(57)【要約】【課題】暗時特性の向上と、金属層の信頼性の向上との両立が可能な固体撮像素子を提供する。【解決手段】固体撮像素子は、センサ領域と回路領域とを有する基板と、センサ領域の基板の表面に設けられた受光画素と、センサ領域に設けられた第１の配線層と、センサ領域に設けられ、第１の配線層よりも幅が広い遮光層と、遮光層の上面および下面の少なくとも一方に設けられ、遮光層の上面および下面の少なくとも一方を部分的に覆う第１の金属膜とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ領域と、回路領域とを有する基板と、
前記センサ領域の前記基板の表面に設けられた受光画素と、
前記センサ領域に設けられた第１の配線層と、
前記センサ領域に設けられ、前記第１の配線層よりも幅が広い遮光層と、
前記遮光層の上面および下面の少なくとも一方に設けられ、前記上面および前記下面の少なくとも一方を部分的に覆う第１の金属膜と、
を備えた固体撮像素子。
【請求項２】
前記回路領域に設けられた第２の配線層と、
前記第２の配線層の上面および下面の少なくとも一方に設けられた第２の金属膜と、
をさらに備えた請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第２の金属膜は、前記第２の配線層の前記上面および前記下面の少なくとも一方の全面を覆っている請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第２の配線層と前記遮光層は、同じ高さのレイヤーに設けられている請求項２または３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第１の金属膜と前記第２の金属膜は同種の膜である請求項２〜４のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記遮光層を覆う絶縁膜をさらに備え、
前記絶縁膜は、水素を含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記第１の配線層および前記遮光層はアルミニウムを含み、前記第１の金属膜はチタンを含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記基板は、シリコン基板である請求項１〜７のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子における受光画素を含むセンサ領域の配線層の表面にバリアメタル膜を設けた構造が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１８７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、暗時特性の向上と、金属層の信頼性の向上との両立が可能な固体撮像素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、固体撮像素子は、センサ領域と、回路領域とを有する基板と、前記センサ領域の前記基板の表面に設けられた受光画素と、前記センサ領域に設けられた第１の配線層と、前記センサ領域に設けられ、前記第１の配線層よりも幅が広い遮光層と、前記遮光層の上面および下面の少なくとも一方に設けられ、前記上面および前記下面の少なくとも一方を部分的に覆う第１の金属膜と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施形態の固体撮像素子の模式的な平面レイアウト図。
【図２】本発明の実施形態の固体撮像素子におけるセンサ領域の模式断面図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の固体撮像素子における配線層上のバリアメタル膜の模式平面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態の固体撮像素子におけるセンサ領域の遮光層上のバリアメタル膜の模式平面図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態の固体撮像素子におけるセンサ領域の遮光層上のバリアメタル膜の模式平面図。
【図６】本発明の実施形態の固体撮像素子における回路領域の模式断面図。
【図７】本発明の実施形態の固体撮像素子におけるセンサ領域の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【０００８】
図１は、本発明の実施形態の固体撮像素子１の模式的な平面レイアウト図である。
【０００９】
固体撮像素子１は、センサ領域１０と回路領域２０とを有する。センサ領域１０および回路領域２０は、同じ基板上に形成されている。
【００１０】
センサ領域１０には、複数の受光画素１１と電荷転送部１２が形成されている。受光画素１１は、光電変換部を含む。電荷転送部１２は、電荷転送トランジスタを含む。実施形態の固体撮像素子１は、例えばリニアセンサであり、複数の受光画素１１が一方向に並んだ画素列を有する。
【００１１】
回路領域２０には、センサ領域１０の動作を制御するロジック回路が形成されている。ロジック回路は、例えばＭＯＳトランジスタを含む。
【００１２】
図２は、固体撮像素子１におけるセンサ領域１０の模式断面図である。
【００１３】
センサ領域１０の基板７１の表面に受光画素１１が形成されている。基板７１は、例えばシリコン基板である。受光画素１１は、例えばＮ型シリコンとＰ型シリコンとのＰＮ接合を含む。
【００１４】
基板７１の表面に、絶縁膜７２が形成されている。絶縁膜７２は、例えばシリコン酸化膜である。
【００１５】
受光画素１１に近接する領域の絶縁膜７２上に、電荷転送用トランジスタのゲート電極７３が設けられている。
【００１６】
絶縁膜７２上には、ゲート電極７３を覆うように、層間絶縁膜３１が設けられている。層間絶縁膜３１上には、例えば複数層の配線層４１、４２が設けられている。配線層４１と配線層４２との間に、層間絶縁膜３２が設けられている。
【００１７】
配線層４２上に、遮光層４３が設けられている。配線層４２と遮光層４３との間に、層間絶縁膜３３が設けられている。遮光層４３は、配線層４１および配線層４２のそれぞれよりも幅が広い、または面積が広い。
【００１８】
遮光層４３上に絶縁膜３４が設けられ、遮光層４３は絶縁膜３４で覆われている。
【００１９】
層間絶縁膜３１〜３３および絶縁膜３４は、例えばシリコン酸化膜である。層間絶縁膜３１〜３３および絶縁膜３４は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）で形成され、そのときのソースガスに起因して、層間絶縁膜３１〜３３および絶縁膜３４は水素を含む。
【００２０】
配線層４１、４２および遮光層４３は、金属層であり、例えばアルミニウムを主成分に含む。
【００２１】
配線層４１および配線層４２のそれぞれの上面および下面には、バリアメタル膜５１が設けられている。
【００２２】
図３（ａ）は、配線層４１（４２）および配線層４１（４２）上のバリアメタル膜５１の模式平面図である。
【００２３】
バリアメタル膜５１は、配線層４１の上面のすべて、および下面のすべてを覆っている。バリアメタル膜５１は、配線層４２の上面のすべて、および下面のすべてを覆っている。
【００２４】
遮光層４３の上面にもバリアメタル膜５１が設けられている。このバリアメタル膜５１は、遮光層４３の上面を部分的に覆っている。すなわち、遮光層４３の上面に設けられたバリアメタル膜５１は、遮光層４３の上面を覆う部分と、遮光層４３の上面を覆わない部分（開口部）とを有する。
【００２５】
図４（ａ）〜図５（ｃ）は、遮光層４３、および遮光層４３上のバリアメタル膜５１の模式平面図である。
【００２６】
図４（ａ）に示す例では、バリアメタル膜５１は格子状パターンで形成されている。  
図４（ｂ）に示す例では、遮光層４３の上面におけるバリアメタル膜５１が設けられていない部分が格子状パターンで形成されている。  
図４（ｃ）および図５（ａ）に示す例では、バリアメタル膜５１、および遮光層４３の上面におけるバリアメタル膜５１が設けられていない部分が、チェックパターンで形成されている。  
図５（ｂ）および（ｃ）に示す例では、バリアメタル膜５１、および遮光層４３の上面におけるバリアメタル膜５１が設けられていない部分が、スリットパターンで形成されている。
【００２７】
バリアメタル膜５１は、配線層４１、４２および遮光層４３の金属層とは異なる材料の金属膜であり、例えばチタンを含む。
【００２８】
図６は、実施形態の固体撮像素子１における回路領域２０の模式断面図である。
【００２９】
回路領域２０の基板７１の表面に受光画素は形成されていない。基板７１の表面に絶縁膜７２が形成され、その絶縁膜７２上に、複数層の配線層４４〜４６および複数層の層間絶縁膜３５〜３７が設けられている。
【００３０】
最上層の配線層４６上に絶縁膜３８が設けられ、その配線層４６は絶縁膜３８で覆われている。
【００３１】
層間絶縁膜３５〜３７および絶縁膜３８は、例えばシリコン酸化膜である。配線層４４〜４６は、金属層であり、例えばアルミニウムを主成分に含む。
【００３２】
配線層４４、４５のそれぞれの上面および下面には、バリアメタル膜５１が設けられている。バリアメタル膜５１は、配線層４４の上面のすべて、および下面のすべてを覆っている。バリアメタル膜５１は、配線層４５の上面のすべて、および下面のすべてを覆っている。
【００３３】
最上層の配線層４６の上面にバリアメタル膜５１が設けられ、バリアメタル膜５１は配線層４６の上面のすべてを覆っている。
【００３４】
図３（ｂ）は、回路領域２０における最上層の配線層４６、およびその配線層４６上のバリアメタル膜５１の模式平面図である。
【００３５】
回路領域２０における他の配線層４４、４５、およびその配線層４４、４５上のバリアメタル膜５１の平面図は、図３（ａ）と同様である。
【００３６】
センサ領域１０の配線層４１と回路領域２０の配線層４４は同種材料で同時に形成され、センサ領域１０の配線層４１と回路領域２０の配線層４４は同じ高さのレイヤーに設けられる。
【００３７】
センサ領域１０の配線層４１の下面に設けられたバリアメタル膜５１と、回路領域２０の配線層４４の下面に設けられたバリアメタル膜５１も同種材料で同時に形成される。センサ領域１０の配線層４１の上面に設けられたバリアメタル膜５１と、回路領域２０の配線層４４の上面に設けられたバリアメタル膜５１も同種材料で同時に形成される。
【００３８】
センサ領域１０の配線層４２と回路領域２０の配線層４５は同種材料で同時に形成され、センサ領域１０の配線層４２と回路領域２０の配線層４５は同じ高さのレイヤーに設けられる。
【００３９】
センサ領域１０の配線層４２の下面に設けられたバリアメタル膜５１と、回路領域２０の配線層４５の下面に設けられたバリアメタル膜５１も同種材料で同時に形成される。センサ領域１０の配線層４２の上面に設けられたバリアメタル膜５１と、回路領域２０の配線層４５の上面に設けられたバリアメタル膜５１も同種材料で同時に形成される。
【００４０】
センサ領域１０の遮光層４３と回路領域２０の最上層の配線層４６は同種材料で同時に形成され、センサ領域１０の遮光層４３と回路領域２０の配線層４６は同じ高さのレイヤーに設けられる。
【００４１】
センサ領域１０の遮光層４３の上面に設けられたバリアメタル膜５１と、回路領域２０の配線層４６の上面に設けられたバリアメタル膜５１も同種材料で同時に形成される。その後、センサ領域１０の遮光層４３の上面に設けられたバリアメタル膜５１はパターン加工される。
【００４２】
バリアメタル膜５１は、配線層４１、４２、４４、４５、４６の熱ストレスによる部分的な消失（ボイド）等を抑制し、配線層４１、４２、４４、４５、４６の信頼性を高める。バリアメタル膜５１を設けることで、バリアメタル膜５１を設けない場合よりも配線層４１、４２、４４、４５、４６の幅を小さくでき、微細配線が可能となる。
【００４３】
遮光層４３に比べて幅が狭い配線層４１、４２、４４、４５、４６の上面および下面の少なくとも一方のすべての面をバリアメタル膜５１で覆うことで、微細配線の信頼性を高めることができる。
【００４４】
ただし、バリアメタル膜５１は、基板７１への水素イオン（Ｈ＋）の供給を阻害し得る。基板（シリコン基板）７１と絶縁膜７２との界面において、シリコン原子（Ｓｉ）をＨ＋で終端させないとＳｉのダングリングボンドが生じる。そのダングリングボンドに電子がトラップされると、電荷転送動作時にその電子が暗電流として流れ、暗時特性を低下させる原因となり得る。
【００４５】
実施形態によれば、センサ領域１０の遮光層４３には部分的にバリアメタル膜５１を設けるため、成膜プロセスに起因して絶縁膜３４中に取り込まれた水素が、その後の熱工程で、バリアメタル膜５１が設けられていない部分を抜けて基板７１の表面に拡散しやすくなる。
【００４６】
そのため、シリコン基板７１のダングリングボンドへ十分な量のＨ＋を供給でき、ダングリングボンドへの電子のトラップを抑制し、暗時特性を向上させることができる。また、遮光層４３には部分的にバリアメタル膜５１が設けられるため、バリアメタル膜５１をまったく設けない場合に比べて遮光層４３の信頼性を高めることができる。
【００４７】
このように実施形態によれば、暗時特性の向上と、配線層４１〜４２、４４〜４６および遮光層４３の信頼性の向上との両立が可能となる。
【００４８】
図７は、実施形態の固体撮像素子におけるセンサ領域１０の他の例の模式断面図である。
【００４９】
この例では、センサ領域１０の遮光層４３の下面にも部分的にバリアメタル膜５１を設けている。遮光層４３の上面に設けたバリアメタル膜５１と、遮光層４３の下面に設けたバリアメタル膜５１との上下方向で重なる領域を小さくすることで、水素が絶縁膜３４から遮光層４３を抜けて基板７１に拡散しやすくなる。
【００５０】
回路領域２０の最上層の配線層４６の下面にもバリアメタル膜５１を設けてもよい。また、センサ領域１０の遮光層４３は、配線層４１と配線層４２との間に配置されてもよい。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１…固体撮像素子、１０…センサ領域、１１…受光画素、１２…電荷転送部、２０…回路領域、４１〜４２，４４〜４６…配線層、４３…遮光層、５１…バリアメタル膜、７１…基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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