JP2006294654A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 周辺配線領域と撮像領域との間の段差を小さく抑えながら、周辺配線領域での配線の低抵抗化を実現可能な固体撮像装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 基板上には、層間絶縁膜１１３、１１７および透明膜１１８が順次積層されている。そして、周辺配線領域における層間絶縁膜１１７と透明膜１１８との境界部分には、金属配線１２４が形成されている。
ここで、周辺配線領域では、層間絶縁膜１１３と層間絶縁膜１１７との境界部分であって、金属配線１２４の下部に相当する領域には、エッチングストップ膜１２１が形成されている。また、金属配線１２４とエッチングストップ膜１２１との間は、層間絶縁膜１１７に形成された溝１２３に金属配線１２４が延伸形成されている。
また、固体撮像装置１０では、撮像領域における透明膜１１８の表面上にマイクロレンズが形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は固体撮像装置およびその製造方法に関し、特に周辺配線領域における配線構成に関する。

携帯機器などの画像入力装置として用いられる固体撮像装置では、多画素化および小型化が進められている。このように多画素化および小型化を進めていく場合には、信号電荷の読み出し周波数が高くなるので、高周波の信号転送用クロックパルスを波形の鈍りなく伝幡するために、周辺配線領域の配線抵抗を十分に低くすることが求められる。
ところが、固体撮像装置では、多画素化に伴うチップサイズの増大により、周辺回路の配線が長寸法化し配線抵抗が増大するという課題を有する。そこで、配線抵抗を低くするために固体撮像装置の周辺配線領域の配線を多層化する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の技術を適用した固体撮像装置の構造について、図１３を用いて説明する。

図１３（ａ）に示すように、固体撮像装置における撮像領域は、半導体基板７０１をベースとして、受光部（光電変換素子部）７０２、トランスファーゲート７０３、垂直レジスタ７０４、チャネルストッパ７０５、垂直転送電極７０６、アルミニウム遮光膜７０７などの形成により構成されている。撮像領域におけるアルミニウム遮光膜７０７は、スミアと呼ばれる偽信号が再生画像上に現れるのを防ぐため、垂直レジスタ１０の転送電極上に設けられ、垂直レジスタ７０４に対して光が入射するのを防止する機能を有する。

アルミニウム遮光膜１３は、工程の簡略化のために、通常、トランスファーゲート７０３や垂直レジスタ７０４や水平レジスタを駆動する駆動回路や電荷検出部からの出力処理回路等の周辺配線領域の配線と同一工程において、アルミニウムを用いて形成される。
図１３（ｂ）に示すように、固体撮像装置の周辺配線領域は、上記撮像領域と半導体基板７０１を共通のベースとして、絶縁膜７１１、第１のアルミニウム配線７１２、層間絶縁膜７１３および第２のアルミニウム配線７１４などの形成により構成されている。周辺配線領域における第１のアルミニウム配線７１２は、上記撮像領域のアルミニウム遮光膜７０７を形成するのと同一の工程で形成される。さらに、第１のアルミニウム配線７１２は、層間絶縁膜７１３を介して、第２のアルミニウム配線７１４とコンタクトをとるように形成されている。

また、半導体記憶装置を対象とする分野においては、金属配線と裏打ちの低抵抗金属配線層とを絶縁膜に設けたコンタクトホールによって接続させる構造、所謂、裏打ち構造を採用することによって配線抵抗の低減を図ろうとする提案がなされており（例えば、特許文献２）、固体撮像装置における周辺配線領域の配線の低抵抗化のために、この技術を採用することも考えられる。

ところで、固体撮像装置では、撮像領域に受光部が単位画素ごとに設けられてアレイが形成されており、各受光部への光の入射範囲が小さな開口部を以って規制されている。よって、固体撮像装置は、単に光の垂直入射を受けるだけでは入射光の大部分が遮られてしまい、受光部に取り込める光量が減少してしまう。このような問題に対して、基板全面を透明膜で被膜し、各受光部に対峙するようにオンチップ型の微小レンズ（マイクロレンズ）を形成し、受光部へ入射光を集光することにより装置の感度を高める構成が採用されている。
特開平０５−２０６４２６号公報 特開平０７−４５７２０号公報

しかし、上記特許文献１、２の技術を適用して周辺配線領域の低抵抗化を図ろうとする場合には、配線の多層化や裏打ち構造などを採用するに際して撮像領域と周辺配線領域との段差を小さくするために厚い膜厚で透明膜を形成する必要が生じ、マイクロレンズの焦点距離にズレを生じてしまうことになる。固体撮像装置においてマイクロレンズの焦点距離にズレを生じた場合には、受光部への入射光の集光効率が劣化し、結果として装置感度が低下してしまうに至る。また、このようにマイクロレンズの焦点距離にズレを生じた場合には、長い焦点距離に起因して基板深部で発生した信号電荷が走査部に侵入したときに、再生画像に明るい縦筋が走る現象、いわゆるスミアを発生する課題も生じる。

本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、周辺配線領域と撮像領域との間の段差を小さく抑えながら、周辺配線領域での配線の低抵抗化を実現可能な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。

上記目的を達成するために、本発明は、次の構成を採ることとした。
本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板上に絶縁膜と透明膜とが順に積層され、基板面方向に撮像領域と周辺配線領域とが形成されており、撮像領域において、半導体基板中に受光部が形成され、透明膜上の受光部を覆う領域にマイクロレンズが形成されており、周辺配線領域において、絶縁膜と透明膜との境界における一部領域に金属配線が形成された装置であって、周辺配線領域の金属配線の形成された部分では、絶縁膜における半導体基板側の界面に接する状態でエッチングストップ膜が形成されているとともに、絶縁膜の厚み方向に溝が形成されており、金属配線は、溝内にも埋め込まれる状態で形成されており、エッチングストップ膜に対して接する状態となっていることを特徴とする。

また、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板上に絶縁膜と透明膜とが順に積層され、基板面方向に撮像領域と周辺配線領域とが形成されており、撮像領域において、半導体基板中に受光部が形成され、透明膜上の受光部を覆う領域にマイクロレンズが形成されており、周辺配線領域において、絶縁膜と透明膜との境界における一部領域に金属配線が形成された装置であって、周辺配線領域の金属配線の形成された部分では、絶縁膜における半導体基板側の界面に接する状態でエッチングストップ膜が形成されているとともに、絶縁膜の厚み方向に溝が形成されており、溝内には、金属配線に電気的に接続される状態であって、且つ、エッチングストップ膜に接する状態で、導電材料が埋め込まれていることを特徴とする。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、次の（１−１）〜（１−９）のステップを備えることを特徴とする。
（１−１） 半導体基板における撮像領域を形成しようとする第１の領域において、当該基板内方において互いに間隔をあけた状態で受光部と転送チャネルとを形成するステップ
（１−２） 半導体基板上における転送チャネルの上方相当部分に、転送電極を形成するとともに、周辺配線領域を形成しようとする第２の領域に対して、ゲート電極を形成するステップ
（１−３） 半導体基板上における受光部の上方相当部分に、反射防止膜を形成するステップ
（１−４） 転送電極を遮光膜で覆うとともに、第２の領域におけるゲート電極の周辺部分にエッチングストップ膜を形成するステップ
（１−５） 第１の領域および第２の領域の上を絶縁膜で被覆するステップ
（１−６） 第２の領域において、絶縁膜に対して、ゲート電極上にコンタクトを形成するとともに、エッチングストップ膜上に溝を形成するステップ
（１−７） 絶縁膜上に、コンタクトおよび溝を埋め込みながら金属配線を形成するステップ
（１−８） 第１の領域と第２の領域との間の段差を補正する状態に、絶縁膜および金属配線の上を透明膜で覆うステップ
（１−９） 第１の領域における透明膜の表面に対して、受光部に対峙する状態に、マイクロレンズを形成するステップ
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、次の（２−１）〜（２−１０）のステップを備えることを特徴とする。

（２−１） 半導体基板における撮像領域を形成しようとする第１の領域において、当該基板内方において互いに間隔をあけた状態で受光部と転送チャネルとを形成するステップ
（２−２） 半導体基板上における転送チャネルの上方相当部分に、転送電極を形成するとともに、周辺配線領域を形成しようとする第２の領域に対して、ゲート電極を形成するステップ
（２−３） 半導体基板上における受光部の上方相当部分に、反射防止膜を形成するステップ
（２−４） 転送電極を遮光膜で覆うとともに、第２の領域におけるゲート電極の周辺部分にエッチングストップ膜を形成するステップ
（２−５） 第１の領域および第２の領域の上を絶縁膜で被覆するステップ
（２−６） 第２の領域において、絶縁膜に対して、ゲート電極上にコンタクトを形成するとともに、エッチングストップ膜上に溝を形成するステップ
（２−７） コンタクトおよび溝を導電材料で埋め込むステップ
（２−８） 導電材料で埋め込まれたコンタクトおよび溝の上に、金属配線を形成するステップ
（２−９） 第１の領域と第２の領域との間の段差を補正する状態に、絶縁膜および金属配線の上を透明膜で覆うステップ
（２−１０） 第１の領域における透明膜の表面に対して、受光部に対峙する状態に、マイクロレンズを形成するステップ

本発明に係る固体撮像装置では、周辺配線領域における金属配線が、絶縁膜に形成された溝内にも埋め込まれる状態で形成されているので、溝内に形成されている断面積分だけ周辺配線領域における配線抵抗が低く抑えられる。また、本発明に係る固体撮像装置では、溝内に金属配線とは相違する導電材料を埋め込み、これを金属配線に対して電気的接続状態とする構成をとることも特徴としており、この場合においても、溝内に埋め込まれた導電材料の分だけ周辺配線領域における配線抵抗が低く抑えられることになる。

また、上述のように、本発明に係る固体撮像装置では、上記溝の底がエッチングストップ膜の上面となるようにしているので、絶縁膜への溝の形成の際にオーバーエッチングとなった場合にも、半導体基板までエッチングされてしまうことがなく、配線リーク不良が防止される。エッチングストップ膜は、溝の寸法精度を高く維持するのに貢献もし、固体撮像装置の周辺配線領域において、複数の溝を形成する際に各溝での電気抵抗のバラツキを小さく抑えることができる。

また、本発明に係る固体撮像装置では、上述のように、周辺配線領域における配線抵抗の低減を絶縁膜に形成した溝内への金属配線の延伸または導電材料の埋め込みにより行っているので、上記特許文献１、２のような配線の多層化による撮像領域と周辺配線領域との間での透明膜表面の段差を生じることがない。よって、本発明に係る固体撮像装置では、透明膜上に高い寸法精度を以ってマイクロレンズを形成することができ、受光部への入射光の集高効率の低下を生じることがない。そして、これより、本発明に係る固体撮像装置では、再生画像に明るい縦筋が入る、所謂、スミアを発生し難い。

従って、本発明に係る固体撮像装置では、周辺配線領域と撮像領域との間の段差を小さく抑えることでスミアの発生が抑制され、尚且つ、周辺配線領域での配線の低抵抗化を実現することで他画素化および小型化に適するという優位性を有する。
上記本発明に係る固体撮像装置では、エッチングストップ膜を高融点金属またはポリシリコンから形成しておき、金属配線および導電材料との間で電気的接続を図っておくという構成にすることが望ましい。これは、このようにエッチングストップ膜を上記材料から構成することによって、周辺配線領域における配線の抵抗を低減するのに寄与することになり、より一層の低抵抗化を図ることが可能となる。また、エッチングストップ膜の構成材料として高融点金属を用いる場合には、製造過程での次工程である絶縁膜（層間絶縁膜）の形成時に高温での処理が可能となり、品質面および工程時間の短縮化も図ることが可能となる。

また、本発明に係る固体撮像装置の構成の具体例としては、例えば、撮像領域において、半導体基板中の受光部と間隔をあけた領域に転送チャネルを形成しておく。そして、絶縁膜における半導体基板側の界面から厚み方向内方に向けての領域に転送電極を形成するとともに、周辺配線領域において、絶縁膜と透明膜との境界における一部領域に金属配線を形成しておき、絶縁膜を貫き形成したコンタクトを介して金属配線の一部と電気接続されてなるゲート電極を形成しておくというような構成を採用することができる。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、上記（１−１）〜（１−９）の各ステップあるいは上記（２−１）〜（２−１０）の各ステップを経て固体撮像装置を製造することに特徴を有し、この方法によって、上述のような優位性を有する固体撮像装置を容易に製造することができる。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、一例をもって説明する。なお、以下で説明する実施の形態はあくまでも一例であって、本発明は、以下の形態だけに限定されるものではない。
（第１の実施形態）
１．全体構成
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１０について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１０の要部構造を示す部分断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、（ａ）の撮像領域と、（ｂ）周辺配線領域とからなる。図１（ａ）に示すように、撮像領域は、ｐ型シリコン基板１１１に転送チャネル１３０と、フォトダイオードである受光部１１２が形成されている。

図１（ａ）に示すように、撮像領域において、ｐ型シリコンからなる半導体基板１１１の一方の主面には、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１１３が形成されている。層間絶縁膜１１３の主面上には、転送チャネル１３０の上方領域に、転送電極１１４ａ、１１４ｂが形成されている。また、転送電極１１４ａ、１１４ｂの上面は、受光部１１２の上方が開口領域となった状態で、高融点金属であるタングステンからなる遮光膜１１６が形成されている。なお、転送電極１１４ａと転送電極１１４ｂとの間、および、転送電極１１４ａ、１１４ｂと遮光膜１１６との間には、層間絶縁膜１２５が介挿されている。

層間絶縁膜１１３の主面上における受光部１１２の上方領域には、シリコン窒化膜からなる反射防止膜１１５が形成されている。そして、層間絶縁膜１１３の上面は、この上に形成された転送電極１１４ａ、１１４ｂ、遮光膜１１６および反射防止膜１１５を覆う状態に、層間絶縁膜１１７が形成されている。層間絶縁膜１１７の主面全体は、透明膜１１８によって被膜されており、その主面上における受光部１１２に対峙する領域には、オンチップ型の微小レンズ（マイクロレンズ）１１９が形成されている。

ここで、層間絶縁膜１１７および透明膜１１８は、半導体基板１１１上の各構成部１１４ａ、１１４ｂ、１１５、１１６、１２５などによる段差をなくして、マイクロレンズ１１９における形状等のバラツキを防ぐという目的から形成されている。
一方、図１（ｂ）に示すように、周辺配線領域において、層間絶縁膜１１３上には、互いに間隔をあけてゲート電極１２０とエッチングストップ膜１２１が形成されている。ここで、ゲート電極１２０は、出力ゲートまたはリセットゲートとなるものである。

エッチングストップ膜１２１は、上記撮像領域における遮光膜１１６と同一の材料、即ち、高融点金属（例えば、タングステン）を用いて形成されている。
ゲート電極１２０およびエッチングストップ膜１２１が形成された層間絶縁膜１１３の面上には、層間絶縁膜１１７および透明膜１１８が順に積層されている。層間絶縁膜１１７および透明膜１１８は、上記撮像領域から続く状態で形成されている。ここで、上記撮像領域から周辺配線領域に続く状態で形成されている透明膜１１８は、マイクロレンズ１１９の形成ベースとなる膜表面に領域間で段差の補正、および、撮像領域におけるマイクロレンズ１１９と受光部１１２との焦点距離の調整という２要因を考慮して形成されている。

図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１１７と透明膜１１８との界面から透明膜１１８の厚み方向内方に向けての領域であって、ゲート電極１２０およびエッチングストップ膜１２１の各上方に相当する各領域には、金属配線１２４が形成されている。金属配線１２４は、層間絶縁膜１１７を貫くコンタクト１２２内にも形成されており、これによってゲート電極１２０との電気的な接続が図られている。

また、エッチングストップ膜１２１と金属配線１２４との間にも、複数の溝１２３が形成されており、金属配線１２４が各溝１２３内にも埋め込まれた状態で形成されている。溝１２３は、エッチングストップ膜１２１の表面にまで到達する深さを有している。これより、金属配線１２４は、上述のように、エッチングストップ膜１２１で終端する状態に形成されており、その間での電気的な接続が図られた状態となっている。

なお、本実施の形態に係る固体撮像装置では、上述のように、層間絶縁膜１１３がシリコン酸化膜、エッチングストップ膜１２１がタングステン膜であるので、層間絶縁膜１１７への溝１２３の形成におけるエッチングの際に、各膜１１３、１２１、１１７の選択比を”１”以上とすることができ、且つ、層間絶縁膜１１７の形成時における処理温度の高温化を図ることが可能となる。

なお、本実施形態に係る固体撮像装置１０では、エッチングストップ膜１２１を遮光膜１１６と同様の構成となるタングステン膜としたが、転送電極１１４ａ、１１４ｂの構成と同様のポリシリコン膜とすることも可能である。また、エッチングストップ膜１２１には、反射防止膜１１５と同様の構成の窒化膜とすることもでき、この場合においても、層間絶縁膜１１７に対して溝１２３を形成するときの基板１１１へのダメージを防ぐ保護膜として機能させることができる。

２．固体撮像装置１０が有する優位性
本実施形態に係る固体撮像装置１０では、図１（ｂ）に示すように、周辺配線領域における金属配線１２４が、層間絶縁膜１１７に形成された溝１２３内にも埋め込まれた状態で形成されている。このため、固体撮像装置１０では、金属配線１２４における溝１２３内の断面積分だけ周辺配線領域における配線抵抗が低く抑えられる。

また、図１（ｂ）に示すように、固体撮像装置１０では、溝１２３がエッチングストップ膜１２１を終端として形成されているので、層間絶縁膜１１７に対してエッチングにより溝１２３を形成しようとする際に、仮にオーバーエッチングとなった場合であっても基板１１１までエッチングされてしまうことがなく、完成後の装置において、配線リーク不良の防止が図れる。また、エッチングストップ膜１２１は、溝１２３の寸法精度を高く維持するのに貢献もし、本実施形態のように、層間絶縁膜１１７に対して複数の溝１２３を形成する際に各溝１２３に埋め込み状態で形成される金属配線１２４の当該各溝１２３での電気抵抗のバラツキが低く抑えられる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置１０では、周辺配線領域における配線抵抗の低減を層間絶縁膜１１７に形成した溝１２３内への金属配線１２４の延伸により行っているので、上記特許文献１、２のような配線の多層化による撮像領域と周辺配線領域との間での透明膜１１８の表面に段差を生じ難い。また、固体撮像装置１０では、透明膜１１８の厚みをマイクロレンズ１１９と受光部１１２との間の焦点距離を考慮して設定することができるので、感度特性、スミア特性、さらには固体撮像装置１０を用いた場合にのカメラの絞り値（Ｆ値）に対する特性を最適にすることが可能である。

このように、固体撮像装置１０では、透明膜１１８の表面上に高い寸法精度を以ってマイクロレンズ１１９を形成することができ、受光部１１２への入射光の集高効率の低下を生じることがなく、再生画像に明るい縦筋が入る、所謂、スミアを発生し難い。
従って、本実施形態に係る固体撮像装置１０では、周辺配線領域と撮像領域との間の段差を小さく抑えることでスミアの発生が抑制され、尚且つ、周辺配線領域での金属配線１２４の低抵抗化を実現することで多画素化および小型化に適するという優位性を有する。

さらに、本実施形態に係る固体撮像装置１０では、エッチングストップ膜１２１を高融点金属から形成し、金属配線１２４との間の電気的接続を図っているので、金属配線１２４のより一層の低抵抗化と、製造過程での層間絶縁膜１１７の形成時に高温での処理が可能となり、品質面および工程時間の短縮化も図ることが可能となる。
３．層間絶縁膜１１７における溝１２３の形成形態
次に、溝１２３の形成形態および金属配線１２４の埋め込み形態について、図２および図３を用いて説明する。図２は、図１（ｂ）のＡ部詳細に示す拡大断面図であり、図３は、金属配線１２４の被膜率の定義を説明するために用いる模式断面図である。

図２に示すように、固体撮像装置１０では、周辺配線領域において、層間絶縁膜１１７に複数の溝１２３が形成され、その中にも金属配線１２４が形成されている。ここで、金属配線１２４の層間絶縁膜１１７上の厚みを”ａ”、溝１２３の幅を”Ｌ_１”、隣り合う溝１２３の間隔を”Ｌ_２”とする。
また、図３の模式断面図に示すように、絶縁膜１１１７の溝の壁面に対して金属膜１１２４を形成するとき、絶縁膜１１１７上の金属膜１１２４の厚みは上記図２の場合と同じく”ａ”、側壁面上の厚みが”ｂ”であるとするときに、金属膜１１２４のカバレージ”ｃ”は次のように定義される。

図２に戻って、本実施形態に係る固体撮像装置１０では、溝１２３の幅Ｌ_１を、上記”ｂ”の２倍に設定することが望ましい。即ち、次式の関係とすることが望ましい。

例えば、金属配線１２４の上面部膜厚”ａ”が６００ｎｍであり、カバレージ”ｃ”が６０％であるとするとき、溝１２３の幅Ｌ_１の望ましい範囲での最大値は、７２０ｎｍ（＝２×６００ｎｍ×０．６）となる。

また、隣り合う溝１２３間の間隙Ｌ_２についても、上記各寸法において、７２０ｎｍとなる。
上記溝１２３がＬ_１＝７２０ｎｍ、Ｌ_２＝７２０ｎｍで設定され、且つ、金属配線１２４の幅が１０μｍとするとき、溝１２３の形成数は、６本となる。各溝１２３の深さを１０００ｎｍに設定する場合には、金属配線１２４の断面積は、溝１２３を設けないと仮定した場合に比べて１．７２倍となり、電気抵抗は、５８％低減されることになる。なお、溝１２３の幅Ｌ_１を”２ｂ”よりも大きく設定する場合には、金属配線１２４表面のリセス（窪み量）が大きくなり金属配線１２４での断面積が減少するため、好ましくない。

また、溝１２３の形成本数については、図１および図２に示す固体撮像装置１０では４本としたが、１本でも形成する場合においては、少なくとも溝を有さない従来の固体撮像装置に比べて、撮像領域と周辺配線領域との間の段差を生じさせることなく、周辺配線領域での配線抵抗を低減することができるので有効である。
４．固体撮像装置１０の製造方法
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１０の製造方法について、図４〜図７を参照しながら説明する。図４〜図７は、本実施形態に係る固体撮像装置１０の製造方法を、各工程順に示した工程図である。

先ず、図４（ａ１）に示すように、ｐ型シリコン基板１１１にフォトダイオードである受光部１１２と、転送チャネル１３０とを形成し、熱酸化によって膜厚５０ｎｍのシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１１３を基板１１１の表面上に成長させる。
次に、基板１１１上の撮像領域に、ＣＶＤ法によって約２００ｎｍのポリシリコン膜を成長させ、ドライエッチングにより転送電極１１４ａ、１１４ｂを形成する。このとき、図４（ａ２）に示すように、周辺配線領域における層間絶縁膜１１３上には、ゲート電極１２０を形成する。なお、図４（ａ１）に示すように、転送電極１１４ａ、１１４ｂは、層間絶縁膜１２５を介して２層形成しているが、図４（ａ２）に示すように、ゲート電極１２０は、１層目の転送電極１１４ａまたは２層目の転送電極１１４ｂの形成時に同時形成する。

次に、図４（ｂ１）に示すように、ウェットエッチングで受光部１１２上の層間絶縁膜１１３を厚み２０ｎｍにまで減少させた後、ＣＶＤ法により膜厚６０ｎｍのシリコン窒化膜を基板１１１上の全面に成長させる。その後、ウェットエッチングにより受光部１１２の上方以外の領域のシリコン窒化膜を除去することで、反射防止膜１１５を形成する。このとき、図４（ｂ２）に示すように、周辺配線領域においては、上記図４（ａ２）の状態と同一である。

次に、図５（ａ１）、（ａ２）に示すように、撮像領域および周辺配線領域の両領域における基板１１１上に、ＣＶＤ法を用いて高融点金属であるタングステンを約４００ｎｍの膜厚で形成する。そして、リソグラフィ、エッチング処理により、図５（ａ１）の撮像領域では、転送電極１１４ａ、１１４ｂ上に遮光膜１１６を形成するとともに、受光部１１２の上方に開口領域を設ける。

また、図５（ａ２）に示すように、周辺配線領域では、後述の金属配線１２４の形成予定領域に対して、エッチングストップ膜１２１を形成する。
次に、図５（ｂ１）、（ｂ２）に示すように、ＢＰＳＧ膜を用いて基板１１１上に層間絶縁膜前駆体１１７０を積層形成する。
次に、図６（ａ２）に示すように、層間絶縁膜前駆体１１７０におけるエッチングストップ膜１２１上の箇所に対して、リソグラフィ、エッチング法を用いて、複数の溝１２３を形成する。また、この溝１２３の形成と同時に、層間絶縁膜前駆体１１７０におけるゲート電極１２０上の箇所に対して、コンタクホール１２２を形成する。

このとき、溝１２３の形成には、異方性ドライエッチングを用いて、エッチングストップ膜１２１の表面に到達させるが、エッチングストップ膜１２１が基板１１１を保護する機能を有するので、基板１１１にエッチングダメージが生じることはない。以上のようにして、周辺配線領域において、コンタクトホール１２２および複数の溝１２３が形成されてなる層間絶縁膜１１７が完成する。

次に、図６（ｂ２）に示すように、層間絶縁膜１１７の溝１２３およびコンタクトホール１２２に金属材料を埋め込むとともに、層間絶縁膜１１７の面上に約６００ｎｍの厚みで堆積させることで、金属膜の形成を行う。ここで、本実施形態では、金属膜の形成材料としてアルミニウムを用いているが、溝１２３のアスペクト比に合わせてコリメーションを変更し溝１２３に埋め込むことが可能である。

さらに、リソグラフィ法およびエッチング法により金属膜のパターニングを行い、周辺配線領域に金属配線１２４を形成する。なお、このとき、図６（ｂ１）に示すように、層間絶縁膜１１７の主面が露出された状態を維持する。
次に、図７（ａ１）、（ａ２）に示すように、撮像領域および周辺配線領域の両領域において、層間絶縁膜１１７および金属配線１２４の上を覆うように透明膜１１８を形成し、これによって基板を平坦化する。具体的には、透明有機材料を用い、スピンコーティング法により透明膜１１８を形成する。なお、このとき、透明膜１１８の表面は、上述のように、撮像領域と周辺配線領域との間で段差を生じないようになっている。

次に、図７（ｂ１）に示すように、撮像領域において、透明膜１１８の主面上における受光部１１２と対峙する箇所にマイクロレンズ１１９を形成する。本実施形態では、マイクロレンズ１１９の形成方法として、矩型パターン形成をリソグラフィ法により形成し、熱処理によってレンズ形状にする方法を用いた。
以上の工程を経ることによって、本実施形態に係る固体撮像装置１０の製造がなされる。

図４〜図７に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０の製造方法では、金属配線１２４の低抵抗化を行うために、周辺配線領域において溝１２３とエッチングストップ膜１２１を形成するが、この内、エッチングストップ膜１２１については、遮光膜１１６と同じ工程で、溝１２３については、コンタクトホール１２２と同じ工程で形成している。このため、本実施形態に係る固体撮像装置１０では、金属配線が単層で形成された従来技術に係る固体撮像装置と比較して、フォトリソマスクのレイアウト変更のみ行い、新規工程を追加することなく製造が可能となる。

従って、従来の固体撮像装置の製造工程をそのまま用いて、上記優位性を有する本実施形態に係る固体撮像装置１０を製造することが可能であり、設備コストを含む製造コストという観点から優位性を有するものである。
（変形例１）
以下では、変形例１に係る固体撮像装置２０について、図８を用いて説明する。なお、図８では、固体撮像装置２０の周辺配線領域の中でも、上記図１のＡ部詳細に相当する部分だけを抜き出して示している。また、上記実施形態１に係る固体撮像装置１０と同一構成の部分については、同一符号を付している。

図８に示すように、本変形例１に係る固体撮像装置２０は、層間絶縁膜１１３と透明膜１１８との間に２層の層間絶縁膜２１７ａ、２１７ｂが介挿されている点が上記固体撮像装置１０との相違点である。そして、固体撮像装置２０では、金属配線１２４が埋め込まれる溝１２３が上層側の層間絶縁膜２１７ｂに設けられており、エッチングストップ膜１２１が層間絶縁膜２１７ａと層間絶縁膜２１７ｂとの境界部分に形成されている。

図８では、図示を省略しているが、固体撮像装置２０における撮像領域の構成については、上記固体撮像装置１０と同一構成を採るものである。
以上のような構成上の特徴を有する固体撮像装置２０では、上記固体撮像装置１０が有する優位性を同様に有するものであり、加えて、次のような優位性も合わせて有する。
固体撮像装置２０では、溝１２３の深さが上層側の層間絶縁膜２１７ｂの厚みにより規定されており、固体撮像装置に求められる仕様に応じて、溝１２３のアスペクト比を種々設定することが可能である。例えば、アルミニウムを用いて厚さ６００ｎｍで金属配線１２４を形成する場合には、アスペクト比を”２”に設定しようとするとき、溝１２３の幅を７２０ｎｍ、深さ１４４０ｎｍにする必要があるが、膜厚を１４４０ｎｍとして層間絶縁膜２１７ｂを形成しておけば、溝１２３の上記寸法を正確に、且つ、容易に設定することが可能となる。

これより、本変形例１に係る固体撮像装置２０では、周辺配線領域における金属配線１２４の配線抵抗などに起因する要因を、上記固体撮像装置１０に比べてより一層、正確且つ容易に設計することが可能となる。
なお、本変形例１に係る固体撮像装置２０の各構成についても、上記実施形態１と同様に、その要求仕様などに応じて適宜の変更が可能であって、上記の材料・寸法などに限定を受けるものではない。
（変形例２）
変形例２に係る固体撮像装置３０の構造について、図９を用いて説明する。図９は、固体撮像装置３０の構成の内、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１０との差異部分である撮像領域を抜き出して示す要部断面図である。

図９に示すように、本変形例２に係る固体撮像装置３０では、その撮像領域において、受光部１１２とマイクロレンズ１１９との間に凹型の層内レンズ部３００が形成されている。層内レンズ部３００は、層間絶縁膜１１７と透明膜１１８との境界から、層間絶縁膜１１７の厚み方向内方に向けて形成されている。
なお、本変形例２に係る固体撮像装置３０では、上記固体撮像装置１０と同一構成で、周辺配線領域が形成されている。

層内レンズ部３００は、層間絶縁膜１１７の上記該当領域を椀状に凹ませて形成し、そこに透明膜１１８の構成材料を充填して形成されている。
以上のように、本変形例２に係る固体撮像装置３０では、上記固体撮像装置１０と同様に、周辺配線領域における配線構造によって層間絶縁膜１１７の膜圧に限定を受けることがなく、このため層内レンズ部３００の構成を組み合わせることにより、従来の固体撮像装置に層内レンズを組み合わせた場合に比べて、大幅な感度特性およびスミア特性の向上を図ることができる。
（変形例３）
変形例３に係る固体撮像装置４０の構造について、図１０を用いて説明する。図１０は、固体撮像装置４０の構成の内、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１０との差異部分である撮像領域を抜き出して示す要部断面図である。

図１０に示すように、本変形例３に係る固体撮像装置４０では、上記変形例２と同様に、撮像領域における受光部１１２とマイクロレンズ１１９との間に凸型の層内レンズ部４００が形成されている。層内レンズ部４００は、層間絶縁膜１１７と透明膜１１８との境界から、透明膜１１８の厚み方向内方に向けて形成されている。本変形例３に係る固体撮像装置４０についても、上記固体撮像装置１０と同一構成で、周辺配線領域が形成されている。

層内レンズ部４００は、層間絶縁膜１１７の上記該当領域を椀状に凸状に形成して形成されている。
以上のように、本変形例３に係る固体撮像装置４０では、上記固体撮像装置１０と同様に、周辺配線領域における配線構造によって層間絶縁膜１１７の膜圧に限定を受けることがなく、上記変形例２と同様に、層内レンズ部３００の構成の組み合わせを以って、従来の固体撮像装置に層内レンズを組み合わせた場合に比べて、大幅な感度特性およびスミア特性の向上を図ることができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る固体撮像装置５０について、図１１を用いて説明する。図１１においても、固体撮像装置５０の周辺配線領域の中の、上記図１のＡ部詳細に相当する部分だけを抜き出して示している。そして、図１１においても、上記実施形態１および変形例１と同一構成の部分については、同一符号を付している。

図１１に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置５０は、層間絶縁膜１１７に形成されたコンタクト１２２および溝１２３の内部に金属配線１２４とは別の導電材料が埋め込まれて埋め込み金属部５２６、５２７が形成されている。そして、このコンタクト１２２および溝１２３に形成された埋め込み金属部５２６、５２７の各々により、金属配線１２４とゲート電極１２０との間の電気的な接続、および、金属配線１２４とエッチングストップ膜１２１との間の電気的な接続が図られている。

なお、本実施形態においては、コンタクト１２２および溝１２３に埋め込む導電材料として、例えば、高融点金属であるタングステンを用いている。また、エッチングストップ膜１２１の形成には、ポリシリコンを用い、転送電極１１４ａまたは転送電極１１４ｂと同時に形成を行っている。
以上のような構成を採用する第２の実施形態に係る固体撮像装置５０では、上記第１の実施形態および変形例１に係る固体撮像装置１０、２０が有する優位性に加えて、その製造時において、金属配線１２４の表面にリセスが生じず、これより周辺配線領域における金属配線１２４の配線抵抗の低抵抗化に対して優れた特性を得ることができる。
（変形例４）
次に、変形例４に係る固体撮像装置６０について、図１２を用いて説明する。図１２においても、上記図８および図１１と同様に、固体撮像装置６０の構成の内の周辺配線領域の一部だけを示している。また、本変形例においても、上記第１の実施形態、変形例１および第２の実施形態の各々に係る固体撮像装置１０〜５０と同一構成部分には同一符号を付している。

図１２に示すように、本変形例４に係る固体撮像装置６０は、透明膜１１８と層間絶縁膜１１３との間に２層の層間絶縁膜６１７ａ、６１７ｂが介挿されている点で、上記変形例１と同一構成となっている。また、固体撮像装置６０では、層間絶縁膜６１７ｂに形成された溝１２３に金属配線１２４とは別の導電材料が埋め込まれて埋め込み金属部６２７が形成されている点で、上記第２の実施形態と同一構成である。

図１２に示すように、具体的には、エッチングストップ膜１２１が層間絶縁膜６１７ａと層間絶縁膜６１７ｂとの境界部分に形成され、上層側である層間絶縁膜６１７ｂに溝１２３が形成されている。そして、溝１２３の内部には、金属配線１２４とは異なる導電材料が埋め込まれ埋め込み金属部６２７が形成され、この形成された埋め込み金属部６２７により、金属配線１２４とエッチングストップ膜１２１との間の電気的な接続が図られている。

例えば、アルミニウムを用いて厚さ６００ｎｍで金属配線１２４を形成する場合には、、アスペクト比を”２”に設定しようとするとき、溝１２３の幅を７２０ｎｍ、深さを１４４０ｎｍにする必要があるが、層間絶縁膜６１７ｂの膜厚を１４４０ｎｍとなるように形成することにより、固体撮像装置６０を形成することができる。
本変形例４に係る固体撮像装置６０では、上記第１の実施形態、変形例１および第２の実施形態の各々に係る固体撮像装置１０、５０が有する優位性を併せ持つ。
（その他の事項）
上記実施形態および変形例で用いた固体撮像装置１０〜６０の構成や使用材料などは、構成的な特徴および作用・効果を分かり易く説明するために用いた一例であって、本発明はこれに限定を受けるものではない。例えば、層間絶縁膜１１７、２１７ｂ、６１７ｂに開設する溝１２３の本数などについては、金属膜形成におけるカバレージｃなどを考慮し、また、金属配線１２４の幅などにより適宜の変更が可能である。

また、溝１２３の幅Ｌ_１や隣り合う溝１２３間の間隔Ｌ_２などは、上記規定の範囲内とすることが望ましいが、勿論これ以外の値に設定することも可能である。
さらに、本発明では、上記実施の形態２や変形例４に係る固体撮像装置５０、６０に対して、上記変形例２、３で採用した層内レンズ部３００、４００を適用することも可能である。

本発明は、優れたスミアおよび感度特性が求められ、且つ、多画素化および小型化が求められる、例えば、携帯機器用の画像入力装置などを実現するのに有効である。

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１０の要部構造を示す部分断面図である。 固体撮像装置１０におけるＡ部の詳細構造を示す部分断面図である。 金属膜の被膜率の定義を説明するための模式断面図である。 固体撮像装置１０の製造工程を示す工程図である。 固体撮像装置１０の製造工程を示す工程図である。 固体撮像装置１０の製造工程を示す工程図である。 固体撮像装置１０の製造工程を示す工程図である。 変形例１に係る固体撮像装置２０の要部構造を示す部分断面図である。 変形例２に係る固体撮像装置３０の要部構造を示す部分断面図である。 変形例３に係る固体撮像装置４０の要部構造を示す部分断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置５０の要部構造を示す部分断面図である。 変形例４に係る固体撮像装置６０の要部構造を示す部分断面図である。 従来技術に係る固体撮像装置の要部構造を示す部分断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０、５０、６０．固体撮像装置
１１１．基板
１１２．受光部
１１３、１１７、１２５．層間絶縁膜
１１４ａ、１１４ｂ．転送電極
１１５．反射防止膜
１１６．遮光膜
１１８．透明膜
１１９．マイクロレンズ
１２０．ゲート電極
１２１．エッチングストップ膜
１２２．コンタクト
１２３．溝
１２４．金属配線
１３０．転送チャネル
２１７ａ、６１７ａ．層間絶縁膜（下層）
２１７ｂ、６１７ｂ．層間絶縁膜（上層）
３００、４００．層内レンズ部
５２６、５２７、６２７．埋め込み金属部
１１７０．層間絶縁膜前駆体

Claims (8)

1. 半導体基板上に絶縁膜と透明膜とが順に積層され、基板面方向に撮像領域と周辺配線領域とが形成されており、
   前記撮像領域において、前記半導体基板中に受光部が形成されるとともに、前記透明膜上の前記受光部を覆う領域にマイクロレンズが形成されており、
   前記周辺配線領域において、前記絶縁膜と透明膜との境界における一部領域に金属配線が形成された固体撮像装置であって、
   前記周辺配線領域の前記金属配線の形成された部分では、前記絶縁膜における前記半導体基板側の界面に接する状態でエッチングストップ膜が形成されているとともに、前記絶縁膜の厚み方向に溝が形成されており、
   前記金属配線は、前記溝内にも埋め込まれる状態で形成されており、前記エッチングストップ膜に対して接する状態となっている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 半導体基板上に絶縁膜と透明膜とが順に積層され、基板面方向に撮像領域と周辺配線領域とが形成されており、
   前記撮像領域において、前記半導体基板中に受光部が形成されるとともに、前記透明膜上の前記受光部を覆う領域にマイクロレンズが形成されており、
   前記周辺配線領域において、前記絶縁膜と透明膜との境界における一部領域に金属配線が形成された固体撮像装置であって、
   前記周辺配線領域の前記金属配線の形成された部分では、前記絶縁膜における前記半導体基板側の界面に接する状態でエッチングストップ膜が形成されているとともに、前記絶縁膜の厚み方向に溝が形成されており、
   前記溝内には、前記金属配線に電気的に接続される状態であって、且つ、前記エッチングストップ膜に接する状態で、導電材料が埋め込まれている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
3. 前記透明膜は、前記撮像領域と周辺配線領域との間の段差の補正と、前記マイクロレンズと受光部との焦点距離の調整との２要因により、その厚みおよび形状が設定されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記エッチングストップ膜は、高融点金属またはポリシリコンから形成されており、
   前記金属配線とエッチングストップ膜とは、電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の固体撮像装置。
5. 前記撮像領域において、
   前記半導体基板中であって、前記受光部と間隔をあけた領域には、転送チャネルが形成され、
   前記絶縁膜における前記半導体基板側の界面から厚み方向内方に向けての領域には、転送電極が形成されており、
   前記周辺配線領域において、前記絶縁膜と透明膜との境界における一部領域に金属配線が形成されるとともに、前記絶縁膜を貫き形成されたコンタクトを介して前記金属配線の一部と電気接続されてなるゲート電極を有する
   ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の固体撮像装置。
6. 半導体基板における撮像領域を形成しようとする第１の領域において、当該基板内方において互いに間隔をあけた状態で受光部と転送チャネルとを形成するステップと、
   前記半導体基板上における前記転送チャネルの上方相当部分に、転送電極を形成するとともに、前記周辺配線領域を形成しようとする第２の領域に対して、ゲート電極を形成するステップと、
   前記半導体基板上における前記受光部の上方相当部分に、反射防止膜を形成するステップと、
   前記転送電極を遮光膜で覆うとともに、前記第２の領域における前記ゲート電極の周辺部分にエッチングストップ膜を形成するステップと、
   前記第１の領域および第２の領域の上を絶縁膜で被覆するステップと、
   前記第２の領域において、前記絶縁膜に対して、前記ゲート電極上にコンタクトを形成するとともに、前記エッチングストップ膜上に溝を形成するステップと、
   前記絶縁膜上に、前記コンタクトおよび溝を埋め込みながら金属配線を形成するステップと、
   前記第１の領域と第２の領域との間の段差を補正する状態に、前記絶縁膜および金属配線の上を透明膜で覆うステップと、
   前記第１の領域における前記透明膜の表面に対して、前記受光部に対峙する状態に、マイクロレンズを形成するステップとを備える
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
7. 半導体基板における撮像領域を形成しようとする第１の領域において、当該基板内方において互いに間隔をあけた状態で受光部と転送チャネルとを形成するステップと、
   前記半導体基板上における前記転送チャネルの上方相当部分に、転送電極を形成するとともに、前記周辺配線領域を形成しようとする第２の領域に対して、ゲート電極を形成するステップと、
   前記半導体基板上における前記受光部の上方相当部分に、反射防止膜を形成するステップと、
   前記転送電極を遮光膜で覆うとともに、前記第２の領域における前記ゲート電極の周辺部分にエッチングストップ膜を形成するステップと、
   前記第１の領域および第２の領域の上を絶縁膜で被覆するステップと、
   前記第２の領域において、前記絶縁膜に対して、前記ゲート電極上にコンタクトを形成するとともに、前記エッチングストップ膜上に溝を形成するステップと、
   前記コンタクトおよび溝を導電材料で埋め込むステップと、
   前記導電材料で埋め込まれた前記コンタクトおよび溝の上に、金属配線を形成するステップと、
   前記第１の領域と第２の領域との間の段差を補正する状態に、前記絶縁膜および金属配線の上を透明膜で覆うステップと、
   前記第１の領域における前記透明膜の表面に対して、前記受光部に対峙する状態に、マイクロレンズを形成するステップとを備える
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
8. 前記エッチングストップ膜を形成するステップでは、高融点金属またはポリシリコンをその構成材料として用い、且つ、前記金属配線との間での電気的な接続を行う
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の固体撮像装置の製造方法。

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