JP2005026566A

JP2005026566A - Method for forming metal film and method for manufacturing solid state imaging device

Info

Publication number: JP2005026566A
Application number: JP2003192148A
Authority: JP
Inventors: Kio Koarashi; 輝央小嵐; Hiroshi Hamaoka; 拓濱岡; Takashi Murakami; 太佳之村上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a wide range of variations in the surface area of an opening formed in a light receiving part of a solid state imaging device. <P>SOLUTION: In a method for manufacturing a solid state imaging device, a light receiver 2 is formed in a semiconductor substrate 1, a light shielding film 12 made of a metal included in a metal-contained gas as a main component is formed by a CVD method using a mixture gas of the metal-contained gas and a nitrogen gas, so as to cover the semiconductor substrate 1 and the light receiver 2, the light shielding film 12 is selectively removed to form an opening 9 above the light receiver 2. Consequently, the light shielding film having a small surface average roughness can be obtained, and variations in the surface area of the opening caused by the surface average roughness of the light shielding film can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属膜形成方法に関し、より特定的には、金属を主成分とする膜をＣＶＤ法により形成する方法に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
通常、固体撮像装置においては、受光部以外の領域に光が入射しないように、遮光性の高いタングステンの遮光膜が形成される。以下に、タングステンの遮光膜を備える従来の固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。図１０は、タングステンの遮光膜を備える従来の固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【０００３】
上記従来の固体撮像装置は、半導体基板３０１、受光部３０２、ゲート絶縁膜３０３、層間絶縁膜３０４、転送電極３０５、平坦化膜３０６、カラーフィルタ３０７、オンチップマイクロレンズ３０８、開口部３０９および遮光膜３１０を備える。遮光膜３１０は、第１の遮光膜３１１および第２の遮光膜３１２を含んでいる。
【０００４】
図１０に示す固体撮像装置では、シリコンの半導体基板１内に、フォトダイオードである受光部３０２が形成される。さらに、半導体基板１上には、図６に示すように、ドープドポリシリコンの転送電極３０５が、シリコン酸化膜のゲート絶縁膜３０３およびシリコン酸化膜の層間絶縁膜３０４に内包されるように形成される。さらに、タングステンの第１の遮光膜３１１および第２の遮光膜３１２が転送電極３０５を覆うように形成される。これにより、当該第１の遮光膜３１１および第２の遮光膜３１２は、当該転送電極３０５に光が入射することを防止している。また、受光部３０２に光が入射するように、当該受光部３０２上の遮光膜３１０は除去されている。
【０００５】
さらに、遮光膜３１０上には、ＢＰＳＧ膜である平坦化膜３０６が形成される。当該平坦化膜３０６上には、アクリル樹脂のカラーフィルタ３０７が形成される。そして、受光部３０２の鉛直上方であって、かつカラーフィルタ３０７上には、アクリル樹脂のシリコン窒化膜のオンチップマイクロレンズ３０８が形成される。以上のように構成された固体撮像装置において、遮光膜３１０の形成について説明する。
【０００６】
層間絶縁膜３０４の形成が完了すると、タングステンの第１の遮光膜３１１をスパッタ法により当該層間絶縁膜３０４上に形成する。具体的には、ＤＣマグネトロンスパッタリングにより、基板温度２００℃、Ａｒ（アルゴン）雰囲気中において、タングステンの第１の遮光膜３１１を形成する。この後、当該第１の遮光膜３１１上にタングステンの第２の遮光膜３１２（膜厚約２００ｎｍ）をＣＶＤ法（化学気相成長法）により形成する。具体的には、反応ガスとしてＷＦ_６（６フッ化タングステン）を用いたＣＶＤ法により、基板温度４４５℃の条件で、タングステンの第２の遮光膜３１２を形成する。この後、フォトリソグラフィ処理およびエッチング処理を行って、第１の遮光膜３１１および第２の遮光膜３１２の一部を除去して、開口部３０９を形成する。このように、上記従来の固体撮像装置では、タングステンの遮光膜を２層構造にすることで、遮光膜の遮光性を向上させている（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１１１９５７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反応ガスとしてＷＦ_６を用いたＣＶＤ法により形成されたタングステンの第２の遮光膜３１２は、その表面平均粗さが大きく、固体撮像装置の微細化による画素数の向上や感度向上を妨げていた。以下に、図面を参照しながら詳しく説明する。ここで、図１１は、図１０の固体撮像装置の第２の遮光膜３１２および開口部３０９を上方から見た図である。
【０００９】
反応ガスとしてＷＦ_６を用いたＣＶＤ法により形成されたタングステンの第２の遮光膜３１２の表面平均粗さは、平均約１５０ｎｍである。表面平均粗さを持つ第２の遮光膜３１２上に、当該第１の遮光膜３１１および第２の遮光膜３１２に対して開口部３０９を形成するためのフォトレジスト膜を塗布すると、当該フォトレジスト膜の表面も大きな凹凸を有するようになる。表面に凹凸を有するフォトレジスト膜に対して、開口部３０９形状をパターニングをするために露光をすると、当該フォトレジスト膜が有する表面の凹凸のために、露光した光が乱反射してしまう。そして、乱反射した光によりフォトレジスト膜がパターニングされると、当該フォトレジスト膜は、淵に凹凸を有するようになる。そのため、当該フォトレジスト膜をマスクとして、エッチング処理を行って、遮光膜３１０の一部を除去すると、図１１に示すように、当該遮光膜３１０に形成される開口部３０９が凹凸を有するようになることを、本願発明者は解析により発見した。具体的には、図１１に示すように、開口部３０９は、上記第２の遮光膜３１２の表面平均粗さである約１５０ｎｍと同等の凹凸を有するようになることを、本願発明者は解析により発見した。
【００１０】
ここで、固体撮像装置において、上記開口部３０９の一辺大きさは、約１μｍである。そのため、上述したように約１５０ｎｍの凹凸が開口部３０９に発生すると、固体撮像装置に含まれる開口部３０９の間において無視することのできない大きな面積のばらつきが発生してしまう。このような開口部３０９の面積のばらつきは、固体撮像装置に含まれる画素間の受光感度に大きなばらつきを発生させる。近年、カメラの小型化および画素数の増加に伴う画素サイズの縮小が進んでおり、開口部３０９の縮小化が進んでいる。そのため、開口部３０９の面積のばらつきを抑えることは、固体撮像装置の小型化および性能向上を図る上で非常に重要なことである。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、固体撮像装置の開口部３０９の面積に大きなばらつきが発生しにくい遮光膜を形成するための金属膜形成方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明では、金属含有ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｏｎ）法を行って、当該金属含有ガスに含まれる金属を主成分とする膜を形成するようにしている。このように、金属含有ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて、ＣＶＤ法を行えば、表面平均粗さが抑制された金属を主成分とする膜を得ることが可能となる。
【００１３】
なお、金属含有ガスは、フッ化タングステンのガスであることが望ましい。これにより、固体撮像装置の遮光膜として用いられるタングステン膜を形成することが可能となる。また、ＣＶＤ法の成膜条件としては、窒素ガスの流量のフッ化タングステンのガスの流量に対する比の値は、０．３以上１０以下であることが望ましい。
【００１４】
本発明の他の局面では、固体撮像装置を製造する場合において、受光部を半導体基板に形成し、半導体基板および受光部を覆うように、金属含有ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法により、当該金属含有ガスに含まれる金属を主成分とする遮光膜を形成し、遮光膜を選択的に除去して、受光部上に開口部を形成するようにしている。このように、固体撮像装置の遮光膜を形成する際に、金属含有ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて、ＣＶＤ法を行えば、表面平均粗さが抑制された遮光膜を得ることが可能となる。そのため、遮光膜を選択的に除去して開口部を形成する場合に、淵の部分に凹凸が少ない開口部を得ることが可能となる。その結果、面積のばらつきが少ない開口部を得ることが可能となる。
【００１５】
なお、半導体基板および前記受光部を覆うように、スパッタ法により、遮光膜を形成し、金属含有ガスと窒素ガスとを用いたＣＶＤ法により遮光膜を形成する際には、スパッタ法により遮光膜が形成された後に、さらに遮光膜を形成し、開口部を形成する際には、前記スパッタ法により形成された遮光膜と前記金属ガスと窒素ガスとを用いたＣＶＤ法により形成された遮光膜とを選択的に除去するようにしてもよい。このように、スパッタ法により形成した遮光膜を、金属含有ガスと窒素ガスとを用いたＣＶＤ法により形成した遮光膜の下に形成することで、遮光膜の固体撮像装置に対する密着性を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、受光部は、外部から入力してくる光を電荷に変換し、受光部が変換した電荷を転送する転送電極を形成し、スパッタ法により遮光膜を形成する際には、半導体基板、受光部および転送電極を覆うように、当該遮光膜を形成し、金属含有ガスと窒素ガスとを用いたＣＶＤ法により遮光膜を形成する際には、半導体基板、受光部および転送電極を覆うように、当該遮光膜を形成するようにしてもよい。
【００１７】
また、金属ガスと窒素ガスとを用いたＣＶＤ法により遮光膜を形成する際には、表面平均粗さが１５０ｎｍ以下の遮光膜を形成することが望ましい。このように、表面平均粗さが１５０ｎｍ以下の遮光膜を形成すれば、開口部の淵に生じる凹凸も約１５０ｎｍ以下に抑制できる。
【００１８】
また、金属含有ガスを用いたＣＶＤ法により、スパッタ法により形成された遮光膜上に、当該金属含有ガスに含まれる金属を主成分とする遮光膜を形成し、金属含有ガスと窒素ガスとを用いたＣＶＤ法により遮光膜を形成する際には、金属含有ガスを用いたＣＶＤ法により形成された遮光膜上に、遮光膜を形成し、開口部を形成する際には、スパッタ法により形成された遮光膜と、金属含有ガスを用いたＣＶＤ法により形成された遮光膜と、金属ガスと窒素ガスとを用いたＣＶＤ法により形成された遮光膜とを選択的に除去するようにしてもよい。このように、金属含有ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法で形成されたされた遮光膜と、スパッタ法で形成された遮光膜との間に、金属含有ガスを用いたＣＶＤ法で形成した遮光膜を形成することにより、各遮光膜同士の密着性を向上させることができる。その結果、遮光膜全体の膜厚の均一性を向上させることが可能となる。また、金属含有ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いたＣＶＤ法は、成膜レートが相対的に小さいので、相対的に成膜レートが大きい金属含有ガスを用いたＣＶＤ法と組み合わせることにより、固体撮像装置の製造を高速化することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下に、本発明に係る金属膜形成方法が適用された固体撮像装置製造方法の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、固体撮像装置の転送電極上に、２層構造のタングステンの遮光膜を形成している。ここで、図１および図２は、固体撮像装置が製造されるときの各工程における当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。また、図３は、完成した固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【００２０】
まず、シリコンの半導体基板１内に反対導電型のフォトダイオードである受光部２を形成する。その後、半導体基板１および受光部２を覆うように酸化シリコンのゲート絶縁膜３を堆積する。当該ゲート絶縁膜３は、例えば、ＣＶＤ法により堆積される。ゲート絶縁膜３の堆積が完了すると、ＣＶＤ法、フォトリソグラフィ処理およびドライエッチング処理を行って、ドープドポリシリコンの転送電極５を形成する。当該転送電極５は、外部から入力してくる光を電荷に変換する役割を果たす。当該転送電極５の形成が完了すると、当該転送電極５およびゲート絶縁膜３を覆うように、酸化シリコンの層間絶縁膜４を堆積する。当該層間絶縁膜４は、例えば、ＣＶＤ法により堆積される。これにより、固体撮像装置の断面構造は、図１（ａ）に示す構造をとる。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように、膜厚が１０〜２００ｎｍのタングステンの第１の遮光膜１１を、スパッタ法により堆積する。例えば、マグネトロンスパッタで第１の遮光膜１１が堆積される場合には、当該第１の遮光膜１１の堆積条件は、アルゴンガス圧が３〜５ｍＴｏｒｒ、アルゴンガス流量が１００ｓｃｃｍ、基板温度が２００℃、ＤＣマグネトロンパワーが１０００Ｗである。
【００２２】
第１の遮光膜１１の堆積が完了すると、図１（ｃ）に示すように、膜厚が１０〜３００ｎｍのタングステンの第２の遮光膜１２を、ＷＦ_６と窒素との混合ガスを用いたＣＶＤ法により堆積する。ここで、本工程は、本発明の特徴部分であるので、以下に図面を参照しながら詳しく説明する。図４は、ＷＦ_６を反応ガスとして用いたＣＶＤ法で基板温度を４４５℃とした場合における、ＷＦ_６の流量と堆積されるタングステン膜の表面平均粗さとの関係を示した図である。なお、横軸は、ＷＦ_６の流量を示し、縦軸は、タングステン膜の表面平均粗さを示している。
【００２３】
従来の固体撮像装置製造方法では、ＷＦ_６を反応ガスとして用いたＣＶＤ法により、第２の遮光膜１２を堆積していた。その結果、当該第２の遮光膜１２の表面には、約１５０ｎｍの凹凸が発生していた。
【００２４】
これに対して、ＣＶＤ法による膜の堆積時において、反応ガスであるＷＦ_６の流入量を増加させることにより、タングステンの第２の遮光膜１２の表面平均粗さを低減する方法が存在する。ところが、図４に示すように、反応ガスであるＷＦ_６の流入量を増加させたとしても、タングステンの第２の遮光膜１２の表面平均粗さは、１５０ｎｍ以下にはならない。
【００２５】
そこで、本実施形態では、ＣＶＤ法によりタングステンの第２の遮光膜１２を堆積する際に、反応ガスとして、ＷＦ_６と窒素との混合ガスを用いる。以下に、図５を用いて説明を行う。ここで、図５は、ＷＦ_６と窒素とを反応ガスとして用いたＣＶＤ法で、ＷＦ_６の流量を１５０ｓｃｃｍに固定し、基板温度を４４５℃とした場合における、窒素の流量と形成されるタングステン膜の表面平均粗さとの関係を示した図である。なお、横軸は、窒素の流量を示し、縦軸は、タングステン膜の表面平均粗さを示している。また、タングステン膜の膜厚は、１５０ｎｍで実験されている。
【００２６】
図５に示すように、反応ガスに窒素を混合することにより、タングステンの第２の遮光膜１２の表面平均粗さを１５０ｎｍよりも大幅に減少させることが可能となる。これにより、第２の遮光膜１２の表面の凹凸を原因として生じる開口部の凹凸を抑制することが可能となる。なお、本実施形態では、ＷＦ_６の流量を約１５０ｓｃｃｍとし、窒素流量を約１００ｓｃｃｍとし、圧力を３〜３００Ｔｏｒｒとし、基板温度を４５０℃として、第２の遮光膜１２を堆積している。これにより、タングステンの第２の遮光膜１２の膜厚が１５０ｎｍのときに、その表面平均粗さを約７０ｎｍ程度に抑制することが可能となる。
【００２７】
第２の遮光膜１２の堆積が完了すると、図２（ｄ）に示すように、受光部２の鉛直上方に開口を有するフォトレジスト膜１５を第２の遮光膜１２上に形成する。具体的には、第２の遮光膜１２にフォトレジストを塗布し、マスクパターンを用いて露光を行い、露光した部分のフォトレジストを溶剤で除去する。
【００２８】
フォトレジスト膜１５の形成が完了したら、図２（ｅ）に示すように、当該フォトレジスト膜１５をマスクとして、マスクされていない部分の第１の遮光膜１１および第２の遮光膜１２を、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により除去し、１．５μｍ×０．９μｍの大きさの開口部９を形成する。具体的には、塩素と酸素との混合ガスを用いた異方性ドライエッチング処理を行う。なお、エッチング条件は、塩素の流量を４０ｓｃｃｍとし、酸素の流量を４ｓｃｃｍとして、エッチング処理を行う。当該ＲＩＥが完了すると、図２（ｆ）に示すように、アッシング処理等により、フォトレジスト膜１５を除去する。
【００２９】
この後、ＣＶＤ法を用いて、第２の遮光膜１２および層間絶縁膜４を覆うように、ＢＰＳＧ膜である平坦化膜６を堆積する。なお、当該平坦化膜６の表面は、ＣＭＰ平坦化等により平坦化される。平坦化膜６の形成が完了すると、アクリル樹脂のカラーフィルタ７を当該平坦化膜６上に形成する。カラーフィルタ７の形成が完了すると、アクリル樹脂のオンチップマイクロレンズ８を、受光部２の鉛直上方であって、かつカラーフィルタ７上に形成する。これにより、図３に示すような固体撮像装置が完成する。
【００３０】
以上のように、本実施形態に係る金属膜形成方法が適用された固体撮像装置製造方法によれば、表面における凹凸が小さいタングステンの第２の遮光膜１２を堆積することができるので、当該第２の遮光膜１２上に形成されるフォトレジスト膜の表面において発生する凹凸を抑制することができる。そのため、開口部を形成するためのパターニングを当該フォトレジスト膜に対して行うための露光時において、当該フォトレジスト膜の表面における凹凸の存在により、露光した光が乱反射しにくくなる。したがって、パターニングされたフォトレジスト膜の淵において、凹凸が発生しにくくなり、当該フォトレジスト膜をマスクとしてエッチング処理を行って第２の遮光膜１２を除去しても、開口部の淵において凹凸が発生しにくくなる。すなわち、本実施形態によれば、面積のばらつきが少ない開口部９を得ることが可能となる。以下に、図面を参照しながら、本実施形態に係る方法により形成した開口部９と、従来の方法により形成した開口部３０９とを比較する。図６は、本実施形態に係る金属膜形成方法が適用された固体撮像装置製造方法により製造された固体撮像装置の遮光膜１０および開口部９を上方から見た図である。
【００３１】
図６と図１１とを比較すると、本実施形態の方法により製造された固体撮像装置の開口部９の淵における凹凸は、従来の方法により製造された固体撮像装置の開口部３０９の淵における凹凸よりも小さくなっている。すなわち、本実施形態では、開口部９の面積のばらつきを抑制することができている。その結果、固体撮像装置内の受光部の間の感度のばらつきを抑制することができ、固体撮像装置の小型化および高性能化を図ることが可能となる。
【００３２】
ここで、本実施形態に係る方法により、開口部９の淵における凹凸の発生が抑制されるその他の理由について説明する。一般的に、表面平均粗さが小さい膜では、当該膜を構成する結晶粒の大きさは小さくなる傾向がある。このように、小さな結晶粒により構成される膜は、ドライエッチングにより微細な加工を行いやすいという性質を持つ。本実施形態では、第２の遮光膜１２の表面平均粗さが抑制されているので、当該第２の遮光膜の結晶粒が小さくなり、ドライエッチングにより面積のばらつきが少ない開口部９を形成できていると考えられる。
【００３３】
また、ＣＶＤ法で成膜される表面平均粗さ１５０ｎｍ以下のタングステン膜は、段差被覆性が良いため、開口部９から転送電極５に斜めに入射する光を有効に遮断できる。その結果、第２の遮光膜１２の遮光性が向上する。
【００３４】
（第２の実施形態）
以下に、本発明に係る金属膜形成方法が適用された固体撮像装置製造方法の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、固体撮像装置の転送電極上に３層構造を有するタングステンの遮光膜を形成している点において、第１の実施形態と異なる。なお、この点以外については、第１の実施形態と第２の実施形態とは同じである。ここで、図７および図８は、固体撮像装置が製造されるときの各工程における当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。また、図９は、完成した固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【００３５】
まず、図７（ａ）に示すように、受光部２、ゲート絶縁膜３、転送電極５および層間絶縁膜４を半導体基板１上に形成する。なお、本工程は、第１の実施形態の図１（ａ）と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００３６】
次に、図７（ｂ）に示すように、膜厚が１０〜２００ｎｍのタングステンの第１の遮光膜１１を、層間絶縁膜４上にスパッタ法により堆積する。なお、本工程は、第１の実施形態の図１（ｂ）と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００３７】
第１の遮光膜１１の堆積が完了すると、図７（ｃ）に示すように、当該第１の遮光膜１１上に、反応ガスとしてＷＦ_６を用いたＣＶＤ法により、膜厚が１０〜２００ｎｍのタングステンの第３の遮光膜１３を堆積する。第３の遮光膜１３の堆積条件としては、例えば、ＷＦ_６の流量が約４００ｓｃｃｍ、圧力が３〜３００ｔｏｒｒ、基板温度が約４４５℃が挙げられる。本工程が加えられていることが、本実施形態の特徴部分である。
【００３８】
第３の遮光膜１３の堆積が完了すると、図７（ｄ）に示すように、当該第３の遮光膜上に、反応ガスとしてＷＦ_６と窒素とを用いたＣＶＤ法により、膜厚が１０〜２００ｎｍのタングステンの第２の遮光膜１２を堆積する。当該第２の遮光膜の堆積条件は、ＷＦ_６の流量が約１５０ｓｃｃｍであり、窒素流量が約１００ｓｃｃｍであり、圧力が３〜３００Ｔｏｒｒであり、基板温度が４５０℃である。なお、本実施形態に係る第２の遮光膜１２の堆積条件は、第１の実施形態と同じであるので、これ以上の詳細な説明を省略する。このように、第２の遮光膜１２の堆積時に、反応ガスとして窒素を混合することにより、表面平均粗さが１５０ｎｍ以下の第２の遮光膜１２を堆積することが可能となる。
【００３９】
第２の遮光膜１２の堆積が完了すると、図８（ｅ）に示すように、受光部２の鉛直上方に開口を有するフォトレジスト膜１５を第２の遮光膜１２上に形成する。なお、本工程は、第１の実施形態の図２（ｄ）と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００４０】
フォトレジスト膜１５の形成が完了すると、図８（ｆ）に示すように、当該フォトレジスト膜１５をマスクとして、マスクされていない部分の第１の遮光膜１１、第２の遮光膜１２および第３の遮光膜１３を除去し、開口部９を形成する。開口部９の開口が完了すると、図８（ｇ）に示すように、アッシング処理等により、フォトレジスト膜１５を除去する。なお、上記２つの工程は、第１の実施形態の図２（ｅ）および（ｆ）と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００４１】
この後、図９に示すように、平坦化膜６、カラーフィルタ７およびオンチップマイクロレンズ８を形成する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。これにより、図９に示すような固体撮像装置が完成する。
【００４２】
以上のように、本実施形態では、第２の遮光膜１２の堆積前に、第３の遮光膜１３を堆積している。このように、遮光膜を３層構造にすることにより、当該遮光膜の遮光性をより向上させることができる。さらに、第２の遮光膜１２の下地として第３の遮光膜１３をＣＶＤ法により堆積している。第２の遮光膜１２は、スパッタ法により堆積した遮光膜よりも、ＣＶＤ法により堆積した遮光膜の方が密着性が高い。そのため、遮光膜１０の膜厚の均一性を向上させることが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態では、第３の遮光膜１３を従来のＷＦ_６を反応ガスとするＣＶＤ法により堆積した後、第２の遮光膜１２をＷＦ_６と窒素とを反応ガスとするＣＶＤ法により堆積している。ここで、ＷＦ_６と窒素とを反応ガスとするＣＶＤ法は、従来のＷＦ_６を反応ガスとするＣＶＤ法よりも成膜レートが小さい。そのため、成膜レートの大きい従来のＷＦ_６を反応ガスとするＣＶＤ法を用いて、第３の遮光膜１３をある程度堆積した後、ＷＦ_６と窒素とを反応ガスとするＣＶＤ法により第２の遮光膜１２を堆積することにより、遮光膜の成膜を高速化を図ることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、ＷＦ_６と窒素とを反応ガスとするＣＶＤ法により第２の遮光膜１２を堆積しているので、遮光膜の表面平均粗さを抑制することが可能である。その結果、固体撮像装置の開口部の面積のばらつきが抑制され、当該固体撮像装置の小型化および高性能化を図ることが可能となる。
【００４５】
なお、第１および第２の実施形態では、タングステン膜を堆積するための成膜条件の一例を示したが、当該成膜条件は、第１および第２の実施形態において示されたものに限らない。ＷＦ_６に対して窒素を混合してＣＶＤ法を行うだけでも、タングステン膜の表面平均粗さは低減される。ただし、各パラメータの望ましい範囲としては、窒素の流量のＷＦ_６の流量に対する比の値は、０．３以上１０以下であることが望ましい。また、基板温度は、４４５℃±１０℃程度が望ましい。
【００４６】
また、第１および第２の実施形態では、遮光膜の材料として、タングステンを用いているが、当該遮光膜の材料はこれに限らない。当該遮光膜の材料は、タングステン以外の高融点金属膜（例えば、モリブデンやチタン等）や高融点金属シリサイドあるいは高融点金属と他の化合物膜、アルミニウムやその合金のような低融点金属など遮光能力のあるものでＣＶＤ法による膜形成可能な材料であればよい。
【００４７】
なお、第１および第２の実施形態で製造される固体撮像装置のは遮光膜１０より上の構造は、図面に示されたものに限らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る方法で固体撮像装置を製造した場合の、各工程における当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る方法で固体撮像装置を製造した場合の、各工程における当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る方法で製造した固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【図４】ＷＦ_６を反応ガスとして用いたＣＶＤ法で基板温度を４４５℃とした場合における、ＷＦ_６の流量と堆積されるタングステン膜の表面平均粗さとの関係を示した図である。
【図５】ＷＦ_６と窒素とを反応ガスとして用いたＣＶＤ法でＷＦ_６の流量を１５０ｓｃｃｍに固定し、基板温度を４４５℃とした場合における、窒素の流量と形成されるタングステン膜の表面平均粗さとの関係を示した図である。
【図６】本実施形態に係る方法で製造した固体撮像装置の遮光膜と開口部とを上方から見たときの図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る方法で固体撮像装置を製造した場合の、各工程における当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る方法で固体撮像装置を製造した場合の、各工程における当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る方法で製造した固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【図１０】従来の方法で製造した固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【図１１】従来の方法で製造した固体撮像装置の遮光膜と開口部とを上方から見たときの図である。
【符号の説明】
１半導体基板
２受光部
３ゲート絶縁膜
４層間絶縁膜
５転送電極
６平坦化膜
７カラーフィルタ
８オンチップマイクロレンズ
９開口部
１０遮光膜
１１第１の遮光膜
１２第２の遮光膜
１３第３の遮光膜
１５フォトレジスト膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a metal film, and more specifically, relates to a method for forming a film containing metal as a main component by a CVD method.
[0002]
[Prior art]
Usually, in a solid-state imaging device, a tungsten light-shielding film having a high light-shielding property is formed so that light does not enter a region other than the light-receiving portion. Hereinafter, a conventional solid-state imaging device including a tungsten light-shielding film will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional solid-state imaging device having a tungsten light-shielding film.
[0003]
The conventional solid-state imaging device includes a semiconductor substrate 301, a light receiving unit 302, a gate insulating film 303, an interlayer insulating film 304, a transfer electrode 305, a planarizing film 306, a color filter 307, an on-chip microlens 308, an opening 309, and a light shielding. A membrane 310 is provided. The light shielding film 310 includes a first light shielding film 311 and a second light shielding film 312.
[0004]
In the solid-state imaging device shown in FIG. 10, a light receiving portion 302 that is a photodiode is formed in a silicon semiconductor substrate 1. Further, as shown in FIG. 6, a doped polysilicon transfer electrode 305 is formed on the semiconductor substrate 1 so as to be included in a silicon oxide gate insulating film 303 and a silicon oxide interlayer insulating film 304. Is done. Further, a first light shielding film 311 and a second light shielding film 312 of tungsten are formed so as to cover the transfer electrode 305. Thus, the first light shielding film 311 and the second light shielding film 312 prevent light from entering the transfer electrode 305. Further, the light shielding film 310 on the light receiving unit 302 is removed so that light enters the light receiving unit 302.
[0005]
Further, a planarization film 306 that is a BPSG film is formed on the light shielding film 310. An acrylic resin color filter 307 is formed on the planarizing film 306. An on-chip microlens 308 made of an acrylic resin silicon nitride film is formed above the light receiving unit 302 and on the color filter 307. In the solid-state imaging device configured as described above, the formation of the light shielding film 310 will be described.
[0006]
When the formation of the interlayer insulating film 304 is completed, a tungsten first light-shielding film 311 is formed on the interlayer insulating film 304 by a sputtering method. Specifically, a first light shielding film 311 of tungsten is formed by DC magnetron sputtering in a substrate temperature of 200 ° C. and in an Ar (argon) atmosphere. Thereafter, a second light-shielding film 312 (thickness: about 200 nm) of tungsten is formed on the first light-shielding film 311 by a CVD method (chemical vapor deposition method). Specifically, WF as the reaction gas ₆ A tungsten second light-shielding film 312 is formed under a condition of a substrate temperature of 445 ° C. by a CVD method using (tungsten hexafluoride). Thereafter, a photolithography process and an etching process are performed to remove part of the first light-shielding film 311 and the second light-shielding film 312, thereby forming an opening 309. Thus, in the conventional solid-state imaging device, the light shielding property of the light shielding film is improved by making the tungsten light shielding film into a two-layer structure (see Patent Document 1).
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-11957
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, WF as a reactive gas ₆ The second light-shielding film 312 made of tungsten formed by the CVD method using the material has a large surface average roughness, which hinders improvement in the number of pixels and improvement in sensitivity due to miniaturization of the solid-state imaging device. Hereinafter, it will be described in detail with reference to the drawings. Here, FIG. 11 is a view of the second light shielding film 312 and the opening 309 of the solid-state imaging device of FIG. 10 as viewed from above.
[0009]
WF as a reaction gas ₆ The average surface roughness of the tungsten second light-shielding film 312 formed by the CVD method using is about 150 nm on average. When a photoresist film for forming an opening 309 is applied to the first light shielding film 311 and the second light shielding film 312 on the second light shielding film 312 having the average surface roughness, the photoresist The surface of the film also has large irregularities. When exposure is performed to pattern the shape of the opening 309 with respect to a photoresist film having irregularities on the surface, the exposed light is irregularly reflected due to irregularities on the surface of the photoresist film. Then, when the photoresist film is patterned by the irregularly reflected light, the photoresist film has irregularities on the ridges. Therefore, when etching is performed using the photoresist film as a mask and a part of the light shielding film 310 is removed, the opening 309 formed in the light shielding film 310 has unevenness as illustrated in FIG. The present inventor has found through analysis. Specifically, as shown in FIG. 11, the inventor of the present application analyzed that the opening 309 has unevenness equivalent to about 150 nm which is the surface average roughness of the second light shielding film 312. Discovered by.
[0010]
Here, in the solid-state imaging device, the size of one side of the opening 309 is about 1 μm. Therefore, as described above, when unevenness of about 150 nm occurs in the opening 309, a large area variation that cannot be ignored occurs between the openings 309 included in the solid-state imaging device. Such a variation in the area of the opening 309 causes a large variation in light receiving sensitivity between pixels included in the solid-state imaging device. In recent years, the pixel size has been reduced along with the downsizing of the camera and the increase in the number of pixels, and the opening 309 has been reduced. Therefore, suppressing variation in the area of the opening 309 is very important for downsizing and improving the performance of the solid-state imaging device.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a metal film forming method for forming a light shielding film in which a large variation in the area of the opening 309 of the solid-state imaging device is unlikely to occur.
[0012]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In the present invention, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is performed using a mixed gas of a metal-containing gas and nitrogen gas to form a film containing a metal contained in the metal-containing gas as a main component. . As described above, when a CVD method is performed using a mixed gas of a metal-containing gas and a nitrogen gas, a film whose main component is a metal whose surface average roughness is suppressed can be obtained.
[0013]
The metal-containing gas is preferably a tungsten fluoride gas. As a result, it is possible to form a tungsten film used as a light shielding film of the solid-state imaging device. Further, as a film forming condition of the CVD method, it is desirable that a ratio value of a nitrogen gas flow rate to a tungsten fluoride gas flow rate is 0.3 or more and 10 or less.
[0014]
In another aspect of the present invention, when manufacturing a solid-state imaging device, a light receiving part is formed on a semiconductor substrate, and CVD using a mixed gas of a metal-containing gas and nitrogen gas so as to cover the semiconductor substrate and the light receiving part According to this method, a light shielding film mainly composed of a metal contained in the metal-containing gas is formed, and the light shielding film is selectively removed to form an opening on the light receiving part. As described above, when the light shielding film of the solid-state imaging device is formed, if the CVD method is performed using the mixed gas of the metal-containing gas and the nitrogen gas, it is possible to obtain a light shielding film having a suppressed surface average roughness. It becomes possible. Therefore, when the opening is formed by selectively removing the light shielding film, it is possible to obtain an opening with less unevenness in the ridge portion. As a result, it is possible to obtain an opening with little variation in area.
[0015]
A light shielding film is formed by sputtering so as to cover the semiconductor substrate and the light receiving portion, and when the light shielding film is formed by CVD using a metal-containing gas and nitrogen gas, the light shielding film is formed by sputtering. When the light shielding film is further formed and the opening is formed, the light shielding film formed by the sputtering method and the light shielding film formed by the CVD method using the metal gas and the nitrogen gas. May be selectively removed. As described above, the light shielding film formed by the sputtering method is formed under the light shielding film formed by the CVD method using the metal-containing gas and the nitrogen gas, thereby improving the adhesion of the light shielding film to the solid-state imaging device. It becomes possible.
[0016]
In addition, the light receiving portion converts light input from the outside into charges, forms transfer electrodes that transfer the charges converted by the light receiving portion, and forms a light shielding film by a sputtering method. The light shielding film is formed so as to cover the portion and the transfer electrode, and when the light shielding film is formed by a CVD method using a metal-containing gas and nitrogen gas, the semiconductor substrate, the light receiving portion and the transfer electrode are covered. The light shielding film may be formed.
[0017]
Further, when the light shielding film is formed by a CVD method using a metal gas and nitrogen gas, it is desirable to form the light shielding film having a surface average roughness of 150 nm or less. Thus, if a light-shielding film having a surface average roughness of 150 nm or less is formed, the unevenness generated at the edge of the opening can be suppressed to about 150 nm or less.
[0018]
Further, a light shielding film mainly composed of a metal contained in the metal-containing gas is formed on the light-shielding film formed by a sputtering method by a CVD method using a metal-containing gas, and a metal-containing gas and a nitrogen gas are used. When the light shielding film is formed by the CVD method used, the light shielding film is formed on the light shielding film formed by the CVD method using the metal-containing gas, and when the opening is formed, the light shielding film is formed by the sputtering method. The light shielding film formed, the light shielding film formed by a CVD method using a metal-containing gas, and the light shielding film formed by a CVD method using a metal gas and a nitrogen gas may be selectively removed. Good. Thus, a CVD method using a metal-containing gas between a light-shielding film formed by a CVD method using a mixed gas of a metal-containing gas and nitrogen gas and a light-shielding film formed by a sputtering method By forming the light shielding film formed in (1), the adhesion between the light shielding films can be improved. As a result, it is possible to improve the uniformity of the film thickness of the entire light shielding film. In addition, the CVD method using a mixed gas of a metal-containing gas and nitrogen gas has a relatively low film formation rate. Therefore, by combining with the CVD method using a metal-containing gas having a relatively large film formation rate, It becomes possible to speed up the manufacture of the solid-state imaging device.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a solid-state imaging device manufacturing method to which a metal film forming method according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a two-layer tungsten light-shielding film is formed on the transfer electrode of the solid-state imaging device. Here, FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing a cross-sectional structure of the solid-state imaging device in each process when the solid-state imaging device is manufactured. FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of the completed solid-state imaging device.
[0020]
First, a light receiving portion 2 which is a photodiode of opposite conductivity type is formed in a silicon semiconductor substrate 1. Thereafter, a gate insulating film 3 of silicon oxide is deposited so as to cover the semiconductor substrate 1 and the light receiving portion 2. The gate insulating film 3 is deposited by, for example, a CVD method. When the deposition of the gate insulating film 3 is completed, a CVD method, a photolithography process, and a dry etching process are performed to form a transfer electrode 5 of doped polysilicon. The transfer electrode 5 serves to convert light input from the outside into electric charges. When the formation of the transfer electrode 5 is completed, an interlayer insulating film 4 of silicon oxide is deposited so as to cover the transfer electrode 5 and the gate insulating film 3. The interlayer insulating film 4 is deposited by, for example, a CVD method. Thereby, the cross-sectional structure of the solid-state imaging device has the structure shown in FIG.
[0021]
Next, as shown in FIG. 1B, a tungsten first light shielding film 11 having a thickness of 10 to 200 nm is deposited by sputtering. For example, when the first light shielding film 11 is deposited by magnetron sputtering, the deposition conditions of the first light shielding film 11 are as follows: argon gas pressure is 3 to 5 mTorr, argon gas flow rate is 100 sccm, and substrate temperature is 200 ° C. The DC magnetron power is 1000W.
[0022]
When the deposition of the first light shielding film 11 is completed, as shown in FIG. 1C, the second light shielding film 12 of tungsten having a film thickness of 10 to 300 nm is replaced with WF. ₆ It is deposited by a CVD method using a mixed gas of nitrogen and nitrogen. Here, since this process is a characteristic part of the present invention, it will be described in detail below with reference to the drawings. Figure 4 shows WF ₆ WF when the substrate temperature is set to 445 ° C. by the CVD method using as a reaction gas. ₆ It is the figure which showed the relationship between the flow volume of and the surface average roughness of the tungsten film | membrane deposited. The horizontal axis is WF ₆ The vertical axis represents the surface average roughness of the tungsten film.
[0023]
In the conventional solid-state imaging device manufacturing method, WF ₆ The second light-shielding film 12 was deposited by the CVD method using as a reaction gas. As a result, unevenness of about 150 nm was generated on the surface of the second light shielding film 12.
[0024]
In contrast, WF, which is a reactive gas, is used during film deposition by CVD. ₆ There is a method for reducing the average surface roughness of the second light-shielding film 12 made of tungsten by increasing the inflow amount of tungsten. However, as shown in FIG. 4, WF which is a reactive gas ₆ Even if the amount of inflow of the tungsten is increased, the surface average roughness of the second light shielding film 12 made of tungsten does not become 150 nm or less.
[0025]
Therefore, in this embodiment, when depositing the second light shielding film 12 of tungsten by the CVD method, WF is used as a reactive gas. ₆ A mixed gas of nitrogen and nitrogen is used. Hereinafter, description will be given with reference to FIG. Here, FIG. 5 shows WF ₆ CVD method using nitrogen and nitrogen as reaction gas, WF ₆ 5 is a diagram showing the relationship between the flow rate of nitrogen and the average surface roughness of the tungsten film to be formed when the flow rate is fixed at 150 sccm and the substrate temperature is 445 ° C. FIG. The horizontal axis indicates the flow rate of nitrogen, and the vertical axis indicates the surface average roughness of the tungsten film. Further, the tungsten film has been tested with a film thickness of 150 nm.
[0026]
As shown in FIG. 5, by mixing nitrogen into the reaction gas, the surface average roughness of the second light shielding film 12 made of tungsten can be significantly reduced from 150 nm. Thereby, it is possible to suppress the unevenness of the opening due to the unevenness of the surface of the second light shielding film 12. In the present embodiment, WF ₆ The second light shielding film 12 is deposited at a flow rate of about 150 sccm, a nitrogen flow rate of about 100 sccm, a pressure of 3 to 300 Torr, a substrate temperature of 450 ° C. Thereby, when the film thickness of the second light-shielding film 12 of tungsten is 150 nm, the surface average roughness can be suppressed to about 70 nm.
[0027]
When the deposition of the second light shielding film 12 is completed, a photoresist film 15 having an opening vertically above the light receiving portion 2 is formed on the second light shielding film 12 as shown in FIG. Specifically, a photoresist is applied to the second light shielding film 12, exposure is performed using a mask pattern, and the exposed portion of the photoresist is removed with a solvent.
[0028]
When the formation of the photoresist film 15 is completed, as shown in FIG. 2E, the unshielded portions of the first light shielding film 11 and the second light shielding film 12 are formed using the photoresist film 15 as a mask. Removal by RIE (reactive ion etching) forms an opening 9 having a size of 1.5 μm × 0.9 μm. Specifically, an anisotropic dry etching process using a mixed gas of chlorine and oxygen is performed. Note that the etching conditions are such that the chlorine flow rate is 40 sccm and the oxygen flow rate is 4 sccm. When the RIE is completed, the photoresist film 15 is removed by ashing or the like as shown in FIG.
[0029]
Thereafter, a planarizing film 6 which is a BPSG film is deposited by using the CVD method so as to cover the second light shielding film 12 and the interlayer insulating film 4. Note that the surface of the planarizing film 6 is planarized by CMP planarization or the like. When the formation of the planarizing film 6 is completed, an acrylic resin color filter 7 is formed on the planarizing film 6. When the formation of the color filter 7 is completed, an on-chip microlens 8 made of acrylic resin is formed above the light receiving unit 2 and on the color filter 7. Thereby, a solid-state imaging device as shown in FIG. 3 is completed.
[0030]
As described above, according to the solid-state imaging device manufacturing method to which the metal film forming method according to the present embodiment is applied, the second light-shielding film 12 of tungsten having a small unevenness on the surface can be deposited. The unevenness generated on the surface of the photoresist film formed on the second light shielding film 12 can be suppressed. Therefore, at the time of exposure for performing patterning for forming the opening on the photoresist film, the exposed light is less likely to be irregularly reflected due to the presence of irregularities on the surface of the photoresist film. Accordingly, unevenness is less likely to occur at the edge of the patterned photoresist film, and even when the second light-shielding film 12 is removed by etching using the photoresist film as a mask, the unevenness is not generated at the edge of the opening. Less likely to occur. That is, according to the present embodiment, it is possible to obtain the opening 9 having a small area variation. Hereinafter, the opening 9 formed by the method according to the present embodiment and the opening 309 formed by the conventional method will be compared with reference to the drawings. FIG. 6 is a view of the light shielding film 10 and the opening 9 of the solid-state imaging device manufactured by the solid-state imaging device manufacturing method to which the metal film forming method according to the present embodiment is applied as viewed from above.
[0031]
Comparing FIG. 6 and FIG. 11, the unevenness at the ridge of the opening 9 of the solid-state imaging device manufactured by the method of the present embodiment is the unevenness at the ridge of the opening 309 of the solid-state imaging device manufactured by the conventional method. Is smaller than That is, in the present embodiment, variation in the area of the opening 9 can be suppressed. As a result, it is possible to suppress variations in sensitivity between the light receiving units in the solid-state imaging device, and it is possible to reduce the size and increase the performance of the solid-state imaging device.
[0032]
Here, another reason for suppressing the occurrence of unevenness in the ridges of the opening 9 by the method according to the present embodiment will be described. In general, in a film having a small surface average roughness, the size of crystal grains constituting the film tends to be small. As described above, a film formed of small crystal grains has a property that fine processing can be easily performed by dry etching. In this embodiment, since the average surface roughness of the second light-shielding film 12 is suppressed, the crystal grains of the second light-shielding film are reduced, and the opening 9 having a small area variation can be formed by dry etching. It is thought that.
[0033]
In addition, a tungsten film having a surface average roughness of 150 nm or less formed by the CVD method has good step coverage, and therefore can effectively block light incident obliquely from the opening 9 to the transfer electrode 5. As a result, the light shielding property of the second light shielding film 12 is improved.
[0034]
(Second Embodiment)
The second embodiment of the solid-state imaging device manufacturing method to which the metal film forming method according to the present invention is applied will be described below. This embodiment is different from the first embodiment in that a tungsten light-shielding film having a three-layer structure is formed on a transfer electrode of a solid-state imaging device. Except for this point, the first embodiment and the second embodiment are the same. Here, FIGS. 7 and 8 are diagrams illustrating a cross-sectional structure of the solid-state imaging device in each process when the solid-state imaging device is manufactured. FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional structure of the completed solid-state imaging device.
[0035]
First, as shown in FIG. 7A, the light receiving portion 2, the gate insulating film 3, the transfer electrode 5 and the interlayer insulating film 4 are formed on the semiconductor substrate 1. In addition, since this process is the same as that of FIG. 1A of the first embodiment, further detailed description is omitted.
[0036]
Next, as shown in FIG. 7B, a first light-shielding film 11 of tungsten having a thickness of 10 to 200 nm is deposited on the interlayer insulating film 4 by sputtering. In addition, since this process is the same as that of FIG.1 (b) of 1st Embodiment, the detailed description beyond this is abbreviate | omitted.
[0037]
When the deposition of the first light shielding film 11 is completed, as shown in FIG. 7C, WF as a reactive gas is formed on the first light shielding film 11. ₆ A third light-shielding film 13 of tungsten having a film thickness of 10 to 200 nm is deposited by a CVD method using. As a deposition condition of the third light shielding film 13, for example, WF ₆ The flow rate is about 400 sccm, the pressure is 3 to 300 torr, and the substrate temperature is about 445 ° C. The addition of this step is a characteristic part of this embodiment.
[0038]
When the deposition of the third light shielding film 13 is completed, as shown in FIG. 7D, WF as a reactive gas is formed on the third light shielding film. ₆ A tungsten second light-shielding film 12 having a thickness of 10 to 200 nm is deposited by a CVD method using nitrogen and nitrogen. The deposition condition of the second light shielding film is WF ₆ The flow rate is about 150 sccm, the nitrogen flow rate is about 100 sccm, the pressure is 3 to 300 Torr, and the substrate temperature is 450 ° C. The deposition conditions for the second light-shielding film 12 according to this embodiment are the same as those in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted. As described above, by mixing nitrogen as a reaction gas when depositing the second light-shielding film 12, the second light-shielding film 12 having a surface average roughness of 150 nm or less can be deposited.
[0039]
When the deposition of the second light shielding film 12 is completed, a photoresist film 15 having an opening vertically above the light receiving portion 2 is formed on the second light shielding film 12 as shown in FIG. In addition, since this process is the same as that of FIG.2 (d) of 1st Embodiment, the detailed description beyond this is abbreviate | omitted.
[0040]
When the formation of the photoresist film 15 is completed, as shown in FIG. 8F, the unshielded portions of the first light shielding film 11, the second light shielding film 12 and the first light shielding film 12 are formed using the photoresist film 15 as a mask. 3 of the light shielding film 13 is removed, and an opening 9 is formed. When the opening of the opening 9 is completed, the photoresist film 15 is removed by ashing or the like as shown in FIG. Note that the above two steps are the same as those in FIGS. 2E and 2F of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
[0041]
Thereafter, as shown in FIG. 9, a planarizing film 6, a color filter 7, and an on-chip microlens 8 are formed. In addition, since this process is the same as that of 1st Embodiment, the detailed description beyond this is abbreviate | omitted. Thereby, a solid-state imaging device as shown in FIG. 9 is completed.
[0042]
As described above, in the present embodiment, the third light shielding film 13 is deposited before the second light shielding film 12 is deposited. Thus, the light shielding property of the light shielding film can be further improved by providing the light shielding film with a three-layer structure. Further, a third light shielding film 13 is deposited by a CVD method as a base of the second light shielding film 12. The light shielding film deposited by the CVD method has a higher adhesion to the second light shielding film 12 than the light shielding film deposited by the sputtering method. Therefore, it is possible to improve the uniformity of the film thickness of the light shielding film 10.
[0043]
In the present embodiment, the third light shielding film 13 is replaced with a conventional WF. ₆ Then, the second light-shielding film 12 is deposited on the WF. ₆ It is deposited by a CVD method using nitrogen and nitrogen as reaction gases. Where WF ₆ The CVD method using nitrogen and nitrogen as the reaction gas is the conventional WF ₆ The film forming rate is smaller than that of the CVD method using as a reactive gas. Therefore, conventional WF with a high film formation rate ₆ After depositing the third light-shielding film 13 to some extent using the CVD method using as a reactive gas, WF ₆ By depositing the second light shielding film 12 by a CVD method using nitrogen and nitrogen as reaction gases, the speed of film formation of the light shielding film can be increased.
[0044]
In the present embodiment, as in the first embodiment, the WF ₆ Since the second light shielding film 12 is deposited by the CVD method using nitrogen and nitrogen as reaction gases, it is possible to suppress the surface average roughness of the light shielding film. As a result, the variation in the area of the opening of the solid-state imaging device is suppressed, and the solid-state imaging device can be reduced in size and performance.
[0045]
In the first and second embodiments, an example of the film forming conditions for depositing the tungsten film has been described. However, the film forming conditions are not limited to those shown in the first and second embodiments. Absent. WF ₆ Even if nitrogen is mixed with the CVD method, the average surface roughness of the tungsten film is reduced. However, the desirable range of each parameter is the WF of the nitrogen flow rate. ₆ The ratio of the flow rate to the flow rate is desirably 0.3 or more and 10 or less. The substrate temperature is preferably about 445 ° C. ± 10 ° C.
[0046]
In the first and second embodiments, tungsten is used as the material of the light shielding film, but the material of the light shielding film is not limited to this. The material of the light-shielding film is a light-shielding ability such as a refractory metal film other than tungsten (for example, molybdenum or titanium), a refractory metal silicide or a refractory metal and other compound film, and a low-melting metal such as aluminum or an alloy thereof. Any material that can form a film by the CVD method may be used.
[0047]
In the solid-state imaging device manufactured in the first and second embodiments, the structure above the light shielding film 10 is not limited to that shown in the drawings.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a solid-state imaging device in each step when the solid-state imaging device is manufactured by a method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of the solid-state imaging device in each step when the solid-state imaging device is manufactured by the method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of the solid-state imaging device manufactured by the method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 WF ₆ WF when the substrate temperature is set to 445 ° C. by the CVD method using as a reaction gas. ₆ It is the figure which showed the relationship between the flow volume of and the surface average roughness of the tungsten film | membrane deposited.
FIG. 5 WF ₆ WF by CVD method using nitrogen and nitrogen as reaction gas ₆ 5 is a diagram showing the relationship between the flow rate of nitrogen and the average surface roughness of the tungsten film to be formed when the flow rate is fixed at 150 sccm and the substrate temperature is 445 ° C. FIG.
FIG. 6 is a view of the light shielding film and the opening of the solid-state imaging device manufactured by the method according to the embodiment when viewed from above.
FIG. 7 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the solid-state imaging device in each step when the solid-state imaging device is manufactured by the method according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the solid-state imaging device in each step when the solid-state imaging device is manufactured by the method according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional structure of a solid-state imaging device manufactured by a method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure of a solid-state imaging device manufactured by a conventional method.
FIG. 11 is a diagram of a light shielding film and an opening of a solid-state imaging device manufactured by a conventional method as viewed from above.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor substrate
2 Light receiver
3 Gate insulation film
4 Interlayer insulation film
5 Transfer electrode
6 Planarization film
7 Color filter
8 On-chip micro lens
9 opening
10 Shading film
11 First light shielding film
12 Second light shielding film
13 Third light shielding film
15 Photoresist film

Claims

A metal film characterized by forming a film mainly containing a metal contained in the metal-containing gas by performing a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using a mixed gas of a metal-containing gas and a nitrogen gas Forming method.

The metal film forming method according to claim 1, wherein the metal-containing gas is a tungsten fluoride gas.

The method of forming a metal film according to claim 2, wherein the ratio of the flow rate of the nitrogen gas to the flow rate of the tungsten fluoride gas is 0.3 or more and 10 or less.

Forming a light receiving portion on a semiconductor substrate;
Forming a light-shielding film mainly composed of a metal contained in the metal-containing gas by a CVD method using a mixed gas of a metal-containing gas and a nitrogen gas so as to cover the semiconductor substrate and the light receiving portion;
A method of selectively removing the light shielding film and forming an opening on the light receiving portion.

A step of forming a light shielding film by sputtering so as to cover the semiconductor substrate and the light receiving portion;
The step of forming the light shielding film by the CVD method using the metal-containing gas and the nitrogen gas includes forming the light shielding film after the light shielding film is formed by the sputtering method,
The step of forming the opening is characterized in that the light shielding film formed by the sputtering method and the light shielding film formed by a CVD method using the metal gas and nitrogen gas are selectively removed. The solid-state imaging device manufacturing method according to claim 4.

The light receiving unit converts light input from the outside into electric charge,
Further comprising a step of forming a transfer electrode for transferring the charge converted by the light receiving unit,
The step of forming a light shielding film by a sputtering method includes forming the light shielding film so as to cover the semiconductor substrate, the light receiving portion, and the transfer electrode,
The step of forming a light shielding film by a CVD method using the metal-containing gas and nitrogen gas is characterized in that the light shielding film is formed so as to cover the semiconductor substrate, the light receiving portion, and the transfer electrode. The solid-state imaging device manufacturing method according to claim 5.

5. The solid-state imaging device manufacturing according to claim 4, wherein the step of forming a light shielding film by a CVD method using a metal gas and a nitrogen gas forms a light shielding film having a surface average roughness of 150 nm or less. Method.

A step of forming a light-shielding film mainly composed of a metal contained in the metal-containing gas on the light-shielding film formed by the sputtering method by a CVD method using a metal-containing gas;
The step of forming a light-shielding film by a CVD method using the metal-containing gas and nitrogen gas forms a light-shielding film on the light-shielding film formed by the CVD method using the metal-containing gas,
The step of forming the opening includes a light shielding film formed by the sputtering method, a light shielding film formed by a CVD method using the metal-containing gas, and a CVD method using the metal gas and nitrogen gas. The solid-state imaging device manufacturing method according to claim 5, wherein the formed light shielding film is selectively removed.