(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮光膜が、スパッタ法によるタングステン膜から成る第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】
スパッタ法によりタングステン膜を成膜し第１の膜を形成し、
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３】
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２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＣＣＤ固体撮像素子等の固体撮像素子及びその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
通常、固体撮像素子においては、電荷転送領域、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。
【０００３】
従来の固体撮像素子では、この遮光膜として、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述し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。
【０００５】
一方、スパッタ成膜した金属膜は、スパッ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。
【０００６】
また、半導体の製造で広く用いられている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。
【０００７】
しかしながら、ＴｉＮ膜等のチタン系の材料は、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。
【０００８】
そして、近年カメラの小型化に伴うＣＣＤ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。
【０００９】
上述した問題の解決のために、本発明においては、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を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子は、遮光膜が、スパッタ法によるタングステン膜から成る第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。
【００１１】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、スパッタ法によりタングステン膜を成膜し第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。
【００１３】
上述の本発明の固体撮像素子によれば、第１の膜がスパッタ法によるタングステン膜であるため、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。
【００１４】
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、第１の膜がスパッタ法により成膜したタングステン膜であるため、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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、遮光膜が、スパッタ法によるタングステン膜から成る第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。
【００１８】
本発明は、スパッタ法によりタングステン膜を成膜し第１の膜を形成し、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。
【００１９】
また本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、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。
【００２１】
以下、図面を参照して本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法の一実施の形態を説明する。
【００２２】
図１に示す固体撮像素子２０は、本発明に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。
【００２３】
この固体撮像素子２０は、半導体基板１内にセンサ（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。
【００２４】
そして、本実施の形態においては、特に、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。
【００２５】
本実施の形態によれば、ＣＶＤ−Ｗ膜から成る第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。
【００２６】
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。
【００２７】
この固体撮像素子２０は、例えば次のようにして製造する。
【００２８】
まず、図２Ａに示すように、シリコンウエーハ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。
【００２９】
次に、図２Ｂに示すように、スパッタリングによって、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。
【００３０】
スパッタリングの条件としては、例えばＡｒガス圧４ｍＴｏｒｒ、ＤＣ出力２ｋＷとする。
【００３１】
次に、好ましくは、ＳＰ−Ｗ膜から成る第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。
【００３２】
自然酸化膜を除去することにより、酸化に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。
【００３３】
次に、ＣＶＤ装置にて、例えば原料ガスとして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。
【００３４】
ＣＶＤの条件としては、例えばＷＦ6 と水素のガス流量比を１：１００とし、ガス圧力８０Ｔｏｒｒ、温度４５０℃とする。
【００３５】
次に、図２Ｄに示すように、タングステン膜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。
【００３６】
その後、固体撮像素子の周辺回路部の配線（図示せず）をアルミニウムにより形成する。
【００３７】
次に、図３Ｆに示すように、層間絶縁層７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３Ｇ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。
【００３８】
本実施の形態によれば、遮光膜６がＳＰ−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。
【００３９】
上述の実施の形態においては、第１の膜１１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。
【００４０】
このようなスパッタリングもしくは蒸着によって形成する、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。
【００４１】
また、上述の実施の形態では、ＣＶＤ−Ｗ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。
【００４２】
上述の実施の形態では、固体撮像素子及び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。
【００４３】
例えば、配線層の形成工程や、多層配線に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。
【００４４】
続いて、第１の膜の表面に形成される自然酸化膜を除去する。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。
【００４５】
コンタクト埋め込み層の場合には、埋め込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。
【００４６】
本発明を適用すれば、図４Ａに示すように、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。
【００４７】
そして、第１の膜上に、化学的気相成長法により第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。
【００４８】
本発明の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。
【００４９】
【発明の効果】
上述の本発明によれば、固体撮像素子において、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。
【００５０】
また、本発明により遮光膜を薄膜化することができるため、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。
【００５１】
さらに、遮光膜の薄膜化により、ドライエッチングの際の下地層へのダメージが低減し、暗電流の低減や点欠陥の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像素子の一実施の形態の概略構成図（断面図）である。
【図２】Ａ〜Ｄ  図１の固体撮像素子の製造工程図である。
【図３】Ｅ〜Ｇ  図１の固体撮像素子の製造工程図である。
【図４】Ａ、Ｂ  本発明を半導体装置の製法に適用した場合の実施の形態を説明する図である。
【符号の説明】
１  半導体基板、２  受光部（センサ）、３  ゲート絶縁膜、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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