JP5110060B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method of solid-state imaging device - Google Patents
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Description
本発明は固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。詳しくは、平坦化処理を施すことによって残留する金属元素の拡散を抑制し、感度や画質の劣化を抑制しようとした固体撮像素子及びその製造方法に係るものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device. More specifically, the present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, in which diffusion of a remaining metal element is suppressed by performing a planarization process, and deterioration in sensitivity and image quality is suppressed.
近年、固体撮像素子を用いた製品の小型化、軽量化、低消費電力化に関する要求に伴って、信号処理用素子に設けていた処理回路も固体撮像素子の受光部周辺に形成し、1つの固体撮像素子で全ての処理を可能とし、信号処理素子を不要とすることが行なわれている。 In recent years, with the demand for miniaturization, weight reduction, and low power consumption of products using solid-state image sensors, a processing circuit provided in the signal processing element is also formed around the light receiving portion of the solid-state image sensor. It has been practiced that all processing is possible with a solid-state imaging device and no signal processing device is required.
この様な固体撮像素子としては、特にCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型固体撮像素子が小型化、軽量化、低コスト化、更に低消費電力化に有利であることが知られており、CMOS構造を有する光電変換素子を形成した受光部の周辺に所要の回路からなる周辺回路を設けることにより、1つの固体撮像素子を形成している。 As such a solid-state imaging device, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type solid-state imaging device is known to be advantageous in reducing the size, weight, cost, and power consumption. A single solid-state imaging device is formed by providing a peripheral circuit including a required circuit around the light-receiving portion in which the photoelectric conversion element having the above is formed.
また、MOSプロセスの微細化技術の進展に伴い、光電変換素子の微細化及び多画素化が容易に実現できることに加えて周辺回路の高集積化も可能となり、CMOS型固体撮像素子としては益々小型化、多画素化及び高機能化が進んでいる。 In addition, along with the progress of miniaturization technology of MOS process, it is possible to easily realize miniaturization of photoelectric conversion elements and increase in the number of pixels, as well as high integration of peripheral circuits. The number of pixels and the number of functions are increasing.
例えば、最近の微細化技術の一つとして素子の配線を従来のアルミニウム配線に代えて銅配線を用いることが提案されている。即ち、銅はアルミニウムより抵抗値が低く配線ピッチを小さくでき、配線厚も薄く形成することが可能であるために、微細化技術の一つとして銅配線を用いることが提案されているのである。但し、銅のエッチング技術が確立していない現在では、配線溝を形成した後に金属(例えば銅)等の導電体を埋め込み、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)法による研磨で配線及び接続部を同時に形成するデュアルダマシン技術を採用している(例えば、特許文献1参照。)。 For example, as one of the recent miniaturization techniques, it has been proposed to use copper wiring instead of conventional aluminum wiring for element wiring. That is, copper has a resistance value lower than that of aluminum and can reduce the wiring pitch and can be formed with a thinner wiring thickness. Therefore, it has been proposed to use copper wiring as one of the miniaturization techniques. However, at present, copper etching technology has not been established. After forming a wiring trench, a conductor such as metal (for example, copper) is embedded, and wiring and connection portions are polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing). Dual damascene technology is used to simultaneously form the two (see, for example, Patent Document 1).
一方、撮像素子としての画質性能を損なわず、いかにして多機能の回路を混載していくかが課題となっている。 On the other hand, there is a problem of how to incorporate a multifunctional circuit without impairing image quality performance as an image sensor.
撮像素子としては、再生画像の画質劣化(例えば、白点欠陥や暗電流などによる所謂出力値の浮き)を抑制する必要があるが、配線材料として銅を用い、この銅配線から銅が層間絶縁膜及びシリコン基板中を拡散して光電変換素子の受光部に達すると、不純物汚染として白点欠陥などの画質劣化に繋がる。従って、画質劣化や周辺回路のMOSトランジスタの閾値変動の要因を抑制するためには、デュアルダマシン技術にて銅配線を形成した後、銅配線の上面を覆う様に拡散防止膜を形成する必要がある。 As an image sensor, it is necessary to suppress degradation in the image quality of the reproduced image (for example, so-called floating of the output value due to white spot defects, dark current, etc.). When the light diffuses through the film and the silicon substrate and reaches the light receiving portion of the photoelectric conversion element, it leads to image quality deterioration such as white spot defect as impurity contamination. Therefore, in order to suppress the factors of image quality deterioration and threshold fluctuation of the MOS transistor in the peripheral circuit, it is necessary to form a diffusion prevention film so as to cover the upper surface of the copper wiring after the copper wiring is formed by the dual damascene technology. is there.
以下、図面を参照して、デュアルダマシン技術によって銅配線を形成したCMOS型固体撮像素子の製造方法について説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, a method of manufacturing a CMOS solid-state imaging device in which copper wiring is formed by dual damascene technology will be described.
デュアルダマシン技術によって銅配線を形成するCMOS型固体撮像素子の製造方法では、先ず、図5(a)で示す様に、N型シリコン基板101にSTI(Shallow Trench Isolation)によって素子分離膜102を形成する。また、ウエル領域(図示せず)を形成し、N型MOSトランジスタ若しくはP型MOSトランジスタとなる領域に不純物であるリン(P)やヒ素(As)、ホウ素(B)や二フッ化ホウ素(BF2)を選択的に注入し、次いでトランジスタのゲート酸化膜103を熱酸化技術で形成し、その後にトランジスタのゲート電極104を形成する。
In the manufacturing method of the CMOS type solid-state imaging device in which the copper wiring is formed by the dual damascene technique, first, as shown in FIG. 5A, the
次に、イオン注入と熱処理により、サイドウォール105やLDD(Lightly Doped Drain)構造を有する高濃度拡散層領域106を形成すると共に、不純物を注入して受光部107を形成する。
Next, a high concentration
また、ストッパー層となるシリコン窒化膜108をシリコン基板表面に減圧CVD法により成膜する。続いて、白点欠陥を改善したり、MOSトランジスタの駆動能力を向上させたりするため、汎用のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術によってシリコン窒化膜の一部に開口部150を形成する。その後、シリコン窒化膜の上層に層間絶縁膜109を形成する(図5(a)参照。)。
Further, a
次に、図5(b)で示す様に、シリコン窒化膜108及び層間絶縁膜109に、高濃度拡散層領域106と後述する第1の配線層を接続する第1の接続孔を開口し、この第1の接続孔に窒化タンタルを含むバリアメタル層110A及びタングステン電極層110Bを埋め込んだ後、CMP技術にて研磨を行って第1の接続部110を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a first connection hole that connects the high-concentration
また、第1の配線間絶縁膜111を成膜し、この第1の配線間絶縁膜を汎用のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術により加工を施すことによって、後述する銅配線となる領域に第1の配線溝を開口する。続いて、バリアメタル112A及び銅112Bを第1の配線溝に埋め込み、CMP技術により余剰な銅及びバリアメタルを研磨することで第1の配線層112を形成する。更に、第1の配線層112の上層に銅配線を保護するための第1の拡散防止膜(例えば、炭化シリコン膜)113を成膜する(図5(b)参照。)。
Also, a first inter-wiring
続いて、図5(c)で示す様に、第1の拡散防止膜113の上層に第2の配線間絶縁膜114を成膜し、次いで第2の接続部と第2の配線層となる領域を汎用のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術によって加工し、バリアメタル115A、116Aと銅115B、116Bを埋め込み、CMP技術により余剰な銅及びバリアメタルを研磨することで第2の接続部115及び第2の配線層116を形成する。更に、第2の配線層116の上層に銅配線を保護するための第2の拡散防止膜(例えば、炭化シリコン膜)117を成膜する(図5(c)参照。)。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, a second inter-wiring
その後、カラーレジスト118及びオンチップレンズ119を形成することによって、CMOS型固体撮像素子を得ることができる(図5(d)参照。)。
Thereafter, a color resist 118 and an on-
なお、図5に示すCMOS型固体撮像素子では、受光部107上に屈折率や吸収率の異なる層が積層されており、光の減衰や干渉により光電変換素子への受光効率が悪化してしまうことが考えられる。そこで最近では、光電変換素子の上部領域の所定の範囲で拡散防止膜を開口する技術が提案されている。
In the CMOS type solid-state imaging device shown in FIG. 5, layers having different refractive indexes and absorptances are stacked on the
即ち、光電変換素子の受光部の上部を選択的に開口することで、配線材料からの拡散防止を目的とした拡散防止膜に透過光の屈折率や吸収率が異なる材料を用いたとしても、受光部への光が良好に入射でき、光の減衰や干渉による受光効率の悪化を抑制する技術が提案されている。 That is, by selectively opening the upper part of the light receiving portion of the photoelectric conversion element, even if a material having a different refractive index or absorption rate of transmitted light is used for the diffusion prevention film for the purpose of preventing diffusion from the wiring material, A technique has been proposed in which light can be favorably incident on the light receiving portion and the deterioration of light receiving efficiency due to light attenuation and interference is suppressed.
具体的には、図5(c)で示す様に、第2の配線層の銅配線を保護するために拡散防止膜117を成膜した後、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって光電変換素子の受光部領域を開口し、開口領域120Aを形成する。次に、CVD酸化膜121で開口領域120Aを埋め込み、CMP技術により余剰なCVD酸化膜121を除去することによって光電変換素子の受光部上部の開口部120を形成する(図6(a)参照。)。その後、カラーレジスト118及びオンチップレンズ119を形成することによって、CMOS型固体撮像素子を得ることができる(図6(b)参照。)。
Specifically, as shown in FIG. 5C, after the
ところで、上記した従来のCMOS型撮像素子では、配線層(第1の配線層112及び第2の配線層116)の上層に拡散防止膜(第1の拡散防止膜113及び第2の拡散防止膜117)を成膜しているために、配線材料である銅の拡散を抑制することはできるものの、配線層を形成する際に行なうCMP処理で使用するスラリー(水酸化カリウムが主成分)に含まれるカリウムの拡散を回避することができない。
即ち、第1の配線間絶縁膜111と第1の拡散防止膜113との間及び第2の配線間絶縁膜114と第2の拡散防止膜117との間で、配線材料である銅やバリアメタルをCMP研磨する際に研磨剤として使用されるスラリーに多く含有するカリウムが残留し、このカリウムが酸化膜やシリコン基板の中を拡散することとなる。
そして、拡散したカリウムが光電変換素子の受光部に達すると不純物汚染として白点欠陥等の画質劣化に繋がる。
By the way, in the above-described conventional CMOS type image pickup device, the diffusion prevention film (the first
That is, between the first inter-wiring
When the diffused potassium reaches the light receiving portion of the photoelectric conversion element, it leads to image quality deterioration such as white spot defects as impurity contamination.
なお、CMPが終了した後にスラリー除去を行えば良いとも考えられるが、酸化膜のCMP研磨において一般的に行われているフッ化水素水等での処理を行うと、配線材料である銅やバリアメタルをも溶解してしまい、物理的欠陥や配線の諸特性に悪影響を及ぼしてしまうこととなる。従って、現状の銅配線のCMP技術では研磨後にフッ化水素水等によるスラリーの除去は行っておらず、CMP研磨終了時点で被研磨層の表面に多量のカリウムが残留しているものと考えられる。 Although it is considered that the slurry may be removed after the CMP is completed, if the treatment with the hydrogen fluoride water or the like generally performed in the CMP polishing of the oxide film is performed, the wiring material such as copper and barrier The metal is also melted, which adversely affects physical defects and wiring characteristics. Therefore, it is considered that the current copper wiring CMP technology does not remove the slurry with hydrogen fluoride water or the like after polishing, and a large amount of potassium remains on the surface of the layer to be polished at the end of CMP polishing. .
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、平坦化処理を行うことによって残留する金属元素の拡散を抑制し、感度や画質の劣化を抑制することができる固体撮像素子及びこうした固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention was devised in view of the above points, and a solid-state imaging device capable of suppressing diffusion of remaining metal elements by performing a flattening process and suppressing deterioration of sensitivity and image quality, and such An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device.
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子は、受光部を有する撮像領域が形成された半導体基板と、前記半導体基板表面に成膜されたストッパー層の上層に形成され、金属配線層を前記半導体基板に接続する接続部を有する層間絶縁膜と、前記金属配線層に接し、金属元素を含む液体を用いた平坦化処理を前記金属配線層に施すことによって残留する金属元素の前記半導体基板側への拡散を抑制するように、前記層間絶縁膜上に前記受光部を被覆して形成された拡散防止膜と、前記拡散防止膜及び前記拡散防止膜上の絶縁膜に設けられた配線溝に導電体を埋め込み、かつ金属元素を含む液体を用いた平坦化処理を施して形成された前記金属配線層と、前記絶縁膜にエッチングによる開口処理及びCVD酸化膜の埋め込み処理を施すことにより、前記拡散防止膜の上層にその底部が同拡散防止膜と接して形成された、前記受光部に入射光を導く開口部とを備える。 To achieve the above object, the solid-state imaging device according to the present invention is formed on the upper layer of the semiconductor substrate by the imaging region having a light receiving portion is formed, before Symbol stopper layer formed on the semiconductor substrate surface, An interlayer insulating film having a connecting portion for connecting a metal wiring layer to the semiconductor substrate, and a metal element remaining in contact with the metal wiring layer by performing a planarization process using a liquid containing a metal element on the metal wiring layer A diffusion preventing film formed on the interlayer insulating film so as to cover the light receiving portion, and the diffusion preventing film and the insulating film on the diffusion preventing film so as to suppress diffusion of the semiconductor substrate to the semiconductor substrate side. The metal wiring layer formed by embedding a conductor in the formed wiring trench and performing a planarization process using a liquid containing a metal element, and an opening process by etching and a CVD oxide film embedding process on the insulating film By Succoth, the bottom layer of the diffusion barrier layer is formed in contact with the diffusion preventing film, and a opening for guiding incident light to the light receiving portion.
ここで、半導体基板と金属配線層との間に受光部を被覆して形成された拡散防止膜によって、金属元素を含む液体を用いた平坦化処理を施すことにより残留する金属元素の半導体基板側への拡散を抑制することができる。 Here, the semiconductor substrate side of the metal element remaining by performing the planarization process using the liquid containing the metal element by the diffusion prevention film formed by covering the light receiving portion between the semiconductor substrate and the metal wiring layer Can be prevented from spreading.
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に受光部を有する撮像領域を形成する工程と、前記半導体基板上にストッパー層を成膜した後、前記ストッパー層の上層に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に、金属配線層を前記半導体基板に接続する接続部を形成する工程と、金属元素を含む液体を用いた平坦化処理を前記金属配線層に施すことによって残留する金属元素の前記半導体基板側への拡散を抑制するように、前記層間絶縁膜上に前記受光部を被覆する拡散防止膜を形成する工程と、前記拡散防止膜上に絶縁膜を成膜し、前記絶縁膜及び前記拡散防止膜に配線溝を設け、前記配線溝に導電体を埋め込み、さらに金属元素を含む液体を用いた平坦化処理を施すことによって、前記金属配線層を形成する工程と、前記絶縁膜にエッチングによる開口処理及びCVD酸化膜の埋め込み処理を施すことによって、前記受光部に入射光を導く開口部を前記拡散防止膜の上層にその底部が同拡散防止膜と接して形成する工程とを備える。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of forming an imaging region having a light receiving portion on a semiconductor substrate, and a step of forming a stopper layer on the semiconductor substrate. Forming an interlayer insulating film on the stopper layer; forming a connecting portion for connecting a metal wiring layer to the semiconductor substrate on the interlayer insulating film; and planarization using a liquid containing a metal element processing so as to suppress the diffusion into the semiconductor substrate side of the metal element remaining by applying to the metal wiring layer, forming a diffusion preventing film covering the light receiving portion on the interlayer insulating film, wherein An insulating film is formed on the diffusion preventing film, a wiring groove is provided in the insulating film and the diffusion preventing film, a conductor is embedded in the wiring groove, and a planarization process using a liquid containing a metal element is performed. Before A step that form the metal wiring layer, wherein by performing embedding processing of aperture processing and CVD oxide film by etching the insulating film, the bottom thereof an opening for guiding incident light to the light receiving portion in the upper layer of the diffusion barrier layer Forming a contact with the diffusion prevention film.
ここで、絶縁膜に設けられた孔部に導電体が形成されて構成された金属配線層を拡散防止膜の上層に形成することによって、拡散防止膜の上層に形成された層に金属元素を含む液体を用いた平坦化処理を施すことにより残留する金属元素の半導体基板側への拡散を抑制することができる。 Here, by forming a metal wiring layer formed by forming a conductor in the hole provided in the insulating film on the upper layer of the diffusion prevention film, the metal element is applied to the layer formed on the upper layer of the diffusion prevention film. By performing the flattening process using the liquid containing, diffusion of the remaining metal element to the semiconductor substrate side can be suppressed.
上記した本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法では、平坦化処理を施すことによって残留する金属元素の半導体基板側への拡散を抑制することができ、感度や画質の劣化を低減することができる。 In the solid-state imaging device and the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention described above, diffusion of the remaining metal element to the semiconductor substrate side can be suppressed by performing the planarization process, and the deterioration of sensitivity and image quality is reduced. be able to.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図1は本発明を適用した固体撮像素子の一例であるCMOS型固体撮像素子を説明するための模式的な断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings to facilitate understanding of the present invention.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a CMOS type solid-state imaging device as an example of a solid-state imaging device to which the present invention is applied.
図1に示すCMOS型固体撮像素子100では、素子分離膜2が形成されると共に、LDD構造を有する高濃度拡散層領域6及び受光部7が形成されたN型シリコン基板1上にトランジスタのゲート酸化膜3、トランジスタのゲート電極4及びサイドウォール5が形成されている。
In the CMOS type solid-
また、N型シリコン基板上には順に開口部50を有するシリコン窒化膜8、層間絶縁膜9、第1の拡散防止膜30、第1の配線間絶縁膜11、第2の拡散防止膜13、第2の配線間絶縁膜14、第3の拡散防止膜17及びカラーレジスト18形成されている。なお、カラーレジストの受光部領域にはオンチップレンズ19が設けられている。
Further, on the N-type silicon substrate, a
更に、シリコン窒化膜及び層間絶縁膜には高濃度拡散領域と電気的に接続された第1の接続部10が形成され、第1の拡散防止膜及び第1の配線間絶縁膜には第1の接続部と電気的に接続された第1の配線層12が形成され、第2の拡散防止膜及び第2の配線間絶縁膜には第1の配線層と電気的に接続された第2の接続部15及び第2の接続部と電気的に接続された第2の配線層16が形成されている。
Further, a
以下、上記の様に構成されたCMOS型固体撮像素子の製造方法について説明する。即ち、本発明を適用した固体撮像素子の製造方法の一例について説明する。 Hereinafter, a manufacturing method of the CMOS type solid-state imaging device configured as described above will be described. That is, an example of a method for manufacturing a solid-state imaging device to which the present invention is applied will be described.
本発明を適用した固体撮像素子の製造方法では、先ず、図2(a)で示す様に、N型シリコン基板1にSTIによって素子分離膜2を形成する。また、ウエル領域(図示せず)を形成し、N型MOSトランジスタ若しくはP型MOSトランジスタとなる領域に不純物であるリン(P)やヒ素(As)、ホウ素(B)や二フッ化ホウ素(BF2)を選択的に注入し、次いでトランジスタのゲート酸化膜3を熱酸化技術で形成し、その後にトランジスタのゲート電極4を形成する。
In the method for manufacturing a solid-state imaging device to which the present invention is applied, first, as shown in FIG. 2A, an
次に、イオン注入と熱処理により、サイドウォール5やLDD構造を有する高濃度拡散層領域6を形成すると共に、不純物を注入して受光部7を形成する。
Next, the
また、ストッパー層となるシリコン窒化膜8をシリコン基板表面に減圧CVD法により成膜し、汎用のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術によってシリコン窒化膜の一部に開口部50を形成する。その後、シリコン窒化膜の上層に層間絶縁膜9を形成する(図2(a)参照。)。
Further, a
次に、図2(b)で示す様に、高濃度拡散層領域6と後述する第1の配線層を接続する第1の接続孔を開口し、この第1の接続孔に窒化タンタルを含むバリアメタル層10A及びタングステン電極層10Bを埋め込んだ後、CMP技術にて研磨を行って第1の接続部10を形成する。続いて、層間絶縁膜の上層に第1の拡散防止膜30としてシリコン窒化膜をCVD法により成膜する。
Next, as shown in FIG. 2B, a first connection hole connecting the high-concentration
また、第1の拡散防止膜30の上層に第1の配線間絶縁膜11を成膜し、この第1の配線間絶縁膜11及び第1の拡散防止膜30を汎用のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術により加工を施すことによって、後述する銅配線となる領域に第1の配線溝を開口する。続いて、バリアメタル12A及び銅12Bを第1の配線溝に埋め込み、CMP技術により余剰な銅及びバリアメタルを研磨することで第1の配線層12を形成する。更に、第1の配線層12の上層に銅配線を保護するための第2の拡散防止膜(例えば、炭化シリコン膜)13を成膜する(図2(b)参照。)。
Also, a first inter-wiring insulating
続いて、図2(c)で示す様に、第2の拡散防止膜13の上層に第2の配線間絶縁膜14を成膜し、次いで第2の接続部15と第2の配線層16となる領域を汎用のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術によって加工し、バリアメタル15A、16Aと銅15B、16Bを埋め込み、CMP技術により余剰な銅及びバリアメタルを研磨することで第2の配線層16を形成する。更に、第2の配線層16の上層に銅配線を保護するための第3の拡散防止膜(例えば、炭化シリコン膜)17を成膜する(図2(c)参照。)。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, a second inter-wiring insulating
その後、カラーレジスト18及びオンチップレンズ19を形成することによって、上記したCMOS型固体撮像素子を得ることができる(図2(d)参照。)。
Thereafter, by forming the color resist 18 and the on-
なお、本実施例では、層間絶縁膜に第1の接続部を形成した後に、第1の拡散防止膜を形成しているが、層間絶縁膜の上層に第1の拡散防止膜を形成し、その後に第1の接続部を形成しても良い。 In this embodiment, the first diffusion prevention film is formed after the first connection portion is formed in the interlayer insulation film. However, the first diffusion prevention film is formed on the interlayer insulation film, Thereafter, the first connection portion may be formed.
また、本実施例では第1の拡散防止膜としてシリコン窒化膜を採用しているが、シリコン基板側へのカリウムの拡散を抑制することができれば充分であって、必ずしもシリコン窒化膜である必要は無く、例えば炭化シリコン等であっても良い。 In this embodiment, a silicon nitride film is used as the first diffusion preventing film. However, it is sufficient if the diffusion of potassium to the silicon substrate side can be suppressed, and the silicon nitride film is not necessarily required. For example, silicon carbide may be used.
ここで、図1に示すCMOS型固体撮像素子では、受光部7上に屈折率や吸収率の異なる層が積層されていることに起因して、光の減衰や干渉により光電変換素子への受光効率の悪化が懸念される場合には、光電変換素子の上部領域の所定の範囲で第2の拡散防止膜及び第3の拡散防止膜を開口したCMOS型固体撮像素子としても良い。
Here, in the CMOS type solid-state imaging device shown in FIG. 1, light reception to the photoelectric conversion device is caused by light attenuation and interference due to the layers having different refractive indexes and absorption rates being stacked on the
なお、光電変換素子の上部領域の所定の範囲で第2の拡散防止膜及び第3の拡散防止膜を開口したCMOS型固体撮像素子の具体的な製造方法(1)としては、図2(c)で示す様に、第2の配線層の銅配線を保護するために第3の拡散防止膜17を成膜した後、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって光電変換素子の受光部領域を開口し、開口領域20Aを形成する。次に、CVD酸化膜21で開口領域20Aを埋め込み、CMP技術により余剰なCVD酸化膜21を除去することによって光電変換素子の受光部上部の開口部20を形成する(図3(a)参照。)。その後、カラーレジスト18及びオンチップレンズ19を形成することによって、光電変換素子の上部領域の所定の範囲で第2の拡散防止膜及び第3の拡散防止膜を開口したCMOS型固体撮像素子を得ることができる(図3(b)参照。)。
In addition, as a specific manufacturing method (1) of the CMOS type solid-state imaging device in which the second diffusion prevention film and the third diffusion prevention film are opened in a predetermined range in the upper region of the photoelectric conversion element, FIG. ), A third
また、光電変換素子の上部領域の所定の範囲で第2の拡散防止膜及び第3の拡散防止膜を開口したCMOS型固体撮像素子の具体的な製造方法(2)としては、図2(c)で示す様に、第2の配線層の銅配線を保護するために第3の拡散防止膜17を成膜した後、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって光電変換素子の受光部領域を開口し、開口領域20Aを形成する。この時に、第1の拡散防止膜をエッチングストッパー膜として適用し、第2の拡散防止膜及び第3の拡散防止膜や、第1の層間絶縁膜及び第2の層間絶縁膜を第1の拡散防止膜よりも選択比の高いエッチング条件でエッチングを行い、第1の拡散防止膜を所望の膜厚分だけ残す。続いて、CVD酸化膜21で開口領域20Aを埋め込み、CMP技術により余剰なCVD酸化膜21を除去することによって光電変換素子の受光部上部の開口部20を形成する(図4(a)参照。)。その後、カラーレジスト18及びオンチップレンズ19を形成することによって、光電変換素子の上部領域の所定の範囲で第2の拡散防止膜及び第3の拡散防止膜を開口したCMOS型固体撮像素子を得ることができる(図4(b)参照。)。
Further, as a specific manufacturing method (2) of the CMOS solid-state imaging device in which the second diffusion prevention film and the third diffusion prevention film are opened in a predetermined range of the upper region of the photoelectric conversion element, FIG. ), A third
上記した本発明を適用したCMOS型固体撮像素子では、第1の拡散防止膜によって、CMP研磨を行う際に研磨剤として使用されるスラリーに含まれるカリウムの影響を抑制することができ、白点欠陥等の画質劣化を低減することができる。 In the CMOS solid-state imaging device to which the present invention described above is applied, the first diffusion prevention film can suppress the influence of potassium contained in the slurry used as an abrasive when performing CMP polishing. Degradation of image quality such as defects can be reduced.
また、第1の拡散防止膜の材料や膜厚を調整することによって、光の入射量や波長による入射量を調整することができ、感度等の撮像特性に対応することも可能である。 Further, by adjusting the material and film thickness of the first diffusion preventing film, it is possible to adjust the amount of incident light and the amount of incident light depending on the wavelength, and it is possible to cope with imaging characteristics such as sensitivity.
なお、光電変換素子の上部領域の所定の範囲で第2の拡散防止膜及び第3の拡散防止膜を開口することで、配線材料からの拡散防止のための拡散防止膜(第2の拡散防止膜及び第3の拡散防止膜)として透過光の屈折率や吸収率が異なる材料を用いたとしても、受光部への入射光が良好に入射可能となり、光の減衰や干渉による受光効率の悪化を抑制することができる。 A diffusion preventing film for preventing diffusion from the wiring material (second diffusion preventing film) is formed by opening the second diffusion preventing film and the third diffusion preventing film in a predetermined range of the upper region of the photoelectric conversion element. Even if materials having different refractive indexes and absorption rates of transmitted light are used as the film and the third diffusion prevention film), the incident light to the light receiving portion can be incident well, and the light receiving efficiency is deteriorated due to light attenuation and interference. Can be suppressed.
1 N型シリコン基板
2 素子分離膜
3 トランジスタのゲート酸化膜
4 トランジスタのゲート電極
5 サイドウォール
6 高濃度拡散層領域
7 受光部
8 シリコン窒化膜
9 層間絶縁膜
10 第1の接続部
10A バリアメタル層
10B タングステン電極層
11 第1の配線間絶縁膜
12 第1の配線層
12A バリアメタル
12B 銅
13 第2の拡散防止膜
14 第2の配線間絶縁膜
15 第2の接続部
15A バリアメタル
15B 銅
16 第2の配線層
17 第3の拡散防止膜
18 カラーレジスト
19 オンチップレンズ
20 開口部
20A 開口領域
21 CVD酸化膜
30 第1の拡散防止膜
50 開口部
100 CMOS型固体撮像素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 N
Claims (3)
前記半導体基板表面に成膜されたストッパー層の上層に形成され、金属配線層を前記半導体基板に接続する接続部を有する層間絶縁膜と、
前記金属配線層に接し、金属元素を含む液体を用いた平坦化処理を前記金属配線層に施すことによって残留する金属元素の前記半導体基板側への拡散を抑制するように、前記層間絶縁膜上に前記受光部を被覆して形成された拡散防止膜と、
前記拡散防止膜及び前記拡散防止膜上の絶縁膜に設けられた配線溝に導電体を埋め込み、かつ金属元素を含む液体を用いた平坦化処理を施して形成された前記金属配線層と、
前記絶縁膜にエッチングによる開口処理及びCVD酸化膜の埋め込み処理を施すことにより、前記拡散防止膜の上層にその底部が同拡散防止膜と接して形成された、前記受光部に入射光を導く開口部とを備える
固体撮像素子。 A semiconductor substrate on which an imaging region having a light receiving portion is formed ;
Formed in an upper layer of the prior SL stopper layer formed on the semiconductor substrate surface, an interlayer insulating film having a connection portion for connecting the metal wiring layer on the semiconductor substrate,
On the interlayer insulating film so as to suppress diffusion of the remaining metal element to the semiconductor substrate side by performing a planarization process using a liquid containing a metal element on the metal wiring layer in contact with the metal wiring layer. a diffusion preventing film formed by coating the light receiving portions,
The metal wiring layer formed by embedding a conductor in a wiring groove provided in the diffusion prevention film and the insulating film on the diffusion prevention film and performing a planarization process using a liquid containing a metal element;
An opening that guides incident light to the light receiving portion , which is formed in the upper layer of the diffusion prevention film by contacting the diffusion prevention film by performing an opening process by etching and a CVD oxide film filling process on the insulating film. A solid-state imaging device.
請求項1に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the diffusion prevention film is made of silicon carbide or silicon nitride.
前記半導体基板上にストッパー層を成膜した後、前記ストッパー層の上層に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、金属配線層を前記半導体基板に接続する接続部を形成する工程と、
金属元素を含む液体を用いた平坦化処理を前記金属配線層に施すことによって残留する金属元素の前記半導体基板側への拡散を抑制するように、前記層間絶縁膜上に前記受光部を被覆する拡散防止膜を形成する工程と、
前記拡散防止膜上に絶縁膜を成膜し、前記絶縁膜及び前記拡散防止膜に配線溝を設け、前記配線溝に導電体を埋め込み、さらに金属元素を含む液体を用いた平坦化処理を施すことによって、前記金属配線層を形成する工程と、
前記絶縁膜にエッチングによる開口処理及びCVD酸化膜の埋め込み処理を施すことによって、前記受光部に入射光を導く開口部を前記拡散防止膜の上層にその底部が同拡散防止膜と接して形成する工程とを備える
固体撮像素子の製造方法。 Forming an imaging region having a light receiving portion on a semiconductor substrate;
Forming a stopper layer on the semiconductor substrate, and then forming an interlayer insulating film on the stopper layer;
Forming a connection portion for connecting a metal wiring layer to the semiconductor substrate in the interlayer insulating film;
Covering the light-receiving portion on the interlayer insulating film so as to suppress diffusion of the remaining metal element to the semiconductor substrate side by performing a planarization process using a liquid containing a metal element on the metal wiring layer. Forming a diffusion barrier film;
An insulating film is formed on the diffusion preventing film, a wiring groove is provided in the insulating film and the diffusion preventing film, a conductor is embedded in the wiring groove, and a planarization process using a liquid containing a metal element is performed. by the steps that form the metal wiring layer,
By performing embedding processing of the insulating film opening process by etching and CVD oxide film, the bottom thereof an opening for guiding incident light to the light receiving portion in the upper layer of the diffusion barrier film is formed in contact with the diffusion preventing film A manufacturing method of a solid-state image sensor provided with a process.
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