JP2006294963A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、固体撮像素子に関し、メタル材料による配線層をフォトダイオードの上層に複数備える場合に、全ての配線層のインピーダンスを十分に抑制しつつ、フォトダイオードの周辺への光の進入を十分に阻止することを目的とする。
【解決手段】 複数のフォトダイオード２６が形成されたシリコン基板３０の上層に第１アルミ配線５０と第２アルミ配線６０を形成する。更にその上層に、フォトダイオード２６の周辺への光を遮光する最上層メタル遮光膜２２を設ける。最上層メタル遮光膜２２と第２アルミ配線６０を電気的に接続するコンタクト７０を備え、最上層メタル遮光膜２２は、下層のアルミ配線に比して低い反射率を示し、コンタクト７０は、最上層メタル遮光膜２２と同じ材質で、かつ、最上層メタル遮光膜２２と直接繋がるように形成される。
【選択図】 図３

Description

この発明は、固体撮像素子に係り、特に、フォトダイオードの周辺への光の到達を阻止するための遮光膜を備える固体撮像素子に関するものである。

従来、例えば特開平３−１７４７７１号公報に開示されているように、複数のフォトダイオードをイメージ領域に配置してなる固体撮像素子が知られている。上記公報には、より具体的には、２次元的に配列された複数のフォトダイオードを有するCCD（Charge Coupled Device）が開示されている。

固体撮像素子を構成する半導体基板上には、フォトダイオードの他に、電荷の転送等を実現するためのトランジスタが形成される。固体撮像素子がイメージデータを生成するためには、撮像対象から発せられる光がフォトダイオードに到達する必要がある。一方、その光が、フォトダイオードの周辺に形成されたトランジスタに到達すると、トランジスタが誤動作を起こすことがある。このため、固体撮像素子を適正に作動させるためには、固体撮像素子に対する入射光が、画素毎に設けられたフォトダイオードにのみ到達し、フォトダイオードの周辺には到達しないことが望ましい。

上述した従来のCCDは、上記の要求を果たすべく、フォトダイオードの上層に、フォトダイオードの受光領域のみに開口を有する遮光膜を有している。このような遮光膜によれば、フォトダイオードの周辺への光の入射をカットすることができ、かつ、フォトダイオードの受光領域に効率的に入射光を到達させることができる。

また、上述した従来のCCDにおいて、上記の遮光膜は、タングステン(W)等の低反射材料で形成されている。フォトダイオードの周辺が遮光膜で覆われていても、入射光の一部は、遮光膜の側面で反射して、斜め方向から遮光膜の裏面に進入することがある。そして、このようにして進入した光は、遮光膜の下層に形成されたメタル層と遮光膜の裏面との間で反射を繰り返し、遮光膜の裏側で拡散することがある。遮光膜を低反射材料で形成すると、このような反射による光の入射を抑制することができる。このため、上記従来のCCDは、この点においても、フォトダイオードの周辺への光の入射を効果的に抑制することが可能である。

特開平３−１７４７７１号公報 特開２００１−２６７５４４号公報 特開平２−９４６６４号公報

固体撮像素子を構成するにあたっては、フォトダイオードの上層に、配線層を複数設ける必要が生ずることがある。そして、配線層を複数設ける場合には、個々の配線層間で電気的な導通を確保することが必要となる。また、その場合、全ての配線層において、インピーダンス値を適切な値に抑えておくことが要求される。特に、画像撮像素子の一つであるCMOSイメージセンサの場合は、構造上、CCDに比して多くの配線層が必要であり、かつ、所望の高速性を実現するためには、個々の配線層におけるインピーダンスを十分に小さな値としておくことが必要である。

特許文献１には、フォトダイオードの上層に、電荷転送用のゲート電極を備え、その上層に低反射材料で形成された遮光膜を備える構成が開示されている。この構成によれば、遮光膜は配線層として利用することが可能である。そして、遮光膜が配線層であるとすれば、特許文献１には、フォトダイオードの上層に、メタル材料による配線層を１層だけ備える構成が開示されていることになる。

換言すると、特許文献１には、メタル材料による配線層が複数要求される場合に、全ての配線層において、インピーダンス値を十分に抑えつつ、フォトダイオードの周辺への光の入射を効果的に抑える構造は開示されていない。従って、特許文献１に開示された構成によっては、メタル材料による配線層を複数有し、かつ、高速で正確に作動する固体撮像素子を実現することが必ずしも容易ではない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、メタル材料による配線層をフォトダイオードの上層に複数備え、全ての配線層のインピーダンスが十分に小さな値とされており、かつ、フォトダイオードの周辺への光の進入を十分に抑制することのできる固体撮像素子を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、固体撮像素子であって、複数のフォトダイオードが形成された半導体基板と、前記フォトダイオードの上層に形成された少なくとも１層の下層メタル配線と、前記フォトダイオードの受光領域を含む位置に開口を有し、複数のフォトダイオードの受光領域の間隙を遮光するように形成された最上層メタル遮光膜と、前記最上層メタル遮光膜と、前記下層メタル配線とを電気的に接続するコンタクトとを備え、前記最上層メタル遮光膜は、前記下層メタル配線に比して低い反射率を示し、前記コンタクトは、前記最上層メタル遮光膜と同じ材質で、かつ、当該最上層メタル遮光膜と直接繋がるように形成されることを特徴とするものである。

本発明によれば、最上層メタル遮光膜のみを低反射率の層とし、下層メタル配線層は、反射率の高い層で構成することができる。最上層では、フォトダイオードの受光領域を除く全域をメタル配線の領域として利用することができる。このため、最上層メタル遮光膜は、下層メタル配線層に比して太く形成することができ、低反射率と低インピーダンスの双方を実現することができる。また、下層メタル配線層は、低インピーダンス材料で構成することができるため、そのインピーダンス値を十分に小さな値とすることができる。更に、本発明によれば、最上層メタル遮光膜に接するコンタクトが、最上層メタル遮光膜と同じ材質で、一体的に形成されている。このような構造によれば、コンタクトにおける光の反射をも抑制しつつ、最上層メタル遮光膜と下層メタル配線等との間の電気抵抗を十分に小さなものとすることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１である固体撮像素子１０の平面図を示す。固体撮像素子１０は、より具体的には、CMOSイメージセンサにより実現されている。固体撮像素子１０は、その中央部にイメージエリア１２を有している。イメージエリア１２の内部には、複数の画素が２次元的に配置されている。

イメージエリア１２の周辺には、データを転送するためのシフトレジスタ１４や、ノイズをキャンセルしながら出力を読み出すためのノイズ低減読み出し回路１６、更には、所望の信号処理を行うためのアナログ回路１８や、外部機器との電気的接続を得るためのパッド２０等が形成されている。

図２は、イメージエリア１２の拡大図である。図２中に示す実線は、最上層メタル遮光膜２２の輪郭を表している。ここで、図２に中に実線で描かれた４角形は、最上層メタル遮光膜２２の開口部２４を表している。また、破線で描かれた４角形は、フォトダイオード（PD）の外縁を表している。固体撮像素子１０は、画素毎に一つのフォトダイオード２６を有しており、最上層メタル遮光膜２２は、個々のフォトダイオード２６の受光領域と重なる部分に開口部２４を有している。尚、図２には、フォトダイオード２６の受光領域が開口部２４より大きい構造を例示しているが、その大小関係はこれに限定されるものではなく、フォトダイオード２６の受光領域を開口部２４より小さく設けることとしてもよい。

最上層メタル遮光膜２２は、アルミ（Al）を主成分とする低抵抗金属に比して反射率の低い低反射材料により構成されている。ここでは、具体的には、低反射材料として、タングステン（W）が用いられている。但し、低反射材料として使用し得る金属はタングステンに限定されるものではなく、例えば、Mo、Ta、Pt、Cu、TiW、TiN、およびWN等をWの代わりに用いることとしてもよい。

図３は、固体撮像素子１０の１画素を、図２に示すIII-III直線に沿って切断することにより得られる断面図を示す。図３に示すように、固体撮像素子１０は、シリコン基板３０を備えている。シリコン基板３０の表面付近には、Pウェルが形成されている。Pウェルの内部には、埋め込み型のフォトダイオード２６を構成するN^-層３２とP⁺層３４とが形成されている。また、フォトダイオード２６に隣接する部位には、他の画素との電気的な分離を得るための素子分離領域３５が形成されている。

シリコン基板３０には、フォトダイオード２６から僅かに離間した位置に、N+拡散層３６とN-拡散層３８とが形成されている。これらは、フォトダイオード２６から電荷の転送を受けるためのフローティングディフュージョン（FD）４０を構成している。

シリコン基板３０の表面には、フォトダイオード２６の領域と、N-拡散層３８の端部とが覆われるように、酸化膜４４が形成されている。更に、酸化膜４４の上には、フォトダイオード２６の領域とFD４０の領域とを橋渡しするようにゲート電極４６が形成されている。ゲート電極４６は、その下方に位置するPウェルの一部等と共に、フォトダイオード２６からFD４０に向かう電荷の転送を制御するための転送トランジスタを構成している。

シリコン基板３０の上層には、層間絶縁膜４８を介して第１アルミ配線５０が形成されている。第１アルミ配線５０は、アルミの拡散を防ぐためのバリアメタル５２と、アルミ層５４と、写真製版の際に露光光の反射を防ぐための反射防止膜５６とで構成されている。第１アルミ配線５０の下には、シリコン基板３０との間で必要な電気的接続を得るためのコンタクト５８が形成されている。第１アルミ配線５０の下面はバリアメタル５２で覆われているため、コンタクト５８は、バリアメタル５２を介してアルミ層５４との導通を得ている。

第１アルミ配線５０の上層には、層間絶縁膜４８を介して第２アルミ配線６０が形成されている。第２アルミ配線６０は、第１アルミ配線５０と同様に、バリアメタル６２と、アルミ層６４と、反射防止膜６６とで構成されている。第２アルミ配線６０の下には、第１アルミ配線５０等との間で必要な電気的接続を得るためのコンタクト６８が形成されている。第２アルミ配線６０の下面はバリアメタル５２で覆われているため、コンタクト６８は、バリアメタル６２を介してアルミ層６４との導通を得ている。

第２アルミ配線６０の上層には、層間絶縁膜４８を介して最上層メタル遮光膜２２が形成されている。最上層メタル遮光膜２２の下には、第２アルミ配線６０等との間で必要な電気的接続を得るためのコンタクト７０が形成されている。また、最上層メタル遮光膜２２の上には、ガラス製の保護膜であるパッシベーション膜７２が形成されている。

［最上層メタル遮光膜の基本的機能］
パッシベーション膜７２、および層間絶縁膜４８は、透光性の材質である。また、最上層メタル遮光膜２２は、フォトダイオード２６の受光領域と重なる位置に開口２４を有している（図２参照）。更に、第１アルミ配線５０および第２アルミ配線６０は、その開口２４の下部領域に入り込むことがないようにパターニングされている。このため、フォトダイオード２６は、開口２４から入射してくる光を効率的に捕らえることができる。

一方、最上層メタル遮光膜２２は、イメージエリア１２においては、フォトダイオード２６の受光領域を除く全域を覆うように構成されている。このため、最上層メタル遮光膜２２は、シリコン基板３０上の、フォトダイオード２６の受光領域を除く領域に光が進入するのを効果的に阻止することができる。

シリコン基板３０上には、フォトダイオード２６の他にも、電荷転送用のトランジスタなど、幾つかの半導体素子が形成されている。これらの素子に光が入射すると、増幅率に変化が生じたり、不当な電荷転送が生じたりといった不都合が生ずる。最上層メタル遮光膜２２によれば、不要な光の進入をカットすることにより、そのような不都合の発生を効果的に抑えることができる。

［低反射材料を用いることによる効果］
固体撮像素子１０に向かう入射光のうち、一部の光は、最上層メタル遮光膜２２の側面、つまり、開口２４の側壁で反射され、斜め方向から最上層メタル遮光膜２２の下層に進入する。このようにして入射した光は、層間絶縁膜４８中を斜めに進行して、フォトダイオード２６とは異なる領域においてシリコン基板３０に到達することがある。

上述した増幅率の変化や不当な電荷転送を防止するためには、そのような光の進入も可能な限り抑制することが望ましい。本実施形態における最上層メタル遮光膜２２は、低反射材料で構成されているため、遮光膜がアルミ等で構成されている場合に比して、遮光膜の側面で生ずる光の反射を十分に抑えることができる。このため、本実施形態の固体撮像素子１０によれば、最上層の遮光膜がアルミ等の高反射材料で構成されている場合に比して、十分に安定した動作特性を実現することができる。

［全配線層の低抵抗化］
本実施形態の固体撮像素子１０は、３層のメタル配線層、つまり、第１アルミ配線５０の層、第２アルミ配線６０の層、および最上層メタル遮光膜２２の層を有している。固体撮像素子１０（CMOSイメージセンサ）を高速で安定に作動させるためには、それら３層のメタル配線の抵抗が、何れも十分に小さな値に抑えられていることが必要である。

第１アルミ配線５０および第２アルミ配線６０は、層間に設ける必要があることから、パターン設計上種々の制約を受ける。このため、それらの配線については、大きな線幅を確保することが必ずしも容易ではない。一方で、第１アルミ配線５０および第２アルミ配線６０は、抵抗値の低いアルミを主たる材料としているため、大きな線幅を確保することなく、十分に抵抗値を下げておくことができる。このため、本実施形態の固体撮像素子１０によれば、第１アルミ配線５０および第２アルミ配線６０においては、所望の抵抗特性を実現することが可能である。

最上層メタル遮光膜２２の材料である低反射率材料は、一般にアルミ等の低抵抗材料に比して大きな抵抗を示す。このため、第１メタル配線５０や第２メタル配線６０を、タングステン等の低抵抗材料で形成した場合には、それらの配線の抵抗を、所望のレベルに抑えることは困難である。

ところが、最上層メタル遮光膜２２は、フォトダイオード２６の受光領域と重なる領域を除き、イメージエリア１２の全域を覆うべき配線層である。このため、最上層メタル遮光膜２２に関しては、十分な線幅を確保することが可能である。そして、本実施形態においては、最上層メタル遮光膜２２に十分な線幅を与えることにより、低反射材料を使用しつつ、その抵抗値を、十分に小さな値に抑制することが可能とされている。

［コンタクト接合部の低抵抗化］
固体撮像素子１０において所望の高速性と安定した作動特性を実現するためには、個々の配線層それ自体が低抵抗値を示すことに加えて、個々の配線層間の抵抗も十分に小さな値とされていることが必要である。そして、この要求を満たすうえでは、個々の配線と個々のコンタクト５８，６８，７０との間の抵抗が十分に小さな値であることが必要である。

上述した通り、第１アルミ配線５０と、その下に形成されるコンタクト５８との接合部分には、バリアメタル５２が介在している。この部分の抵抗値を抑える意味では、コンタクト５８が、バリアメタル５２を介することなく、アルミ層５４と直接接していることが望ましい。しかしながら、アルミの抵抗値は十分に小さいため、バリアメタル５２が介在していても、第１アルミ配線５０とコンタクト５８との接合抵抗は、十分に小さな値となる。

同様に、第２アルミ配線６０と、その下に形成されるコンタクト６８との接合抵抗も、バリアメタル６２の介在に関わらず、十分に小さな値とすることができる。このため、本実施形態の固体撮像素子１０によれば、第２メタル配線６０以下の各層においては、コンタクト５８，６８の抵抗をも含めて、配線各部の抵抗値を十分に小さな値とすることが可能である。

一方、最上層メタル遮光膜２２は、比較的抵抗値の高いタングステンにより形成されている。このため、最上層メタル遮光膜２２と、その下に形成されるコンタクト７０との間にバリアメタルを介在させることとすると、両者の接合抵抗が大きなものとなり、固体撮像素子１０に要求される高速性や安定した作動性を得ることが困難となり易い。そこで、本実施形態では、以下に説明する構成を用いることにより、最上層メタル遮光膜２２と、その下に形成されるコンタクト７０との接合抵抗の抑制を図ることとした。

図４は、最上層メタル遮光膜２２とコンタクト７０との拡大図である。図４に示すように、最上層メタル遮光膜２２とコンタクト７０とは、同じ材料により、一体の構成要素として形成されている。つまり、それらは、両者間にバリアメタル等が介在しないように構成されている。このような構造によれば、最上層メタル遮光膜７２とコンタクト７０との境界部における抵抗を最小限に抑えることができ、抵抗値の高いタングステンを材料としつつ、両者間の抵抗値を十分に抑制することができる。

［最上層メタル遮光膜付近の製造方法］
図４に示す構造は、以下のような製造工程により実現することができる。すなわち、本実施形態の固体撮像素子１０の製造工程においては、第２アルミ配線６０の層を形成した後に、その上に、層間絶縁膜４８が形成される。次に、エッチング等の手法により、層間絶縁膜４８に、コンタクト７０を収容するためのコンタクトホール７４が形成される。

コンタクトホール７４の内部に第２アルミ配線６０のアルミ層６４が露出したら、次に、固体撮像素子１０の全面にバリアメタル７６が形成される。次いで、コンタクトホール７４の内部がタングステンで充填され、更に、層間絶縁膜７２の表面上に所望の厚さのタングステン膜が形成されるまで、タングステンの堆積処理が連続的に行われる。その後、CMPによる平坦化処理、エッチングによるパターニング等が行われることにより、最上層メタル遮光膜２２が形成される。

以上説明した製造方法によれば、最上層メタル遮光膜２２と、その下に形成されるコンタクト７０とを、同一の低反射材料を用いた連続的な堆積処理により形成することができる。つまり、上述した本実施形態における製造方法によれば、接合部の抵抗値を十分に小さく抑えることのできる最上層メタル遮光膜２２とコンタクト７０との組み合わせを、極めて簡単な工程で実現することが可能である。

［画素毎の電気的構造］
次に、本実施形態の固体撮像素子１０において、画素毎に形成されている電気的な構造について説明する。
図５は、イメージエリア１２に含まれる個々の画素に対応して形成されている電気的な構造の内容を表す回路図である。図５に示すように、個々の画素には、フォトダイオード２６と、４つのトランジスタ８０，８２，８４，８６が含まれている。すなわち、フォトダイオード２６には、転送用トランジスタ８０が接続されている。また、フローティングディフュージョン（FD）４０には、転送用トランジスタ８０のソースドレインと、リセットトランジスタ８２のソースドレイン、および、ソースフォロワトランジスタ８４のゲートが接続されている。そして、ソースフォロワトランジスタ８４には、選択トランジスタ８６が直列に接続されている。

図５に示す回路においては、先ず、リセットトランジスタ８２と転送トランジスタ８０とがオンとされる。その結果、FD４０のノード、およびフォトトランジスタ２６がリセットされる。その後、リセットトランジスタ８２と転送トランジスタ８０がオフとされることにより、フォトダイオード２６による電荷の蓄積が開始される。

フォトダイオード２６は、受光領域に入射した光量に応じた光電荷を蓄積する。任意の蓄積時間が経過した時点で、転送トランジスタ８０がオンとされる。その結果、フォトダイオード２６に蓄積されていた全ての光電荷がFD４０に転送される。その結果、ソースフォロワトランジスタ８４のゲートには、フォトダイオード２６に蓄積されていた光電荷に応じた電位が与えられる。

選択トランジスタ８６がオフとされている場合は、ソースフォロワトランジスタ８４のゲートに電位が与えられても、何ら出力は発生しない。一方、選択トランジスタ８６がオンとされていると、ソースフォロワトランジスタ８４は、ゲートに与えられた電位を増幅して出力を発生する。従って、図５に示す回路構成によれば、選択トランジスタ８６にオン信号が与えられている場合にのみ、フォトダイオード２６が受けた光量を表す出力を発生させることができる。

［電気的構造と物理的構造との関係］
図５に示す回路要素のうち、フォトトランジスタ２６と、４つのトランジスタ８０，８２，８４および８６とは、シリコン基板３０に形成される要素である。そして、上述した第１アルミ配線５０、第２アルミ配線６０、最上層メタル遮光膜２２、並びに３種類のコンタクト５８，６８および７０は、それらの回路要素を電気的に接続する配線部分を構成するために用いられる。

図５に示す配線部分のうち、フォトダイオード２６やトランジスタ８０，８２，８４，８６の直近に位置する部分は、第１アルミ配線５０とコンタクト５８とで構成することが必要である。また、本実施形態では、最上層メタル遮光膜２２が他の配線層に比して大きな容量を有している。固体撮像素子１０を安定に作動させるためには、このように大きな容量を有する配線層の電位は、固定電位に安定させておくことが望ましい。このため、本実施形態では、最上層メタル遮光膜２２を電源電位に固定することとしている。そして、このような電位固定を行っていることから、図５に示す配線部分のうち、電源電位Vddの直近の部分は、最上層メタル配線２２により、つまり、タングステンにより構成することが要求される。

以上説明した通り、図５に示す回路構成をシリコン基板３０上で実現しようとした場合には、配線の構造に関連して、種々の制約が発生する。そして、第１アルミ配線５０、第２アルミ配線６０、並びに３種類のコンタクト５８，６８および７０は、それらの制約の中で所望の回路構成が実現されるようにそれぞれ設計される。

［最上層のコンタクトの特徴］
図６は、最上層メタル遮光膜２２の下に形成されるコンタクト７０の形状上の特徴を説明するための図である。図６中に破線で示す形状は、最上層メタル遮光膜２２の輪郭である。また、図６中に実線で示す白抜きの形状は、第２アルミ配線６０のパターンである。更に、図６中にハッチングを付して示した形状は、コンタクト７０のパターンである。

第２アルミ配線６０のパターンは、上述した種々の制約との関係で、任意に定めることはできない。また、コンタクト７０も任意の第２アルミ配線６０に接続させることはできず、コンタクト７０との接続が許される第２アルミ配線６０は、一部の配線に限定される。その結果、図６に示すように、一部の第２アルミ配線６０は、コンタクト７０と接続されない状態で用いられることになる。以下、コンタクト７０との接続が許されるパターンを「接続許容パターン」と、また、その接続が禁止されるパターンを「接続禁止パターン」とそれぞれ称することとする。

本実施形態において、第２アルミ配線６０のパターンは、上記の制約を破ることなく、可能な限り、接続許容パターンの延在距離が長くなるように、かつ、接続許容パターンが、最上層メタル遮光膜２２の開口２６の外縁の直近に位置するように設計される。更に、コンタクト７０は、可能な限り、接続許容パターンに沿った横長の形状となるように設計される。このため、本実施形態では、コンタクト７０が原則として壁状に、つまり、開口２４の外縁に沿って延びる方向の寸法（幅寸法）が、その外縁と直交する方向の寸法（厚さ寸法）に比して大きい形状とされている。そして、個々のフォトダイオード２６が、広い領域においてコンタクト７０に囲まれた状態が形成されている。

コンタクト７０は、最上層メタル遮光膜２２の直下に位置する非透光性の要素である。このため、コンタクト７０によれば、最上層メタル遮光膜２２の側面で反射した光が、最上層メタル遮光膜２２の裏側に進入するのを阻止することができる。そして、コンタクト７０の形状が壁状であり、開口２６の広い領域に渡ってコンタクト７０が延在しているとすれば、反射に起因する光の進入を効果的に阻止することが可能である。

更に、コンタクト７０は、固体撮像素子１０に含まれるコンタクトのうち、最も上方に位置するコンタクトである。そして、最上層メタル遮光膜２２の側面からの反射光が遮光膜２２の裏面に進入するのを阻止するうえでは、その阻止は、遮光膜２２の直下、つまり、できるだけ高い位置で行うことが効率的である。このため、本実施形態のコンタクト７０によれば、最上層メタル遮光膜２２の側面で生じた反射光が、その裏面に進入するのを、極めて効率的に阻止することが可能である。

［パッド構造の特徴］
次に、図７および図８を参照して、固体撮像素子１０におけるパッド２０の特徴について説明する。図１を参照して説明した通り、本実施形態の固体撮像素子１０は、イメージエリア１２の外側に、複数のパッド２０を備えている。図７は、そのパッド２０の拡大図を示す。また、図８は、パッド２０を、図７に示すXIII-XIII直線に沿って切断した際に得られる断面図を示す。

図８（Ａ）は、より具体的には、本実施形態における構造との比較のために示した比較例の断面図である。一方、図８（Ｂ）は、本実施形態におけるパッド２０の構造の断面図である。但し、これらの図は、便宜上、第２アルミ配線６０より下の構造を省略して表している。

固体撮像素子１０の製造工程では、配線層の形成処理や、層間絶縁膜４８の堆積処理が複数回繰り返し行われる。これらの処理は、イメージエリア１２の内外を問わず、シリコン基板３０の全面を対象として行われる。このような製造工程の中で、本実施形態においては、以下に説明するような手順でパッド２０が製造される。

すなわち、本実施形態の製造工程では、イメージエリア１２内に第２アルミ配線６０を形成する際に、イメージエリア１２の外に、第２アルミ配線６０によりパッド２０用のパターンを形成する。次に、シリコン基板３０の全面に層間絶縁膜４８が堆積される。パッド２０の領域では、第２アルミ配線層６０が露出するように、層間絶縁膜４８が除去される。

バリアメタル７６の堆積と、タングステンの堆積とが行われると、パッド２０の領域では、それらが、第２アルミ配線６０のパターン上に直接積層される。タングステンおよびバリアメタル７６がパターニングされることにより、第２アルミ配線５０と最上層遮光膜２２との積層構造を有するパッドが形成される。

固体撮像素子１０の製造工程では、次に、パッシベーション膜７２の形成処理が行われる。パッド２０との電気的接続を得るためには、少なくともパッシベーション膜７２を除去しておくことが必要である。図８（Ａ）に示す比較例の構造は、上記の要求に応えるべく、パッド２０の中央部からパッシベーション膜７２を除去した状態を示している。

ところで、固体撮像素子１０を動作させるためには、パッド２０において、各種の外部機器と電気的な接続を得ることが必要である。この接続は、例えばワイヤーボンディングにより得ることができる。ところが、パッド２０の表面がタングステンであると、ボンディングされたワイヤーとパッド２０との接触抵抗が大きな値となり、固体撮像素子１０の高速性、或いは安定性が損なわれることがある。

そこで、本実施形態では、図８（Ｂ）に示すように、パッド２０においては、パッシベーション膜７２と共に、最上層メタル遮光膜２２を除去して、下層のアルミ層、つまり、第２アルミ配線６０のアルミ層６４を露出させることとした。つまり、パッド２０においては、最上層メタル遮光膜２２が、アルミ層６４の露出した領域の周囲においてのみ残存し、その部分において第２アルミ配線６０のパターンと接触している構造を実現することとした。このような構造によれば、パッド２０におけるワイヤーボンディング等は、アルミ層６４を接合の対象として行うことができる。このため、本実施形態の構造によれば、パッド２０における接触抵抗を十分に抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、最上層メタル遮光膜２２を電源電位Vddに固定することとしているが、その電位はこれに限定されるものではない。すなわち、最上層メタル遮光膜２２の電位は、何らかの電位の固定されていれば足り、例えば、その電位は、接地電位に固定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、下層配線の材料がアルミに限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、下層配線の材料は、アルミの他、AlCuや、AlSiCuなど、抵抗値の低い材質であればよい。

本発明の実施の形態１の固体撮像素子の平面図である。 図１に示すイメージエリアに含まれる画素を拡大して表した平面図である。 本発明の実施の形態１の固体撮像素子を図２に示すIII-III直線に沿って切断することにより得られる断面図である。 図３に示す最上層メタル遮光膜と、その下に形成されるコンタクトとを拡大して表した図である。 図１に示すイメージエリアに含まれる個々の画素に対応して形成されている電気的な構造の内容を表す回路図である。 最上層メタル遮光膜の下に形成されるコンタクト７０の形状上の特徴を説明するための図である。 本発明の実施の形態１の固体撮像素子が備えるパッドの拡大図である。 比較例のパッド構造、および本発明の実施の形態１におけるパッド構造を表す断面図である。

符号の説明

１０ 固体撮像素子、 １２ イメージエリア、 ２０ パッド、 ２２ 最上層メタル遮光膜、 ２４ 開口、 ２６ フォトダイオード、 ３０ シリコン基板、 ５０ 第１アルミ配線、 ６０ 第２アルミ配線、 ７０ コンタクト

Claims (6)

1. 複数のフォトダイオードが形成された半導体基板と、
   前記フォトダイオードの上層に形成された少なくとも１層の下層メタル配線と、
   前記フォトダイオードの受光領域を含む位置に開口を有し、複数のフォトダイオードの受光領域の間隙を遮光するように形成された最上層メタル遮光膜と、
   前記最上層メタル遮光膜と、前記下層メタル配線とを電気的に接続するコンタクトとを備え、
   前記最上層メタル遮光膜は、前記下層メタル配線に比して低い反射率を示し、
   前記コンタクトは、前記最上層メタル遮光膜と同じ材質で、かつ、当該最上層メタル遮光膜と直接繋がるように形成されることを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記最上層メタル遮光膜の電位は、一定電位に固定されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
3. 前記複数のフォトダイオードが形成されるイメージ領域の外に、外部機器との電気的接続を得るためのパッドを備え、
   前記パッドにおいては、前記下層メタル配線が露出していることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像素子。
4. 前記最上層メタル遮光膜に接続される前記コンタクトは、前記開口の外縁に沿って延びる幅寸法が、前記外縁と直交する方向の厚さ寸法に比して大きく確保されている壁状コンタクトを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の固体撮像素子。
5. 請求項１乃至４の何れか１項記載の固体撮像素子を製造する方法であって、
   前記コンタクトと前記最上層メタル遮光膜とを、反射率の低い同一の配線材料で、同一の処理により連続的に形成する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
6. 前記下層メタル配線の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜に、前記コンタクトを収容するためのコンタクトホールを形成する工程とを含み、
   前記同一の処理は、前記コンタクトホールの形成後に、前記層間絶縁膜上に前記最上層メタル遮光膜の要求膜厚以上の膜厚が確保されるまで、前記同一の配線材料を堆積させる工程を含み、
   更に、前記層間絶縁膜上に堆積された前記配線材料を、前記最上層メタル遮光膜のパターンに加工する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子の製造方法。

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