(57)【要約】【課題】従来のようにセンサ部の上方の金属拡散防止膜を選択的に取り除くことなしに、配線層間膜と金属拡散防止膜との屈折率の違いによる光の反射を低減するとともに、半導体基板への金属配線の拡散を防止することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】Ｓｉ基板１の上に層間絶縁膜３、配線層間膜４１、４２および４３、並びに、保護膜８を形成する。金属配線５１、５２および５３をデュアルダマシン法によりそれぞれの配線層間膜４１、４２および４３に埋め込んで形成する。層間絶縁膜３、配線層間膜４１、４２および４３、並びに、保護膜８を金属配線５１、５２および５３の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料から構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された１または複数層の配線層間膜と、
前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに埋め込まれて形成された前記１または複数層の金属配線とを備えた固体撮像装置であって、
前記１または複数層の配線層間膜は、前記金属配線の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料から構成される、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記金属拡散防止材料は、窒化シリコンから構成されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記金属拡散防止材料は、炭化シリコンから構成されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
半導体基板上に１または複数層の配線層間膜を形成し、形成された前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに前記１または複数層の金属配線を埋め込んで形成する固体撮像装置の製造方法であって、
前記１または複数層の配線層間膜は、前記金属配線の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料から構成される、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板と、
前記半導体基板と金属配線との間に容量が発生するのを防止するように前記半導体基板上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成された１または複数層の配線層間膜と、
前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに埋め込まれて形成された前記１または複数層の前記金属配線とを備えた固体撮像装置であって、
前記１または複数層の配線層間膜のうち前記半導体基板に最も近接する１または連続して積層された複数層の配線層間膜は、前記金属配線の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料から構成される、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
前記層間絶縁膜は、前記金属拡散防止材料から構成されることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記金属拡散防止材料は、窒化シリコンから構成されることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記金属拡散防止材料は、炭化シリコンから構成されることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項９】
半導体基板と金属配線との間に容量が発生するのを防止するように前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
前記層間絶縁膜形成工程で形成された層間絶縁膜上に１または複数層の配線層間膜を形成し、前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに前記１または複数層の前記金属配線を埋め込んで形成する金属配線層形成工程とを含む固体撮像装置の製造方法であって、
前記１または複数層の配線層間膜のうち前記半導体基板に最も近接する１または連続して積層される複数層の配線層間膜は、前記金属配線の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料から構成される、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記層間絶縁膜は、前記金属拡散防止材料から構成されることを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板と、
前記半導体基板と金属配線との間に容量が発生するのを防止するように前記半導体基板上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成され、前記金属配線の拡散を防止する金属拡散防止膜と、
前記金属拡散防止膜上に形成された１または複数層の配線層間膜と、
前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに埋め込まれて形成された前記１または複数層の前記金属配線と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１２】
前記金属拡散防止膜は、窒化シリコンから構成されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記金属拡散防止膜は、炭化シリコンから構成されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
半導体基板と金属配線との間に容量が発生するのを防止するように前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
前記層間絶縁膜形成工程で形成された層間絶縁膜上に前記金属配線の拡散を防止する金属拡散防止膜を形成する金属拡散防止膜形成工程と、
前記金属拡散防止膜形成工程で形成された金属拡散防止膜上に１または複数層の配線層間膜を形成し、前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに前記１または複数層の前記金属配線を埋め込んで形成する金属配線層形成工程と、
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光電変換素子が形成された半導体基板の上層に形成された金属配線の拡散を防止する金属拡散防止膜を有する固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の微細化にともない金属配線としてＣｕ（銅）配線が用いられ、Ｃｕ配線プロセスの開発が活発に行われている。Ｃｕ配線の形成は、生産性における有利性からダマシン法により行われている。
ダマシン法では、配線層間膜を例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法や塗布法により成膜した後に、ドライエッチング法により溝やビアの開口部を形成し、形成された開口部に金属（例えば、Cu、W、Al、Ag、Ta、TaN、Ti、TiN等）を例えばスパッタ法や、CVD法、めっき法によって埋め込む。その後、余分な金属をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって削り取り、その上に窒化シリコンや炭化シリコンに代表される金属拡散防止膜を成膜してキャップをする。Ｃｕ配線が多層構成のときには、上記のプロセスを繰り返す。
【０００３】
ここで、金属拡散防止膜は、金属配線の金属の拡散を防止するようＣＭＰの後に成膜される膜である。また、配線層間膜は、層が異なる金属配線同士、各層の金属配線とゲート電極、各層の金属配線と半導体基板等を接続するスルーホールを形成するように成膜された膜である。
配線層間膜および金属拡散防止膜には、その求められる特性の違いから一般に異なる材料が使用される。例えば配線層間膜には、隣接する配線との容量値を低減するために誘電率の低い材料が使用される。一方、金属拡散防止膜には、配線の金属が配線層間膜中を通じて半導体基板のトランジスタ部に拡散し、例えばリーク電流や白点、黒点等の特性を劣化させないように金属拡散防止性能が要求される。
【０００４】
このように配線層間膜および金属拡散防止膜には、通常異なる材料が使用され、またその光学特性も異なる。配線層間膜としては、例えばシリコン酸化膜が使用され、その屈折率は１．６程度である。一方、金属拡散防止膜としては、例えばシリコン窒化膜が使用され、その屈折率は２．０程度ある。
光には、屈折率が異なる膜の界面で入射角度に応じてその一部また全部が反射する性質がある。このため、ダマシン法を用いてＣｕ配線を形成した固体撮像素子では、配線層間膜と金属拡散防止膜との屈折率の違いにより入射光が反射され、センサ部（フォトダイオード等の光電変換部）に到達する光の量が減少するといった問題があった。
【０００５】
上記問題を解決するため、センサ部の半導体基板の厚さ方向の上層のCu拡散防止膜を選択的に取り除いて単一の膜を埋め込み、配線層間膜と金属拡散防止膜との屈折率の違いによる光の反射を回避した固体撮像装置が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３２４１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の固体撮像装置では、配線層間膜上にCu拡散防止膜を成膜した後、センサ部の上層のCu拡散防止膜を選択的に取り除く工程と、取り除かれた部分に新たな膜を埋め込む工程とが必要となるため、工程数が増加するといった問題があった。
また、金属拡散防止膜を選択的に除去する際に、セル間のセンサ部の上層の膜厚がばらついて光の反射量や透過量がばらつくため、センサ部の感度がばらつく可能性があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、従来のようにセンサ部の上方の金属拡散防止膜を選択的に取り除くことなしに、配線層間膜と金属拡散防止膜との屈折率の違いによる光の反射を低減するとともに、半導体基板への金属配線の拡散を防止することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された１または複数層の配線層間膜と、前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに埋め込まれて形成された前記１または複数層の金属配線とを備えた固体撮像装置であって、前記１または複数層の配線層間膜は、前記金属配線の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料から構成されることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に１または複数層の配線層間膜を形成し、形成された前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに前記１または複数層の金属配線を埋め込んで形成する固体撮像装置の製造方法であって、前記１または複数層の配線層間膜は、前記金属配線の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料から構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板と金属配線との間に容量が発生するのを防止するように前記半導体基板上に設けられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成された１または複数層の配線層間膜と、前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに埋め込まれて形成された前記１または複数層の前記金属配線とを備えた固体撮像装置であって、前記１または複数層の配線層間膜のうち前記半導体基板に最も近接する１または連続して積層された複数層の配線層間膜は、前記金属配線の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料から構成されることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板と金属配線との間に容量が発生するのを防止するように前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、前記層間絶縁膜形成工程で形成された層間絶縁膜上に１または複数層の配線層間膜を形成し、前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに前記１または複数層の前記金属配線を埋め込んで形成する金属配線層形成工程とを含む固体撮像装置の製造方法であって、前記１または複数層の配線層間膜のうち前記半導体基板に最も近接する１または連続して積層される複数層の配線層間膜は、前記金属配線の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料から構成されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板と金属配線との間に容量が発生するのを防止するように前記半導体基板上に設けられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成され、前記金属配線の拡散を防止する金属拡散防止膜と、前記金属拡散防止膜上に形成された１または複数層の配線層間膜と、前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに埋め込まれて形成された前記１または複数層の前記金属配線とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板と金属配線との間に容量が発生するのを防止するように前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、前記層間絶縁膜形成工程で形成された層間絶縁膜上に前記金属配線の拡散を防止する金属拡散防止膜を形成する金属拡散防止膜形成工程と、前記金属拡散防止膜形成工程で形成された金属拡散防止膜上に１または複数層の配線層間膜を形成し、前記１または複数層の配線層間膜のそれぞれに前記１または複数層の前記金属配線を埋め込んで形成する金属配線層形成工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の固体撮像装置及びその製造方法によれば、前記１または複数層の配線層間膜は、前記金属配線の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料から構成される。
したがって、従来のように配線層間膜と金属拡散防止膜との屈折率の違いにより入射光が反射されることがないので、入射光量の減少を抑制することができる。また、配線層間膜により金属配線の半導体基板への拡散を防止することができる。また、特許文献１のようにCu拡散防止膜を選択的に取り除く工程と、取り除かれた部分に新たな膜を埋め込む工程とが必要ないので、工程数の増加を招くこともなく、生産性の低下およびコストアップを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の固体撮像装置及びその製造方法によれば、前記１または複数層の配線層間膜のうち前記半導体基板に最も近接する１または連続して積層された複数層の配線層間膜は、前記金属配線の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料から構成される。
したがって、配線層間膜と金属拡散防止膜との屈折率の違いによる入射光の反射は、１または連続して積層された複数層の配線層間膜の最上面および最下面の２箇所となるので、複数層の金属配線のそれぞれに金属拡散防止膜を形成してキャップを行う従来に比べ、光の反射量を低減することができる。また、金属拡散防止材料から構成される配線層間膜により金属配線の半導体基板への拡散を防止することができる。また、特許文献１のようにCu拡散防止膜を選択的に取り除く工程と、取り除かれた部分に新たな膜を埋め込む工程とが必要ないので、工程数の増加を招くこともなく、生産性の低下およびコストアップを抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の固体撮像装置及びその製造方法によれば、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上に金属拡散防止膜を形成し、この金属拡散防止膜上に１または複数層の第２の層間絶縁膜を形成して金属配線を形成する。
したがって、配線層間膜と金属拡散防止膜との屈折率の違いによる入射光の反射は、金属拡散防止膜の上面および下面の２箇所となるので、複数層の金属配線のそれぞれに金属拡散防止膜を形成してキャップを行う従来に比べ、光の反射量を低減しつつ半導体基板への金属配線の拡散を防止することができる。また、特許文献１のようにCu拡散防止膜を選択的に取り除く工程と、取り除かれた部分に新たな膜を埋め込む工程とが必要ないので、工程数の増加を招くこともなく、生産性の低下およびコストアップを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記目的を達成するため、半導体基板上の配線層間膜を単一の金属拡散防止材料から構成する。また、金属配線が形成される１または複数層の配線絶縁膜のうち半導体基板に最も近接する１または連続して積層された複数層の配線層間膜を単一の金属拡散防止材料から構成してもよい。さらに、金属配線の配線層間の下層に１層の金属拡散防止膜を形成してもよい。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の固体撮像装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。
図１は、実施例１の固体撮像装置及びその製造方法を示す断面図である。
図１に示すように、実施例１の固体撮像装置は、フォトダイオード等の光電変換素子であるセンサ部２が形成されたＳｉ（シリコン）基板１の上層に３層の金属配線５１、５２および５３を形成して構成される。Ｓｉ基板１の上には、Ｓｉ基板１と金属配線５１、５２および５３との間に容量が発生するのを防止する層間絶縁膜３が形成され、層間絶縁膜３の上には、３層の配線層間膜４１、４２および４３が形成され、配線層間膜４３の上には、保護膜８が形成されている。
なお、保護膜８の上には、図示しないカラーフィルタやオンチップレンズが形成されるが、本発明に直接関係しないので、その説明を省略する。
【００１６】
層間絶縁膜３の内部には、図示しないゲート電極等が形成されている。金属配線５１、５２および５３は、デュアルダマシン法によりそれぞれの配線層間膜４１、４２および４３に埋め込まれて形成されている。金属配線５１、５２および５３は、例えばCu、W、Al、Ag、Ta、TaN、Ti、TiNから構成される。配線層間膜４１および層間絶縁膜３には、金属配線５１、５２および５３とＳｉ基板１とを接続するコンタクトプラグ７が形成されている。金属配線５１、５２および５３は、それぞれのバリア膜６１、６２および６３を介してそれぞれの配線層間膜４１、４２および４３に埋め込まれて形成されている。バリア膜６１、６２および６３は、金属配線５１、５２および５３の拡散を防止する金属拡散防止材料から構成され、例えばタンタルや窒化タンタルから構成されている。また、金属配線５２および５３は、それぞれの層のビア５２Ａおよび５３Ａと一体に形成されている。
【００１７】
層間絶縁膜３、配線層間膜４１、４２および４３、並びに、保護膜８は、金属配線５１、５２および５３の拡散を防止する単一の金属拡散防止材料、例えば窒化シリコンや、炭化シリコンから構成されている。
【００１８】
実施例１によれば、層間絶縁膜２、配線層間膜４１、４２および４３、並びに、保護膜８を単一の金属拡散防止材料から構成するので、従来のように配線層間膜と金属拡散防止膜との屈折率の違いにより入射光が反射されることがないので、入射光量の減少を抑制することができる。また、配線層間膜４１、４２および４３、並びに、保護膜８により金属配線５１、５２および５３の拡散が防止される。さらに、従来のようにセンサ部２の上方の金属拡散防止膜を選択的に取り除く必要がないので、工程数の増加を招くこともなく、生産性の低下およびコストアップを抑制することができる。
【００１９】
なお、保護膜８を窒化シリコンや、炭化シリコン等の単一の金属拡散防止材料と異なる材料、例えば酸化シリコンで構成した場合には、金属配線５３がその上面から拡散するものの、配線層間膜４３への拡散は防止される。また、光の屈折率が異なる界面を配線層間膜４３と保護膜８との間の境界面の１箇所にすることができるので、複数層の金属配線のそれぞれに金属拡散防止膜を形成してキャップを行う従来に比べ、光の反射量を低減しつつ、Ｓｉ基板１への金属配線の拡散を防止することができる。
【００２０】
また、層間絶縁膜３は、Ｓｉ基板１と金属配線５１、５２および５３との間に容量が発生するのを防止するものであるから、層間絶縁膜３および配線層間膜４１を一体的に構成してもよい。
さらに、配線層間膜４１、４２および４３を金属拡散防止材料から構成するので、バリア膜６１、６２および６３の形成を省略することが可能となる。
【実施例２】
【００２１】
図２は、実施例２の固体撮像装置及びその製造方法を示す断面図である。
図２に示すように、実施例２の固体撮像装置及びその製造方法は、図１に示される実施例１の固体撮像装置の配線層間膜４１、４２および４３を窒化シリコンや、炭化シリコン等の単一の金属拡散防止材料から構成し、層間絶縁膜３および保護膜８を前記金属拡散防止材料と異なる材料、例えば、酸化シリコンで構成したものである。
【００２２】
実施例２によれば、金属配線５３がその上面から拡散するものの、配線層間膜４３への拡散は防止される。
また、光の屈折率が異なる界面を、層間絶縁膜３と配線層間膜４３との間の境界面と、配線層間膜４３と保護膜８との間の境界面との２箇所にすることができるので、複数層の金属配線のそれぞれに金属拡散防止膜を形成してキャップを行う従来に比べ、光の反射量を低減しつつ、Ｓｉ基板１への金属配線の拡散を防止することができる。
【実施例３】
【００２３】
図３は、実施例３の固体撮像装置及びその製造方法を示す断面図である。
図３に示すように、実施例３の固体撮像装置及びその製造方法は、図１に示される実施例１の固体撮像装置の配線層間膜４１、４２および４３のうち最下層の配線層間膜４１を窒化シリコンや、炭化シリコン等の単一の金属拡散防止材料から構成し、上層の配線層間膜４１および４２、層間絶縁膜３、並びに、保護膜８を前記金属拡散防止材料と異なる単一の材料、例えば、酸化シリコンで構成したものである。
【００２４】
実施例３によれば、金属配線５１、５２および５３は、その上面から拡散するものの、配線層間膜４１への拡散は防止される。
また、光の屈折率が異なる界面を層間絶縁膜３と配線層間膜４１との間の境界面と、配線層間膜４３と保護膜８との間の境界面との２箇所にすることができるので、複数層の金属配線のそれぞれに金属拡散防止膜を形成してキャップを行う従来に比べ、光の反射量を低減しつつ、Ｓｉ基板１への金属配線の拡散を防止することができる。
【００２５】
また、配線層間膜４１、４２および４３のうち配線層間膜４１および４２を単一の金属拡散防止材料から構成してもよい。すなわち、１または複数層の配線層間膜のうち、Ｓｉ基板に最も近接する１または連続して積層された複数層の配線層間膜を単一の金属拡散防止材料から構成すれば、光の屈折率が異なる界面を２箇所にすることができる。
【実施例４】
【００２６】
図４は、実施例４の固体撮像装置及びその製造方法を示す断面図である。
図４に示すように、実施例４の固体撮像装置及びその製造方法は、実施例１〜３と同様にフォトダイオード等の光電変換素子であるセンサ部２が形成されたＳｉ（シリコン）基板１の上層に３層の金属配線５１、５２および５３を形成して構成されるが、金属配線５１、５２および５３のそれぞれが埋め込まれる配線層間膜４１、４２および４３と層間絶縁膜３との間に金属拡散防止膜４０を設ける。
【００２７】
Ｓｉ（シリコン）基板１の上には、Ｓｉ基板１と金属配線５１、５２および５３との間に容量が発生するのを防止する層間絶縁膜３が形成され、層間絶縁膜３の上には、窒化シリコンや、炭化シリコンから構成される金属拡散防止膜４０が形成される。この金属拡散防止膜４０の上に配線層間膜４１、４２および４３が形成され、配線層間膜４３の上に保護膜８が形成される。
層間絶縁膜３、配線層間膜４１、４２および４３、並びに、保護膜８は、金属拡散防止膜４０と異なる単一の材料、例えば酸化シリコンから構成される。
【００２８】
実施例４によれば、金属配線５１、５２および５３は、その上面から拡散するものの、金属拡散防止膜４０への拡散は防止される。
また、光の屈折率が異なる界面を、層間絶縁膜３と金属拡散防止膜４０との間の境界面と、金属拡散防止膜４０と配線層間膜４１との間の境界面との２箇所にすることができるので、複数層の金属配線のそれぞれに金属拡散防止膜を形成してキャップを行う従来に比べ、光の反射量を低減しつつ、Ｓｉ基板１への金属配線の拡散を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１の固体撮像装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図２】実施例２の固体撮像装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図３】実施例３の固体撮像装置及びその製造方法を示す断面図である。
【図４】実施例４の固体撮像装置及びその製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１……Ｓｉ基板、２……センサ部、３……層間絶縁膜、４１、４２、４３……配線層間膜、５１、５２、５３……金属配線、８……保護膜。
【図１】
2006165413.tif 000003
【図２】
2006165413.tif 000004
【図３】
2006165413.tif 000005
【図４】
2006165413.tif 000006