JPH0837287A - 固体撮像素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像素子のアルミニウムからなる遮光膜
７をピンホールが生じるおそれのないような厚さにしつ
つ固体撮像素子の感度が低下しないようにする。 【構成】 遮光膜７の受光素子１・１間上における厚さ
ａが１０００ｎｍ以上で、厚さａに対する開口５内側面
を覆う部分における厚さｂの比であるアスペク比ｂ／ａ
が０．４以上、例えば０．５である。かかるアルミニウ
ムからなる遮光膜７はスパッタ温度が２００〜３５０
℃、例えば３００°でのスパッタリングにより形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子、特に画
素を成す受光素子を縦横に配設し、各受光素子毎に光を
取り入れる開口を有し、各受光素子間上にアルミニウム
からなる遮光膜を上記開口内側面を覆うように形成した
固体撮像素子と、その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３（Ａ）、（Ｂ）はＣＣＤ型固体撮像
素子の各別の従来例を示すものである。図面において、
１は半導体基板、２は受光素子、３はゲート絶縁膜、４
はポリシリコンからなる垂直転送電極、５は上記各受光
素子２上に設けられた開口、６は層間膜、７は第１層目
の遮光膜で、アルミニウムからなる。８は第２層目の遮
光膜で、やはりアルミニウムからなる。このアルミニウ
ム７、８はスパッタリングにより形成されるのが普通で
あり、そしてそのスパッタリングをするときの温度、即
ち、スパッタ温度は従来においては約１５０℃であっ
た。

【０００３】ところで、図３（Ａ）に示す従来例は、ア
ルミニウムからなる遮光膜が二層７、８存在しているの
に対して、（Ｂ）に示す従来例はそれが１層７しかな
い。遮光膜を２層７、８形成するのは、アルミニウムが
水素原子Ｈを比較的多く吸蔵しその水素原子Ｈが半導体
基板１表面の準位を消滅させ延いては暗電流を小さくす
ることができることから、その効果をより強めるためで
ある。しかし、種々の技術的発達により暗電流が非常に
小さくなり、遮光膜を１層しか設けなくても暗電流を相
当に小さくすることができるようになり、そのため遮光
膜を一層７しか設けない（Ｂ）に示すような固体撮像素
子が多くなりつつある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３（Ａ）
に示す固体撮像素子は、遮光膜を二層７、８形成する必
要があり、製造工程数が増えるという欠点を有するのみ
ならず、開口５と転送電極４形成部との間の段差が大き
くなり、その後に形成する膜の形成が非常に難しいとい
う問題がある。その点、図３（Ｂ）に示す固体撮像素子
は、遮光膜が一層７しかないのでそのような問題がな
い。しかし、その反面において、遮光膜７が薄いと図４
（Ａ）に示すようにピンホール９ができ、その結果、そ
のピンホール９を通った光が転送電極４を経て垂直転送
レジスタ内に侵入してしまうおそれがある。

【０００５】従って、そのようなおそれをなくすために
遮光膜７を充分に厚くすることが必要であり、具体的に
は１０００ｎｍの厚さにすることが必要である。しか
し、遮光膜７の厚さをそのように厚くすると従来の技術
では図４（Ｂ）に示すように光のケラレという現象が起
きるという問題があった。この点について詳細に説明す
ると次の通りである。遮光膜７の膜厚とステップカバレ
ッジとは図５（Ａ）乃至（Ｃ）に示すような関係にな
り、遮光膜７のステップカバレッジはその膜厚に大きく
依存し、膜厚が厚くなるほどステップカバレッジが悪く
なる。そして、その膜厚を１０００ｎｍ以上にすると、
従来においては図５（Ｃ）に示すようにステップカバレ
ッジが相当に悪くなり、逆テーパー部分１０が生じる。
このように逆テーパー部分１０が生じる程度にステップ
カバレッジが悪いと図４（Ｂ）に示すようなケラレによ
り感度低下が生じる。

【０００６】特に、最近の固体撮像素子はほとんどが感
度向上のために図４（Ｂ）に示すようにオンチップマイ
クロレンズ１１を有しており、各開口５の周辺部近傍上
に入射した光もオンチップマイクロレンズ１１により受
光素子２の中心に向けて斜めに進むようになっている
が、この斜めに進んだ光の一部がその逆テーパー部分１
０に遮られてしまい、受光素子２に入射し得ないことに
なる。従って、感度向上に支障を来すことになる。かか
る感度低下の傾向は固体撮像素子の画素数の増加、固体
撮像素子の小型化に伴って強くなり、特に水平走査方向
における幅が２μｍ以下だと感度低下が無視できないほ
ど顕著になる。

【０００７】そのステップカバレッジの度合いは、その
アルミニウムからなる遮光膜７の厚さ（垂直転送電極４
上における厚さ）ａに対する遮光膜７の上記開口５の内
側面を覆う部分の厚さｂの比、即ち、アスペクト比ｂ／
ａで表現することができ、それが大きい程ステップカバ
レッジが良いということになるが、従来においてはその
アスペクト比が０．２程度にしかできず、不十分であっ
た。発明者の実験によればアスペクト比ｂ／ａが０．４
以上ないと感度低下が顕著であることが判明した。そこ
で、本願発明者は、アルミニウムからなる遮光膜をピン
ホールが生じないような厚さにしつつその遮光膜のステ
ップカバレッジを良くすべく研究を進め、スパッタ温度
を変えることによりステップカバレッジを良くできるこ
とを発見し、更に研究及び思索を進めた結果本発明を為
すに至ったのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかして、本発明は、
画素を成す受光素子を縦横に配設し、各受光素子毎に光
を取り入れる開口を有し、各受光素子間上にアルミニウ
ムからなる遮光膜を開口内面を覆うように形成した固体
撮像素子のアルミニウムからなる遮光膜をピンホールが
生じるおそれのないような厚さにしつつ固体撮像素子の
感度が低下しないようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の固体撮像素子
は、遮光膜の受光素子間上における厚さａが１０００ｎ
ｍ以上で、該遮光膜の厚さａに対する開口内側面を覆う
部分における厚さｂの比であるアスペクト比ｂ／ａが
０．４以上、例えば０．５であることを特徴とする。請
求項２の固体撮像素子の製造方法は、請求項１の固体撮
像素子を製造する方法において、アルミニウムからなる
遮光膜をスパッタ温度が２００〜３５０℃、例えば３０
０℃でのスパッタリングにより形成することを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】請求項１の固体撮像素子によれば、遮光膜の受
光素子間上における厚さａが１０００ｎｍ以上であるの
で、ピンホールが生じるおそれはない。そして、遮光膜
の厚さが１０００ｎｍでもアスペクト比ｂ／ａが０．４
以上あるので、ステップカバレッジが良く、受光素子の
水平走査方向における幅が２μｍ以下と小さい場合でも
感度低下はほとんど生じない。

【００１１】請求項２の固体撮像素子の製造方法によれ
ば、アルミニウムからなる遮光膜のスパッタ温度が高く
なるほどステップカバレッジが良くなり、２００〜３５
０℃、例えば３００℃で、アスペクト比ｂ／ａを０．４
以上、例えば０．５にすることができ、従って、感度低
下はほとんど生じない固体撮像素子を製造することがで
きる。また、スパッタ温度を高くすると遮光膜を成すア
ルミニウムのグレインサイズが大きくなり、グレインバ
ウンダリが加工パターンに影響するので加工精度が低減
するが、しかし、３５０℃程度迄なら加工精度の低減は
無視できる程度に小さく問題がない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明固体撮像素子とその製造方法を
図示実施例に従って詳細に説明する。図１（Ａ）、
（Ｂ）は本発明ＣＣＤ型固体撮像素子の各別の実施例を
示すものである。図面において、１は半導体基板、２は
受光素子、３はゲート絶縁膜、４はポリシリコンからな
る垂直転送電極、５は上記各受光素子２上に設けられた
開口、６は層間膜、７は遮光膜で、アルミニウムからな
る。本固体撮像素子は第２層目の遮光膜８を有していな
い。

【００１３】遮光膜７は１０００ｎｍ以上の膜厚を有し
ており、そして、アスペクト比ｂ／ａが０．４以上の
値、例えば０．５を有している。具体例を挙げると、遮
光膜７の垂直転送電極４上における値ａが１０００ｎ
ｍ、開口４の内周面を覆う厚さｂが５００ｎｍである。
１１はオンチップマイクロレンズである。１２はチタン
オキシナイトライド（ＴｉＯＮ）膜で、図１（Ｂ）に示
す実施例において遮光膜７の表面に形成されている。図
１（Ａ）に示す実施例においてはチタンオキシナイトラ
イド膜１２は設けられていない。

【００１４】このチタンオキシナイトライド膜１２は遮
光膜７をスパッタリングにより形成した後、遮光膜７の
パターニングのために形成されたレジスト膜の露光の際
における反射防止のために形成する。即ち、アルミニウ
ムは厚く形成するとグレインサイズが大きくなり、その
結果、遮光膜７のスパッタリング後その表面にフォトレ
ジスト膜を形成し、該フォトレジスト膜に対して露光処
理を施すときそのアルミニウムからなる遮光膜７の反射
によりグレインバウンダリィが露光に悪影響を及ぼすお
それがある。特にアルミニウムを相当に厚く形成した場
合にそのおそれが強い。そこで、それを防止すべく反射
防止のためにチタンオキシナイトライド膜１２を形成す
るのである。尚、これは露光に悪影響を及ぼすおそれが
ある場合には必要であるが、そうでない場合には図１
（Ａ）に示すように設けなくても良い。

【００１５】このような固体撮像素子によれば、遮光膜
７の受光素子１・１間上における厚さａが１０００ｎｍ
以上であるので、ピンホールが生じるおそれはない。そ
して、遮光膜７の厚さが１０００ｎｍでもアスペクト比
ｂ／ａが０．４以上、例えば０．５あるので、ステップ
カバレッジが良く、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）に示すよう
な逆テーパー状部分１０ができないので、受光素子の水
平走査方向における幅が２μｍ以下と小さい場合でも感
度低下はほとんど生じない。

【００１６】このようなアルミニウムからなる遮光膜７
は、それをスパッタリングにより形成するとき図２に示
すようにスパッタ温度を従来の１５０℃よりも高い２０
０〜３５０℃、例えば３００℃にすることにより形成す
ることができる。というのは、従来のようにスパッタ温
度が１５０℃程度だと膜厚が１０００ｎｍ程度に高い場
合、上記アスペクト比ｂ／ａが０．２程度にしかなら
ず、図５（Ｃ）のようにステップカバレッジが悪いので
逆テーパー上部分１０ができ、受光素子１に入射される
べき光の一部がその逆テーパー部分１０により遮られ、
そのために感度低下が起きるが、スパッタ温度が高いと
遮光膜の厚さが同じでもステップカバレッジが良くな
り、逆テーパー部分１０ができなくなるからである。
尚、スパッタ温度を高くすると遮光膜７を成すアルミニ
ウムのグレインサイズが大きくなり、加工精度が低減す
るが、３５０℃程度迄なら加工精度の低減は無視できる
程度に小さく、問題が生じない。

【００１７】

【発明の効果】請求項１の固体撮像素子は、遮光膜の受
光素子間上における厚さａが１０００ｎｍ以上で、該遮
光膜の厚さａに対する開口内側面を覆う部分における厚
さｂの比であるアスペクト比ｂ／ａが０．４以上である
ことを特徴とする。従って、請求項１の固体撮像素子に
よれば、遮光膜の受光素子間上における厚さａが１００
０ｎｍ以上であるので、ピンホールが生じるおそれはな
い。そして、遮光膜の厚さが１０００ｎｍでもアスペク
ト比ｂ／ａが０．４以上あるので、ステップカバレッジ
が良く、受光素子の水平走査方向における幅が２μｍ以
下と小さい場合でも感度低下はほとんど生じない。

【００１８】請求項２の固体撮像素子の製造方法は、ア
ルミニウムからなる遮光膜をスパッタ温度が２００〜３
５０℃でのスパッタリングにより形成することを特徴と
する。従って、請求項２の固体撮像素子の製造方法によ
れば、アルミニウムからなる遮光膜のスパッタ温度が高
くなるほどステップカバレッジが良くなり、２００〜３
５０℃、例えば３００℃で、アスペクト比ｂ／ａを０．
４以上、例えば０．５にすることができ、従って、感度
低下はほとんど生じない固体撮像素子を製造することが
できる。また、スパッタ温度を高くすると遮光膜を成す
アルミニウムのグレインサイズが大きくなり、グレイン
バウンダリが加工パターンに影響するので加工精度が低
減するが、しかし、３５０℃程度迄なら加工精度の低減
は無視できる程度に小さく問題がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明固体撮像素子の各別の
実施例を示す断面図である。

【図２】本発明固体撮像素子の製造方法の一つの実施例
を説明する断面図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）は固体撮像素子の各別の従来例
を示す断面図である。

【図４】（Ａ）、（Ｂ）は従来の固体撮像素子の各別の
問題点を示す断面図である。

【図５】（Ａ）乃至（Ｃ）は遮光膜の厚さとステップカ
バレッジとの関係を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 受光素子 ４ 垂直転送電極 ５ 開口 ７ アルミニウムからなる遮光膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素を成す受光素子を縦横に配設し、各
   受光素子毎に光を取り入れる開口を有し、各受光素子間
   上にアルミニウムからなる遮光膜を開口内側面を覆うよ
   うに形成した固体撮像素子において、 上記遮光膜の上記受光素子間上における厚さａが１００
   ０ｎｍ以上で、 上記遮光膜の厚さａに対する上記開口内側面を覆う部分
   における厚さｂの比であるアスペクト比ｂ／ａが０．４
   以上であることを特徴とする固体撮像素子
2. 【請求項２】 画素を成す受光素子を縦横に配設し、各
   受光素子毎に光を取り入れる開口を有し、各受光素子間
   上にアルミニウムからなる遮光膜を開口内面を覆うよう
   に形成した固体撮像素子の製造方法において、 上記アルミニウムからなる遮光膜をスパッタ温度が２０
   ０〜３５０℃でのスパッタリングにより形成することを
   特徴とする固体撮像素子の製造方法