(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像装置の遮光層が、ＡｌＳｉ膜上にＡｌ膜が被着形成された第１の遮光層と、該第１の遮光層の表面に形成されたバリア層と、該バリア層を介して上記第１の遮光層上に被着形成されたＡｌ膜よりなる第２の遮光層とを少なくとも有し、
上記第１の遮光層のＡｌＳｉ膜とＡｌ膜の各厚さをＴ1sとＴ1aとし、上記第２の遮光層のＡｌ膜の厚さをＴ2aとするとき、
ＡｌＳｉ膜とＡｌ膜との厚さの比、Ｔ1s／（Ｔ1a＋Ｔ2a）が０．３０以下とされ、
上記第１の遮光層の厚さと、上記第１および第２の遮光層の厚さとの比、（Ｔ1s＋Ｔ1a）／（Ｔ1s＋Ｔ1a＋Ｔ2a）が、０．６〜０．９の範囲に選定された
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
上記バリア層が、上記第１の遮光層の上記Ａｌ膜の表面酸化膜よりなる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
ＡｌＳｉ膜上にＡｌ膜を連続スパッタリングして第１の遮光層を形成する第１のスパッタリング工程と、
該第１の遮光層のＡｌ膜の表面を酸化して酸化膜によるバリア層を形成する工程と、
該酸化膜上に、Ａｌ膜をスパッタリングして第２の遮光層を形成する第２のスパッタリング工程とを経て固体撮像装置の遮光層を形成し、
上記第１の遮光層のＡｌＳｉ膜とＡｌ膜の各厚さをＴ1sとＴ1aとし、上記第２の遮光層のＡｌ膜の厚さをＴ2aとするとき、
ＡｌＳｉ膜とＡｌ膜との厚さの比、Ｔ1s／（Ｔ1a＋Ｔ2a）が０．３０以下とされ、
上記第１の遮光層の厚さと、上記第１および第２の遮光層の厚さとの比、（Ｔ1s＋Ｔ1a）／（Ｔ1s＋Ｔ1a＋Ｔ2a）が、０．６〜０．９の範囲に選定された
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
上記第１の遮光層のＡｌ膜の表面酸化を、自然酸化、熱酸化、化学的処理による酸化のいずれか１以上の方法によって行う
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（電荷結合素子）構造による固体撮像装置においては、その受光部以外の非露光部、すなわち黒レベルを設定する遮光領域いわゆるオプティカルブラック領域（以下ＯＰＢ領域という）の形成部や、受光に応じた信号電荷を転送する転送レジスタ等の形成部等を覆って、遮光層の被覆がなされる。
【０００３】
この遮光層は一般にＡｌ膜が用いられる。しかしながら、このＡｌ膜のみによって遮光層を形成する場合、遮光層は、例えば固体撮像装置の出力回路を構成するＭＯＳトランジスタ（絶縁ゲート型トランジスタ）や、保護回路のバイポーラトランジスタの一部配線として用いられることから、この遮光層は、固体撮像装置を構成するＳｉ半導体基板の所定部にオーミックコンタクトされるものであり、この場合、この半導体基板のＳｉと、Ａｌとの相互拡散によるＡｌのＳｉ基板への進入によって生じるＡｌＳｉの形成がオーミックコンタクトの特性低下や、例えばトランジスタを構成するｐ−ｎ接合への突き抜けによる破壊とか、さらには遮光性の低下を来すなどの不都合を生じる。
【０００４】
そこで、この遮光層として、例えば連続スパッタリングによってＡｌのＳｉ基板との相互拡散の発生を回避すべくＳｉが最初から含まれたＡｌＳｉ膜と、これの上にＡｌ膜を被着形成した２層構造とするものが用いられている。
一方、遮光層において、確実な遮光性を得るには、遮光性にすぐれたＡｌ膜の厚さを大きくすることが必要であるが、固体撮像装置の小型化、画素数の増大化の要求から、遮光層のパターン形成、例えば固体撮像装置の受光部に対する開口形成のエッチングに際して、高精細度パターン形成が要求されることから、遮光層の厚さに制約がある。従来、このＡｌＳｉ膜とＡｌ膜とによる２層構造の遮光層においては、所要の遮光性を得るに、ＡｌＳｉ膜の膜厚をＴAlSi、Ａｌ膜の膜厚をＴAlとすると、両者の膜厚の比ＴAlSi／ＴAlを、０．３０以下とするとき、所要の遮光性が得られるとされている。
例えば、全体の厚さが４００ｎｍとされ、ＡｌＳｉ膜の膜厚ＴAlSiが例えば６５ｎｍ、Ａｌ膜の膜厚ＴAlが３３５ｎｍに選定され、ＴAlSi／ＴAlが、０．１９４とされるが、さらに好ましくは、ＴAlSi／ＴAlが例えば０．１６２に選定される。
【０００５】
しかしながら、遮光層全体の厚さが、例えば４００ｎｍに抑えられた状態で、ＴAlSi／ＴAlを余り小さくすると、前述したＡｌ膜からのＡｌのＳｉ基板への進入によるｐ−ｎ接合の破壊の問題が生じてくる。
【０００６】
そこで、ＡｌＳｉ膜およびＡｌ膜の積層構造を採るものの、例えば下層のＡｌＳｉ膜を６５ｎｍの厚さに形成し、これの上に厚さ１３５ｎｍをもってＡｌ膜を連続的にスパッタリングし、その後このＡｌ膜の表面を酸化することによって酸化アルミニウム膜によるバリア層を形成し、これの上に厚さ２００ｎｍにＡｌ膜を形成して、Ａｌ膜からのＡｌのＳｉ基板への拡散、進入を阻止することの構造が提案された。
【０００７】
そして、このように、酸化膜によるバリア層を形成する構造とすることによって、このバリア層形成後に経る加熱工程において、ＡｌＳｉ層におけるＳｉの析出いわゆるノジュール（nodule）の成長を停止する効果を奏し、このＳｉの析出による遮光層の欠陥発生、したがって、不良品の発生率を改善できるとされた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したＡｌＳｉ膜およびＡｌ膜の積層構造による遮光層においても、加熱処理工程を経た場合、その降温過程で、Ｓｉの析出が生じる場合があり、必ずしも上述のＳｉの析出を回避できずに、遮光層における欠陥発生等、ひいては目的とする固体撮像装置の不良品の発生率を充分低めることができなかった。
【０００９】
本発明は、このようなＳｉの析出を確実に回避することができるようにした固体撮像装置と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】
本発明による固体撮像装置は、その遮光層が、ＡｌＳｉ膜上にＡｌ膜が被着形成された第１の遮光層と、この第１の遮光層の表面に形成されたバリア層と、このバリア層を介して第１の遮光層上に被着形成されたＡｌ膜よりなる第２の遮光層とを少なくとも有して成る。
そして、第１の遮光層のＡｌＳｉ膜とＡｌ膜の各厚さをＴ1sとＴ1aとし、第２の遮光層のＡｌ膜の厚さをＴ2aとするとき、ＡｌＳｉ膜とＡｌ膜との厚さの比、Ｔ1s／（Ｔ1a＋Ｔ2a）が０．３０以下とし、第１の遮光層の厚さと、第１および第２の遮光層の厚さとの比、（Ｔ1s＋Ｔ1a）／（Ｔ1s＋Ｔ1a＋Ｔ2a）を、０．６〜０．９の範囲に選定する。
【００１１】
また、本発明による固体撮像装置の製造方法においては、ＡｌＳｉ膜上にＡｌ膜を連続スパッタリングして第１の遮光層を形成する第１のスパッタリング工程と、この第１の遮光層のＡｌ膜の表面を酸化して酸化膜によるバリア層を形成する工程と、この酸化膜上に、Ａｌ膜をスパッタリングして第２の遮光層を形成する第２のスパッタリング工程とを経て固体撮像装置の遮光層を形成する。
そして、第１の遮光層のＡｌＳｉ膜とＡｌ膜の各厚さをＴ1sとＴ1aとし、第２の遮光層のＡｌ膜の厚さをＴ2aとするとき、ＡｌＳｉ膜とＡｌ膜との厚さの比、Ｔ1s／（Ｔ1a＋Ｔ2a）が０．３０以下とし、第１の遮光層の厚さと、第１および第２の遮光層の厚さとの比、（Ｔ1s＋Ｔ1a）／（Ｔ1s＋Ｔ1a＋Ｔ2a）を、０．６〜０．９の範囲に選定する。
【００１２】
上述の本発明による固体撮像装置およびその製造方法によれば、遮光層全体におけるＡｌＳｉ膜の厚さと、Ａｌ膜との厚さの比を、０．３以下とするものであることから、Ａｌ膜の厚さが大となり、遮光性の高い遮光層とすることができるものである。
そして、本発明では、この構成において、第１の遮光層の厚さと、遮光層全体の厚さの比、（Ｔ1s＋Ｔ1a）／Ｔ、すなわち（Ｔ1s＋Ｔ1a）／（Ｔ1s＋Ｔ1a＋Ｔ2a）を、０．６〜０．９の範囲に選定することによって、後の熱処理工程を経ても、ＡｌＳｉ膜におけるＳｉの析出を効果的に回避できた。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明による固体撮像装置は、その遮光層が、ＡｌＳｉ膜上にＡｌ膜が被着形成された第１の遮光層と、この第１の遮光層の表面に形成されたバリア層と、このバリア層を介して第１の遮光層上に被着形成されたＡｌ膜よりなる第２の遮光層とを少なくとも有して成る。
そして、第１の遮光層のＡｌＳｉ膜とＡｌ膜の各厚さをＴ1sとＴ1aとし、第２の遮光層のＡｌ膜の厚さをＴ2aとするとき、ＡｌＳｉ膜とＡｌ膜との厚さの比、Ｔ1s／（Ｔ1a＋Ｔ2a）が０．３０以下好ましくは０．１５以上とし、第１の遮光層の厚さと、第１および第２の遮光層の厚さとの比、（Ｔ1s＋Ｔ1a）／（Ｔ1s＋Ｔ1a＋Ｔ2a）を、０．６〜０．９の範囲に選定する。
【００１４】
バリア層は、第１の遮光層のＡｌ膜の表面を、酸化して形成した酸化アルミニウム，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＯ等によって構成し得る。
【００１５】
また、本発明による固体撮像装置の製造方法においては、ＡｌＳｉ膜上にＡｌ膜を連続スパッタリングして第１の遮光層を形成する第１のスパッタリング工程と、この第１の遮光層のＡｌ膜の表面を酸化して酸化膜によるバリア層を形成する工程と、この酸化膜上に、Ａｌ膜をスパッタリングして第２の遮光層を形成する第２のスパッタリング工程とを経て固体撮像装置の遮光層を形成する。
そして、第１の遮光層のＡｌＳｉ膜とＡｌ膜の各厚さをＴ1sとＴ1aとし、第２の遮光層のＡｌ膜の厚さをＴ2aとするとき、ＡｌＳｉ膜とＡｌ膜との厚さの比、Ｔ1s／（Ｔ1a＋Ｔ2a）が０．３０以下とし、第１の遮光層の厚さと、第１および第２の遮光層の厚さとの比、（Ｔ1s＋Ｔ1a）／（Ｔ1s＋Ｔ1a＋Ｔ2a）を、０．６〜０．９の範囲に選定する。
【００１６】
バリア層の形成工程としては、第１の遮光層のＡｌ膜の表面酸化を、自然酸化、熱酸化、化学的処理による酸化のいずれか、あるこれら方法の２以上の組み合わせによって行う。
【００１７】
図１は、本発明を適用する固体撮像装置の一例の概略平面図を示す。この例は、フレームインターライン転送方式によるＣＣＤ固体撮像装置の例であるが、本発明による固体撮像装置は、これに限られるものではなく、ＯＰＢ領域を含む非露光部に遮光層が設けられる種々の固体撮像装置に適用することができる。
【００１８】
図１のフレームインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像装置１は、画素となる複数の光電変換機能を有する受光部２がマトリックス状に配列され、各受光部列の一側にＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ３が設けられた撮像部４と、撮像部４の複数の垂直転送レジスタ３に対応するＣＣＤ構造の複数の垂直転送レジスタ５が設けられた蓄積部６と、この蓄積部６の一側に配置されたＣＣＤ構造の水平転送レジスタ７の出力側に配置された出力回路８と、黒レベルの設定を行うＯＰＢ領域９が形成されてなる。
【００１９】
この固体撮像装置においては、その表面に、受光部２上において開口１０Ｗが穿設された遮光層１０が、垂直転送レジスタ３、ＯＰＢ領域９、蓄積部６、水平転送レジスタ７上等を覆って、図１に斜線を付してように被着形成される。
【００２０】
この構成による固体撮像装置１は、各受光部２における光電変換によって、それぞれの受光量に応じて生じた信号電荷を、垂直転送レジスタ３に転送し、この垂直転送レジスタ３によって、各信号電荷を蓄積部６に転送して、ここで蓄積し、その一水平ライン毎の信号電荷を水平転送レジスタ７に転送して、これによって順次出力回路８に転送し、これから撮像出力を取り出されるようになされる。
【００２１】
図２は、図１のＡ−Ａ線上の概略断面図、すなわち撮像部４における概略断面図を示す。この固体撮像装置１は、第１導電型例えばｎ型のシリコン半導体基体１１に形成され、図２に示される撮像部４においては、シリコン基体１１の一主面側に、第２導電型例えばｐ型のウエル領域１２が形成され、これの上に第１導電型の不純物導入領域１３と、これの上に正電荷蓄積領域１４が形成された受光部２が構成される。そして、この受光部２の各列に隣り合って、垂直転送レジスタ３を構成する転送チャンネル領域１５が受光部２の列に沿って（図２において紙面と直交する方向に沿って）形成されている。１６は、半導体基体１１の上記一主面に臨んで形成された第１導電型の高不純物濃度領域よりなるチャネルストップ領域で、信号電荷の授受を回避すべき部分に形成される。半導体基体１１上には、例えばシリコン酸化膜ＳｉＯ2 よりなる絶縁層１７が形成され、これの上に垂直転送レジスタ３等を構成する例えば多結晶シリコンよりなる転送電極１８
【００２２】
本発明においては、この遮光層１０の構成を、図３にその断面構造を示すように、固体撮像装置の表面を覆って、例えば、まず全面的に連続スパッタリングによってＡｌＳｉ膜１０１ｓを厚さＴ1sに被着形成し、続いてこのＡｌＳｉ膜１０１ｓ上に全面的にＡｌ膜１０１ａを厚さＴ1aに被着形成する第１のスパッタリングを行う。
【００２３】
その後、上層のＡｌ膜１０１ａの表面を酸化して、酸化アルミニウムＡｌ2 Ｏ3 、ＡｌＯよりなるバリア層１０Ｂを形成する。この酸化は、熱酸化、大気中に放置する自然酸化、硝酸処理等の化学薬品による化学的処理のいずれか、あるいはこれら２以上の方法の組み合わせによって行う。
【００２４】
その後、バリア層１０Ｂ上に、第２の遮光層１０２を構成するＡｌ膜１０２ａを厚さＴ2aに、第２のスパッタリングによって被着形成する。
【００２５】
そして、各膜の厚さＴ1s，Ｔ1a，Ｔ2aの厚さは、下記（数１）および（数２）に選定する。ここに、（Ｔ1s＋Ｔ1a）／（Ｔ1s＋Ｔ1a＋Ｔ2a）をＲとおく。
【００２６】
【数１】
Ｔ1s／（Ｔ1a＋Ｔ2a）≦０．３０
【００２７】
【数２】
０．６≦Ｒ≦０．９
【００２８】
図４Ａ，ＢおよびＣは、それぞれ異なる膜厚に選定した場合の断面を模式的に示したものである。図４Ａは、Ｔ1s＝６５ｎｍ，Ｔ1a＝２３５ｎｍ，Ｔ2a＝１００ｎｍとした場合、したがって、上記（数１）を満足し、かつＲ＝０．７５４であって（数２）を満足させた場合であり、図４Ｂは、Ｔ1s＝６５ｎｍ，Ｔ1a＝１８５ｎｍ，Ｔ2a＝１５０ｎｍとした場合、したがって、上記（数１）を満足し、かつＲ＝０．６２５であって（数２）を満足させた場合である。そして図４Ｃは、Ｔ1s＝６５ｎｍ，Ｔ1a＝１３５ｎｍ，Ｔ2a＝２００ｎｍとした場合で、（数１）を満足するものの、Ｒ＝０．５００とした場合である。
【００２９】
これら、図４のＡ〜Ｃを比較して明らかなように、遮光層１０全体の厚さを一定とすると、Ｒが小となるにつれ、バリア層１０Ｂは、半導体基体側へと移行し、第１の遮光層１０１が薄くなる。
ところで、遮光層の形成の後に、固体撮像装置の製造過程で加熱工程を経る場合、その降温に伴ってＳｉの析出量すなわち前述したノジュールの発生量は、この加熱温度下でのＡｌ中のＳｉの固溶度で決まることから、ＡｌＳｉ膜中のＳｉの含有量が一定で、その厚さＴ1sを一定とするときは、Ｒが小さくなるにつれ、固溶度が高まりＳｉの析出は顕著となる。
【００３０】
そして、今、上記（数１）の条件下において、そのＲ（＝（Ｔ1s＋Ｔ1a）／（Ｔ1s＋Ｔ1a＋Ｔ2a））を変化させて、それぞれ１００個の固体撮像装置を作製した試料番号１〜１２について、それぞれＯＰＢ領域における欠陥による不良品の発生率を測定した結果を、表１に示す。
【００３１】
【表１】
0003663832.tif 000002
【００３２】
表１において、ＲＡはバリア層１０Ｂの形成を硝酸処理によって行った場合を示す。また、この場合の第１遮光層の連続スパッタリング、第２の遮光層のＡｌ膜のスパッタリングは、それぞれ基体温度を１５０℃とし、ＡｌＳｉ膜のスパッタ源はＳｉが１重量％含有したＡｌＳｉを用いた。
【００３３】
表１から分かるように、Ｒが０．６〜０．９の範囲で、格段に不良品の発生率が低下している。
【００３４】
上述したように、本発明構成によれば、上記（数１）の条件に設定したことにより、遮光層１０の遮光性を充分高めることができ、しかも（数２）の条件に設定することによって、Ｓｉの析出が効果的に回避され、固体撮像装置における不良品の発生率を効果的に減少させることができる。しかしながら、Ｔ1s／（Ｔ1a＋Ｔ2a）は、０．１５以上とすることが不良品の発生率をより低下させる上で望ましいことが分かった。
【００３５】
尚、前述したように、上述した例ではフレームインターライン転送方式によるＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合であるが、この転送方式による固体撮像装置に限らず、本発明は、非露光領域を形成するための遮光層を形成する各種固体撮像装置に適用することができることはいうまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
上述したように、本発明構成によれば、遮光層１０の遮光性を充分高めることができ、信頼性の高い遮光層を有する固体撮像装置を構成することができ、また不良品の発生率が効果的に低減化されて、歩留り高く固体撮像装置を構成でき、ひいては固体撮像装置のコストの低減化をはかることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による固体撮像装置の一例の概略平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線上の概略断面図である。
【図３】本発明による固体撮像装置の遮光層の断面図である。
【図４】Ａ〜Ｃは本発明の説明に供する遮光層の各部の膜厚の比較図である。
【符号の説明】
１  固体撮像装置、２  受光部、３  垂直転送レジスタ、４  撮像部、５垂直転送レジスタ、６  蓄積部、７  水平転送レジスタ、８  出力回路、９  ＯＰＢ領域（オプティカルブラック領域）、１０  遮光層、１０Ｗ  開口、１１  シリコン基体、１２  ウエル領域、１３  不純物導入領域、１４  正電荷蓄積領域、１５  転送チャンネル領域、１６  チャンネルストップ領域、１７  絶縁層、１８  転送電極、１０１  第１の遮光層、１０２  第２の遮光層、１０Ｂ  バリア層、１０１ｓ  第１の遮光層のＡｌＳｉ膜、１０１ａ  第１の遮光層のＡｌ膜、１０２ａ  第２の遮光層のＡｌ膜。
【図１】
0003663832.tif 000003
【図２】
0003663832.tif 000004
【図３】
0003663832.tif 000005
【図４】
0003663832.tif 000006