JPH11111957A - 固体撮像素子及びその製造方法、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents
固体撮像素子及びその製造方法、並びに半導体装置の製造方法Info
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Abstract
抑制し、小型化しても良好な画質が得られる固体撮像素
子及びその製造方法、ならびに金属配線の形成や穴埋め
工程において、下地との密着性や表面の平坦性が良好な
導電層をを形成する半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 遮光膜6が、スパッタ膜又は蒸着膜によ
る第1の膜11と、化学的気相成長法によるタングステ
ン膜から成る第2の膜12の2層構造である固体撮像素
子20を構成する。
Description
撮像素子等の固体撮像素子及びその製造方法、並びに例
えば金属配線の形成や穴埋め工程等の半導体装置の製造
方法に係わる。
送領域、チャンネルストップ領域、センサ領域、ゲート
電極等の各部を形成した後、センサー領域以外へ光が入
射することを防止する金属膜が遮光膜として形成され
る。
て、スパッタ成膜したアルミニウム、タングステン、タ
ングステンシリサイド等の金属薄膜が用いられていた。
スパッタ成膜した遮光膜は、フォトエッチングにより、
上記センサ部のみが選択的に除去され、固体撮像素子の
画素が形成されている。
た遮光膜の遮光性が悪いと、即ち光透過が発生すると、
オプティカルブラック部に光が入射する光透過不良を生
じたり、電荷転送部に光が漏れ込む、いわゆるスミアと
呼ばれる現象が起きたりする。また、遮光膜の膜厚が厚
いと、遮光膜の微細加工が困難となるばかりか、ドライ
エッチング時の下地へのダメージによる、素子の暗電流
の増大や点欠陥の増加につながるという問題がある。ま
た、画素サイズの縮小に伴って、遮光膜を薄くすること
ができないと、オンチップレンズからセンサー表面まで
の距離が長くなり、オンチップレンズの集光効率が低下
し、感度が低下するといった問題もある。
タ成膜の段差被覆性の悪さから、段差側壁の実効的な膜
厚が薄くなってしまい、光透過が発生するため、あまり
膜厚を薄くすることができなかった。特に、アルミニウ
ム薄膜は、結晶粒界からの光の漏れ込みが顕著であり、
400nm以下の膜厚にすることが困難であった。
CVD(化学的気相成長法)により成膜した金属薄膜、
特にタングステン薄膜は、原理的に段差被覆性が非常に
良好であるため、固体撮像素子の遮光膜としては非常に
有効であるが、シリコン酸化膜上には直接成長しない短
所があり、また極端に密着性が低いため、必ず密着層が
必要である。この密着層として一般的には、スパッタ成
膜した窒化チタン膜が用いられている。
料は、水素を吸着する作用があるため、基板表面の界面
準位を低減させるための上層からの水素の供給が阻害さ
れ、界面準位が残ることにより、暗電流を増加させてし
まう。従って、固体撮像素子の遮光膜には適さない材料
であった。
の画素サイズの縮小によって、光透過に強く薄膜化の可
能な遮光膜が求められてきている。
いては、画素サイズの縮小による感度低下やスミアを抑
制し、小型化しても良好な画質が得られる固体撮像素子
及びその製造方法、ならびに金属配線の形成や穴埋め工
程において、下地との密着性や表面の平坦性が良好な導
電層を形成する半導体装置の製造方法を提供するもので
ある。
は、遮光膜が、スパッタ膜又は蒸着膜による第1の膜
と、化学的気相成長法によるタングステン膜から成る第
2の膜の2層構造である構成である。
ッタ膜又は蒸着膜による第1の膜を成膜し、これの上
に、化学的気相成長法によりタングステン膜を成膜し第
2の膜を形成し、第1の膜と第2の膜で遮光膜を形成す
る。
面にスパッタ膜又は蒸着膜からなる第1の膜を形成し、
この第1の膜表面の自然酸化膜を除去し、これの上に化
学的気相成長法によるタングステン膜からなる第2の膜
を形成して、これら第1の膜と第2の膜で導電膜を形成
する。
1の膜がスパッタ膜又は蒸着膜であるため、下地との密
着性が良好であり、これの上に化学的気相成長法による
タングステン膜から成る第2の膜が形成されていること
により、第1の膜を介して第2の膜が密着性よく形成さ
れると共に、第2の膜により充分な遮光性を確保するこ
とができる。
よれば、第1の膜がスパッタ膜又は蒸着膜であるため、
下地との密着性が良好に成膜され、これの上にタングス
テン膜から成る第2の膜が形成されていることにより、
第1の膜を介して第2の膜が密着性よく形成される。ま
た第2の膜が化学的気相成長法により形成されているの
で、段差被覆性が良好であるため、段差側壁等からの光
の漏れ込みを防止することができ、充分な遮光性を確保
することができる。
れば、第1の膜の膜を形成した後、第1の膜の表面の自
然酸化膜を除去してから第2の膜を形成することによ
り、第1の膜の表面を平坦化して、第2の膜の表面性も
良好に形成することができる。
又は蒸着膜による第1の膜と、化学的気相成長法による
タングステン膜から成る第2の膜の2層構造である固体
撮像素子である。
て、第1の膜はスパッタ法により成膜したタングステン
膜である構成とする。
1の膜を成膜し、第1の膜上に、化学的気相成長法によ
りタングステン膜を成膜し第2の膜を形成し、第1の膜
と第2の膜で遮光膜を形成する固体撮像素子の製造方法
である。
法において、第2の膜を形成する前に、第1の膜の表面
の自然酸化膜を除去する。
膜からなる第1の膜を形成し、第1の膜表面の自然酸化
膜を除去し、第1の膜上に化学的気相成長法によるタン
グステン膜からなる第2の膜を形成して、第1の膜と第
2の膜で導電膜を形成する半導体装置の製造方法であ
る。
像素子及びその製造方法の一実施の形態を説明する。
係る固体撮像素子の一実施の形態の1画素に対応する素
子の断面図である。
にセンサ(受光部)2が形成され、この受光部2以外の
半導体基板1上にはゲート絶縁膜3を介して転送電極4
が形成されている。転送電極4上には層間絶縁膜5を介
して遮光膜6が形成され、この遮光膜6は転送電極4へ
の光の入射を防止する。また、遮光膜6には受光部2上
に開口が設けられて、受光部2に光が入射するようにし
ている。また、遮光膜6を覆って層間絶縁層7が形成さ
れ、この層間絶縁層7上には、平坦化膜8が形成され
て、その上面が平坦化されている。さらに、平坦化膜8
上には、カラーフィルタ9が形成され、カラーフィルタ
9上には、オンチップマイクロレンズ10が形成されて
いる。
スパッタ成膜したタングステン膜(以下SP−W膜とす
る)から成る第1の膜11が、密着層として形成され、
これの上にCVD法(化学的気相成長法)により成膜し
たタングステン膜(以下CVD−W膜とする)から成る
第2の膜が形成され、これら第1の膜11及び第2の膜
12の2層構造を遮光膜6として用いる。
成る第2の膜12を形成しているので、段差被覆性の良
さから段差の側壁においても遮光膜6を充分な厚さに形
成することができるため、光透過が充分に抑制される。
また、SP−W膜から成る第1の膜11を密着層として
いるので、層間絶縁膜5等下地層との密着性がよい。さ
らに、第1の膜11において水素の吸収がないので、上
層の層間絶縁層8等から基板1表面に水素が供給され
て、基板表面の界面準位を低減することができるので、
固体撮像素子の暗電流を低減することができる。
せることなく、遮光膜6の薄膜化が可能となるので、画
素サイズの縮小に伴う、感度低下やスミア上昇が防止で
きる。また、このように遮光膜6を薄膜化することがで
きることにより、微細加工精度が向上し、感度むらに伴
う画質劣化を防止することができる。さらに、遮光膜6
の薄膜化により、ドライエッチングの際の下地層へのダ
メージが低減し、このダメージに起因する暗電流の低減
や点欠陥の低減を図ることができる。
にして製造する。
ーハ1に、従来公知の方法により、CCD固体撮像素子
の受光部(センサ)2、電荷転送領域及びチャンネルス
トップ領域(図示せず)を形成する。そして、シリコン
ウエーハ1の電荷転送領域上にゲート絶縁膜3を介して
転送電極4を形成し、層間絶縁膜5を全面的に形成す
る。
グによって、タングステンを20〜100nmの膜厚で
成膜し、SP−W膜から成る第1の膜11を形成する。
このSP−Wから成る第1の膜11の膜厚は、下地層か
らの剥離がない膜厚で、かつ段差の最深部(後に受光部
2の開口を形成付近;他の部分より薄くなりやすい)に
おける膜厚が、次に成膜するCVD−W膜から成る第2
の膜12の密着層となる程度に確保されていればよく、
より膜厚が薄いことが望ましい。
rガス圧4mTorr、DC出力2kWとする。
1の膜11を成膜した後に、成膜装置を交換する際に第
1の膜11表面に形成された自然酸化膜を除去する。例
えば、水素プラズマ処理を行うことにより、自然酸化膜
を除去することができる。処理条件としては、例えば水
素ガス圧力4.5Torr、RF出力200W、処理温
度450℃とする。
より表面の凹凸が生じている第1の膜11の表面を平坦
化することができる。これにより、第1の膜11の上に
形成する第2の膜12の密着性が向上するとともに、第
2の膜12の表面が平坦性よく形成される。尚、第2の
膜12の表面即ち遮光膜6の表面が粗いと、この表面で
入射光が乱反射するため、画素毎に受光量のバラツキが
生じ、感度にムラが出る。
してWF6 を用いて、図2Cに示すように、タングステ
ンをSP−W膜から成る第1の膜11上に成膜し、第2
の膜12を形成する。膜厚は、充分な遮光性が確保され
るように、80nm〜200nm程度とする。
素のガス流量比を1:100とし、ガス圧力80Tor
r、温度450℃とする。
膜11,12から成る2層構造の遮光膜6上にフォトレ
ジスト13を塗布し、このフォトレジスト13をマスク
として、RIE(反応性イオンエッチング)により、遮
光膜6を選択的にエッチング除去し、遮光膜6にセンサ
部2の開口を形成する。その後、図3Eに示すように、
フォトレジスト13を除去する。
(図示せず)をアルミニウムにより形成する。
として、プラズマCVDによってシリコン窒化膜を形成
し、さらに平坦化層8の樹脂を塗布する。さらに、図3
Gに示すように、従来公知の方法により、カラーフィル
ター9、オンチップレンズ10を順次形成し、固体撮像
素子20を完成させる。
W膜から成る第1の膜11とCVD−W膜から成る第2
の膜12との2層構造となっているため、CVD−W膜
により段差被覆性が良く、2層であるために結晶粒界か
らの光の漏れ込みが防止できるため、200nm以下例
えば100nm程度まで遮光膜6を薄膜化することがで
きる。
1をスパッタリングによるタングステン膜(SP−W
膜)により構成したが、第1の膜11をその他のスパッ
タリング可能な膜により構成しても良い。また、スパッ
タリングの代わりに、蒸着法によりアルミニウム、金等
を成膜して第1の膜11を構成してもよい。
よって形成する、第1の膜11の材料としては、タング
ステンの他に、例えばアルミニウム、金、クロム等の金
属や、モリブデンシリサイド、タングステンシリサイド
等の金属シリサイドが挙げられる。これらのいずれの材
料により第1の膜11を構成しても、チタン系の材料の
ような水素の吸収がないので、上層の層間絶縁膜7等か
ら半導体基板1表面へ水素を供給して、界面準位を低減
することができる。
膜の成膜の前に水素プラズマによってSP−W膜表面の
自然酸化膜を除去したが、SP−W膜の成膜とCVD−
W膜の成膜とを同一の装置内で行い、真空中で連続成膜
することによっても、同様にSP−W膜の表面を平坦化
してその上にCVD−W膜を表面の平坦性よく形成でき
る効果が得られる。
その製造方法に本発明を適用した例であったが、通常の
一般的な半導体装置の製造においても、本発明を適用す
ることができる。
おける上下配線間のコンタクトホールの穴埋め工程等の
導電層を形成する工程において、まずスパッタ又は蒸着
による第1の膜を形成する。これにより、配線層やコン
タクト用埋め込み層と下地の密着性が良好となる。
酸化膜を除去する。これにより、第1の膜の表面が平坦
化されるため、その後形成される第2の膜による配線層
やコンタクト埋め込み層の表面の平坦性が良くなる。結
果として、第1の膜と第2の膜の2層構造により配線
層、又はコンタクト埋め込み層が形成されることにな
る。
み材料をコンタクトホール内を含む全面的に形成してか
ら、エッチバックによりコンタクトホール以外の部分の
材料を除去する。このとき、埋め込み材料の層の表面が
粗い場合には、粗い部分の最も高い位置を基準としてエ
ッチバックを行うため、エッチバックの量が大きくな
り、またエッチバック後のコンタクトホールの周囲がオ
ーバーエッチになったりすることがある。
に、下地層23上のコンタクトホール21aが形成され
た絶縁層21にスパッタ膜又は蒸着膜から成る第1の膜
11を形成し、その第1の膜11表面の自然酸化膜を除
去して表面を平坦化してから、コンタクトホール21a
を埋めて全面的にCVDによる第2の膜12を形成す
る。これにより、その後、図4Bに示すようにエッチバ
ックして、コンタクトホール21a以外の部分の第1の
膜11及び第2の膜12を、オーバーエッチすることな
くエッチオフし、導電性の埋め込み層22を形成するこ
とができる。
により第2の膜を形成することにより、導電層による配
線層もしくはコンタクト用埋め込み層が表面の平坦性良
く形成される。
並びに半導体装置の製造方法は、上述の実施の形態に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
でその他様々な構成が取り得る。
おいて、密着性の良好な第1の膜と、段差被覆性の良好
な第2の膜により遮光膜を構成することにより、下地と
の充分な密着性が確保され、かつ段差の側壁においても
遮光膜を充分な厚さに形成することができる。従って、
光透過の増加や、暗電流を増大させることなく、遮光膜
の薄膜化が可能であり、画素サイズの縮小に伴う、感度
低下、スミア上昇が防止できる。
とができるため、微細加工精度が向上し、感度むらに伴
う画質劣化を防止することができる。
ッチングの際の下地層へのダメージが低減し、暗電流の
低減や点欠陥の低減を図ることができる。
れば、第1の膜を形成することにより下地層との密着性
良く導電層を形成することができ、また第1の膜の表面
の自然酸化膜を除去することにより、第1の膜の表面を
平坦化して、その後形成される導電層の平坦性を良好な
ものとすることができる。
略構成図(断面図)である。
る。
る。
場合の実施の形態を説明する図である。
縁膜、4 転送電極、5層間絶縁膜、6 遮光膜、7
層間絶縁層、8 平坦化膜、9 カラーフィルタ、10
オンチップマイクロレンズ、11 第1の膜、12
第2の膜、13フォトレジスト、20 固体撮像素子、
21 絶縁層、22 コンタクト用埋め込み層、23
下地層
Claims (5)
- 【請求項1】 遮光膜が、スパッタ膜又は蒸着膜による
第1の膜と、化学的気相成長法によるタングステン膜か
ら成る第2の膜の2層構造であることを特徴とする固体
撮像素子。 - 【請求項2】 上記第1の膜はスパッタ法により成膜し
たタングステン膜であることを特徴とする請求項1に記
載の固体撮像素子。 - 【請求項3】 スパッタ膜又は蒸着膜による第1の膜を
成膜し、 上記第1の膜上に、化学的気相成長法によりタングステ
ン膜を成膜し第2の膜を形成し、 上記第1の膜と上記第2の膜で遮光膜を形成することを
特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項4】 上記第2の膜を形成する前に、上記第1
の膜の表面の自然酸化膜を除去することを特徴とする請
求項3に記載の固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項5】 基体表面にスパッタ膜又は蒸着膜からな
る第1の膜を形成し、 該第1の膜表面の自然酸化膜を除去し、 上記第1の膜上に化学的気相成長法によるタングステン
膜からなる第2の膜を形成して、 上記第1の膜と上記第2の膜で導電膜を形成することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
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