(57)【要約】【課題】配線やコンタクトホールの寸法の微細化に際しても、コンタクト抵抗の低減を図ることが可能であり、且つ、暗電流の発生が少ない固体撮像素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】固体撮像素子１では、配線２４と転送電極膜１０２とが、２層のコンタクトホールにより接続されている。下側のコンタクトホールＡは、その底部にチタンシリサイド膜１０５が形成されている。そして、上側のコンタクトホールＢは、チタンシリサイドを構成中に含まず、下側のコンタクトホールとの間が中間配線層としてのタングステン膜１０７により接続されている。ここで、上下の両コンタクトホールＡ，Ｂには、純粋なチタンは残っていない。また、撮像画素領域におけるフォトダイオード１２１の上方の層内レンズ膜１２７は、下方のコンタクトホールＡに対して積層上方に選択的に形成されている。【選択図】図２
2011238751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板をベースとして、複数の光電変換部を備える撮像画素領域と、前記撮像画素領域に周辺に配された周辺領域とを有する固体撮像素子であって、
前記撮像画素領域では、前記光電変換部の各々が前記シリコン基板内に形成され、当該シリコン基板上に複数の層からなる積層構造が設けられており、
前記周辺領域では、前記シリコン基板上に、複数の絶縁層および金属材料からなる配線層が順に積層形成され、
前記シリコン基板あるいは前記複数の絶縁層の下層に形成されたシリコンを含む層と、前記配線層とが、前記複数の絶縁層を挿通するコンタクトホールにより接続されており、
前記コンタクトホールは、前記シリコン基板の側から順に、第１のコンタクトホールと第２のコンタクトホールとが積層された組み合わせを以って構成されており、
前記第１のコンタクトホールには、その底部に形成された金属シリサイドを含む、第１のコンタクト材が埋め込まれてなり、
前記第２のコンタクトホールには、金属シリサイドを含まず、第２のコンタクト材が埋め込まれてなり、
前記第１のコンタクト材には、チタンまたはコバルトまたはニッケルの何れかを含む前記金属シリサイドと、チタンおよびコバルトおよびニッケルからなる純金属を除く第１の高融点金属とが含まれ、
前記第２のコンタクト材には、前記金属シリサイド、およびチタンまたはコバルトまたはニッケルからなる純金属の双方を除く第２の高融点金属が含まれ、
前記撮像画素領域における前記複数の層の中には、前記金属シリサイドの形成に係るアニール処理での熱に対して耐熱性が低い低耐熱性膜が含まれており、
前記低耐熱性膜は、前記第１のコンタクトホールに対して積層上方に選択的に形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１のコンタクトホールの上部と前記第２のコンタクトホールの底部とは、前記シリコン基板の主面に沿って配設された中間配線層により接続されており、
前記中間配線層にも、その構成中に金属シリサイド、およびチタンまたはコバルトまたはニッケルからなる純金属の双方を除く第３の高融点金属が含まれている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記シリコン基板内には、前記光電変換部に隣接し、前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送チャネルが形成されており、
前記シリコンを含む層が、前記電荷転送チャネルに対応し、その上方に形成されたポリシリコンからなる転送電極である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第１のコンタクト材における前記第１の高融点金属、および前記第２のコンタクト材における前記第２の恋融点金属には、タングステンまたはタングステン窒化物、あるいはチタン窒化物またはチタン窒化アニール物の何れかが含まれている
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記低耐熱性膜の耐熱温度が、６５０℃よりも低い
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記低耐熱性膜が、プラズマＣＶＤ法を用い形成された膜である
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記配線層は、アルミニウム若しくは銅、またはこれらを含む合金からなる
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
シリコン基板をベースとして、複数の光電変換部を有する撮像画素領域を形成する撮像画素領域形成ステップと、
前記撮像画素相当領域の周辺に対し、前記シリコン基板に対し、複数の絶縁層を介して金属材料からなる配線層が形成された周辺領域を形成する周辺領域形成ステップと、
を有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記周辺領域形成ステップには、
前記シリコン基板の上方に、第１の絶縁膜を堆積形成し、その一部に第１のコンタクト孔をあける第１サブステップと、
前記第１のコンタクト孔の底部および側壁部にチタン膜を形成する第２サブステップと、
前記チタン膜をアニール処理することにより、前記第１のコンタクト孔の底部にチタンシリサイド膜を形成し、且つ、第１の高融点金属を埋め込むことにより、第１のコンタクトホールを形成する第３サブステップと、
前記第１のコンタクトホールが設けられた前記第１の絶縁膜上に、第２の絶縁膜を堆積形成し、前記第１のコンタクトホールとの接続に対応する箇所に、第２のコンタクト孔をあける第４サブステップと、
前記第２のコンタクト孔の底部および側壁部に対し、タングステンまたはタングステン窒化物、あるいはチタン窒化物の少なくとも何れかを含む第２の高融点金属を埋め込むことにより、第２のコンタクトホールを形成する第５サブステップと、
前記第２のコンタクトホールと接続する状態に、前記配線層を積層形成する第６サブステップと、
が含まれ、
前記撮像画素領域形成ステップには、前記シリコン基板内に複数の光電変換部を形成するサブステップと、
前記光電変換部の形成後に、前記シリコン基板上に複数の層からなり、且つ、当該複数の層の中に、前記周辺領域形成ステップの前記第３サブステップで実行される前記アニール処理での熱に対して耐熱性が低い低耐熱性膜が含まれてなる積層構造を設けるサブステップと、
が含まれ、
前記第１のコンタクトホールにおけるコンタクト材としての前記第１の高融点金属には、チタンの純金属が含まれず、
前記第２のコンタクトホールにおけるコンタクト材としての前記第２の高融点金属には、チタンシリサイド、およびチタンの純金属の何れも含まれず、
前記撮像画素領域形成ステップの前記積層構造を設けるサブステップは、少なくとも前記低耐熱性膜の形成を、前記周辺領域形成ステップの前記第３サブステップにおける前記アニール処理の実行後に行う
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記周辺領域形成ステップの前記第３サブステップでは、前記アニール処理の実行により、前記第１のコンタクト孔の底部にチタンシリサイド膜を形成した後に、シリサイド化されずに残った未反応チタンを除去し、当該第１のコンタクト孔に対して、コンタクト材として、タングステンまたはタングステン窒化物、あるいはチタン窒化物の少なくとも何れかを埋め込む
ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に関し、特にコンタクトホールのコンタクト材としてチタンを用いた固体撮像素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子においては、集積化の向上や多機能化とともに、配線やコンタクトホールの寸法の微細化が求められている。配線やコンタクトホールの微細化には、コンタクトホールのコンタクト材としてチタン（Ｔｉ）を用い、低抵抗化することが有効である。ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型固体撮像素子においても、高解像度やチップサイズの縮小に伴い、シリコン基板やポリシリコン配線に対するコンタクトホールのコンタクト材にチタンが用いられている。
【０００３】
ここで、ＣＣＤ型固体撮像素子は、シリコン基板に対して不純物を導入し、電荷転送チャネル、チャネル分離領域、浮遊拡散層（ＦＤ：Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）領域などの拡散層を形成する工程、シリコン基板上に絶縁膜およびポリシリコン層を積層する工程、ポリシリコン層や拡散層に対するコンタクトホールを形成し、さらに金属配線を形成する工程などを経て製造される。
【０００４】
ＣＣＤ型固体撮像素子の上記製造工程では、その比較的終盤において、水素などのガス雰囲気中でアニール処理が実行される。アニール処理は、それまでの製造工程でシリコン基板とゲート絶縁膜との界面に生じたダングリングボンド（Ｄａｎｇｌｉｎｇ  Ｂｏｎｄ）を、ガス雰囲気中あるいは堆積された膜中から発生する水素で終端させ、これにより界面準位密度を減少させることを目的に実行される。ＣＣＤ型固体撮像素子をはじめとするアナログデバイスでは、メモリ素子やロジック回路などのデジタルデバイスに比べて、シリコン基板とゲート絶縁膜との界面に存在するダングリングボンドによるエネルギ準位が素子性能に与える影響が大きく、このため、アニール工程の実行が重要となる。
【０００５】
しかし、コンタクトホールのコンタクト材にチタンを用いた場合には、水素をトラップするというチタンの性質から、アニール処理の実行に際してシリコン基板とゲート絶縁膜との界面に向けて拡散しようとする水素をチタンがトラップする。このため、シリコン基板とゲート絶縁膜との界面に存在するダングリングボンドが十分に終端されないという問題が生じる。ダングリングボンドが十分に終端されない場合には、例えば、ＣＣＤ型固体撮像素子においては、配線部分のチタンの影響により、撮像画素あるいは電荷転送部で暗電流が増加するという問題を生じることになる。
【０００６】
このような問題に対して、例えば、特許文献１では、チタンシリサイドコンタクト技術を採用することが提案されている。特許文献１で提案されている技術について、図７を用いその概略を説明する。
【０００７】
図７（ａ）に示すように、特許文献１で提案の技術では、シリコン基板９００上にシリコン酸化膜９０１、転送電極膜９０２、層間絶縁膜９０３、ポリシリコン配線９０４、シリコン酸化膜９０５を順に積層形成する。そして、ポリシリコン配線９０４に達する開口を形成し、その側壁にチタン窒化膜９０６を形成し、その底面にチタンシリサイド膜９０７を形成し、さらに内部にタングステンを埋め込みタングステン配線９０８を形成する。そして、チタン窒化膜９０６およびタングステン配線９０８の上に、上部層９０９を積層形成する。
【０００８】
図７（ａ）に示すタングステン配線の形成は、先ず、コンタクト孔の底面および側壁面に対してチタン膜を形成し、これにアニール処理を加えることにより、底面にＣ４９相のチタンシリサイド膜を形成する。次に、未反応のチタン膜を除去した後、チタン窒化膜を底面および側壁面に形成し、再びアニール処理を加えることにより、Ｃ４９相のチタンシリサイド膜を、Ｃ５４相のチタンシリサイド膜９０７へと相転移させる。ＣＣＤ型固体撮像素子の製造工程においては、この後、水素などのガス雰囲気中でアニール処理を行うことにより、界面準位密度を低減させ、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３３５５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１で提案の技術を採用しようとする場合には、チタンシリサイド膜９０７の形成にあたり実行するアニール処理により、当該工程に対して先行して形成された撮像画素部などの光学系の膜がダメージを受けることがある。具体的には、図７（ｂ）に示すように、ＣＣＤ型固体撮像素子は、その撮像画素領域において、シリコン基板９００に対しフォトダイオード９１１および電荷転送チャネル９１２が形成され、ゲート酸化膜９１３を挟んで上部には、転送電極層９０２、絶縁膜９１４、遮光膜９１５、層間絶縁膜９１６，９１８、層内レンズ膜９１７，９１９、カラーフィルタ膜９２０およびトップレンズ膜９２１が形成され構成されている。
【００１１】
ＣＣＤ型固体撮像素子の撮像画素領域における上記構成中、例えば、層内レンズ膜９１７，９１９などがプラズマＣＶＤ法を用い形成されており、チタンシリサイド膜９０７の形成にあたり実行されるアニール処理での熱に対して耐熱性が低い。このため、チタンシリサイド膜９０７の形成にあたり実行されるアニール処理の際に、例えば、層内レンズ膜９１７，９１９などの耐熱性の低い膜が剥がれたり、膜ストレスが残ったりし、暗電流の増加に繋がる。
【００１２】
なお、耐熱性の低い膜としては、上記プラズマＣＶＤ法を用い形成される膜の他、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜、さらにはシリコン酸窒化膜などがあげられる。また、水素雰囲気中でのアニール処理の際に水素をトラップする金属としては、上記で紹介したチタンの他に、コバルトやニッケルなどをあげることができる。
【００１３】
本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、配線やコンタクトホールの寸法の微細化に際しても、コンタクト抵抗の低減を図ることが可能であり、且つ、暗電流の発生が少ない固体撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、次の構成を採用する。
本発明に係る固体撮像素子は、シリコン基板をベースとして、複数の光電変換部を備える撮像画素領域と、前記撮像画素領域に周辺に配された周辺領域とを有する。撮像画素領域では、光電変換部の各々がシリコン基板内に形成され、当該シリコン基板上に複数の層からなる積層構造が設けられており、周辺領域では、シリコン基板上に、複数の絶縁層および金属材料からなる配線層が順に積層形成されている。また、シリコン基板あるいは複数の絶縁層の下層に形成されたシリコンを含む層と、配線層とが、複数の絶縁層を挿通するコンタクトホールにより接続されている。
【００１５】
本発明に係る固体撮像素子では、上記構成において、コンタクトホールが、シリコン基板の側から順に、第１のコンタクトホールと第２のコンタクトホールとが積層された組み合わせ構成を以って構成されており、第１のコンタクトホールには、その底部に形成された金属シリサイドを含む、第１のコンタクト材が埋め込まれており、第２のコンタクトホールには、金属シリサイドを含まず、第２のコンタクト材が埋め込まれている。ここで、第１のコンタクト材には、チタン、コバルト、ニッケルの何れかを含む上記金属シリサイドとともに、チタン、コバルト、ニッケルからなる純金属を除く第１の高融点金属とが含まれている。
【００１６】
また、第２のコンタクト材には、上記金属シリサイド、およびチタン、コバルト、ニッケルからなる純金属の双方を除く第２の高融点金属が含まれている。
本発明に係る固体撮像素子では、撮像画素領域における複数の層の中に、金属シリサイド膜の形成に係るアニール処理での熱に対して耐熱性が低い低耐熱性膜が含まれており、低耐熱性膜が、第１のコンタクトホールに対して積層上方に選択的に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
なお、上記「積層上方」とは、空間認識における絶対的な「上方」を指すものではなく、積層順での上方、即ち、工程順の後で形成されることにより、積層順における「上方」であることを指す。
【００１８】
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、シリコン基板をベースとして、複数の光電変換部を有する撮像画素領域を形成する撮像画素領域形成ステップと、撮像画素相当領域の周辺に対し、シリコン基板に対し、複数の絶縁層を介して金属材料からなる配線層が形成された周辺領域を形成する周辺領域形成ステップと、を有する。本発明に係る固体撮像素子の製造方法では、周辺領域形成ステップに、次の第１サブステップから第６サブステップが少なくとも含まれている。
【００１９】
（第１サブステップ）  シリコン基板の上方に、第１の絶縁膜を堆積形成し、その一部に第１のコンタクト孔をあける。
（第２サブステップ）  第１のコンタクト孔の底部および側壁部にチタン膜を形成する。
【００２０】
（第３サブステップ）  チタン膜をアニール処理することにより、第１のコンタクト孔の底部にチタンシリサイド膜を形成し、且つ、第１の高融点金属を埋め込むことにより、第１のコンタクトホールを形成する。
【００２１】
（第４サブステップ）  第１のコンタクトホールが設けられた第１の絶縁膜上に、第２の絶縁膜を堆積形成し、第１のコンタクトホールとの接続に対応する箇所に、第２のコンタクト孔をあける。
【００２２】
（第５サブステップ）  第２のコンタクト孔の底部および側壁部に対し、タングステンまたはタングステン窒化物、あるいはチタン窒化物の少なくとも何れかを含む第２の高融点金属を埋め込むことにより、第２のコンタクトホールを形成する。
【００２３】
（第６サブステップ）  第２のコンタクトホールと接続する状態に、配線層を積層形成する。
一方、撮像画素領域形成ステップには、次のサブステップが含まれている。
【００２４】
（光電変換部形成サブステップ）  シリコン基板内に複数の光電変換部を形成する。
（積層構造形成サブステップ）  光電変換部の形成後に、シリコン基板上に複数の層からなり、且つ、当該複数の層の中に、周辺領域形成ステップの上記第３サブステップで実行されるアニール処理での熱に対して耐熱性が低い低耐熱性膜が含まれてなる積層構造を設ける。この低耐熱性膜は、光電変換部の形成後であって、且つ、第２のコンタクトホールの形成前に、成膜される。
【００２５】
そして、本発明に係る固体撮像素子の製造方法では、第１のコンタクトホールにおけるコンタクト材としての第１の高融点金属には、チタンの純金属が含まれず、第２のコンタクトホールにおけるコンタクト材としての第２の高融点金属には、チタンシリサイドおよびチタンの純金属が含まれない。
【００２６】
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法では、撮像画素領域形成ステップの上記積層構造形成サブステップが、少なくとも上記低耐熱性膜の形成を、周辺領域形成ステップの上記第３サブステップにおけるアニール処理の実行後に行うことを特徴とする
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る固体撮像素子では、第２のコンタクトホールにおける第２の高融点金属（例えば、タングステン、タングステン窒化物、チタン窒化物、チタン窒化アニールなど）をコンタクト材として構成に含むので、金属材料からなる配線層と第２の高融点金属からなる膜とが金属同士であることにより接触抵抗が低い。また、第１のコンタクトホールの底部に金属シリサイド膜を有するので、シリコン基板またはシリコンを含む層（シリコン系材料層）と第１のコンタクトホールとの接続において、チタンなどの金属の還元作用およびシリサイド化による接触抵抗の低減を図ることができる。よって、配線やコンタクトホールの微細化によっても、低抵抗化を図ることが可能である。
【００２８】
また、抵抗を同一とする場合には、コンタクトホールの形成数を低減することができるので、その分だけチップサイズの縮小を図ることもできる。
また、本発明に係る固体撮像素子では、第１のコンタクトホールの底部に金属シリサイド膜を形成し、第１のコンタクトホールおよび第２のコンタクトホールにおいて、コンタクト材としての第１および第２の高融点金属に上記チタンなどの純金属を含まないので、水素などのガス雰囲気中でのアニール処理に際して、水素がトラップされるということが防止される。このため、本発明に係る固体撮像素子では、製造工程においてシリコン基板とゲート絶縁膜との界面に生じたダングリングボンドを、水素雰囲気中でのアニール処理により、効果的に終端させることができ、界面準位密度の低減を確実に図ることができる。よって、本発明に係る固体撮像素子は、高い素子性能を有する。
【００２９】
また、本発明に係る固体撮像素子では、撮像画素領域における低耐熱性膜が、第１のコンタクトホールに対して積層上方に選択的に形成されており、製造工程において、第１のコンタクトホールにおけるチタンシリサイドからなる膜の形成に係るアニール処理の実行よりも後に、低耐熱性膜が形成されている。このため、第１のコンタクトホールにおける金属シリサイドの形成に係るアニール処理によって低耐熱性膜がダメージを受けることがない。具体的には、低耐熱性膜にクラックが発生したり、剥がれが発生したり、さらには膜ストレスがかかったりすることがない。よって、本発明に係る固体撮像素子では、撮像画素領域における低耐熱性膜のダメージに起因する暗電流の増加といった問題を生じることがない。
【００３０】
なお、上記における「選択的に」とは、具体的に、積層順において第１のコンタクトホールよりも上方に限定して低耐熱性膜が形成されていることを指すものである。
以上より、本発明に係る固体撮像素子では、配線やコンタクトホールの寸法の微細化に際しても、コンタクト抵抗の低減を図ることが可能であり、且つ、暗電流の発生が少ない。
【００３１】
なお、本発明に係る固体撮像素子の製造方法では、上記効果を有する本発明に係る固体撮像素子を製造可能となる。
本発明に係る固体撮像素子では、一例として、次のようなバリエーションを採用することもできる。
【００３２】
本発明に係る固体撮像素子では、上記構成において、第１のコンタクトホールの上部と第２のコンタクトホールの底部とが、シリコン基板の主面に沿って配設された中間配線層により接続されており、当該中間配線層の構成としてチタン膜を除く高融点金属が含まれているという構成を採用することができる。このように第１のコンタクトホールと第２のコンタクトホールとの間に、中間配線層を介在させる構成を採用する場合には、コンタクトホールを第１のコンタクトホールと第２のコンタクトホールとの積層構成とするに際しても、製造時における寸法や位置のバラツキなどを中間配線層により吸収することができ、製造における歩留まり、および設計における自由度を高くすることができる。
【００３３】
また、本発明に係る固体撮像素子では、上記構成において、シリコン基板内に、光電変換部に隣接し、光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送チャネルが形成されており、上記シリコンを含む層が、電荷転送チャネルに対応し、その上方に形成されたポリシリコンからなる転送電極であるという具体的構成を採用することができる。
【００３４】
また、本発明に係る固体撮像素子では、上記構成において、第１のコンタクトホールおよび第２のコンタクトホールが、上記高融点金属膜として、タングステン膜またはタングステン窒化膜、あるいはチタン窒化膜またはチタン窒化アニール膜の何れかが含まれているという具体的構成を採用することができる。これにより、配線層に対して金属同士であるとの関係に基づき、接触抵抗の低減を図ることが可能となる。
【００３５】
また、本発明に係る固体撮像素子では、上記構成において、低耐熱性膜の耐熱温度が、６５０［℃］よりも低いという具体的構成を採用することができる。チタンなどの金属をシリサイド化する際のアニール処理の温度条件が６５０［℃］であるが、本発明に係る固体撮像素子では、低耐熱性膜が第１のコンタクトホールに対して積層上方に配されているので、低耐熱性膜の耐熱温度が６５０［℃］よりも低くても、アニール処理時にダメージを受けることがない。
【００３６】
また、本発明に係る固体撮像素子では、上記構成において、低耐熱性膜が、プラズマＣＶＤ法を用い形成された膜であるという具体的構成を採用することができる。ただし、本発明では、低耐熱性膜がプラズマＣＶＤ法を用いて形成された膜であることに限定を受けるものではない。
【００３７】
また、本発明に係る固体撮像素子では、上記構成において、配線層が、アルミニウム若しくは銅、またはこれらを含む合金からなるという具体的構成を採用することができる。
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法では、上記構成において、周辺領域形成ステップにおける第３サブステップで、アニール処理の実行により第１のコンタクト孔の底部にチタンシリサイドからなる膜を形成した後に、シリサイド化されずに残った未反応チタンを除去し、当該第１のコンタクト孔に対してタングステンまたはタングステン窒化物、あるいはチタン窒化物の少なくとも何れかからなる膜を形成するという構成を採用することもできる。この構成を採用する場合には、アニール処理が不十分であった場合においても、僅かに残ったチタンを除去するので、その後に実行する水素などのガス雰囲気中でのアニール処理において、水素がトラップされるという事態を確実に回避することができる。よって、シリコン基板とゲート絶縁膜との界面準位密度を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態１に係る固体撮像素子１の概略構成を示す模式平面図である。
【図２】（ａ）は、固体撮像素子１における配線２４が配設された配線領域２０の構成を示す模式断面図であり、（ｂ）は、固体撮像素子１における撮像画素領域１０の構成を示す模式断面図である。
【図３】（ａ）、（ｃ）は、配線領域２０の製造過程における構成を示す模式断面図であり、（ｂ）、（ｄ）は、撮像領域２０の製造過程における構成を示す模式断面図である。
【図４】（ａ）、（ｃ）は、配線領域２０の製造過程における構成を示す模式断面図であり、（ｂ）、（ｄ）は、撮像画素領域２０の製造過程における構成を示す模式断面図である。
【図５】（ａ）、（ｃ）は、配線領域２０の製造過程における構成を示す模式断面図であり、（ｂ）、（ｄ）は、撮像画素領域２０の製造過程における構成を示す模式断面図である。
【図６】実施の形態２に係る固体撮像素子２の構成の内、配線領域の構成を示す模式断面図である。
【図７】（ａ）は、従来技術に係る固体撮像素子の配線領域の構成を示す模式断面図あり、（ｂ）は、従来技術に係る固体撮像素子の撮像画素領域の構成を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下では、本発明を実施するための形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下の各実施の形態は、本発明の構成およびそこから奏される作用・効果を分かり易く説明するために用いる一例であって、本発明は、本質的な特徴部分以外に何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
【００４０】
［実施の形態１］
１．固体撮像素子１の概略構成
本実施の形態に係る固体撮像素子１の概略構成について、図１を用い説明する。なお、本実施の形態では、インタライン転送ＣＣＤ型固体撮像素子を一例としている。
【００４１】
図１に示すように、固体撮像素子１では、Ｘ−Ｙ面方向において、複数の撮像画素１１がマトリクス状に配列されている。そして、複数の撮像画素１１に対し、各行間にはＹ軸方向に延伸する垂直転送部２１が設けられ、垂直転送部２１のＹ軸方向下端において、Ｘ軸方向に延伸する水平転送部２２が設けられている。複数の撮像画素１１および垂直転送部２１などを含めた領域が、撮像画素領域１０となる。
【００４２】
一方、水平転送部２２には、出力アンプ部２３が接続され、また、垂直転送部２１の転送電極（図１では、図示を省略）には、電極パッド２５に繋がる配線２４が接続されている。配線２４は、垂直転送部２１における転送電極に対して駆動パルスを印加するためのものである。
【００４３】
なお、以下では、複数の配線２０が配設されている領域を、配線領域２０と呼称する。
２．配線領域２０の構成
固体撮像素子１の配線領域２０の構成について、図２（ａ）を用い説明する。
【００４４】
図２（ａ）に示すように、シリコン基板１００には、そのＺ軸方向上側主面に、フィールド絶縁膜１０１、転送電極膜１０２、シリコン酸化膜１０３、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ  Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜１０８、シリコン窒化膜１０９および配線２４が順に積層形成されている。なお、転送電極膜１０２は、ポリシリコンから構成されており、配線２４は、アルミニウムまたはその合金から構成されている。さらに、フィールド酸化膜１０１は、シリコン酸化膜である。
【００４５】
Ｚ軸方向におけるシリコン酸化膜１０３とＢＰＳＧ膜１０８との間には、タングステン膜１０７が介挿されており、転送電極膜１０２とタングステン膜１０７とは下部コンタクトホールＡにより接続が図られている。タングステン膜１０７と配線２４とは、上部コンタクトホールＢにより接続が図られている。なお、図２（ａ）に示すように、配線２４の上は、シリコン窒化膜であるパッシベーション膜１１２で覆われている。
【００４６】
下部コンタクトホールＡは、シリコン酸化膜１０３を挿通し、図２（ａ）の二点鎖線で囲んだ部分に示すように、その底部であって転送電極膜１０２内となる箇所にチタンシリサイド膜１０５を備える。また、下部コンタクトホールＡは、シリコン酸化膜１０３に設けられたコンタクト孔１０３ａに対し、その側壁部にチタン窒化アニール膜１０４およびタングステン窒化膜１０６が形成されている。そして、チタン窒化アニール膜１０４およびタングステン窒化膜１０６は、タングステン膜１０７の下部をＹ軸方向に延設されている。
【００４７】
一方、上部コンタクトホールＢは、ＢＰＳＧ膜１０８およびシリコン窒化膜１０９を挿通し、チタン窒化膜１１０およびタングステンプラグ１１１が充填形成されている。そして、チタン窒化膜１１０およびタングステンプラグ１１１が配線２４に対して接続され、下部コンタクトホールＢの底部でチタン窒化膜１１０がタングステン膜１０７に接続されている。なお、チタン窒化膜１１０は、その上の配線２４とともに、実質的な配線としての機能を果たしている。
【００４８】
なお、固体撮像素子１の配線領域２０では、コンタクトホールＡ，Ｂおよび他の配線部分において、チタンからなる純金属膜は含まれていない。また、上部コンタクトホールＢでは、チタンシリサイド膜は含まれていない。
【００４９】
３．撮像画素領域１０の構成
撮像画素領域１０の構成の内、撮像画素１１および垂直転送部２１の部分の構成について、図２（ｂ）を用い説明する。
【００５０】
図２（ｂ）に示すように、固体撮像素子１の撮像画素領域１０では、シリコン基板１００におけるＺ軸方向上側の主面から一定の深さ領域に、フォトダイオード１２１および電荷転送チャネル１２２が形成されている。電荷転送チャネル１２２は、フォトダイオード１２１に対して、Ｘ軸方向に間隔をあけて配されている。そして、シリコン基板１００の表面には、ゲート酸化膜１２３が形成されている。
【００５１】
シリコン基板１００の表面上において、電荷転送チャネル１２２に対応するそれぞれの箇所には、転送電極膜１０２が紙面に対し直交する方向に延設されている。また、フォトダイオード１２１に対応する箇所には、シリコン窒化膜である反射防止膜１２０が形成されている。転送電極膜１０２の外周は、絶縁膜１２４および遮光膜１２５が順に積層形成されている。ここで、遮光膜１２５は、タングステンから構成されており、下部コンタクトホールＡのコンタクト材としてのタングステンプラグ１１１と同じ工程で形成することもできる。
【００５２】
シリコン基板１００の上方には、遮光膜１２５およびゲート絶縁膜１２３の一部を覆う状態で、層間絶縁膜１２６および下向きに凸状の層内レンズ膜１２７が積層形成されている。ここで、層間絶縁膜１２６は、ＢＰＳＧから構成されており、配線領域２０におけるＢＰＳＧ膜１０８と同一の工程で形成することができる。
【００５３】
さらに、層間絶縁膜１２６および層内レンズ膜１２７の上には、層間絶縁膜１２８および上向きに凸状の層内レンズ膜１２９が形成されている。工程の順は、先ず、層内レンズ膜１２９を形成してから、層間絶縁膜で平坦化を行うものである。ここで、層内レンズ膜１２７，１２９は、ともにプラズマＣＶＤ法を用い形成されており、その耐熱温度が６５０［℃］よりも低い膜である。なお、層内レンズ膜１２９は、配線領域２０におけるパッシベーション膜１１２と同様に、シリコン窒化膜である。
【００５４】
層間絶縁膜１２８の上には、カラーフィルタ層１３０を介して、トップレンズ膜１３１が形成されている。
なお、後述の製造方法の説明において詳細を説明するが、プラズマＣＶＤ法を用い形成され、耐熱温度が６５０［℃］よりも低い層内レンズ膜１２７，１２９は、配線領域２０における下部コンタクトホールＡ（図２（ａ）を参照）よりも積層上方に形成されている。ここで用いる「積層上方」との用語についても、上述の通り、空間認識における絶対的な「上方」を指すものではなく、積層順での上方、即ち、工程順の後で形成されることにより、積層順における「上方」であることを指すものである。
【００５５】
４．固体撮像素子１が有する優位性
本実施の形態に係る固体撮像素子１が有する優位性について、図２（ａ）および図２（ｂ）を用い説明する。
【００５６】
本実施の形態に係る固体撮像素子１では、図２（ａ）に示すように、その配線領域２０において、下部コンタクトホールＡが、コンタクト材としてチタン膜を備えず、チタン窒化アニール膜１０４およびタングステン窒化膜１０６、さらにはタングステン膜１０７を備えている。これらチタン窒化アニール膜１０４、タングステン窒化膜１０６およびタングステン膜１０７は、高融点金属膜である。また、下部コンタクトホールＡの底部には、チタンシリサイド膜１０５が形成されており、当該部分でポリシリコンからなる転送電極膜１０２と接続されているので、接触抵抗が低い。なお、下部コンタクトホールＡの底部に形成されたチタンシリサイド膜１０５は、チタンの還元作用およびシリサイド化による接触抵抗の低減を図ることができ、配線やコンタクトホールの微細化によっても、低抵抗化を図ることが可能である。
【００５７】
また、上部コンタクトホールＢでは、コンタクト材としてチタン膜を備えず、チタン窒化膜１１０およびタングステンプラグ１１１を備える。チタン窒化膜１１０およびタングステンプラグ１１１は、ともに高融点金属材料からなるものであって、アルミニウムまたはその合金からなる配線層２４に対して、金属同士であることにより接触抵抗が低い。
【００５８】
本実施の形態では、上記配線領域２０の構成より、従来と同一の接触抵抗とする場合には、コンタクトホールの形成数を低減することができるので、その分だけチップサイズの縮小を図ることもできる。
【００５９】
また、本実施の形態に係る固体撮像素子１では、下部コンタクトホールＡの底部にチタンシリサイド膜１０５を形成し、下部コンタクトホールＡおよび上部コンタクトホールＢにおいて、構成中にチタン膜を含まないので、水素などのガス雰囲気中でのアニール処理に際して、水素がトラップされるということが防止される。このため、固体撮像素子１では、製造工程においてシリコン基板１００とフィールド絶縁膜１０１およびゲート絶縁膜１２３との界面に生じたダングリングボンドを、水素雰囲気中でのアニール処理により、効果的に終端させることができ、界面準位密度の低減を確実に図ることができる。よって、本実施の形態に係る固体撮像素子１は、高い素子性能を有する。
【００６０】
また、本実施の形態に係る固体撮像素子１では、撮像画素領域１０における層内レンズ膜１２７，１２９がプラズマＣＶＤ法を用い形成され、６５０［℃］よりも低い耐熱温度であるが、配線領域２０における下部コンタクトホールＡに対して積層上方に選択的に形成されており、製造工程において、下部コンタクトホールＡの底部におけるチタンシリサイド膜１０５の形成に係るアニール処理の実行よりも後に、層内レンズ膜１２７，１２９が形成されている。このため、下部コンタクトホールＡの底部におけるチタンシリサイド膜１０５の形成に係るアニール処理によって層内レンズ膜１２７，１２９がダメージを受けることがない。具体的に、層内レンズ膜１２７，１２９には、下部コンタクトホールＡに対して積層上方に形成することにより、クラックが発生したり、剥がれが発生したり、さらには膜ストレスがかかったりすることがない。よって、固体撮像素子１では、撮像画素領域１０における層内レンズ膜１２７，１２９のダメージに起因する暗電流の増加といった問題を生じることがない。
【００６１】
以上より、本実施の形態に係る固体撮像素子１では、配線やコンタクトホールの寸法の微細化に際しても、コンタクト抵抗の低減を図ることが可能であり、且つ、暗電流の発生が少ない。
【００６２】
５．固体撮像素子１の製造方法
本実施の形態に係る固体撮像素子１の製造方法について、図３から図５を用い特徴となる部分を中心に説明する。なお、図３から図５では、（ａ）および（ｃ）において配線領域２０の対象部分を示し、（ｂ）および（ｄ）において撮像画素領域１０の対象部分を示す。
【００６３】
図３（ａ）に示すように、シリコン基板１００のＺ軸方向上面に、シリコン酸化膜であるフィールド酸化膜１０１、ポリシリコンからなる転送電極準備膜１０２０、およびシリコン酸化膜１０３０を順に積層形成する。
【００６４】
一方、図３（ｂ）に示すように、撮像画素領域１０では、ゲート絶縁膜１２３を形成した後、これを緩衝層として不純物を注入することにより、シリコン基板１００の表層部分にフォトダイオード１２１および電荷転送チャネル１２２を形成する。そして、ゲート絶縁膜１２３上であって、各電荷転送チャネル１２２の上方となる箇所に転送電極準備膜１０２０が延設される。延設された転送電極準備膜１０２０の表面は、絶縁膜１２４により覆われる。
【００６５】
次に、図３（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜１０３０に対してコンタクト孔１０３ａをあける（シリコン酸化膜１０３）。このとき、図３（ｄ）に示すように、撮像画素領域１０では、処理を進めていない。
【００６６】
図４（ａ）に示すように、シリコン酸化膜１０３上およびコンタクト孔１０３ａの側壁部および底部に対して、例えば、膜厚２０［ｎｍ］のチタン膜を形成し、これをＦＡ（Ｆｕｒｎａｃｅ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）により、６５０［℃］の温度で３０［ｍｉｎ．］以上の熱量を以ってアニール処理を行う。なお、アニール処理については、ＦＡに限らず、例えば、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を用いることもできる。これにより、チタンは、その全てがシリサイド反応および窒化により消費され、チタンとしては残らない。これより、コンタクト孔１０３ａの底部でチタンシリサイド膜１０５となり、他の部分でチタン窒化アニール膜１０４となる。
【００６７】
図４（ｂ）に示すように、シリサイド反応および窒化のためのアニール処理の際には、絶縁膜１２４よりも上方の構造部分の形成はされておらず、耐熱温度が６５０［℃］よりも低い層が含まれていない。具体的には、プラズマＣＶＤ法で形成される層内レンズ膜１２７，１２９が低い耐熱性の膜に該当するのであるが（図２（ｂ）を参照）、アニール処理の際には未だ形成されていない。よって、アニール処理により層内レンズ膜１２７，１２９などの耐熱性の低い膜がダメージを受けることがない。
【００６８】
次に、図４（ｃ）に示すように、チタン窒化アニール膜１０４上に、例えば、スパッタリング法により膜厚２５［ｎｍ］のタングステン窒化（ＷＮＸ）膜１０６を積層形成し、続いて、スパッタリング法により膜厚４０［ｎｍ］およびＣＶＤ法により膜厚５０［ｎｍ］でタングステン膜１０７を積層形成する。そして、フォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングを行い、下部コンタクトホールＡおよび高融点金属からなる中間配線層を形成する。
【００６９】
図４（ｄ）に示すように、スパッタリング法およびＣＶＤ法を用いタングステン膜１０７を形成する工程にて、絶縁膜１２４の表面を覆うように、遮光膜１２５を形成する。
次に、図５（ａ）に示すように、パターニングされたタングステン膜１０７上に、ＢＰＳＧを堆積させてリフローすることにより、ＢＰＳＧ膜１０８０を形成し、さらにその上に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜１０９０を形成する。なお、シリコン窒化膜１０９０については、レジストによる平坦化、およびその後にエッチバックを用いて平坦化することで形成される。
【００７０】
なお、本実施の形態においては、積層膜として、ＢＰＳＧ膜１０８０およびシリコン窒化膜１０９０を形成することとしたが、これ以外にもシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜などを形成することとしてもよい。また、成膜方法についても、プラズマＣＶＤ法だけでなく、常圧ＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ装置などを用いることもできる。さらに、本実施の形態においては、平坦化技術として、エッチバック法を一例として採用したが、これ以外に、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などを用いることもできる。
【００７１】
なお、図５（ｂ）に示すように、ＢＰＳＧ膜１０８０を形成する際に、層間絶縁膜１２６を形成し、また、シリコン窒化膜１０９０を形成する際に、層内レンズ膜１２７を形成する。このため、層内レンズ層１２７の形成に際しても、プラズマＣＶＤ法が用いられる。
【００７２】
次に、図５（ｃ）に示すように、ＢＰＳＧ膜１０８０およびシリコン窒化膜１０９０を挿通する複数のコンタクト孔１０９ａを形成する（ＢＰＳＧ膜１０８、シリコン窒化膜１０９）。当該コンタクト孔１０９ａは、上部コンタクトホールＢのためのものである。そして、図５（ｄ）に示すように、コンタクト孔１０９ａをあける際には、撮像画素領域１０については、そのままの状態である。
【００７３】
この後、スパッタリング法によりチタン窒化膜１１０を形成し、ＣＶＤ法によりタングステンプラグ１１１を形成し、エッチバックあるいはＣＭＰによりチタン窒化膜１１０およびタングステンプラグ１１１の平坦化を行った後、アルミニウムからなる配線２４を積層形成する（図２（ａ）を参照）。
【００７４】
なお、層間絶縁膜１２８、層内レンズ膜１２９、カラーフィルタ膜１３０、およびトップレンズ膜１３１については、配線２４を形成した後に形成される（図２（ｂ）を参照）。ここで、層内レンズ膜１２９は、例えば、シリコン窒化膜であり、パッシベーション膜としての機能を兼ね備えるものである。
【００７５】
なお、本実施の形態では、採用していないが、必要に応じて下凸だけや、上凸だけの層内レンズ膜や、層内レンズを設けず光導波路を形成することとしてもよい。
［実施の形態２］
実施の形態２に係る固体撮像素子２の構成について、図６を用い説明する。図６は、図２（ａ）に対応する模式断面図であり、以下では、上記実施の形態１との採点を主として説明する。
【００７６】
図６に示すように、本実施の形態に係る固体撮像素子２では、下部コンタクトホールＣの底部にチタンシリサイド膜１０５が形成されている点は、上記実施の形態１に係る固体撮像素子１と同様であるが、下部コンタクトホールＣに対し、そのコンタクト材としてタングステン窒化膜１４６およびタングステン膜１４７の２層が埋め込まれた形態となっている（図６の二点鎖線で囲んだ部分を参照）。即ち、本実施の形態では、製造過程において、アニール処理の実行によりチタンシリサイド膜１０５を形成した後、チタン窒化アニール膜を形成するのではなく、シリサイド未反応チタンを除去し、タングステン窒化膜１４６およびタングステン膜１４７を積層形成している。
【００７７】
本実施の形態のように、シリサイド未反応チタンを除去する場合には、工程が増加するが、シリサイド化での熱処理が不十分でチタンの全てがシリサイド反応と窒化により消費されず、僅かにチタンとして残存していたような場合にも、これを除去するので、その後に実行する水素などのガス雰囲気中でのアニール処理において、水素がトラップされるという問題を生じない。よって、本実施の形態に係る固体撮像素子２の構成を採用する場合には、上記実施の形態１に係る固体撮像素子１が有する優位性に加え、より確実にシリコン基板１００とフィールド絶縁膜１０１およびゲート絶縁膜１２３との界面準位密度の低減を図ることができる。
【００７８】
なお、チタンシリサイド膜１０５の形成から、シリサイド未反応チタンの除去までは、例えば、次のように行うことができる。
２０［ｎｍ］の膜厚で成膜されたチタン膜に対し、ＲＴＡにより６５０［℃］の温度で３０［ｓｅｃ．］のアニール処理を行う。これにより、シリサイド反応によりチタンが消費されるが、一部のチタンが消費されずに残存するので、アンモニアおよび過酸化水素の混合水溶液（アンモニア過水）に１０［ｍｉｎ．］間浸漬する。これにより、シリサイド未反応チタンは、選択的にエッチングにより除去されることになる。
【００７９】
なお、コンタクト抵抗をさらに低減したい場合には、必要に応じ、さらに９００［℃］の温度で３０［ｓｅｃ．］間のアニール処理を行い、チタンシリサイド膜１０５の結晶構造をＣ４９相からＣ５４相へと相転移させることができる。
【００８０】
本実施の形態に係る固体撮像素子２について、他の構成は上記実施の形態１に係る固体撮像素子１と同様である。そして、シリサイド未反応チタンを確実に除去している本実施の形態に係る固体撮像素子２では、水素などのガス雰囲気中でのアニール処理において、水素がチタンによりトラップされるという問題を生じることがなく、シリコン基板１００とフィールド絶縁膜１０１およびゲート絶縁膜１２３との界面準位密度を効果的に低減することができ、また、上記実施の形態１に係る固体撮像素子１が有する優位性をそのまま有する。
【００８１】
［その他の事項］
上記実施の形態１，２に係る固体撮像素子１，２では、垂直転送部２１における転送電極膜１０２に対して駆動パルスを印加するため形成されるコンタクトホールＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを一例としたが、本発明は、これ以外にも、垂直転送部２１の転送電極膜１０２の抵抗を低減するために実施されるシャント配線技術のコンタクトホールや、水平転送部２２および出力アンプ部２３のゲート電極、さらにはフローティングディフュージョンコンタクトやその他のシリコン基板とのコンタクトホールなどにも、同様に適用が可能である。
【００８２】
また、上記実施の形態１，２では、金属シリサイド膜の一例として、チタンシリサイド膜１０５を採用したが、これ以外にも、コバルトやニッケルなどの高融点金属を含むコバルトシリサイド膜あるいはニッケルシリサイド膜などを採用することもできる。
【００８３】
また、上記実施の形態１，２では、配線２４の構成材料としてアルミニウムあるいはその合金を用いることとしたが、これ以外にも、銅やその合金を用いることもできる。この場合にも、上記同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、配線やコンタクトホールの微細化に際しても、コンタクト抵抗の低減が可能であり、暗電流を低く抑制可能な固体撮像素子を実現するのに有用である。
【符号の説明】
【００８５】
１，２．固体撮像素子
１０．撮像画素領域
１１．撮像画素
２０．配線領域
２１．垂直転送部
２２．水平転送部
２３．出力アンプ部
２４．金属配線
２５．電極パッド
１００．シリコン基板
１０１．フィールド酸化膜
１０２．転送電極膜
１０３，１０３０．シリコン酸化膜
１０４．チタン窒化アニール膜
１０５．チタンシリサイド膜
１０６，１４６．タングステン窒化膜
１０７，１４７．タングステン膜
１０８，１０８０．ＢＰＳＧ膜
１０９，１０９０．シリコン窒化膜
１１０．チタン窒化膜
１１１．タングステンプラグ
１１２．パッシベーション膜
１２０．反射防止膜
１２１．フォトダイオード
１２２．電荷転送チャネル
１２３．ゲート酸化膜
１２４．絶縁膜
１２５．遮光膜
１２６，１２８．層間絶縁膜
１２７，１２９．層内レンズ膜
１３０．カラーフィルタ膜
１３１．トップレンズ膜
１０２０．転送電極準備膜
【図１】
2011238751.tif 000003
【図２】
2011238751.tif 000004
【図３】
2011238751.tif 000005
【図４】
2011238751.tif 000006
【図５】
2011238751.tif 000007
【図６】
2011238751.tif 000008
【図７】
2011238751.tif 000009