、アルミニウム、タングステンシリサイド等が一般的である。
【００５５】
以上説明したように、本発明によれば、水素熱処理において、水素が水素透過性の高いシリコン酸化膜を横方向に透過できるため、受光部のシリコン基板表面に存在する界面準位を不活性化させることができる。このため、反射防止膜により感度を向上させることが可能であるとともに、暗電流を抑制することができる。また、本発明は、上述のように、中間屈折膜１９ｂとして、シリコン窒化膜のような緻密な膜を採用した場合に、特に、顕著な効果を得ることができる。しかしながら、中間屈折膜１９ｂが水素透過性の高い膜であっても、水素熱処理において、受光部１３が形成された領域のシリコン基板１０の表面に対して、水素を効率的に供給できる効果が損なわれるものではない。
【００５６】
なお、上記説明では、水素透過性の高いシリコン酸化膜１９ａとシリコン窒化膜からなる中間屈折膜１９ｂとがシリコン基板２０側から順に積層された反射防止膜１９について説明した。しかしながら、本構成は、本発明の技術的範囲を制限するものではない。例えば、反射防止膜１９が、中間屈折膜１９ｂとシリコン酸化膜１９ａの間、あるいは、中間屈折膜１９ｂ上に他の材質からなる膜を備えた多層膜であっても、同様の効果を奏することができることは勿論である。さらに、特に限定されるものではないが、ゲート絶縁膜２１のシリコン酸化膜１９ａは、その下層に設けられた膜により、水素熱処理時の水素供給効果が低下することがないように、シリコン基板の直上、あるいはできるだけシリコン基板１０の表面に近い膜として成膜されることが好ましい。
【００５７】
なお、上記説明では、画素が検出部を備え、当該検出部に接続された読み出し回路が増幅器を備えたアンプ回路であるアクティブ型である固体撮像装置を例示して説明したが、上記構成も本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００５８】
本発明は、各画素が、受光部および拡散領域と、当該受光部と拡散領域との間の半導体基板表面上に形成されたゲート電極と、受光部または拡散領域と接続した読み出し回路とを備えた固体撮像装置であれば、各画素の回路形式については任意の構成を採用することができる。例えば、画素内の読み出し回路に増幅器を備えていないパッシブ型の固体撮像装置であっても適用可能であり、受光部に読み出し回路が直接接続された固体撮像装置であっても適用可能である。なお、受光部に読み出し回路が直接接続された固体撮像装置では、上記ゲート電極はリセットトランジスタのゲート電極として機能し、上記拡散領域が、リセットトランジスタのドレインとして機能する。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、高いＳ／Ｎ比を有する固体撮像装置を実現することができるという効果を有し、高速かつ高Ｓ／Ｎ比が要求される、高級一眼レフタイプディジタルスチルカメラを始め、民生用、プロ用ディジタルスチルカメラ用固体撮像装置、ハイビジョン動画撮像を主体とする放送用機器の固体撮像装置等として特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の画素部の構造を示す概略断面図
【図２】本発明に係る固体撮像装置の画素部の構造を示す概略断面図
【図３】従来の固体撮像装置の画素部を示す概略断面図
【図４】従来の固体撮像装置の画素部を示す概略断面図
【符号の説明】
【００６１】
１０、２０  シリコン基板
１１、２１  ゲート絶縁膜
１２、２２  転送ゲート電極
１３、２３  受光部
１４ａ、２４ａ  検出部
１４ｂ、２４ｂ  検出部のＬＤＤ部
１５、２５  表面Ｐ型層
１６、２６  シリコン酸化膜
１７、２７  絶縁分離部
１９ａ  ＴＥＯＳ系シリコン酸化膜
１９ｂ  シリコン窒化膜（中間屈折膜）
３９  反射防止膜
【図１】
2006196587.tif 000003
【図２】
2006196587.tif 000004
【図３】
2006196587.tif 000005
【図４】
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