JP4352717B2 - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転送電極上にシャント配線層を形成して成る固体撮像素子及びその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子の転送電極には、一般に多結晶シリコンが用いられている。
このとき、転送電極の多結晶シリコンの抵抗が高いため、伝播遅延が起こり、撮像素子の高速駆動が困難であった。
また、このとき撮像素子を大きくしようとすると、端の画素からの転送に長い時間がかかるため、撮像素子の大面積化が困難であった。
【０００３】
上述した問題に対して、転送電極上に絶縁膜を介して抵抗の低い金属から成る配線層いわゆるシャント配線層を形成し、このシャント配線層をコンタクト部を介して転送電極に接続した構成が提案されている。
このような構成を採ることにより、低抵抗のシャント配線層を通じて伝播がなされるため、駆動の高速化が図られる。
【０００４】
シャント配線層を形成した固体撮像素子の一例として、ＣＣＤ固体撮像素子の受光部付近の断面図を図９に示す。
このＣＣＤ固体撮像素子５０は、半導体基板５１の表面に、図示しないがフォトダイオード等から成る受光部、電荷が転送される垂直電荷転送部、受光部と垂直電荷転送部の間で信号電荷の読み出しを行う読み出し部、隣接する画素との分離をするチャネルストップ領域がそれぞれ形成され、受光部以外の領域上に絶縁膜５４を介して転送電極５３が形成される。図９は、転送電極５３が絶縁膜５４を介して２層重なっている箇所の断面を示している。
【０００５】
そして、転送電極５３上には絶縁膜５４を介して例えばアルミニウムや高融点金属等の金属により形成されたシャント配線層５６が配置される。
また、シャント配線層５６と転送電極５３との間には緩衝層（緩衝配線）５５が設けられ、この緩衝層５５は図示しない部分に設けられたコンタクト部によって転送電極５３及びシャント配線層５６にそれぞれ接続される。
【０００６】
シャント配線層５６の上には絶縁膜５４を介して全体を覆う遮光層５７が形成される。この遮光層５７は、受光部上に開口５２が形成され、開口５２以外の撮像領域を覆って形成される。
さらに、遮光層５７の上には表面が平坦化された絶縁層５８を介してオンチップレンズ５９が形成され、入射した光をこのオンチップレンズで集光して開口５２に向かうようにしている。
【０００７】
このＣＣＤ固体撮像素子５０においては、シャント配線層５６を転送電極５３に接続することにより、転送電極５３の低抵抗化を図り、伝播速度を向上することができる。
【０００８】
ここで、シャント配線層５６にＡｌを用いると、遮光層５７上の絶縁膜を形成した後に高温で熱処理する際に、比較的融点の低いＡｌが溶融してしまうため、高温の熱処理ができなくなる。
これにより、熱処理温度を低温にする必要があり、その場合には遮光層５７等のパターニングの際にシリコン基板５１が受けたダメージによる欠陥を充分に回復させることができなくなり、その結果として暗電流が多く発生するようになる。
さらに、シャント配線層５６上の絶縁膜を、低温で成膜可能な絶縁膜とする必要があり、このような絶縁膜において、カバレージや耐圧を充分確保するためには、絶縁膜を厚く形成する必要がある。そのため、シリコン基板５１表面から遮光層５７の上端までの膜厚が厚くなって、光の利用効率が低下し、感度が悪化する等の問題点がある。
【０００９】
従って、シャント配線層５６の材料には、高融点金属が用いられることが求められる。
そして、高融点金属として、例えばタングステンがシャント配線層５６に用いられている（例えば特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１３５８１１号公報（段落番号［０００３］〜［０００７］）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シャント配線層５６にタングステンを用いると、遮光層５７上の絶縁膜形成後の熱処理によって、緩衝層５５を設けないでシャント配線層５６と転送電極５３とを直接接続した構成ではシャント配線層５６と転送電極（蓄積電極）５３とのコンタクト抵抗が、図９の構成ではシャント配線層５６と緩衝層５５とのコンタクト抵抗が、それぞれ上昇する問題が発生する。
【００１２】
このコンタクト抵抗の上昇は、熱処理によって緩衝層や転送電極の多結晶シリコンとタングステンとが反応してコンタクト部にタングステンシリサイド層が生成し、このシリサイド層が生成する際に体積が膨張してシャント配線層５６が持ち上がって、緩衝層や転送電極とのコンタクト部分に隙間が生じてしまうことが主な原因となっている。
【００１３】
従って、タングステンから成るシャント配線層の下層に、バリアメタル層を形成する必要がある。
タングステン膜の場合は、主にタングステン膜と下地膜との密着性を確保することを目的としてバリアメタル層が設けられるため、バリアメタル層は密着層と呼ばれることもある。
【００１４】
このバリアメタル層の材料として、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）、或いは窒化タングステン（ＷＮ）等が知られている。
これらの材料を用いたバリアメタル層は、スパッタリング或いは反応性スパッタリングによって形成されている。
【００１５】
そして、例えば窒化チタンをバリアメタル層に用いた場合には、次のようにしてシャント配線層が形成される。
まず、オーミックコンタクトを形成するために、下地の例えば多結晶シリコン膜上に、金属層としてＴｉ膜を成膜する。
次に、バリアメタル層として、例えば窒化チタン膜を形成する。
続いて、バリアメタル層の上に、高融点金属であるタングステン膜を成膜する。
【００１６】
なお、Ｔｉ膜を成膜しないで、下地上に直接窒化チタン膜を成膜すると、接続孔に露出した下地の多結晶シリコンが窒化チタン膜を形成するスパッタ雰囲気で窒化され、オーミックコンタクトを得ることができない。
【００１７】
しかしながら、このように窒化チタンをバリアメタル層に用いた場合、カバレージの悪いコンタクトホール側壁部では、バリアメタル層の下のＴｉ膜と層間絶縁膜（ＳｉＯ₂）との界面で、不可避的にチタン酸化物ＴｉＯ₂が形成されている。
このため、タングステン膜の成膜原料ガスとして使用されるＷＦ₆が界面に侵入することにより、蒸気圧の高いＴｉＯＦ_xが形成され、界面のチタン酸化物が失われる。その結果、タングステン膜を成膜した後で、バリアメタル層とタングステン膜が剥がれてしまうと考えられる。
【００１９】
上述した問題の解決のために、本発明においては、高速駆動が可能で、暗電流を抑制することができると共に、感度を高くすることができる固体撮像素子及びその製造方法を提供するものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、電荷転送部の転送電極に対して高融点金属層から成るシャント配線層を有する固体撮像素子を製造する際に、転送電極又は転送電極に接続された緩衝層に接続して、減圧ＣＶＤ（化学的気相成長）法により窒化珪素膜を成膜する工程と、窒化珪素膜上に高融点金属層を成膜して、シャント配線層を形成する工程とを有し、窒化珪素膜を成膜する工程の前に、前処理としてＮＨ_３ガスによるアニール処理を行い、窒化珪素膜を成膜する工程は、成膜温度を７００℃以下とし、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスのＮＨ _３ ガスに対する混合比を１／１０よりも大きい混合比として行い、窒化珪素膜を６ｎｍ以下の膜厚で成膜するものである。
【００２３】
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、転送電極又は転送電極に接続された緩衝層に接続して、減圧ＣＶＤ法により窒化珪素膜を成膜する工程と、窒素珪素膜上に高融点金属層を成膜してシャント配線層を形成する工程とを有することにより、減圧ＣＶＤ法により比較的低温で窒化珪素膜を成膜することができ、この成膜温度の低温化により成膜時に供給されるエネルギー、即ち反応ガスの分解に使用されるエネルギーが低減されるため、膜の成長速度が小さくなり、薄膜において膜厚制御を容易に行うことが可能になる。これにより、成膜性が良好でかつ薄膜で抵抗の小さい窒化珪素膜を成膜することができ、この窒化珪素膜上に高融点金属層を成膜することにより、転送電極又は緩衝層と高融点金属層との反応を抑制することができる。
【００２４】
本発明の固体撮像素子は、電荷転送部の転送電極に対して高融点金属層から成るシャント配線層を有し、このシャント配線層のコンタクト部において、シリコン層からなる転送電極の表面付近又は転送電極に接続された緩衝層のシリコン層の表面付近に窒素がイオン注入された領域が形成され、この領域にシャント配線層が接続されているものである。
【００２５】
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、シャント配線によって転送電極の低抵抗化を図ることができると共に、高融点金属を用いているために製造の際の高温熱処理が可能になる。これにより、高温熱処理を行って基板表面の欠陥を回復することが可能になる。
さらに、シャント配線層のコンタクト部において、シリコン層からなる転送電極の表面付近又は転送電極に接続された緩衝層のシリコン層の表面付近に窒素がイオン注入された領域が形成されていることにより、この窒素がイオン注入された領域が、窒化珪素の組成を有する領域となる。そして、この領域に高融点金属層から成るシャント配線層が接続されていることにより、転送電極又は緩衝層と高融点金属層との反応を抑制することができる。
【００２６】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、電荷転送部の転送電極に対して高融点金属層から成るシャント配線層を有する固体撮像素子を製造する際に、シャント配線層のコンタクト部において、シリコン層からなる転送電極の表面付近又は転送電極に接続された緩衝層のシリコン層の表面付近に、３０ｋｅＶ以下のエネルギーで、１×１０^１４〜５×１０^１６ｃｍ^−２の注入量で、窒素をイオン注入する工程と、この転送電極又は緩衝層の窒素をイオン注入した領域に接続するように、高融点金属層を成膜して、シャント配線層を形成する工程とを有するものである。
【００２７】
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、シャント配線層のコンタクト部においてシリコン層からなる転送電極の表面付近又は緩衝層のシリコン層の表面付近に窒素をイオン注入する工程と、この窒素をイオン注入した領域に接続するように高融点金属層を成膜してシャント配線層を形成する工程とを有することにより、厚さや特性の均一性が良好な窒化領域を形成することができる。この窒化領域に接続して高融点金属層を成膜することにより、窒化領域により転送電極又は緩衝層と高融点金属層との反応を抑制することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明は、電荷転送部の転送電極に対して高融点金属層から成るシャント配線層を有する固体撮像素子を製造する際に、転送電極又は転送電極に接続された緩衝層に接続して、減圧ＣＶＤ（化学的気相成長）法により窒化珪素膜を成膜する工程と、窒化珪素膜上に高融点金属層を成膜して、シャント配線層を形成する工程とを有し、窒化珪素膜を成膜する工程の前に、前処理としてＮＨ_３ガスによるアニール処理を行い、窒化珪素膜を成膜する工程は、成膜温度を７００℃以下とし、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスのＮＨ _３ ガスに対する混合比を１／１０よりも大きい混合比として行い、窒化珪素膜を６ｎｍ以下の膜厚で成膜する固体撮像素子の製造方法である。
【００３１】
また本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、窒化珪素膜を成膜する工程を、ＳｉＨ _２ Ｃｌ _２ の流量が３０ｓｃｃｍ、ＮＨ _３ の流量が１５０ｓｃｃｍ、Ｎ _２ の流量が７２０ｓｃｃｍ、ガス圧力が２０Ｐａ、成膜温度が６５０℃の各条件にて行う。
【００３５】
本発明は、電荷転送部の転送電極に対して高融点金属層から成るシャント配線層を有し、このシャント配線層のコンタクト部において、シリコン層からなる転送電極の表面付近又は転送電極に接続された緩衝層のシリコン層の表面付近に窒素がイオン注入された領域が形成され、この領域にシャント配線層が接続されている固体撮像素子である。
【００３６】
本発明は、電荷転送部の転送電極に対して高融点金属層から成るシャント配線層を有する固体撮像素子を製造する方法であって、シャント配線層のコンタクト部において、シリコン層からなる転送電極の表面付近又は転送電極に接続された緩衝層のシリコン層の表面付近に、３０ｋｅＶ以下のエネルギーで、１×１０^１４〜５×１０^１６ｃｍ^−２の注入量で、窒素をイオン注入する工程と、この転送電極又は緩衝層の窒素をイオン注入した領域に接続するように、高融点金属層を成膜して、シャント配線層を形成する工程とを有する固体撮像素子の製造方法である。
【００３８】
本発明の一実施の形態として、固体撮像素子の概略構成図（平面図）を図１に示す。
本実施の形態は、本発明をＣＣＤ固体撮像素子に適用したものである。
【００３９】
このＣＣＤ固体撮像素子１０は、４相による駆動がなされ、２層の多結晶シリコン層が転送電極（蓄積電極）として機能する。即ち、第１層目の多結晶シリコン層には第１相のクロック信号φａもしくは第３相のクロック信号φｃが、第２層目の多結晶シリコン層には第２相のクロック信号φｂもしくは第４相のクロック信号φｄがそれぞれシャント配線層及び緩衝層（緩衝配線）を介して与えられる。
【００４０】
まず、図１を参照してレイアウトについて説明する。図中Ｖ（垂直）方向が電荷の転送方向であり、図中Ｈ（水平）方向が図示しない水平レジスタの転送方向となる。尚、図１ではシャント配線層は図示していない。
Ｖ方向には略直線状のパターンで緩衝層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが順に複数設けられ、これら緩衝層１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の下方、転送電極３（３ａ，３ｃ），４（４ｂ，４ｄ）の下に垂直ＣＣＤレジスタを構成する垂直電荷転送部（図示せず）が配置される。各緩衝層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの上に夫々略直線状のパターンでシャント配線層が形成される。
緩衝層（緩衝配線）１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は、例えば多結晶シリコン層により構成することができる。
【００４１】
垂直電荷転送部の間には、各画素毎に区切られたセンサ部２が形成される。センサ部２は例えばフォトダイオードから成り、そのセンサ部２上にはＶ方向を長手方向とする矩形状に開口した遮光層８の窓部１２がそれぞれ設けられる。
そして、各センサ部２の図中右側にはチャネルストップ領域（図示せず）が形成され、各センサ部２の図中左側にはチャネルストップ領域及び読み出し部（図示せず）が形成される。
【００４２】
このＣＣＤ固体撮像素子１０において、転送電極３，４は、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃと第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄとより構成される。これら第１及び第２層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃ，４ｂ，４ｄは，それぞれＨ方向を長手方向として延在されており、垂直電荷転送部上で拡がり、センサ部２同士の間の領域では細くされるパターンに形成されている。
【００４３】
Ｖ方向では、第１層目の多結晶シリコン層３ａ、第２層目の多結晶シリコン層４ｂ、第１層目の多結晶シリコン層３ｃ、第２層目の多結晶シリコン層４ｄが、センサ部２を囲むように巡回して形成され、これら第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃと第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄは、センサ部２同士の間の領域や垂直電荷転送部上の一部で２層の多結晶シリコン層３，４の端部同士が平面上重なるように配置されている。
【００４４】
第１層目の多結晶シリコン層３ａには、シャント配線層及び緩衝層１１ａを介して第１相のクロック信号φａが供給され、第２層目の多結晶シリコン層４ｂにはシャント配線層及び緩衝層１１ｂを介して第２相のクロック信号φｂが供給される。また、第１層目の多結晶シリコン層３ｃにはシャント配線層及び緩衝層１１ｃを介して第３相のクロック信号φｃが供給され、第２層目の多結晶シリコン層４ｄにはシャント配線層及び緩衝層１１ｄを介して第４相のクロック信号φｄが供給される。
【００４５】
図１において、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃもしくは第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄによる転送電極と緩衝層１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）との接続は、コンタクトホール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄをそれぞれ介して行われ、緩衝層１１と図示しないシャント配線層との接続は、コンタクトホール６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄをそれぞれ介して行われる。
【００４６】
図１に示すように、平面上では、転送電極３，４と緩衝層１１とのコンタクトホール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの位置は、斜めに並んだ配置となり、１つの垂直電荷転送部だけＨ方向にずれた場合、１転送電極分だけＶ方向にずれる。
また、緩衝層１１とシャント配線層とのコンタクトホール６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの位置は、同じ緩衝層１１に対応する転送電極３，４と緩衝層１とのコンタクトホール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄからおよそ２転送電極分だけずれたものとされ、同様に斜めに並んだものとなっている。
【００４７】
さらに、図２〜図５を参照してこのＣＣＤ固体撮像素子１０の構造を詳しく説明する。図２は図１の２つの垂直電荷転送部に相当する要部の拡大図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図、図４は図２におけるＢ−Ｂ断面図、図５は図２におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００４８】
図２に示す２つの垂直電荷転送部２１，２２の間には、センサ部２が設けられている。図３及び図４に示すように、垂直電荷転送部２１，２２上には、絶縁膜３１を介して転送電極が設けられている。この転送電極は、第１相のクロック信号φａが供給される第１層目の多結晶シリコン層３ａ、第２相のクロック信号φｂが印加される第２層目の多結晶シリコン層４ｂ、第３相のクロック信号φｃが印加される第１層目の多結晶シリコン層３ｃ、第４相のクロック信号φｄが印加される第２層目の多結晶シリコン層４ｄから成る。
尚、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃとセンサ部２の間の領域が読み出し部となる。
【００４９】
第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃと第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄは、垂直電荷転送部２１，２２の電荷転送方向に沿って絶縁膜３２を介しながら交互に形成されており、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃのそれぞれ電荷転送方向の端部では、第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄが上に重なって設けられている。
【００５０】
そして、緩衝層１１ａ，１１ｄは、各垂直電荷転送部２２，２１上だけで垂直方向（転送方向に該当する）延在された略直線状のパターンとされており、絶縁膜３２に形成されたコンタクトホール５ａ，５ｄを介して、第１層目の多結晶シリコン層３ａ、第２層目の多結晶シリコン層４ｄにそれぞれ接続されている。
即ち、転送電極とされる第１層目の多結晶シリコン３ａや第２層目の多結晶シリコン層４ｄと、シャント配線層７とは直接に接続されず、緩衝層１１ａ，１１ｄを介して接続される。
【００５１】
そして、これら緩衝層１１ａ，１１ｄは、層間絶縁膜３３を開口したコンタクトホール６ａ，６ｄを介して夫々のシャント配線層７ａ，７ｄに接続される。
その結果、シャント配線層７ａから第１相のクロック信号φａが緩衝層１１ａを介して第１層目の多結晶シリコン層３ａに供給され、シャント配線層７ｄから第４相のクロック信号φｄが緩衝層１１ｄを介して第２層目の多結晶シリコン層４ｄに供給される。
尚、第２相と第３相のクロック信号φｂ，φｃについても同様である。即ち緩衝層１１ｂ，１１ｃが層間絶縁膜３３を開口したコンタクトホール６ｂ，６ｃを介して夫々のシャント配線層７ｂ，７ｃ（図示せず）に接続され、シャント配線層７ｂから第２相のクロック信号φｂが緩衝層１１ｂを介して第２層目の多結晶シリコン層４ｂに供給され、シャント配線層７ｃから第３相のクロック信号φｃが緩衝層１１ｃを介して第１層目の多結晶シリコン層３ｃに供給される。
【００５２】
シャント配線層７ａ，７ｄの上には層間絶縁膜３４を介して転送電極３ａ，４ｂを覆うように遮光層８が設けられる。遮光層８は、センサ部２上に開口１２を有して成り、この開口１２を通じてセンサ部２に光が入射すると共に、転送電極３ａ，４ｄへは光が入射しないようにすることができる。
【００５３】
遮光層８上は例えばＢＰＳＧ（ボロン・リン・珪酸ガラス：屈折率ｎ＝１．６）から成る絶縁膜３５が覆っていて、この絶縁膜３５にはセンサ部上に凹部を有している。
この凹部を埋めて例えばプラズマＳｉＮ（屈折率ｎ＝１．９）から成る高屈折材料層３６が形成されて凹部に層内レンズ３７が形成される。
尚、この高屈折率材料層３６は、少なくとも絶縁膜３５より屈折率が高い材料を用いて層内レンズ３７により上方からの光が収束されるように構成する。
さらにその上には表面が平坦化された平坦化絶縁層３８が形成されて、その上にオンチップレンズ３９が形成されている。
【００５４】
これらオンチップレンズ３９と層内レンズ３７とによって、入射光を集光してセンサ部２に入射させることができ、光の利用効率を向上させて感度を高くすることができる。
【００５５】
尚、必要に応じて、層内レンズ３７とオンチップレンズ３９との間の図では平坦化絶縁層３８となっている部分にカラーフィルターを形成してもよい。
【００５６】
本実施の形態においては、特に、シャント配線層７（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）をタングステン、モリブデン、タンタル等の高融点金属層１３により形成し、さらに高融点金属層１３の下にバリアメタル層として窒化シリコン膜（窒化珪素膜）１４を形成して構成する。
【００５７】
この窒化シリコン膜１４によってコンタクト部６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）で緩衝層１１と接続することにより、緩衝層１１の多結晶シリコン層とのコンタクト抵抗を低減することができると共に、バリアメタル層として作用させて、緩衝層１１の多結晶シリコン層とシャント配線層７の高融点金属層１３とが反応してシリサイド層を生成することを防止することができる。
これにより、シャント配線層７を成膜した後に高温熱処理を行う際にコンタクト部６におけるシャント配線層７と緩衝層１１との反応を抑制することができる。このようにシャント配線層７と緩衝層１１との反応を抑制することができるため、後述するように例えば絶縁膜３５をリフローして層内レンズ３７の形状を形成したり、エッチング等によりダメージを受けた基板表面の欠陥を充分に回復させたりすることが可能になる。
また、前述したように窒化チタン膜を多結晶シリコン層上に直接形成した場合はオーミックコンタクトが得られないのに対して、本実施の形態のように窒化シリコン膜１４を多結晶シリコン層上に直接形成した場合はオーミックコンタクトが得られる。
さらに、高融点金属が反応して生じる高融点金属シリサイドや、Ｔｉ／ＴｉＮ膜を使用した場合に生じるＴｉＯＦ_x等のように、コンタクト部にすき間を生じたり、膜が剥がれたりすることがなくなる。即ち窒化シリコン膜１４から成るバリアメタル層は、シャント配線層７に対する良好な密着層となる。
【００５８】
バリアメタル層の窒化シリコン膜１４は、あまり厚くするとシャント配線層７と緩衝層１１との間の抵抗値が大きくなるため、膜厚６ｎｍ以下の薄膜にすることが望ましい。
【００５９】
なお、窒化シリコン膜１４の膜厚は、コンタクト部の絶縁膜３３の開口に窒化シリコン膜１４を切れることなく成膜することができると共に高融点金属層１３と緩衝層１１等の多結晶シリコン層とが反応するのを抑制するバリアメタル層としての効果が充分得られる程度の膜厚を、少なくとも確保するように制御する。
【００６０】
また、遮光層８についても高融点金属例えばタングステンにより形成する。
シャント配線層７及び遮光層８が高融点金属を使用していることにより、後で形成される絶縁膜３４，３５を形成する際に、高温で熱処理することが可能になる。
さらに、タングステンは遮光性、カバレージ、及び耐圧が良好であるため、シャント配線層７及び遮光層８を薄く形成することができる。
これにより、撮像素子の総厚を薄くすることができ、その結果、感度シェーディング等が改善される。
【００６１】
さらに、遮光層８上の絶縁膜３５は、この絶縁膜３５を形成した後に、後述するように８００〜９００℃の高温で熱処理されて形成される。
この熱処理により、絶縁膜３５がリフローされて、層内レンズ３７を形成するための表面に凹部を有する形状となって形成されている。
【００６２】
シャント配線にＡｌ膜を用いた場合には、高温熱処理ができないため、絶縁膜３５をリフローしてこのような層内レンズ３７の屈折面を構成する凹部を有する形状とすることができない。
これに対して、本実施の形態では、シャント配線に高融点金属を用い、その下に窒化シリコン膜を形成しており、高温熱処理が可能であるため、層内レンズ３７を形成して入射光を集光することができる。
【００６３】
上述の窒化シリコン膜１４から成るバリアメタル層を下地に形成したシャント配線層７を有する固体撮像素子１０は、例えば次のように形成する。
まず、半導体基板を覆った絶縁膜３１上に第１層目の多結晶シリコン層を堆積し、これを所定のパターンにパターニングして第１層目の多結晶シリコン層から成る転送電極３を形成する。
【００６４】
次に、この第１層目の多結晶シリコン層から成る転送電極３を覆って絶縁膜３２を形成した後、第２層目の多結晶シリコン層を堆積し、これを所定のパターンにパターニングして第２層目の多結晶シリコン層から成る転送電極４を形成する。
【００６５】
この第２層目の多結晶シリコン層から成る転送電極４を覆って絶縁膜３２を形成する。
そして、この絶縁膜３２の各転送電極３ａ，４ｂ，３ｃ，４ｄ上の位置にコンタクト部５用の開口を形成する。
【００６６】
次に、コンタクト部５用の開口も覆って緩衝層１１例えば多結晶シリコン層を堆積する。これを図１に示すような直線状にパターニングして緩衝層１１を形成する。
【００６７】
次に、緩衝層１１を覆って絶縁膜３３を形成し、この絶縁膜３３の緩衝層１１上の上記コンタクト部５より離れた位置にコンタクト部６用の開口を形成する。
【００６８】
次に、コンタクト部６用の開口も覆って、減圧ＣＶＤ（化学的気相成長）法により、密着層となる窒化シリコン膜１４を成膜する。
減圧ＣＶＤ法を用いることにより、比較的低温で成膜することができ、前述したように、成膜温度を低温にして成長速度を遅くすることができるため、薄膜での膜厚制御が容易になる。また、緻密で成膜性の良好な薄膜を形成することができる。
【００６９】
この減圧ＣＶＤ法により窒化シリコン膜１４を成膜する工程においては、成膜条件を以下のように制御することが望ましい。
（１）ＳｉＨ₂Ｃｌ₂ガスのＮＨ₃ガスに対する混合比を、通常の窒化シリコン膜の成膜における混合比１／１０よりも大きくする。
（２）成膜温度を７００℃以下とする。
（３）成膜の前に、ウエハの前処理としてＮＨ₃アニールを行う。具体的には、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂ガスを反応炉に導く前にＮＨ₃アニールを行う。
（４）成膜中にウエハを載置したボートを回転させる。
【００７０】
例えば成膜条件を、以下のようにすることができる。
ガス系：ＳｉＨ₂Ｃｌ₂／ＮＨ₃／Ｎ₂＝３０／１５０／７２０ｓｃｃｍ
ガス圧力：２０Ｐａ
成膜温度：６５０℃
【００７１】
まず、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂ガスのＮＨ₃ガスに対する混合比を、通常の窒化シリコン膜の成膜における混合比１／１０よりも大きくすることにより、成膜される窒化シリコン膜１４の窒素とシリコンとの組成比を、シリコンが充分あるようにして、抵抗が高くならないように制御することができる。これにより、コンタクト抵抗を低くすることができる。
また、成膜温度を７００℃以下と低くすることにより、前述したように、窒化シリコン膜１４を、薄い膜として、かつ膜厚の制御性良く形成することができる。
そして、ウエハの前処理としてＮＨ₃アニールを行うことによっても、窒化シリコン膜１４を膜厚の制御性良く形成することができる。
さらに、成膜中にウエハを載置したボートを回転させることによっても、窒化シリコン膜１４を膜厚の制御性よく形成することができる。
【００７２】
次に、例えば枚様式ＣＶＤ装置を用いて、高融点金属層としてタングステン膜１３を成膜し、図１に示した構造を得る。
タングステン膜１３の成膜工程は、ＳｉＨ₄還元による核形成過程と、Ｈ₂還元によるＷ成膜過程とからなる。これら各過程の条件は次の通りとすることができる。
＜核形成過程＞
ガス系：ＷＦ₆／ＳｉＨ₄＝７／５ｓｃｃｍ
ガス圧力：５３０Ｐａ
ウエハ温度：４５０℃
＜Ｗ成膜過程＞
ガス系：ＷＦ₆／Ｈ₂＝９５／５５０ｓｃｃｍ
ガス圧力：１０ｋＰａ
ウエハ温度：４５０℃
【００７３】
そして、窒化シリコン膜１４及び高融点金属層１３を、緩衝層１１と同様の直線状にパターニングして、窒化シリコン膜１４から成るバリアメタル層及びその上のシャント配線層７を形成する。
【００７４】
次に、シャント配線層７を覆って絶縁膜３４を形成した後、絶縁膜３４上にタングステン等の高融点金属から成る遮光層８を形成する。
遮光層８は、センサ部２上に開口を形成し、センサ部のみに光が入射するようにする。
【００７５】
次に、遮光層８上に、これを覆って例えばＢＰＳＧから成る絶縁膜３５を被着形成する。そして、絶縁膜３５に対して熱処理を行う。
この熱処理の条件は、好ましくは８００〜９００℃で５分以上とし、より好ましくは処理時間を５分〜１時間とする。
【００７６】
この熱処理により、遮光層８上の絶縁膜３５が、遮光層８の段差にそった表面形状から、リフローされて図３に示すように凹部を有した表面形状となる。
また、この熱処理により、パターンエッチング等によってダメージを受けて生じたシリコン基板表面の欠陥を回復させることができる。
【００７７】
次に、絶縁膜３５上に、例えばプラズマＳｉＮ等の高屈折率材料層３６を形成し、絶縁膜３５の凹部上に層内レンズ３７を形成する。
【００７８】
この後は、上面の平坦化のための平坦化絶縁層３８、オンチップレンズ３９を形成してＣＣＤ固体撮像素子１０を製造することができる。
【００７９】
このようにして、転送電極４とシャント配線層７との間に緩衝層１１を有すると共に、センサ部２上に層内レンズ３７を形成した構成を容易に製造することができる。
【００８０】
上述の本実施の形態によれば、シャント配線層７の高融点金属層１３をその下地の窒化シリコン膜１４から成るバリアメタル層を介して緩衝層１１に接続していることにより、シャント配線層７の高融点金属と緩衝層１１の多結晶シリコンとの反応を抑制することができるため、これらシャント配線層７と緩衝層１１との間のコンタクト抵抗が上昇する問題を回避することができる。また、反応によりシリサイドや酸化物が生じて、シリサイドの膨張によるコンタクト抵抗の上昇の問題や酸化物に起因して膜剥がれを生じる問題を、いずれも回避することができる。
【００８１】
また、本実施の形態によれば、シャント配線層７と遮光層８に高融点金属例えばタングステンを用いているため、遮光層８上の絶縁膜３５を形成した後、８００〜９００℃の温度、かつ５分以上の時間で熱処理することが可能であり、絶縁膜３５を層内レンズ３７が形成できるような凹部を有した表面形状にすることができる。
これにより、層内レンズ３７を形成して、入射光を集光させることができ、感度を向上させると共に、スミアの発生を低減することができる。
また、この熱処理によって、ダメージを受けて生じた基板の欠陥を回復することができるため、暗電流の発生を低減することができる。
【００８２】
また、本実施の形態によれば、高融点金属層から成るシャント配線層７を緩衝層１１を介して転送電極３，４に接続して設けることにより、転送電極３，４を低抵抗化して、伝搬遅延を低減することができる。
このように伝搬遅延が低減されるため、固体撮像素子の駆動を高速化することができ、長い距離の転送も可能となるので撮像素子の大面積化を達成することができる。
【００８３】
また、シャント配線層７により低抵抗化が図られるため、転送電極３，４を薄くしても抵抗の増大を抑えることができ、固体撮像素子の薄型化を図ることが可能になる。これにより、センサ部２からオンチップレンズ３９までの高さを低減して、さらに光の利用効率を上げることができる。これにより、感度シェーディングを改善し、感度を向上することができる。
また、層内レンズ３７を形成しても、固体撮像素子の厚さがあまり増大しないようにすることができる。
【００８４】
さらに、減圧ＣＶＤ法により窒化シリコン膜１４を成膜しているので、比較的低温で成膜を行うことができ、これにより薄膜にかつ膜厚の制御性良く形成することができる。
また、特に成膜温度を７００℃以下にすることにより、成膜速度を遅くして、窒化シリコン膜１４を、薄く成膜することを可能にすると共に、膜厚の制御性良く成膜することができる。
【００８５】
そして、減圧ＣＶＤ法により、コンタクト部の絶縁膜３３の開口に対してカバレージを良好に成膜することができる。
また、成膜装置の汎用性があり、他の成膜工程や他の素子の製造にも共通してＣＶＤ成膜装置を使用することができる。
【００８６】
さらに、この窒化シリコン膜１４の成膜作業中に、ガスを反応炉に導く前にウエハに対して前処理としてＮＨ₃ガスによりアニールを行うことにより、膜厚の制御性良く形成することができる。
また、窒化シリコン膜１４の成膜作業中に、ウエハを載置したボート回転を行うことにより、膜厚の制御性良く形成することができる。
また、通常のＳｉＨ₂Ｃｌ₂／ＮＨ₃ガス混合比（通常１／１０）よりも混合比を大きくすることにより、窒化シリコン膜１４中をシリコンが多い組成として、充分低いコンタクト抵抗を得ることができることから、シャント配線７に対してコンタクト状態が良好なコンタクト部６を形成することができる。
【００８７】
上述の実施の形態においては、シャント配線層７の高融点金属層１３を窒化シリコン膜１４から成るバリアメタル層による密着層を介して緩衝層１１に接続した構成であったが、窒化シリコン膜１４の代わりに、シリコン層内に窒化した領域を形成してもよい。その場合を次に示す。
【００８８】
本発明の他の実施の形態として、固体撮像素子の概略構成図（平面図）を図６に示す。
この固体撮像素子４０は、図１〜図５に示した先の実施の形態の固体撮像素子１０と比較して、各部の寸法形状やコンタクト部５，６の配置レイアウトが若干異なっているが、構成部品が同様であるので、同じ部品には同一符号を付している。また、図１ではシャント配線７を図示せず、遮光膜による開口１２を図示しているが、図６ではシャント配線７（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）を図示して、遮光膜による開口は図示していない。
【００８９】
さらに、この図６のＤ−Ｄ（コンタクト部６ａ付近）における断面図を、図７に示す。
本実施の形態においては、図７に示すように、特に緩衝層１１（１１ａ）とシャント配線７（７ａ）とのコンタクト部（図６の６ａ）において、緩衝層１１（１１ａ）内に窒素がイオン注入された窒素注入領域（窒化領域）４１を設けて、この窒素注入領域（窒化領域）４１にタングステン等の高融点金属層から成るシャント配線７（７ａ）を接続している。
【００９０】
この窒素注入領域（窒化領域）４１は、窒素のイオン注入によって組成が窒化シリコンとなっているため、先の実施の形態の窒化シリコン膜と同様の機能を有する。
そして、緩衝層１１の多結晶シリコン層に窒素をイオン注入しているため、窒化シリコンの組成としてはシリコンが主体であり、窒素注入領域（窒化領域）４１の抵抗は、シャント配線７による低抵抗化の効果を損なわない程度に抑制される。
【００９１】
本実施の形態の固体撮像素子４０の構成、即ち多結晶シリコン層から成る緩衝層１１に窒素注入領域（窒化領域）４１が形成され、この窒素注入領域（窒化領域）４１に、高融点金属層１３から成るシャント配線層７が接続された構成は、例えば次のように形成することができる。
【００９２】
まず、前述した実施の形態の固体撮像素子１０と同様の製造工程により、緩衝層１１及びその上の絶縁膜３３までの各層を形成する。
次に、絶縁膜３３上にレジストマスク４２を形成し、このレジストマスク４２をコンタクト部に対応する開口４２ａを有するパターンに露光現像し、このレジストマスク４２を用いて絶縁膜３３をエッチングして、緩衝層１１（１１ａ）を露出させる。
その後、コンタクト部（図６の６ａ）に対応する、緩衝層１１（１１ａ）の露出した部分に、イオン注入法により窒素４３を注入して、窒素注入領域（窒化領域）４１を形成する（以上図８Ａ参照）。
【００９３】
この窒素４３のイオン注入工程は、以下の条件で行うことが望ましい。
エネルギー：０〜３０ｋｅＶ
注入量（ドーズ量）：１×１０¹⁴〜５×１０¹⁶ｃｍ^-2
【００９４】
続いて、この窒素注入領域（窒化領域）４１の上に接続して高融点金属層１３を形成し、この高融点金属層１３を緩衝層１１（１１ａ）と同様の直線状にパターニングして、図８Ｂに示すようにシャント配線層７（７ａ）を形成する。
【００９５】
その後は、前述した実施の形態の固体撮像素子１０と同様の製造工程によって、本実施の形態の固体撮像素子４０を製造することができる。
【００９６】
上述の本実施の形態によれば、特にイオン注入法により緩衝層１１（１１ａ）に窒素注入領域（窒化領域）４１を形成したことにより、制御性良く形成することができ、面内の特性ばらつきも低減することができ、均一性に優れた窒化シリコンを形成することができる。
また、イオン注入により窒化領域を形成した方が、窒化膜を成膜するよりも生産性に優れている利点も有する。
【００９７】
そして、本実施の形態によれば、先の実施の形態と同様に、熱処理を行った際に、緩衝層１１と高融点金属層１３から成るシャント配線７との反応を抑制することができ、コンタクト抵抗の上昇を抑制して転送電極３，４の低抵抗化を図ることができる。
従って、転送電極３，４の低抵抗化により、伝播遅延を抑制することができ、駆動の高速化及び固体撮像素子４０の大面積化を図ることができる。
また、シャント配線７に高融点金属層１３を用いているため、製造の際に高温の熱処理を行うことができ、これにより基板表面の欠陥を回復させて、暗電流の発生を抑制することができる。
さらに、転送電極３，４及びシャント配線７を薄くすることが可能になるため、固体撮像素子４０の薄型化を図って、感度シェーディングを改善し、感度を向上することができる。また、層内レンズ３７を形成する場合に、固体撮像素子４０の厚さの増大を避けることができる。
【００９８】
尚、上述の各実施の形態では、転送クロックを４相として説明したが、２相以上の多相であればよく、特に限定されるものではない。また、固体撮像素子を用いる撮像装置は、フレームインターライン型に限定されず、インターライン型でもよい。
【００９９】
また、緩衝層１１とシャント配線層７とのコンタクト部６は、緩衝層１１上に接続して形成されれば良く、緩衝層１１と転送電極３，４との間のコンタクト部５上に形成される構成、即ち２つのコンタクト部５，６が平面的には同一の位置であっても良い。
【０１００】
上述の各実施の形態では、シャント配線層７を遮光層８の下方に形成したが、遮光層８の上層に形成する構成としても良い。この場合には、シャント配線層７と緩衝層１１との接続ができるように、これらのコンタクト部６周辺は遮光層８を除くパターンにする。
【０１０１】
また、上述の各実施の形態では、緩衝層１１を介してシャント配線層７と転送電極３，４とを接続したが、シャント配線層と転送電極とを直接接続した構成においても本発明を適用することができる。本発明を適用して、シャント配線層の高融点金属層の下に、密着層として窒化シリコン膜から成るバリアメタル層を形成することにより、高温熱処理の際に転送電極の多結晶シリコンとシャント配線層との反応を抑制することができると共に、コンタクト抵抗を低減することが可能になる。
【０１０２】
さらに、上述の各実施の形態では、センサ部２上に層内レンズ３７を形成した構成であったが、層内レンズ３７を設けない構成であっても、本発明を適用することにより、高温の熱処理を行うことが可能になる。そして、この熱処理により、基板表面の欠陥を回復することができるため、暗電流の発生を抑制することができる。
【０１０３】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【０１０４】
【発明の効果】
上述の本発明によれば、高融点金属により形成されたシャント配線によって、転送電極の低抵抗化を図ることができる。
また、本発明によれば、高融点金属から成るシャント配線層が、窒化珪素膜から成る密着層を介して、或いは転送電極等のシリコン層に窒素をイオン注入した領域（窒化領域）を介して、転送電極等に接続されているため、熱処理を行った際に転送電極等とシャント配線層との反応を抑制することができる。
従って、本発明によれば、転送電極の低抵抗化により伝搬遅延を減少することができるため、駆動の高速化及び大面積化を図ることができる。
【０１０５】
また、本発明によれば、シャント配線に高融点金属を用いているため製造の際に８００〜９００℃の高温の熱処理が可能であり、この熱処理を行うことにより、基板表面の欠陥を回復させて、暗電流の発生を抑制することができる。
【０１０６】
さらに、本発明によれば、転送電極に対して高融点金属から成るシャント配線を設けたことにより、転送電極を薄くすることが可能になり、またシャント配線も薄くすることができるため、固体撮像素子の薄型化を図って、感度シェーディングを改善し、感度を向上することができる。また、例えば層内レンズを形成した場合の固体撮像素子の厚さの増大を抑えることができる。
【０１０７】
特に、転送電極等のシリコン層に窒素をイオン注入した領域を形成する場合には、厚さや特性を均一性良く制御することが容易にできると共に、生産性にも優れている利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像素子の一実施の形態の概略構成図（平面図）である。
【図２】図１の要部の拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａにおける断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂにおける断面図である。
【図５】図２のＣ−Ｃにおける断面図である。
【図６】本発明の固体撮像素子の他の実施の形態の概略構成図（平面図）である。
【図７】図６のＤ−Ｄにおける断面図である。
【図８】Ａ、Ｂ 図７の窒素注入領域（窒化領域）を形成する工程を示す工程図である。
【図９】シャント配線層を形成したＣＣＤ固体撮像素子の受光部周辺の断面図である。
【符号の説明】
２ センサ部、３，３ａ，３ｃ １層目の転送電極、４，４ｂ，４ｄ ２層目の転送電極、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ コンタクト部、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ シャント配線層、８ 遮光層、１０ＣＣＤ固体撮像素子、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 緩衝層、１３高融点金属層、１４ 窒化シリコン膜、２１，２２ 垂直電荷転送部、３１，３２，３３，３４，３５ 絶縁膜、３６ 高屈折材料層、３７ 層内レンズ、３８平坦化絶縁層、３９ オンチップレンズ、４１ 窒素注入領域（窒化領域）、Ｖ 垂直方向、Ｈ 水平方向

Claims (4)

1. 電荷転送部の転送電極に対して、高融点金属層から成るシャント配線層を有する固体撮像素子を製造する方法であって、
   前記転送電極又は前記転送電極に接続された緩衝層に接続して、減圧ＣＶＤ（化学的気相成長）法により窒化珪素膜を成膜する工程と、
   前記窒化珪素膜上に前記高融点金属層を成膜して、前記シャント配線層を形成する工程とを有し、
   前記窒化珪素膜を成膜する工程の前に、前処理としてＮＨ_３ガスによるアニール処理を行い、
   前記窒化珪素膜を成膜する工程は、成膜温度を７００℃以下とし、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスのＮＨ _３ ガスに対する混合比を１／１０よりも大きい混合比として行い、前記窒化珪素膜を６ｎｍ以下の膜厚で成膜する
   固体撮像素子の製造方法。
2. 前記窒化珪素膜を成膜する工程を、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２の流量が３０ｓｃｃｍ、ＮＨ_３の流量が１５０ｓｃｃｍ、Ｎ_２の流量が７２０ｓｃｃｍ、ガス圧力が２０Ｐａ、成膜温度が６５０℃の各条件にて行う請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
3. 電荷転送部の転送電極に対して、高融点金属層から成るシャント配線層を有し、
   前記シャント配線層のコンタクト部において、シリコン層からなる前記転送電極の表面付近又は前記転送電極に接続された緩衝層のシリコン層の表面付近に、窒素がイオン注入された領域が形成され、該領域に前記シャント配線層が接続されている
   固体撮像素子。
4. 電荷転送部の転送電極に対して、高融点金属層から成るシャント配線層を有する固体撮像素子を製造する方法であって、
   前記シャント配線層のコンタクト部において、シリコン層からなる前記転送電極の表面付近又は前記転送電極に接続された緩衝層のシリコン層の表面付近に、３０ｋｅＶ以下のエネルギーで、１×１０^１４〜５×１０^１６ｃｍ^−２の注入量で、窒素をイオン注入する工程と、
   前記転送電極又は緩衝層の窒素をイオン注入した領域に接続するように、前記高融点金属層を成膜して、前記シャント配線層を形成する工程とを有する
   固体撮像素子の製造方法。

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