JPH0823108A

JPH0823108A - 受光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0823108A
Application number: JP6154549A
Authority: JP
Inventors: Junko Komatsuzaki; 順子小松崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-07-06
Filing date: 1994-07-06
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】遮光膜が配置された受光素子において、遮光膜
を形成しても受光感度が低下しない受光素子及びその製
造方法を提供する。【構成】半導体基板に受光部及び信号処理部を形成し、
アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金に
より配線を形成し、該配線を陽極酸化により酸化アルミ
ニウムにして着色する。さらに絶縁膜を介してアルミニ
ウムまたはアルミニウムを主成分とする合金による遮光
膜を形成し、該遮光膜を陽極酸化により酸化アルミニウ
ムにして着色する。酸化アルミニウムは、容易にでき、
光吸収膜になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、受光素子及びその製造
方法に関し、更に詳しくは、遮光膜を有する受光素子及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】受光素子は、受光部に入射した光を光電
変換させ、生じた信号を外部に出力させる。受光素子に
は、同一基板上に受光部とトランジスタを配置したもの
がある。このような一体型の受光素子は、受光部とトラ
ンジスタが同一半導体基板に配置されるため、小型にな
り、また、信頼性も向上する。しかし、トランジスタに
光が入射されると、トランジスタは誤動作を生じる。こ
のため、トランジスタ上には、光を遮断する遮光膜を配
置したり、更に、配線からの反射光を防止するために、
配線を光吸収膜で覆ったりすることが一般に行われる。
図３を引用し、従来の受光素子の製造方法を説明する。

【０００３】図３は、従来の受光素子の各工程における
部分断面図である。まず、半導体基板３１の受光部３２
やトランジスタ３３の所定部に不純物拡散を行い、拡散
領域３４、３５を形成した。次に、絶縁膜３６を形成
し、周知のフォトリソエッチングにより所定の領域にコ
ンタクトホール（図示していない）を形成する。次に、
アルミニウム等の金属層を形成し、周知のフォトリソエ
ッチング法に従い、配線３７を形成する。次に、ゼラチ
ンまたはカゼイン等の有機膜３８を形成する。有機膜３
８は、一般に、スピンナーによって回転塗布される。こ
の状態を示したのが図３（ａ）である。

【０００４】次に、図３（ｂ）に示したように、レジス
ト３９をパターニングする。レジスト３９は、有機膜３
８を介して配線３７上に残留させる。次に、レジスト３
９をマスクにして有機膜３８をエッチングしパターニン
グする。これによって、有機膜３８は配線３７を覆うよ
うに残存され、受光部３２上の有機膜はエッチングによ
り除去される。次いでレジストを除去し、残存する有機
膜３８を黒色顔料にて着色する。このようにすれば、有
機膜３８は光を吸収するため、光吸収膜４０になる。こ
の状態を示したのが図３（ｃ）である。

【０００５】次に、層間絶縁膜４１を形成し、その上に
遮光膜４２を形成する。最後に、遮光膜４２の周囲にも
配線同様有機膜による光吸収膜４３を形成する。即ち、
まず、ゼラチンまたはカゼイン等の有機膜を形成する。
次に、レジストをパターニングし、これをマスクにして
有機膜をエッチングしパターニングする。これによっ
て、有機膜は遮光膜４２を覆うように残存される。次い
でレジストを除去し、残存する有機膜を黒色顔料にて着
色する。このようにすれば、有機膜は光を吸収するた
め、光吸収膜４３になる。この状態を示したのが図３
（ｄ）である。

【０００６】光吸収膜４３は、ゼラチンやカゼイン等の
有機膜の他、窒化チタンや酸化チタン等の無機膜も使用
される。この場合、無機膜は一般に、スパッタ装置によ
って形成され、やはり配線や遮光膜を覆うようにパター
ニングされる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術においては、光吸収膜を形成すると、受
光感度が低下するという問題があった。本発明は、この
ような問題に鑑みてなされたものであり、感度を向上さ
せた受光素子及びその製造方法を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、受光感度が低下するのは、受光部に光吸収膜が残
留してしまうためであることを初めて突き止めた。そし
て、光吸収膜が受光部に残留しない受光素子を発明する
に至った。本発明は、第１に「光を光電変換させる受光
部と、前記受光部で生じた信号を処理する信号処理トラ
ンジスタと、金属による配線と、少なくとも前記トラン
ジスタ上には遮光膜が配置された受光素子において、前
記配線及び前記遮光膜はアルミニウムまたはアルミニウ
ムを主成分とする合金であり、前記配線及び前記遮光膜
の表面は酸化アルミニウムが配置されたことを特徴とす
る受光素子（請求項１）」を提供する。

【０００９】本発明は、第２に「前記配線金属及び前記
遮光膜の表面は着色された酸化アルミニウムが配置され
たことを特徴とする請求項１記載の受光素子（請求項
２）」を提供する。更に、本発明者は、その具体的な製
造方法も発明した。本発明は、第３に「半導体基板を準
備し、該半導体基板に受光部および信号処理トランジス
タを形成する工程と、アルミニウムまたはアルミニウム
を主成分とする合金による配線を形成する工程と、陽極
酸化を施して前記配線の表面に酸化アルミニウムを形成
する工程と、前記トランジスタ上に絶縁膜を介してアル
ミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金による
遮光膜を形成する工程と、陽極酸化を施して前記遮光膜
の表面に酸化アルミニウムを形成する工程からなること
を特徴とする受光素子の製造方法（請求項３）」を提供
する。

【００１０】本発明は、第４に「半導体基板を準備し、
該半導体基板に受光部や信号処理トランジスタを形成す
る工程と、前記受光部およびトランジスタにアルミニウ
ムまたはアルミニウムを主成分とする合金による配線を
形成する工程と、陽極酸化を施して前記配線の表面に酸
化アルミニウムを形成する工程と、前記酸化アルミニウ
ムを着色する工程と、前記トランジスタ上に絶縁膜を介
してアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合
金による遮光膜を形成する工程と、陽極酸化を施して前
記遮光膜の表面に酸化アルミニウムを形成する工程と、
前記酸化アルミニウムを着色する工程からなることを特
徴とする受光素子の製造方法（請求項４）」を提供す
る。

【００１１】

【作用】一般にトランジスタに光が入射されると、トラ
ンジスタは、誤動作を生ずる。このため、受光部とトラ
ンジスタが同一半導体基板に一体化された受光素子は、
トランジスタに光が入射せぬように、トランジスタの上
には、遮光膜が配置される。しかし、遮光膜を配置して
も、トランジスタへの光の入射は、完全には防止されな
い。図２は、これを説明する受光素子の断面図である。
光４４が斜方向より配線３７に入射されると、光４４は
配線３７にて反射され、遮光膜４２の下に回り込む。更
に遮光膜４２の下面で反射し、トランジスタ３３に入射
する。このため、入射した光により電荷が生じて、トラ
ンジスタ３３は、誤動作を生ずる。また、遮光膜４２の
側面で反射した光４５は、受光部３２に入射してしま
う。このため、受光部３２は正しい光信号を出力できな
くなるのである。この問題を解決するため、一般に、配
線３７や遮光膜４２は、光吸収膜４０、４３にて覆われ
る。

【００１２】しかし、配線３７や遮光膜４２の周囲に光
吸収膜４０、４３を形成するには、光吸収膜をパターニ
ングせねばならない。このとき、エッチングのマスクと
なるレジストが、配線３７や遮光膜４２を覆うように正
しくパターニングされるとは限らない。レジスト残渣が
受光部３２上にあれば、受光部３２上の光吸収膜は、エ
ッチングされずに残留してしまうのである。また、レジ
ストのパターニングは、露光装置上の限界により、０．
５μｍ以上のアライメント誤差が生ずる。このため、受
光部上に光吸収膜が残留してしまうこともある。更に、
受光部３２上にごみが付着しても、受光部３２上の光吸
収膜は残留してしまう。このように、受光部３２上に光
吸収膜が残留すると、入射した光の一部は、光吸収膜で
吸収される。このため、受光部の受光感度が低下してい
たのである。

【００１３】本発明は、配線や遮光膜の表面を改質して
光吸収膜を形成するのである。このために、配線にアル
ミニウムを使用し、アルミニウムの化学的特徴を利用す
る。アルミニウムは、陽極酸化法により、その表面が酸
化アルミニウムに変化される。アルミニウムの陽極酸化
法は、一般的なアルミニウム表面の処理方法である。こ
の方法において、アルミニウムは陽極として水溶液中に
浸漬される。また、陰極電極として炭素電極等が水溶液
中に浸漬される。そして、アルミニウムとの間に電流が
流される。このようにすれば、陽極（アルミニウム）上
には電気分解により酸素が生じ、この酸素によって、ア
ルミニウムの表面が酸化され酸化アルミニウムになるの
である。陽極酸化させる金属は、純粋なアルミニウムで
なくてもよい。半導体技術において、アルミニウムを主
成分とする合金が一般に使用される（アルミニウムの割
合はおよそ９９％、残りに銅やシリコンを含有させるこ
とが多い）。このような合金を使用しても、同様な酸化
アルミニウムが形成される。

【００１４】酸化アルミニウムは、周知のように容易に
着色できる物質である。このため、陽極酸化法にて生じ
た酸化アルミニウムは、黒色染料にて所定の処理を施す
ことにより、容易に光吸収膜になるのである。なお、酸
化アルミニウムは、陽極酸化によらずとも、例えば、熱
した高酸素濃度の純水にアルミニウムを浸漬しても形成
される。

【００１５】このように、酸化アルミニウムを着色して
光吸収膜を形成すれば、有機膜や無機膜をパターニング
しなくても、配線や遮光膜上に光吸収膜を配置すること
ができる。このため、受光部上に光吸収膜が残留するこ
とはない。また、従来行なっていた有機膜や無機膜のフ
ォトリソエッチング工程は、省略することができ、製造
コストを低減させることもできる。

【００１６】

【実施例】以下、図を引用して本発明を実施例により具
体的に説明する。しかし、本発明は、これに限られるも
のではない。図１は、本発明の実施例における各工程の
受光素子部分断面図である。まず、シリコン基板１上の
受光部２やトランジスタ３の所定部に不純物拡散を行い
拡散領域４、５を形成した。次に、周知の熱酸化法によ
ってシリコン酸化膜６を形成した。次に、フォトリソエ
ッチングにより、所定の領域にコンタクトホール（図示
していない）を形成した。次に、アルミニウムによる金
属層を形成し、周知のフォトリソエッチング法に従い、
配線７を形成した。この状態を示したのが図１（ａ）で
ある。

【００１７】次に、配線（アルミニウム）７の表面を陽
極酸化した。すなわち、まず、シリコン基板１をシュウ
酸溶液に浸漬させ、配線７に＋５Ｖの電圧を印加した。
溶液には炭素電極を浸漬させて、−５Ｖの電圧を印加し
た。そして、１０分間処理を行い、配線７の表面に酸化
アルミニウム８を形成した。この状態を示したのが、図
１（ｂ）である。ここでは、陽極酸化法を使用したが、
アルミニウムによる配線７がなされたシリコン基板１を
熱した純水に浸漬してもよい。次に、酸化アルミニウム
８を着色した。染料には、カーボンブラックを使用し
た。酸化アルミニウムは黒色に着色され、光吸収膜９と
なった。この状態を示したのが図１（ｃ）である。

【００１８】次に、層間絶縁膜１０を形成した。次い
で、その上にアルミニウムを被着させ、フォトリソエッ
チング法に従い、アルミニウムをパターニングした。こ
れにより、受光部２には光が入射され、トランジスタ３
には光が遮断されるような遮光膜１１が形成された。最
後に、遮光膜１１の周囲にも配線７同様酸化アルミニウ
ムによる光吸収膜１２を形成した。即ち、まず、シリコ
ン基板１をシュウ酸溶液に浸漬させ、配線７に＋５Ｖの
電圧を印加した。溶液には炭素電極を浸漬させて、−５
Ｖの電圧を印加した。そして、１０分間処理を行い、遮
光膜１１の表面に酸化アルミニウムを形成した。ここで
は、陽極酸化法を使用したが、シリコン基板１を熱した
純水に浸漬してもよい。次に、酸化アルミニウムを着色
した。染料には、カーボンブラックを使用した。酸化ア
ルミニウムは黒色に着色され、光吸収膜１２となった。
この状態を示したのが図１（ｄ）である。

【００１９】ここでは、配線や遮光膜に純粋なアルミニ
ウムを使用したが、例えば、アルミニウム９９％、シリ
コン１％等のアルミニウムを主成分とする合金を使用し
てもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、配線や
遮光膜の表面を改質して光吸収膜を形成するので、受光
部上に光吸収膜が残留することがない。このため、本発
明の受光素子は、受光感度が低下することがない。ま
た、従来行っていた光吸収膜形成のためのフォトリソエ
ッチング工程を省略することができ、製造コストが低減
される効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における各工程の受光素子部分
断面図である。

【図２】入射する光が遮光膜の下に回り込むことを説明
する受光素子の断面図である。

【図３】従来の受光素子の各工程における部分断面図で
ある。

【符号の説明】

１・・・シリコン基板２、３２・・・受光部３、３３・・・トランジスタ４、３４・・・拡散領域（受光部）５、３５・・・拡散領域（トランジスタ）６・・・シリコン酸化膜７・・・アルミニウム配線８・・・酸化アルミニウム９、１２・・・光吸収膜１０、４１・・・層間絶縁膜１１・・・アルミニウム遮光膜３１・・・半導体基板３６・・・絶縁膜３７・・・金属配線３８・・・有機膜３９・・・レジスト４０、４３・・・光吸収膜４１・・・層間絶縁膜４２・・・遮光膜４４、４５・・・光以上

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を光電変換させる受光部と、前記受光
部で生じた信号を処理する信号処理トランジスタと、金
属による配線と、少なくとも前記トランジスタ上には遮
光膜が配置された受光素子において、前記配線及び前記遮光膜はアルミニウムまたはアルミニ
ウムを主成分とする合金であり、前記配線及び前記遮光
膜の表面は酸化アルミニウムが配置されたことを特徴と
する受光素子。
【請求項２】前記配線金属及び前記遮光膜の表面は着
色された酸化アルミニウムが配置されたことを特徴とす
る請求項１記載の受光素子。
【請求項３】半導体基板を準備し、該半導体基板に受
光部および信号処理トランジスタを形成する工程と、ア
ルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金によ
る配線を形成する工程と、陽極酸化を施して前記配線の
表面に酸化アルミニウムを形成する工程と、前記トラン
ジスタ上に絶縁膜を介してアルミニウムまたはアルミニ
ウムを主成分とする合金による遮光膜を形成する工程
と、陽極酸化を施して前記遮光膜の表面に酸化アルミニ
ウムを形成する工程からなることを特徴とする受光素子
の製造方法。
【請求項４】半導体基板を準備し、該半導体基板に受
光部や信号処理トランジスタを形成する工程と、前記受
光部およびトランジスタにアルミニウムまたはアルミニ
ウムを主成分とする合金による配線を形成する工程と、
陽極酸化を施して前記配線の表面に酸化アルミニウムを
形成する工程と、前記酸化アルミニウムを着色する工程
と、前記トランジスタ上に絶縁膜を介してアルミニウム
またはアルミニウムを主成分とする合金による遮光膜を
形成する工程と、陽極酸化を施して前記遮光膜の表面に
酸化アルミニウムを形成する工程と、前記酸化アルミニ
ウムを着色する工程からなることを特徴とする受光素子
の製造方法。