JPH06151794A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】固体撮像素子におけるスミアー特性の向上を図
ることを目的とする。 【構成】半導体の基板１の面上には、酸化膜６が形成さ
れている。酸化膜６上にはシリコン窒化膜７が形成され
ている。シリコン窒化膜７上には薄い酸化膜８が形成さ
れている。ポリシリコン電極９を成長させ、ポリシリコ
ン電極９表面を覆うようにポリシリコン酸化膜を１０を
形成する。絶縁層間膜１１がポリシリコン酸化膜１０、
およびシリコン窒化膜７上に形成されている。絶縁層間
膜１１上の１層目Ａｌ膜１６成膜前にバリア層１５とし
てＷＳｉあるいはＷのような高融点金属およびその窒化
膜またはシリサイド膜を成膜させ、それを下地に成膜し
た１層目Ａｌ膜１６上に、Ａｌ遮光膜中間層１４として
高融点金属およびその窒化膜またはシリサイド膜または
酸化膜を成膜させ、これを下地として第２層目のＡｌ膜
１７の成膜を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビデオカメラなどに用い
られる固体撮像素子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種の固体撮像素子はフォトダ
イオード部に開口を有し電荷転送部全体を覆う金属遮光
膜を備えている。

【０００３】以下図面を参照しながら、上記した従来の
半導体装置の一例について説明する。図２は従来技術に
よる半導体の装置の一例として固体撮像素子の断面図を
示すものである。

【０００４】その構成要素として、１は半導体の基板、
２はＰ型領域、３はフォトダイオード部のＮ−型領域、
４は垂直ＣＣＤ部のＮ型領域、５はＰ＋＋領域である。
そして、６は酸化膜、７はシリコン窒化膜、８は酸化
膜、９はポリシリコン電極、１０はポリシリコン酸化
膜、１１は絶縁層間膜、１２はＡ１遮光膜、１３は保護
膜である。

【０００５】前記基板１はＮ型シリコン基板である。こ
の基板１中に基板１の主面から拡散されたＰ型領域２を
形成する。このＰ型領域２中に基板１の主面から拡散さ
れたフォトダイオード部のＮ−領域３と垂直ＤＣＣ部の
Ｎ型領域４を所定寸法の間隔で形成する。

【０００６】また、前記基板１の主面上には、酸化膜６
が形成されている。酸化膜６上にはシリコン窒化膜７か
形成されている。シリコン窒化膜７上には薄い酸化膜８
が形成されている。

【０００７】次に減圧ＣＶＤによってポリシリコン電極
９を成長させ、ドライエッチング工程でポリシリコン電
極９とシリコン窒化膜７上の薄い酸化膜８とシリコン窒
化膜７を所定寸法の間隔でエッチングする。

【０００８】つぎにポリシリコン電極９をマスクとして
エッチング処理により酸化膜８の所定の部分を除去す
る。ポリシリコン電極９表面を覆うようにゲートとなる
ポリシリコン酸化膜１０を形成する。ポリシリコン酸化
膜１０は、薄い酸化膜８とシリコン窒化膜８の側壁とポ
リシリコン電極９の表面のみを覆うように形成されてい
る。そして絶縁層間膜１１がＣＶＤ装置によって、ポリ
シリコン酸化膜１０、およびシリコン窒化膜７上に形成
されている。

【０００９】ここで問題とするＡｌ遮光膜１２はスパッ
タ装置によって絶縁層間膜１１を介して形成されてい
る。このＡｌ遮光膜１２はポリシリコン酸化膜１０の上
部の幅（紙面に対して横方向）とほぼ等しく形成してい
る。このＡｌ遮光膜１２は、単層のＡｌ膜から成り立っ
ておりＡｌ膜の粒径は等しい。保護膜１３は、Ａｌ遮光
膜１２および絶縁層間膜１１上に形成されている。

【００１０】以上のように構成された固体撮像素子につ
いてその動作を説明する。基板１中のＰ型領域２中に形
成されたＮ−型領域３は、光電変換により信号電荷を発
生するフォトダイオード部である。そして、２層目ポリ
シリコン電極９にパルス電圧を印加することによって、
２層目ポリシリコン電極９下の垂直ＣＣＤ部のＮ型領域
４に信号電荷は移動させる。次に１層目ポリシリコン電
極と２層目ポリシリコン電極９にパルス信号を交互に印
加して信号電荷を転送する。

【００１１】次にＡｌ遮光膜１２に関する従来技術につ
いて述べる。遮光膜と信号配線用のＡｌ膜の粒径は等し
く、しかも大電流が流れれる信号配線におけるエレクト
ロマイグレーションの対策のために、粒径は比較的大き
く形成されている。Ａｌ遮光膜１２と信号配線のＡｌの
粒径が同じであることから、遮光膜形成後の約４００〜
４５０℃のアニールで、Ａｌが熱的移動を起こしＡｌ粒
子が粒界に沿って受光素子側に飛び出す現象が生じる。
このために飛び出したＡｌ粒子がこの部分の受光素子の
受光面積を他の受光素子の受光面積よりも小さく、この
部分の受光素子の感度が低下するという問題が起こって
いる。この問題を解決するために、Ａｌ遮光膜１２を構
成するＡｌの粒径を固体撮像素子内の信号配線として形
成するＡｌ薄膜１２のＡｌの粒径よりも小さくする技術
がある。（特開平２−１４０９７８号公報） この場合のＡｌの粒界のついて考えると、遮光膜のＡｌ
膜の粒径は同一であるので、Ａｌ遮光膜１２の粒界は連
続的である。

【００１２】また遮光膜として純Ａｌを用いた場合、薄
いＮ型拡散層へＡｌの突き抜けが生じるため、従来はＡ
ｌにＳｉを含有させたＡｌ−Ｓｉを用い、ＡｌがＮ型拡
散層へ突き抜けるのを回避していた。しかしＡｌにＳｉ
を含むためにＡｌ遮光膜１２にヒロックが発生しやすく
なる。このヒロックが受光素子部に突き出しその一部を
遮光するために、この部分の受光素子の受光面積が他の
受光素子の受光面積よりも小さくなり、各画素の感度の
ばらつきに影響を与える。またヒロックは、信号配線膜
の膜厚にばらつきが生じ抵抗値の変化が大きくなる。こ
の問題を解決するために、Ａｌ中のＳｉ含有率を変える
ことによって遮光膜および配線膜の構造をＡｌ−Ｓｉ膜
２層構造とする。上層においてＳｉを従来より少なくし
ヒロック発生を抑制し、下層においてＳｉ含有率を従来
より僅かに増減させてコンタクトの向上を図ったもので
ある。（特開平２−２７２７６８号公報） この場合のＡｌの粒界について考えると、１層目と２層
目のＳｉ含有量は異なるものの、１層目のＡｌ−Ｓｉ膜
を下地に２層目Ａｌ−Ｓｉを生成させるため粒界および
粒径は一致し、粒界は連続的に構成される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、いずれの場合でも遮光膜を形成するＡ１
膜の粒界は連続的である。このため図３に示すように、
粒界中に入り込んだ光が粒界表面で反射を繰り返すか、
あるいはスパッタ金属特有の柱状構造を有する場合は光
が粒界をそのまま通り抜けることによって、ＣＣＤの電
荷転送部に光が漏れ出し、スミアの原因となる。

【００１４】本発明は上記問題点に鑑み、ＣＣＤの電荷
転送部に光が漏れ込むことを抑え、スミア特性の良好な
固体撮像素子を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の固体撮像素子は、半導体基板と、前記半導体
基板の所定領域に形成されたＰ型領域と、前記Ｐ型領域
中に形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板上
に形成された酸化膜と、前記酸化膜上に形成されたシリ
コン窒化膜と、前記シリコン窒化膜に形成された薄い酸
化膜が所定の領域に形成されており、前記シリコン窒化
膜と薄い酸化膜上に形成されたポリシリコン電極と、前
記ポリシリコン電極を覆うように形成されたポリシリコ
ン酸化膜と、前記ポリシリコン酸化膜、およびシリコン
窒化膜上に形成されている絶縁層間膜と、前記絶縁層間
膜を介して、中間層としてＡｌよりも粒径の小さい高融
点金属およびその窒化膜またはシリサイド膜、または酸
化膜を生成することによって粒径の異なる中間層を含め
た３層以上の金属遮光膜とを備えている。

【００１６】

【作用】本発明は上記した構成によって、遮光膜の粒界
が不連続となり、粒界を通して光が漏れ込むことに依る
遮光性の低下を防ぎ、ＣＣＤの電荷転送部に光が漏れ込
んで発生するスミアの発生を抑えるとともに、遮光膜の
薄膜化を可能にする。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の一実施例の固体撮像素子につ
いて、図面を参照しながら説明する。

【００１８】図１は本発明の実施例における固体撮像素
子の断面図を示すものである。なお従来例で示したもの
と同一構成部材には同一符号を用いる。構成要素として
１は半導体の基板、２はＰ型領域、３はフォトダイオー
ド部のＮ−型領域、４は垂直ＣＣＤ部のＮ型領域、５は
Ｐ＋＋領域である。そして、６は酸化膜、７はシリコン
窒化膜、８は酸化膜、９はポリシリコン電極、１０はポ
リシリコン酸化膜、１１は絶縁層間膜、１２は本実施例
の特徴とするＡｌ遮光膜、１３は保護膜、１４は２層の
Ａｌ遮光膜中間層である。

【００１９】前記基板１はＮ型シリコン基板である。こ
の基板１中に基板主面から拡散されたＰ型領域２を形成
する。このＰ型領域２中に基板１の主面から拡散された
フォトダイオード部のＮ−領域３と垂直ＣＣＤ部のＮ型
領域４を寸法の間隔で形成する。基板１の主面上には、
酸化膜６が形成されている。酸化膜６上には窒化膜７が
形成されている。シリコン窒化膜７上には薄い酸化膜８
が形成されている。

【００２０】次に減圧ＣＶＤによってポリシリコン電極
９を成長させ、ドライエッチング工程でポリシリコン電
極９とシリコン窒化膜７上の薄い酸化膜８とシリコン窒
化膜７を所定の間隔でエッチングする。

【００２１】次にポリシリコン電極９をマスクとしてエ
ッチング処理により酸化膜８の所定の部分を除去する。
ポリシリコン電極９の表面を覆うようにポリシリコン酸
化膜１０を形成する。ポリシリコン酸化膜１０は、薄い
酸化膜８とシリコン窒化膜７の側壁とポリシリコン電極
９の表面のみを覆うように形成されている。絶縁層間膜
１１がＣＶＤ装置によって、ポリシリコン酸化膜１０、
およびシリコン窒化膜７上に形成されている。

【００２２】本実施例の特徴とする遮光膜、たとえばＡ
ｌ遮光膜１２はスパッタ装置によって絶縁層間膜１１を
介して形成されている。このＡｌ遮光膜１２は、光電変
換により信号電荷を発生するフォトダイオード部に開口
を持っている。このＡｌ遮光膜１２中に、ＡＬ遮光膜中
間層１４が生成されている。保護膜１３は、Ａｌ遮光膜
１２上に形成されている。

【００２３】以上のように構成された固体撮像素子につ
いてその動作を説明する。基板１中のＰ型領域２中に形
成されたＮ−型領域３は、光電変換により信号電荷を発
生するフォトダイオード部である。そして、２層目ポリ
シリコン電極９にパルス電圧を印加することによって、
２層目ポリシリコン電極９下の垂直ＣＣＤ部のＮ型領域
４に信号電荷は移動させる。次に１層目ポリシリコン電
極と２層目ポリシリコン電極９にパルス信号を交互に印
加して信号電荷を転送する。

【００２４】Ａｌ遮光膜１２をスパッタ装置によって単
層のＡｌとして成膜すると、Ａｌの粒界が連続的に生成
される。このため図３に示すように、粒界中に入り込ん
だ光が粒界表面で反射を繰り返すことによって、ＣＣＤ
の電荷転送部に光が漏れ出し、スミアの原因となる。

【００２５】この問題点を解決するために、１層目Ａｌ
膜１６の成膜前にバリア層１５としてＷＳｉあるいはＷ
のような高融点金属およびその窒化膜またはシリサイド
膜を成膜させ、それを下地に成膜した１層目Ａｌ膜１６
上に、Ａｌ遮光膜中間層１４として、たとえばＡｌより
も粒径の細かいＴｉＮを約３０〜１００ｎｍの膜厚で成
膜し、これを下地として第２層目のＡｌ１７の成膜を行
なう。このようにＡｌ遮光膜１２を粒径の異なる２層Ａ
ｌ膜として成膜を行ない、全体で３層の金属遮光膜を生
成する。あるいはこれらの工程を繰り返すことによって
３層以上の金属遮光膜を生成する。このことによって図
４に示すようにＡｌ遮光膜の粒界が不連続となり、Ａｌ
の粒界に依って起こる遮光性の低下を防ぐことができ
る。 （実施例２）実施例１で説明したような図１に示す固体
撮像素子において、Ａｌ遮光膜をスパッタ装置によって
単層のＡｌ膜として成膜すると、Ａｌの粒界が連続的に
生成される。このため図３に示すように、粒界中に入り
込んだ光が粒界表面で反射を繰り返すことによって、Ｃ
ＣＤの電荷転送部に光が漏れ出し、スミアの原因とな
る。

【００２６】この問題点を解決するために、１層目Ａｌ
膜上にＡｌ遮光膜中間層１４としてたとえばＡｌよりも
粒径の細かいＴｉＮを約３０〜１００ｎｍの膜厚で成膜
する（図５ｃ）。このとき、Ａｌ膜１７およびＴｉＮの
ような高融点金属およびその窒化膜またはシリサイド膜
はスパッタ装置によって成膜を行う（図５ｄ）。

【００２７】これを下地として第２層目のＡｌ成膜を行
なう。ＴｉＮなどの高融点金属およびその窒化膜または
シリサイド膜はＡｌ膜に比べて一般に粒径が小さい。し
たがって、その上層にスパッタ成膜を行なうＡｌ膜は、
下地であるＴｉＮ粒径の影響を受けるため、１層目のＡ
ｌ膜と比べ粒径の異なるＡｌ膜の成膜が可能となる。

【００２８】またスパッタ成膜条件として、デポ圧力、
基板温度あるいは膜厚によっても粒径が変化する。した
がってこれらの条件を組み合わすことによって、１層目
のＡｌ膜と２層目のＡｌ膜の粒径の差を大きくし、Ａｌ
膜の粒界の不連続性を顕著にすることができる。

【００２９】このようにすると、光が遮光膜金属の粒界
を通過し、電極部にまで達することを防ぐことができ
る。１層目Ａｌと２層目Ａｌの粒界を不連続にする手段
として、２層Ａｌの層間にＡｌ膜に比べて粒径の細かい
ＴｉＮのような高融点金属およびその窒化膜またはシリ
サイド膜をスパッタによって成膜し２層Ａｌのデポ条件
を調整する。

【００３０】以下、これらの工程を必要に応じて繰り返
すことによって、遮光性の優れた、高融点金属およびそ
の窒化膜またはシリサイド膜を用いた中間層を含め３層
以上の金属遮光膜を製造することができる。 （実施例３）実施例１で説明したような図１に示す固体
撮像素子において、Ａｌ遮光膜をスパッタ装置によって
単層のＡｌとして成膜すると、Ａｌの粒界が連続的に生
成される。このため図３に示すように、粒界中に入り込
んだ光が粒界表面で反射を繰り返すことによって、ＣＣ
Ｄの電荷転送部に光が漏れ出し、スミアの原因となる。

【００３１】この問題点を解決するために、２層Ａｌ膜
の層間に酸化膜を常圧ＣＶＤなどによって形成し、酸化
膜を含めて３層以上のＡｌ膜を形成することによって、
Ａｌ膜の各層間の粒界は酸化膜をはさんで不連続とな
り、粒界に入り込んだ光が原因で発生する遮光性の低下
を防ぐことができる。 （実施例４）実施例１で説明したような図１に示す固体
撮像素子において、Ａｌ遮光膜をスパッタ装置によって
単層のＡｌとして成膜すると、Ａｌの粒界が連続的に生
成される。このため図３に示すように、粒界中に入り込
んだ光が粒界表面で反射を繰り返すことによって、ＣＣ
Ｄの電荷転送部に光が漏れ出し、スミアの原因となる。

【００３２】このように、光が遮光膜金属の粒界を通過
し、電極部にまで達することを防ぐために、１層目Ａｌ
と２層目Ａｌの粒界を不連続にする手段として、２層Ａ
ｌの層間に酸化膜を生成する。その方法として、１層目
Ａｌのスパッタ成膜後に１５０℃のベーキングを入れる
ことによってＡｌの酸化膜を生成する。あるいは常圧Ｃ
ＶＤによってＳｉＯ₂ 約１０００Åを生成する。引き続
き２層目のＡｌ膜をスパッタ装置によって成膜する。

【００３３】以下、これらの工程を必要に応じて繰り返
すことによって、遮光性の優れた、酸化膜を用いた中間
層を含め３層以上の金属遮光膜を製造することができ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上の実施例の説明より明らかなよう
に、本発明は粒径の異なる金属遮光膜を中間層を含めた
３層以上の多層構造として用いることによって、スミア
特性の改善ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における固体撮像素子の断面図

【図２】従来の固体撮像素子の断面図

【図３】金属遮光膜の粒界による遮光性低下の説明図
（１）

【図４】金属遮光膜の粒界による遮光性低下の説明図
（２）

【図５】本発明による固体撮像装置の製造方法を示す断
面図

【符号の説明】

１ 半導体の基板 ２ Ｐ型領域 ３ フォトダイオード部のＮ−型領域 ４ 垂直ＣＣＤ部のＮ型領域 ５ Ｐ＋＋領域 ６ 酸化膜 ７ シリコン窒化膜 ８ 酸化膜 ９ ポリシリコン電極 １０ ポリシリコン酸化膜 １１ 絶縁層間膜 １２ Ａｌ遮光膜 １３ 保護膜 １４ Ａｌ遮光膜中間層 １５ バリア層 １６ １層目Ａｌ膜 １７ ２層目Ａｌ膜

フロントページの続き (72)発明者 塚本 朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電子 工業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォトダイオード部に開口を有し電荷転
   送部全体を覆う金属遮光膜を備え、前記金属遮光膜を、
   その粒径が異なることによって粒界が不連続となる３層
   以上の多層金属遮光膜とした固体撮像素子。
2. 【請求項２】 多層金属遮光膜は各層間に高融点金属お
   よびその窒化膜またはシリサイド膜を生成させることに
   よって、各層の粒径および粒界を異ならせてなる請求項
   １記載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 多層金属遮光膜は各層間に酸化膜を生成
   させることによって、各層の粒径および粒径を異ならせ
   てなる請求項１記載の固体撮像素子。
4. 【請求項４】 フォトダイオード部に開口を有し電荷転
   送全体を覆う金属遮光膜の製造方法であって、第１層目
   に金属遮光膜を生成する工程と、その上方に第２層目と
   して高融点金属およびその窒化膜またはシリサイド膜を
   生成する工程と、その上方に第３層目として金属遮光膜
   を生成する工程と、以上の工程を繰り返すことによって
   ３層以上の金属遮光膜を生成する工程とを備えた固体撮
   像素子の製造方法。
5. 【請求項５】 フォトダイオード部に開口を有し電荷転
   送部全体を覆う金属遮光膜の製造方法であって、第１層
   目に金属遮光膜を生成する工程と、その上方に第２層目
   として酸化膜を生成する工程と、その上方に第３層目と
   して金属遮光膜を生成する工程と、以上の工程を繰り返
   すことによって３層以上の金属遮光膜を生成する工程と
   を備えた固体撮像素子の製造方法。