JP2017188572A - 光電変換装置、光電変換装置の製造方法及び撮像システム - Google Patents

光電変換装置、光電変換装置の製造方法及び撮像システム Download PDF

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Abstract

【課題】導電層と拡散防止膜との間の膜剥がれの発生が低減された光電変換装置を提供する。【解決手段】光電変換部を有する半導体基板と、半導体基板の上方に形成された第１導電層と、第１導電層の上方に形成された第１拡散防止層と、入射光を光電変換部に集光する光導波路と、を備え、第１拡散防止層は、水素原子及び炭素原子を含み、水素原子の組成比が４６ａｔ％以上、５０ａｔ％以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、光電変換装置、光電変換装置の製造方法及び撮像システムに関する。
特許文献１には、光電変換素子上に光導波路が設けられた光電変換装置が開示されている。光導波路を構成する高屈折率層には、高密度プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で形成された窒化シリコン膜が用いられ得ることが例示されている。
特許文献２には、配線遅延の低減のために、低誘電率の層間絶縁膜と低抵抗の銅（Ｃｕ）配線を用いた配線構造が開示されている。この配線構造には、銅の酸化防止、拡散防止等のため、銅配線を覆う炭化シリコン等の拡散防止膜が用いられ得ることが開示されている。
特開２０１５−１２６０００号公報 特開２００４−１７２５９０号公報
特許文献１及び特許文献２には、導電層及び拡散防止層を形成した後に、光導波路を形成する構造については明示されていない。このような構成において、光電変換装置の製造における歩留まりを向上させるため、導電層と拡散防止膜との間の膜剥がれの発生を低減することが課題となり得る。
本発明は、導電層と拡散防止膜との間の膜剥がれの発生が低減された光電変換装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、光電変換部を有する半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成された第１導電層と、前記第１導電層の上方に形成された第１拡散防止層と、入射光を前記光電変換部に集光する光導波路と、を備え、前記第１拡散防止層は、水素原子及び炭素原子を含み、前記水素原子の組成比が４６ａｔ％以上、５０ａｔ％以下であることを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、光電変換部を有する半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成された第２導電層と、前記第２導電層の上方に形成された第２拡散防止層と、前記第２拡散防止層の上方に形成された第１導電層と、前記第１導電層の上方に形成された第１拡散防止層と、入射光を前記光電変換部に集光する光導波路と、を備え、前記第１拡散防止層及び前記第２拡散防止層は、水素原子及び炭素原子を含み、前記第１拡散防止層の水素原子の組成比は、前記第２拡散防止層の水素原子の組成比よりも大きいことを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法は、光電変換部を有する半導体基板を準備するステップと、前記半導体基板の上方に第１導電層を形成するステップと、前記第１導電層の上方に第１拡散防止層を形成するステップと、入射光を前記光電変換部に集光する光導波路を形成するステップと、を備え、前記第１拡散防止層は、水素原子及び炭素原子を含み、前記水素原子の組成比が４６ａｔ％以上、５０ａｔ％以下であることを特徴とする。
導電層と拡散防止膜との間の膜剥がれの発生が低減する。
第１の実施形態に係る光電変換装置の製造方法を示す断面模式図である。 第１の実施形態に係る光電変換装置の製造方法を示す断面模式図である。 第１の実施形態に係る光電変換装置の製造方法を示す断面模式図である。 第１の実施形態に係る光電変換装置の製造工程における膜剥がれについて説明する図である。 第１の実施形態に係る拡散防止層中の水素原子の組成比と欠陥数の関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る拡散防止層中の水素原子の組成比と膜応力の関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る拡散防止層中の水素原子の組成比と、Ｃ−Ｈ結合／Ｓｉ−Ｈ結合存在比の関係を示すグラフである。 第２の実施形態に係る撮像システムのブロック図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。本明細書において、半導体基板のデバイスが配される一主面を基準として、基板の深部方向を「下」方向、これと逆方向を「上」方向とする。また、本明細書において、「基板」とは、デバイスが配される半導体基板そのものだけでなく、デバイスを形成する処理途中の基板及び処理後の基板をも指し得るものとする。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置の構造及び製造方法を説明する。なお、本実施形態に係る光電変換装置の例としては、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置、カメラの焦点位置調整のための距離情報を取得する焦点検出装置などが挙げられる。
まず、図１（ａ）を参照して、光電変換装置を構成する光電変換部１０２等の素子が形成された半導体基板１０１を準備する工程を説明する。半導体基板１０１は、シリコン等のウエハを用いることができる。半導体基板１０１の一主面上には、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子等の種々の半導体素子を形成することができる。図１（ａ）には、半導体基板１０１の一主面上に形成されたＭＯＳトランジスタ及び光電変換部１０２を通過する断面が例示されている。なお、以下の説明において、一般的な半導体製造プロセスを用いて製造可能な工程については、構造の説明に留める等、説明を簡略化又は省略することもある。
図１（ａ）には、複数の光電変換部１０２が配された画素領域１０３及び光電変換部１０２からの信号を処理する回路が配された周辺領域１０４が示されている。光電変換部１０２は入射光に応じた電荷を生成する光電変換素子であり、半導体基板１０１内に形成されたフォトダイオード等により構成され得る。半導体基板１０１の素子間には、素子分離領域１０５が形成されている。半導体基板１０１の上には、不図示のゲート絶縁膜を介してゲート電極１１０が形成されている。画素領域１０３のゲート電極１１０上には層間絶縁膜１１１ａ、１１１ｂがこの順に形成される。層間絶縁膜１１１ａは、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ）、又はこれらの積層膜により構成され得る。層間絶縁膜１１１ｂは、窒化シリコンを含み得る。周辺領域１０４のゲート電極１１０の側面にはサイドスペーサ１１１ｄが形成される。周辺領域１０４のゲート電極１１０上には層間絶縁膜１１１ｅが形成される。サイドスペーサ１１１ｄは、窒化シリコン、酸化シリコン、又はこれらの積層膜により構成され得る。層間絶縁膜１１１ｅは、窒化シリコンにより構成され得る。
次に、図１（ｂ）を参照して、半導体基板１０１上に層間絶縁膜１１１ｃ、コンタクトプラグ１０９及びエッチングストップ層１１２を形成する工程を説明する。図１（ａ）に示す工程の完了後、酸化シリコン等を含み得る層間絶縁膜１１１ｃを形成する。その後、層間絶縁膜１１１ｃ等を貫通するコンタクトホールを形成した後、そのコンタクトホール内にコンタクトプラグ１０９を埋め込むように形成する。コンタクトプラグ１０９は、タングステン等を主材料とし、層間絶縁膜１１１ｃ等との境界部分にはチタン、窒化チタン等からなるバリアメタルを有する積層構造を有する。
その後、エッチングストップ層１１２が形成される。エッチングストップ層１１２は、後述の工程において、導電層１１５ａ及び光導波路形成膜１１６を形成する前のエッチングのためのエッチングストップ層として機能する。エッチングストップ層１１２は、水素原子（Ｈ）及び炭素原子（Ｃ）を含有する材料により構成される。例えば、エッチングストップ層１１２は、水素原子（Ｈ）を含有する、炭化シリコン（ＳｉＣＨ）、酸化炭化シリコン（ＳｉＯＣＨ）、炭化窒化シリコン（ＳｉＣＨＮ）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＨＮ）等の少なくとも１つを含み得る。エッチングストップ層１１２中の水素原子の組成比（エッチングストップ層１１２を構成する材料における全ての原子の中の水素原子の割合）を４６ａｔ％以下とすることにより、密度を高くすることが望ましい。これにより、層間絶縁膜１１３ａとのエッチング選択比が高い膜が得られ、エッチングストップの機能がより効果的なものとなる。この観点から、エッチングストップ層１１２の密度は、例えば２．０ｇ／ｃｍ３以上とすることが望ましい。しかしながら、エッチングストップ層１１２中の水素原子の組成比及び密度はこれらに限定されるものではない。例えば、エッチングストップ層１１２は、後述する拡散防止層１１４ｃと同等の膜であってもよい。なお、「ａｔ％」は原子パーセントを示す。
エッチングストップ層１１２は、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成され得る。形成時の温度は、例えば３００〜４５０℃とする。印加電力は、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚのＨＦ電力を８００〜１２００Ｗ、周波数１ＭＨｚ以下のＬＦ電力を５００〜１０００Ｗとする。原料ガスとしては、例えば、シリコン・水素含有ガス、炭素含有ガスが用いられ得る。ここで、シリコン・水素含有ガスとは、例えばシラン、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、トリメチルシラン、テトラメチルシラン等であり、炭素含有ガスとは例えば二酸化炭素等である。エッチングストップ層１１２中の水素原子の組成比を小さくするため、シリコン・水素含有ガスの全原料ガスに対する流量比率は、例えば２０％以下とする。
次に、図１（ｃ）を参照して、銅（Ｃｕ）を主な導体材料とする配線層を形成する工程を説明する。図１（ｂ）に示す工程の完了後、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｄ、拡散防止層１１４ａ〜１１４ｃ、導電層１１５ａ〜１１５ｃが形成される。導電層１１５ａ〜１１５ｃは、例えば、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｃにあらかじめ形成された溝に銅又はその合金を埋め込むことで形成される。この導電層１１５ａ〜１１５ｃの形成は、例えば、シングルダマシンプロセス、デュアルダマシンプロセス等により行われ得る。層間絶縁膜１１３ａには、導電層１１５ａが埋め込まれており、層間絶縁膜１１３ｂには、導電層１１５ｂが埋め込まれており、層間絶縁膜１１３ｃには、導電層１１５ｃが埋め込まれている。このとき、導電層１１５ａ〜１１５ｃは、バリアメタル層が銅配線の周囲に形成された構造であってもよい。バリアメタル層は、例えば、チタン、タンタル、窒化タンタル等から形成され得る。
層間絶縁膜１１３ａはエッチングストップ層１１２上に形成される。拡散防止層１１４ａは層間絶縁膜１１３ａ上に形成され、層間絶縁膜１１３ｂは、拡散防止層１１４ａ上に形成される。拡散防止層１１４ｂは層間絶縁膜１１３ｂ上に形成され、層間絶縁膜１１３ｃは、拡散防止層１１４ｂ上に形成される。拡散防止層１１４ｃは層間絶縁膜１１３ｃ上に形成され、層間絶縁膜１１３ｄは、拡散防止層１１４ｃ上に形成される。
拡散防止層１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃは、配線材料である銅原子の層間絶縁膜１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ中への拡散を防止又は低減する機能を有する。層間絶縁膜１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄは、例えば酸化シリコン、酸化炭化シリコン（ＳｉＯＣ）等から形成され得る。層間絶縁膜１１３ｄは、集光率を高めるため層間絶縁膜としての機能を確保できる範囲内で薄い方が望ましく、例えば、５００ｎｍ以下の膜厚とすることが望ましい。
導電層１１５ａ、１１５ｂ（第２導電層）上にそれぞれ形成される拡散防止層１１４ａ、１１４ｂ（第２拡散防止層）は、水素原子及び炭素原子を含有する材料により構成される。例えば、拡散防止層１１４ａ、１１４ｂは、水素原子を含有する、炭化シリコン（ＳｉＣＨ）、酸化炭化シリコン（ＳｉＯＣＨ）、炭化窒化シリコン（ＳｉＣＨＮ）等の少なくとも１つを含み得る。拡散防止層１１４ａ、１１４ｂ中の水素原子の組成比を４６ａｔ％以下とすることにより、密度を高くすることが望ましい。これにより、拡散防止層１１４ａ、１１４ｂによる銅表面の耐酸化性、銅の拡散を防止又は低減する機能が向上する。拡散防止層１１４ａ、１１４ｂの密度は、例えば２．０ｇ／ｃｍ３以上とする。しかしながら、拡散防止層１１４ａ、１１４ｂ中の水素原子の組成比及び密度はこれらに限定されるものではない。例えば、拡散防止層１１４ａ、１１４ｂは、後述する拡散防止層１１４ｃと同等の膜であってもよい。
拡散防止層１１４ａ、１１４ｂは、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成され得る。形成時の温度は、例えば３００〜４５０℃とする。印加電力は、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚのＨＦ電力を８００〜１２００Ｗ、１ＭＨｚ以下のＬＦ電力を５００〜１０００Ｗとする。原料ガスとしては、例えば、シリコン・水素含有ガス、炭素含有ガスが用いられ得る。ここで、シリコン・水素含有ガスとは、シラン、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、トリメチルシラン、テトラメチルシラン等であり、炭素含有ガスとは例えば二酸化炭素等である。拡散防止層１１４ａ〜１１４ｂ中の水素原子の組成比を小さくするため、シリコン・水素含有ガスの流量比率は、例えば２０％以下とする。
導電層１１５ｃ（第１導電層）上に形成される拡散防止層１１４ｃ（第１拡散防止層）も、水素原子及び炭素原子を含有する材料により構成される。拡散防止層１１４ｃは、水素原子を含有する、炭化シリコン（ＳｉＣＨ）、酸化炭化シリコン（ＳｉＯＣＨ）、炭化窒化シリコン（ＳｉＣＨＮ）等の少なくとも１つを含み得る。拡散防止層１１４ｃも拡散防止層１１４ａ、１１４ｂと同様に、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成され得る。形成時の条件は、シリコン・水素含有ガスの流量比率を除き、上述の拡散防止層１１４ａ、１１４ｂと同様である。詳細は後述するが、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比は、膜剥がれを低減するため、４６ａｔ％以上、５０ａｔ％以下であることが望ましい。また、上述のように拡散防止層１１４ａ、１１４ｂ中の水素原子の組成比は４６ａｔ％以下とすべきことに鑑みると、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比は、拡散防止層１１４ａ、１１４ｂ中の水素原子の組成比よりも大きいことが望ましい。同様の理由から、拡散防止層１１４ｃの密度は、拡散防止層１１４ａ、１１４ｂの密度よりも小さいことが望ましい。シリコン・水素含有ガスの流量比率は、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比を高くするため、シリコン・水素含有ガスの全原料ガスに対する流量比率は、例えば２０％〜４０％とする。
次に、図２（ａ）、図２（ｂ）、及び図２（ｃ）を参照して、光電変換部１０２の上方に光導波路１１８を形成する工程を説明する。まず、図２（ａ）に示されるように、エッチングストップ層１１２を停止層として、光電変換部１０２の直上の領域の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｄ及び拡散防止層１１４ａ〜１１４ｃを円錐台形状にエッチングすることにより、開口部１１９を形成する。このエッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング法が用いられ得る。
その後、図２（ｂ）に示されるように、例えばプラズマＣＶＤ法により光導波路形成膜１１６を成膜することにより、開口部１１９に光導波路形成膜１１６を埋め込む。これにより、光電変換部１０２の上方に光導波路１１８が形成される。光導波路１１８は、入射光を光電変換部１０２に導く機能を有する。光導波路形成膜１１６には、周囲の層間絶縁膜等よりも屈折率が大きい材料である窒化シリコン等が用いられ得る。次に、図２（ｃ）に示されるように、例えばＣＭＰ法を用いて光導波路形成膜１１６を研磨して、周辺領域１０４の導電層１１５ｃの上方の光導波路形成膜１１６を除去する。このようにして、光導波路１１８が完成する。なお、光導波路１１８の光の入射方向の長さは、導電層、層間絶縁膜等の厚さに応じて定まる。典型的には、導電層、層間絶縁膜の機能を確保するために、光導波路１１８の光の入射方向の長さは、１μｍ以上となる場合が多く、そのため、光導波路形成膜１１６の膜厚も１μｍ以上となることが多い。
次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、光導波路１１８の上方に層内レンズ１５６、カラーフィルタ１５４、及びマイクロレンズ１５５を形成する工程を説明する。まず、図３（ａ）に示されるように、光導波路形成膜１１６及び層間絶縁膜１１３ｄの上方に層間絶縁膜１１３ｅを形成する。層間絶縁膜１１３ｅは、例えば、プラズマＣＶＤ法により形成された酸化シリコンで構成され得る。次に、層間絶縁膜１１３ｄ、１１３ｅを貫通するようにプラグ１２０を形成し、その上に導電層１３０を形成する。プラグ１２０は導電層１３０と導電層１１５ｃとを電気的に接続する。プラグ１２０は、例えばタングステンを主材料として形成され得る。プラグ１２０は、バリアメタルとしてチタン、窒化チタン等を有していてもよい。導電層１３０は、例えばアルミニウムを主材料として形成され得る。
次に層間絶縁膜１１３ｅ上に層内レンズ１５６を形成する。層内レンズ１５６は光電変換部１０２に対応して光導波路１１８の上方に形成される。層内レンズ１５６は、絶縁層１５０、１５１、１５２を含んで構成され、この順で形成される。絶縁層１５０は、例えば酸化窒化シリコンであり、層間絶縁膜１１３ｅ上にプラズマＣＶＤ法等によって形成され得る。絶縁層１５１は、例えば窒化シリコンであり、絶縁層１５０上にプラズマＣＶＤ法等によって形成され得る。絶縁層１５１の形成後に絶縁層１５１上にレンズ形状のフォトレジストを形成し、それをマスクとしてエッチングすることにより、絶縁層１５１の一部をレンズ形状とすることができる。絶縁層１５２は、例えば酸化窒化シリコンであり、絶縁層１５１上にプラズマＣＶＤ法等によって形成され得る。絶縁層１５０、１５２は絶縁層１５１の反射防止膜として機能する。層内レンズ１５６を設けることにより、より多くの入射光を光電変換部１０２に入射させることができる。
次に、シリコンと酸化シリコン膜の界面における界面準位を低減するため、水素ガスを含んだ雰囲気中で、熱処理を行う。これにより、シリコンのダングリングボンドを水素で終端させることができる。熱処理の温度は、例えば４００℃程度である。
次に、図３（ｂ）に示されるように、平坦化層１５３、カラーフィルタ１５４、マイクロレンズ１５５をこの順に形成する。平坦化層１５３は、例えば樹脂で構成され得る。平坦化層１５３により、層内レンズ１５６による凹凸を吸収して平坦な表面を得ることができる。カラーフィルタ１５４は、対応する光電変換部１０２に応じて異なる複数の色を有する材料により構成される。これにより、光電変換装置はカラーでの撮像に対応可能となる。しかしながら、光電変換装置が、白黒用、３板式カメラ用等である場合にはカラーフィルタ１５４は省略可能である。マイクロレンズ１５５は、例えば樹脂で構成され得る。マイクロレンズ１５５は、光電変換部１０２の各々に対応して設けられたレンズであり、これにより、より多くの入射光を光電変換部１０２に入射させることができる。
次に、本実施形態の構成による効果を説明する。まず、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、本実施形態の構成により低減し得る膜剥がれについて説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る光電変換装置の製造工程における膜剥がれについて説明する図である。
まず、図４（ａ）を参照して、膜剥がれの第１の態様を説明する。本態様は、図２（ｂ）を参照して説明した光導波路形成膜１１６の成膜後に生じ得る膜剥がれである。光導波路形成膜１１６は、例えば１００ＭＰａ以上、６００ＭＰａ以下の範囲の高い圧縮応力を有する場合がある。また、開口部１１９に光導波路形成膜１１６を完全に埋め込んで光導波路を形成するためには、１μｍ以上、典型的には２μｍ程度の膜厚の光導波路形成膜１１６を成膜する必要がある。光導波路形成膜１１６が厚く形成されるため、光導波路形成膜１１６の下方にある層は強い応力を受ける。光導波路形成膜１１６は基板全面に形成されるので、周辺領域１０４の拡散防止層１１４ｃの上方にも、同程度の膜厚の光導波路形成膜１１６が形成される。拡散防止層１１４ｃの位置は、拡散防止層１１４ａ、１１４ｂの位置と比較して、光導波路形成膜１１６に近いため、光導波路形成膜１１６の応力の影響を強く受ける。
そのため、図４（ａ）に示されるように、光導波路形成膜１１６を成膜した直後に導電層１１５ｃと拡散防止層１１４ｃの界面の膜剥がれ発生箇所３００で膜剥がれが生じることがある。光導波路形成膜１１６の成膜直後に膜剥がれが起こらなかったとしても、導電層１１５ｃと拡散防止層１１４ｃの界面は、後続する工程で膜剥がれの起点となりやすい。
次に、図４（ｂ）を参照して、膜剥がれの第２の態様を説明する。本態様は、図３（ａ）を参照して説明した、シリコンと酸化シリコン膜の界面における界面準位を低減するための熱処理時に生じ得る膜剥がれである。このような熱処理により、半導体基板１０１には熱応力が生じる。この場合も、導電層１１５ｃと拡散防止層１１４ｃの界面を起点として膜剥がれが生じることがある。
上述のようにして膜剥がれが発生すると、剥がれた膜によるパーティクルが発生し得る。このパーティクルが基板に付着すると、製品の歩留まりが低下する原因となり得る。また、膜剥がれにより導電層１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃを構成する銅が露出し、製造装置が銅で汚染されると、その製造装置を用いて製造される他の製品に品質低下等の影響が発生する場合もある。
本実施形態に係る光電変換装置は、上述した導電層１１５ｃと拡散防止層１１４ｃの界面における膜剥がれの発生が抑制又は低減される。これにより、光電変換装置の製造における歩留まりが向上し得る。以下、膜剥がれの抑制又は低減について実験データを参照しつつ詳述する。なお、以下の実験データにおいて、拡散防止層１１４ｃの材料は、炭化シリコン（ＳｉＣＨ）である。
図５は、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比と、導電層１１５ｃと拡散防止層１１４ｃの界面における膜剥がれによる欠陥数の関係を示すグラフである。横軸は水素原子の組成比（ａｔ％）を示し、縦軸は膜剥がれによる欠陥数（個／チップ）を示す。組成比はラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ：Rutherford Backscattering Spectrometry）、あるいは弾性反跳検出分析（ＥＲＤＡ：Elastic Recoil Detection Analysis）で測定した。図５より、水素原子の組成比が約３７％及び約４２％の場合は相当数の膜剥がれが生じているのに対し、水素原子の組成比が約４６％及び約４７％の場合は膜剥がれの発生数がゼロとなっている。すなわち、水素原子の組成比を約４６％以上とすることにより、膜剥がれが抑制されることがわかる。一方、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比は５０ａｔ％以下とすることが望ましい。後述するように、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比を５０ａｔ％以下とすることで、拡散防止層１１４ｃの膜応力は圧縮応力となる。これにより、拡散防止層１１４ｃの膜剥がれが抑制され得る。
図６は、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比と拡散防止層１１４ｃの膜応力の関係を示すグラフである。横軸は水素原子の組成比（ａｔ％）を示し、縦軸は膜応力（ＭＰａ）を示す。なお、グラフ中では、膜応力の符号は引張応力を正、圧縮応力を負として示している。なお、膜応力はシリコンウエハに炭化シリコン膜を形成する前後のシリコンウエハの反りの差を測定することにより算出した。反りの測定は、シリコンウエハを光学測定系のステージ上に載置して、シリコンウエハ表面において焦点が合うＺ方向の位置（シリコンウェハの厚さ方向の位置）をシリコンウエハ面内の複数の測定点で測定することにより行うことができる。シリコンウエハ面内の複数の測定点は、例えば、シリコンウエハを面内方向に縦断又は横断する一直線上の複数の測定点とすることができる。
拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比が高くなるほど、拡散防止層１１４ｃの膜応力が正方向に変化する。すなわち、拡散防止層１１４ｃの圧縮応力が小さくなる。これは、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比が高くなるほど、拡散防止層１１４ｃの密度が小さくなるためと推測される。図６のデータより、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比を約４６ａｔ％以上としたデータ点の全てについて、拡散防止層１１４ｃの圧縮応力は約８０ＭＰａ以下となっている。一方、拡散防止層１１４ｃの膜応力は引張応力とならないようにすること、すなわち、０ＭＰａ以上の圧縮応力とすることが望ましい。膜応力が引張応力の範囲になると膜剥がれが発生することがあるため、膜応力は圧縮応力の範囲内とすることが望ましいためである。したがって、拡散防止層１１４ｃは、０ＭＰａ以上、８０ＭＰａ以下の圧縮応力とすることが望ましい。図６の直線は、各データ点の最小二乗法による近似直線である。横軸の水素原子の組成比をｘ、縦軸の膜応力をｙとすると、図６の直線はｙ＝２０．９３５ｘ−１０４７．２と表される。この式より、膜応力が０となるときの水素原子の組成比は５０．０２１５％であり、約５０％となる。したがって、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比を５０ａｔ％以下とすることで、拡散防止層１１４ｃの膜応力は圧縮応力となり、膜剥がれが抑制され得る。
図７は、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比と、拡散防止層１１４ｃを構成する材料におけるＳｉ−Ｈ結合に対するＣ−Ｈ結合の存在比（Ｃ−Ｈ／Ｓｉ−Ｈ）との関係を示すグラフである。横軸は水素原子の組成比（ａｔ％）を示し、縦軸はＣ−Ｈ／Ｓｉ−Ｈを示す。Ｃ−Ｈ／Ｓｉ−Ｈは、ＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）法により測定された吸収スペクトルに基づき算出されたものである。吸収スペクトルにおいて、波数２２００〜２３００ｃｍ−１付近のピークがＳｉ−Ｈ結合の伸縮振動に対応し、波数３０００ｃｍ−１付近のピークがＣ−Ｈ結合の伸縮振動に対応する。これらのピークの面積の比を算出することにより、Ｓｉ−Ｈ結合に対するＣ−Ｈ結合の存在比が得られる。図７より、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比が高くなるほど、Ｃ−Ｈ結合の比率が高くなる。図７のデータより、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比を約４６ａｔ％以上としたデータ点の全てについて、Ｃ−Ｈ／Ｓｉ−Ｈは１．３６以上となっている。図７の直線は、各データ点の最小二乗法による近似直線である。横軸の水素原子の組成比をｘ、縦軸のＣ−Ｈ／Ｓｉ−Ｈをｙとすると、図７の直線はｙ＝０．００３１ｘ＋１．２１６５と表される。この式より、膜応力が０となるとき、すなわち水素組成比が５０％となるときのＣ−Ｈ／Ｓｉ−Ｈは１．３７１５であり、約１．３７となる。したがって、Ｃ−Ｈ／Ｓｉ−Ｈを１．３７以下とすることで、拡散防止層１１４ｃの膜応力は圧縮応力となり、膜剥がれが抑制され得る。このような理由により、Ｃ−Ｈ／Ｓｉ−Ｈが、１．３６以上、１．３７以下となるように拡散防止層１１４ｃを形成することが望ましい。
以上の図５から図７によれば、拡散防止層１１４ｃ中の水素原子の組成比が増加すると、拡散防止層１１４ｃにおけるＣ−Ｈ結合の増加及び圧縮応力の低下が起こる。これにより、導電層１１５ｃと拡散防止層１１４ｃとの間の密着性の向上、あるいは接合部が受ける応力の低下により、膜剥がれの発生が低減されたものと推測される。光電変換装置は、光導波路１１８を有すること等により導電層１１５ｃと拡散防止層１１４ｃとの間の膜剥がれが生じやすい構造を有している。本実施形態によればこのような構造を有する光電変換装置においても膜剥がれを低減することができる。これにより、光電変換装置の製造時における歩留まりを向上させることができる。よって、より安価に光電変換装置を提供することができる。また、膜剥がれにより製造装置が汚染され、他の装置の品質に影響を与えるという問題の発生も低減し得る。
（第２の実施形態）
本発明の第２実施形態による撮像システムについて、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態の撮像システム１０００は、図１乃至図７に示す第１の実施形態による光電変換装置の一例である固体撮像装置１００１を有する。
本実施形態による撮像システム１０００は、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星等に適用可能である。
撮像システム１０００は、図８に示すように、固体撮像装置１００１、レンズ１００２、絞り１００４、バリア１００６、信号処理部１００８、タイミング発生部１０１０、全体制御・演算部１０１２を有している。撮像システム１０００は、また、メモリ部１０１４、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１０１６、外部Ｉ／Ｆ部１０１８を有している。
レンズ１００２は、被写体の光学像を固体撮像装置１００１の画素領域に結像するためのものである。絞り１００４は、レンズ１００２を通った光量を可変するためのものである。バリア１００６は、レンズ１００２の保護のためのものである。固体撮像装置１００１は、第１の実施形態で説明した光電変換装置であって、レンズ１００２により結像された光学像に基づく信号を信号処理部１００８に出力するものである。
信号処理部１００８は、固体撮像装置１００１より出力される信号に対して、所望の処理、補正、データ圧縮等を行うものである。信号処理部１００８には、固体撮像装置１００１から出力される信号をアナログデジタル変換するためのアナログデジタル変換器及びアナログデジタル変換器から出力されるデジタル信号を処理するデジタルシグナルプロセッサが含まれる。信号処理部１００８は、固体撮像装置１００１と同じ基板に搭載されていてもよいし、別の基板に搭載されていてもよい。また、信号処理部１００８の一部の機能が固体撮像装置１００１と同じ基板に搭載され、信号処理部１００８の他の一部の機能が別の基板に搭載されていてもよい。
タイミング発生部１０１０は、固体撮像装置１００１及び信号処理部１００８に、各種タイミング信号を出力するためのものである。全体制御・演算部１０１２は、撮像システム１０００の全体の駆動や演算処理を司る制御部である。ここで、タイミング信号などは撮像システム１０００の外部から入力されてもよく、撮像システム１０００は、少なくとも固体撮像装置１００１と、固体撮像装置１００１から出力された信号を処理する信号処理部１００８とを有していればよい。
メモリ部１０１４は、画像データを一時的に記憶するためのフレームメモリ部である。記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１０１６は、記録媒体１０２０への記録、あるいは記録媒体１０２０からの読み出しを行うためのインターフェース部である。外部Ｉ／Ｆ部１０１８は、外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部である。記録媒体１０２０は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、あるいは撮像システム１０００に内蔵された記録媒体である。
このようにして、第１実施形態による光電変換装置の一例である固体撮像装置１００１を適用して撮像システム１０００を構成することができる。第１の実施形態による光電変換装置は製造時の歩留まりを向上する効果を有しているので、より安価な撮像システムを実現することができる。
（その他の実施形態）
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
例えば、本実施形態では３層の導電層を有する多層配線構造を示しているが、これに限定されるものではない。導電層の層数は任意に選択できる。
また、第２実施形態に示した撮像システムは、本発明の撮像装置を適用しうる撮像システムの一例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な撮像システムは図８に示した構成に限定されるものではない。例えば、第１実施形態の光電変換装置を焦点検出装置として用いて撮像システムを構成してもよい。
１０１ 半導体基板
１０２ 光電変換部
１１４ａ、１１４ｂ （第２）拡散防止層
１１４ｃ （第１）拡散防止層
１１５ａ、１１５ｂ （第２）導電層
１１５ｃ （第１）導電層
１１６ 光導波路形成膜

Claims (18)

  1. 光電変換部を有する半導体基板と、
    前記半導体基板の上方に形成された第１導電層と、
    前記第１導電層の上方に形成された第１拡散防止層と、
    入射光を前記光電変換部に集光する光導波路と、
    を備え、
    前記第１拡散防止層は、水素原子及び炭素原子を含み、前記水素原子の組成比が４６ａｔ％以上、５０ａｔ％以下であることを特徴とする光電変換装置。
  2. 前記第１拡散防止層は、水素原子を含有する炭化シリコン、水素原子を含有する酸化炭化シリコン、及び水素原子を含有する炭化窒化シリコンからなる群より選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 前記第１拡散防止層のＣ−Ｈ結合とＳｉ−Ｈ結合の存在比は、１．３６以上、１．３７以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
  4. 前記第１拡散防止層は、０ＭＰａ以上、８０ＭＰａ以下の圧縮応力を有する膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  5. 前記光導波路を構成する膜は、窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  6. 前記光導波路は、光の入射方向に１μｍ以上の長さを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  7. 前記光導波路を構成する膜は、１００ＭＰａ以上、６００ＭＰａ以下の圧縮応力を有する膜であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  8. 前記第１拡散防止層の上方に形成された層間絶縁膜を更に備え、
    前記層間絶縁膜の膜厚は５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  9. 前記第１導電層は銅を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  10. 前記半導体基板の上方、かつ前記第１導電層の下方に形成された第２導電層と、
    前記第２導電層の上方、かつ前記第１導電層の下方に形成され、水素原子及び炭素原子を含む第２拡散防止層を更に備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  11. 前記第２拡散防止層は、水素原子を含有する炭化シリコン、水素原子を含有する酸化炭化シリコン、及び水素原子を含有する炭化窒化シリコンからなる群より選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。
  12. 前記第１拡散防止層の水素原子の組成比は、前記第２拡散防止層の水素原子の組成比よりも大きいことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光電変換装置。
  13. 前記第１拡散防止層の密度は、前記第２拡散防止層の密度よりも小さいことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  14. 前記第２導電層は銅を含むことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  15. 光電変換部を有する半導体基板と、
    前記半導体基板の上方に形成された第２導電層と、
    前記第２導電層の上方に形成された第２拡散防止層と、
    前記第２拡散防止層の上方に形成された第１導電層と、
    前記第１導電層の上方に形成された第１拡散防止層と、
    入射光を前記光電変換部に集光する光導波路と、
    を備え、
    前記第１拡散防止層及び前記第２拡散防止層は、水素原子及び炭素原子を含み、
    前記第１拡散防止層の水素原子の組成比は、前記第２拡散防止層の水素原子の組成比よりも大きいことを特徴とする光電変換装置。
  16. 光電変換部を有する半導体基板を準備するステップと、
    前記半導体基板の上方に第１導電層を形成するステップと、
    前記第１導電層の上方に第１拡散防止層を形成するステップと、
    入射光を前記光電変換部に集光する光導波路を形成するステップと、
    を備え、
    前記第１拡散防止層は、水素原子及び炭素原子を含み、前記水素原子の組成比が４６ａｔ％以上、５０ａｔ％以下であることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  17. 前記光導波路を形成するステップは、前記光導波路を構成する膜を１μｍ以上の膜厚で成膜するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の光電変換装置の製造方法。
  18. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
    を備えることを特徴とする撮像システム。
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