KR20040106229A - 고체 촬상 소자 - Google Patents

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에노모또요시유끼
아베히데시
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 발명은 수광 센서부에 공급되는 수소가 기초막에 흡수되는 것을 억제할 수 있고, 또한 표면 상태 및 피복성, 또한 밀착성이 좋은 고반사율을 갖는 반사막이 형성된 도파로를 갖는 고체 촬상 소자를 얻도록 한다. 이를 위해, 수광 센서부(2) 위의 절연층 내에, 도파로(15)가 형성되고, 도파로(15)의 측벽(161)이 CVD법에 의해 성막된 Al막으로 이루어지는 반사막(17)에 의해 피복되고, 반사막(17)과 도파로(15)의 측벽(161) 사이에 기초막(19)이 형성되며, 기초막(19)이 ⅥA족 원소로 형성된 고체 촬상 소자(100)를 구성한다.

Description

고체 촬상 소자{SOLID-STATE IMAGING DEVICE}
본 발명은 고체 촬상 소자, 특히, 수광 센서부 위에 광의 집광 효율을 높이기 위한 도파로가 형성되어 이루어지는 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
CCD형이나 CMOS형 고체 촬상 소자에서는, 화소를 구성하는 예를 들면 포토다이오드로 이루어지는 복수의 수광 센서부 위에, 절연층을 협지하여 온 칩 마이크로 렌즈를 설치함으로써, 온 칩 마이크로 렌즈를 투과한 입사광의 초점이 수광 센서부 근방에 오도록 하여, 광을 수광 센서부로 유도하도록 한 구성이 주류로 되어 있다.
그러나, 화소 치수의 축소화나 배선의 다층화 등에 수반하여, 절연층이 두꺼워짐에 따라, 수광 센서부로의 광의 집광 효율에 미치는 영향이 커지게 된다.
최근, 이러한 문제를 피하기 위한 방법으로서, 절연층 내의 수광 센서부와 대응하는 위치에 도파로를 형성하여, 온 칩 마이크로 렌즈를 투과한 입사광이 효율적으로 수광 센서부로 유도되도록 한 구성이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3 참조).
여기서, 이러한 구성을 갖는 고체 촬상 소자, 예를 들면 CMOS형 고체 촬상 소자의 구성을 도 6에 도시한다.
또한, 도 6의 경우에는, CMOS형 고체 촬상 소자의 1 화소분의 단면도를 나타내고 있다.
CMOS형 고체 촬상 소자(30)는 반도체 기판(31) 내의 소정의 위치에 수광 센서부(32)가 형성되며, 반도체 기판(31) 위에는 절연이나 표면 보호 혹은 표면 평탄화의 기능을 갖는, 예를 들면 실리콘 산화막(SiO막)(33)이 형성되며, 실리콘 산화막(33) 위에는 표면 보호나 수광 센서부로 수소를 공급하는 기능을 갖는, 예를 들면 실리콘 질화막(SiN막)(34)이 형성되어 있다. 그리고, 실리콘 질화막(34) 위에는, 예를 들면 비첨가 규산 유리막(NSG막)(35)이 형성되며, NSG막(35) 위에는 배선층(36)이 형성되어 있다.
배선층(36)은 3층의 배선층(361, 362, 363)으로 구성되어 있으며, 각 배선층(361, 362, 363)은 절연막(예를 들면, SiO2막)(37) 내의 소정의 위치에 형성된 홈(38) 내에 배선 재료(예를 들면, Cu)(39)가 매립된 구성으로 되어 있다.
또한, 참조 부호 40은 배선 재료(Cu)가 절연막(37) 내로 확산되는 것을 방지하기 위해, 각 배선층(36) 사이에 형성된 소위 배리어막(예를 들면, SiN막, SiC막)이다. 또한, 도시하지 않은, 예를 들면 홈(38)의 주위에도 배선 재료가 절연막 내로 확산되는 것을 방지하기 위한 배리어막(40)이 형성되어 있다.
최상층의 배선층(363)의 상측에는 절연막(37)을 개재하여, 패시베이션막(41)이 형성되고, 이 패시베이션막(41) 위에는 평탄화막(42)을 개재하여 컬러 필터(43)가 형성되어 있다.
컬러 필터(43) 위의 수광 센서부(32)와 대응하는 위치에는 온 칩 마이크로 렌즈(44)가 형성되어 있다.
수광 센서부(32) 위의 절연층(예를 들면, 절연막(37) 이외에, NSG막(35), 배리어막(40) 및 SiN막(34)의 일부를 포함함)에는 입사 효율을 향상시키기 위한 도파로(45)가 패시베이션막(41)의 하단까지 형성되어 있다.
도파로(45)는 절연층(예를 들면, 절연막(37) 이외에, NSG막(35),배리어막(40) 및 SiN막(34)의 일부를 포함함)에 형성된 구멍(개구)(46)의 측벽(461)만이 반사막(47)으로 피복되고, 이러한 구성의 구멍(46) 내에, 가시광에 대하여 투명한 재료막(예를 들면, SiO2막)(48)이 매립된 구성이다.
반사막(47)으로서는, 고반사율이 얻어지는 박막, 예를 들면 Al막, Ag막, Au막, Cu막 및 W막을 이용하는 것이 가능하지만, 반도체 프로세스에서 길게 사용되고 있다는 점, 가공하기 쉽다는 점, 및 고반사율을 갖고 있다는 점에서, Al막이 가장 적합하다.
이러한 구성의 CMOS형 고체 촬상 소자(30)에서는, 예를 들면 온 칩 렌즈(44)를 통해 도파로(45) 내에 입사된 광이 구멍(46)의 측벽(461)을 피복하는 반사막(47)에 의해 반사되면서 수광 센서부(32)로 유도된다.
다음으로, 이러한 CMOS형 고체 촬상 소자의 제조 방법, 특히 그 도파로의 형성 방법을 도 7∼도 9를 이용하여 설명한다.
도 6과 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙인다.
또한, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 이미 반도체 기판(31)의 소정의 위치에 입사광을 수광하는 수광 센서부(32)가 형성되며, 그 상측에, 3층의 배선층(361, 362, 363), 및 그 위의 절연막(SiO2막)(37)까지의 각 층이 형성된 상태부터 설명한다.
다음으로, 최상층의 배선층(363) 위에 형성된 절연막(SiO2막)(37) 위에 레지스트막(도시 생략)을 형성하고, 이 레지스트막을 공지의 리소그래피 기술을 이용하여 패터닝하여, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 도파로(45) 형성용 패턴의 레지스트 마스크(50)를 형성한다.
그 후, 이 레지스트 마스크(50)를 통해, 예를 들면 반응성 이온 에칭법(RIE법) 등에 의해 수광 센서부(32) 위의 절연층(예를 들면, 절연막(37) 이외에, NSG막(35), 배리어막(40) 및 SiN막(34)의 일부를 포함함)을 에칭 제거한다.
이것에 의해, 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 수광 센서부(32) 위의 대응하는 위치에 도파로(45) 형성용 구멍(개구)(46)이 형성된다.
또한, 예를 들면 반응성 이온 에칭법을 행할 때에 이용되는 반응 가스를 선정함으로써, 절연층(예를 들면, 절연막(37) 이외에, NSG막(35), 배리어막(40) 및 SiN막(34)의 일부를 포함함)과 SiN막(34)의 사이 정도의 선택비를 확보할 수 있어서, 구멍(46)의 저부가 SiN막(34)을 관통하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 레지스트 마스크(50)를 제거하고, 구멍(46)을 포함하여 전면에, 후술하는 반사막(47)으로 되는 금속막(Al막)(471)을 성막한다. 금속막(471)은 일정한 막 두께를 얻기 위해, 예를 들면 높은 피복성(높은 커버리지)을 얻을 수 있는 CVD법을 이용하여 성막한다.
이것에 의해, 도 8의 (d)에 도시한 바와 같이, 구멍(46)을 포함하여 표면에 금속막(471)이 형성된다.
다음으로, 예를 들면 반응성 이온 에칭법(RIE법) 등을 이용하여, 도 9의 (e)에 도시한 바와 같이, 구멍(46)의 측벽(461)에 형성된 금속막(471)을 남기고, 그것 이외의 금속막(471)을 제거한다.
다음으로, 예를 들면 공지의 플라즈마법이나 하이 덴서티 플라즈마법(HDP법) 등을 이용하여, 투명한 재료막(예를 들면, SiO2막)을 구멍(46) 내에 매립한다. 혹은 도포법을 이용하여, 예를 들면 SOG(Spin on Glass)나 SOD(Spin on Dielectric)를 구멍(46) 내에 매립한다.
그리고, 이 후, 평탄화 처리를 행하여, 구멍(46) 내에 있는 것 이외의 재료막을 제거함으로써, 도 9의 (f)에 도시한 바와 같이, 구멍(46)의 측벽(461)에만 반사막(47)이 형성되어, 구멍(46) 내에 투명한 재료막(48)이 매립된 구성의 도파로(45)가 형성된다.
그리고, 이 후 절연막(37), 도파로(45) 내에 매립되는 SiO2막을 포함하여 전면에, 패시베이션막(41), 평탄화막(42), 컬러 필터(43)를 순서대로 형성하고, 컬러 필터(43)의 수광 센서부(32)와 대응하는 위치에, 즉 구멍(46)의 상부에 온 칩 렌즈(44)를 형성한다.
이와 같이 하여, 도 6에 도시하는 집광 효율을 높이는 구성을 갖는 CMOS형 고체 촬상 소자(30)가 형성된다.
[특허 문헌 1]
일본 특개평7-45805호 공보
[특허 문헌 2]
일본 특개평8-139300호 공보
[특허 문헌 3]
일본 특개2002-118245호 공보
그런데, 상술한 바와 같이 구멍(46)의 측벽(461)을 피복하는 반사막(47)으로서는, 반도체 프로세스에서 길게 사용된다는 점 및 가공하기 쉽다는 점, 및 고반사율을 갖고 있다는 점에서 Al막이 가장 적합하다.
그리고, 상술한 바와 같이 Al막은 일정한 막 두께를 얻기 위해, 높은 피복성(고커버리지)이 얻어지는 CVD법에 의해 형성되어 있다.
그러나, Al막을 CVD법에 의해 성막한 경우, 다음에 나타낸 바와 같은 문제가 발생하게 된다.
즉, 고반사율을 갖는 반사막(47)을 얻고자 할 경우, 그 성막 조건으로서 저온 영역 내에서 성막을 행하는 것이 효과적이지만, 저온 영역 내에서는 금속막의 표면으로의 선택 성장으로 되기 때문에, 구멍(46)의 측벽(461)에 형성되어 있는 절연층, 즉 절연막(37)이나 NSG막(35), 배리어막(40) 및 SiN막(34)의 표면에 직접 Al막을 성막하는 것은 곤란해진다.
이와 같이, 고반사율을 갖는 반사막(47)을 얻고자 할 경우에, 그 성막 조건으로서 저온 영역 내에서 성막을 행하는 것이 효과적으로 되는 것은, 초기 핵의 발생, 성장에 의존하기 때문이다.
즉, 저온 영역 내에서의 성막의 경우, 성막 초기에, 기판 표면 위에 비교적 작은 핵이 고밀도로 발생하고, 그 이후, 이 핵을 중심으로 핵이 성장하여, 임의의 위치에서 연속막이 형성된다. 따라서, 이 연속막의 결정 입자의 입경은 작고, 표면의 요철도 적기 때문에 고반사율 특성을 갖는 막을 기대할 수 있다.
한편, 고온 영역 내에서 성막을 행하면, 구멍(46)의 측벽(461)에 형성되어 있는 절연층의 표면에 직접 Al막을 성막하는 것이 가능해지지만, 고온 영역 내에서는 기상에서의 성장이 발생하기 때문에, Al 가스가 입자로 되어 절연층의 표면에 부착되고, 만일 절연층의 표면에 Al막을 성막할 수 있다고 하더라도, 피복성이 저하되며, 막 표면에 형성된 현저한 요철에 따라 반사율이 저하되고, 또한 절연층의 표면과의 밀착성이 나쁜 Al막이 형성된다.
즉, 고온 영역 내에서의 성막의 경우, 성막이 고온 영역 내에서 행해짐에 따라, 성막 초기에, 기판 표면 위에 비교적 큰 핵이 저밀도로 발생하고, 그 이후, 이 핵을 중심으로 핵이 성장한다. 그러나, 성장이 진행하여, 연속막이 형성될 때에는 각각의 핵은 저온 영역 내에서의 성막의 경우에 비해 상당히 크게 성장하게 된다. 따라서, 이 연속막의 결정 입경은 크고, 표면의 요철도 심해져서, 반사율은 낮아지게 된다.
또한, 구멍(46)의 측벽(461)에 형성된 절연층의 표면에, 스퍼터링법을 이용하여 Al막을 성막하는 방법도 생각할 수 있지만, 이 경우에는 도시하지 않은, CVD법에 의한 성막에 비해, 현저히 커버리지(특히, 측벽 커버리지)가 낮기 때문에, 구멍(46)의 측벽(461)에 필요한 막 두께를 얻기 위해서는, 기판(31)의 표면 위에 그 막 두께의 수배 내지 수십배의 성막이 필요해져서, 그 후의 가공 공정이 매우 곤란하거나 혹은 불가능해진다.
또는, 스퍼터링법 특유의 오버행에 의해, 구멍(46)의 측벽(461)에 필요한 막두께를 얻을 수 없을 가능성도 있다.
따라서, 예를 들면 반사막(Al막)(47)과 구멍(46)의 측벽(461)(즉 절연막(37)) 사이에, 기초막으로서 금속막(기초 금속막)을 성막하여, 상술한 과제를 해결하는 방법을 생각할 수 있다.
그러나, 예를 들면 종래로부터 배리어 메탈막이나 밀착층 등에 이용되고 있는 Ta(탄탈) 등의 ⅤA족 원소나, Ti(티탄) 등의 ⅣA족 원소를 기초 금속막으로서 형성한 경우, 다음에 나타낸 바와 같은 문제가 발생하게 된다.
즉, 고체 촬상 소자에서는 수광 센서부의 계면 준위를 저감하기 위해서나 결정 격자의 혼란을 회복하여 백점의 발생을 억제하기 위해, 수광 센서부 위에 형성되어 있는, 예를 들면 플라즈마 SiN막이나 Al막으로 이루어지는 차광막으로부터, 이들 막에 포함되어 있는 수소를 수광 센서부에 공급하도록 하고 있다.
도 6의 경우에는, 예를 들면 수광 센서부(32)의 근방에 형성되어 있는 SiN막(34)으로부터 수소를 수광 센서부(32)에 공급하도록 하고 있다.
그러나, 상술한 ⅤA족 원소나 ⅣA족 원소의 재료는, 수소 흡수율이 높은 특성을 갖고 있기 때문에, 이러한 재료로 이루어지는 기초막이 SiN막(34)으로부터 수광 센서부(32)에 공급되는 수소를 흡수하여, 상술한 계면 준위나 결정 격자의 혼란을 개선할 수 없게 되어, 고체 촬상 소자(30)의 특성의 저하를 초래하게 된다.
또한, 도 6의 경우에는, 수광 센서부(32)의 근방에 형성되어 있는 SiN막(34)으로부터 수소가 수광 센서부(32)에 공급되는 경우를 나타내었지만, 이 밖에도, 예를 들면 차광막(도시 생략)이나, 구멍(46)에 매립된 재료막(48) 등으로부터 수소가수광 센서부에 공급되는 경우도 생각할 수 있다.
이러한 경우에도, 기초막에 수소가 흡수된다.
상술한 점을 감안하여, 본 발명은 수광 센서부에 공급되는 수소가 기초막에 흡수되는 것을 억제하고, 또한 표면 상태 및 피복성, 또한 밀착성이 좋은 고반사율을 갖는 반사막이 형성된 도파로를 갖는 고체 촬상 소자를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 고체 촬상 소자의 일 실시예를 도시하는 개략적 구성도(단면도).
도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 제1 제조 공정도.
도 3의 (c) 및 (d)는 도 1의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 제2 제조 공정도.
도 4의 (e) 및 (f)는 도 1의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 제3 제조 공정도.
도 5의 (g) 및 (h)는 도 1의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 제4 제조 공정도.
도 6은 종래의 고체 촬상 소자의 개략적 구성도(단면도).
도 7의 (a) 및 (b)는 도 6의 고체 촬상 소자의 제1 제조 공정도.
도 8의 (c) 및 (d)는 도 6의 고체 촬상 소자의 제2 제조 공정도.
도 9의 (e) 및 (f)는 도 6의 고체 촬상 소자의 제3 제조 공정도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 반도체 기판
2 : 수광 센서부
3 : 실리콘 산화막(SiO막)
4 : 실리콘 질화막(SiN막)
5 : 비첨가 규산막(NSG막)
6(61, 62, 63) : 배선층
7 : 절연막(SiO2막)
11 : 패시베이션막
12 : 평탄화막
13 : 컬러 필터
14 : 온 칩 마이크로 렌즈
15 : 도파로
16 : 구멍
161 : 측벽
17 : 반사막(CVD-Al막)
18 : 재료막
19 : 기초막
본 발명의 고체 촬상 소자는, 수광 센서부 위의 절연층 내에 도파로가 형성되고, 도파로의 측벽이 CVD법에 의해 형성된 Al막으로 이루어지는 반사막에 의해 피복되고, 반사막과 도파로의 측벽 사이에 기초막이 형성되며, 기초막이 ⅥA족 원소로 형성되어 있는 구성으로 한다.
본 발명의 고체 촬상 소자에 따르면, 수광 센서부 위의 절연층 내에 도파로가 형성되고, 도파로의 측벽이 CVD법에 의해 형성된 Al막으로 이루어지는 반사막에 의해 피복되고, 반사막과 도파로의 측벽 사이에 기초막이 형성되며, 기초막이 ⅥA족 원소로 형성되어 있기 때문에, 제법 시에 수광 센서부에 공급되는 수소가 기초막에 의해 흡수되지 않도록 할 수 있다.
또한, CVD법에 의해 형성된 Al막으로 이루어지는 반사막은 저온 영역 내에서 성막 가능하기 때문에, 표면 상태나 피복성, 또한 밀착성이 양호한 반사막을 갖는 도파로를 얻을 수 있다.
<실시예>
본 발명의 일 실시예로서, 본 발명을 CMOS형 고체 촬상 소자(CMOS 센서)에적용한 경우의 개략적 구성을 도 1에 도시한다.
또한, 도 1의 경우에는, CMOS형 고체 촬상 소자의 1 화소에 대응하는 단면을 도시하고 있다.
본 실시예에 따른 CMOS형 고체 촬상 소자(100)는 반도체 기판(1) 내의 소정의 위치에 수광 센서부(2)가 형성되며, 반도체 기판(1) 위에는 절연이나 표면 보호 혹은 표면 평탄화의 기능을 갖는, 예를 들면 실리콘 산화막(SiO막)(3)이 형성되고, 이 실리콘 산화막(3) 위에는 표면 보호나 수광 센서부에 수소를 공급하는 기능을 갖는, 예를 들면 실리콘 질화막(SiN막)(4)이 형성되어 있다. 그리고, 이 실리콘 질화막(4) 위에는, 예를 들면 비첨가 규산 유리막(NSG막)(5)이 형성되고, 이 NSG막(5) 위에는 배선층(6)이 형성되어 있다.
배선층(6)은 3층의 배선층(61, 62, 63)에 의해 구성되어 있다. 각 배선층(61, 62, 63)은 절연막(예를 들면, SiO2막)(7) 내의 소정의 위치에 형성된 홈(8) 내에 배선 재료(예를 들면, Cu)(9)가 매립된 구성이다.
참조 부호 10은 배선 재료(Cu)가 절연막 내로 확산되는 것을 방지하기 위해, 각 배선층(6) 사이에 형성된 소위 배리어막(예를 들면, SiN막, SiC막)이다. 또한, 도시하지 않은, 예를 들면 홈(8) 주위에도 배선 재료가 절연막 내로 확산되는 것을 방지하기 위한 배리어막(10)이 형성되어 있다.
또한, 상술한 바와 같이 배선층(6)은 3층으로 형성된 경우를 나타내었지만, 배선층(6)이 예를 들면 보다 복수층으로 형성된 경우에는 소정의 위치에 형성된홈(8) 내에 배선 재료(9)가 매립된 절연막(7)이, 예를 들면 사이에 배리어막(10)을 개재하여, 그 수에 따라 여러층으로도 적층되어 구성된다.
최상층의 배선층(63)의 상측에는 절연막(7)을 개재하여, 패시베이션막(11)이 형성되고, 이 패시베이션막(11) 위에는 평탄화막(12)을 개재하여 컬러 필터(13)가 형성되어 있다.
컬러 필터(13) 위의 수광 센서부(12)와 대응하는 위치에는 온 칩 마이크로 렌즈(14)가 형성되어 있다.
수광 센서부(2) 위의 절연층(예를 들면, 절연막(7) 이외에, NSG막(5), 배리어막(10) 및 SiN막(4)의 일부를 포함함)에는 입사 효율을 향상시키기 위한 도파로(15)가 패시베이션막(11)의 하단까지 형성되어 있다.
도파로(15)는 절연층(예를 들면, 절연막(7) 이외에, NSG막(5), 배리어막(10) 및 SiN막(4)의 일부를 포함함)에 형성된 구멍(개구)(16)의 측벽(161)만이 반사막(17)으로 피복되고, 이러한 구성의 구멍(46) 내에, 가시광에 대하여 투명한 재료막(예를 들면, SiO2막)(18)이 매립된 구성이다.
반사막(17)은 고반사율이 얻어지는 박막, 예를 들면 Al막으로 형성되어 있다. 이 Al막은 CVD법에 의해 형성되어 있다.
또한, 이 반사막(17)은, 예를 들면 30㎚∼100㎚의 막 두께로 형성되어 있다.
그리고, 본 실시예에서는 특히, 반사막(Al막)(17)과 구멍(16)의 측벽(161) 사이에 기초막(19)이 형성되고, 기초막(17)이 ⅥA족 원소의 금속 재료로 형성되어있다.
ⅥA족 원소로서는, W(텅스텐), Mo(몰리브덴), Cr(크롬)의 3개의 원소를 들 수 있다. 이들 ⅥA족 원소는, 예를 들면 배리어 메탈막이나 밀착층 등에 이용되고 있는, ⅤA족 원소(Ta, V, Nb)나, ⅣA족 원소(Ti, Zr, Hf)를 이용한 경우에 비해 수소 흡수율이 낮은 특성을 갖고 있다.
이 기초막(19)은, 예를 들면 스퍼터링법에 의해 형성된다. 또한, 이 기초막(19)은, 예를 들면 3㎚∼10㎚의 막 두께로 형성되어 있다.
이것에 의해, 입사광의 집광 효율을 높이도록 한 구조를 갖는 CMOS형 고체 촬상 소자가 구성된다.
본 실시예의 고체 촬상 소자(100)에 따르면, 도파로(15)에서, CVD법에 의해 형성된 반사막(Al막)(17)과 구멍(16)의 측벽(161) 사이에, 수소 흡수율이 낮은 ⅥA족 원소의 금속 재료로 이루어지는 기초막(19)이 형성되어 있기 때문에, 예를 들면 SiN막(4)으로부터 수광 센서부(2)로 공급되는 수소가 기초막(19)에 흡수되지 않는 구성의 도파로(15)를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예의 고체 촬상 소자(100)에 따르면, 반사막(17)과 구멍(16)의 측벽(161) 사이에 기초막(19)이 형성되어 있기 때문에, 이 기초막(19)의 표면 위에 형성된 반사막(17)을 저온 영역 내에서 형성된 반사막(17)으로 하는 것이 가능해진다.
이것에 의해, 표면 상태나 피복성, 또한 밀착성이 좋은 반사막(17)을 얻을 수 있다.
즉, 도 6에 도시한 구성과 같이, 구멍의 측벽이 절연막(예를 들면, SiO2막) 등이고, 이 절연막의 표면에 CVD법에 의해 직접 반사막을 형성할 경우, 절연막 위에 직접 반사막을 형성하기 위해서는 고온 영역 내에서 형성할 필요가 있으며, 이 때 형성된 반사막은 표면 상태가 나쁘며, 또한 일정한 막 두께로 형성되지 않고, 또한 기초막(예를 들면, 절연막)과의 밀착성이 나쁜 상태로 되게 된다.
이것에 대하여, 본 실시예의 고체 촬상 소자(100)에서는 구멍(16)의 측벽(161)에서, 절연막의 표면에 기초막(19)(ⅥA족 원소의 금속 재료로 이루어지는 막)이 형성되어 있기 때문에, 이 기초막(19)의 표면에 형성되어 있는 반사막(Al막)(17)을 고온 영역 내가 아니라, 저온 영역 내에서 형성하는 것이 가능해진다.
이것에 의해, 반사막(17)을 저온 영역 내에서 성막하는 것이 가능해져서, 표면의 거칠어짐 등이 없는 표면 상태가 양호한 반사막(17)을 형성할 수 있다.
또한, 형성된 반사막(17)은 일정한 막 두께로 형성된 피복성이 좋은 반사막(17)이 얻어진다. 또한, 예를 들면 입사된 광이 구멍의 개구부에 형성된 오버행에 의해 차단될 염려도 없다.
또한, 금속막(Al막)(19)과의 밀착성이 좋은 반사막(17)이 얻어진다.
본 실시예에서는, 기초 금속막(191)은 스퍼터링법을 이용하여 형성된 구성으로 하였지만, CVD법을 이용하여 형성된 구성으로 할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 구멍(16)의 측벽(161)과 반사막(Al막)(17) 사이에 단층의 기초막(ⅥA족 원소의 금속 재료로 이루어지는 막)(19)이 형성된 경우를 나타내었지만(도 1 참조), 예를 들면, 수광 센서부(2)로의 수소의 공급에 영향을 미치지 않는 것이면, 기초막(19)과 반사막(17) 사이에, 예를 들면 밀착성을 양호하게 하는 막이나, 반사막(17)의 막 품질 및 성막성을 양호하게 하는 막이 형성된 구성으로 할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 도 1에 도시한 바와 같이, 수광 센서부(2) 근방에 형성되어 있는 SiN막(4)으로부터 수소가 수광 센서부(2)에 공급되는 경우를 나타내었지만, 이 밖에도, 예를 들면 차광막(도시 생략)이나, 구멍(16)에 매립된 재료막(18) 등으로부터 수소가 수광 센서부에 공급되는 경우도 생각할 수 있다. 이러한 구성에서도, 본 발명은 유효하다.
또한, 상술한 실시예와 같이, 수광 센서부(2) 근방, 즉 수광 센서부(2)에 가까운 위치에 형성된 SiN막(4)으로부터 수광 센서부(2)로 수소를 공급하는 구성의 고체 촬상 소자에서, 본 발명은 적합하다.
다음으로, 도 2∼도 5를 이용하여, 도 1에 도시한 CMOS형 고체 촬상 소자를 제조하는 방법을 나타낸다.
도 2∼도 5의 경우에는 도 1에 도시하는 CMOS형 고체 촬상 소자, 특히 그 도파로를 형성하는 경우를 나타낸다. 또한, 이 제조 방법은, 예를 들면 스퍼터링법을 행하는 챔버나 CVD법을 행하는 챔버가 설치된 장치를 이용하여 행한다.
또한, 도 2∼도 5의 경우에는, CMOS형 고체 촬상 소자의 1 화소에 대응하는 단면도를 도시하며, 도 1과 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
또한, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 이미, 반도체 기판(1)에 수광 센서부(2)가 형성되며, 그 상측에, 실리콘 산화막(SiO막)(3), 실리콘 질화막(SiN막)(4), 비첨가 규산 유리막(NSG막)(5)이 형성되고, NSG막(35) 위에, 3층의 배선층(61, 62, 63)이 형성된 상태부터 설명한다.
다음으로, 최상층의 배선층(63) 위에 형성된 절연막(SiO2막)(7) 위에 레지스트막(도시 생략)을 형성하고, 이 레지스트막을 공지의 리소그래피 기술을 이용하여 패터닝하여, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 도파로(15) 형성용 패턴의 레지스트 마스크(20)를 형성한다.
그 후, 이 레지스트 마스크(20)를 개재하여 예를 들면 반응성 이온 에칭법(RIE법) 등에 의해 수광 센서부(2) 위의 절연층을 에칭하여 제거한다.
이것에 의해, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 수광 센서부(32) 위의 대응하는 위치에 도파로(15) 형성용 구멍(개구)(16)이 형성된다.
다음으로, 상술한 공정에서 형성된, 수광 센서부(2) 위의 대응하는 위치에 구멍(16)이 형성된 반도체 기판(1)을 스퍼터링 챔버 내로 반송한다.
그리고, 후술하는 기초막(19)으로 되는 막(기초 금속막)(191)을 스퍼터링법에 의해 성막한다. 기초 금속막(191)은 ⅥA족 원소의 금속 재료, 예를 들면 W(텅스텐)로부터 성막한다.
또한, 예를 들면 배선(6)이 더 많은 배선층에 의해 구성되고, 어스펙트비가 높은 구멍(예를 들면, 1.5 이상)(16)이 형성되도록 한 경우에는, 지향성을 향상시킨 스퍼터링법, 예를 들면 원거리 스퍼터링법, 콜리메이션(Collimation) 스퍼터링법, 이온화 스퍼터링법을 이용하여 기초 금속막(191)을 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 구체적으로, 기초막으로서 W막을 성막하는 경우의 조건을 나타낸다.
타깃 : W
가스, 유량 : Ar, 10sccm
DC 파워(타깃 파워) : 15㎾
기판 온도 : <200℃
막 두께: 10∼50㎚
이것에 의해, 도 3의 (d)에 도시한 바와 같이, 구멍(16)을 포함하여 표면에 기초 금속막(191)이 형성된다.
또한, 상술한 성막 조건에도 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(1) 위에, 기초 금속막(191)을 10㎚∼50㎚의 막 두께로 형성함으로써, 구멍(16)의 측벽(161)에는, 예를 들면 3㎚∼10㎚의 막 두께를 갖는 기초 금속막(191)이 형성된다.
계속해서, 상술한 공정에서 형성된, 구멍(16)의 측벽(161) 및 절연막(7) 위에 기초 금속막(191)이 형성된 반도체 기판(1)을, 스퍼터링 챔버로부터 대기 개방하지 않고, CVD 챔버로 반송한다.
그리고, 구멍(16)을 포함하여 기초 금속막(191) 위에, 후술하는 반사막(17)으로 되는 막(금속막)(171)을 CVD법에 의해 성막한다. 금속막(171)은 Al막으로부터 성막한다.
이하, 구체적으로, Al막을 성막하는 경우의 조건을 나타낸다.
가스 : MPA(메틸필로리다인알란)
압력 : 30Pa
기판 온도 : 90∼120℃
막 두께 : 40∼100㎚
이 때, 상술한 공정(도 3의 (d))에서, 구멍(16)의 측벽(161)에 기초 금속막(191)이 형성되어 있기 때문에, 금속막 위에 CVD법을 이용하여 Al막(171)을 성막할 수 있으며, 상술한 성막 조건에도 나타낸 바와 같이 저온 영역(90℃∼120℃) 내에서 Al막(171)을 형성할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 기초 금속막(191)이 형성된 반도체 기판(1)을 스퍼터링 챔버로부터 대기 개방하지 않고, CVD 챔버로 반송함으로써, 기초 금속막(191)이 대기에 접촉하여 산화되는 것을 방지할 수 있으므로, 금속막(Al막)(171)을 양호하게 성막할 수 있다.
이것에 의해, 도 4의 (e)에 도시한 바와 같이, 기초 금속막(191) 위에 금속막(Al막)(171)이 형성된 상태가 된다.
또한, 성막 조건에도 나타낸 바와 같이 반도체 기판(1) 위에, 금속막(171)을 40㎚∼100㎚의 막 두께로 형성함으로써, 구멍(16) 내에서는 금속막(171)을 30㎚∼100㎚의 막 두께로 형성할 수 있다.
또한, CVD법을 이용하여 Al막을 성막할 때에 이용하는 가스(프리 커서(Precursor) 가스)로서, MPA(메틸필로리다인알란)를 이용하였지만, 이 밖에도, 예를 들면 DMAH(디메틸알루미늄하이드라이드), TMA(트리메틸 알루미늄) 및 DMEAA(디메틸에틸아민알란) 등을 이용할 수 있다.
다음으로, 예를 들면 반응성 이온 에칭법(RIE법) 등을 이용하여, 구멍(16)의 측벽(161)을 피복하는 기초 금속막(191) 및 금속막(Al막)(171)을 남기고, 그것 이외의 기초 금속막(191) 및 금속막(171)을 제거한다.
이것에 의해, 도 4의 (f)에 도시한 바와 같이, 구멍(16)의 측벽(461)에만 기초 금속막(191)이 형성된 상태의 기초막(19), 그리고, 이 기초막(19)의 표면에 금속막(191)이 형성된 상태의 반사막(17)이 형성된다.
다음으로, 예를 들면 공지의 플라즈마법이나 하이 덴서티 플라즈마법(HDP법) 등을 이용하여, 투명한 재료막(예를 들면, SiO2막)을 구멍(16) 내에 매립한다. 혹은, 도포법을 이용하여, 예를 들면 SOG(Spin on Glass)나 SOD(Spin on Dielectric)를 구멍(46) 내에 매립한다.
그리고, 이 후, 평탄화 처리를 행하여, 구멍(16)내 이외의 재료막을 제거한다.
이것에 의해, 도 5의 (g)에 도시한 바와 같이, 구멍(16) 내에 투명 재료막(18)이 매립된 구성의 도파로(15)가 형성된다.
이 후에는, 절연막(7), 도파로(15) 내에 매립되어 되는 SiO2막(18)을 포함하여 전면에, 패시베이션막(11), 평탄화막(12), 컬러 필터(13)를 순서대로 형성하고, 컬러 필터(13)의 수광 센서부(2)와 대응하는 위치에, 즉 구멍(16)의 상부에 온 칩 렌즈(14)를 형성한다.
이와 같이 하여, 도 1에 도시하는 집광 효율을 높이는 도파로를 갖는 CMOS형 고체 촬상 소자(100)가 형성된다.
상술한 제조 방법에 따르면, 구멍(16)의 측벽(161)에, 기초막(19)으로 되는 기초 금속막(ⅥA족 원소의 금속 재료로 이루어지는 막)(191)을 성막한 후, CVD법에 의해 반사막(17)으로 되는 금속막(Al막)(171)을 성막하도록 하였기 때문에, CVD법을 이용하여 반사막을 형성할 때에, 고반사율을 얻을 수 있는 성막 조건인 저온 영역 내에서 성막하는 것이 가능해진다.
즉, 상술한 바와 같이 구멍의 측벽의 절연막(SiO2막)(7) 등의 표면에 CVD법에 의해 직접 반사막을 형성할 경우, 절연막(7) 위에 직접 반사막을 형성하기 위해서는 고온 영역 내에서 형성할 필요가 있고, 이 때 형성된 반사막은 표면 상태나 피복성, 또한 밀착성이 나쁜 상태로 되게 된다.
이것에 대하여, 상술한 제조 방법에서는 구멍(16)의 측벽(161)의 절연막의 표면에 기초막(19)(ⅥA족 원소의 금속 재료로 이루어지는 막)이 형성되어 있기 때문에, 이 기초막(19)의 표면에 형성되어 있는 반사막(Al막)(17)을 고온 영역 내가 아니라 저온 영역 내에서 형성하는 것이 가능해진다.
따라서, CVD법에 의해 금속막(Al막)(171)을 성막할 때에, Al막(171)을 기초 금속막(191) 위에 양호하게 성막할 수 있다. 이것에 의해, 표면의 거칠어짐 등이 적어서 표면 상태가 좋은 반사막(17)을 형성할 수 있다.
또한, 구멍(16)의 개구부나 측벽(161)에, 오버행이 형성되지 않고 Al막(171)을 일정한 막 두께로 형성할 수 있다. 이것에 의해, 피복성이 좋은 반사막(17)을 형성할 수 있다.
또한, 기초 금속막(ⅥA족 원소의 금속 재료로 이루어지는 막)(91)에 밀착성 좋게 Al막(171)을 형성할 수 있어서, 밀착성이 좋은 반사막(19)을 형성할 수 있다.
상술한 실시예에서는, 본 발명을 CMOS형 고체 촬상 소자에 적용한 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 그 외의 고체 촬상 소자, 예를 들면 CCD 고체 촬상 소자에도 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 그 밖에 여러가지 구성을 취할 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 소자에 따르면, 수광 센서부에 공급되는 수소가 기초막으로 흡수되는 것을 억제할 수 있고, 또한 표면 상태나 피복성, 또한 밀착성이 좋은 반사막을 얻을 수 있기 때문에, 수광 센서부의 특성이 열화하지 않고, 또한 고반사율 및 고커버리지의 반사막을 갖는 도파로를 얻을 수 있다.
따라서, 고성능으로 광의 입사광률이 크게 향상된 도파로를 갖는 고체 촬상 소자를 제공하는 것이 가능해진다.

Claims (2)

  1. 수광 센서부 위의 절연층 내에 도파로가 형성되고,
    상기 도파로의 측벽이 CVD법에 의해 형성된 Al막으로 이루어지는 반사막에 의해 피복되며,
    상기 반사막과 상기 도파로의 측벽 사이에 기초막이 형성되며,
    상기 기초막은 ⅥA족 원소로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기초막은 스퍼터링법 혹은 CVD법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
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