JP2009130112A - Solid state imaging device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.
固体撮像装置には、入射光を受光して光電変換するセンサ部上に開口部を設けた遮光膜が備えられている。この遮光膜を薄膜化する手段として、ルテニウム膜を用いる（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、遮光膜にルテニウム膜を用いた場合、下地との密着性が問題となる。
ルテニウム膜を成膜した直後の状態では、５０ｎｍ以上の厚膜にするとルテニウム膜が剥がれることが懸念されている。
The solid-state imaging device includes a light-shielding film having an opening on a sensor unit that receives incident light and performs photoelectric conversion. A ruthenium film is used as means for reducing the thickness of the light shielding film (for example, see Patent Document 1).
However, when a ruthenium film is used as the light-shielding film, there is a problem of adhesion with the base.
In the state immediately after forming the ruthenium film, there is a concern that the ruthenium film may be peeled off if the film is thicker than 50 nm.
また、ルテニウム膜をスパッタ法で成膜した場合、スパッタチャンバー内のシールドなどの部材にルテニウムが付着する。例えばスパッタチャンバー内のアルミニウム材質と付着したルテニウムとを分離することは難しい。このため、アルミニウム製シールドを薬液によって洗浄することが困難となり、物理的な洗浄方法を用いなければならならなくなる。その場合、物理的力によりシールドがダメージを受けるため、シールドの再利用が困難となる。
一方、ルテニウムをＣＶＤ法で成膜した場合、遮光膜として用いるには５０ｎｍ以上の厚膜を要するため、成膜時間が極端に長くなり、実用化が困難となる。
このような問題があり、ルテニウム（Ｒｕ）を遮光膜として実用化することは困難であった。
When a ruthenium film is formed by sputtering, ruthenium adheres to a member such as a shield in the sputtering chamber. For example, it is difficult to separate the aluminum material in the sputtering chamber from the attached ruthenium. For this reason, it becomes difficult to clean the aluminum shield with a chemical solution, and a physical cleaning method must be used. In that case, since the shield is damaged by physical force, it is difficult to reuse the shield.
On the other hand, when ruthenium is formed by a CVD method, a thick film of 50 nm or more is required to use it as a light shielding film, so that the film formation time becomes extremely long and it is difficult to put it to practical use.
Due to such problems, it has been difficult to put ruthenium (Ru) into practical use as a light shielding film.
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＩＳ（Contact Image sensor）等の固体撮像装置において、遮光膜として様々な金属が使用されている。近年素子の微細化が進められているが、その状況でも従来と同等以上のデバイス特性を得るためには、遮光膜の薄膜化が求められている。
アルミニウム、タングステンなどの従来使用していた遮光膜に比べてルテニウムは半分程度の膜厚で同等の遮光性が得られるため、今後の微細素子における遮光膜として有力な材料の一つである。
In solid-state imaging devices such as CCD (Charge Coupled Device) and CIS (Contact Image Sensor), various metals are used as a light shielding film. In recent years, miniaturization of elements has been promoted. Even in such a situation, in order to obtain device characteristics equal to or higher than those in the past, it is required to reduce the thickness of the light shielding film.
Compared to conventionally used light shielding films such as aluminum and tungsten, ruthenium is one of the promising materials for the light shielding film in the future microelements because it can obtain the same light shielding property with about half the film thickness.
以下に、従来の技術による形成方法を示す。
図８（１）に示すように、シリコン基板１１１に、入射光を光電変換するセンサ部１１２、酸化膜１２１、リンまたはボロンをドープした多結晶シリコンなどで形成された配線１２２、層間絶縁膜１２３等を形成する。
Hereinafter, a conventional forming method will be described.
As shown in FIG. 8A, on a silicon substrate 111, a sensor portion 112 that photoelectrically converts incident light, an oxide film 121, a wiring 122 formed of polycrystalline silicon doped with phosphorus or boron, an interlayer insulating film 123, and the like. Etc.
その後、図８（２）に示すように、スパッタ法、ＣＶＤ法などを用いて、上記層間絶縁膜１２３上に遮光膜１２４を成膜する。この遮光膜１２４は、アルミニウム、タングステン、ルテニウムなどの金属膜で形成される。 Thereafter, as shown in FIG. 8B, a light shielding film 124 is formed on the interlayer insulating film 123 by using a sputtering method, a CVD method, or the like. The light shielding film 124 is formed of a metal film such as aluminum, tungsten, or ruthenium.
次に、図８（３）に示すように、上記遮光膜１２４上に上記シリコン基板１１１に形成されたセンサ部１１２上に開口部１３２を有するハードマスク１３１を形成する。このハードマスク１３１には、ＣＶＤ法などを用いて成膜した酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を用いる。 Next, as shown in FIG. 8 (3), a hard mask 131 having an opening 132 is formed on the sensor portion 112 formed on the silicon substrate 111 on the light shielding film 124. As the hard mask 131, a silicon oxide film or a silicon nitride film formed by a CVD method or the like is used.
その後、図８（４）に示すように、上記ハードマスク１３１をエッチングマスクに用いてドライエッチングにより、上記センサ部１１２上の遮光膜１２４に開口部１２５を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 8D, an opening 125 is formed in the light shielding film 124 on the sensor portion 112 by dry etching using the hard mask 131 as an etching mask.
その後、図８（５）に示すように、ＣＶＤ酸化膜１４１などを用いて、センサ部１１２上等の段差部を埋め込む。埋め込み後は、リフロー処理、ＣＭＰ、ドライエッチングなどにより平坦化を行う。 Thereafter, as shown in FIG. 8 (5), a stepped portion on the sensor portion 112 and the like is embedded using a CVD oxide film 141 or the like. After embedding, planarization is performed by reflow processing, CMP, dry etching, or the like.
解決しようとする問題点は、遮光膜として遮光性に優れたルテニウム膜を成膜速度の速いスパッタ法で成膜した用いた場合は下地に対して剥がれやすい点であり、またＣＶＤ法でルテニウム膜を成膜した場合には成膜時間がかかりすぎる点である。 The problem to be solved is that when a ruthenium film excellent in light-shielding properties is formed as a light-shielding film by a sputtering method having a high film-forming speed, the ruthenium film is easily peeled off from the underlayer. When the film is formed, it takes a long time.
本発明は、下地に対して剥がれにくく、成膜に時間がかかりすぎない薄膜の遮光膜を可能にする。 The present invention enables a thin light-shielding film that does not easily peel off from the base and does not take too much time for film formation.
本発明の固体撮像装置は、入射光を光電変換して電気信号を得るセンサ部上に開口部が形成された遮光膜を有する固体撮像装置において、前記遮光膜はタンタルを含むルテニウム膜からなることを特徴とする。 The solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device having a light-shielding film in which an opening is formed on a sensor unit that photoelectrically converts incident light to obtain an electrical signal, and the light-shielding film is made of a ruthenium film containing tantalum. It is characterized by.
本発明の固体撮像装置では、遮光膜はタンタルを含むルテニウム膜からなることから、ルテニウム単体の遮光膜よりも下地との密着性が高められる。また、タンタルを含むルテニウム膜はスパッタ法での成膜が可能であるため、短時間で成膜される。 In the solid-state imaging device of the present invention, since the light shielding film is made of a ruthenium film containing tantalum, the adhesion to the base is improved as compared with the light shielding film of ruthenium alone. Further, since the ruthenium film containing tantalum can be formed by a sputtering method, the film is formed in a short time.
本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板上に入射光を光電変換して電気信号を得るセンサ部を有し、前記センサ部上に開口部を形成した遮光膜を有する固体撮像装置の製造方法において、前記遮光膜を形成する工程は、前記基板上にタンタルを含むルテニウム膜を形成する工程と、前記タンタルを含むルテニウム膜を熱処理して前記タンタルを含むルテニウム膜に含まれるタンタルの一部を膜表面に析出させる工程と、前記膜表面に析出されたタンタルを含む層を除去する工程とを有することを特徴とする。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a sensor unit that photoelectrically converts incident light on a substrate to obtain an electrical signal, and a solid-state imaging device that includes a light-shielding film having an opening formed on the sensor unit. In the method, the step of forming the light shielding film includes a step of forming a ruthenium film containing tantalum on the substrate, and a part of tantalum contained in the ruthenium film containing tantalum by heat-treating the ruthenium film containing tantalum. And a step of removing a layer containing tantalum deposited on the surface of the film.
本発明の固体撮像装置の製造方法では、遮光膜はタンタルを含むルテニウム膜からなることから、ルテニウム単体の遮光膜よりも下地との密着性が高められる。また、タンタルを含むルテニウム膜はスパッタ法での成膜が可能であるため、短時間で成膜される。さらに、タンタルを含むルテニウム膜を熱処理することによって、タンタルを含むルテニウム膜に含まれるタンタルの一部を膜表面に析出させ、その膜表面に析出されたタンタルを含む層を除去することから、タンタルを含むルテニウム膜中に満った屈折率成膜に必要なタンタルを残し、膜中の余剰なタンタルが除去されるので、タンタルを含むルテニウム膜のドライエッチング加工性がよくなる。すなわち、ドライエッチングしやすくなる。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, since the light shielding film is made of a ruthenium film containing tantalum, adhesion to the base is improved as compared with the light shielding film of ruthenium alone. Further, since the ruthenium film containing tantalum can be formed by a sputtering method, the film is formed in a short time. Furthermore, by heat-treating the ruthenium film containing tantalum, a part of the tantalum contained in the ruthenium film containing tantalum is deposited on the film surface, and the layer containing tantalum deposited on the film surface is removed. Since the tantalum necessary for film formation of the refractive index filled in the ruthenium film containing the tantalum is left and the excess tantalum in the film is removed, the dry etching processability of the ruthenium film containing tantalum is improved. That is, dry etching is facilitated.
本発明の固体撮像装置は、遮光膜の剥がれの懸念がなく、従来用いていたアルミニウムやタングステンからなる遮光膜よりも薄膜な遮光膜になる。しかもルテニウムを用いた膜で、従来と同等の遮光性が確保できるという利点がある。 The solid-state imaging device of the present invention has no concern about peeling of the light-shielding film, and becomes a light-shielding film that is thinner than the conventionally used light-shielding film made of aluminum or tungsten. In addition, the film using ruthenium has an advantage that the same light shielding property as that of the conventional one can be secured.
本発明の固体撮像装置の製造方法は、遮光膜の剥がれの懸念がなく、従来用いていたアルミニウムやタングステンからなる遮光膜よりも薄膜な遮光膜を形成することができ、しかもルテニウムを用いた膜で、従来と同等の遮光性を確保できる遮光膜を製造できるという利点がある。 The manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention has no concern about peeling of the light-shielding film, can form a light-shielding film that is thinner than conventional light-shielding films made of aluminum or tungsten, and is a film using ruthenium Thus, there is an advantage that a light-shielding film capable of ensuring the same light-shielding property as that of the conventional one can be manufactured.
本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（実施例）を、図１の概略構成断面図によって説明する。図１は、一例として、ＣＣＤ型固体撮像装置を示す。 An embodiment (example) according to the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG. FIG. 1 shows a CCD solid-state imaging device as an example.
図１に示すように、固体撮像装置１は、以下のように構成されている。 As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 is configured as follows.
半導体基板１１（例えばＮ型シリコン基板）にｐ型ウエル領域２１が形成され、そのｐ型ウエル領域２１に、受光部１２が形成されている。この受光部１２の一方側には、読み出しゲート部１３、垂直電荷転送部１５、チャネルストップ領域１４が形成され、さらに隣接する受光部１２が形成されている。他方側にもチャネルストップ領域１４が形成されている。 A p-type well region 21 is formed in a semiconductor substrate 11 (for example, an N-type silicon substrate), and a light receiving portion 12 is formed in the p-type well region 21. On one side of the light receiving portion 12, a read gate portion 13, a vertical charge transfer portion 15, and a channel stop region 14 are formed, and an adjacent light receiving portion 12 is formed. A channel stop region 14 is also formed on the other side.
上記受光部１２は、ｎ型不純物領域３１と、その上部に形成されたｐ型正孔蓄積領域３２とから構成されている。 The light receiving portion 12 is composed of an n-type impurity region 31 and a p-type hole accumulation region 32 formed thereon.
また、上記垂直電荷転送部１５は、上記ｐ型ウエル領域２０よりも高濃度のｐ型ウエル領域１６とその上部に形成されたｎ型チャネル領域１７で構成されている。また、ｎ型チャネル領域１７上にはゲート絶縁膜２１を介して配線（例えば転送電極）２２が形成されている。この配線２２は、垂直転送電極とともに読み出しゲート電極も兼ねる。 The vertical charge transfer unit 15 includes a p-type well region 16 having a higher concentration than the p-type well region 20 and an n-type channel region 17 formed thereon. A wiring (for example, a transfer electrode) 22 is formed on the n-type channel region 17 via a gate insulating film 21. The wiring 22 also serves as a read gate electrode together with the vertical transfer electrode.
また、上記配線２２を被覆するように、第１層間絶縁膜２３が形成され、さらに遮光膜２４が形成されている。上記遮光膜２４は、例えばタンタルを含むルテニウム膜で形成されている。この遮光膜２４には受光部１２上に開口部２５が形成されている。
上記タンタルを含むルテニウム膜４１は、例えばルテニウムに２ａｔ％〜２０ａｔ％のタンタルを混ぜたターゲットを用いたスパッタ法によって、タンタルを含むルテニウム膜を成膜した後、７００℃〜９５０℃の熱処理を行ってタンタルを含むルテニウム膜中のタンタルを表面に析出させ、その表面に析出させたタンタルを含む層をエッチングにより除去したものである。
そのため、表面に析出させたタンタルを含む層をエッチングした後のタンタルを含むルテニウム膜４１には１ａｔ％〜２ａｔ％程度のタンタルが含まれる。このことから、下地に対してタンタルを含むルテニウム膜４１の密着性が改善され、膜剥がれを発生することがない十分な密着性が得られる。また、表面に析出させたタンタルを含む層をエッチングした後のタンタルを含むルテニウム膜４１中に含まれるタンタルが１ａｔ％〜２ａｔ％程度であることから、遮光性を著しく劣化させることはない。
Further, a first interlayer insulating film 23 is formed so as to cover the wiring 22, and a light shielding film 24 is further formed. The light shielding film 24 is formed of, for example, a ruthenium film containing tantalum. An opening 25 is formed in the light shielding film 24 on the light receiving portion 12.
The ruthenium film 41 containing tantalum is subjected to a heat treatment at 700 ° C. to 950 ° C. after the ruthenium film containing tantalum is formed by sputtering using a target in which 2 at% to 20 at% tantalum is mixed with ruthenium, for example. The tantalum in the ruthenium film containing tantalum is deposited on the surface, and the layer containing tantalum deposited on the surface is removed by etching.
Therefore, the ruthenium film 41 containing tantalum after etching the layer containing tantalum deposited on the surface contains about 1 at% to 2 at% of tantalum. Thus, the adhesion of the ruthenium film 41 containing tantalum to the base is improved, and sufficient adhesion without causing film peeling can be obtained. Further, since the tantalum contained in the ruthenium film 41 containing tantalum after etching the layer containing tantalum deposited on the surface is about 1 at% to 2 at%, the light shielding property is not significantly deteriorated.
なお、タンタルを含むルテニウム膜中に含まれるタンタルが１０％程度では、密着性はよいが、薄膜（例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度）では、可視光の遮光性が劣化することがわかっている。一方、例えばタンタルが含まれないルテニウムが１００％の遮光膜は、可視光の遮光性は高まるが、密着性が著しく劣化し、剥がれが発生することがわかっている。 It is known that when tantalum contained in a ruthenium film containing tantalum has a tantalum content of about 10%, the adhesiveness is good, but with a thin film (for example, about 50 nm to 100 nm), the light-shielding property of visible light deteriorates. On the other hand, for example, a light-shielding film containing 100% ruthenium that does not contain tantalum increases the light-shielding property of visible light, but it has been found that adhesion deteriorates significantly and peeling occurs.
さらにパッシベーション膜３１、平坦化膜３２等の第２層間絶縁膜３３で被覆され、上記第２層間絶縁膜３３上にカラーフィルター層３４が形成されている。そして、入射光が効率よく受光部１２に集光されるように、上記カラーフィルター層３４上に集光レンズ３５が設けられている。 Further, a second interlayer insulating film 33 such as a passivation film 31 and a planarizing film 32 is covered, and a color filter layer 34 is formed on the second interlayer insulating film 33. A condensing lens 35 is provided on the color filter layer 34 so that incident light is efficiently condensed on the light receiving unit 12.
上記固体撮像装置１では、遮光膜２４はタンタルを含むルテニウム膜からなることから、ルテニウム単体の遮光膜の遮光性をほぼ維持した状態で、ルテニウム単体の遮光膜よりも下地との密着性が高められる。また、タンタルを含むルテニウム膜はスパッタ法での成膜が可能であるため、短時間で成膜される。 In the solid-state imaging device 1, since the light shielding film 24 is made of a ruthenium film containing tantalum, adhesion to the base is higher than that of the ruthenium light shielding film in a state where the light shielding property of the ruthenium single light shielding film is substantially maintained. It is done. Further, since the ruthenium film containing tantalum can be formed by a sputtering method, the film is formed in a short time.
次に、本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（実施例）を、図２の製造工程断面図によって説明する。図２では、前記固体撮像装置１の製造工程における遮光膜の製造工程を示す。前記固体撮像装置１の遮光膜以外の製造工程は、従来の製造工程を適用することができる。 Next, an embodiment (example) according to the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the cross-sectional view of the manufacturing process in FIG. In FIG. 2, the manufacturing process of the light shielding film in the manufacturing process of the solid-state imaging device 1 is shown. Conventional manufacturing processes can be applied to manufacturing processes other than the light shielding film of the solid-state imaging device 1.
図２（１）に示すように、半導体基板１１（例えばＮ型シリコン基板）にｐ型ウエル領域２１が形成され、そのｐ型ウエル領域２０に、受光部１２が形成されている。この受光部１２の一方側には、読み出しゲート部１３、垂直電荷転送部１５、チャネルストップ領域１４が形成され、さらに隣接する受光部１２が形成されている。他方側にもチャネルストップ領域１４が形成されている。
また、上記センサ部１２は、例えばホール蓄積層が形成される構成のものであってもよい。
半導体基板１１上には、絶縁膜２１を介して配線（電極も含む）２２が形成されている。上記絶縁膜２１は、例えば酸化シリコン膜で形成され、上記配線２２は、例えばリンまたはボロンをドープした多結晶シリコンなどで形成されている。
上記絶縁膜２１は酸化シリコンに限定されず、ゲート絶縁膜に用いられる絶縁膜材料、例えば窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、金属酸化膜等も用いることができる。
上記配線２２は、ポリシリコン以外に金属配線を用いることもできる。
As shown in FIG. 2A, a p-type well region 21 is formed in a semiconductor substrate 11 (for example, an N-type silicon substrate), and a light receiving portion 12 is formed in the p-type well region 20. On one side of the light receiving portion 12, a read gate portion 13, a vertical charge transfer portion 15, and a channel stop region 14 are formed, and an adjacent light receiving portion 12 is formed. A channel stop region 14 is also formed on the other side.
Further, the sensor unit 12 may have a configuration in which, for example, a hole accumulation layer is formed.
On the semiconductor substrate 11, wiring (including electrodes) 22 is formed via an insulating film 21. The insulating film 21 is formed of, for example, a silicon oxide film, and the wiring 22 is formed of, for example, polycrystalline silicon doped with phosphorus or boron.
The insulating film 21 is not limited to silicon oxide, and an insulating film material used for the gate insulating film, for example, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a metal oxide film, or the like can also be used.
The wiring 22 may be a metal wiring other than polysilicon.
次に、図２（２）に示すように、上記半導体基板１１上に、上記配線２２、センサ部１２等を被覆する第１層間絶縁膜２３を被覆する。この第１層間絶縁膜２３には、例えば酸化シリコン膜を用いる。
続いて、上記第１層間絶縁膜２３上にタンタルを含むルテニウム膜４１を形成する。このタンタルを含むルテニウム膜４１は、例えばスパッタ法により成膜される。このときのスパッタリングに用いるターゲットには、ルテニウムタンタル合金を用いる。例えばタンタル量が１０ａｔ％のルテニウムタンタル合金を用いる。このターゲットを用いたスパッタリングによって、遮光膜の最終狙いの膜厚の１．１倍程度、例えば６０ｎｍの膜厚に成膜する。
上記タンタルを含むルテニウム膜４１を形成するときに用いるスパッタリングのターゲットには、例えばルテニウムに２ａｔ％〜２０ａｔ％のタンタルを混ぜたターゲットを用いることができる。
上記ターゲットのタンタルの含有量が２ａｔ％よりも少ないと、その後の熱処理によってタンタルを析出させたときに、タンタルを含むルテニウム膜４１中に残るタンタルの量が少なくなりすぎる可能性がある。膜中のタンタル量が少なくなりすぎると、タンタルを含むルテニウム膜４１の下地との密着性が劣化する。
一方、上記ターゲットのタンタルの含有量が２０ａｔ％よりも多いと、そのターゲットを用いて成膜したタンタルを含むルテニウム膜４１を熱処理したときに、膜中のタンタルが十分に表面側に析出されず、タンタルを含むルテニウム膜４１中に過剰なタンタルが残ることになる。このようになると、タンタルを含むルテニウム膜４１の遮光性が劣化する。
Next, as shown in FIG. 2B, a first interlayer insulating film 23 that covers the wiring 22, the sensor unit 12, and the like is coated on the semiconductor substrate 11. For example, a silicon oxide film is used for the first interlayer insulating film 23.
Subsequently, a ruthenium film 41 containing tantalum is formed on the first interlayer insulating film 23. The ruthenium film 41 containing tantalum is formed by sputtering, for example. A ruthenium tantalum alloy is used as a target used for sputtering at this time. For example, a ruthenium tantalum alloy having a tantalum amount of 10 at% is used. By sputtering using this target, a film having a thickness of about 1.1 times the final target thickness of the light shielding film, for example, 60 nm is formed.
As a sputtering target used when forming the ruthenium film 41 containing tantalum, for example, a target in which 2 at% to 20 at% tantalum is mixed with ruthenium can be used.
If the tantalum content of the target is less than 2 at%, the amount of tantalum remaining in the ruthenium film 41 containing tantalum may be too small when tantalum is deposited by subsequent heat treatment. If the amount of tantalum in the film becomes too small, the adhesion of the ruthenium film 41 containing tantalum to the underlying layer deteriorates.
On the other hand, when the tantalum content of the target is more than 20 at%, when the ruthenium film 41 containing tantalum formed using the target is heat-treated, the tantalum in the film is not sufficiently deposited on the surface side. Therefore, excessive tantalum remains in the ruthenium film 41 containing tantalum. In this case, the light shielding property of the ruthenium film 41 containing tantalum deteriorates.
次に、図２（３）に示すように、上記タンタルを含むルテニウム膜４１を熱処理して、上記タンタルを含むルテニウム膜４１に含まれるタンタルの一部をその膜表面に析出させる。
上記熱処理は、一例として、８８０℃の雰囲気で３０分間行う。この熱処理の温度は、上記タンタルを含むルテニウム膜４１に含まれるタンタルの一部をその膜表面に析出されるように、７００℃以上の温度で行う。その熱処理温度の上限は、例えば９５０℃であり、上記半導体基板１１に形成された構成部品が熱によって異常を起こさないような温度以下とする。例えば上記９５０℃以下とする。
上記熱処理が７００℃未満では、タンタルを含むルテニウム膜４１中のタンタルを十分にその表面に析出させることはできない。また、９５０℃を超える温度では、例えば固体撮像装置に形成された拡散層等が異常拡散を起こすので好ましくない。よって、上記熱処理温度は上記温度範囲に設定される。
Next, as shown in FIG. 2 (3), the ruthenium film 41 containing tantalum is heat-treated to deposit part of the tantalum contained in the ruthenium film 41 containing tantalum on the film surface.
For example, the heat treatment is performed in an atmosphere of 880 ° C. for 30 minutes. The heat treatment is performed at a temperature of 700 ° C. or higher so that a part of tantalum contained in the ruthenium film 41 containing tantalum is deposited on the film surface. The upper limit of the heat treatment temperature is, for example, 950 ° C., and is set to a temperature at which the components formed on the semiconductor substrate 11 do not cause abnormality due to heat. For example, the temperature is 950 ° C. or lower.
If the heat treatment is less than 700 ° C., tantalum in the ruthenium film 41 containing tantalum cannot be sufficiently deposited on the surface. Further, a temperature exceeding 950 ° C. is not preferable because, for example, a diffusion layer formed in the solid-state imaging device causes abnormal diffusion. Therefore, the heat treatment temperature is set in the temperature range.
この結果、タンタルを含むルテニウム膜４１の表面にタンタルが析出する。表面に析出させたタンタルを含む層４２は、タンタルがリッチな膜となっている。例えばタンタルが９０％程度含まれる層になっている。 As a result, tantalum is deposited on the surface of the ruthenium film 41 containing tantalum. The layer 42 containing tantalum deposited on the surface is a film rich in tantalum. For example, it is a layer containing about 90% of tantalum.
その後、図２（４）および図３に示すように、上記表面に析出させたタンタルを含む層４２（前記図２（３）参照）を除去する。この除去工程は、例えばウエットエッチングによる。このウエットエッチングは、例えば、フッ酸処理（例えば、濃縮フッ酸を用いる）による。このフッ酸処理では、ルテニウムはエッチングされないため、必要なルテニウムはそのまま残る。
このように、ウエットエッチングにより表面に析出させたタンタルを含む層４２を除去することから、その下地のタンタルを含むルテニウム膜４１に、ドライエッチングによってエッチングしたときのようなエッチングダメージを与えることはない。
したがって、タンタルを含むルテニウム膜４１が５０ｎｍ程度の薄い膜であっても、ダメージを受けることなく形成することができる。
また上記除去工程がフッ酸処理により行えることから、固体撮像装置の製造プロセスで用いるフッ酸エッチングで行えるという利点がある。これにより、既存のフッ酸処理装置により表面に析出させたタンタルを含む層４２を除去することができる。したがって、新規の装置コストがかからないという利点がある。
図面では、表面に析出させたタンタルを含む層４２を除去した後を示した。
Thereafter, as shown in FIGS. 2 (4) and 3, the layer 42 containing tantalum deposited on the surface (see FIG. 2 (3)) is removed. This removal process is performed by wet etching, for example. This wet etching is performed by, for example, hydrofluoric acid treatment (for example, using concentrated hydrofluoric acid). In this hydrofluoric acid treatment, ruthenium is not etched, so that the necessary ruthenium remains as it is.
Thus, since the layer 42 containing tantalum deposited on the surface by wet etching is removed, the ruthenium film 41 containing tantalum underneath is not damaged by etching as in the case of etching by dry etching. .
Therefore, even if the ruthenium film 41 containing tantalum is a thin film of about 50 nm, it can be formed without being damaged.
Further, since the removal step can be performed by hydrofluoric acid treatment, there is an advantage that it can be performed by hydrofluoric acid etching used in the manufacturing process of the solid-state imaging device. Thereby, the layer 42 containing tantalum deposited on the surface by an existing hydrofluoric acid treatment apparatus can be removed. Therefore, there is an advantage that no new device cost is required.
The drawing shows the state after removing the layer 42 containing tantalum deposited on the surface.
また、上記タンタルを析出させる熱処理では、タンタルを含むルテニウム膜４１のタンタルはすべて表面析出するわけではない。タンタルを含むルテニウム膜４１の例えば半導体基板１１側には１ａｔ％〜２ａｔ％程度のタンタルが含まれる。
このように、半導体基板１１側のタンタルを含むルテニウム膜４１中の１ａｔ％〜２ａｔ％程度のタンタルが含まれる層が形成されることから、下地に対してタンタルを含むルテニウム膜４１の密着性が改善され、膜剥がれを発生することがない十分な密着性が得られる。
また２ａｔ％程度のタンタルが含まれるタンタルを含むルテニウム膜４１では、遮光性が劣化することはない。タンタルを含むルテニウム膜４１が５０ｎｍ程度の膜厚であっても、十分な遮光性を得ることができる。
また１ａｔ％程度のタンタルが含まれるタンタルを含むルテニウム膜４１では、下地との密着性が劣化することはない。１ａｔ％程度のタンタルが含まれるタンタルを含むルテニウム膜４１であっても、膜剥がれを起こすことなく十分な密着性を得ることができる。
Further, in the heat treatment for depositing tantalum, not all tantalum in the ruthenium film 41 containing tantalum is deposited on the surface. The ruthenium film 41 containing tantalum contains, for example, about 1 at% to 2 at% of tantalum on the semiconductor substrate 11 side.
Thus, since the layer containing about 1 at% to 2 at% of tantalum in the ruthenium film 41 containing tantalum on the semiconductor substrate 11 side is formed, the adhesion of the ruthenium film 41 containing tantalum to the base is improved. It is improved and sufficient adhesion without causing film peeling can be obtained.
Further, in the ruthenium film 41 containing tantalum containing about 2 at% tantalum, the light shielding property is not deteriorated. Even if the ruthenium film 41 containing tantalum has a thickness of about 50 nm, a sufficient light shielding property can be obtained.
Further, in the ruthenium film 41 containing tantalum containing about 1 at% tantalum, the adhesion with the base is not deteriorated. Even with the ruthenium film 41 containing tantalum containing about 1 at% tantalum, sufficient adhesion can be obtained without causing film peeling.
次に、図２（５）に示すように、上記センサ部１２上の上記タンタルを含むルテニウム膜４１に開口部２５を形成する。
上記タンタルを含むルテニウム膜４１に開口部２５を形成するには、まず、表面に析出させたタンタルを含む層を除去したタンタルを含むルテニウム膜４１上にハードマスク層５１を形成する。このハードマスク層５１は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、もしくはそれらの積層膜で形成される。この形成方法は、例えばＣＶＤ法統の既存の成膜方法を用いる。
その後、リソグラフィー技術およびドライエッチング技術によって、上記センサ部１２上の上記ハードマスク層５１にハードマスク開口部５２を形成する。
このハードマスク層５１をエッチングマスクに用いて、上記タンタルを含むルテニウム膜４１に開口部２５を形成する。このようにして、タンタルを含むルテニウム膜４１からなる遮光膜２４に上記開口部２５が形成される。
Next, as shown in FIG. 2 (5), an opening 25 is formed in the ruthenium film 41 containing the tantalum on the sensor unit 12.
In order to form the opening 25 in the ruthenium film 41 containing tantalum, first, the hard mask layer 51 is formed on the ruthenium film 41 containing tantalum from which the layer containing tantalum deposited on the surface is removed. The hard mask layer 51 is formed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminated film thereof. For this formation method, for example, an existing film formation method based on the CVD method is used.
Thereafter, a hard mask opening 52 is formed in the hard mask layer 51 on the sensor unit 12 by lithography and dry etching techniques.
Using this hard mask layer 51 as an etching mask, the opening 25 is formed in the ruthenium film 41 containing tantalum. Thus, the opening 25 is formed in the light shielding film 24 made of the ruthenium film 41 containing tantalum.
このように、ルテニウム単体ではなく、遮光膜２４がタンタルを含むルテニウム膜４１からなることから、ドライエッチング性がよくなる。すなわち、ドライエッチングによって開口部２５を形成することが可能になるので、高精度に開口部２５を形成することができる。このため、センサ部１２上の開口を大きく取れるようになるので、センサ感度の向上が図れる。 Thus, since the light shielding film 24 is made of the ruthenium film 41 containing tantalum rather than the ruthenium simple substance, the dry etching property is improved. That is, since the opening 25 can be formed by dry etching, the opening 25 can be formed with high accuracy. For this reason, since the opening on the sensor unit 12 can be made larger, the sensor sensitivity can be improved.
次に、図２（６）に示すように、上記配線２２、遮光膜２４等による段差を埋め込むように、パッシベーション膜、平坦化膜等からなる第２層間絶縁膜３３を形成する。この第２層間絶縁膜３３は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等で形成される。その成膜方法には、一例としてＣＶＤ法を用いる。
その後、第２層間絶縁膜３３表面を平坦化する。この平坦化方法は、リフロー処理、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）、エッチバック法等、適宜選択することができる。
Next, as shown in FIG. 2 (6), a second interlayer insulating film 33 made of a passivation film, a planarizing film, or the like is formed so as to bury a step due to the wiring 22, the light shielding film 24, and the like. The second interlayer insulating film 33 is formed of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film. As an example of the film formation method, a CVD method is used.
Thereafter, the surface of the second interlayer insulating film 33 is planarized. This planarization method can be appropriately selected from a reflow process, chemical mechanical polishing (CMP), an etch back method, and the like.
その後、図示はしないが、第２層間絶縁膜３３上にカラーフィルター層、集光レンズ等を形成して、固体撮像装置を完成させる。 Thereafter, although not shown, a color filter layer, a condenser lens, and the like are formed on the second interlayer insulating film 33 to complete the solid-state imaging device.
次に、上記熱処理を行った場合と行わなかった場合について、タンタルの析出状態を調べた。
評価サンプルは、図４に示すように、石英基板６１上に６０ｎｍのタンタルを含むルテニウム膜４１（ルテニウムタンタル合金膜）を形成した。組成比（ａｔ％）は、およそルテニウム：タンタル＝９：１である。
図５（１）に示すように、石英基板６１上のタンタルを含むルテニウム膜４１は、膜全体がほぼ均一な組成比になっている。
Next, the precipitation state of tantalum was examined with and without the heat treatment.
In the evaluation sample, as shown in FIG. 4, a ruthenium film 41 (ruthenium tantalum alloy film) containing 60 nm tantalum was formed on a quartz substrate 61. The composition ratio (at%) is approximately ruthenium: tantalum = 9: 1.
As shown in FIG. 5A, the ruthenium film 41 containing tantalum on the quartz substrate 61 has a substantially uniform composition ratio throughout the film.
ここで、タンタルを含むルテニウム膜４１の成分比を分析した結果、図６（１）、（２）に示すように、表面側の組成比（ａｔ％）は、ルテニウム：タンタル＝８９：１１であった。他方、図６（３）、（４）に示すように、石英基板６１側の組成比（ａｔ％）は、ルテニウム：タンタル＝９０：１０であった。
この結果、熱処理を行わないタンタルを含むルテニウム膜４１の組成比（ａｔ％）は、ルテニウム：タンタル＝８９：１１〜９０：１０であることがわかった。
Here, as a result of analyzing the component ratio of the ruthenium film 41 containing tantalum, as shown in FIGS. 6A and 6B, the composition ratio (at%) on the surface side is ruthenium: tantalum = 89: 11. there were. On the other hand, as shown in FIGS. 6 (3) and 6 (4), the composition ratio (at%) on the quartz substrate 61 side was ruthenium: tantalum = 90: 10.
As a result, it was found that the composition ratio (at%) of the ruthenium film 41 containing tantalum that was not heat-treated was ruthenium: tantalum = 89: 11 to 90:10.
次に、上記タンタルを含むルテニウム膜４１を８８０℃で熱処理を行った。
その結果、図５（２）に示すように、タンタルを含むルテニウム膜４１は、石英基板６１側にルテニウムリッチ層４１Ｒが形成され、その上層にタンタルリッチ層４１Ｔが形成された。
Next, the ruthenium film 41 containing tantalum was heat-treated at 880 ° C.
As a result, as shown in FIG. 5B, in the ruthenium film 41 containing tantalum, the ruthenium rich layer 41R was formed on the quartz substrate 61 side, and the tantalum rich layer 41T was formed thereon.
ここで、タンタルを含むルテニウム膜４１の成分比を分析した結果、図７（１）、（２）に示すように、表面側の組成比（ａｔ％）は、ルテニウム：タンタル＝９：９１〜５：９５であった。他方、図７（３）、（４）に示すように、石英基板６１側の組成比（ａｔ％）は、ルテニウム：タンタル＝９８：２〜９９：１であった。
この結果、熱処理を行った場合、表面側に、ルテニウム：タンタル＝９：９１〜５：９５のタンタルリッチ層４１Ｔが形成されることがわかった。他方、石英基板６１側に、ルテニウム：タンタル＝９８：２〜９９：１のルテニウムリッチ層４１Ｒが形成されることがわかった。
Here, as a result of analyzing the component ratio of the ruthenium film 41 containing tantalum, as shown in FIGS. 7 (1) and (2), the composition ratio (at%) on the surface side is ruthenium: tantalum = 9: 91- 5:95. On the other hand, as shown in FIGS. 7 (3) and (4), the composition ratio (at%) on the quartz substrate 61 side was ruthenium: tantalum = 98: 2-99: 1.
As a result, it was found that when heat treatment was performed, a tantalum rich layer 41T of ruthenium: tantalum = 9: 91 to 5:95 was formed on the surface side. On the other hand, it was found that a ruthenium rich layer 41R of ruthenium: tantalum = 98: 2 to 99: 1 was formed on the quartz substrate 61 side.
したがって、上記説明したように、タンタルリッチ層４１Ｔをエッチングにより除去することで、組成比（ａｔ％）がルテニウム：タンタル＝９８：２〜９９：１のルテニウムリッチ層４１Ｒを残すことが可能になり、遮光膜２４として、遮光性に優れた、かつ密着性に優れたタンタルを含むルテニウム膜４１を形成することができる。 Therefore, as described above, by removing the tantalum rich layer 41T by etching, it becomes possible to leave the ruthenium rich layer 41R having a composition ratio (at%) of ruthenium: tantalum = 98: 2 to 99: 1. As the light shielding film 24, a ruthenium film 41 containing tantalum having excellent light shielding properties and excellent adhesion can be formed.
なお、上記組成比の分析はＴＥＭ−ＥＤＸ：Transimission Electron Microscope & Energy Dispersive X-ray Spectrometer（電界放射型透過電子顕微鏡とエネルギー分散型Ｘ線分析装置）による。 The composition ratio is analyzed by a TEM-EDX: Transmission Electron Microscope & Energy Dispersive X-ray Spectrometer (field emission transmission electron microscope and energy dispersive X-ray analyzer).
上記説明では、基板に石英基板６１を用いたが、上記固体撮像装置１におけるタンタルを含むルテニウム膜４１についても、熱処理によって、表面側にタンタルリッチ層４１Ｔが形成され、基板側にルテニウムリッチ層４１Ｒが形成されるという、同様な結果が得られる。 In the above description, the quartz substrate 61 is used as the substrate. However, also for the ruthenium film 41 containing tantalum in the solid-state imaging device 1, the tantalum rich layer 41T is formed on the surface side by the heat treatment, and the ruthenium rich layer 41R on the substrate side. The same result is obtained that is formed.
上記固体撮像装置の製造方法では、遮光膜２４はタンタルを含むルテニウム膜４１からなることから、ルテニウム単体の遮光膜よりも下地との密着性が高められる。また、タンタルを含むルテニウム膜４１はスパッタ法での成膜が可能であるため、短時間で成膜される。
さらに、タンタルを含むルテニウム膜４１を熱処理することによって、タンタルを含むルテニウム膜４１に含まれるタンタルの一部を膜表面に析出させ、その表面に析出させたタンタルを含む層４２を除去することから、タンタルを含むルテニウム膜４１中に密着性に必要なタンタルを残し、膜中の余剰なタンタルが除去されるので、タンタルを含むルテニウム膜４１のドライエッチング加工性がよくなる。
すなわち、ドライエッチングしやすくなる。
In the manufacturing method of the solid-state imaging device, the light shielding film 24 is made of the ruthenium film 41 containing tantalum, and therefore, the adhesion to the base is improved as compared with the light shielding film of ruthenium alone. The ruthenium film 41 containing tantalum can be formed in a short time because it can be formed by sputtering.
Further, by heat-treating the ruthenium film 41 containing tantalum, part of the tantalum contained in the ruthenium film 41 containing tantalum is deposited on the film surface, and the layer 42 containing tantalum deposited on the surface is removed. Since the tantalum necessary for adhesion is left in the ruthenium film 41 containing tantalum and excess tantalum in the film is removed, the dry etching processability of the ruthenium film 41 containing tantalum is improved.
That is, it becomes easy to perform dry etching.
よって、遮光膜２４の剥がれの懸念がなく、従来用いていたアルミニウムやタングステンからなる遮光膜よりも薄膜な遮光膜を形成することができ、しかもルテニウムを用いた膜で、従来と同等の遮光性を確保できる遮光膜２４を製造できるという利点がある。 Therefore, there is no fear of peeling off of the light shielding film 24, and a light shielding film thinner than the conventional light shielding film made of aluminum or tungsten can be formed. Moreover, the film using ruthenium is equivalent to the conventional light shielding property. There is an advantage that the light-shielding film 24 capable of ensuring the above can be manufactured.
また、ルテニウム単体の膜はドライエッチング処理などが困難となるが、タンタルを含むルテニウム膜４１は、ドライエッチング処理を必要とする時点でタンタルはほとんど含まれていないため、容易にドライエッチング処理が可能となる。
よって、タンタルを含むルテニウム膜４１は、遮光膜として実用とすることが可能となる。
Further, a ruthenium simple film is difficult to dry-etch, but the ruthenium film 41 containing tantalum contains almost no tantalum when dry etching is required, and therefore can easily be dry-etched. It becomes.
Therefore, the ruthenium film 41 containing tantalum can be put to practical use as a light shielding film.
また、スパッタ装置のチャンバー内のシールドなどに付着したルテニウムタンタルは、ルテニウム単体の膜と異なり、薬液洗浄で簡単に取り除くことができる。このため、洗浄したシールドの再利用が可能となる。 Also, ruthenium tantalum adhering to the shield in the chamber of the sputtering apparatus can be easily removed by chemical cleaning, unlike a ruthenium single film. For this reason, the cleaned shield can be reused.
１…固体撮像装置、１２…センサ部、２４…遮光膜、２５…開口部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state imaging device, 12 ... Sensor part, 24 ... Light shielding film, 25 ... Opening part
Claims (6)
前記遮光膜はタンタルを含むルテニウム膜からなる
ことを特徴とする固体撮像装置。 In a solid-state imaging device having a light shielding film in which an opening is formed on a sensor unit that photoelectrically converts incident light to obtain an electrical signal,
The solid-state imaging device, wherein the light shielding film is made of a ruthenium film containing tantalum.
前記センサ部上に開口部を形成した遮光膜を有する固体撮像装置の製造方法において、
前記遮光膜を形成する工程は、
前記基板上にタンタルを含むルテニウム膜を形成する工程と、
前記タンタルを含むルテニウム膜を熱処理して前記タンタルを含むルテニウム膜に含まれるタンタルの一部を膜表面に析出させる工程と、
前記膜表面に析出されたタンタルを含む層を除去する工程と
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A sensor unit that photoelectrically converts incident light on a substrate to obtain an electrical signal,
In the method for manufacturing a solid-state imaging device having a light-shielding film having an opening formed on the sensor unit,
The step of forming the light shielding film includes:
Forming a ruthenium film containing tantalum on the substrate;
Heat treating the ruthenium film containing tantalum to deposit a part of tantalum contained in the ruthenium film containing tantalum on the film surface;
And a step of removing a layer containing tantalum deposited on the film surface.
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置の製造方法。 The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 2, wherein the heat treatment is performed at 700 ° C. or more and 950 ° C. or less.
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 2, wherein the layer containing tantalum deposited on the surface of the ruthenium film containing tantalum is removed by wet etching.
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein the wet etching is wet etching using hydrofluoric acid.
前記センサ部上の前記タンタルを含むルテニウム膜に開口部を形成する
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置の製造方法。 After removing the layer containing tantalum deposited on the surface of the ruthenium film containing tantalum,
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 2, wherein an opening is formed in the ruthenium film containing tantalum on the sensor unit.
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