(57)【要約】【課題】銅を主体とする導電材料からなる配線を備えた固体撮像装置に関し、製造工程を複雑にすることなく光干渉の影響を抑制しうる構造及びその製造方法を提供する。【解決手段】光電変換部と読み出す読み出し回路部とを含む複数の画素が設けられた半導体基板と、半導体基板の上に設けられ、銅を主体とする導電材料からなる配線が配された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜及び配線の上に設けられ、配線が酸化されるのを防止する第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜の上に設けられ、アルコキシシラン化合物及びアルコキシシロキサンのうちの少なくとも一方と、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏを含む群から選択される少なくとも１つの酸素含有ガスと、を含む成膜ガスをプラズマ化し反応させることにより形成された酸化シリコンよりなる第３の絶縁膜と、を有する。【選択図】図２
2018147976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号を読み出す読み出し回路部と、を含む複数の画素が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の上に設けられた第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の中に配され、銅を主体とする導電材料からなる配線と、
前記第１の絶縁膜及び前記配線の上に設けられ、前記配線が酸化されるのを防止する第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上に設けられ、炭素と窒素の結合を含む第３の絶縁膜と
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２の絶縁膜の膜厚は、１０ｎｍ以下である
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】
前記半導体基板と前記第１の絶縁膜との間に設けられ、銅が前記半導体基板に拡散するのを防止する第４の絶縁膜を更に有する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第４の絶縁膜は、前記半導体基板と前記第１の絶縁膜との間の界面における反射を防止する反射防止膜としての機能を備える
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１の絶縁膜は、アルコキシシラン化合物及びアルコキシシロキサン化合物のうちの少なくとも一方と、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏを含む群から選択される少なくとも１つの酸素含有ガスとを含む成膜ガスをプラズマ化し、反応させることにより形成された酸化シリコンである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第３の絶縁膜は、アルコキシシラン化合物及びアルコキシシロキサン化合物のうちの少なくとも一方と、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏを含む群から選択される少なくとも１つの酸素含有ガスとを含む成膜ガスをプラズマ化し、反応させることにより形成された酸化シリコンである
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１の絶縁膜、前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜は、前記光電変換部の上に延在している
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２の絶縁膜は、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜又はＳｉＣＮ膜である
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第３の絶縁膜の中に配され、銅を主体とする導電材料からなる第２の配線を更に有する
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
半導体基板の上に、第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜の中に、銅を主体とする導電材料からなる配線を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜及び前記配線の上に、前記配線が酸化されるのを防止する第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の上に、炭素と窒素の結合を含む第３の絶縁膜を形成する工程と
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の絶縁膜の膜厚は、１０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１０記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第３の絶縁膜を形成する工程では、アルコキシシラン化合物及びアルコキシシロキサンのうちの少なくとも一方と、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏを含む群から選択される少なくとも１つの酸素含有ガスと、を含む成膜ガスをプラズマ化し、反応させることにより、前記第３の絶縁膜を形成する
ことを特徴とする請求項１０又は１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の前記画素から出力される信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１４】
移動体であって、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、素子の微細化の進展に伴い、より低抵抗の配線材料として銅を主体とする導電材料が使用されるようになっている。銅配線を用いた半導体装置においては、その構成材料である銅が絶縁膜中に拡散するのを防止するために、ダマシン法により銅配線を形成した後、その上に銅の拡散を防止する拡散防止膜が形成されていた。この拡散防止膜は、層間絶縁膜の一部を構成するものであり、銅の拡散を抑制する機能を備えているだけでなく、より比誘電率の低い材料により構成されていることが望ましい。このような観点から、拡散防止膜の材料として用いることができるのは、ＳｉＮ，ＳｉＣ，ＳｉＣＮなどの一部の絶縁材料に限られていた。
【０００３】
ところで、半導体装置の一例として固体撮像装置を考慮すると、固体撮像装置では、層間絶縁膜を透過した光をフォトダイオードにより検知し、フォトダイオードで生成された信号電荷を画像信号に変換している。このとき、層間絶縁膜内に拡散防止膜が存在していると、拡散防止膜を構成する上述の材料と層間絶縁膜の主要な構成材料である酸化シリコンとの屈折率の違いに起因して光干渉などが発生し、層間絶縁膜を透過する光が減少してしまう。
【０００４】
このような観点から、特許文献１に記載の固体撮像装置では、フォトダイオード上の層間絶縁膜に光導波路構造を設けることにより、光干渉を防止していた。また、特許文献２に記載の固体撮像装置では、光路上に存在する拡散防止膜をドライエッチングにより除去することにより、光干渉を防止していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３２４１８９号公報
【特許文献２】特開２００８−１９９０５９号公報
【特許文献３】特開２００２−１６４４２９号公報
【発明の概要】
【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及び特許文献２に記載の固体撮像装置の製造には、光路上に光導波路構造を形成するための工程や光路上の拡散防止膜を除去するための工程が別途必要なため、製造プロセスが複雑化し、ひいては製造コストの増加を避けられなかった。
【０００７】
本発明の目的は、銅を主体とする導電材料からなる配線を備えた固体撮像装置において、製造工程を複雑にすることなく光干渉の影響を抑制しうる構造及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号を読み出す読み出し回路部と、を含む複数の画素が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の上に設けられた第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の中に配され、銅を主体とする導電材料からなる配線と、前記第１の絶縁膜及び前記配線の上に設けられ、前記配線が酸化されるのを防止する第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜の上に設けられ、炭素と窒素の結合を含む第３の絶縁膜とを有する固体撮像装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の一観点によれば、半導体基板の上に、第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜の中に、銅を主体とする導電材料からなる配線を形成する工程と、前記第１の絶縁膜及び前記配線の上に、前記配線が酸化されるのを防止する第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜の上に、炭素と窒素の結合を含む第３の絶縁膜を形成する工程とを有する固体撮像装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、銅を主体とする導電材料からなる配線を備えた固体撮像装置において、製造工程を複雑にすることなく光干渉の影響を抑制することができる。これにより、入射光の利用効率を高め、固体撮像装置の感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の構造を示す概略断面図である。
【図３】プラズマＳｉＮ膜よりなる酸化防止膜の膜厚と反射率との関係を示すグラフ（その１）である。
【図４】プラズマＳｉＮ膜よりなる酸化防止膜の膜厚と反射率との関係を示すグラフ（その２）である。
【図５】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図６】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図７】酸化シリコン膜の成膜に用いる成膜装置の概略図である。
【図８】銅配線と酸化防止膜との界面における銅の挙動をＳＩＭＳ法により測定した結果を示すグラフである。
【図９】本発明の第２実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による固体撮像装置及びその製造方法について、図１乃至図８を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による固体撮像装置の構造を示す概略断面図である。図３及び図４は、プラズマＳｉＮ膜よりなる酸化防止膜の膜厚と反射率との関係を示すグラフである。図５及び図６は、本実施形態による固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。図７は、酸化シリコン膜の成膜に用いる成膜装置の概略図である。図８は、銅配線と酸化防止膜との界面における銅の挙動をＳＩＭＳ法により測定した結果を示すグラフである。
【００１４】
はじめに、本実施形態による固体撮像装置の構造について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１５】
本実施形態による固体撮像装置は、図１に示すように、画素領域１０と、垂直走査回路２０と、列読み出し回路３０と、水平走査回路４０と、制御回路５０と、出力回路６０とを有している。
【００１６】
画素領域１０には、複数行及び複数列に渡ってマトリクス状に配された複数の画素１２が設けられている。それぞれの画素１２は、光電変換を行う光電変換部と、光電変換部で生成された電荷に基づく信号を読み出すための読み出し回路部とを備える。読み出し回路部は、電荷を転送する転送トランジスタ、電荷電圧変換部をリセットするリセットトランジスタ、電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタ、増幅トランジスタを選択する選択トランジスタを含む。また、読み出し回路部は、光電変換部からの電荷を保持する電荷保持部を含み得る。光電変換部以外の回路部分、例えば電荷保持部は遮光部材によって入射光が遮られる。また、画素領域１０には、分光感度特性を制御するためのカラーフィルタ、集光のためのマイクロレンズが光電変換部上に設けられており、各光電変換部間には混色を防ぐための遮光部材が形成され得る。さらに、画素領域１０には、有効な画素以外に、光電変換部が遮光されたオプティカルブラック画素、光電変換部を有さないダミー画素などのように画像を出力しない画素が含まれ得る。
【００１７】
画素領域１０の画素アレイの各行には、行方向（図１において横方向）に延在して、制御信号線１４が配されている。制御信号線１４は、行方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。また、画素領域１０の画素アレイの各列には、列方向（図１において縦方向）に延在して、垂直出力線１６が配されている。垂直出力線１６は、列方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。
【００１８】
各行の制御信号線１４は、垂直走査回路２０に接続されている。垂直走査回路２０は、画素１２から画素信号を読み出す際に画素１２の読み出し回路部を駆動するための制御信号を、制御信号線１４を介して画素１２に供給する回路部である。各列の垂直出力線１６の一端は、列読み出し回路３０に接続されている。画素１２から読み出された画素信号は、垂直出力線１６を介して列読み出し回路３０に入力される。列読み出し回路３０は、画素１２から読み出された画素信号に対して所定の信号処理、例えば増幅処理やＡＤ変換処理等の信号処理を実施する回路部である。列読み出し回路３０は、差動増幅回路、サンプル・ホールド回路、ＡＤ変換回路等を含み得る。
【００１９】
水平走査回路４０は、列読み出し回路３０において処理された画素信号を列毎に順次、出力回路６０に転送するための制御信号を、列読み出し回路３０に供給する回路部である。制御回路５０は、垂直走査回路２０、列読み出し回路３０及び水平走査回路４０の動作やそのタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。出力回路６０は、バッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列読み出し回路３０から読み出された画素信号を固体撮像装置の外部の信号処理部に出力するための回路部である。
【００２０】
図２は、本実施形態による固体撮像装置の画素１２の部分断面図である。図２には、画素１２を構成する素子のうち、光電変換部を構成するフォトダイオードＰＤと２つのトランジスタＭ１，Ｍ２とを示している。トランジスタＭ１は、転送トランジスタである。トランジスタＭ２は、読み出し回路部を構成する他のトランジスタ、すなわち、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ又は選択トランジスタである。
【００２１】
シリコン基板１００には、活性領域を画定する素子分離領域１０２が設けられている。図２には、素子分離領域１０２により画定された活性領域として、フォトダイオードＰＤ及びトランジスタＭ１が設けられた活性領域と、トランジスタＭ２が設けられた活性領域とを示している。
【００２２】
一方の活性領域（図２において左側）のシリコン基板１００内には、不純物領域１０４，１０６が互いに離間して設けられている。不純物領域１０４は、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積領域としての機能を備える。不純物領域１０６は、フローティングディフュージョン領域である。不純物領域１０４と不純物領域１０６との間のシリコン基板１００上には、ゲート絶縁膜を介してトランジスタＭ１のゲート電極１１２が設けられている。他方の活性領域（図において右側）のシリコン基板１００内には、不純物領域１０８，１１０が互いに離間して設けられている。不純物領域１０８と不純物領域１１０との間のシリコン基板１００上には、ゲート絶縁膜を介してトランジスタＭ２のゲート電極１１４が設けられている。
【００２３】
フォトダイオードＰＤ、トランジスタＭ１，Ｍ２等が設けられたシリコン基板１００上には、例えば窒化シリコン膜よりなる反射防止膜１１６と、例えば酸化シリコン膜よりなる層間絶縁膜１１８とが設けられている。反射防止膜１１６は、シリコン基板１００と層間絶縁膜１１８との間の界面における入射光の反射を防止する機能を備える。反射防止膜１１６及び層間絶縁膜１１８内には、不純物領域１０６，１０８，１１０やゲート電極１１２に電気的に接続されたコンタクトプラグ１２２が配されている。
【００２４】
コンタクトプラグ１２２が配された層間絶縁膜１１８上には、層間絶縁膜１２４が設けられている。層間絶縁膜１２４は、アルコキシシラン化合物及びアルコキシシロキサン化合物のうちの少なくとも一方と、後述する酸素含有ガスと、を含む成膜ガスをプラズマ化し、反応させることにより形成された酸化シリコン膜である。前述の酸素含有ガスは、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、ＣＯ２及びＨ２Ｏを含む群から選択される少なくとも１つのガスである。このような条件で形成された酸化シリコン膜をＦＴ−ＩＲで分析した結果は、炭素と窒素の結合（以下、Ｃ−Ｎ結合）を示すピークを持つ。Ｃ−Ｎ結合を含む絶縁膜中における銅の拡散係数は、非常に小さい。換言すると、層間絶縁膜１２４は、銅の拡散を抑制する機能を備えている。層間絶縁膜１２４内には、コンタクトプラグ１２２に電気的に接続された銅配線１２８が配されている。
【００２５】
銅配線１２８が配された層間絶縁膜１２４上には、酸化防止膜１３０と、層間絶縁膜１３２とが設けられている。酸化防止膜１３０は、例えば膜厚が１０ｎｍ以下の窒化シリコン膜により構成されている。酸化防止膜１３０は、層間絶縁膜１３２を形成する際に銅配線１２８が酸化されるのを防止するための酸化防止膜として機能する。層間絶縁膜１３２は、層間絶縁膜１２４と同様の条件により形成された、銅の拡散を抑制する機能を備える酸化シリコン膜である。酸化防止膜１３０及び層間絶縁膜１３２には、銅配線１２８に電気的に接続された銅配線１３８が配されている。
【００２６】
銅配線１３８が配された層間絶縁膜１３２上には、酸化防止膜１４０と、層間絶縁膜１４２とが設けられている。酸化防止膜１４０は、酸化防止膜１３０と同様、例えば膜厚が１０ｎｍ以下の窒化シリコン膜により構成されている。酸化防止膜１４０は、層間絶縁膜１４２を形成する際に銅配線１３８が酸化されるのを防止するための酸化防止膜として機能する。層間絶縁膜１４２は、層間絶縁膜１２４，１３２と同様の条件により形成された、銅の拡散を抑制する機能を備える酸化シリコン膜である。酸化防止膜１４０及び層間絶縁膜１４２には、銅配線１３８に電気的に接続された銅配線１４４が配されている。
【００２７】
銅配線１４４が配された層間絶縁膜１４２上には、酸化防止膜１４６と、層間絶縁膜１４８とが設けられている。酸化防止膜１４６は、酸化防止膜１３０，１４０と同様、例えば膜厚が１０ｎｍ以下の窒化シリコン膜により構成されている。層間絶縁膜１４８は、例えば酸化シリコン膜により構成されている。酸化防止膜１４６及び層間絶縁膜１４８には、銅配線１４４に電気的に接続されたビアプラグ１５２が配されている。
【００２８】
ビアプラグ１５２が配された層間絶縁膜１４８上には、ビアプラグ１５２に電気的に接続されたアルミニウム配線１５４と、パッド電極１５６とが設けられている。アルミニウム配線１５４及びパッド電極１５６が設けられた層間絶縁膜１４８上には、パッド電極１５６上にパッド開口部１６０が設けられたパッシベーション膜１５８が設けられている。
【００２９】
このように、本実施形態による固体撮像装置は、銅配線１２８，１３８，１４４が配された層間絶縁膜１２４，１３２，１４２が、銅の拡散を抑制する機能を備えた酸化シリコン膜により構成されている。また、銅配線１２８，１３８，１４４が配された層間絶縁膜１２４，１３２，１４２の上には、膜厚が１０ｎｍ以下の窒化シリコン膜により構成された酸化防止膜１３０，１４０，１４６が設けられている。これら絶縁膜は、フォトダイオードＰＤの上に延在している。
【００３０】
本実施形態による固体撮像装置では、層間絶縁膜１２４，１３２，１４２が銅の拡散を抑制する機能を備えているため、層間絶縁膜１２４，１３２，１４２とは別に拡散防止膜を設ける必要はない。また、酸化防止膜１３０，１４０，１４６は、必ずしも銅の拡散を抑制する機能を備えている必要はない。したがって、酸化防止膜１３０，１４０，１４６は、少なくとも銅配線１２８，１３８，１４４の酸化を抑制できる最低限の膜厚を有していればよく、例えば光学的な観点から適宜膜厚を調整することが可能である。
【００３１】
ここで、銅配線１２８，１３８，１４４の上に形成する酸化防止膜１３０，１４０，１４６について、図３及び図４を用いて詳細に説明する。
【００３２】
本実施形態による固体撮像装置において、入射した光は、パッシベーション膜１５８、層間絶縁膜１４８，１４２，１３２，１２４，１１８、酸化防止膜１４６，１４０，１３０、反射防止膜１１６を通過したのちにフォトダイオードＰＤにより検出される。このため、これら絶縁膜の界面において光干渉が生じて入射した光が反射されると、フォトダイオードＰＤに達する光量が減少し、固体撮像装置の感度に影響することになる。
【００３３】
図３及び図４は、酸化防止膜１３０，１４０，１４６をプラズマＣＶＤ法により堆積した窒化シリコン膜（以下、「プラズマＳｉＮ膜」と表記する）により構成したときの光干渉による反射率をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。
【００３４】
図３は、酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚を９０ｎｍ〜０ｎｍまで変化したときの波長４００ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲の入射光の平均反射率を示している。図３に示すように、酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚を薄くすることにより反射率は低減し、酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚が１０ｎｍ以下になると反射率は０．３以下にまで低減することができる。
【００３５】
表１は、図３に示した計算結果をもとに、酸化防止膜１３０，１４０，１４６を設けない場合（プラズマＳｉＮ膜の膜厚が０ｎｍの場合）の反射率を基準とした、プラズマＳｉＮ膜のそれぞれの厚さにおける反射率の変化率をまとめたものである。すなわち、表１における反射率の変化率は、プラズマＳｉＮ膜の膜厚が０［ｎｍ］のときの反射率をＲ０、プラズマＳｉＮ膜の膜厚がｘ［ｎｍ］のときの反射率をＲｘとして、（Ｒ０−Ｒｘ）／Ｒ０で表される。
【００３６】
【表１】
2018147976.tif 000003
【００３７】
表１に示されるように、プラズマＳｉＮ膜からなる酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚が２０ｎｍ以上になると反射率の変化率が急激に増加し、膜厚が７０ｎｍのときには３４．８％も反射率が増加している。固体撮像装置において入射光の反射率は低ければ低いほど良いことを考えると、プラズマＳｉＮ膜からなる酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚としては１０ｎｍ以下が望ましいことが判る。
【００３８】
図４は、酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚を１１ｎｍ〜０ｎｍまで変化したときの波長４００ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲の入射光の平均反射率を示している。図４に示すように、反射率の値は、酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚が３ｎｍのときに最小値を示し、３ｎｍより厚くなるほど、また、３ｎｍより薄くなるほど、徐々に大きくなる。言い換えると、プラズマＳｉＮ膜からなる酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚が３ｎｍのときに最も入射光の利用効率が高くなり、固体撮像装置の感度は最も高くなる。
【００３９】
表２は、図４に示した計算結果をもとに、プラズマＳｉＮ膜の膜厚が１０ｎｍのときと３ｎｍのときの反射率の変動率を算出した結果をまとめたものである。表２において、反射率の変動レンジは、ＳｉＮ膜の膜厚が±１ｎｍの範囲で変化したときの反射率の変化量である。反射率の変動率は、ＳｉＮ膜の膜厚が±１ｎｍの範囲で変化したときの反射率の変動率である。
【００４０】
【表２】
2018147976.tif 000004
【００４１】
表２に示されるように、プラズマＳｉＮ膜からなる酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚が１０ｎｍに対して±１ｎｍの範囲で変動すると、反射率の変動率は±１．２３％となる。これに対し、プラズマＳｉＮ膜からなる酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚が３ｎｍに対して±１ｎｍの範囲で変動したときには、反射率の変動率は±０．０５９８％まで低下する。このことは、プロセス変動などに起因する酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚のばらつきに対する光学的な特性の変動が、酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚が１０ｎｍのときよりも３ｎｍのときの方が低く抑えられることを意味する。すなわち、光センサーとしての感度に与える影響は、プラズマＳｉＮ膜からなる酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚が３ｎｍのときが最も小さくなる。
【００４２】
なお、酸化防止膜１３０，１４０，１４６は、上述のプラズマＳｉＮ膜のほか、プラズマＣＶＤ法により堆積したＳｉＣ膜やＳｉＣＮ膜により構成するようにしてもよい。プラズマＳｉＣ膜やプラズマＳｉＣＮ膜を用いた場合にも、酸化防止膜１３０，１４０，１４６の膜厚を１０ｎｍ以下に設定することで、プラズマＳｉＮ膜を用いた場合と同様の反射率抑制効果を得ることができる。酸化防止膜１３０，１４０，１４６は耐酸化性の観点から均一で緻密な膜が好ましく、そのような膜を成膜しうる成膜方法として、プラズマＣＶＤ法のほか、ＡＬＤ法等を用いてもよい。なお、酸化防止膜１３０，１４０，１４６に最適な膜厚は、酸化防止膜１３０，１４０，１４６の構成材料や固体撮像装置の層構造等に応じて、適宜設定することが望ましい。
【００４３】
次に、本実施形態による固体撮像装置の製造方法について、図５及び図６を用いて説明する。
【００４４】
まず、シリコン基板１００の表面部に、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法を用いて、活性領域を画定する素子分離領域１０２を形成する。次いで、素子分離領域１０２により画定された活性領域に、公知の固体撮像装置の製造方法と同様にして、フォトダイオードＰＤ、トランジスタＭ１，Ｍ２等の半導体素子を形成する（図５（ａ））。フォトダイオードＰＤは、電荷蓄積領域としての不純物領域１０４を含む。トランジスタＭ１は、フローティングディフュージョン領域を構成する不純物領域１０６、ゲート電極１１２を含む。トランジスタＭ２は、ソース／ドレイン領域を構成する不純物領域１０８，１１０、ゲート電極１１４を含む。
【００４５】
次いで、フォトダイオードＰＤ及びトランジスタＭ１，Ｍ２等が設けられたシリコン基板１００の上に、例えば、ＬＰ−ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ＡＬＤ法等により、例えば膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜を堆積する。これにより、フォトダイオードＰＤ上に、窒化シリコン膜よりなる反射防止膜１１６を形成する。
【００４６】
次いで、反射防止膜１１６上に、例えばＣＶＤ法により酸化シリコン膜を堆積した後、ＣＭＰ法によりその表面を平坦化し、酸化シリコン膜よりなる層間絶縁膜１１８を形成する。
【００４７】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、層間絶縁膜１１８及び反射防止膜１１６に、不純物領域１０６，１０８，１１０、ゲート電極１１２等に達するコンタクトホール１２０を形成する。
【００４８】
次いで、全面に、例えばスパッタ法によりＴｉＮ等のバリアメタルを、例えばＣＶＤ法によりタングステンを、順次堆積後、ＣＭＰ法により層間絶縁膜１１８の上のタングステン及びバリアメタルを除去する。これにより、コンタクトホール１２０に埋め込まれたコンタクトプラグ１２２を形成する（図５（ｂ））。
【００４９】
次いで、コンタクトプラグ１２２が配された層間絶縁膜１１８の上に、プラズマＣＶＤ法により、酸化シリコン膜よりなる層間絶縁膜１２４を形成する。
【００５０】
図７は、層間絶縁膜１２４を構成する酸化シリコン膜の成膜に用いるプラズマＣＶＤ装置の一例を示す概略図である。
【００５１】
プラズマＣＶＤ装置２００は、減圧可能なチャンバ２０２と、チャンバ２０２に排気配管２０４を介して接続された排気装置２０６と、排気配管２０４の途中に設けられた開閉バルブ２０８とを有している。チャンバ２０２内には、対向して配置された上部電極２１０と下部電極２１６とが設けられている。上部電極２１０はシャワーヘッド構造を有しており、ガス供給配管２２２から供給される成膜ガスを、上部電極２１０を介してチャンバ２０２内に導入できるようになっている。ガス供給配管２２２には、アルコキシシラン化合物又はアルコキシシロキサン化合物の供給源、酸素含有ガスの供給源、水素（Ｈ２）の供給源及び窒素（Ｎ２）の供給源（何れも図示せず）等が接続されている。アルコキシシラン化合物としては、代表例として、トリメトキシシラン（ＴＭＳ：ＳｉＨ（ＯＣＨ３）３）が挙げられる。また、アルコキシシロキサン化合物としては、代表例として、テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＳＯ：（ＣＨ３）２ＨＳｉ−Ｏ−ＳｉＨ（ＣＨ３）２）が挙げられる。酸素含有ガスとしては、酸素（Ｏ２）、一酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）が挙げられる。上部電極２１０は、図示しないヒータを備えていてもよい。下部電極２１６は、ヒータ２２４を備えており、下部電極２１６上に載置される被処理基板２２６を所定の温度に加熱できるようになっている。
【００５２】
上部電極２１０には、高周波電力のインピーダンス整合をとるためのマッチングボックス２１２を介して、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する電力供給電源２１４が接続されている。下部電極２１６には、高周波電力のインピーダンス整合をとるためのマッチングボックス２１８を介して、周波数４００ｋＨｚの高周波電力を供給する電力供給電源２２０が接続されている。電力供給電源２１４，２２０から上部電極２１０及び下部電極２１６にそれぞれ電力を供給することにより、チャンバ２０２内に導入した成膜ガスをプラズマ化できるようになっている。
【００５３】
層間絶縁膜１２４は、このようなプラズマＣＶＤ装置２００を用いて成膜する。例えば、原料ガスとしてＴＭＳとＮ２Ｏ（亜酸化窒素）とをチャンバ２０２内に供給するとともに、上部電極２１０に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、下部電極２１６に４００ｋＨｚの高周波電力を印加し、容量結合型のプラズマを発生させる。チャンバ２０２の内部は、開閉バルブ２０８によって排気装置２０６による排気量を調節することにより、約３Ｔｏｒｒの圧力に制御する。このようにして、下部電極２１６上に載置された被処理基板２２６上に、酸化シリコン膜を堆積する。
【００５４】
アルコキシシラン化合物又はアルコキシシロキサン化合物と、上述の酸素含有ガスとを含む原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により成膜した酸化シリコン膜は、低い誘電率を有し、かつ水分含有量が少なく、緻密で、耐水性に優れている。また、銅の拡散を防止する能力も高い。したがって、このように成膜した酸化シリコン膜は、銅配線が配される層間絶縁膜の構成材料として好適である。なお、アルコキシシラン化合物又はアルコキシシロキサン化合物と酸素含有ガスとを含む原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により成膜した酸化シリコン膜については、同一出願人による特許文献３に詳述されている。
【００５５】
次いで、このように形成した層間絶縁膜１２４に、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、銅配線１２８が埋め込まれる配線溝１２６を形成する。
【００５６】
次いで、例えばスパッタ法によりＴａＮ等のバリアメタルを堆積後、このバリアメタルをシードとして電解メッキ法により銅膜を成長し、配線溝１２６内をバリアメタルと銅とにより充填する。その後、ＣＭＰ法により層間絶縁膜１２４上の銅及びバリアメタルを除去し、配線溝１２６に埋め込まれた銅配線１２８を形成する（図５（ｃ））。
【００５７】
次いで、銅配線１２８が配された層間絶縁膜１２４の上に、酸化防止膜１３０を堆積する。酸化防止膜１３０は、後に形成する層間絶縁膜１３２の堆積過程において銅配線１２８が酸化されるのを防止する役目を果たす。
【００５８】
例えば、プラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚３ｎｍの窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を堆積し、プラズマＳｉＮ膜よりなる酸化防止膜１３０を形成する。酸化防止膜１３０には、プラズマＳｉＮ膜のほか、プラズマＣＶＤ法により堆積したＳｉＣ膜やＳｉＣＮ膜を適用することもできる。また、成膜方法には、プラズマＣＶＤ法のみならず、均一な極薄膜を堆積することができる他の成膜方法、例えばＡＬＤ法を適用してもよい。
【００５９】
酸化防止膜１３０は、銅配線１２８が酸化されるのを防止するに十分な膜厚を有していればよく、銅の拡散を防止する機能を備えていなくてもよい。
【００６０】
図８は、銅（Ｃｕ）膜の上にプラズマＳｉＮ膜（ＳｉＮ）を堆積したときの銅膜とプラズマＳｉＮ膜との間の界面状態をＳＩＭＳ法により測定した結果を示すグラフである。図８に示すように、銅膜の上にプラズマＳｉＮ膜を堆積後、銅膜中のＣｕ原子は、銅膜とプラズマＳｉＮ膜との界面から２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度拡散していることが判る。銅の拡散を防止する観点からは、膜厚３０ｎｍ以上のプラズマＳｉＮ膜が必要になるが、本実施形態による撮像装置の酸化防止膜１３０としては、前述のように、膜厚１０ｎｍ以下、例えば膜厚３ｎｍ程度のプラズマＳｉＮ膜が好適である。
【００６１】
次いで、酸化防止膜１３０の上に、層間絶縁膜１２４と同様の成膜条件を用いて、層間絶縁膜１３２を堆積する（図５（ｄ））。この際、基板の表面は酸素を含むプラズマに曝されるが、銅配線１２８の表面は酸化防止膜１３０で覆われているため、銅配線１２８が酸化されることはない。
【００６２】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、デュアルダマシン法により、層間絶縁膜１３２に、銅配線１２８に達するビアホール１３４と、ビアホール１３４に連通する配線溝１３６とを形成する。
【００６３】
次いで、例えばスパッタ法によりＴａＮ等のバリアメタルを堆積後、このバリアメタルをシードとして電解メッキ法により銅膜を成長し、ビアホール１３４内及び配線溝１３６内をバリアメタルと銅とにより充填する。その後、ＣＭＰ法により層間絶縁膜１３２上の銅及びバリアメタルを除去し、ビアホール１３４及び配線溝１３６に埋め込まれた銅配線１３８を形成する（図６（ａ））。
【００６４】
次いで、銅配線１３８が設けられた層間絶縁膜１３２の上に、酸化防止膜１３０と同様の成膜条件を用いて、銅配線１３８が酸化されるのを防止するための酸化防止膜１４０を堆積する。
【００６５】
次いで、層間絶縁膜１３２の堆積工程から酸化防止膜１４０の堆積工程までと同様の工程を、必要となる銅配線の配線層数に応じて繰り返し行う。ここでは、３層の銅配線を形成する場合を想定し、層間絶縁膜１３２の上に、銅配線１４４が配された層間絶縁膜１４２と、酸化防止膜１４６とを形成するものとする（図６（ｂ））。
【００６６】
次いで、酸化防止膜１４６の上に、例えばＣＶＤ法により酸化シリコン膜を堆積し、酸化シリコン膜よりなる層間絶縁膜１４８を堆積する。
【００６７】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、層間絶縁膜１４８及び酸化防止膜１４６に、銅配線１４４に達するビアホール１５０を形成する。
【００６８】
次いで、全面に、例えばスパッタ法によりＴｉＮ等のバリアメタルを、例えばＣＶＤ法によりタングステンを、順次堆積後、ＣＭＰ法により層間絶縁膜１４８の上のタングステン及びバリアメタルを除去する。これにより、ビアホール１５０に埋め込まれたビアプラグ１５２を形成する。
【００６９】
次いで、ビアプラグ１５２が配された層間絶縁膜１４８の上に、アルミニウムを主体とする導電膜を堆積後、この導電膜をパターニングし、アルミニウム配線１５４及びパッド電極１５６を形成する。
【００７０】
次いで、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン膜よりなるパッシベーション膜１５８を堆積する。
【００７１】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、パッシベーション膜１５８に、パッド電極１５６を露出するパッド開口部１６０を形成する（図６（ｃ））。
【００７２】
その後、必要に応じて、パッシベーション膜１５８の上にカラーフィルタやマイクロレンズを形成し、本実施形態による固体撮像装置を完成する。
【００７３】
このように、本実施形態によれば、銅を主体とする導電材料からなる配線を備えた固体撮像装置において、製造工程を複雑にすることなく光干渉の影響を抑制することができる。これにより、入射光の利用効率を高め、固体撮像装置の感度を向上することができる。
【００７４】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による撮像システムについて、図９を用いて説明する。第１実施形態による固体撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。図９は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【００７５】
上記第１実施形態で述べた固体撮像装置は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図９には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
【００７６】
図９に例示した撮像システム３００は、撮像装置３０１、被写体の光学像を撮像装置３０１に結像させるレンズ３０２、レンズ３０２を通過する光量を可変にするための絞り３０４、レンズ３０２の保護のためのバリア３０６を有する。レンズ３０２及び絞り３０４は、撮像装置３０１に光を集光する光学系である。撮像装置３０１は、第１実施形態で説明した固体撮像装置であって、レンズ３０２により結像された光学像を画像データに変換する。
【００７７】
撮像システム３００は、また、撮像装置３０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部３０８を有する。信号処理部３０８は、撮像装置３０１が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部３０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部３０８の一部であるＡＤ変換部は、撮像装置３０１が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置３０１とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置３０１と信号処理部３０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。
【００７８】
撮像システム３００は、さらに、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部３１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）３１２を有する。さらに撮像システム３００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体３１４、記録媒体３１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）３１６を有する。なお、記録媒体３１４は、撮像システム３００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【００７９】
さらに撮像システム３００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部３１８、撮像装置３０１と信号処理部３０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部３２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム３００は少なくとも撮像装置３０１と、撮像装置３０１から出力された出力信号を処理する信号処理部３０８とを有すればよい。
【００８０】
撮像装置３０１は、撮像信号を信号処理部３０８に出力する。信号処理部３０８は、撮像装置３０１から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部３０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
【００８１】
第１実施形態による固体撮像装置を適用することにより、入射光の利用効率を向上することができ、高感度の撮像システムを実現することができる。
【００８２】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による撮像システム及び移動体について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
【００８３】
図１０（ａ）は、車戴カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム４００は、撮像装置４１０を有する。撮像装置４１０は、上記第１実施形態に記載の固体撮像装置である。撮像システム４００は、撮像装置４１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部４１２と、撮像システム４００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差算出部４１４を有する。また、撮像システム４００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離計測部４１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部４１８と、を有する。ここで、視差算出部４１４や距離計測部４１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部４１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【００８４】
撮像システム４００は車両情報取得装置４２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム４００は、衝突判定部４１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ４３０が接続されている。また、撮像システム４００は、衝突判定部４１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置４４０とも接続されている。例えば、衝突判定部４１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ４３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置４４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザーに警告を行う。
【００８５】
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム４００で撮像する。図１０（ｂ）に、車両前方（撮像範囲４５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置４２０が、撮像システム４００ないしは撮像装置４１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
【００８６】
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【００８７】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００８８】
例えば、上記実施形態では、３層の銅配線を備えた固体撮像装置を例示したが、銅配線の総数は特に限定されるものではない。本発明は、少なくとも１層の銅配線を備えた固体撮像装置に適用可能である。
【００８９】
また、図１に示す固体撮像装置の概略構成や画素構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。
【００９０】
また、第２実施形態に示した撮像システムは、本発明の撮像装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の撮像装置を適用可能な撮像システムは図９に示した構成に限定されるものではない。
【００９１】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００９２】
ＰＤ…光電変換部（フォトダイオード）
Ｍ１，Ｍ２…読み出し回路部のトランジスタ
１２…画素
１００…シリコン基板
１１６…反射防止膜
１２４，１３２，１４２…層間絶縁膜
１２８，１３８，１４４…銅配線
１３０，１４０，１４６…酸化防止膜
【図１】
2018147976.tif 000005
【図２】
2018147976.tif 000006
【図３】
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【図４】
2018147976.tif 000008
【図５】
2018147976.tif 000009
【図６】
2018147976.tif 000010
【図７】
2018147976.tif 000011
【図８】
2018147976.tif 000012
【図９】
2018147976.tif 000013
【図１０】
2018147976.tif 000014