JPWO2016103936A1 - 固体撮像素子、および固体撮像素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
オプティカルブラック領域を遮光する遮光部の厚みを抑制しつつ、該遮光部の遮光性の低下を回避する。半導体基板（１２０）に形成されたオプティカルブラック領域（Ｂ）を遮光する遮光部（１７０）は、膜厚が５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である上層Ａｌ遮光膜（１２）を備える。
Description
本発明は、固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法に関し、より詳細には、オプティカルブラック領域を遮光する遮光部を備えた固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法に関する。
従来より、固体撮像素子のオプティカルブラック領域（以下、ＯＢ領域と称する）を遮光する遮光部について、遮光性を確保するための研究が進められている。
例えば、下掲の特許文献１には、「メタルボイドによる局所的な光透過が発生する」という単層アルミニウム遮光部（以下、アルミニウムは「Ａｌ」と略記する）の問題を解決するため、下層Ａｌ遮光膜と、介在膜と、上層Ａｌ遮光膜とを含む３層構造の遮光部が開示されている。図１４を参照して、前記特許文献１に係る遮光部について説明する。
図１４は、特許文献１に係る遮光部２０を含む固体撮像素子１０００の断面図である。図１４に示すように、特許文献１に開示された固体撮像素子１０００は、半導体基板１２０中に形成された受光部１０１と、半導体基板１２０上に形成される層間絶縁膜１０６、１０９、１１２、１１４と、層間絶縁膜１１４上に形成される従来型の遮光部２０と、を含む。従来型の遮光部２０は、半導体基板１２０に近い側から順に、従来型の下層遮光膜２０ｄ、従来型の介在膜２０ｍ、従来型の上層遮光膜２０ｕを含む。すなわち、従来型の遮光部２０は、従来型の下層Ａｌ遮光膜２０ｄと、従来型の下層Ａｌ遮光膜２０ｄより上の層に形成される従来型の上層Ａｌ遮光膜２０ｕと、従来型の下層Ａｌ遮光膜２０ｄと従来型の上層Ａｌ遮光膜２０ｕとの間に挟まれた領域に形成される従来型の介在膜２０ｍと、から成る３層構造を含む。そして、従来型の介在膜２０ｍは、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、または酸化膜により形成されている。したがって、従来型の遮光部２０において、従来型の下層Ａｌ遮光膜２０ｄのメタルボイドと従来型の上層Ａｌ遮光膜２０ｕのメタルボイドとは不連続となり、従来型の遮光部２０は、メタルボイドを通して光が漏れ込むことによる遮光性の低下を防いでいる。
図１４に示すように、前記特許文献１に係る従来型の遮光部２０において、従来型の上層Ａｌ遮光膜２０ｕの膜厚は、遮光性を確保するために、従来型の介在膜２０ｍの膜厚よりも厚くなっている。そして、固体撮像素子のＯＢ領域を遮光する遮光部について、該遮光部の遮光性を確保し向上させるための方法としては、該遮光部に含まれる遮光膜の膜厚を厚くする方法が一般的である。
これに対し、本願発明の発明者は、従来型の遮光部２０について、従来型の上層Ａｌ遮光膜２０ｕは膜厚が厚いため、メタルボイドが発生しやすいことを発見した。メタルボイドの発生するメカニズムは明らかでないが、従来型の上層Ａｌ遮光膜２０ｕの中には空孔が存在し、該空孔が、外的要因（例えば、従来型の遮光部２０の膜ストレス、および熱処理温度等）によって移動して凝集し、メタルボイドまたはメタルバブルになると考えられる。
つまり、従来型の上層Ａｌ遮光膜２０ｕは、膜厚が厚く空孔が多く存在するため、メタルボイドが発生しやすいものと考えられる。
また、従来型の遮光部２０は、従来型の上層Ａｌ遮光膜２０ｕと従来型の介在膜２０ｍとの熱膨張係数の差から生じる応力により、メタルバブル（メタルボイドの凝集）が発生しやすいものと考えられる。
そして、メタルバブル（メタルボイドの凝集）が発生すると、該メタルバブルを通して光が漏れ込むことにより、遮光性の低下が発生する。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＯＢ領域を遮光する遮光部の厚みを抑制しつつ、該遮光部の遮光性の低下を回避することのできる固体撮像素子、および固体撮像素子の製造方法を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、基板に形成されたオプティカルブラック領域を遮光する遮光部を備えた固体撮像素子であって、前記遮光部は、前記基板に近い側から順に、下層遮光膜、介在膜、上層遮光膜を含み、前記下層遮光膜および前記上層遮光膜は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で形成されており、前記上層遮光膜の膜厚は、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子の製造方法は、基板に形成されたオプティカルブラック領域を遮光する遮光部を備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記遮光部は、前記基板に近い側から順に、下層遮光膜、介在膜、上層遮光膜を含み、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、前記下層遮光膜を形成する下層遮光膜形成ステップと、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、膜厚が５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である前記上層遮光膜を形成する上層遮光膜形成ステップと、を含む。
本発明の一態様によれば、ＯＢ領域を遮光する遮光部の厚みを抑制しつつ、該遮光部の遮光性の低下を回避することができるという効果を奏する。
〔実施形態１〕
以下、図１から図７に基づいて、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子１００について、詳細に説明する。固体撮像素子１００は、例えば、ＣＭＯＳ型イメージセンサである。最初に、固体撮像素子１００の概要を説明しておけば、以下の通りである。
以下、図１から図７に基づいて、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子１００について、詳細に説明する。固体撮像素子１００は、例えば、ＣＭＯＳ型イメージセンサである。最初に、固体撮像素子１００の概要を説明しておけば、以下の通りである。
すなわち、固体撮像素子１００は、半導体基板１２０（基板）に形成されたオプティカルブラック領域Ｂを遮光する遮光部１７０を備えた固体撮像素子であって、遮光部１７０は、半導体基板１２０に近い側から順に、第三層目アルミニウム配線１０（下層遮光膜）、介在膜１１、上層アルミニウム遮光膜１２（上層遮光膜）を含み、第三層目アルミニウム配線１０および上層アルミニウム遮光膜１２は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で形成されており、上層アルミニウム遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である。
ここで、上層アルミニウム（以下、アルミニウムは「Ａｌ」と略記する）遮光膜１２に発生するメタルボイドの一因は、上層Ａｌ遮光膜１２中に存在する空孔であると考えられる。固体撮像素子１００は、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を薄くする、具体的には、上層アルミニウム遮光膜１２の膜厚を、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下にすることにより、上層Ａｌ遮光膜１２中に存在する空孔を減少させている。したがって、固体撮像素子１００は、上層Ａｌ遮光膜１２におけるメタルボイドの発生を抑制して遮光性の低下を回避することができる。また、固体撮像素子１００は、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下と薄くすることにより、遮光部１７０全体の厚みを抑えることができる。つまり、固体撮像素子１００は、オプティカルブラック領域（以下、「ＯＢ領域」と略記する）を遮光する遮光部１７０の厚みを抑制しつつ、遮光部１７０の遮光性の低下を回避することができる。
さらに、固体撮像素子１００の介在膜１１の引張応力は、５．０Ｅ８Ｐａ以上であって、７．０Ｅ８Ｐａ以下である。詳細は図１２を用いて後述するが、固体撮像素子１００は、介在膜１１と上層アルミニウム遮光膜１２との熱膨張係数の差が小さくなるよう制御されている。したがって、固体撮像素子１００は、膜ストレスから生じる応力によるメタルバブルの発生を抑制することができる。
固体撮像素子１００の概要は、以下のように言い換えることもできる。すなわち、固体撮像素子１００は、ＯＢ領域に、第三層目Ａｌ配線１０と、第三層目Ａｌ配線１０より上の層に形成される上層Ａｌ遮光膜１２と、第三層目Ａｌ配線１０と上層Ａｌ遮光膜１２との間に挟まれた領域に形成される介在膜１１と、を含む多層構造の遮光部１７０を備えている。このＯＢ領域内の第三層目Ａｌ配線１０は、下層Ａｌ遮光膜を兼用している。
上記の構成によれば、固体撮像素子１００は、メタルボイドの一因である、上層Ａｌ遮光膜１２中の空孔を減少させることができ、メタルボイドの発生を抑制して遮光性の低下を回避することができる。また、固体撮像素子１００は、遮光部１７０全体の厚みを抑えることができる。したがって、固体撮像素子１００は、オプティカルブラック領域（以下、「ＯＢ領域」と略記する）を遮光する遮光部１７０の厚みを抑制しつつ、遮光部１７０の遮光性の低下を回避することができる。
以上に概要を説明した固体撮像素子１００について、特に固体撮像素子１００の遮光部１７０について、次に、図１を参照して詳細に説明する。
（固体撮像素子の詳細）
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子１００の断面図である。なお、固体撮像素子１００は、遮光部１７０に係る構成以外の構成については、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの構成と同様であるため詳細は略記するが、概略を説明すれば以下の通りである。
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子１００の断面図である。なお、固体撮像素子１００は、遮光部１７０に係る構成以外の構成については、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの構成と同様であるため詳細は略記するが、概略を説明すれば以下の通りである。
すなわち、固体撮像素子１００は、図１に示すように、受光部１０１と、フローティングディフュージョン部１０２と、素子分離部１０３と、を備える。受光部１０１は、例えばフォトダイオード（光電変換素子）により構成され、半導体基板１２０中に行列状に配列され、被写体からの画像光（入射光）の光電変換により信号電荷を生成する。フローティングディフュージョン部１０２（以下、「ＦＤ部１０２」と略記する）は、複数の受光部１０１の画素毎に設けられ、光電変換により得られた信号電荷を電圧信号に変換するものである。素子分離部１０３は、受光部１０１とＦＤ部１０２とを電気的に分離するためのものである。
固体撮像素子１００は、また、ゲート絶縁膜１０４、ポリシリコン電極からなる電荷転送電極１０５、層間絶縁膜１０６、貫通孔１０７、第一層目Ａｌ配線１０８、層間絶縁膜１０９、貫通孔１１０、第二層目Ａｌ配線１１１、層間絶縁膜１１２、および貫通孔１１３を含む。
固体撮像素子１００は、さらに、半導体基板１２０（基板）に形成されたオプティカルブラック領域Ｂを遮光する遮光部１７０を備えている。図１に示すように、遮光部１７０は、半導体基板１２０に近い側から順に、下層ＡＬ遮光膜である第三層目Ａｌ配線１０、介在膜１１、上層アルミニウム遮光膜１２を含む。第三層目Ａｌ配線１０および上層アルミニウム遮光膜１２は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で形成されている。
第三層目Ａｌ配線１０は、遮光部１７０において半導体基板１２０に最も近い側に設けられた下層Ａｌ遮光膜としてのＡｌ配線であり、第三層目Ａｌ配線１０の膜厚は、１５０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下である。また、固体撮像素子１００は、介在膜１１として、窒化チタン（ＴｉＮ）を用いており、介在膜１１の膜厚は１００ｎｍである。上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下にするのが好ましく、５０ｎｍ以上、９０ｎｍ以下にするのがより好ましい。固体撮像素子１００において、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は７０ｎｍであり、膜厚が１００ｎｍである介在膜１１よりも、膜厚が薄い。
ただし、後述するように、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下であればよく、膜厚が１００ｎｍである介在膜１１よりも、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚の方が薄いことは必須ではない。例えば、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が１２５ｎｍであって、介在膜１１の膜厚が１００ｎｍであってもよい。
上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が１２５ｎｍ以下である場合、上層Ａｌ遮光膜１２内に存在する空孔の発生確率を減少して、メタルバブルの発生を抑制することができる。ただし、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍよりも小さい場合、入射光の透過率が増加して遮光性が悪化する。
これまで図１を用いて説明してきた固体撮像素子１００について、次に、その概略構成を、図２を用いて説明する。
図２は、本発明の各実施形態に係る固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。図２に示されるように、固体撮像素子１００は、中央部に形成された矩形の有効画素領域Ａと、当該有効画素領域Ａの周囲に配置されたＯＢ領域Ｂと、さらに当該ＯＢ領域Ｂの周囲に配置された周辺回路領域Ｃとを有している。
有効画素領域ＡおよびＯＢ領域Ｂには、受光部１０１がマトリクス状に配列されており、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとで画素領域を構成している。有効画素領域Ａは、マトリクス状に配列された受光部１０１のうち、実際に撮像に用いられる受光部１０１が配置された領域であり、被写体からの入射光を光電変換して信号電荷を生成する。ＯＢ領域Ｂは、マトリクス状に配列された受光部１０１のうち、黒の検出に用いられる受光部１０１が配置された領域である。周辺回路領域Ｃは、信号転送および信号読み出しを制御するドライバ（周辺回路）などが配置された領域である。
図３は、上層ＡＬ遮光膜１２の膜厚が介在膜１１の膜厚よりも薄い場合の実施例であり、固体撮像素子１００の遮光部１７０について、遮光部１７０に含まれる第三層目ＡＬ配線１０、介在膜１１、上層アルミニウム遮光膜１２の膜厚を説明するための断面図である。図３に示すように、固体撮像素子１００の遮光部１７０において、上層ＡＬ遮光膜１２の膜厚は、介在膜１１の膜厚よりも薄い。
図３に示すように、固体撮像素子１００は、周辺回路に使用するＡＬ配線層を利用した多層構造の遮光部１７０を備える。そして、遮光部１７０の上層ＡＬ遮光膜１２の膜厚は、介在膜１１の膜厚よりも薄い。ここで、上層Ａｌ遮光膜１２に発生するメタルボイドの一因は、上層Ａｌ遮光膜１２中に存在する空孔であると考えられる。固体撮像素子１００は、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を５０ｎｍ以上であって、９０ｎｍ以下と介在膜１１の膜厚よりも薄くすることにより、上層Ａｌ遮光膜１２中に存在する空孔をより減少させている。したがって、固体撮像素子１００は、メタルバブルによる遮光性の低下を回避することができる。また、固体撮像素子１００は、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を５０ｎｍ以上であって、９０ｎｍ以下と介在膜１１の膜厚よりも薄くすることにより、遮光部１７０全体の厚みをより抑えることができ、半導体基板１２０とレンズ１７との間の距離の増加を最小限に抑えることができる。したがって、固体撮像素子１００は、図１に示す入射光が受光部１０１に達するまでの距離が短いため、入射光の減衰を軽減して感度の悪化を防止することができる。なお、ＣＭＯＳ型イメージセンサの遮光部についてこれまで説明してきたが、ＣＣＤ型イメージセンサの遮光部についても同様の構成とすることができる。
次に、本願発明の理解をより容易にするため、本願発明の発明者がメタルバブル発生頻度について得た知見について、図１１〜１３を用いて説明する。
（本願発明に至るまでに本願発明の発明者が発見した事項の整理）
本願発明の発明者は、メタルバブル発生頻度と、上層遮光Ａｌ膜の膜厚、介在膜の膜ストレス、水素シンター処理温度とがそれぞれどのように関係するかを実験し、以下の知見を得た。すなわち、本願発明の発明者は、上層遮光膜の膜厚を、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下にすることにより、メタルバブルの発生を抑制することができることを発見した。また、本願発明の発明者は、介在膜の引張応力を、５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下にすることにより、メタルバブルの発生を抑制することができることを発見した。さらに、本願発明の発明者は、水素シンター処理について、水素シンター温度を、４００℃以上、４５０℃以下にすることにより、メタルバブルの発生を抑制することができることを発見した。以下、メタルバブル発生頻度と、上層遮光Ａｌ膜の膜厚、介在膜の膜ストレス、水素シンター処理温度とがそれぞれどのように関係するかについて、詳細を説明する。
本願発明の発明者は、メタルバブル発生頻度と、上層遮光Ａｌ膜の膜厚、介在膜の膜ストレス、水素シンター処理温度とがそれぞれどのように関係するかを実験し、以下の知見を得た。すなわち、本願発明の発明者は、上層遮光膜の膜厚を、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下にすることにより、メタルバブルの発生を抑制することができることを発見した。また、本願発明の発明者は、介在膜の引張応力を、５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下にすることにより、メタルバブルの発生を抑制することができることを発見した。さらに、本願発明の発明者は、水素シンター処理について、水素シンター温度を、４００℃以上、４５０℃以下にすることにより、メタルバブルの発生を抑制することができることを発見した。以下、メタルバブル発生頻度と、上層遮光Ａｌ膜の膜厚、介在膜の膜ストレス、水素シンター処理温度とがそれぞれどのように関係するかについて、詳細を説明する。
（上層遮光Ａｌ膜の膜厚とメタルバブル発生頻度との関係について）
図１１は、本発明の各実施形態に係る固体撮像素子の上層遮光Ａｌ膜の膜厚とメタルバブル発生頻度との関係を説明する図である。本願発明の発明者は、介在膜の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの６．０Ｅ８Ｐａとし（つまり、介在膜の引張応力を６．０Ｅ８Ｐａとし）、水素シンター温度を４２０℃として、上層遮光Ａｌ膜の膜厚とメタルバブル発生頻度との関係について実験を行なったところ、図１１に示す実験結果を得た。
図１１は、本発明の各実施形態に係る固体撮像素子の上層遮光Ａｌ膜の膜厚とメタルバブル発生頻度との関係を説明する図である。本願発明の発明者は、介在膜の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの６．０Ｅ８Ｐａとし（つまり、介在膜の引張応力を６．０Ｅ８Ｐａとし）、水素シンター温度を４２０℃として、上層遮光Ａｌ膜の膜厚とメタルバブル発生頻度との関係について実験を行なったところ、図１１に示す実験結果を得た。
すなわち、図１１に示すように、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍ以上である場合、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を厚くするにしたがって、メタルバブルの発生頻度（従来比）は増加している。しかし、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍ以上であって、９０ｎｍ以下である場合、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が９０ｎｍよりも大きくなった場合に比べて、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚の増加に伴うメタルバブルの発生頻度（従来比）の増加率は、穏やかであることを確認した。また、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を１２５ｎｍよりも厚くした場合、メタルバブルの発生頻度（従来比）は、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚の増加に伴って、急激に上昇することを確認した。さらに、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍ未満の場合は、入射光の透過率が増加して遮光性が悪化する。
したがって、本願発明の発明者は、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下であることが好ましいことを発見した。また、本願発明の発明者は、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上であって、９０ｎｍ以下であることがより好ましいことを発見した。
上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下にした場合、上層Ａｌ遮光膜１２内に存在する空孔の発生確率を減少させて、メタルバブルの発生を抑制することができる。また、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を、５０ｎｍ以上であって、９０ｎｍ以下にした場合、上層Ａｌ遮光膜１２内に存在する空孔の発生確率をより減少させて、メタルバブルの発生をより効果的に抑制することができる。
（介在膜の膜ストレスとメタルバブル発生頻度との関係について）
図１２は、介在膜ストレスとメタルバブル発生頻度との関係を説明する図である。なお、説明の便宜上、介在膜ストレス（介在膜の膜ストレス）について、用語等を最初に説明しておく。
図１２は、介在膜ストレスとメタルバブル発生頻度との関係を説明する図である。なお、説明の便宜上、介在膜ストレス（介在膜の膜ストレス）について、用語等を最初に説明しておく。
平坦な基板（ウェハ）上に、薄い膜を形成すると、該膜の熱膨張率（熱膨張係数）と該基板の熱膨張率との違いにより、該膜に機械的応力（膜ストレス）が発生する。そして、前記膜ストレスを緩和するため、前記基板には反りが発生することになる。ここで、前記基板の周辺が引っ張られる方向は伸長（テンサイル、Ｔｅｎｓｉｌｅ）、前記基板の周辺が抑え込まれる方向は圧縮（コンプレッシブ、Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ）とされる。膜ストレス（膜応力）は、基板（ウェハ）を基準に、該基板の周辺を引っ張る方向に作用した場合には引張応力（Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｓｓ）、該基板の周辺を抑え込む方向に作用した場合には圧縮応力（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｓｔｒｅｓｓ）と呼ばれる。
本願発明の発明者は、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を８５ｎｍとし、水素シンター温度を４２０℃として、介在膜の膜ストレスとメタルバブル発生頻度との関係について実験を行なったところ、図１２に示す実験結果を得た。すなわち、図１２に示すとおり、介在膜の膜ストレス（膜応力）は、Ｔｅｎｓｉｌｅの（つまり、周辺を引っ張る方向の膜応力であって）、５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下（５．０Ｅ９dyne/ｃｍ２以上、７．０Ｅ９dyne/ｃｍ２以下）にすることが好ましいことを本願発明の発明者は発見した。言い換えれば、介在膜の引張応力は、５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下とするのが好ましいことを本願発明の発明者は発見した。
図１２に示すように、介在膜の引張応力を、５．０Ｅ８Ｐａよりも小さくした場合、介在膜の引張応力を小さくするほど、メタルバブルの発生頻度（従来比）は増加した。これに対し、介在膜の引張応力が、５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下であるとき、メタルバブルの発生頻度（従来比）は増加していない。
（水素シンター処理温度とメタルバブル発生頻度との関係について）
図１３は、水素シンター処理温度とメタルバブル発生頻度との関係を説明する図である。本願発明の発明者は、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を８５ｎｍとし、介在膜の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの６．０Ｅ８Ｐａとして（つまり、介在膜の引張応力を６．０Ｅ８Ｐａとして）、水素シンター処理温度（水素シンター処理を実行する際の水素シンター温度）とメタルバブル発生頻度との関係について実験を行なったところ、図１３に示す実験結果を得た。
図１３は、水素シンター処理温度とメタルバブル発生頻度との関係を説明する図である。本願発明の発明者は、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を８５ｎｍとし、介在膜の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの６．０Ｅ８Ｐａとして（つまり、介在膜の引張応力を６．０Ｅ８Ｐａとして）、水素シンター処理温度（水素シンター処理を実行する際の水素シンター温度）とメタルバブル発生頻度との関係について実験を行なったところ、図１３に示す実験結果を得た。
すなわち、図１３に示すように、水素シンター処理温度を４２０℃以上にした場合、水素シンター処理温度を上昇させるにしたがって、メタルバブルの発生頻度（従来比）は増加している。
しかし、水素シンター処理温度が４２０℃以上であって４５０℃以下である場合、水素シンター処理温度を４５０℃よりも大きくした場合に比べて、水素シンター処理温度の上昇に伴うメタルバブルの発生頻度（従来比）の増加率は、穏やかであることを確認した。これに対し、水素シンター処理温度を４５０℃よりも大きくした場合、メタルバブルの発生頻度（従来比）は、水素シンター処理温度の上昇に伴って、急激に上昇することを確認した。
また、本願発明の発明者は、水素シンター温度を４５０℃よりも高い温度にして水素シンター処理行った場合、水素シンター温度を４５０℃以下にした場合に比べて、遮光部にかかるストレスが増加し、メタルバブルの発生頻度が上昇することを確認した。
さらに、水素シンター処理温度を４００℃未満にした場合、白傷、暗電流によって固体撮像素子のデバイス特性が悪化する原因となる。
したがって、本願発明の発明者は、水素シンター処理温度を、４００℃以上であって、４５０℃以下であることが好ましいことを発見した。
（製造方法の詳細）
以下に、固体撮像素子１００の製造方法について、図４から図６を用いて、詳細を説明する。なお、前述の通り、固体撮像素子１００は、遮光部１７０に係る構成以外の構成については、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの構成と同様である。固体撮像素子１００の製造方法についても、遮光部１７０以外の構成の製造方法は、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの構成の製造方法と同様であるため、詳細は略記する。
以下に、固体撮像素子１００の製造方法について、図４から図６を用いて、詳細を説明する。なお、前述の通り、固体撮像素子１００は、遮光部１７０に係る構成以外の構成については、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの構成と同様である。固体撮像素子１００の製造方法についても、遮光部１７０以外の構成の製造方法は、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの構成の製造方法と同様であるため、詳細は略記する。
図４は、固体撮像素子１００の製造方法を説明する断面図である。図４の（ａ）は、固体撮像素子１００の断面構造の一部を示しており、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの製造方法と同様の製造方法に基づいて、貫通孔１１３までが形成されている。固体撮像素子１００の製造方法において、貫通孔１１３を形成した後、下層Ａｌ遮光膜である第三層目Ａｌ配線１０と、介在膜１１と、上層Ａｌ遮光膜１２と、を成膜する。以下、遮光部１７０の製造方法について、より具体的には、第三層目Ａｌ配線１０、介在膜１１、上層Ａｌ遮光膜１２の各々の製造方法について、詳細を説明する。
先ず、遮光部１７０において半導体基板１２０に最も近い側に設けられる下層Ａｌ遮光膜として、Ａｌ配線である第三層目Ａｌ配線１０を形成する。第三層目Ａｌ配線１０は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で形成し、第三層目Ａｌ配線１０の膜厚は、１５０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下とした。
次に、窒化チタン（ＴｉＮ）を用いて介在膜１１を形成する。介在膜１１の膜厚は１００ｎｍとした。このとき、メタルバブル発生頻度を抑制して遮光性の低下を回避するには、介在膜１１の膜ストレスを、図１２に示すように、Ｔｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下にすることが好ましい。本実施形態においては、介在膜１１の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの６．０Ｅ８Ｐａとして、介在膜１１を形成した。
本願発明の発明者は、上層Ａｌ遮光膜１２の熱膨張係数（熱膨張率）と介在膜１１の熱膨張係数との差を減少させることにより、メタルバブルの発生を抑制することができることを発見した。具体的には、介在膜１１の膜ストレスの方向と、上層Ａｌ遮光膜１２の膜ストレスの方向とが、共に伸長（テンサイル、Ｔｅｎｓｉｌｅ）方向になるように、介在膜１１および上層Ａｌ遮光膜１２を形成したことを指す。具体的には、介在膜１１の膜ストレスが、Ｔｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下になるよう、つまり、介在膜１１の引張応力が５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下になるよう、介在膜１１を形成することにより、メタルバブルの発生を抑制できることを発見した。
メタルバブルの発生メカニズムは明らかでないが、介在膜１１の熱膨張率と上層Ａｌ遮光膜１２の熱膨張率との差が小さくなったため、上層Ａｌ遮光膜１２へのストレスが低下してメタルボイドが発生しにくいと考えられる。なお、介在膜１１の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下にするために、介在膜１１の膜形成時のガス流量、圧力、温度、および膜厚を制御している。
最後に、遮光部１７０における上層Ａｌ遮光膜として、上層Ａｌ遮光膜１２を、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金を用いて形成した。上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は７０ｎｍとした。
ここで、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下にするのが好ましく、５０ｎｍ以上、９０ｎｍ以下にするのがより好ましい。上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が１２５ｎｍ以下である場合、上層Ａｌ遮光膜１２内に存在する空孔の発生確率が減少し、メタルバブルの発生を抑制することができる。ただし、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍより小さい場合、入射光の透過率が増加して遮光性が悪化する。
次に、図４の（ｂ）に示すように、上層Ａｌ遮光膜１２と介在膜１１とを残存させるためのレジスト１８を形成する。その後、フォトリソグラフィ、およびドライエッチングを用いて、図４の（ｃ）に示すように、ＯＢ画素領域Ｂに上層Ａｌ遮光膜１２と介在膜１１を形成する。
図５は、固体撮像素子１００の製造方法を説明する断面図であり、図４に示した製造工程に続く固体撮像素子１００の製造工程を説明する断面図である。図５の（ａ）に示すように、有効画素領域Ａに第三層目Ａｌ配線１０を残存させ、ＯＢ画素領域Ｂに第三層目Ａｌ配線１０と、介在膜１１と、上層Ａｌ遮光膜１２とを残存させるためのレジスト１９を形成する。その際、ＯＢ画素領域Ｂの上層Ａｌ遮光膜１２と介在膜１１とを確実に残すため、上層Ａｌ遮光膜１２と介在膜１１との周辺にもレジスト１９を形成する。その後、フォトリソグラフィ、およびドライエッチングを用いて、図５の（ｂ）に示すように、ＯＢ画素領域Ｂに、第三層目Ａｌ配線１０を、下層Ａｌ遮光膜として形成する。さらに、図５の（ｃ）に示すように、ＨＤＰ成膜、およびＣＭＰプロセスにより、層間絶縁膜１３を形成する。
図６は、固体撮像素子１００の製造方法を説明する断面図であり、図５に示した製造工程に続く固体撮像素子１００の製造工程を説明する断面図である。図６に示すように、図５の（ｃ）に示した製造工程の後、さらに、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの製造方法により、パッシベーション膜１４を形成し、水素シンター処理を行う。
水素シンター処理工程は、Ａｌ配線層構造の形成後であればいつでも行うことができる。しかしながら、パッシベーション膜１４を形成した後に水素シンター処理を行うことによって、以下の効果を得る。すなわち、すべてのＡｌ配線層構造の形成後に水素シンター処理を行うことにより、すべての工程に対して水素シンター処理の効果をもたらすことができるという効果を得る。
なお、水素シンター処理は、パッシベーション膜１４を形成後に行ったが、多層構造の遮光部１７０の形成以降であれば、どの工程で行ってもよい。このとき、メタルバブル発生頻度を抑制して遮光性の低下を回避するためには、水素シンター処理温度は、４００℃以上、４５０℃以下で行うことが好ましい。
本願発明の発明者は、水素シンター温度を４５０℃よりも高い温度にして水素シンター処理を行った場合、水素シンター温度を４５０℃以下にした場合に比べて、遮光部１７０にかかるストレスが増加し、メタルバブルの発生頻度が上昇することを確認した。メタルバブルの発生頻度が上昇すると、遮光部１７０の遮光性が悪化する。また、水素シンター温度を４００℃未満にすると、白傷、暗電流によって、固体撮像素子１００のデバイス特性が悪化する。したがって、水素シンター温度は、４００℃以上、４５０℃以下が好ましい。
多層構造の遮光部１７０を形成した後に行う水素シンター処理における水素シンター温度を制御することにより、上層ＡＬ遮光膜１２にかかるストレスを軽減してメタルボイドを抑制し、ＯＢ画素領域Ｂの遮光性を向上させている。
本願発明の発明者は、「遮光性低下の回避」以外のデバイス特性に与える影響を考慮して、水素シンター処理温度を４２０℃として、水素シンター処理を行なった。
その後、カラーフィルタ１５をＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの分光所望となるよう形成し、保護膜１６、マイクロレンズ１７を形成して固体撮像素子１００を完成させる。
（製造方法の概要）
次に、図７を用いて、これまでに説明してきた固体撮像素子１００の製造方法を整理して説明する。
次に、図７を用いて、これまでに説明してきた固体撮像素子１００の製造方法を整理して説明する。
図７は、固体撮像素子１００の製造方法の概要を説明するフロー図である。図７に示すように、固体撮像素子１００の製造方法は、介在膜の膜ストレスを制御して、介在膜を形成するステップ（Ｓ１００：介在膜形成ステップ）と、上層アルミニウム遮光膜の膜厚を制御して、上層アルミニウム遮光膜を形成するステップ（Ｓ２００：上層アルミニウム遮光膜形成ステップ）と、水素シンター処理温度を制御して、水素シンター処理を行うステップ（Ｓ３００：水素シンター処理実行ステップ）と、を含む。
ここで、前記介在膜形成ステップ（Ｓ１００）は、介在膜１１の引張応力が、５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下となるよう制御して、介在膜１１を形成する。
また、前記上層アルミニウム遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）は、上層Ａｌ遮光膜１２（上層遮光膜）を、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下となるよう制御して、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で形成する。特に、前記上層アルミニウム遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）は、上層Ａｌ遮光膜１２（上層遮光膜）の膜厚が、５０ｎｍ以上、９０ｎｍ以下となるよう制御して、上層Ａｌ遮光膜１２を形成することが好ましい。
さらに、水素シンター処理実行ステップ（Ｓ３００）は、遮光部１７０を形成した後、４００℃以上、４５０℃以下の水素シンター温度で、水素シンター処理を行う。
これまでに説明してきた固体撮像素子１００の製造方法は、以下のように整理することができる。すなわち、固体撮像素子１００の製造方法は、半導体基板１２０（基板）に形成されたＯＢ領域Ｂを遮光する遮光部１７０を備えた固体撮像素子の製造方法であって、遮光部１７０は、半導体基板１２０に近い側から順に、第三層目Ａｌ配線１０（下層遮光膜）、介在膜１１、上層アルミニウム遮光膜１２（上層遮光膜）を含み、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、第三層目Ａｌ配線１０を形成する下層遮光膜形成ステップと、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、膜厚が５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である上層アルミニウム遮光膜１２を形成する上層遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）と、を含む。なお、上層遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）は、介在膜１１の膜厚よりも膜厚の薄い上層アルミニウム遮光膜１２を形成する方が好ましい。
固体撮像素子１００の製造方法は、前記下層遮光膜形成ステップの後、前記上層遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）よりも前に、介在膜１１の引張応力が、５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下となるよう制御して、介在膜１１を形成する介在膜形成ステップ（Ｓ１００）をさらに含む。
固体撮像素子１００の製造方法は、遮光部１７０を形成した後、４００℃以上、４５０℃以下の水素シンター温度で水素シンター処理を行う水素シンター処理実行ステップ（Ｓ３００）をさらに含む。
周辺回路に使用するＡｌ配線層を利用した多層構造の遮光部１７０について、（１）上層Ａｌ遮光膜１２の直下にある介在膜１１の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下の範囲で形成し、（２）上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚を５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下の範囲で形成し、かつ（３）水素シンター処理温度を４５０℃以下で行うことにより、メタルバブル発生による遮光性の低下を回避することができ、また、半導体基板１２０とレンズ１７との間の距離の増加を最小限に抑えることができる。
また、第三層目Ａｌ配線１０を、ＯＢ画素領域Ｂにおける多層構造の遮光部１７０の最下層として形成することにより、以下の効果を得る。すなわち、第三層目Ａｌ配線１０の下に、第二層目Ａｌ配線１１１および第一層目Ａｌ配線１０８を形成することができる。つまり、ＯＢ画素領域Ｂの第三層目Ａｌ配線１０の下にある第二層目Ａｌ配線１１１および第一層目Ａｌ配線１０８を、受光部１０１およびＦＤ部１０２への信号伝達のためのＡｌ配線として、回路設計上、使用することができる。受光部１０１およびＦＤ部１０２への信号伝達のためのＡｌ配線による回路設計の自由度を考慮すれば、多層構造の遮光部１７０は最上層に設けるのが最も好ましい。
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図８は、本発明の実施形態２に係る固体撮像素子２００の断面図である。固体撮像素子２００は、例えば、ＣＭＯＳ型イメージセンサである。最初に、固体撮像素子２００の概要を説明しておけば、以下の通りである。
すなわち、固体撮像素子２００は、半導体基板１２０（基板）に形成されたＯＢ領域Ｂを遮光する遮光部２７０を備えた固体撮像素子であって、遮光部２７０は、半導体基板１２０に近い側から順に、第二層目Ａｌ配線１１１（下層遮光膜）、介在膜１１、上層アルミニウム遮光膜１２（上層遮光膜）を含み、第二層目Ａｌ配線１１１および上層アルミニウム遮光膜１２は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で形成されており、上層アルミニウム遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である。
次に、固体撮像素子２００の製造方法について概要を説明しておけば以下の通りである。すなわち、固体撮像素子２００の製造方法は、半導体基板１２０（基板）に形成されたＯＢ領域Ｂを遮光する遮光部２７０を備えた固体撮像素子の製造方法であって、遮光部２７０は、半導体基板１２０に近い側から順に、第二層目Ａｌ配線１１１（下層遮光膜）、介在膜１１、上層アルミニウム遮光膜１２（上層遮光膜）を含み、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、第二層目Ａｌ配線１１１を形成する下層遮光膜形成ステップと、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、膜厚が５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である上層アルミニウム遮光膜１２を形成する上層遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）と、を含む。特に、前記上層アルミニウム遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）は、上層Ａｌ遮光膜１２（上層遮光膜）の膜厚が、５０ｎｍ以上、９０ｎｍ以下となるよう制御して、上層Ａｌ遮光膜１２を形成することが好ましい。
なお、固体撮像素子１００と固体撮像素子２００との相違点を整理しておけば以下の通りである。すなわち、固体撮像素子１００の遮光部１７０において、半導体基板１２０に最も近い側に設けられているのは第三層目ＡＬ配線１０であったのに対し、固体撮像素子２００の遮光部２７０において、半導体基板１２０に最も近い側に設けられているのは第二層目Ａｌ配線１１１である。この点を除けば、固体撮像素子１００と固体撮像素子２００とはほぼ同じ構成であるため、以下の説明においても、この点を中心に説明を行ない、前記実施形態にて説明した構成と同じ構成については、説明を省略する。
以下、固体撮像素子２００およびその製造方法について詳細を説明する。ただし、固体撮像素子２００は、遮光部２７０に係る構成以外の構成については、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの構成と同様であるため、詳細は略記する。
固体撮像素子２００は、図８に示すように、先ず、ゲート絶縁膜１０４、およびポリシリコン電極からなる電荷転送電極１０５、層間絶縁膜１０６、貫通孔１０７、第一層目Ａｌ配線１０８、層間絶縁膜１０９、貫通孔１１０、が順次形成されている。その後、第二層目Ａｌ配線１１１と、介在膜１１と、上層Ａｌ遮光膜１２とが成膜される。
第二層目Ａｌ配線１１１は、ＯＢ画素領域Ｂの遮光部２７０における、半導体基板１２０に最も近い側に設けられた下層Ａｌ遮光膜としてのＡｌ配線であり、第二層目Ａｌ配線１１１の膜厚は、１５０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下とした。また、固体撮像素子２００は、介在膜１１として、窒化チタン（ＴｉＮ）を用いており、介在膜１１の膜厚は１００ｎｍである。上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は７０ｎｍとした。
つまり、固体撮像素子２００において、介在膜１１の膜厚は第二層目Ａｌ配線１１１（下層Ａｌ遮光膜）の膜厚よりも薄く、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は介在膜１１の膜厚よりも薄い。
ただし、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下であればよく、膜厚が１００ｎｍである介在膜１１よりも、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚の方が薄いことは必須ではない。例えば、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が１２５ｎｍであって、介在膜１１の膜厚が１００ｎｍであってもよい。
介在膜１１の形成に際しては、メタルバブルの発生頻度を抑制して遮光性の低下を回避するために、介在膜１１の膜ストレスを、図１２に示すように、Ｔｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下にすることが好ましい。つまり、介在膜１１の引張応力が５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下になるよう、介在膜１１を形成するのが好ましい。介在膜１１の膜ストレスを上記のように設定することにより、メタルバブルの発生を抑制することができる。つまり、上層Ａｌ遮光膜１２の熱膨張係数と介在膜１１の熱膨張係数との差を減少させ、介在膜１１の膜ストレスの方向と上層Ａｌ遮光膜１２の膜ストレスの方向とが共に伸長（テンサイル、Ｔｅｎｓｉｌｅ）方向になるように、介在膜１１および上層Ａｌ遮光膜１２を形成することにより、メタルバブルの発生を抑制することができる。なお、介在膜１１の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下にするために、介在膜１１の膜形成時のガス流量、圧力、温度、および膜厚を制御している。本実施形態では、介在膜１１の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの６．０Ｅ８Ｐａとして、介在膜１１を形成した。
また、メタルバブル発生頻度を抑制して遮光性の低下を回避するためには、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、図１１に示すように、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下にすることが好ましい。上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が１２５ｎｍ以下である場合、上層Ａｌ遮光膜１２内に存在する空孔を減少させ、メタルバブルの発生を抑制することができる。ただし、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍ未満の場合、入射光の透過率が増加して遮光性が悪化する。したがって、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下にすることが好ましい。
第二層目Ａｌ配線１１１、介在膜１１、上層Ａｌ遮光膜１２を形成した後、フォトリソグラフィ、およびドライエッチングを用いて、有効画素領域Ａに第二層目Ａｌ配線１１１を残存させ、ＯＢ画素領域Ｂに第二層目Ａｌ配線１１１と介在膜１１と上層Ａｌ遮光膜１２を残存させる。ＯＢ画素領域Ｂに残存させる第二層目Ａｌ配線１１１は、遮光部２７０において半導体基板１２０に最も近い側に設けられる下層Ａｌ遮光膜として形成される。
その後、ＨＤＰ成膜、およびＣＭＰプロセスにより層間絶縁膜１１２を形成する。そして、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの製造方法を用いて、貫通孔１１３、第三層目ＡＬ配線１０、層間絶縁膜１３、パッシベーション膜１４を形成し、水素シンター処理を行う。
水素シンター処理工程は、Ａｌ配線層構造の形成後であればいつでも行うことができる。しかしながら、パッシベーション膜１４を形成した後に水素シンター処理を行うことによって、以下の効果を得る。すなわち、すべてのＡｌ配線層構造の形成後に水素シンター処理を行うことにより、すべての工程に対して水素シンター処理の効果をもたらすことができるという効果を得る。
なお、水素シンター処理は、パッシベーション膜１４を形成後に行ったが、多層構造の遮光部２７０の形成以降であれば、どの工程で行ってもよい。このとき、メタルバブル発生頻度を抑制して遮光性の低下を回避するためには、水素シンター処理温度は、４００℃以上、４５０℃以下で行うことが好ましい。
水素シンター温度を４５０℃よりも高い温度で行った場合、水素シンター温度を４５０℃以下にした場合に比べて、遮光部２７０の遮光性が悪化する。また、水素シンター温度を４００℃未満にすると、白傷、暗電流によって固体撮像素子２００のデバイス特性が悪化する。したがって、水素シンター温度は、４００℃以上、４５０℃以下が好ましい。固体撮像素子２００の製造において、本願発明の発明者は、「遮光性低下の回避」以外のデバイス特性に与える影響を考慮して、水素シンター処理温度を４２０℃として、水素シンター処理を行なった。
その後、カラーフィルタ１５をＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの分光所望となるよう形成し、保護膜１６、マイクロレンズ１７を形成して固体撮像素子２００を完成させる。
周辺回路に使用するＡｌ配線層を利用した多層構造の遮光部２７０について、（１）上層Ａｌ遮光膜１２の直下にある介在膜１１を、介在膜１１の膜ストレスがＴｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下となるように制御して、形成し、（２）上層Ａｌ遮光膜１２を、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下となるよう制御して、形成し、かつ（３）水素シンター処理を、水素シンター温度を４５０℃以下で行うことにより、メタルバブルの発生による遮光性の低下を回避することができ、また、半導体基板１２０（基板）とレンズ１７との間の距離の増加を最小限に抑えることができる。
さらに、ＯＢ画素領域ＢにおけるＡｌ遮光膜として第二層目Ａｌ配線１１１を形成することにより、以下の効果を得る。すなわち、第二層目Ａｌ配線１１１の直下に形成した第一層目Ａｌ配線１０８を、受光部１０１およびＦＤ部１０２への信号伝達のための、第二層目Ａｌ配線１１１よりも下にあるＡｌ配線として、回路設計上、用いることができる。したがって、固体撮像素子２００は、受光部１０１およびＦＤ部１０２への信号伝達のためのＡｌ配線による回路設計の自由度を向上させることができる。また、固体撮像素子２００は、実施形態１（固体撮像素子１００）に比べて、遮光部３７０を受光部１０１の近くに設けることができ、実施形態１よりも遮光性を向上させることができる。
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図９は、本発明の実施形態３に係る固体撮像素子３００の断面図である。固体撮像素子３００は、例えば、ＣＭＯＳ型イメージセンサである。最初に、固体撮像素子３００の概要を説明しておけば、以下の通りである。
すなわち、固体撮像素子３００は、半導体基板１２０（基板）に形成されたＯＢ領域Ｂを遮光する遮光部３７０を備えた固体撮像素子であって、遮光部３７０は、半導体基板１２０に近い側から順に、第一層目Ａｌ配線１０８（下層遮光膜）、介在膜１１、上層アルミニウム遮光膜１２（上層遮光膜）を含み、第一層目Ａｌ配線１０８および上層アルミニウム遮光膜１２は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で形成されており、上層アルミニウム遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である。
次に、固体撮像素子３００の製造方法について概要を説明しておけば以下の通りである。すなわち、固体撮像素子３００の製造方法は、半導体基板１２０（基板）に形成されたＯＢ領域Ｂを遮光する遮光部３７０を備えた固体撮像素子の製造方法であって、遮光部３７０は、半導体基板１２０に近い側から順に、第一層目Ａｌ配線１０８（下層遮光膜）、介在膜１１、上層アルミニウム遮光膜１２（上層遮光膜）を含み、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、第一層目Ａｌ配線１０８を形成する下層遮光膜形成ステップと、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、膜厚が５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である上層アルミニウム遮光膜１２を形成する上層遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）と、を含む。特に、前記上層アルミニウム遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）は、上層Ａｌ遮光膜１２（上層遮光膜）の膜厚が、５０ｎｍ以上、９０ｎｍ以下となるよう制御して、上層Ａｌ遮光膜１２を形成することが好ましい。
なお、固体撮像素子１００と固体撮像素子３００との相違点を整理しておけば以下の通りである。すなわち、固体撮像素子１００の遮光部１７０において、半導体基板１２０に最も近い側に設けられているのは第三層目Ａｌ配線１０であったのに対し、固体撮像素子３００の遮光部３７０において、半導体基板１２０に最も近い側に設けられているのは第一層目Ａｌ配線１０８である。この点を除けば、固体撮像素子１００と固体撮像素子３００とはほぼ同じ構成であるため、以下の説明においても、この点を中心に説明を行ない、実施形態１にて説明した構成と同じ構成については、説明を省略する。
以下、固体撮像素子３００およびその製造方法について詳細を説明する。ただし、固体撮像素子３００は、遮光部３７０に係る構成以外の構成については、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの構成と同様であるため、詳細は略記する。
固体撮像素子３００は、図９に示すように、先ず、ゲート絶縁膜１０４、およびポリシリコン電極からなる電荷転送電極１０５、層間絶縁膜１０６、貫通孔１０７、が順次形成されている。その後、第一層目Ａｌ配線１０８と、介在膜１１と、上層Ａｌ遮光膜１２と、が成膜される。
第一層目Ａｌ配線１０８は、ＯＢ画素領域Ｂの遮光部３７０における、半導体基板１２０に最も近い側に設けられた下層Ａｌ遮光膜としてのＡｌ配線であり、第一層目Ａｌ配線１０８の膜厚は、１５０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下とした。また、固体撮像素子３００は、介在膜１１として、窒化チタン（ＴｉＮ）を用いており、介在膜１１の膜厚は１００ｎｍである。上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は７０ｎｍとした。
つまり、固体撮像素子３００において、介在膜１１の膜厚は第一層目Ａｌ配線１０８（下層Ａｌ遮光膜）の膜厚よりも薄く、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は介在膜１１の膜厚よりも薄い。
ただし、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下であればよく、膜厚が１００ｎｍである介在膜１１よりも、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚の方が薄いことは必須ではない。例えば、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が１２５ｎｍであって、介在膜１１の膜厚が１００ｎｍであってもよい。
介在膜１１の形成に際しては、メタルバブルの発生頻度を抑制して遮光性の低下を回避するために、介在膜１１の膜ストレスを、図１２に示すように、Ｔｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下にすることが好ましい。つまり、介在膜１１の引張応力が５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下になるよう、介在膜１１を形成するのが好ましい。介在膜１１の膜ストレスを上記のように設定することにより、メタルバブルの発生を抑制することができる。つまり、上層Ａｌ遮光膜１２の熱膨張係数と介在膜１１の熱膨張係数との差を減少させ、介在膜１１の膜ストレスの方向と上層Ａｌ遮光膜１２の膜ストレスの方向とが共に伸長（テンサイル、Ｔｅｎｓｉｌｅ）方向になるように、介在膜１１および上層Ａｌ遮光膜１２を形成することにより、メタルバブルの発生を抑制することができる。なお、介在膜１１の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下にするために、介在膜１１の膜形成時のガス流量、圧力、温度、および膜厚を制御している。本実施形態では、介在膜１１の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの６．０Ｅ８Ｐａとして、介在膜１１を形成した。
また、メタルバブル発生頻度を抑制して遮光性の低下を回避するためには、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、図１１に示すように、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下にすることが好ましい。上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が１２５ｎｍ以下である場合、上層Ａｌ遮光膜１２内に存在する空孔を減少させ、メタルバブルの発生を抑制することができる。ただし、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍ未満の場合、入射光の透過率が増加して遮光性が悪化する。したがって、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下にすることが好ましい。
第一層目Ａｌ配線１０８、介在膜１１、上層Ａｌ遮光膜１２を形成した後、フォトリソグラフィ、およびドライエッチングを用いて、有効画素領域Ａに第一層目Ａｌ配線１０８を残存させ、ＯＢ画素領域Ｂに第一層目Ａｌ配線１０８と介在膜１１と上層Ａｌ遮光膜１２を残存させる。ＯＢ画素領域Ｂに残存させる第一層目Ａｌ配線１０８は、遮光部３７０において半導体基板１２０に最も近い側に設けられる下層Ａｌ遮光膜として形成される。
その後、ＨＤＰ成膜、およびＣＭＰプロセスにより層間絶縁膜１０９を形成する。そして、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの製造方法を用いて、貫通孔１１０、第二層目配線１１１、層間絶縁膜１１２、貫通孔１１３、第三層目ＡＬ配線１０、層間絶縁膜１３、パッシベーション膜１４を形成し、水素シンター処理を行う。
水素シンター処理工程は、Ａｌ配線層構造の形成後であればいつでも行うことができる。しかしながら、パッシベーション膜１４を形成した後に水素シンター処理を行うことによって、以下の効果を得る。すなわち、すべてのＡｌ配線層構造の形成後に水素シンター処理を行うことにより、すべての工程に対して水素シンター処理の効果をもたらすことができるという効果を得る。
なお、水素シンター処理は、パッシベーション膜１４を形成後に行ったが、多層構造の遮光部３７０の形成以降であれば、どの工程で行ってもよい。このとき、メタルバブル発生頻度を抑制して遮光性の低下を回避するためには、水素シンター処理温度は、４００℃以上、４５０℃以下で行うことが好ましい。
水素シンター温度を４５０℃よりも高い温度で行った場合、水素シンター温度を４５０℃以下にした場合に比べて、遮光部３７０の遮光性が悪化する。また、水素シンター温度を４００℃未満にすると、白傷、暗電流によって固体撮像素子３００のデバイス特性が悪化する。したがって、水素シンター温度は、４００℃以上、４５０℃以下が好ましい。固体撮像素子３００の製造において、本願発明の発明者は、「遮光性低下の回避」以外のデバイス特性に与える影響を考慮して、水素シンター処理温度を４２０℃として、水素シンター処理を行なった。
その後、カラーフィルタ１５をＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの分光所望となるよう形成し、保護膜１６、マイクロレンズ１７を形成して固体撮像素子３００を完成させる。
周辺回路に使用するＡｌ配線層を利用した多層構造の遮光部３７０について、（１）上層Ａｌ遮光膜１２の直下にある介在膜１１を、介在膜１１の膜ストレスがＴｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下となるように制御して、形成し、（２）上層Ａｌ遮光膜１２を、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下となるよう制御して、形成し、かつ（３）水素シンター処理を、水素シンター温度を４５０℃以下で行うことにより、メタルバブルの発生による遮光性の低下を回避することができ、また、半導体基板１２０（基板）とレンズ１７との間の距離の増加を最小限に抑えることができる。
さらに、ＯＢ画素領域ＢにおけるＡｌ遮光膜として第一層目Ａｌ配線１０８を形成することにより、実施形態１（固体撮像素子１００）および実施形態２（固体撮像素子２００）よりもＡｌ配線による回路設計の自由度は劣るものの、固体撮像素子３００は、受光部１０１のもっとも近くに遮光部３７０を設けることができ、遮光性をさらに向上させることができる。
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図１０は、本発明の実施形態４に係る固体撮像素子４００の製造方法を説明する断面図である。固体撮像素子４００は、例えば、ＣＣＤ型イメージセンサである。最初に、固体撮像素子４００の概要を説明しておけば、以下の通りである。
すなわち、固体撮像素子４００は、半導体基板１２０（基板）に形成されたＯＢ領域Ｂを遮光する遮光部４７０を備えた固体撮像素子であって、遮光部４７０は、半導体基板１２０に近い側から順に、下層Ａｌ遮光膜１１５（下層遮光膜）、介在膜１１、上層アルミニウム遮光膜１２（上層遮光膜）を含み、下層Ａｌ遮光膜１１５および上層アルミニウム遮光膜１２は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で形成されており、上層アルミニウム遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である。
次に、固体撮像素子４００の製造方法について概要を説明しておけば以下の通りである。すなわち、固体撮像素子４００の製造方法は、半導体基板１２０（基板）に形成されたＯＢ領域Ｂを遮光する遮光部４７０を備えた固体撮像素子の製造方法であって、遮光部４７０は、半導体基板１２０に近い側から順に、下層Ａｌ遮光膜１１５（下層遮光膜）、介在膜１１、上層アルミニウム遮光膜１２（上層遮光膜）を含み、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、下層Ａｌ遮光膜１１５を形成する下層遮光膜形成ステップと、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、膜厚が５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である上層アルミニウム遮光膜１２を形成する上層遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）と、を含む。特に、前記上層アルミニウム遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）は、上層Ａｌ遮光膜１２（上層遮光膜）の膜厚が、５０ｎｍ以上、９０ｎｍ以下となるよう制御して、上層Ａｌ遮光膜１２を形成することが好ましい。
なお、固体撮像素子１００と固体撮像素子４００との相違点を整理しておけば以下の通りである。すなわち、固体撮像素子１００の遮光部１７０において、半導体基板１２０に最も近い側に設けられているのは第三層目Ａｌ配線１０であったのに対し、固体撮像素子４００の遮光部４７０において、半導体基板１２０に最も近い側に設けられているのは下層Ａｌ遮光膜１１５である。この点を除けば、固体撮像素子１００と固体撮像素子４００とはほぼ同じ構成であるため、以下の説明においても、この点を中心に説明を行ない、実施形態１にて説明した構成と同じ構成については、説明を省略する。
以下、固体撮像素子４００およびその製造方法について詳細を説明する。ただし、固体撮像素子４００は、遮光部４７０に係る構成以外の構成については、一般的なＣＣＤ型イメージセンサの構成と同様であるため、詳細は略記する。
図１０の（a）に示すように、固体撮像素子４００の製造方法においては、先ず、受光部１０１、ゲート絶縁膜１０４（ゲート酸化膜１０４Ｂ）、およびポリシリコン電極からなる電荷転送電極１０５、ゲート酸化膜１０４Ｂへの光入射によって発生するノイズを抑制するためのタングステン（Ｗ）遮光膜１１４Ｂ、層間絶縁膜１０６、貫通孔（周辺回路部、図示なし）が順次形成される。
その後、図１０の（ｂ）に示すように、配線用Ａｌ膜（周辺回路部、図示なし）とＯＢ画素領域Ｂの下層Ａｌ遮光膜１１５とを同時に堆積し、さらに介在膜１１と上層Ａｌ遮光膜１２とを成膜する。
下層Ａｌ遮光膜１１５は、ＯＢ画素領域Ｂの遮光部４７０における、半導体基板１２０に最も近い側に設けられた下層Ａｌ遮光膜としてのＡｌ配線であり、下層Ａｌ遮光膜１１５の膜厚は、１５０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下とした。また、固体撮像素子４００は、介在膜１１として、窒化チタン（ＴｉＮ）を用いており、介在膜１１の膜厚は１００ｎｍである。上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は７０ｎｍとした。
つまり、固体撮像素子４００において、介在膜１１の膜厚は下層Ａｌ遮光膜１１５（下層Ａｌ遮光膜）の膜厚よりも薄く、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は介在膜１１の膜厚よりも薄い。
ただし、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下であればよく、膜厚が１００ｎｍである介在膜１１よりも、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚の方が薄いことは必須ではない。例えば、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が１２５ｎｍであって、介在膜１１の膜厚が１００ｎｍであってもよい。
介在膜１１の形成に際しては、メタルバブルの発生頻度を抑制して遮光性の低下を回避するために、介在膜１１の膜ストレスを、図１２に示すように、Ｔｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下にすることが好ましい。つまり、介在膜１１の引張応力が５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下になるよう、介在膜１１を形成するのが好ましい。介在膜１１の膜ストレスを上記のように設定することにより、メタルバブルの発生を抑制することができる。つまり、上層Ａｌ遮光膜１２の熱膨張係数と介在膜１１の熱膨張係数との差を減少させ、介在膜１１の膜ストレスの方向と上層Ａｌ遮光膜１２の膜ストレスの方向とが共に伸長（テンサイル、Ｔｅｎｓｉｌｅ）方向になるように、介在膜１１および上層Ａｌ遮光膜１２を形成することにより、メタルバブルの発生を抑制することができる。なお、介在膜１１の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下にするために、介在膜１１の膜形成時のガス流量、圧力、温度、および膜厚を制御している。本実施形態では、介在膜１１の膜ストレスをＴｅｎｓｉｌｅの６．０Ｅ８Ｐａとして、介在膜１１を形成した。
また、メタルバブル発生頻度を抑制して遮光性の低下を回避するためには、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、図１１に示すように、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下にすることが好ましい。上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が１２５ｎｍ以下である場合、上層Ａｌ遮光膜１２内に存在する空孔を減少させ、メタルバブルの発生を抑制することができる。ただし、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍ未満の場合、入射光の透過率が増加して遮光性が悪化する。したがって、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚は、５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下にすることが好ましい。
次にフォトリソグラフィ、およびドライエッチングを用いて、周辺回路部ＣにはＡｌ配線（図示なし）を残存させ、ＯＢ画素領域Ｂには下層Ａｌ遮光膜１１５と介在膜１１と上層Ａｌ遮光膜１２とを残存させる。
その後、図１０の（c）に示すように、層間絶縁膜１３、パッシベーション膜１４を形成し、水素シンター処理を行う。メタルバブル発生頻度を抑制して遮光性の低下を回避するためには、図１３に示すように、水素シンター処理は、水素シンター温度を、４００℃以上、４５０℃以下にして行うことが好ましい。
水素シンター温度を４５０℃よりも高い温度で行った場合、水素シンター温度を４５０℃以下にした場合に比べて、遮光部４７０の遮光性が悪化する。また、水素シンター温度を４００℃未満にすると、白傷、暗電流によって固体撮像素子４００のデバイス特性が悪化する。したがって、水素シンター温度は、４００℃以上、４５０℃以下が好ましい。固体撮像素子４００の製造において、本願発明の発明者は、「遮光性低下の回避」以外のデバイス特性に与える影響を考慮して、水素シンター処理温度を４２０℃として、水素シンター処理を行なった。
その後、カラーフィルタ１５をＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの分光所望となるよう形成し、保護膜１６、マイクロレンズ１７を形成して固体撮像素子４００を完成させる。
周辺回路に使用するＡｌ配線層を利用した多層構造の遮光部４７０について、（１）上層Ａｌ遮光膜１２の直下にある介在膜１１を、介在膜１１の膜ストレスがＴｅｎｓｉｌｅの５．０Ｅ８Ｐａ以上、７．０Ｅ８Ｐａ以下となるように制御して、形成し、（２）上層Ａｌ遮光膜１２を、上層Ａｌ遮光膜１２の膜厚が５０ｎｍ以上、１２５ｎｍ以下となるよう制御して、形成し、かつ（３）水素シンター処理を、水素シンター温度を４５０℃以下で行うことにより、メタルバブル発生による遮光性低下のない良好な遮光部４７０を固体撮像素子４００のＯＢ画素領域Ｂに形成することができる。
〔付記事項１〕
実施形態１から４において、「介在膜１１の膜ストレスの方向と、上層Ａｌ遮光膜１２の膜ストレスの方向とが、共に伸長（テンサイル、Ｔｅｎｓｉｌｅ）方向になるように、介在膜１１および上層Ａｌ遮光膜１２を形成することにより、メタルバブルの発生を抑制できる」ことを説明した。しかしながら、介在膜１１の熱膨張係数（熱膨張率）と上層Ａｌ遮光膜１２の熱膨張係数（熱膨張率）との差を小さくすることができれば、介在膜１１の膜ストレスの方向が伸長（テンサイル、Ｔｅｎｓｉｌｅ）方向であって、上層Ａｌ遮光膜１２の膜ストレスの方向は圧縮（コンプレッシブ、Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ）方向となるように、介在膜１１および上層Ａｌ遮光膜１２を形成してもよい。
実施形態１から４において、「介在膜１１の膜ストレスの方向と、上層Ａｌ遮光膜１２の膜ストレスの方向とが、共に伸長（テンサイル、Ｔｅｎｓｉｌｅ）方向になるように、介在膜１１および上層Ａｌ遮光膜１２を形成することにより、メタルバブルの発生を抑制できる」ことを説明した。しかしながら、介在膜１１の熱膨張係数（熱膨張率）と上層Ａｌ遮光膜１２の熱膨張係数（熱膨張率）との差を小さくすることができれば、介在膜１１の膜ストレスの方向が伸長（テンサイル、Ｔｅｎｓｉｌｅ）方向であって、上層Ａｌ遮光膜１２の膜ストレスの方向は圧縮（コンプレッシブ、Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ）方向となるように、介在膜１１および上層Ａｌ遮光膜１２を形成してもよい。
これは、介在膜１１の熱膨張係数（熱膨張率）と上層Ａｌ遮光膜１２の熱膨張係数（熱膨張率）との差が小さければ、介在膜１１の膜ストレスの方向が伸長（テンサイル、Ｔｅｎｓｉｌｅ）方向であって、上層Ａｌ遮光膜１２の膜ストレスの方向は圧縮（コンプレッシブ、Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ）方向であっても、上層Ａｌ遮光膜１２へのストレスが低下し、メタルボイドが発生しにくくなると考えられるからである。
すなわち、介在膜１１の熱膨張係数（熱膨張率）と上層Ａｌ遮光膜１２の熱膨張係数（熱膨張率）との差を小さくするのであれば、介在膜１１の膜ストレスの方向と、上層Ａｌ遮光膜１２の膜ストレスの方向とは一致していなくともよい。
〔付記事項２〕
実施形態１から４において、上層Ａｌ遮光膜（上層Ａｌ遮光膜１２）の膜厚を、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下にする場合について説明した。しかしながら、下層Ａｌ遮光膜（第三層目Ａｌ配線１０、第一層目Ａｌ配線１０８、第二層目Ａｌ配線１１１、および下層Ａｌ遮光膜１１５）についても、膜厚を５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下にすることにより、該下層Ａｌ遮光膜中に存在する空孔を減少させて、該下層Ａｌ遮光膜におけるメタルボイドの発生を抑制して遮光性の低下を回避することができると考えられる。また、上層Ａｌ遮光膜の膜厚について既に説明したのと同じ理由から、下層Ａｌ遮光膜の膜厚を、５０ｎｍ以上であって、９０ｎｍ以下にすることが、より好ましい。
実施形態１から４において、上層Ａｌ遮光膜（上層Ａｌ遮光膜１２）の膜厚を、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下にする場合について説明した。しかしながら、下層Ａｌ遮光膜（第三層目Ａｌ配線１０、第一層目Ａｌ配線１０８、第二層目Ａｌ配線１１１、および下層Ａｌ遮光膜１１５）についても、膜厚を５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下にすることにより、該下層Ａｌ遮光膜中に存在する空孔を減少させて、該下層Ａｌ遮光膜におけるメタルボイドの発生を抑制して遮光性の低下を回避することができると考えられる。また、上層Ａｌ遮光膜の膜厚について既に説明したのと同じ理由から、下層Ａｌ遮光膜の膜厚を、５０ｎｍ以上であって、９０ｎｍ以下にすることが、より好ましい。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る固体撮像素子（１００、２００、３００、４００）は、基板（半導体基板１２０）に形成されたオプティカルブラック領域（Ｂ）を遮光する遮光部（１７０、２７０、３７０、４７０）を備えた固体撮像素子であって、前記遮光部は、前記基板に近い側から順に、下層遮光膜（第三層目アルミニウム配線１０、第二層目Ａｌ配線１１１、第一層目Ａｌ配線１０８、下層Ａｌ遮光膜１１５）、介在膜（１１）、上層遮光膜（上層アルミニウム遮光膜１２）を含み、前記下層遮光膜および前記上層遮光膜は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で形成されており、前記上層遮光膜の膜厚は、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である。
本発明の態様１に係る固体撮像素子（１００、２００、３００、４００）は、基板（半導体基板１２０）に形成されたオプティカルブラック領域（Ｂ）を遮光する遮光部（１７０、２７０、３７０、４７０）を備えた固体撮像素子であって、前記遮光部は、前記基板に近い側から順に、下層遮光膜（第三層目アルミニウム配線１０、第二層目Ａｌ配線１１１、第一層目Ａｌ配線１０８、下層Ａｌ遮光膜１１５）、介在膜（１１）、上層遮光膜（上層アルミニウム遮光膜１２）を含み、前記下層遮光膜および前記上層遮光膜は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で形成されており、前記上層遮光膜の膜厚は、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である。
ここで、前記上層遮光膜に発生するメタルボイドの一因は、前記上層遮光膜中に存在する空孔であると考えられる。上記の構成によれば、前記固体撮像素子は、前記上層遮光膜の膜厚を薄くする、具体的には、上層アルミニウム遮光膜１２の膜厚を、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下にすることにより、前記上層遮光膜中に存在する空孔を減少させている。したがって、前記固体撮像素子は、前記上層遮光膜におけるメタルボイドの発生を抑制して遮光性の低下を回避することができる。
また、前記固体撮像素子は、前記上層遮光膜の膜厚を前記介在膜の膜厚よりも薄くすることにより、前記遮光部全体の厚みを抑えることができる。
したがって、前記固体撮像素子は、オプティカルブラック領域を遮光する前記遮光部の厚みを抑制しつつ、前記遮光部の遮光性の低下を回避することができる。
本発明の態様２に係る固体撮像素子は、上記態様１において、前記介在膜の引張応力は、５．０Ｅ８Ｐａ以上であって、７．０Ｅ８Ｐａ以下であってもよい。
上記の構成によれば、前記固体撮像素子において、前記介在膜の引張応力は、５．０Ｅ８Ｐａ以上であって、７．０Ｅ８Ｐａ以下であり、前記介在膜と前記上層遮光膜との熱膨張係数の差は小さい。
ここで、本願発明者は、前記メタルボイドの発生には、前記介在膜の膜ストレスが関係していると考えた。したがって、前記介在膜と前記上層遮光膜との熱膨張係数（熱膨張率）の差を小さくすることにより、膜ストレスから生じる応力による前記メタルボイドの発生を抑制することができると考えた。そして、本願発明者は、前記介在膜の引張応力を、５．０Ｅ８Ｐａ以上であって、７．０Ｅ８Ｐａ以下にすることにより、前記メタルボイドの発生を抑制することができることを確認した。したがって、前記固体撮像素子は、前記メタルボイドの発生を抑制することができる。
本発明の態様３に係る固体撮像素子（１００、２００、３００、４００）の製造方法は、基板（半導体基板１２０）に形成されたオプティカルブラック領域（Ｂ）を遮光する遮光部（１７０、２７０、３７０、４７０）を備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記遮光部は、前記基板に近い側から順に、下層遮光膜（第三層目アルミニウム配線１０、第二層目Ａｌ配線１１１、第一層目Ａｌ配線１０８、下層Ａｌ遮光膜１１５）、介在膜（１１）、上層遮光膜（上層アルミニウム遮光膜１２）を含み、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、前記下層遮光膜を形成する下層遮光膜形成ステップと、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、膜厚が５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下となるように制御して前記上層遮光膜を形成する上層遮光膜形成ステップ（Ｓ２００）と、を含む。
上記の製造方法によれば、態様１と同様の効果を奏する。
本発明の態様４に係る固体撮像素子の製造方法は、上記態様３において、前記下層遮光膜形成ステップの後、前記上層遮光膜形成ステップよりも前に、前記介在膜の引張応力が、５．０Ｅ８Ｐａ以上であって、７．０Ｅ８Ｐａ以下となるよう制御して、前記介在膜を形成する介在膜形成ステップ（Ｓ１００）をさらに含んでもよい。
上記の製造方法によれば、態様２と同様の効果を奏する。
本発明の態様５に係る固体撮像素子の製造方法は、上記態様３または４において、前記遮光部を形成した後、４００℃以上であって、４５０℃以下の水素シンター温度で水素シンター処理を行う水素シンター処理実行ステップ（Ｓ３００）をさらに含んでもよい。
ここで、本願発明の発明者は、水素シンター処理温度を４５０℃よりも大きくした場合、水素シンター処理温度を４５０℃以下にした場合に比べて、メタルバブルの発生頻度（従来比）は、水素シンター処理温度の上昇に伴って、急激に上昇することを確認した。また、本願発明の発明者は、水素シンター処理温度を４００℃未満にした場合、白傷、暗電流によって固体撮像素子のデバイス特性が悪化する原因となることを確認した。
したがって、上記の製造方法によれば、遮光性の低下の原因となるメタルバブルの発生頻度を抑制しつつ、良好なデバイス特性を備えた前記固体撮像素子を得ることができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明に係る固体撮像素子は、カメラ付き携帯電話機、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、セキュリティカメラ（監視カメラ）、ドアホン、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ等の各種電子機器に適用することができる。
１０ 第三層目アルミニウム（Ａｌ）配線（下層遮光膜）
１１ 介在膜
１２ 上層アルミニウム（Ａｌ）遮光膜（上層遮光膜）
１３ 層間絶縁膜
１４ パッシベーション膜
１５ カラーフィルタ
１６ 保護膜
１７ マイクロレンズ
１８ レジスト
１９ レジスト
２０ 従来型の遮光部
２０ｄ 従来型の下層遮光膜
２０ｍ 従来型の介在膜
２０ｕ 従来型の上層遮光膜
１００ 固体撮像素子
１０１ 受光部
１０２ フローティングディフュージョン（ＦＤ）部
１０３ 素子分離部
１０４ ゲート絶縁膜
１０４Ｂ ゲート酸化膜
１０５ 電荷転送電極
１０６ 層間絶縁膜
１０７ 貫通孔（コンタクト）
１０８ 第一層目アルミニウム（Ａｌ）配線（下層遮光膜）
１０９ 層間絶縁膜
１１０ 貫通孔（ビア）
１１１ 第二層目アルミニウム（Ａｌ）配線（下層遮光膜）
１１２ 層間絶縁膜
１１３ 貫通孔（ビア）
１１４ 層間絶縁膜
１１４Ｂ タングステン（Ｗ）遮光膜
１１５ 下層アルミニウム（Ａｌ）遮光膜（下層遮光膜）
１２０ 半導体基板（基板）
１７０ 遮光部
２００ 固体撮像素子
２７０ 遮光部
３００ 固体撮像素子
３７０ 遮光部
４００ 固体撮像素子
４７０ 遮光部
１０００ 特許文献１に開示された固体撮像素子
Ａ 有効画素領域
Ｂ ＯＢ画素領域
Ｃ 周辺回路領域
１１ 介在膜
１２ 上層アルミニウム（Ａｌ）遮光膜（上層遮光膜）
１３ 層間絶縁膜
１４ パッシベーション膜
１５ カラーフィルタ
１６ 保護膜
１７ マイクロレンズ
１８ レジスト
１９ レジスト
２０ 従来型の遮光部
２０ｄ 従来型の下層遮光膜
２０ｍ 従来型の介在膜
２０ｕ 従来型の上層遮光膜
１００ 固体撮像素子
１０１ 受光部
１０２ フローティングディフュージョン（ＦＤ）部
１０３ 素子分離部
１０４ ゲート絶縁膜
１０４Ｂ ゲート酸化膜
１０５ 電荷転送電極
１０６ 層間絶縁膜
１０７ 貫通孔（コンタクト）
１０８ 第一層目アルミニウム（Ａｌ）配線（下層遮光膜）
１０９ 層間絶縁膜
１１０ 貫通孔（ビア）
１１１ 第二層目アルミニウム（Ａｌ）配線（下層遮光膜）
１１２ 層間絶縁膜
１１３ 貫通孔（ビア）
１１４ 層間絶縁膜
１１４Ｂ タングステン（Ｗ）遮光膜
１１５ 下層アルミニウム（Ａｌ）遮光膜（下層遮光膜）
１２０ 半導体基板（基板）
１７０ 遮光部
２００ 固体撮像素子
２７０ 遮光部
３００ 固体撮像素子
３７０ 遮光部
４００ 固体撮像素子
４７０ 遮光部
１０００ 特許文献１に開示された固体撮像素子
Ａ 有効画素領域
Ｂ ＯＢ画素領域
Ｃ 周辺回路領域
Claims (5)
- 基板に形成されたオプティカルブラック領域を遮光する遮光部を備えた固体撮像素子であって、
前記遮光部は、前記基板に近い側から順に、下層遮光膜、介在膜、上層遮光膜を含み、
前記下層遮光膜および前記上層遮光膜は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で形成されており、
前記上層遮光膜の膜厚は、５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記介在膜の引張応力は、５．０Ｅ８Ｐａ以上であって、７．０Ｅ８Ｐａ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。 - 基板に形成されたオプティカルブラック領域を遮光する遮光部を備えた固体撮像素子の製造方法であって、
前記遮光部は、前記基板に近い側から順に、下層遮光膜、介在膜、上層遮光膜を含み、
アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、前記下層遮光膜を形成する下層遮光膜形成ステップと、
アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金で、膜厚が５０ｎｍ以上であって、１２５ｎｍ以下である前記上層遮光膜を形成する上層遮光膜形成ステップと、を含む
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 前記下層遮光膜形成ステップの後、前記上層遮光膜形成ステップよりも前に、
前記介在膜の引張応力が、５．０Ｅ８Ｐａ以上であって、７．０Ｅ８Ｐａ以下となるよう制御して、前記介在膜を形成する介在膜形成ステップをさらに含む
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。 - 前記遮光部を形成した後、４００℃以上であって、４５０℃以下の水素シンター温度で水素シンター処理を行う水素シンター処理実行ステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項３または４に記載の固体撮像素子の製造方法。
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