JP4384454B2 - イメージ素子 - Google Patents

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Description

本発明はイメージ素子に関するものであり、より詳細には、ＣＩＳ（ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｅ）装置に関するものである。
イメージセンサーは１次元または２次元以上の光学情報を電気信号に変換する装置である。イメージセンサーの種類としては、撮像管と固体撮像素子に分類される。撮像管はテレビを中心にして画像処理技術を駆使した計測、制御、認識などで広く使用され、応用技術が発展されてきた。市販される固体イメージセンサーはＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）形とＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）形の二つ種類がある。
ＣＭＯＳイメージセンサーはＣＭＯＳ技術を利用して光学的イメージを電気的信号に変換させる素子である。ＣＭＯＳイメージセンサーは１９６０年代開発されたが、ＦＰＮ（Ｆｉｘｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｎｏｉｓｅ）のようなノイズによってイメージ品質（Ｉｍａｇｅ Ｑｕａｌｉｔｙ）がＣＣＤに比べて劣等し、ＣＣＤに比べて回路が複雑であり、集積密度（Ｐａｃｋｉｎｇ Ｄｅｎｓｉｔｙ）が低く、費用面ではＣＣＤに比べて差異がなく、チップ大きさが大きくて１９９０年代までそれ以上の開発は進行されなかった。
１９９０年代後半に入って、ＣＭＯＳ工程技術の発達及び信号処理アルゴリズムなどの改善によって、既存のＣＭＯＳイメージセンサーが有している短所が克服された。また、選択的にＣＣＤ工程をＣＭＯＳイメージセンサーに適用することによって製品の質が改善されてイメージセンサーに使用されて来た。
最近、デジタルカメラ、携帯電話のカメラ、ドアフォンのカメラなどイメージセンサーに対する需要が増加しながら、ＣＩＳ装置に対する需要も幾何級数的に増加している。これにより、各種応用製品で高性能のＣＩＳ装置が要求されている。このような要求に応じて０．１８ミクロンのデザインルールを利用してＣＩＳ装置を開発するために、工程開発を進行し、次世代イメージセンサーは０．１３ミクロンデザインルールによる工程開発を必要とする。
一般に、０．１３ミクロン以下の小さいパターンを有する半導体装置は、アルミニウムを利用した金属配線コンタクトを形成することが困難である。従って、アルミニウムの代わりに銅を利用した金属配線コンタクトを適用することが望ましい。しかし、銅を利用した金属配線コンタクトを形成する場合には、層間絶縁膜（ＩＭＤ）での銅の拡散を防止し、エッチングストッパとして不透明膜な物質であるＳｉＮ、ＳｉＣなどを利用して拡散防止膜を形成する必要がある。このような物質の使用は外部に光を受け入れて反応しなければならないフォトダイオードを有するイメージ素子においては相当に致命的である。従って、フォトダイオード上部上の物質が除去されなければ、フォトダイオードまで外部光が到達されなくて、イメージセンサーとして動作しない。
本発明の目的は、０．１３μｍ以下の工程で製造することができる新規な構造のイメージ装置を提供することにある。
上述した目的を達成するための本発明によると、光素子が形成された基板と、前記基板上に形成され、内部に少なくとも一つの不透明膜を有し、前記光素子上に光を収集するために、その上部表面から前記不透明膜を通過するように形成されている光素子開口部を有する層間絶縁膜構造物と、前記開口部を埋める透明絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されているカラーフィルタと、前記カラーフィルタ層上に形成されたマイクロレンズとを含むイメージ素子が提供される。
本発明の一実施形態によると、前記層間絶縁膜構造物は内部に銅配線ラインまたは銅コンタクトを含み、前記不透明膜は前記銅配線ラインまたは銅コンタクトの銅金属が拡散することを防止するための銅拡散防止物質からなる。
本発明によると、銅拡散防止膜を使用してコンタクトを、銅を使用して形成することができる。フォトダイオードの上部にフォトダイオード開口部を形成することにより、銅拡散防止膜の形成による光遮断を防止することができる。従って、銅配線を利用した０．１３μｍ以下工程によりＣＭＯＳイメージセンサーを製造することができる。また、本発明のイメージ素子はマイクロレンズの下部に凸部を形成することにより、集光効率を向上させることができる。
本発明によると、ＣＭＯＳイメージセンサーのコンタクトを銅で形成し、これにより発生される銅の拡散を防止することができる銅拡散防止膜も形成し、この銅拡散防止膜の形成により遮断された外部の光が透過されることができるように、フォトダイオードオープン部を形成することにより、０．１３μｍ以下工程でＣＭＯＳイメージセンサーの性能を向上させることができる。
以下、図面を参照して本発明の望ましい一実施形態をより詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態１によるイメージ素子を示す断面図である。
図１に示すように、フィールド酸化膜１０２により限定された活性領域の表面部位にフォトダイオード１１０のような受光素子が備えられた半導体基板１００が備えられる。半導体基板１００上にスイッチング素子であるトランジスター１２０が形成されている。各々のトランジスター１２０は半導体基板１００上にゲート絶縁膜１１２を介在して形成されたゲート電極１１４間に形成されたソース／ドレーン領域１２２を含む。ゲート電極の両側壁にはスペーサ１１６が形成されている。
トランジスター１２０が形成された半導体基板１００上には酸化シリコンのような透明な材質からなる下部絶縁膜１３０が形成されている。下部絶縁膜１３０の所定部位にはトランジスター１２０のソース／ドレーン領域１２２のゲート電極１１４と電気的に連結される下部コンタクト１４０が形成される。下部コンタクト１４０は銅、チタンまたはタングステンなどのような金属物質で形成される。下部コンタクト１４０と下部絶縁膜１３０との間には下部コンタクト１４０を構成する金属物質が下部絶縁膜１３０に拡散されることを防止するための下部絶縁膜拡散防止膜パターンである第１バリヤー金属膜パターン４０１が形成されている。下部コンタクト１４０がチタンまたはタングステンを使用して形成される場合には、第１バリヤー金属膜パターン４０１は形成しないこともできる。
下部絶縁膜１３０上には光を収集するための光素子開口部としてフォトダイオード光開口部２７２を有する層間絶縁膜構造物１０５が形成されている。層間絶縁膜構造物１０５は内部に不透明膜である少なくとも一つの銅拡散防止膜を含む。前記フォトダイオード光開口部２７２は層間絶縁膜構造物１０５の上部表面から銅拡散防止膜を通過するように形成し、外部からの光がフォトダイオード光開口部２７２を通過してフォトダイオード１１０に到達できるようにする。
層間絶縁膜構造物１０５は下部コンタクト１４０を含む下部絶縁膜１３０上に部分的に形成された第１銅拡散防止膜１５０を含む。即ち、光素子開口部に相応する部位であるフォトダイオード１１０の上部（即ち、フォトダイオード光開口部２７２に相応する部位）を除外した領域に下部絶縁膜１３０を覆うように第１銅拡散防止膜１５０が形成されている。第１銅拡散防止膜１５０はＳｉＣ、またはＳｉＮ系列の物質として、２００〜１０００Å、望ましくは３００〜７００Åの厚さを有する。ＳｉＣは必要によって窒素または酸素などの不純物が含まれることができ、ＳｉＮは必要によって酸素のような不純物が含まれ得る。
第１銅拡散防止膜１５０上に第１層間絶縁膜１６０が形成されている。第１層間絶縁膜１６０には下部コンタクト１４０と電気的に接続され、導電性ラインである銅物質からなる下部銅配線ライン１７０が形成される。第１層間絶縁膜１６０は透明または不透明膜な材質で形成することができる。下部銅配線ライン１７０の側壁及び底面には下部銅配線ライン１７０を構成する銅物質が第１層間絶縁膜１６０に拡散することを防止するための第１層間絶縁膜拡散防止膜パターンである第２バリヤー金属膜パターン４１１が形成されている。
下部銅配線ライン１７０を含む第１層間絶縁膜１６０上に２００〜１０００Å、望ましくは３００〜７００Å程度の厚さを有する第２銅拡散防止膜１８０が形成される。
第２銅拡散防止膜１８０上に第２層間絶縁膜１９０が形成される。第２層間絶縁膜１９０には下部銅配線ライン１７０と接続する第１ビア銅コンタクト２００ａ及び第１ビア銅コンタクト２００ａを互いに連結させ、信号を伝達するための導電性ラインである第１銅配線ライン２００ｂを含む第１配線２００が形成される。第１配線２００と第２層間絶縁膜１９０の間には第１配線２００を構成する物質が第２層間絶縁膜１９０に拡散されることを防止するための第２層間絶縁膜拡散防止膜パターンである第３バリヤー金属膜パターン４２１が形成されている。
第２層間絶縁膜１９０上には第３銅拡散防止膜２１０及び第３層間絶縁膜２２０が形成される。第３層間絶縁膜２２０内には第１配線２００と電気的に接続する第２銅コンタクト２３０ａ及び第２銅コンタクト２３０ａを互いに連結させ、信号を伝達するための導電性ラインである第２銅配線ライン２３０ｂを含む第２配線２３０が形成される。第２配線２３０と第３層間絶縁膜２２０の間には第３配線２６０を構成する物質が第３層間絶縁膜２２０に拡散されることを防止するための第３層間絶縁膜拡散防止膜パターンである第４バリヤー金属膜パターン４３１が形成されている。
第３層間絶縁膜２２０上には同一に、第４銅拡散防止膜２４０及び第３配線２６０を含む第４層間絶縁膜２５０が形成される。第３配線２６０は第１及び第２配線２００、２３０と同様に、第２配線２３０と電気的に接続する第３銅コンタクト２６０ａ及び第３銅コンタクト２６０ａを互いに連結させ、信号を伝達するための導電性ラインである第３銅配線ライン２６０ｂを含む。同様に、第３配線２６０と第４層間絶縁膜２５０との間には第３配線２６０を構成する物質が第４層間絶縁膜２５０に拡散されることを防止する第４層間絶縁膜拡散防止膜パターンである第５バリヤー金属膜パターン４４１が形成されている。
フォトダイオード１１０上に位置する下部絶縁膜１３０上には、第１銅拡散防止膜１５０、第１層間絶縁膜１６０、第２銅拡散防止膜１８０、第２層間絶縁膜１９０、第３銅拡散防止膜２１０、第３層間絶縁膜２２０、第４銅拡散防止膜２４０及び第４層間絶縁膜２５０を貫通して連続してフォトダイオード光開口部２７２が形成される。
第４層間絶縁膜２５０上に、フォトダイオード光開口部２７２を露出しながら、多層の配線を保護する第１保護膜パターン２７０が形成される。
フォトダイオード光開口部２７２及び第１保護膜パターン２７０のプロファイルに沿って第２保護膜２８０が形成される。
フォトダイオード光開口部２７２内の第２保護膜２８０上には、上部面が凹形状（第１凹部）を有する透明な絶縁物質からなるスピンオン絶縁膜（ｓｐｉｎ−ｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）２９０が形成されている。スピンオン絶縁膜２９０はフォトダイオード光開口部２７２を完全に埋めるように形成される。
スピンオン絶縁膜２９０上に凹部を埋めながら上部面が凹形状（第２凹部）を有するカラーフィルタ３００が形成される。
カラーフィルタ３００上に、フォトダイオード１１０に光を集めるためのマイクロレンズ３１０が形成される。マイクロレンズ３１０はフォトダイオード光開口部２７２の領域で上部面は凸型の半球形を有し、下部面はカラーフィルタ３００の上部面の第２凹部の凹形状に沿ってフォトダイオード１１０に向かって凸形状を有する。
イメージ素子では、マイクロレンズ３１０の上部面は凸型の半球形を有し、下部面は凹型の半球形を有するので、上部面のみ凸形状を有するマイクロレンズに比べて光の集光度が高い。従って、外部の光が下部のフォトダイオードまで到達するにさらに容易になって、イメージ素子の特性を向上させる。
図２乃至図１７は本実施形態によるイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。
図２に示すように、半導体基板１００の上部にフィールド酸化膜１０２を形成して活性領域を限定する。活性領域の表面部位にフォトダイオード１１０のような受光素子を形成し、フォトダイオード１１０と接続するように、半導体基板１００上にフォトダイオード１１０のスイッチング素子であるトランジスター１２０を形成する。
トランジスター１２０は半導体基板１００にゲート絶縁膜１１２を介在して形成されたゲート電極１１４と、ゲート電極１１４間の半導体基板１００下に不純物領域であるソース／ドレーン領域１２２を含む。ゲート電極１１４の両側壁にスペーサ１１６を形成する。
次に、トランジスター１２０が形成された半導体基板１００を覆うように下部絶縁膜１３０を形成する。下部絶縁膜１３０は透明な材質で形成する。下部絶縁膜１３０に使用することができる透明な物質としては酸化シリコン系物質などを挙げることができる。
下部絶縁膜１３０に通常的なフォトリソグラフィ工程によりトランジスター１２０のソース／ドレーン領域１２２の表面部位とゲート電極１１４の上部表面部位を露出させるコンタクトホール１３２を形成する。
続いて、コンタクトホール１３２の側面と底面及び下部絶縁膜１３０上部面のプロファイルに沿って下部絶縁膜拡散防止膜である第１バリヤー金属膜４００を５０〜５００Åの厚さで形成する。第１バリヤー金属膜４００は以後に銅蒸着工程時に銅成分が下部絶縁膜１３０内に拡散されることを防止するために形成される膜である。第１バリヤー金属膜４００は例えば、タンタル膜または窒化タンタル膜またはタンタル膜上に窒化タンタル膜が蒸着された複合膜で形成することができる。上述したように、下部コンタクト１４０をタングステンやチタンを使用する場合には、第１バリヤー金属膜４００の形成は省略することができる。
図３に示すように、コンタクトホール１３２を埋めるように、前記第１バリヤー金属膜４００上にチタンやタングステンを蒸着して下部金属層１３８を形成する。チタンやタングステンは化学気相蒸着方法や、スパッタリング方法を利用する。下部コンタクトを銅で作ることができるが、銅は下部に存在するシリコン基板に拡散され易いので、これを防止するためにチタンやタングステンを利用することがさらに望ましい。
図４に示すように、チタンやタングステンからなる下部金属層１３８及び第１バリヤー金属膜４００を下部絶縁膜１３０の表面が露出されるまで化学機械的研磨方法により研磨して、コンタクトホール１３２を埋める下部コンタクト１４０を形成する。ここで、第１バリヤー金属膜４００は下部コンタクト１４０の側壁及び底面上に下部絶縁膜拡散防止膜パターンである第１バリヤー金属膜パターン４０１に残留することになる。
下部コンタクト１４０を有する下部絶縁膜１３０上に第１銅拡散防止膜１５０を形成する。第１銅拡散防止膜１５０は以後に実施される熱処理工程で銅の拡散を防止し、以後のエッチング工程でエッチングストッパとして役割をする。第１銅拡散防止膜１５０の下部には銅の拡散に敏感であるトランジスターがあるので、第１銅拡散防止膜１５０を使用することが望ましい。第１銅拡散防止膜１５０はＳｉＣ、またはＳｉＮ系列の物質として、２００〜１０００Å、望ましくは３００〜７００Åの厚さを有するように形成する。ＳｉＣは必要により、窒素または酸素などの不純物が含まれることができ、ＳｉＮは必要により酸素のような不純物が含まれることができる。
第１銅拡散防止膜１５０は銅の拡散防止と追後エッチング工程でのストッパとして作用するので、使用することが望ましい。しかし、第１銅拡散防止膜１５０はＳｉＣ、ＳｉＮのような不透明膜な物質により構成されているために、外部から光がフォトダイオード１１０に到達するためにはフォトダイオード１１０の上部に存在する第１銅拡散防止膜１５０は除去される必要がある。
続いて、第１銅拡散防止膜１５０上に第１層間絶縁膜１６０を形成する。第１層間絶縁膜１６０はシリコン酸化物のような透明な材質で形成することができる。しかし、フォトダイオード１１０の上部に存在する第１層間絶縁膜１６０は後に除去されるので、不透明な材質で形成することもできる。
図５に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程により、第１層間絶縁膜１６０及び第１銅拡散防止膜１５０を部分的に除去して下部コンタクト１４０を露出する第１トレンチ１６２を形成する。同時に、フォトダイオード１１０の上に位置する第１層間絶縁膜１６０及び第１銅拡散防止膜１５０をエッチングして、下部絶縁膜１３０が底面に露出される第１ダミーホール１６４を形成する。ここで、第１ダミーホール１６４底面はフォトダイオード１１０の上部面と対応するように形成する。
次に、第１トレンチ１６２及び第１ダミーホール１６４のプロファイルに沿って第１トレンチ１６２、第１ダミーホール１６４及び第１層間絶縁膜１６０上に第１層間絶縁膜の拡散防止膜である第２バリヤー金属膜４１０を５０〜５００Åの厚さで形成する。第２バリヤー金属膜４１０は以後に銅蒸着工程時に銅成分が下部絶縁膜１３０及び第１層間絶縁膜１６０内に拡散されることを防止するために形成される膜である。第２バリヤー金属膜４１０は、例えば、タンタル膜または窒化タンタル膜またはタンタル膜上に窒化タンタル膜が蒸着された複合膜で形成することができる。
続いて、第１トレンチ１６２及び第１ダミーホール１６４を埋めるように、第２バリヤー金属膜４１０上に銅を蒸着して第２銅層１５９を形成する。第２銅層１５９は、まず、銅シード（ｓｅｅｄ）をスパッタリング方法により蒸着した後、電気鍍金法により形成する。第２銅層１５９を無電解鍍金法で形成することもできる。
図６に示すように、第１層間絶縁膜１６０の上部面が露出されるように、前記第２銅層１５９及び第１層間絶縁膜１６０の上部表面上に存在する第２バリヤー金属膜４１０を化学的機械的研磨方法により研磨して第１トレンチ１６２内には下部コンタクト１４０と連結され、銅からなる導電性ラインの下部銅配線ライン１７０を形成し、第１ダミーホール１６４内には銅からなる第１ダミーパターン１７２を形成する。ここで、第１トレンチ１６２の側壁及び底面上には第２バリヤー金属膜４１０が第２バリヤー金属膜パターン４１１として残留する。即ち、下部銅配線ライン１７０と第１層間絶縁膜１６０との間に第２バリヤー金属膜４１０が第１層間絶縁膜拡散防止膜である第２バリヤー金属膜パターン４１１に残留して、下部銅配線ライン１７０及び第１ダミーパターン１７２を構成する金属物質が第１層間絶縁膜１６０に拡散されることを防止する。
また、第１ダミーホール１６４の側壁及び底面上に、第１ダミーパターン１７２と下部絶縁膜１３０及び第１層間絶縁膜１６０間には第１ダミーバリヤー金属膜パターン４１３が形成される。
図７に示すように、下部銅配線ライン１７０及び第１ダミーパターン１７２を含む第１層間絶縁膜１６０上に２００〜１０００Å、望ましくは３００〜７００Å程度の厚さで第２銅拡散防止膜１８０を形成する。第２銅拡散防止膜１８０はＳｉＣ、ＳｉＮのような不透明膜な物質により構成される。
第２銅拡散防止膜１８０上に第２層間絶縁膜１９０を形成する。第２層間絶縁膜１９０は第１層間絶縁膜１６０と同一である方法により、約２０００〜２００００Åの厚さを有するように形成する。
図８に示すように、下部銅配線ライン１７０上に位置する第２層間絶縁膜１９０部位を通常のフォトリソグラフィ工程によりエッチングして、底面に第２銅拡散防止膜１８０が露出される第１予備ビアホール１９２を形成する。同時に、フォトダイオード１１０の上に位置する第２層間絶縁膜１９０を部分的に除去して、底面に第２銅拡散防止膜１８０が露出される第２予備ビアホール１９４を形成する。
図９に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程を実施して第１予備ビアホール１９２を経るトレンチをパターニングするためのフォトレジストパターン１８５を形成する。フォトレジストパターン１８５をエッチングマスクに第２層間絶縁膜１９０の所定部位を２０００〜１００００Åの深さにエッチングして、第１予備ビアホール１９２の上部に第２トレンチ１９６を形成する。エッチング工程を実施する間に、第１予備ビアホール１９２の底面部がオープンされているが、第２層間絶縁膜１９０と第２銅拡散防止膜１８０間のエッチング選択比が高いために、第１予備ビアホール１９２の底面の第２銅拡散防止膜１８０は部分的に第１予備ビアホール１９２の底面部に残留する。従って、第２トレンチ１９６の形成のためのエッチング工程を実施しても、第２銅拡散防止膜１８０の下に形成された膜は殆ど損傷されない。
続いて、フォトレジストパターン１８５をストリップし、第１予備ビアホール１９２及び第２予備ビアホール１９４底面に残っている第２銅拡散防止膜１８０を除去して、底面に下部銅配線ライン１７０を露出する第１ビアホール１９８及び第１ダミーパターン１７２を露出する第２ダミーホール１９５を形成する。ここで、第２トレンチ１９６及び第１ビアホール１９８は以後の工程により下部銅配線ライン１７０と電気的に連結される配線が形成される領域である。
本実施形態では、まず第１予備ビアホール１９２を形成し、次に第１予備ビアホール１９２の上部を経る第２トレンチ１９６を形成する工程を例として説明したが、通常第１ビアホール１９８と第２トレンチ１９６を形成する工程であれば、本実施形態に含まれ得る。例えば、まず、第１ビアホール１９８を含む下部層間絶縁膜を形成した後、第１ビアホール１９８を導電性物質に埋めて、ビア銅コンタクトを形成した後、下部層間絶縁膜にトレンチを有する上部層間絶縁膜を形成することもできる。また、第２トレンチ１９６を先に形成し、第１ビアホール１９８を後に形成することもできる。
図１０に示すように、第２バリヤー金属膜４１０の形成時と同様に、第１ビアホール１９８、第２トレンチ１９６、第２ダミーホール１９５及び第２層間絶縁膜１９０のプロファイルに沿って第３バリヤー金属膜４２０を形成する。第２トレンチ１９６、第１ビアホール１９８及び第２ダミーホール１９５を埋めるように結果物の全面に銅を蒸着して第３銅層１９９を形成する。第３銅層１９９は下部金属層１３８及び第２銅層１５９で同一である方法により銅シード（Ｓｅｅｄ）をスパッタリング方法により蒸着した後、電気鍍金法により形成する。
図１１に示すように、第３銅層１９９及び第３バリヤー金属膜４２０を第２層間絶縁膜１９０の上部表面が露出されるまで化学的機械的研磨方法により研磨して、第２トレンチ１９６と第１ビアホール１９８内には下部銅配線ライン１７０と連結される第１配線２００を形成し、第２ダミーホール１９５には第１ダミーパターン１７２と連結される第２ダミーパターン２０２を形成する。第１配線２００は下部銅配線ライン１７０と直接連結される第１銅コンタクト２００ａと第１銅コンタクト２００ａ間を連結する第１銅配線ライン２００ｂにより構成される。
ここで、第２トレンチ１９６及び第１ビアホール１９８の側壁及び底面上には第３バリヤー金属膜４２０が第３バリヤー金属膜パターン４２１として残留する。即ち、第１配線２００と第２層間絶縁膜１９０間に第３バリヤー金属膜４２０が第２層間絶縁膜拡散防止膜である第３バリヤー金属膜パターン４２１に残留して、第１配線２００を構成する金属物質が第２層間絶縁膜１９０に拡散されることを防止する。
また、第２ダミーホール１９５の側壁及び底面上に、前記第２ダミーパターン２０２と第１ダミーパターン１７２及び第２層間絶縁膜１９０間には第２ダミーバリヤー金属膜パターンが形成される。
図１２に示すように、第１配線２００及び第２ダミーパターン２０２を含む第２層間絶縁膜１９０上に図７から図１０で説明したことと同一である方法により構成を実施して、第３銅拡散防止膜２１０を形成し、第３銅拡散防止膜２１０上に第２配線２３０及び第３ダミーパターン２３２を含む第３層間絶縁膜２２０を形成する。
具体的に、第１配線２００及び第２ダミーパターン２０２を含む第２層間絶縁膜１９０上に第３銅拡散防止膜２１０を形成する。第３銅拡散防止膜２１０上に第３層間絶縁膜２２０を形成する。第３層間絶縁膜２２０は第２層間絶縁膜１９０と同一方法により約１０００〜２００００Å厚さを有するように形成する。
通常的なフォトリソグラフィ工程により、前記第３層間絶縁膜２２０の所定部位をエッチングして第３銅拡散防止膜２１０を露出する第２予備ビアホールを形成する。同時に、フォトダイオードの上部に存在する第３層間絶縁膜２２０を除去して第３銅拡散防止膜２１０を露出する第３予備ビアホールを形成する。
続いて、通常のフォトリソグラフィ工程により第３層間絶縁膜２２０が所定部位をエッチングして第２予備ビアホールの上部を経る第３トレンチを形成する。第２予備ビアホール及び第３予備ダミーホール底面に露出される第３銅拡散防止膜２１０を除去して第２ビアホール及び第３ダミーホールを形成する。第３トレンチ及び第２ビアホールは後続工程を通じて第１配線２００と電気的に連結される第２配線が形成される。
続いて、第２バリヤー金属膜形成時と同様に、第３トレンチ、第２ビアホール及び第３ダミーホールの第３層間絶縁膜２２０のプロファイルに沿って第４バリヤー金属膜（図示せず）を形成する。次に、第３トレンチ、第２ビアホール及び第３ダミーホールを埋めるように結果物の全面に銅を蒸着して第３銅層（図示せず）を形成する。第３銅層を第３層間絶縁膜２２０の上部表面が露出されるまで、化学的機械的研磨方法により研磨して第３トレンチ及び第２ビアホールには第１配線２００と電気的に連結される第２配線２３０が形成され、第３ダミーホールには第２ダミーパターン２０２と連結される第３ダミーパターン２３２が形成される。第２配線２３０は第１配線２００と直接連結される第２銅コンタクト２３０ａと第２銅コンタクト２３０ａ間を連結する第２銅配線ライン２３０ｂにより構成される。
ここで、第３トレンチ及び第２ビアホールの側壁及び底面上には、第４バリヤー金属膜は第４バリヤー金属膜パターン４３１として残留する。即ち、第２配線２３０と第３層間絶縁膜２２０との間に第４バリヤー金属膜が第３層間絶縁膜拡散防止膜である第４バリヤー金属膜パターン４３１に残留して、第２配線２３０を構成する金属物質が第３層間絶縁膜２２０に拡散されることを防止する。
また、第３ダミーホールの側壁及び底面上に、第３ダミーパターン２３２と第２ダミーパターン２０２及び第３層間絶縁膜２２０との間には、第３ダミーバリヤー金属膜パターン４３３が形成される。
図１３に示すように、図１２で説明したことと同一である方法により、第２配線２３０及び第３ダミーパターン２３２を含む第３層間絶縁膜２２０上に第４銅拡散防止膜２４０を形成する。続いて、第２配線２３０と電気的に連結される第３配線２６０及び第３ダミーパターン２３２の上部面に形成される第４ダミーパターン２６２を含む第５層間絶縁膜を形成する。第３配線２６０は第２配線２３０と直接連結される第３銅コンタクト２６０ａと第３銅コンタクト２６０ａ間を連結する第３銅配線ライン２６０ｂにより構成される。
同様に、第４トレンチ及び第４ビアホールの側壁及び底面上には第５バリヤー金属膜パターン４４１が形成され、第４ダミーホールの側壁及び底面上に、第４ダミーパターン２６２と第３ダミーパターン２３２及び第４層間絶縁膜２５０間には、第４ダミーバリヤー金属膜パターン４４３が形成される。
図７乃至図１１に示すように、フォトダイオード１１０上には、不透明膜である銅拡散防止膜が残留しないようにして、トランジスター１２０のソース及びドレーンと電気的に連結される銅配線を多層により構成することができる。
本実施形態では、４層の配線構造を例として説明したが、必要によっては、図６のような単一層の配線構造を有することもでき、ｎ（２以上の自然数）層の配線構造を有することもできる。例えば、５層の配線構造が必要である場合には、第５銅拡散防止膜と第５層間絶縁膜を形成する。
続いて、第３配線２６０及び第４ダミーパターン２６２を含む第４層間絶縁膜２５０上に保護膜を形成した後、保護膜をフォトリソグラフィ工程によりパターニングして第１保護膜パターン２７０を形成する。第１保護膜パターン２７０はシリコン窒化膜またはシリコン炭化膜で形成することができる。
保護膜はシリコン窒化膜（またはシリコン炭化膜）上にシリコン酸化膜を蒸着する多層膜で形成することもできる。ＳｉＮまたはＳｉＣは銅拡散（Ｃｕ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）を防止してくれるので、必ず使用しなければならないが、非常に厚く使用する場合ＳｉＣまたはＳｉＮは蒸着速度が遅いために、費用が増加し、ＳｉＣまたはＳｉＮ膜を厚く蒸着する場合、ストレスによりクラック（ｃｒａｃｋ）が発生することがある。従って、ＳｉＣ（またはＳｉＮ膜）単一膜で形成することができるが、必要によってはＳｉＣ／ＳｉＯ２構造を有する多層膜で形成することができる。第１保護膜パターン２７０は多層で形成される配線上に形成され、第４ダミーパターン２６２と第４ダミーパターン２６２の周辺の第４層間絶縁膜２５０を部分的に露出する開口部を有する。
図１４に示すように、露出された第４ダミーパターン２６２及び第４ダミーバリヤー金属膜パターン４４３をエッチングし、続いて、第３ダミーパターン２３２及び第３ダミーバリヤー金属膜パターン４３３、第２ダミーパターン２０２及び第２ダミーバリヤー金属膜パターン４２３、また、第１ダミーパターン１７２及び第１ダミーバリヤー金属膜パターン４１３をエッチングして下部絶縁膜１３０が底面に露出されるフォトダイオード光開口部２７２を形成する。第１乃至第４ダミーパターン１７２、２０２、２３２、２６２は同一な金属物質である銅で形成されている。だから、エッチング工程は下部絶縁膜１３０及び第１乃至第４層間絶縁膜１６０、１９０、２２０、２５０及び第１保護膜パターン２７０に比べて高選択比を有しながら、銅物質をエッチングする高い選択比を有するウェットエッチング液を使用して実施する。また、第１乃至第４ダミーバリヤー金属膜パターン４１３、４２３、４３３、４４３は第１乃至第４ダミーパターン１７２、２０２、２３２、２６２とは他の金属物質からなっているので、バリヤー金属膜をエッチングするためのエッチング液と銅物質からなる銅エッチング液を交替に使用してエッチング工程を実施する。第１乃至第４ダミーバリヤー金属膜パターン４１３、４２３、４３３、４４３はドライエッチングも可能であるために、ウェットエッチング液を利用したウェットエッチング方法代わりに、エッチングガスを使用したドライエッチング法を使用することもできる。
続いて、通常の洗浄工程を実施して、内部に不透明膜である第１乃至第４銅拡散防止膜１５０、１８０、２１０、２４０を有し、光素子であるフォトダイオード１１０上に光を収集するために、上部表面から不透明膜である第１乃至第４銅拡散防止膜１５０、１８０、２１０、２４０を通過するように形成されたフォトダイオード光開口部２７２を有する層間絶縁膜構造物１０５を完成する。
図１５に示すように、フォトダイオード光開口部２７２及び第１保護膜パターン２７０のプロファイルに沿って、第２保護膜２８０を形成する。即ち、フォトダイオード光開口部２７２の内側壁及び底面上に第２保護膜２８０が形成される。第２保護膜２８０は透明な材質で形成し、化学気相蒸着方式またはスピンオン方式で形成することができる。第２保護膜２８０はフォトダイオード光開口部２７２の側壁保護のために形成される膜である。第２保護膜２８０は工程の便宜のために形成しないこともできる。第２保護膜２８０は例えば、シリコン窒化物系物質で形成することができる。また、第２保護膜２８０はＳｉＯＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯなどを使用して反射防止機能を有する膜で形成することができる。このように、反射防止機能を有する第２保護膜２８０を形成する場合には、下部のフォトダイオード１１０の光吸収率を向上させることができ、別途の反射防止膜を必要としない。第２保護膜２８０に使用されるＳｉＯＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯなどは銅拡散防止膜に使用される程度の厚さ（約２００Å以上）では不透明であるので、第２保護膜に使用される時には不透明膜でないように、薄く（約１００Å以下）に使用することが望ましい。
続いて、第２保護膜２８０が形成されているフォトダイオード光開口部２７２を、スピンオンガラス溶液をスピンオン方式にコーティングして透明な材質の膜により埋める。フォトダイオード光開口部２７２内にスピンオンガラス組成物を使用して形成することができるスピンオン絶縁膜２９０を形成する。フォトダイオード光開口部２７２内に一部埋められているスピンオン絶縁膜２９０の表面プロファイルは、凹部の半球形の第１凹部を有する。即ち、スピンオン絶縁膜２９０はフォトダイオード光開口部２７２の中心部側の厚さが周辺領域の厚さより小さくなるように形成される。
図１６に示すように、スピンオン絶縁膜２９０上にカラーフィルタ３００を形成する。カラーフィルタ３００は、ブルー、グリーン及びレッドカラーフィルタのアレイ構造を有する。本実施形態では、一つの受光素子であるフォトダイオード１１０が図示されていることとして、上部にブルー、グリーン及びレッドカラーうちの一つであるカラーフィルタが形成される。カラーフィルタ３００は凹型の半球形のスピンオン絶縁膜２９０のプロファイルに沿って形成され、フォトダイオード光開口部２７２が形成されている領域のカラーフィルタ３００上部面も凹部である第２凹部を有する。即ち、カラーフィルタ３００は下部にスピンオン絶縁膜２９０の第１凹部を埋める凸部を有し、上部は凹部の第１凹部のプロファイルに沿って凹型の第２凹部を有する。
図１７に示すように、カラーフィルタ３００上に、フォトダイオード１１０に光を集めるためのマイクロレンズ３１０を形成して、イメージ素子であるＣＭＯＳイメージセンサーを完成する。マイクロレンズ３１０はフォトダイオード光開口部２７２領域で上部面が凸型の半球形で形成する。また、マイクロレンズ３１０の下部に形成されているカラーフィルタ３００は上部面が凹型の半球形を有するので、マイクロレンズ３１０の下部にはフォトダイオード１１０側にカラーフィルタ３００の第２凹部を埋める凸部を有する。
本実施形態によると、スイッチング素子であるトランジスターと接続する多層配線を、低抵抗を有する銅で形成することにより、０．１３μｍ以下のデザインルールを有する工程で、低スピード、高抵抗などの問題を最少化することができる。また、銅拡散防止のために拡散防止膜を使用し、フォトダイオード上部に存在する拡散防止膜は部分的に除去して、光透過度を有するＣＭＯＳイメージセンサーを形成することができる。
図１８は本発明の実施例２によるイメージ素子を示す断面図である。
図１８に示すように、本実施例によるイメージ素子はフォトダイオード光開口部２７２の側壁上に第２乃至第５バリヤー金属膜パターン４１１ａ、４２１ａ、４３１ａ、４４１ａと同一である金属物質からなるバリヤー金属膜スペーサ４０５が形成され、実施形態１の第２乃至第５バリヤー金属膜パターン４１１、４２１、４３１、４４１代わりに、第２乃至第５バリヤー金属膜パターン４１１ａ、４２１ａ、４３１ａ、４４１ａが形成されていることを除外しては、実施形態１でのイメージ素子と同一である。
図１８に示すように、本実施例によるイメージ素子はフォトダイオード光開口部２７２の側壁にバリヤー金属膜スペーサ４０５が形成されている。より具体的に、バリヤー金属膜スペーサ４０５はフォトダイオード光開口部２７２により露出された第１銅拡散防止膜１５０及び第１層間絶縁膜１６０の側壁上に形成された第１スペーサ４１５、第２銅拡散防止膜１８０及び第２層間絶縁膜１９０の側壁上に形成された第２スペーサ４２５、第３銅拡散防止膜２１０及び第３層間絶縁膜２２０の側壁上に形成された第３スペーサ４３５及び第４銅拡散防止膜２４０及び第４層間絶縁膜２５０の側壁上に形成された第４スペーサ４４５からなる。
また、本実施例による第２乃至第５バリヤー金属膜パターン４１１ａ、４２１ａ、４３１ａ、４４１ａでは、水平成分（半導体基板１００と代替に平行に水平的に蒸着されている部分、ビアホール及びトレンチの底面上に塗布される部分）の厚さは、垂直成分（半導体基板１００と代替に垂直に蒸着されている部分、ビアホール及びトレンチの側壁上に塗布されている部分）が同一の実施例１の第２乃至第５バリヤー金属膜パターン４１１、４２１、４３１、４４１とは異なり、垂直成分が水平成分の厚さに比べて薄く、または殆ど同一である程度の厚さ（別途のエッチング液を使用しなくても銅エッチング液によりエッチングされる程度の厚さ）を有し、水平成分が実質的にないように形成されている。
本実施形態で、実施例１と同一の部材に対しては、同一の符号を使用し、その説明は省略する。
図１９乃至図２８は、図１８に図示した本実施例によるイメージ素子の製造方法を示す断面図である。本実施例によるイメージ素子の製造方法では、フォトダイオード光開口部２７２を形成するためのダミー銅パターンの形状をメッシュ形状に変更させ、第２乃至第５バリヤー金属膜４１０、４２０、４３０、４４０を形成する時、水平成分の厚さを垂直成分の厚さに比べて薄く、または水平成分が実質的にないように形成すること以外は、実施形態１と同一である。製造方法に対する説明でも、実施例１と同一の部材に対しては同一の符号を使用し、その重複する説明は省略する。
図１９に示すように、実施例１の図２乃至図５で説明したことと同様の工程を実施して、受光素子であるフォトダイオード１１０が形成された半導体基板１００上に、フォトダイオード１１０と接続するようにフォトダイオード１１０のスイッチング素子であるトランジスター１２０を形成する。
トランジスター１２０が形成された半導体基板１００を覆うように下部絶縁膜１３０を形成した後、下部絶縁膜１３０に通常のフォトリソグラフィ工程によりトランジスター１２０のソース／ドレーン領域１２２の表面部位とゲート電極１１４の上部表面部位を露出させるコンタクトホール１３２を形成する。
続いて、コンタクトホール１３２の側面と底面及び下部絶縁膜１３０上部面のプロファイルに沿って下部絶縁膜拡散防止膜である第１バリヤー金属膜を形成する。コンタクトホール１３２を埋めるように結果物の全面にチタンやタングステンを蒸着し下部金属層を形成した後、下部金属層及び第１バリヤー金属膜を下部絶縁膜１３０の表面が露出されるまで化学的機械的研磨方法により研磨して、コンタクトホール１３２を埋める下部コンタクト１４０を形成し、下部コンタクト１４０の側壁及び底面上に下部絶縁膜拡散防止膜である第１バリヤー金属膜パターン４０１を形成する。
次に、下部コンタクト１４０を有する下部絶縁膜１３０上に第１銅拡散防止膜１５０を形成した後、第１銅拡散防止膜１５０上に第１層間絶縁膜１６０を形成する。一般的なフォトリソグラフィ工程により、第１層間絶縁膜１６０及び第１銅拡散防止膜１５０を部分的に除去して下部コンタクト１４０を露出する第１トレンチ１６２を形成すると同時に、フォトダイオード１１０の上に位置する第１トレンチ１６２を形成すると同時に、フォトダイオード１１０の上に位置する第１層間絶縁膜１６０及び第１銅拡散防止膜１５０をエッチングして、下部絶縁膜１３０が底面に露出される第１ダミーホール１６４を形成する。
次に、第１トレンチ１６２及び第１ダミーホール１６４のプロファイルに沿って第１トレンチ１６２、第１ダミーホール１６４及び第１層間絶縁膜１６０上に第１層間絶縁膜の拡散防止膜である第２バリヤー金属膜４１０ａを形成する。第２バリヤー金属膜４１０ａは以後に銅蒸着工程時、銅成分が下部絶縁膜１３０及び第１層間絶縁膜１６０内に拡散されることを防止するために形成される膜である。
図２９は第２バリヤー金属膜４１０ａの蒸着工程をさらに詳細に説明するための図１９のＡ部分の拡大図である。第２バリヤー金属膜４１０ａのアルゴンガスを使用し、タンタルをターゲットにするスパッタリング方法により形成することができる。この場合に、アルゴンガスが半導体基板１００に向かうように電圧を印加すると、アルゴンガスは半導体基板１００に衝突しながら基底に蒸着するタンタル金属原子を部分的にエッチングして側壁に付ける。そうすると、図２９に図示したように、第１トレンチ１６２及び第１ダミーホール１６４の側壁上には、比較的厚い厚さｄ１を有し、第１トレンチ１６２及び第１ダミーホール１６４の基底面上には比較的薄い厚さｄ２を有する第２バリヤー金属膜４１０ａを形成する。
また、必要によっては、アルゴンガスに印加される電圧を上昇させて、アルゴンガスのエッチング性を増加させると、ｄ２が殆ど０に近い程度の厚さを有する第２バリヤー金属膜４１０ａを形成することができる。望ましくは、ｄ１は５０〜２００Åの厚さで、ｄ２は１００Å以下の厚さで形成する。
図２０に示すように、第１トレンチ１６２及び第１ダミーホール１６４を埋めるように、第２バリヤー金属膜４１０ａ上に銅を蒸着して第２銅層を形成した後、第１層間絶縁膜１６０の上部面が露出されるように、第２銅層１５９及び第１層間絶縁膜１６０の上部表面上に存在する第２バリヤー金属膜４１０ａを化学的機械的研磨方法により研磨して第１トレンチ１６２内には下部コンタクト１４０と連結され、銅からなる導電性ラインである下部銅配線ライン１７０を形成し、第１ダミーホール１６４内には銅からなる第１ダミーパターン１７２を形成する。ここで、第１トレンチ１６２の側壁及び底面上には第２バリヤー金属膜４１０ａが第２バリヤー金属膜パターン４１１ａとして残留する。即ち、下部銅配線ライン１７０と第１層間絶縁膜１６０の間に第２バリヤー金属膜４１０ａが第１絶縁膜拡散防止膜である第２バリヤー金属膜パターン４１１ａに残留して、下部銅配線ライン１７０及び第１ダミーパターン１７２を構成する金属物質が第１層間絶縁膜１６０に拡散されることを防止する。
また、第１ダミーホール１６４の側壁及び底面上に、第１ダミーパターン１７２と下部絶縁膜１３０及び第１層間絶縁膜１６０との間には、第１ダミーバリヤー金属膜パターン４１３ａが形成される。
次に、下部銅配線ライン１７０及び第１ダミーパターン１７２を含む第１層間絶縁膜１６０上に２００〜１０００Å、望ましくは、３００〜７００Å程度の厚さに第２銅拡散防止膜１８０を形成する。第２銅拡散防止膜１８０上に第２層間絶縁膜１９０を形成する。
図２１に示すように、下部銅配線ライン１７０上に位置する第２層間絶縁膜１９０部位を通常のフォトリソグラフィ工程によりエッチングして、底面に第２銅拡散防止膜１８０が露出される第１予備ビアホール３０１を形成する。同時に、第１ダミーパターン１７２の周辺部位上に形成されている第１層間絶縁膜１６０の所定部位をエッチングして、底面に第２銅拡散防止膜１８０が露出される第１予備開口部３０２と第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’を形成する。実施例１の図８ではフォトダイオード１１０の上部に存在する第２層間絶縁膜１９０を全て除去するが、本実施例では実施例１の第２予備ビアホール１９４の中央部に第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’を形成する。
ここで、第１予備開口部３０２は第１ダミーパターン１７２の上部周辺部位を露出しながら、第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’を取り囲むように形成される。望ましくは、第１予備開口部３０２の幅（第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’と隣接する第２層間絶縁膜１９０間の距離）は第１予備開口部３０２の幅と同一であるように形成する。第１予備開口部３０２の幅と第１予備開口部３０２の幅を同一に形成することにより、後続する銅蒸着時の形成される銅層の厚さを均一に形成することができる。
図２２に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程を実施して、第１予備ビアホール３０１の上部を経るトレンチをパターニングし、第１予備開口部３０２により取り囲まれた第２層間絶縁膜の第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’を選択的にエッチングするためのフォトレジストパターン３０４を形成する。フォトレジストパターン３０４をエッチングマスクに第２層間絶縁膜１９０の所定部位をエッチングして、第１予備ビアホール３０１上部を経る第２トレンチ３０６を形成する。同時に、第２層間絶縁膜１９０および第１ダミーパターン１７２の側面を露出させる第１予備開口部３０２により限定されている第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’は第２トレンチ３０６の深さほどエッチングされて第２層間絶縁膜ダミーパターン１９０"を形成する。
エッチング工程を実施する間に第１予備ビアホール３０１及び第１予備開口部３０２の底面部がエッチング工程に露出されているが、第２層間絶縁膜１９０と第２銅拡散防止膜１８０間のエッチング選択比が高いために、エッチング工程により第１予備ビアホール３０１及び第１予備開口部３０２底面の第２銅拡散防止膜１８０が殆どエッチングされずに、残留する。従って、エッチング工程を実施しても第２銅拡散防止膜１８０下に形成された膜は殆ど損傷されない。
一方、第２層間絶縁膜ダミーパターン１９０’’下にある第２銅拡散防止膜１８０は第２銅拡散防止膜パターン１８０ａにパターニングされる。
続いて、フォトレジストパターン３０４をストリップする。第１予備ビアホール３０１及び第１予備開口部３０２底面に残っている第２銅拡散防止膜１８０を除去して下部銅配線ライン１７０を露出する第１ビアホール３０８及び第１ダミーパターン１７２の周辺部を露出し、上部で互いに連結される構造を有する第１開口部３０３を各々形成する。ここで、第２トレンチ３０６及び第１ビアホール３０８は以後の工程により下部銅配線ライン１７０と電気的に連結される配線が形成される領域である。
図２３に示すように、第２トレンチ３０６、第１ビアホール３０８及び第１開口部３０３のプロファイルに沿って、第２トレンチ３０６、第１ビアホール３０８及び第１開口部３０３を含む第１層間絶縁膜１６０上に第２層間絶縁膜の拡散防止膜である第３バリヤー金属膜４２０ａを形成する。第３バリヤー金属膜４２０ａは第２バリヤー金属膜４１０ａの形成と同様に、水平成分の厚さが垂直成分の厚さに比べて薄く、または垂直成分が殆どないように蒸着する。次に、第２トレンチ３０６、第１ビアホール３０８及び第１開口部３０３を埋めるように、第３バリヤー金属膜４２０ａ上に銅を蒸着して第３銅層１９９ａを形成する。
図２４に示すように、第３銅層１９９ａ及び第３バリヤー金属膜４２０ａを第２層間絶縁膜１９０の表面が露出されるまで化学的機械的研磨方法により研磨して、第２トレンチ３０６及び第１ビアホール３０８内には下部銅配線ライン１７０と連結される第１配線２００を形成し、第１開口部３０３には第２層間絶縁膜ダミーパターン１９０’’をカバーする第２ダミーパターン３１２を形成する。
ここで、第２トレンチ３０６及び第１ビアホール３０８の側壁及び底面上には、第３バリヤー金属膜４２０は第３バリヤー金属膜パターン４２１ａに残留する。即ち、第１配線２００と第２層間絶縁膜１９０の間に第２バリヤー金属膜４１０ａが第２層間絶縁膜拡散防止膜である第３バリヤー金属膜パターン４２１ａに残留して、第１配線２００を構成する金属物質が第２層間絶縁膜１９０に拡散されることを防止する。
また、第１開口部３０３の側壁及び底面、また、第３層間絶縁膜の第２ダミーパターンの側壁及び上面上に、即ち、第２ダミーパターン３１２と第１ダミーパターン１７２、第３層間絶縁膜の第２ダミーパターン及び第２層間絶縁膜１９０間には第２ダミーバリヤー金属膜パターン４２３ａが形成される。
第１配線２００は下部銅配線ライン１７０と直接連結される第１ビア銅コンタクト２００ａと第１ビア銅コンタクト２００ａとの間を連結する第１銅配線ライン２００ｂを含む。また、第２ダミーパターン３１２は第１ダミーパターン１７２の上部周辺部で接触するが、中央部では第２層間絶縁膜ダミーパターン１９０’’により隔離されたメッシュ形状を有する。即ち、第２ダミーパターン３１２の下部凹部が形成され、凹部には第２銅拡散防止膜パターン１８０ａ及び第２層間絶縁膜ダミーパターン１９０’’が存在する。
前記のような形態により、第２ダミーパターン３１２を構成する場合、第２ダミーパターン３１２を形成するために、第１開口部３０３内に蒸着する第３銅層１９９ａの厚さを減少させることができ、第３銅層１９９ａの平坦度が良好になる。だから、第３銅層１９９ａを形成した後、化学的機械的研磨工程をさらに容易に実施することができる。
図２５に示すように、第１配線及び第２ダミーパターン３１２を含む第２層間絶縁膜１９０上に、図２１乃至図２４と同一の工程を反復実施して、第３銅拡散防止膜２１０、第２配線２３０及び第３ダミーパターン３２２を含む第３層間絶縁膜２２０、第４銅拡散防止膜２４０及び第３配線２６０及び第４ダミーパターン３３２を含む第５層間絶縁膜を続けて形成する。第２配線２３０は第１配線２００と直接連結される第２銅コンタクト２３０ａと第２銅コンタクト２３０ａ間を連結する第２銅配線ライン２３０ｂを含む。第３配線２６０は下部の第２配線２３０と直接連結される第３銅コンタクト２６０ａと第３銅コンタクト２６０ａ間を連結する第３銅配線ライン２６０ｂを含む。
第３ダミーパターン３２２及び第４ダミーパターン３３２も第２ダミーパターン３１２と同様に、周辺部は下部のダミーパターンと連結され、第３及び第４層間絶縁膜ダミーパターン２２０’’、２５０’’をカバーする。
具体的に、第３ダミーパターン３２２は第２ダミーパターン３１２と接触するが、中央部では第３層間絶縁膜ダミーパターン２２０”により隔離されたメッシュ形状を有する。第３ダミーパターン３２２の下部には凹部が形成されており、凹部には第３銅拡散防止膜２１０及び第３層間絶縁膜ダミーパターン２２０’’が存在する。第３層間絶縁膜ダミーパターン２２０’’と下部の第２ダミーパターン３１２間には第３銅拡散防止膜パターン２１０ａが形成される。
第２開口部の側壁及び底面、また、第３層間絶縁膜の第２ダミーパターンの側壁及び上面上に、即ち、第３ダミーパターン３２２と第２ダミーパターン３１２、第３層間絶縁膜ダミーパターン２２０’’及び第３層間絶縁膜２２０間には、第３ダミーバリヤー金属膜パターン４３３ａが形成される。
第４ダミーパターン３３２も、第３ダミーパターン３２２と同一に第４ダミーパターン３３２と接触するが、中央部では第４層間絶縁膜ダミーパターン２５０’’により隔離され、第４ダミーパターン３３２の下部には凹部が形成され、凹部には第４銅拡散防止膜パターン２４０ａ及び第４層間絶縁膜ダミーパターン２５０’’が存在する。第４層間絶縁膜ダミーパターン２５０’’と下部の第３ダミーパターン３２２間には第４銅拡散防止膜パターン２４０ａが形成される。
第３開口部の側壁及び底面、また、第３層間絶縁膜ダミーパターンの側壁及び上面上には、即ち、第４ダミーパターン３３２と第３ダミーパターン３２２、第４層間絶縁膜ダミーパターン２５０”及び第３配線２６０と間には第４ダミーバリヤー金属膜パターン４４３ａが形成される。
第３トレンチ及び前記第２ビアホールの側壁及び底面上には、第３バリヤー金属膜は第３バリヤー金属膜パターン４３１ａとして残留する。第２配線２３０と第３層間絶縁膜２２０間に第３バリヤー金属膜が第３層間絶縁膜拡散防止膜である第４バリヤー金属膜パターン４３１ａに残留して、第２配線２３０を構成する金属物質が第３層間絶縁膜２２０に拡散されることを防止する。
第４トレンチ及び第３ビアホールの側壁及び底面上には、第４バリヤー金属膜は第４バリヤー金属膜パターンに残留する。第３配線２６０と第４層間絶縁膜２５０間に第４バリヤー金属膜が第４層間絶縁膜拡散防止膜である第４バリヤー金属膜パターンに残留して、第３配線２６０を構成する金属物質が第４層間絶縁膜２５０に拡散されることを防止する。
図２６に示すように、第３配線２６０及び第４ダミーパターン３３２を含む第４層間絶縁膜２５０上に第１保護膜を形成する。続いて、第４ダミーパターン３３２が露出されるように第１保護膜を通常のフォトリソグラフィ工程によりパターニングして、第４ダミーパターン３３２及びその周辺部を露出する開口部を有する第１保護膜パターン２７０を形成する。
図２７に示すように、実施例１の図１４の類似する方法により、第４ダミーパターン３３２及び第４ダミーパターン３３２の下部の第１乃至第３ダミーパターン１７２、３１２、３２２をエッチングして、第１層間絶縁膜１３０が底面に露出されるフォトダイオード光開口部２７２を形成する。
第１乃至第４ダミーパターン１７２、３１２、３２２、３３２をエッチングすると、第２乃至第４ダミーパターン３１２、３２２、３３２の内部に形成されている第２乃至第４層間絶縁膜ダミーパターン１９０”、２２０”、２５０”及び第２乃至第４銅拡散防止膜パターン１８０ａ、２１０ａ、２４０ａは自然的に除去される。即ち、第４ダミーパターン３３２内に形成されている第４層間絶縁膜ダミーパターン２５０”及び第４銅拡散防止膜パターン２４０ａは第３ダミーパターン３２２がエッチングされながら、自然的にリフトされて除去される。続けて、第２ダミーパターン３１２が除去されながら、第３層間絶縁膜の第３層間絶縁膜ダミーパターン２２０’’及び第３銅拡散防止膜パターン２１０ａがリフトされ、第１ダミーパターン１７２が除去されながら第２層間絶縁膜ダミーパターン１９０’’及び第２銅拡散防止膜パターン１８０ａがリフトされて除去される。従って、第１乃至第４ダミーパターン１７２、３１２、３２２、３３２をエッチングすることにより、第１層間絶縁膜１３０が底面に露出されるフォトダイオード光開口部２７２を形成することができる。
一方、第１乃至第４ダミーパターン１７２、３１２、３２２、３３２を除去する時、第４ダミーバリヤー金属膜パターン４４３ａ、第３ダミーバリヤー金属膜パターン４３３ａ、第２ダミーバリヤー金属膜パターン４２３ａ及び第１ダミーバリヤー金属膜パターン４１３ａの水平成分と第２層間絶縁膜ダミーパターン１９０”、第３層間絶縁膜ダミーパターン２２０”及び第４層間絶縁膜ダミーパターン２５０”の側壁上に存在する垂直成分も除去され、図示したように、フォトダイオード光開口部２７２の側壁に、第１銅拡散防止膜１５０及び第１層間絶縁膜１６０の側壁上に形成された第１スペーサ４１５、第２銅拡散防止膜１８０及び第２層間絶縁膜１９０の側壁上に形成された第２スペーサ４２５、第３銅拡散防止膜２１０及び第３層間絶縁膜２２０の側壁上に形成された第３スペーサ４３５、及び第４銅拡散防止膜２４０及び第４層間絶縁膜２５０の側壁上に形成された第４スペーサ４４５からなるバリヤー金属膜スペーサ４０５が形成される。
図２８に示すように、実施例１の図１５乃至図１７に図示したのと同一の方法により、フォトダイオード光開口部２７２及び第１保護膜パターン２７０のプロファイルに沿って第２保護膜２８０を形成する。続いて、第２保護膜２８０が形成されているフォトダイオード光開口部２７２を埋めるように、スピンオン絶縁膜２９０を形成する。スピンオン絶縁膜２９０の上部にカラーフィルタ３００を形成し、カラーフィルタ３００上にマイクロレンズ３１０を形成して本実施例によるイメージ素子を完成する。
本実施例によると、実施例１に比べて配線層を形成するための銅層を平坦に形成することによりＣＭＰ工程を実施する時、平坦性を向上させることができる。
また、実施例１では、フォトダイオード光開口部を形成する時、バリヤー金属膜をエッチングするためのエッチング液とダミー銅パターンをエッチングするためのエッチング液を各々使用して、反復的にウェットエッチングを実施しなければならないが、本実施例によると、バリヤー金属膜の水平成分は殆ど存在せず、または銅エッチング液にエッチングされる程度の厚さのみ有して形成されるために、ダミー銅パターンをエッチングするための銅エッチング液を使用して一回のウェットエッチング工程によりフォトダイオード光開口部を形成することができる。
図３０乃至図３７は図１８に図示されたイメージ素子を製造するために、本実施例によるイメージ素子の製造方法を示す断面図である。本実施例には層間絶縁膜構造物を形成する時、実施例２と異なり、トレンチを形成する時に第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’をエッチングせずに進行すること以外は、実施例２と同一である。本実施例で、実施例１及び２と同一の部材に対しては同一の符号を示し、重複する説明は省略する。
図３０に示すように、実施例２の図１９乃至図２１で説明した同一の工程を実施する。即ち、受光素子であるフォトダイオード１１０が形成された半導体基板１００上に、フォトダイオード１１０と接続するようにフォトダイオード１１０のスイッチング素子であるトランジスター１２０を形成する。
トランジスター１２０が形成された半導体基板１００を覆うように、下部絶縁膜１３０を形成した後、下部絶縁膜１３０に通常のフォトリソグラフィ工程によりトランジスター１２０のソース／ドレーン領域１２２の表面部位とゲート電極１１４の上部表面部位を露出させるコンタクトホール１３２を形成する。
続いて、コンタクトホール１３２の側面と底面及び下部絶縁膜１３０上部面のプロファイルに沿って、下部絶縁膜拡散防止膜である第１バリヤー金属膜を形成する。コンタクトホール１３２を埋めるように結果物の全面にチタンやタングステンを蒸着し下部金属層を形成した後、下部金属層及び第１バリヤー金属膜を下部絶縁膜１３０の表面が露出されるまで化学的機械的研磨方法により研磨して、コンタクトホール１３２を埋める下部コンタクト１４０を形成し、下部コンタクト１４０の側壁及び底面上に下部絶縁膜拡散防止膜である第１バリヤー金属膜パターン４０１を形成する。
次に、下部コンタクト１４０を有する下部絶縁膜１３０上に第１銅拡散防止膜１５０を形成した後、第１銅拡散防止膜１５０上に第１層間絶縁膜１６０を形成する。通常的なフォトリソグラフィ工程により、第１層間絶縁膜１６０及び第１銅拡散防止膜１５０を部分的に除去して下部コンタクト１４０を露出する第１トレンチ１６２を形成すると同時に、フォトダイオード１１０の上に位置する第１層間絶縁膜１６０及び第１銅拡散防止膜１５０をエッチングして、下部絶縁膜１３０が底面に露出される第１ダミーホール１６４を形成する。
次に、第１トレンチ１６２及び第１ダミーホール１６４のプロファイルに沿って第１トレンチ１６２、第１ダミーホール１６４及び第１層間絶縁膜１６０上に第１層間絶縁膜の拡散防止膜である第２バリヤー金属膜（図示せず）を形成する。
次に、第１トレンチ１６２及び第１ダミーホール１６４を埋めるように、第２バリヤー金属膜４１０ａ上に銅を蒸着して第２銅層を形成した後、第１層間絶縁膜１６０の上部面が露出されるように、第２銅層１５９及び第１層間絶縁膜１６０の上部表面上に存在する第２バリヤー金属膜４１０ａを化学的機械的研磨方法により研磨して第１トレンチ１６２内には下部コンタクト１４０と連結され、銅からなる導電性ラインである下部銅配線ライン１７０を形成し、第１ダミーホール１６４内には銅からなる第１ダミーパターン１７２を形成する。ここで、第１トレンチ１６２の側壁及び底面上には第２バリヤー金属膜４１０ａが第２バリヤー金属膜パターン４１１ａとして残留する。
また、第１ダミーホール１６４の側壁及び底面上で、第１ダミーパターン１７２と下部絶縁膜１３０及び第１層間絶縁膜１６０と間には、第１ダミーバリヤー金属膜パターン４１３ａが形成される。
次に、下部銅配線ライン１７０及び第１ダミーパターン１７２を含む第１層間絶縁膜１６０上に第２銅拡散防止膜１８０を形成し、第２銅拡散防止膜１８０上に第２層間絶縁膜１９０を形成する。
下部銅配線ライン１７０上に位置する第２層間絶縁膜１９０部位を通常のフォトリソグラフィ工程によりエッチングして、底面に第２銅拡散防止膜１８０が露出される第１予備ビアホールを形成する。
同時に、第１ダミーパターン１７２の周辺部位上に形成されている第１層間絶縁膜１６０の所定部位をエッチングして、底面に第２銅拡散防止膜１８０が露出される第１予備開口部３０２と第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’を形成する。
ここで、銅拡散防止膜をエッチングすることができるエッチング工程をさらに実施して、第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’下にある第２銅拡散防止膜１８０を第２銅拡散防止膜パターン１８０ａにパターニングし、第１ダミーパターン１７２の上部周辺部が第１開口部３０３により露出されるようにする。また、下部銅配線ライン１７０の上部は第１ビアホール３０８に露出される。
図３１に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程を実施して、第１予備ビアホール３０８の上部を経るトレンチをパターニングするためのフォトレジストパターン３０４ａを形成する。フォトレジストパターン３０４ａをエッチングマスクに第２層間絶縁膜１９０の所定部位をエッチングして、第１ビアホール３０８上部を経る第２トレンチ３０６を形成する。
続いて、フォトレジストパターン３０４をストリップする。
図３２に示すように、第２トレンチ３０６、第１ビアホール３０８及び第１開口部３０３のプロファイルに沿って、第２トレンチ３０６、第１ビアホール３０８及び第１開口部３０３を含む第２層間絶縁膜１９０上に第２層間絶縁膜の拡散防止膜である第３バリヤー金属膜４２０ｂを形成する。第３バリヤー金属膜４２０ｂは実施例２の図２３での第３バリヤー金属膜４２０ａの形成と同様に、水平成分の厚さが垂直成分の厚さに比べて薄く、または水平成分が殆どないように蒸着する。次に、第２トレンチ３０６、第１ビアホール３０８及び第１開口部３０３を埋めるように、第３バリヤー金属膜４２０ｂ上に銅を蒸着して第３銅層１９９ｂを形成する。
図３３に示すように、第３銅層１９９ｂ及び第３バリヤー金属膜４２０ｂを第２層間絶縁膜１９０の表面が露出されるまで化学的機械的研磨方法により研磨して、第２トレンチ３０６及び第１ビアホール３０８内には下部銅配線ライン１７０と連結される第１配線２００を形成し、第１開口部３０３には第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’をカバーする第２ダミーパターン３１２ａを形成する。
ここで、第２トレンチ３０６及び第１ビアホール３０８の側壁及び底面上には、第３バリヤー金属膜４２０が第３バリヤー金属膜パターン４２１ａとして残留する。また、第１開口部３０３の側壁及び底面、また、第３層間絶縁膜の予備ダミーパターンの側壁上に、第２ダミーパターン３１２ａと第１ダミーパターン１７２、第３層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’及び第２層間絶縁膜１９０間には第２ダミーバリヤー金属膜パターン４２３ａが形成される。
第２ダミーパターン３１２ａは第１ダミーパターン１７２の上部周辺部で接触し、中央部では第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’を取り囲むように形成される。
本実施例のような形態により第２ダミーパターン３１２ａを構成する場合、実施例２と同様に、第２ダミーパターン３１２ａを形成するために、第１開口部３０３内に蒸着する第３銅層１９９ｂの厚さを減少させることができ、第３銅層１９９ｂの平坦度が良好になる。だから、第３銅層１９９ｂを形成した後に、化学機械的研磨工程をさらに容易に実施することができる。
図３４に示すように、第１配線及び第２ダミーパターン３１２ａを含む第２層間絶縁膜１９０上に、図３０乃至図３３と同一の工程を反復実施して、第３銅拡散防止膜２１０、第２配線３２０及び第３ダミーパターン３２２ａを含む第３層間絶縁膜２２０、第４銅拡散防止膜２４０及び第３配線２６０及び第４ダミーパターン３３２ａを含む第５層間絶縁膜を続けて形成する。
実施例１及び実施例２と同様に、第２配線２３０は下部の第１配線２００と直接連結される第２銅コンタクト２３０ａと、第２銅コンタクト２３０ａ間を連結する第２銅配線ライン２３０ｂとを含む。また、第３配線２６０は、下部の第２配線２３０と直接連結される第３銅コンタクト２６０ａと、第３銅コンタクト２６０ａ間を連結する第３銅配線ライン２６０ｂを含む。
第３ダミーパターン３２２ａ及び第４ダミーパターン３３２ａも第２ダミーパターン３１２ａと同様に、周辺部は下部のダミーパターンと連結され、第３及び第４層間絶縁膜ダミーパターン２２０’、２５０’の側壁を取り囲む。
具体的に、第３ダミーパターン３２２ａは第２ダミーパターン３１２ａと接触し、中央部では第３層間絶縁膜ダミーパターン２２０’が形成される。第３層間絶縁膜ダミーパターン２２０’と下部の第２層間絶縁膜予備ダミーパターン１９０’間には第３銅拡散防止膜パターン２１０ａが形成される。
第２開口部の側壁及び底面、また、第３層間絶縁膜の第２ダミーパターンの側壁上には、即ち、第３ダミーパターン３２２ａと第２ダミーパターン３１２ａ、第３層間絶縁膜ダミーパターン２２０’及び第３層間絶縁膜２２０との間には、第３ダミーバリヤー金属膜パターン４３３ａが形成される。
第４ダミーパターン３３２ａも、第３ダミーパターン３２２ａと同一に第４ダミーパターン３３２ａと接触するが、中央部では第４層間絶縁膜ダミーパターン２５０’を取り囲む。第４層間絶縁膜ダミーパターン２５０’と下部の第３層間絶縁膜ダミーパターン２２０’の間には第３銅拡散防止膜パターン２４０ａが形成される。
第３開口部の側壁及び底面、また、第４層間絶縁膜ダミーパターン２５０’の側壁上には、即ち、第４ダミーパターン３３２ａと第３ダミーパターン３２２ａ、第４層間絶縁膜ダミーパターン２５０’及び第４層間絶縁膜との間には第４ダミーバリヤー金属膜パターン４４３ａが形成される。
第３トレンチ及び第２ビアホールの側壁及び底面上には、第３バリヤー金属膜は第４バリヤー金属膜パターン４３１ａが形成される。第４トレンチ及び第３ビアホールの側壁及び底面上には、第４バリヤー金属膜は第４バリヤー金属膜パターン４４１ａが形成される。
図３５に示すように、第３配線２６０及び第４ダミーパターン３３２ａを含む第４層間絶縁膜２５０上に第１保護膜を形成する。続いて、第４ダミーパターン３３２が露出されるように第１保護膜を通常のフォトリソグラフィ工程によりパターニングして、第４ダミーパターン３３２及びその周辺部を露出する開口部を有する第１保護膜パターン２７０を形成する。
図３６に示すように、実施例１の図２７の類似する方法により、第４ダミーパターン３３２ｂ及び第４ダミーパターン３３２ｂの下部の第１乃至第３ダミーパターン１７２、３１２ｂ、３２２ｂをエッチングして、第１層間絶縁膜１３０が底面に露出されるフォトダイオード光開口部２７２を形成する。
第１乃至第４ダミーパターン１７２、３１２ｂ、３２２ｂ、３３２ｂをエッチングすると、第２乃至第４ダミーパターン３１２ｂ、３２２ｂ、３３２ｂが取り囲んでいる第２乃至第４層間絶縁膜ダミーパターン１９０’、２２０’、２５０’及び第２乃至第４銅拡散防止膜パターン１８０ａ、２１０ａ、２４０ａは第１ダミーパターン１７２が除去されながら、自然的にリフトされて除去される。従って、第１乃至第４ダミーパターン１７２、３１２ｂ、３２２ｂ、３３２ｂをエッチングすることにより、第１層間絶縁膜１３０が底面に露出されるフォトダイオード光開口部２７２を形成することができる。
一方、第１乃至第４ダミーパターン１７２、３１２ａ、３２２ａ、３３２ａを除去する時、第４ダミーバリヤー金属膜パターン４４３ａ、第３ダミーバリヤー金属膜パターン４３３ａ、第２ダミーバリヤー金属膜パターン４２３ａ及び第１ダミーバリヤー金属膜パターン４１３ａの水平成分と第２層間絶縁膜ダミーパターン１９０’、第３層間絶縁膜ダミーパターン２２０’及び第４層間絶縁膜ダミーパターン２５０’の側壁上に存在する垂直成分も除去され、図示したように、フォトダイオード光開口部２７２の側壁に、第１銅拡散防止膜１５０及び第１層間絶縁膜１６０の側壁上に形成された第１スペーサ４１５、第２銅拡散防止膜１８０及び第２層間絶縁膜１９０の側壁上に形成された第２スペーサ４２５、第３銅拡散防止膜２１０及び第３層間絶縁膜２２０の側壁上に形成された第３スペーサ４３５、及び第４銅拡散防止膜２４０及び第４層間絶縁膜２５０の側壁上に形成された第４スペーサ４４５からなるバリヤー金属膜スペーサ４０５が形成される。
図３７に示すように、実施例１の図１５乃至図１７に図示した場合と同一な方法によりフォトダイオード光開口部２７２及び第１保護膜パターン２７０のプロファイルに沿って第２保護膜２８０を形成する。続いて、第２保護膜２８０が形成されているフォトダイオード光開口部２７２を埋めるように、スピンオン絶縁膜２９０を形成する。スピンオン絶縁膜２９０の上部にカラーフィルタ３００を形成し、カラーフィルタ３００上にマイクロレンズ３１０を形成して本実施例によるイメージ素子を完成する。
本実施例によると、実施例２と同様に、配線層を形成するための銅層を平坦に形成することによりＣＭＰ工程を実施する時、平坦性を向上させることができる。
また、実施例２と同様に、フォトダイオード光開口部を形成する時、ダミー銅パターンをエッチングするためのエッチング液のみを使用して一回のウェットエッチング工程により、フォトダイオード光開口部を形成することができる。
図３８乃至図４５は図１に図示されたイメージ素子を製造するために、本実施例によるイメージ素子の製造方法を示す断面図である。本実施例には層間絶縁膜構造物を形成する時、実施例１乃至３と異なり、ダミー銅パターンを使用せずに、最終の層間絶縁膜を形成した後、順次に層間絶縁膜と銅拡散防止膜をパターニングして、フォトダイオード光開口部を形成すること以外は、実施例１と同一である。本実施例で、実施例１と同一の部材に対しては同一の符号を示し、重複する説明は省略する。
図３８に示すように、実施例１の図２乃至図４に説明した工程を実施して、フォトダイオード１１０のような受光素子を含む半導体基板１００上にトランジスター１２０を形成し、トランジスター１２０を覆う下部層間絶縁膜１３０及びソース／ドレーン領域と接続する下部コンタクト１４０を形成する。下部コンタクトと下部層間絶縁膜１３０間には第１バリヤー金属膜パターン４０１が形成される。
続いて、下部コンタクト１４０を有する第１層間絶縁膜１６０上に第１銅拡散防止膜１５０及び第１層間絶縁膜１６０を形成する。
図３９に示すように、第１層間絶縁膜１６０及び第１銅拡散防止膜１５０の所定部位を順次にエッチングして下部コンタクト１４０を露出する第１トレンチ１６２を形成する。
続いて、第１トレンチ１６２のプロファイルに沿って、第１層間絶縁膜１６０上に、第２バリヤー金属膜を形成した後、第１トレンチ１６２を埋めるように第１銅層を形成し、第１銅層及び第２バリヤー金属膜を研磨して、第１トレンチ１６２内には下部コンタクト１４０と連結される導電性ラインである下部銅配線ライン１７０を形成する。ここで、第１トレンチ１６２の側壁及び底面上には第２バリヤー金属膜４１０が第２バリヤー金属膜パターン４１１として残留する。
図４０に示すように、下部銅配線ライン１７０を含む第１層間絶縁膜１６０上に、第２銅拡散防止膜１８０を形成する。続いて、第２銅拡散防止膜１８０上に第２層間絶縁膜１９０を形成する。
図４１に示すように、下部銅配線ライン１７０上に位置する第２層間絶縁膜１９０部位を通常のフォトリソグラフィ工程によりエッチングして、底面に第２銅拡散防止膜１８０が露出される第１予備ビアホールを形成する。続いて、第２層間絶縁膜１９０の所定部位をエッチングして、第１予備ビアホールの上部に第２トレンチ１９６を形成する。続いて、第１予備ビアホールの底面に残っている第２銅拡散防止膜１８０を除去して、底面に下部銅配線ライン１７０を露出する第１ビアホール１９８を形成する。ここで、第２トレンチ１９６及び第１ビアホール１９８は以後の工程により下部銅配線ライン１７０と電気的に連結される配線が形成される領域である。
図４２に示すように、第２トレンチ１９６及び第１ビアホール１９８のプロファイルに沿って、第２層間絶縁膜１９０上に第３バリヤー金属膜を形成した後、第３バリヤー金属膜上に第２トレンチ１９６及び第１ビアホール１９８を埋めるように銅層を蒸着し、第２層間絶縁膜１９０の上部表面が露出されるまで化学的機械的研磨方法により銅層と第３バリヤー金属膜を研磨して、第２トレンチ１９６と第１ビアホール１９８内には下部銅配線ライン１７０と連結される第１配線２００を形成する。第１配線２００は下部銅配線ライン１７０と直接連結される第１ビア銅コンタクト２００ａと第１ビア銅コンタクト２００ａ間を連結する第１銅配線ライン２００ｂにより構成される。ここで、第２トレンチ１９６及び第１ビアホール１９８の側壁及び底面上には第３バリヤー金属膜パターン４２１が形成される。
図４３に示すように、第１配線２００を含む第２層間絶縁膜１９０上に図４０から図４２と同一の工程を実施して、第３銅拡散防止膜２１０を形成し、第１配線２００と電気的に連結される第２配線２３０を含む第３層間絶縁膜２２０を形成する。続いて、反復的に工程を実施して第３層間絶縁膜２２０上に第４銅拡散防止膜２４０を形成し、第２配線２３０と電気的に連結される第３配線２６０を含む第４層間絶縁膜２５０を形成する。
第２配線２３０は第１配線２００と直接連結される第２銅コンタクト２３０ａと第２銅コンタクト２３０ａ間を連結する第２銅配線ライン２３０ｂにより構成される。第３トレンチ及び第２ビアホールの側壁及び底面上には第４バリヤー金属膜パターン４３１が形成される。
また、第３配線２６０は第２配線２３０と直接連結される第３銅コンタクト２６０ａと第３銅コンタクト２６０ａ間を連結する第２銅配線ライン２６０ｂにより構成される。第４トレンチ及び第４ビアホールの側壁及び底面上には第５バリヤー金属膜パターン４４１が形成される。
本実施例により、銅多層配線を形成する場合には、フォトダイオード１１０の上部には不透明膜である第１乃至第４銅拡散防止膜１５０、１８０、２１０、２４０が残留している。
続いて、第３配線２６０を含む第５層間絶縁膜２５０上に実施例１の図１３と同一の方法により第１保護膜パターン２７０を形成する。
図４４に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程を実施してフォトダイオード１１０上に位置する第５層間絶縁膜２５０部位を選択的に露出し、フォトダイオード光開口部形成のためのフォトレジストパターン２７５を形成する。続いて、フォトレジストパターン２７５をエッチングマスクに使用して第５層間絶縁膜２５０を部分的にエッチングし、順次に第５層間絶縁膜２５０の下部の第４銅拡散防止膜２４０をエッチングする。続けて、第３層間絶縁膜２２０、第３銅拡散防止膜２１０、第２層間絶縁膜１９０、第２銅拡散防止膜１８０、第１層間絶縁膜１６０及び第１銅拡散防止膜１５０を部分的にエッチングして、底面に下部絶縁膜１３０の上部面が露出されるフォトダイオード光開口部２７２を形成する。
エッチング工程はドライエッチング工程により実施することができる。続いて、通常の洗浄工程を実施する。
図４５に示すように、残留するフォトレジストパターン２７５を除去した後、実施例１の図１５乃至図１７と同一の方法によりフォトダイオード光開口部２７２及び第１保護膜パターン２７０のプロファイルに沿って第２保護膜２８０を形成する。続いて、第２保護膜２８０が形成されているフォトダイオード光開口部２７２内にスピンオン絶縁膜２９０を部分的に形成する。スピンオン絶縁膜２９０の上部にカラーフィルタ３００を形成し、カラーフィルタ３００上にマイクロレンズ３１０を形成して図１に図示したようなイメージ素子を完成する。
図４６は本発明の実施例５によるイメージ素子を示す断面図である。
本実施例によるイメージ素子はフォトダイオード１１０上に反射防止膜を形成すること以外は、実施例１に図示したイメージ素子と同一である。従って、同一の部材に対しては同一の符号を使用し、その説明は省略する。
図４６に示すように、本実施例によるイメージ素子はフォトダイオード１１０とトランジスター１２０を形成した後、半導体基板１００の全面に反射防止膜５００を形成する。反射防止膜５００はＳｉＯＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯなどを使用して形成することができる。以後には実施例１と同一の方法により工程を実施してイメージ素子を製造する。
このように、反射防止膜を形成することにより、フォトダイオードの光吸収率を向上させることができる。
本実施例で、反射防止膜を形成した後、実施例１と同一の工程を実施したことを例を挙げて説明したが、実施例１の工程代わりに実施例２の工程を実施して、図１８に図示したイメージ素子で本実施例のように反射防止膜５００が追加されたイメージ素子を製造することができる。
図４７は本発明の実施例６によるイメージ素子を示す断面図である。
本実施例によるイメージ素子は実施例５の反射防止膜５００代わりに、フォトダイオード１１０上に反射防止パターンを形成することを除外しては、実施例１に図示した素子と同一である。従って、同一の部材に対しては同一の参照符号を使用し、その重複された説明は省略する。
図４７に示すように、本実施例によるイメージ素子はフォトダイオード１１０とトランジスター１２０を形成した後、半導体基板１００の全面に実施例５と同様に反射防止膜５００を形成する。反射防止膜５００をフォトダイオード１１０を覆う程度にパターニングして、図示したような反射防止パターン５０１を形成する。以後には、実施例１と同一の方法により工程を進行してイメージ素子を製造する。
本実施例も実施例５のように、反射防止パターンを形成してフォトダイオード１１０の光吸収率を向上させることができる。
本実施例で、反射防止パターンを形成した後、実施例１と同一の工程を実施したことを示したが、実施例１の工程代わりに実施例２の工程を実施して、図１８に図示したイメージ素子で本実施例のように反射防止パターン５０１が追加されたイメージ素子を製造することができる。
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
本発明の実施例１によるイメージ素子を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例２によるイメージ素子を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の一例を示す断面図である。 図１９のＡ部分の拡大図としてバリヤー膜の蒸着を説明するための断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図１８に図示したイメージ素子を製造するためのイメージ素子の製造方法の他の一例を示す断面図である。 図１に図示された本発明のイメージ素子を製造するための実施例４によるイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示された本発明のイメージ素子を製造するための実施例４によるイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示された本発明のイメージ素子を製造するための実施例４によるイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示された本発明のイメージ素子を製造するための実施例４によるイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示された本発明のイメージ素子を製造するための実施例４によるイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示された本発明のイメージ素子を製造するための実施例４によるイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示された本発明のイメージ素子を製造するための実施例４によるイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 図１に図示された本発明のイメージ素子を製造するための実施例４によるイメージ素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例５によるイメージ素子を示す断面図である。 本発明による実施例６によるイメージ素子を示す断面図である。
符号の説明
１００ 半導体基板
１０２ フィールド酸化膜
１０５ 層間絶縁膜構造物
１１０ フォトダイオード
１１２ ゲート絶縁膜
１１４ ゲート電極
１１６ スペーサ
１２０ トランジスター
１２２ ソース／ドレーン領域
１３０ 下部絶縁膜
１４０ 下部コンタクト
１５０ 第１銅拡散防止膜
１６０ 第１層間絶縁膜
１７０ 下部銅配線ライン
１８０ 第２銅拡散防止膜
１９０ 第２層間絶縁膜
２００ 第１配線
２１０ 第３銅拡散防止膜
２２０ 第３層間絶縁膜
２３０ 第２配線
２３２ 第３ダミーパターン
２４０ 第４銅拡散防止膜
２５０ 第４層間絶縁膜
２６０ 第３配線
２７２ フォトダイオード光開口部
４０１ 第１バリヤー金属膜パターン

Claims (11)

  1. 光素子が形成された基板と、
    前記基板上に形成され、内部に少なくとも一つの銅コンタクトまたは銅配線ラインと、前記銅コンタクトまたは銅配線の銅拡散を防止するための銅拡散防止膜とを有し、前記光素子上に光を収集するために、前記光素子の最上部表面から前記銅拡散防止膜を通過するように形成されている光素子開口部を有する層間絶縁膜構造物と、
    前記開口部を埋め、上部に凹部を有する透明絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に形成され、前記凹部に対応する凹部を上面に有するカラーフィルタと、
    前記カラーフィルタ上に形成され、前記カラーフィルタの凹部を埋める凸形状を有するマイクロレンズとを含むことを特徴とするイメージ素子。
  2. 前記基板と前記層間絶縁膜構造物間には前記基板に形成された半導体素子を覆うように形成された下部絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージ素子。
  3. 層間絶縁膜構造物は、
    前記下部絶縁膜上に形成され、前記光素子開口部部位に該当する部位がオープンされた第１銅拡散防止膜と、
    前記第１銅拡散防止膜上に形成され、前記光素子開口部部位に該当する部位がオープンされた第１層間絶縁膜を含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージ素子。
  4. 前記層間絶縁膜構造物は、
    前記第１層間絶縁膜上に形成され、前記光素子開口部部位に該当する部位がオープンされた第２乃至ｎ次、（ｎは２以上の自然数）銅拡散防止膜と、
    前記第２乃至ｎ次銅拡散防止膜上に各々形成され、前記光素子開口部に該当する部位がオープンされた第２乃至ｎ次層間絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のイメージ素子。
  5. 前記ｎ次層間絶縁膜は、
    下部の導電性配線層と接続するビアコンタクトと、
    前記ビアコンタクト上に形成され、信号を伝達するための導電性ラインを含むことを特徴とする請求項４に記載のイメージ素子。
  6. 前記ビアコンタクト及び導電性ラインと、前記ｎ次層間絶縁膜との間に前記ｎ次層間絶縁膜に前記ビアコンタクト及び導電性ラインの構成物質が拡散することを防止するためのバリヤー金属膜をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のイメージ素子。
  7. 前記下部絶縁膜は基板に形成された半導体素子と接続する下部コンタクトを含み、
    前記第１層間絶縁膜には、前記下部コンタクトに接触して形成された導電性ラインが形成されていることを特徴とする請求項３に記載のイメージ素子。
  8. 前記光素子と前記光素子開口部間に前記光素子の光吸収率を向上させるための反射防止膜または反射防止パターンをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージ素子。
  9. 前記光素子開口部の側壁上に形成された保護膜をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージ素子。
  10. 前記光素子開口部の側壁上に形成されたバリヤー金属膜をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージ素子。
  11. 光素子が形成された基板と、
    前記光素子を覆って、前記光素子を駆動するための半導体素子と電気的に連結された下部コンタクトを備える下部絶縁膜と、
    前記下部絶縁膜上に形成され、内部に前記下部コンタクトと接続する少なくとも一つの銅コンタクトまたは銅配線ラインと、前記銅コンタクトまたは銅配線の銅拡散を防止するための銅拡散防止膜を含み、前記光素子の上部にその最上部表面から前記銅拡散防止膜を通過するように光を収集するための光素子開口部が形成されている層間絶縁膜構造物と、
    前記光素子開口部を埋め、スピンオン絶縁物からなる透明絶縁膜と、
    前記透明な絶縁膜上に形成されているカラーフィルタと、
    前記カラーフィルタ上に形成されているマイクロレンズを含むことを特徴とするイメージ素子。
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