JP2009283482A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光を兼ねる配線部を銅配線で形成する場合に、縦構造のシュリンクによって十分な遮光性をもたせることが困難になる。
【解決手段】黒基準画素部１１が設けられる遮光画素領域５と、受光画素部１２が設けられる撮像画素領域６と、黒基準画素部１１の遮光を兼ねて遮光画素領域５に形成される第１の配線部３７と、第１の配線部３７と同層で撮像画素領域６に形成される第２の配線部３８とを備える固体撮像装置１の構成として、第１の配線部３７は、第１の配線材料層と、第１の配線材料層の拡散を防止する第１の拡散防止層と、第１の拡散防止層と積層構造をなす遮光材料層３９とを有するものとし、第２の配線部３８は、第２の配線材料層と、第２の配線材料層の拡散を防止する第２の拡散防止層とを有するものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置に関する。

光電変換部とＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)型トランジスタを備える固体撮像装置の一つとして、ＣＭＯＳイメージセンサが知られている。ＣＭＯＳイメージセンサは、光電変換部と複数のＭＯＳ型トランジスタからなる画素を二次元的にアレイ状に配列したものである。ＣＭＯＳイメージは、各々の光電変換部により生成された電荷を画素信号に変換して読み出す固体撮像装置である。近年、ＣＭＯＳイメージセンサは、携帯電話用カメラ、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの撮像素子として注目されている。

ＣＭＯＳイメージでは、画素部よりも上層に形成される配線部を、画素部の遮光に用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。また、遮光を兼ねる配線部（以下、「遮光配線部」とも記す）をアルミニウムで形成する技術も提案されている（例えば、特許文献２）。遮光配線部をアルミニウム配線で形成する場合は、エッチングによって配線パターンを形成することになる。このため、配線部よりも上層にカラーフィルタ層を形成する場合、カラーフィルタ層の下地となる面に、アルミニウムの配線パターンによる凹凸（段差）が生じる。したがって、カラーフィルタ層を塗布法で形成するときに、塗布ムラが生じやすくなる。また、凹凸による塗布ムラを防止するには、アルミニウムの配線パターンを形成した後で、平坦化膜を形成する必要がある。これに対して、遮光配線部を銅配線で形成する場合は、周知のダマシン法によって銅配線の上面と当該銅配線が埋め込まれる絶縁膜の上面を面一（平坦）に仕上げる。このため、カラーフィルタ層の下地面が平らな面となる。したがって、上記の塗布ムラ等の発生を防止することができる。

特開２００７−４２９３３号公報（段落０００３） 特開２００６−２１０５８２号公報（請求項７）

しかしながら、銅配線を用いて画素部を遮光するにあたっては、配線材料となる銅がアルミニウムよりも光の透過率が高い材料であるため、遮光配線部に十分な遮光性をもたせることが難しくなる。特に今後は、固体撮像装置の低コスト化、多画素化、高感度化のニーズの高まりに伴い、銅配線のシュリンク（サイズの縮小化）が益々進むと予想される。このため、配線の微細化及び縦構造のシュリンクにより、光を遮光するのに十分な膜厚を確保できなくなってくる。現在、ＣＭＯＳイメージセンサを含むＣＭＯＳデバイスは、銅配線を用いた９０ｎｍ世代以上のデザインルールによって製造されるようになってきている。

光の透過率は、９０ｎｍ世代の銅配線の場合は−１２６ｄＢとなるのに対して、６５ｎｍ世代の銅配線の場合は−８９ｄＢ、４５ｎｍ世代の銅配線の場合は−７４ｄＢとなる。これは、主に配線の縦構造のシュリンクに伴い、銅の膜厚と銅の拡散を防止するバリアメタルの膜厚が共に薄くなることに起因して、遮光配線部の遮光性が劣化するためである。

遮光配線部で十分に遮光できなくなると、例えば、黒レベルの基準となる画素信号（以下、「黒基準信号」とも記す）を得るために設けられる黒基準画素部の直上に、遮光配線部を形成した場合に、当該遮光配線部を透過した光（不要な光）が黒基準画素部に入射することになる。このため、黒基準画素部で生成される黒基準信号の値が適正値から変動し、画像ムラが発生する恐れがある。また、遮光配線部を透過した光が、多層配線層の内部で反射し、その反射光が他の画素部に入射する、いわゆる混色によって、イメージセンサの性能が劣化する恐れがある。

請求項１に記載の発明は、
第１の画素部が設けられる遮光画素領域と、
第２の画素部が設けられる撮像画素領域と、
前記第１の画素部の遮光を兼ねて前記遮光画素領域に形成される第１の配線部と、
前記第１の配線部と同層で前記撮像画素領域に形成される第２の配線部とを備え、
前記第１の配線部は、第１の配線材料層と、当該第１の配線材料層の拡散を防止する第１の拡散防止層と、当該第１の拡散防止層と積層構造をなす遮光材料層とを有し、
前記第２の配線部は、第２の配線材料層と、当該第２の配線材料層の拡散を防止する第２の拡散防止層とを有する
固体撮像装置に係るものである。

請求項１に記載の発明においては、第１の配線部に遮光材料層を形成し、第２の配線部に遮光材料層を形成しない配線構造を採用することにより、第２の配線部よりも高い遮光性を第１の配線部に付与することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、
第１の画素部が設けられる遮光画素領域と、
第２の画素部が設けられる撮像画素領域と、
前記第１の画素部の遮光を兼ねて前記遮光画素領域に形成される第１の配線部と、
前記第１の配線部と同層で前記撮像画素領域に形成される第２の配線部とを備え、
前記第１の配線部は、第１の配線材料層と、当該第１の配線材料層の拡散を防止する第１の拡散防止層とを有し、
前記第２の配線部は、第２の配線材料層と、当該第２の配線材料層の拡散を防止する第２の拡散防止層とを有し、
前記第１の拡散防止層は、前記第２の拡散防止層よりも厚い
固体撮像装置に係るものである。

請求項３に記載の発明においては、第１の拡散防止層を第２の拡散防止層よりも厚い配線構造を採用することにより、第２の配線部よりも高い遮光性を第１の配線部に付与することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、
第１の画素部が設けられる遮光画素領域と、
第２の画素部が設けられる撮像画素領域と、
前記第１の画素部の遮光を兼ねて前記遮光画素領域に形成される第１の配線部と、
前記第１の配線部と同層で前記撮像画素領域に形成される第２の配線部とを備え、
前記第１の配線部は、第１の配線材料層と、当該第１の配線材料層の拡散を防止する第１の拡散防止層とを有し、
前記第２の配線部は、第２の配線材料層と、当該第２の配線材料層の拡散を防止する第２の拡散防止層とを有し、
前記第１の配線材料層は、前記第２の配線材料層よりも厚い
固体撮像装置に係るものである。

請求項４に記載の発明においては、第１の配線材料層を第２の配線材料層よりも厚い配線構造を採用することにより、第２の配線部よりも高い遮光性を第１の配線部に付与することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、
第１の画素部が設けられる遮光画素領域と、
第２の画素部が設けられる撮像画素領域と、
前記第１の画素部の遮光を兼ねて前記遮光画素領域に形成される第１の配線部と、
前記第１の配線部と同層で前記撮像画素領域に形成される第２の配線部とを備え、
前記第１の配線部は、第１の配線材料層と、当該第１の配線材料層の拡散を防止する第１の拡散防止層とを有し、
前記第２の配線部は、第２の配線材料層と、当該第２の配線材料層の拡散を防止する第２の拡散防止層とを有し、
前記第１の配線部における前記第１の拡散防止層の厚みの割合は、前記第２の配線部における前記第２の拡散防止層の厚みの割合よりも高い
固体撮像装置に係るものである。

請求項５に記載の発明においては、第１の配線部における第１の拡散防止層の厚みの割合を、第２の配線部における第２の拡散防止層の厚みの割合よりも高い配線構造を採用することにより、第２の配線部よりも高い遮光性を第１の配線部に付与することが可能となる。

請求項６に記載の発明は、
第１の画素部が設けられる遮光画素領域と、
第２の画素部が設けられる撮像画素領域と、
前記第１の画素部の遮光を兼ねて前記遮光画素領域に形成される第１の配線部と、
前記第１の配線部と同層で前記撮像画素領域に形成される第２の配線部とを備え、
前記第１の配線部は、前記第２の配線部よりも光の透過率が低い配線構造を有する
固体撮像装置に係るものである。

請求項６に記載の発明においては、第１の配線部を第２の配線部よりも光の透過率が低い配線構造とすることにより、第２の配線部よりも高い遮光性を第１の配線部に付与することが可能となる。

本発明によれば、第１の画素部の遮光を兼ねて遮光画素領域に形成される第１の配線部に対し、撮像画素領域に形成される第２の配線部よりも高い遮光性をもたせることができる。これにより、第１の配線部を利用して、第１の画素部への不要な光入射をより確実に防止することが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明の技術的範囲は以下に記述する実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

図１は本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。固体撮像装置１は、例えばシリコン基板からなる半導体基板２をベースに構成されている。半導体基板２の面内は、大きくは、画素アレイ領域３と周辺回路領域４に区分されている。さらに、画素アレイ領域３は、遮光画素領域５と撮像画素領域６に区分されている。

半導体基板２の上面には、第１導電型として、例えばｐ型の半導体ウェル領域７が形成されている。半導体ウェル領域７には、画素アレイ領域３で各々の画素部を分離する素子分離領域８が形成されている。素子分離領域８は、例えば選択酸化（いわゆるＬＯＣＯＳ）による絶縁分離領域、あるいはトレンチ分離領域等で形成することができる。本例では素子分離領域８をトレンチ分離領域で形成している。

画素アレイ領域３には、複数（多数）の画素部１１，１２が二次元的にアレイ状に並べて設けられている。また、遮光画素領域５には、第１の画素部として黒基準画素部１１が設けられ、撮像画素領域６には、第２の画素部として受光画素部１２が設けられている。黒基準画素部１１は、黒レベルの基準となる画素信号（黒基準信号）を生成するものである。黒基準画素部１１は、光学的黒画素（オプティカルブラック）とも呼ばれる。受光画素部１２は、外部から入射する光を受光して、当該受光量に応じた画素信号（撮像信号）を生成するものである。

黒基準画素部１１は、光電変換部となるフォトダイオード１５と、複数のＭＯＳトランジスタＴｒとを用いて構成されている。フォトダイオード１５は、ｐ型の半導体ウェル領域７に形成されたｎ型半導体領域による電荷蓄積領域１６とその表面のｐ型アキュミュレーション領域１７からなるＨＡＤ（Hole Accumulation Diode）構造で形成されている。ｐ型アキュミュレーション領域１７は、暗電流抑制のために形成されるものである。

複数のＭＯＳトランジスタＴｒは、一般的には、３つのトランジスタ又は４つのトランジスタで構成されるものである。３トランジスタ構造では、転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタで構成される。４トランジスタ構造では、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタで構成される。図１では、転送トランジスタＴｒ１だけを示している。転送トランジスタＴｒ１は、フローティング・ディフージョン（ＦＤ）となるｎ型半導体領域１８（ドレイン）と、フォトダイオード１５のｎ型電荷蓄積領域１６（ソース）と、図示しないゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極１９とによって構成されている。

受光画素部１２は、前述した黒基準画素部１１と同様の画素構造を有している。すなわち、受光画素部１２は、光電変換部となるフォトダイオード２１と、複数のＭＯＳトランジスタＴｒとを用いて構成されている。フォトダイオード２１は、ｐ型の半導体ウェル領域７に形成されたｎ型半導体領域による電荷蓄積領域２２とその表面のｐ型アキュミュレーション領域２３からなるＨＡＤ構造で形成されている。また、複数のＭＯＳトランジスタＴｒの一つとなる転送トランジスタＴｒ１は、ｎ型半導体領域２４（ドレイン）と、フォトダイオード２１のｎ型電荷蓄積領域２２（ソース）と、ゲート電極２５とによって構成されている。

周辺回路領域４は、平面視矩形状をなす画素アレイ領域３を取り囲む形態で、画素アレイ領域３の周辺に形成されるものである。周辺回路領域４には、例えば駆動用の回路、論理回路、信号処理用の回路等が形成される。

半導体基板２の半導体ウェル領域７上には、複数の配線層２６，２７，２８が積層状態で形成されている。図１では一例として３層構造を示している。配線層２６は、半導体基板２側から数えて、第１層目の配線層として形成され、配線層２７は、第２層目の配線層として形成され、配線層２８は、第３層目の配線層として形成されている。このため、配線層２６は最下層、配線層２８は最上層となっている。多層構造をなす配線層の層数は、層間絶縁膜の積層層によって決まる。

最上層となる配線層２８の上には、カラーフィルタ層２９が形成されている。カラーフィルタ層２９は、画素単位で赤、緑、青の各色成分の光を選択的に透過するものである。カラーフィルタ層２９の上には、光透過性を有する平坦化膜３０を介してオンチップレンズ３１が形成されている。オンチップレンズ３１は、外部から入射する光を効率良く受光画素部１２のフォトダイオード２１に照射するために設けられるものである。

上記複数の配線層２６，２７，２８のうち、第１層目の配線層２６は、層間絶縁膜３１と、複数の配線部３２を用いて構成されている。層間絶縁膜３１は、上記ゲート絶縁膜及びゲート電極１９，２５を覆う状態で、半導体ウェル領域７上に積層して形成されている。層間絶縁膜３１は、光透過性を有する絶縁膜であり、例えば酸化シリコン膜で形成される。

複数の配線部３２は、所定の配線パターンで層間絶縁膜３１中に形成されている。層間絶縁膜中とは、層間絶縁膜の膜厚の寸法範囲内という意味である。各々の配線部３２は、遮光画素領域５、撮像画素領域６及び周辺回路領域７で、それぞれ共通の配線構造をもって形成されている。具体的には、各々の配線部３２は、配線材料に銅を用いて形成されている。ただし、銅は絶縁膜中に拡散しやすい性質をもっている。このため、各々の配線部３２は、銅の配線材料層と、銅の拡散を防止する拡散防止層とによって形成されている。

２層目の配線層２７は、上記１層目の配線層２６と同様に、層間絶縁膜３３と、複数の配線部３４を用いて構成されている。層間絶縁膜３３は、複数の配線部３２を覆う状態で、層間絶縁膜３１上に積層して形成されている。層間絶縁膜３２は、上記層間絶縁膜３１と同様に、光透過性を有する絶縁膜であり、例えば酸化シリコン膜で形成される。

複数の配線部３４は、所定の配線パターンで層間絶縁膜３３中に形成されている。また、各々の配線部３４は、遮光画素領域５、撮像画素領域６及び周辺回路領域７で、それぞれ共通の配線構造をもって形成されている。具体的には、各々の配線部３４は、上記配線部３２と同様に、銅の配線材料層と、銅の拡散を防止する拡散防止層とによって形成されている。さらに、配線層２６と配線層２７との間では、コンタクト部（ビア等）３５により、配線部３２と配線部３４の電気的な接続がなされている。

３層目の配線層２８は、例えば、遮光を兼ねた電源配線層となるもので、層間絶縁膜３６と、複数の配線部３７，３８を用いて構成されている。層間絶縁膜３６は、複数の配線部３４を覆う状態で、層間絶縁膜３３上に積層して形成されている。層間絶縁膜３６は、上記層間絶縁膜３１と同様に、光透過性を有する絶縁膜であり、例えば酸化シリコン膜で形成される。

複数の配線部３７，３８は、互いに同層となるように、所定の配線パターンで層間絶縁膜３６中に形成されている。「同層」とは、多層構造をなす配線層の中で、同じ配線層に形成されることを意味する。配線部３７，３８は、同じ配線層２８に形成されていることから、「同層」に形成されたものとなる。複数の配線部３７，３８のうち、配線部３７は、遮光画素領域５に形成され、残りの複数の配線部３８は、撮像画素領域６と周辺回路領域４に形成されている。また、配線部３７は、遮光画素領域５において、フォトダイオード１５を含む黒基準画素部１１の直上、つまり黒基準画素部１１への光入射を遮る領域に形成されている。配線部３７は、遮光画素領域５の全域にわたってベタ状に広く形成してもよいし、遮光画素領域５に形成された黒基準画素部１１と１：１の対応関係で島状に形成してもよい。配線部３８は、撮像画素領域６と周辺回路領域４の双方に形成され、特に、撮像画素領域６においては、受光画素部１２のフォトダイオード２１の直上を避けた位置に形成されている。さらに、撮像画素領域６においては、受光画素部１２のフォトダイオード２１の直上を開口するように、各配線層２６，２７，２８の配線部３２，３４，３８が形成されている。

また、同じ配線層２８に含まれる配線部３７と配線部３８は、互いに異なる配線構造を有している。すなわち、配線部３７は、前述した配線材料層と拡散防止層に加えて、遮光材料層３９を有する配線構造となっているのに対して、配線部３８は、遮光材料層３９をもたない配線構造となっている。このため、配線部３７は、銅の配線材料層、拡散防止層及び遮光材料層の３層構造となっているのに対して、配線部３８は、それよりも層数の少ない、銅の配線材料層及び拡散防止層の２層構造となっている。つまり、配線部３７は、配線部３８よりも多層の構造になっている。ちなみに、配線部３７及び配線部３８の双方で、それぞれ拡散防止層を２層構造で形成した場合は、配線部３７が全体で４層構造となり、配線部３８が全体で３層構造となる。

遮光材料層３９は、配線部３７で配線材料層を覆っている拡散防止層の下、つまり配線部３７の底部に形成されている。遮光材料層３９は、配線部３７の配線材料となる銅よりも光の透過率が低い金属材料を用いて形成されている。遮光材料層３９は、固体撮像装置１の製造工程上、銅の配線材料層を覆う拡散防止層と同じ金属材料を用いて形成することが好ましい。すなわち、遮光材料層３９を拡散防止層と同じ材料で形成すれば、製造が容易になる。拡散防止層は、銅のバリアメタルとなる、例えばチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）又はそれらの窒化物（ＴｉＮ、ＴａＮ）を用いて形成される。遮光材料層３９を拡散防止層と異なる材料で形成する場合は、例えば、遮光材料層３９の形成材料としてチタンあるいはチタン窒化物を用い、拡散防止層の形成材料として、タンタルあるいは、タンタル窒化物とタンタルの積層を用いることが出来る。または、遮光材料層３９の形成材料としてタンタルあるいはタンタル窒化物を用い、拡散防止層の形成材料として、チタンあるいは、チタン窒化物とチタンの積層を用いることが出来る。その他、遮光材料層３９の形成材料としてタングステン(W)、ルテニウム(Ru)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)のいずれかを用い、拡散防止層の形成材料としてタンタルあるいはタンタル窒化物とタンタルの積層、または、チタンあるいは、チタン窒化物とチタンの積層を用いることができる。

なお、一つの配線部を構成している膜の積層数（層数）は、当該配線部を構成している材料の違いだけでなく、工程の違いによっても規定されるものである。このため、配線部３７において、拡散防止層と遮光材料層３９を同じ材料で形成したとしても、各々の層を別工程で形成した場合は、配線部３７が配線部３８よりも多層の構造となる。

続いて、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。なお、本発明に係る固体撮像装置は、遮光画素領域５に設けられる配線部３７と撮像画素領域６に設けられる配線部３８の配線構造の違いに特徴を有する。このため、本実施の形態においては、最上層の配線層２８に配線部３７，３８を形成する場合の製造方法について説明する。

＜第１の製造方法＞
まず、半導体基板２上に、複数の画素部１１，１２を二次元のアレイ状に配置してなる画素アレイ領域３と、各種の回路を含む周辺回路領域４を形成した後、半導体基板２上に周知の埋め込み配線方法によって配線層２６と配線層２７を順に形成する。埋め込み配線方法としては、周知のダマシン法を適用することができる。

具体的には、例えば、層間絶縁膜の配線溝の部分にタンタル系の拡散防止層と銅のシード層を順に形成した後、電解銅めっきによって配線溝の部分を銅で埋め込み、さらに不要な金属材料をＣＭＰ（化学的機械研磨）法により研磨して除去した後、銅配線の表面をキャップ層で覆う。これらを繰り返すことで、半導体基板２上に配線層２６，２７を形成する。ちなみに、キャップ層は、前述したチタン系、タンタル系のバリアメタルと同様に、銅の拡散を防止する目的で形成されるものである。キャップ層は、例えばシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ層）で形成される。

次に、図２（Ａ）に示すように、配線層２７の層間絶縁膜３３を覆う状態で層間絶縁膜３６を形成するとともに、当該層間絶縁膜３６を覆う状態で感光性のレジスト膜４１を形成する。さらに、レジスト膜４１を露光及び現像して開口部４２を形成し、この開口部４２を通して層間絶縁膜３６をエッチングすることにより、上記黒基準画素部１１の直上に所定の深さで配線溝４３を形成する。配線溝４３の深さについては後段で記述する。

次に、図２（Ｂ）に示すように、層間絶縁膜３６の上にレジスト膜４１を残したままの状態で、例えばタンタル又はチタンからなる金属膜４４をスパッタ法により成膜する。このとき、金属膜４４は、主としてレジスト膜４１の上面と配線溝４３の底面に成膜される。この成膜工程では、金属膜４４を４０ｎｍの膜厚で形成するものとする。その理由は、６５ｎｍ世代の銅配線の場合は、約−３０ｄＢよりも高い遮光性をもつ必要があり、そのために必要となる金属膜４４の膜厚は４０ｎｍとなるためである。

次に、図２（Ｃ）に示すように、レジスト膜４１と当該レジスト膜４１上の金属膜４４をテープ剥離法によって除去する。このとき、配線溝４３の底部には、金属膜４４の一部が遮光材料層３９として残る。

次に、図２（Ｄ）に示すように、上記配線溝４３の部分を含めて、層間絶縁膜３６の上にレジスト膜４５を形成し、さらに当該レジスト膜４５の上に酸化膜（例えば、酸化シリコン膜）４６及びレジスト膜４７を順に形成する。次に、レジスト膜４７を露光及び現像して開口部４８を形成し、この開口部４８を通して、酸化膜４６、レジスト膜４５及び層間絶縁膜３６にエッチングによって接続孔４９を形成する。接続孔４９のエッチングは、層間絶縁膜３６を貫通しないように途中で止める。このとき、酸化膜４６は、レジスト膜４５のエッチングマスク（ハードマスク）として機能する。

次に、図３（Ａ）に示すように、層間絶縁膜３６の上から酸化膜４６とレジスト膜４７を除去する。これにより、層間絶縁膜３６の上面に配線溝４３と接続孔４９が形成された状態となる。

次に、図３（Ｂ）に示すように、上記配線溝４３と接続孔４９の部分を埋め込む状態で、層間絶縁膜３６の上に再びレジスト膜５０を形成し、さらに当該レジスト膜５０の上に酸化膜（例えば、酸化シリコン膜）５１及びレジスト膜５２を順に形成する。次に、レジスト膜５２を露光及び現像して開口部５３を形成し、この開口部５３を通して、酸化膜５１にエッチングによって溝部５４を形成する。

次に、図３（Ｃ）に示すように、上述のように溝部５４を形成した酸化膜５１をハードマスクに用いて、レジスト膜５０をエッチングすることにより、酸化膜５１からレジスト膜５０を貫通して接続孔４９に通じる溝部５５を形成する。このとき、最上層のレジスト膜５２は、エッチングによって除去される。

次に、図４（Ａ）に示すように、上述した溝部５５を有するレジスト膜５０をマスクに用いて、層間絶縁膜３６をエッチングすることにより、接続孔４９がさらに深く掘り進められ、それと並行して接続孔４９に通じる配線溝５６が層間絶縁膜３６に形成される。このとき、接続孔４９のエッチングは、下層の配線層２７で配線部３４の銅配線を覆っているキャップ層の部分で停止する。次に、下層配線との電気的な接続をとるために、配線部３４の銅配線を覆っているキャップ層をエッチングにより除去する。

次に、図４（Ｂ）に示すように、上記レジスト膜５０をアッシングによって除去する。これにより、層間絶縁膜３６には、遮光材料層３９を形成済みの配線溝４３と、接続孔４９に通じる配線溝５６が形成された状態となる。このとき、遮光材料層３９表面までの配線溝４３の深さｄ１と、接続孔４９上端までの配線溝５６の深さｄ２が、同じ深さ（ｄ１＝ｄ２）となるように、上記図２（Ａ）の工程で配線溝４３を所定の深さに形成しておく。

次に、図４（Ｃ）に示すように、配線溝４３，５６及び接続孔４９の部分を含めて、層間絶縁膜３６上にバリアメタルとなる金属膜５７をスパッタ法によって成膜する。さらに、その金属膜５７を覆う状態で銅のシード層を形成した後、電解銅めっきにより、上記配線溝４３，５６及び接続孔４９の部分を銅のめっき層５８で埋め込む。

次に、図４（Ｄ）に示すように、層間絶縁膜３６の上面が露出するまでＣＭＰ法によって銅のめっき層５８と金属膜５７を研磨することにより、上記配線溝４３，５６以外の部分の余分な金属（銅、バリアメタル）を除去する。これにより、層間絶縁膜３６の中に、配線部３７，３８と接続部４９とが形成された状態となる。配線部３７は、銅の配線材料層３７ａと、バリアメタルの拡散防止層３７ｂと、遮光材料層３９とを有するものとなる。また、配線部３８は、銅の配線材料層３８ａと、バリアメタルの拡散防止層３８ｂとを有するものとなる。

なお、上記の製造フローにおいては、レジスト膜４１の開口部４２を通して層間絶縁膜３６に配線溝４３を形成した後、レジスト膜４１を残したままの状態で金属膜４４を成膜し、レジスト剥離によって配線溝４３の底部に遮光材料層３９を形成している。ただし、これ以外にも、例えば、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、レジスト膜４１を除去した状態で金属膜４４を成膜した後、ＣＭＰ法によって配線溝４３以外の金属膜４４を研磨・除去することにより、配線溝４３の底部に遮光材料層３９を形成してもよい。

＜第２の製造方法＞
まず、図６（Ａ）に示すように、配線層２７の層間絶縁膜３３を覆う状態で層間絶縁膜３６を形成するとともに、当該層間絶縁膜３６を覆う状態で感光性のレジスト膜６１を形成する。さらに、レジスト膜６１を露光及び現像して開口部６２を形成し、この開口部６２を通して層間絶縁膜３６をエッチングすることにより、上記黒基準画素部１１の直上に所定の深さで配線溝６３を形成する。これ以前の工程については、前述した通りである。

次に、図６（Ｂ）に示すように、上記レジスト膜６１を除去した後、層間絶縁膜３６の上に、例えばタンタル又はチタンからなる金属膜６４をスパッタ法により成膜する。このとき、金属膜６４は、主として層間絶縁膜３６の上面と配線溝６３の底面に成膜される。この成膜工程では、金属膜６４を４０ｎｍの膜厚で形成するものとする。その理由は、前述した通りである。

次に、図６（Ｃ）に示すように、層間絶縁膜３６の上に金属膜６４を覆う状態でレジスト膜６５を形成した後、当該レジスト膜６５に露光及び現像によって開口部６６を形成する。次に、レジスト膜６５の開口部６６を通して金属膜６４及び層間絶縁膜３６をエッチングすることにより、層間絶縁膜３６中に接続孔６７を形成する。

次に、図７（Ａ）に示すように、上記レジスト膜６５をアッシングによって除去した後、再び層間絶縁膜３６上に金属膜６４を覆う状態でレジスト膜６８を形成した後、当該レジスト膜６８に露光及び現像によって開口部６９を形成する。開口部６９の開口幅は、上記開口部６６の開口幅よりも大とする。次に、レジスト膜６８の開口部６９を通して金属膜６４をエッチングすることにより、金属膜６４に開口部７０を形成する。これにより、金属膜６４を用いて、金属のハードマスクが作製される。

次に、図７（Ｂ）に示すように、上記レジスト膜６８をアッシングによって除去する。これにより、層間絶縁膜３６の上面に、配線溝６３と接続孔６７とが形成された状態となる。

次に、図７（Ｃ）に示すように、ハードマスクなる金属膜６４の開口部７０を通して層間絶縁膜３６をエッチングすることにより、接続孔６７がさらに深く掘り進められ、それと並行して接続孔６７に通じる配線溝７１が層間絶縁膜３６に形成される。このとき、接続孔６７のエッチングは、下層の配線層２７で配線部３４の銅配線を覆っているキャップ層の部分で停止する。次に、下層配線との電気的な接続をとるために、配線部３４の銅配線を覆っているキャップ層をエッチングにより除去する。

次に、図８（Ａ）に示すように、配線溝６３，７１及び接続孔６７の部分を含めて、層間絶縁膜３６上にバリアメタルとなる金属膜７２をスパッタ法によって成膜する。さらに、その金属膜７２を覆う状態で銅のシード層を形成した後、電解銅めっきにより、上記配線溝６３，７１及び接続孔６７の部分を銅のめっき層７３で埋め込む。

次に、図８（Ｂ）に示すように、層間絶縁膜３６の上面が露出するまでＣＭＰ法によって銅のめっき層７３と金属膜７２を研磨することにより、上記配線溝６３，７１以外の部分の余分な金属（銅、バリアメタル）を除去する。これにより、層間絶縁膜３６の中に、配線部３７，３８と接続部７４とが形成された状態となる。配線部３７は、銅の配線材料層３７ａと、バリアメタルの拡散防止層３７ｂと、遮光材料層３９とを有するものとなる。また、配線部３８は、銅の配線材料層３８ａと、バリアメタルの拡散防止層３８ｂとを有するものとなる。

なお、上記図６（Ｃ）の状態を得るにあたっては、図６（Ａ）の状態から、図９（Ａ），（Ｂ）に示す工程を経るようにしてもよい。すなわち、図９（Ａ）に示すように、層間絶縁膜３６の上に金属膜６４を覆う状態でレジスト膜７５を形成し、さらにそのレジスト膜７５の上に酸化膜７６とレジスト膜７７を成膜した後、露光及び現像によってレジスト膜７７と酸化膜７６に開口部７８を形成する。次に、図９（Ｂ）に示すように、開口部７８を通して下層の埋め込みレジスト膜７５及び金属膜６４をエッチングして開口部７９を形成した後、当該開口部７９を通して層間絶縁膜３６をエッチングし、レジスト膜７７を除去することにより、図６（Ｃ）の状態を得る。

また、上記の製造フローでは、層間絶縁膜３６に接続孔６７を形成してから配線溝７１を形成するものとしたが、これと形成順序を逆にすることも可能である。具体的には、以下の製造方法によって実現すればよい。

まず、上記図６（Ｂ）の状態から、図１０（Ａ）に示すように、層間絶縁膜３６の上に金属膜６４を覆う状態でレジスト膜８５を形成した後、当該レジスト膜８５に露光及び現像によって開口部８６を形成する。次に、レジスト膜８５の開口部８６を通して金属膜６４をエッチングすることにより、当該金属膜６４に開口部８７を形成する。この開口部８７は上記開口部７０に相当する。

次に、図１０（Ｂ）に示すように、上記レジスト膜８５をアッシングによって除去する。これにより、層間絶縁膜３６に配線溝６３が形成されるとともに、金属膜６４に開口部８７が形成された状態となる。

次に、図１０（Ｃ）に示すように、層間絶縁膜３６上に再び金属膜６４を覆う状態でレジスト膜８８を形成した後、当該レジスト膜８８に露光及び現像によって開口部８９を形成する。開口部８９の開口幅は、上記開口部８７の開口幅よりも小とする。次に、レジスト膜８８の開口部８９を通して層間絶縁膜３６をエッチングすることにより、当該層間絶縁膜３６に接続孔９０を形成する。

次に、図１１（Ａ）に示すように、上記レジスト膜８８をアッシングによって除去する。これにより、層間絶縁膜３６の上面に、配線溝６３と接続孔９０が形成された状態となる。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、ハードマスクとなる金属膜６４の開口部８７を通して層間絶縁膜３６をエッチングすることにより、接続孔９０がさらに深く掘り進められ、それと並行して接続孔９０に通じる配線溝９１が層間絶縁膜３６に形成される。このとき、接続孔９０のエッチングは、下層の配線層２７で配線部３４の銅配線を覆っているキャップ層の部分で停止する。次に、下層配線との電気的な接続をとるために、配線部３４の銅配線を覆っているキャップ層をエッチングにより除去する。以降は、上記図８（Ａ），（Ｂ）と同様の工程となる。

図１２は本発明の第１の実施の形態に係る配線部の構造を説明する図である。図示した配線構造は、上記の製造方法によって得られるものである。図示のように、遮光画素領域５に形成される配線部３７は、前述した配線材料層３７ａと、拡散防止層３７ｂと、遮光材料層３９とを有している。これに対して、撮像画素領域６に形成される配線部３８は、前述した配線材料層３８ａと、拡散防止層３８ｂとを有している。双方の配線部３７，３８において、配線材料層３７ａ，３８ａ同士は、同じ成膜工程で形成されることから同じ膜厚（Ｔ１＝Ｔ２）で形成されており、拡散防止層３７ｂ，３８ｂ同士も、同じ成膜工程で形成されることから同じ膜厚（Ｔ３＝Ｔ４）で形成されている。遮光材料層３９の膜厚Ｔ５は、図例のように拡散防止層３７ａの膜厚Ｔ３よりも厚くてもよいし、同じでもよいし、薄くてもよい。配線部３７の遮光性を高めるうえでは、遮光材料層３９の膜厚Ｔ５を厚くする方が好ましい。

このように遮光画素領域５の配線部３７と撮像画素領域６の配線部３８で、異なる配線構造を採用することにより、遮光画素領域５の配線部３７に対して、撮像画素領域６の配線部３８よりも高い遮光性をもたせることができる。具体的には、遮光画素領域５の配線部３７に遮光材料層３９を形成し、撮像画素領域６の配線部３８に遮光材料層３９を形成しない配線構造とすることにより、遮光材料層３９の有無によって、配線部３７の光の透過率が配線部３８のそれよりも低くなる。このため、遮光材料層３９の付加によって遮光画素領域５の配線部３７に高い遮光性をもたせることができる。したがって、配線層２８に形成された配線部３７を利用して、遮光画素部１１への不要な光の入射をより確実に防止することができる。その結果、遮光画素部１１を用いて適正な黒基準信号を得ることが可能となる。また、最上層となる配線層２８の配線部３７，３９を銅配線で形成しているため、配線層２８の上層に形成されるカラーフィルタ層２９の下地面をＣＭＰ等で平坦に仕上げることができる。

なお、配線層３７，３８の配線溝の幅によっては、バリアメタルのスパッタ成膜時のカバレッジの違いにより、相対的に幅広の配線溝の方が、相対的に幅狭の配線溝よりも拡散防止層の膜厚が厚くなる。ただし、本実施の形態においては、カバレッジの違いによって生じる膜厚の違いは考慮せず、同じ成膜工程で形成される膜の厚さは、配線溝幅の大小によらず、原則的に同じ厚さになるものとする。

また、配線部３７の配線構造において、拡散防止層３７ｂと遮光材料層３９を同じ材料で形成した場合は、積層方向の境界面でそれらを区別するものとする。例えば、拡散防止層３７ｂと遮光材料層３９を、共にタンタルで形成した場合は、配線部３７の最下層のタンタル層を遮光材料層３９とし、その上のタンタル層を拡散防止層３７ｂとする。

図１３は本発明の第２の実施の形態に係る配線部の構造を説明する図である。図示のように、遮光画素領域５の配線部３７は、配線材料層３７ａと、拡散防止層３７ｂとを有し、撮像画素領域６の配線部３８も、配線材料層３８ａと、拡散防止層３８ｂとを有している。双方の配線部３７，３８において、配線材料層３７ａ，３８ａ同士は、同じ成膜工程で形成されることから同じ膜厚（Ｔ１１＝Ｔ１２）で形成されている。

これに対して、拡散防止層３７ｂ，３８ｂ同士は、異なる成膜工程で形成されることから異なる膜厚（Ｔ１３＞Ｔ１４）で形成されている。具体的な製造方法としては、例えば、配線部３７，３８のうち、一方の配線溝をマスクで遮蔽した状態で、他方の配線溝に拡散防止層を形成し、次いで、他方の配線溝をマスクで遮蔽した状態で、一方の配線溝に拡散防止層を形成する。その後、銅のシード層を形成してから、電解銅めっきにより各々の配線溝を銅で埋め込んだ後、ＣＭＰにより不要な金属材料を研磨・除去する。これにより、配線部３７の拡散防止層３７ｂの膜厚と配線部３８の拡散防止層３８ｂの膜厚を、個別に制御することができる。このため、配線部３７，３８の膜厚構造の違いとして、拡散防止層３７ｂを拡散防止層３８ｂよりも厚くし、これによって配線部３７の光の透過率を配線部３８のそれよりも低くした層構造を実現することができる。したがって、配線部３８に比較して配線部３７に高い遮光性をもたせることができる。このため、配線層２８に形成された配線部３７を利用して、遮光画素部１１への不要な光の入射をより確実に防止することができる。その結果、遮光画素部１１を用いて適正な黒基準信号を得ることが可能となる。また、最上層となる配線層２８の配線部３７，３９を銅配線で形成しているため、配線層２８の上層に形成されるカラーフィルタ層２９の下地面をＣＭＰ等で平坦に仕上げることができる。

図１４は本発明の第１の実施の形態に係る配線部の構造を説明する図である。図示のように、遮光画素領域５の配線部３７は、配線材料層３７ａと、拡散防止層３７ｂとを有し、撮像画素領域６の配線部３８も、配線材料層３８ａと、拡散防止層３８ｂとを有している。双方の配線部３７，３８において、拡散防止層３７ｂ，３８ｂ同士は、同じ成膜工程で形成されることから同じ膜厚（Ｔ２３＝Ｔ２４）で形成されている。

これに対して、配線材料層３７ａ，３８ａ同士は、異なる成膜工程で形成されることから異なる膜厚（Ｔ２１＞Ｔ２２）で形成されている。具体的な製造方法としては、例えば、配線部３７，３８のうち、配線部３７に対応する配線溝を、配線部３８に対応する配線溝よりも深く形成した後、周知のダマシン法により、配線部３７，３８を形成する。これにより、配線溝を深く形成した分だけ、配線部３７の配線材料層３７ａを配線部３８の配線材料層３８ａよりも厚く形成することができる。したがって、配線部３８に比較して配線部３７に高い遮光性をもたせることができる。このため、配線層２８に形成された配線部３７を利用して、遮光画素部１１への不要な光の入射をより確実に防止することができる。その結果、遮光画素部１１を用いて適正な黒基準信号を得ることが可能となる。また、最上層となる配線層２８の配線部３７，３９を銅配線で形成しているため、配線層２８の上層に形成されるカラーフィルタ層２９の下地面をＣＭＰ等で平坦に仕上げることができる。

図１５は本発明の第１の実施の形態に係る配線部の構造を説明する図である。図示のように、遮光画素領域５の配線部３７は、配線材料層３７ａと、拡散防止層３７ｂとを有し、撮像画素領域６の配線部３８も、配線材料層３８ａと、拡散防止層３８ｂとを有している。配線部３７においては、配線材料層３７ａが厚さＴ３１で形成され、拡散防止層３７ｂが厚さＴ３３で形成されている。一方、配線部３８においては、配線材料層３８ａが厚さＴ３２で形成され、拡散防止層３８ｂが厚さＴ３４で形成されている。また、配線部３７の厚さ（Ｔ３１＋Ｔ３３）と、配線部３８の厚さ（Ｔ３２＋Ｔ３４）は、同じ厚さになっている。

そして、配線部３７における拡散防止層３７ｂの厚みの割合は、配線部３８における拡散防止層３８ｂの厚みの割合よりも高くなっている。具体的には、配線部３７の配線材料層３７ａを配線部３８の配線材料層３８ａよりも薄く（Ｔ３１＜Ｔ３２の関係で）形成するとともに、配線部３７の拡散防止層３７ｂを配線部３８の拡散防止層３８ｂよりも厚く（Ｔ３３＞Ｔ３４の関係で）形成することにより、上記のような厚みの割合を実現している。

具体的な製造方法としては、例えば、配線部３７，３８の各配線溝を同じ深さで形成した後、一方の配線溝をマスクで遮蔽した状態で、他方の配線溝に拡散防止層を形成し、次いで、他方の配線溝をマスクで遮蔽した状態で、一方の配線溝に拡散防止層を形成する。その後、銅のシード層を形成してから、電解銅めっきにより各々の配線溝を銅で埋め込んだ後、ＣＭＰにより不要な金属材料を研磨・除去する。これにより、配線部３７の拡散防止層３７ｂの膜厚Ｔ３３と配線部３８の拡散防止層３８ｂの膜厚Ｔ３４を、個別に制御することができる。このため、配線部３７，３８の膜厚構造の違いとして、配線部３７における拡散防止層３７ｂの厚みの割合を、配線部３８における拡散防止層３８ｂの厚みの割合よりも高くし、これによって配線部３７の光の透過率を配線部３８のそれよりも低くした層構造を実現することができる。したがって、配線部３８に比較して配線部３７に高い遮光性をもたせることができる。このため、配線層２８に形成された配線部３７を利用して、遮光画素部１１への不要な光の入射をより確実に防止することができる。その結果、遮光画素部１１を用いて適正な黒基準信号を得ることが可能となる。また、最上層となる配線層２８の配線部３７，３９を銅配線で形成しているため、配線層２８の上層に形成されるカラーフィルタ層２９の下地面をＣＭＰ等で平坦に仕上げることができる。

なお、上記実施の形態においては、最上層の配線層２８に、遮光を兼ねた配線部３７を形成するものとしたが、これに限らず、最上層の配線層に代えて、例えば、最下層の配線層、又は最上層と最下層の間（中間）の配線層に、遮光を兼ねた配線部を形成してもよい。

また、上記実施の形態においては、遮光の対象となる第１の画素部として、黒基準画素部１１を例示したが、黒基準画素部１１の他にも、遮光画素領域５で遮光する必要のある画素部が存在する場合は、当該画素部の遮光を兼ねた配線部に、上記配線部３７と同様の配線構造（層構造）を採用することが可能である。

本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に固体撮像装置の第１の製造方法を説明する工程図（その１）である。 本発明の実施の形態に固体撮像装置の第１の製造方法を説明する工程図（その２）である。 本発明の実施の形態に固体撮像装置の第１の製造方法を説明する工程図（その３）である。 本発明の実施の形態に固体撮像装置の第１の製造方法の変形例を説明する工程図である。 本発明の実施の形態に固体撮像装置の第２の製造方法を説明する工程図（その１）である。 本発明の実施の形態に固体撮像装置の第２の製造方法を説明する工程図（その２）である。 本発明の実施の形態に固体撮像装置の第２の製造方法を説明する工程図（その３）である。 本発明の実施の形態に固体撮像装置の第２の製造方法の変形例を説明する工程図（その１）である。 本発明の実施の形態に固体撮像装置の第２の製造方法の変形例を説明する工程図（その２）である。 本発明の実施の形態に固体撮像装置の第２の製造方法の変形例を説明する工程図（その３）である。 本発明の第１の実施の形態に係る配線部の構造を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る配線部の構造を説明する図である。 本発明の第３の実施の形態に係る配線部の構造を説明する図である。 本発明の第４の実施の形態に係る配線部の構造を説明する図である。

符号の説明

１…固体撮像装置、５…遮光画素領域、６…撮像画素領域、１１…黒基準画素部、１２…受光画素部、２６，２７，２８…配線層、３１，３３，３６…層間絶縁膜、３２，３４，３７，３８…配線部、３７ａ，３８ａ…配線材料層、３７ｂ，３８ｂ…拡散防止層、３９…遮光材料層

Claims (8)

1. 第１の画素部が設けられる遮光画素領域と、
   第２の画素部が設けられる撮像画素領域と、
   前記第１の画素部の遮光を兼ねて前記遮光画素領域に形成される第１の配線部と、
   前記第１の配線部と同層で前記撮像画素領域に形成される第２の配線部とを備え、
   前記第１の配線部は、第１の配線材料層と、当該第１の配線材料層の拡散を防止する第１の拡散防止層と、当該第１の拡散防止層と積層構造をなす遮光材料層とを有し、
   前記第２の配線部は、第２の配線材料層と、当該第２の配線材料層の拡散を防止する第２の拡散防止層とを有する
   固体撮像装置。
2. 前記遮光材料層は、前記第１の拡散防止層と同じ材料で形成されている
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 第１の画素部が設けられる遮光画素領域と、
   第２の画素部が設けられる撮像画素領域と、
   前記第１の画素部の遮光を兼ねて前記遮光画素領域に形成される第１の配線部と、
   前記第１の配線部と同層で前記撮像画素領域に形成される第２の配線部とを備え、
   前記第１の配線部は、第１の配線材料層と、当該第１の配線材料層の拡散を防止する第１の拡散防止層とを有し、
   前記第２の配線部は、第２の配線材料層と、当該第２の配線材料層の拡散を防止する第２の拡散防止層とを有し、
   前記第１の拡散防止層は、前記第２の拡散防止層よりも厚い
   固体撮像装置。
4. 第１の画素部が設けられる遮光画素領域と、
   第２の画素部が設けられる撮像画素領域と、
   前記第１の画素部の遮光を兼ねて前記遮光画素領域に形成される第１の配線部と、
   前記第１の配線部と同層で前記撮像画素領域に形成される第２の配線部とを備え、
   前記第１の配線部は、第１の配線材料層と、当該第１の配線材料層の拡散を防止する第１の拡散防止層とを有し、
   前記第２の配線部は、第２の配線材料層と、当該第２の配線材料層の拡散を防止する第２の拡散防止層とを有し、
   前記第１の配線材料層は、前記第２の配線材料層よりも厚い
   固体撮像装置。
5. 第１の画素部が設けられる遮光画素領域と、
   第２の画素部が設けられる撮像画素領域と、
   前記第１の画素部の遮光を兼ねて前記遮光画素領域に形成される第１の配線部と、
   前記第１の配線部と同層で前記撮像画素領域に形成される第２の配線部とを備え、
   前記第１の配線部は、第１の配線材料層と、当該第１の配線材料層の拡散を防止する第１の拡散防止層とを有し、
   前記第２の配線部は、第２の配線材料層と、当該第２の配線材料層の拡散を防止する第２の拡散防止層とを有し、
   前記第１の配線部における前記第１の拡散防止層の厚みの割合は、前記第２の配線部における前記第２の拡散防止層の厚みの割合よりも高い
   固体撮像装置。
6. 第１の画素部が設けられる遮光画素領域と、
   第２の画素部が設けられる撮像画素領域と、
   前記第１の画素部の遮光を兼ねて前記遮光画素領域に形成される第１の配線部と、
   前記第１の配線部と同層で前記撮像画素領域に形成される第２の配線部とを備え、
   前記第１の配線部は、前記第２の配線部よりも光の透過率が低い配線構造を有する
   固体撮像装置。
7. 前記第１の画素部は、黒レベルの基準となる画素信号を生成する黒基準画素部である
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
8. 前記第１の配線材料層と前記第２の配線材料層は、それぞれ銅で形成されている
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。

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