(57)【要約】【課題】配線層に銅配線を用いた場合に必要となる拡散防止膜やハードマスク層によって生じる光電変換素子への入射光の減衰を防止し、感度や画質等の特性を向上する。【解決手段】ＭＯＳトランジスタ等を形成した非光電変換領域３００Ｂには、銅配線による第１配線層３０６Ｂの上層に拡散防止膜３０７が形成され、同じく銅配線による配線層３１０Ｂの上層に拡散防止膜３１２が形成されている。また、第２層間絶縁膜３０８の上にエッチングストッパ用のハードマスク層３０９が形成されている。一方、フォトダイオード３０４を形成した光電変換領域３００Ａでは、拡散防止膜３０７、３１２やハードマスク層３０９が除去され、フォトダイオード３０４の光学特性を向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子において、
前記配線層は、少なくとも一部に銅配線を有するとともに、前記銅配線の上面を覆う拡散防止膜を有し、
さらに前記拡散防止膜が少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口している、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記銅配線は、配線溝への銅の埋め込みにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記配線層の下から１層目の接続部にタングステン金属を用い、その上層配線の少なくとも一部に銅金属を用いることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記拡散防止膜が炭化シリコンよりなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記拡散防止膜が窒化シリコンよりなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記配線層が層間絶縁膜を介して複数の層に形成され、前記層間絶縁膜がｌｏｗ−ｋ材料よりなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項７】
半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子において、
前記配線層は、少なくとも一部に銅配線を有するとともに、前記銅配線が配置される配線溝形成用のエッチングストッパとなるハードマスク層を有し、
さらに前記ハードマスク層が少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口している、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項８】
前記銅配線は、配線溝への銅の埋め込みにより形成されていることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記配線層の下から１層目の接続部にタングステン金属を用い、その上層配線の少なくとも一部に銅金属を用いることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記エッチングストッパ層が炭化シリコンよりなることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記エッチングストッパ層が窒化シリコンよりなることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記配線層が層間絶縁膜を介して複数の層に形成され、前記層間絶縁膜がｌｏｗ−ｋ材料よりなることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子において、
前記配線層は、少なくとも一部に銅配線を有するとともに、前記銅配線の上面を覆う拡散防止膜と、前記銅配線が配置される配線溝形成用のエッチングストッパとなるハードマスク層を有し、
さらに前記拡散防止膜およびハードマスク層が少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口している、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１４】
半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子の製造方法において、
前記配線層の少なくとも一部に銅配線を用いるとともに、前記銅配線の上面を覆う拡散防止膜を形成し、
さらに前記拡散防止膜を少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去する、
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
前記銅配線を配線溝への銅の埋め込みにより形成することを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
前記配線層の下から１層目の接続部にタングステン金属を用い、その上層配線の少なくとも一部に銅金属を用いることを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
前記拡散防止膜を炭化シリコンより形成することを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
前記拡散防止膜を窒化シリコンより形成することを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
前記配線層を層間絶縁膜を介して複数の層に形成し、前記層間絶縁膜をｌｏｗ−ｋ材料より形成することを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子の製造方法において、
前記配線層の少なくとも一部に銅配線を用いるとともに、前記銅配線を配置する配線溝をエッチングストッパとなるハードマスク層を用いて形成し、
さらに前記ハードマスク層を少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去する、
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項２１】
前記銅配線は、配線溝への埋め込みにより形成されていることを特徴とする請求項２０記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２２】
前記配線層の下から１層目の接続部にタングステン金属を用い、その上層配線の少なくとも一部に銅金属を用いることを特徴とする請求項２０記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２３】
前記エッチングストッパ層を炭化シリコンより形成することを特徴とする請求項２０記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２４】
前記エッチングストッパ層が窒化シリコンより形成することを特徴とする請求項２０記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２５】
前記配線層が層間絶縁膜を介して複数の層に形成され、前記層間絶縁膜がｌｏｗ−ｋ材料よりなることを特徴とする請求項２０記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２６】
半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子の製造方法において、
前記配線層の少なくとも一部に銅配線を用いるとともに、前記銅配線の上面を覆う拡散防止膜と、前記銅配線を配置する配線溝をエッチングストッパとなるハードマスク層を用いて形成し、
さらに前記拡散防止膜およびハードマスク層を少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去する、
ことを特徴とする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、半導体基板に光電変換素子やその読み出し回路を設けたＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子に関し、特にその配線材料に銅を用いた固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＯＳプロセスの微細化技術の進展に伴い、ＣＭＯＳ型イメージセンサが再び注目されている。
ＣＭＯＳ型イメージセンサの特徴としては、多数の光電変換素子で構成される撮像画素領域と、その周辺のロジック回路部及びメモリ回路部を同一プロセスで形成可能であるため、比較的、同一チップへの高集積化が可能であるが、いかに撮像素子としての画質性能を損なわずに多機能の回路を混載していくかが課題となっている。
【０００３】
そして、微細化されたＭＯＳプロセスの１つの鍵となる技術として、素子の配線材料に、従来のアルミニウム配線に代えて銅配線を用いることが提案されている。
すなわち、銅は、アルミニウムよりも抵抗率が小さいため、配線ピッチを小さくできる。
しかし、その一方で、銅のエッチング技術が確立されていない現在において、銅を配線材料として適用するためには、金属等の導電体を埋め込み、その後、ＣＭＰ（化学機械研磨法）による研磨で配線及び接続孔を同時に形成するデュアルダマシンプロセスを採用することが不可欠である。
以下、従来例として、撮像領域を含まない通常のＭＯＳプロセス（ロジック回路）の銅配線を用いた場合の多層配線の形成プロセスにおける特にデュアルダマシンの形成プロセスについて説明する。
【０００４】
図１０〜図１３は、第１の従来例によるＭＯＳプロセスの各工程を示す断面図である。
まず、図１０（Ａ）において、シリコン基板１００にＭＯＳトランジスタを形成する。
これは、まずシリコン基板１００上に素子分離領域１０１を形成し、次いで、シリコン基板１００中に所定のウエル領域（図示せず）を形成する。
次いで、このシリコン基板１００上にゲート絶縁膜、ゲート電極を含むゲート電極部１０２を形成した後、イオン注入と熱処理により例えばＬＤＤ（Lightly Doped Drain ）構造を有する高濃度拡散層領域１０３を形成する。
そして、その上層に層間絶縁膜１０４を形成することにより、下地ＭＯＳトランジスタ領域を完成する。
【０００５】
次に、図１０（Ｂ）において、ＭＯＳトランジスタ形成領域と接する部分の第１接続孔１０５Ａを開口し、次いで、この開口された接続孔１０５Ａに窒化チタンを含むバリアメタル層及びタングステン電極層を埋め込み、第１接続部１０５を形成する。
次いで、図１０（Ｃ）に示すように、第１配線間絶縁膜１０６を形成する。
この配線間絶縁膜１０６には、ここでは、例えば、酸化シリコン膜、あるいは、低誘電率化のためのフッ素添加酸化シリコン膜を用いるが、一般にｌｏｗ−ｋ膜と呼ばれるような、さらなる低誘電率材料膜を用いても良い。
次いで、図１０（Ｄ）に示すように、前述した第１配線間絶縁膜１０６をパターンニングとエッチングによって加工し、後の銅配線となる部分に第１配線溝１０６Ａを開口する。
【０００６】
次いで、図１１（Ｅ）に示すように、バリアメタル１０７及び銅１０８を前述した第１配線溝１０６Ａに埋め込む。
この後、図１１（Ｆ）に示すように、ＣＭＰにより余剰な銅及びバリアメタルを研磨することで、バリアメタル１０７及び銅１０８による第１配線層１０６Ｂを形成する。
次いで、図１１（Ｇ）に示すように、第１配線層１０６Ｂの上層に銅配線を保護するための拡散防止膜１０９を成膜することにより、第１配線層１０６Ｂ及び第１接続部１０５が完成される。
ここで、拡散防止膜１０９は、例えば窒化シリコン膜、あるいは炭化シリコン膜等を用いるが、これに限るものではない。
また、この第１従来例においては、第１配線層１０６Ｂの配線のみを銅の埋め込みと研磨によるシングルダマシンプロセスで形成したが、第１接続部１０５と第１配線層１０６Ｂとを、銅の埋め込みと研磨によって同時に形成するデュアルダマシンプロセスを用いても良い。
【０００７】
次いで、図１１（Ｈ）に示すように、第１配線層１０６Ｂの上層に層間絶縁膜１１０を成膜する。なお、この層間絶縁膜１１０も、上述した第１配線間絶縁膜１０６と同様に、例えば、酸化シリコン膜、あるいは低誘電率化のためのフッ素添加酸化シリコン膜を用いるが、一般にｌｏｗ−ｋ膜と呼ばれるような、さらなる低誘電率材料膜を用いても良い。
次いで、この層間絶縁膜１１０に、図１２（Ｉ）に示すように、第２接続孔１１１となる部分をパターンニングとエッチングにより開口し、さらに図１２（Ｊ）に示すように、第２銅配線となる部分をパターンニングとエッチングにより開口する。
次に、図１２（Ｋ）に示すように、バリアメタル１１１Ａと銅１１１Ｂを埋め込みにより成膜し、図１３（Ｌ）に示すように、余剰な銅及びバリアメタルを研磨により除去する。
次いで、図１３（Ｍ）に示すように、銅配線を保護するための拡散防止膜１１２を成膜することで、第２接続部１１３及び第２配線層１１４を完成する。
この後、以上のようなデュアルダマシンプロセス（図１１（Ｈ）〜図１３（Ｍ））を所望の回数だけ繰り返すことにより、多層配線を有した半導体装置が形成される。
【０００８】
図１４〜図１６は、第２の従来例によるＭＯＳプロセスの各工程を示す断面図である。
ここでは、デュアルダマシンプロセスの部分のみを示しており、ＭＯＳトランジスタ領域の形成は上述した第１の従来例と同様であるものとし、説明は省略する。
まず、シリコン基板２００にＭＯＳトランジスタを形成した後、図１４（Ａ）に示すように、配線間絶縁膜２００中にシングルダマシン法により第１配線層１０１を形成する。ここで配線材料に銅を用い、その拡散防止膜２０２として例えばＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を用いる。
そして、この保護膜２０２上に、例えば、絶縁膜２０３を成膜する。この絶縁膜２０３には、例えば、低誘電率絶縁膜としてＳｉＯ2 膜（シリコン酸化膜）を成膜するが、これには限らない。ここで、形成する膜は、後の接続孔を形成するための絶縁膜となるため、膜厚は接続孔の深さに対応したものとなる。
【０００９】
次いで、この絶縁膜２０３上に接続孔を形成するためのハードマスク（エッチングストッパ）となる無機膜２０４を成膜する。このハードマスクとなる無機膜は、例えばＳｉＮ膜を用いるが、これには限らない。
次いで、図１４（Ｂ）に示すように、レジスト２０５を成膜し、接続孔をパターンニングし、図１４（Ｃ）に示すように、レジスト２０５をマスクとして下層の無機膜２０４をエッチングし、アッシング及び洗浄によりマスクとして用いたレジスト２０５を剥離する。
次いで図１４（Ｄ）に示すように、配線間絶縁膜となる絶縁膜２０６を成膜する。この絶縁膜２０６には例えば低誘電率絶縁膜、例えば、ＳｉＯ2 を用いるが、これには限らない。
次いで、図１５（Ｅ）に示すように、レジスト２０７を成膜し、配線をパターンニングし、図１５（Ｆ）に示すように、このパターンニングされたレジスト２０７をマスクとして層間絶縁膜２０６をエッチングし、配線のための溝２０６Ａを形成する。
【００１０】
次いで、図１５（Ｇ）に示すように、さらに連続して、このレジスト２０７と接続孔がパターンニングされた無機膜２０４とをハードマスクとして、絶縁膜２０３をエッチングし、接続孔２０３Ａを形成する。
次いで、図１５（Ｈ）に示すように、この接続孔２０３Ａの底部の拡散防止膜２０２をエッチングする。
次いで、図１６（Ｉ）に示すように、バリアメタル及び銅を接続孔２０３Ａ及び配線溝２０６Ａに埋め込み、ＣＭＰにより余剰な銅及びバリアメタルを研磨することで、配線２０６Ｂと接続部２０３Ｂを完成する。
そして、図１６（Ｊ）に示すように、拡散防止膜２０８を成膜することで配線及び接続部が同時に完成する。
この後、以上のようなデュアルダマシンプロセス（図１４（Ａ）〜図１６（Ｊ））を所望の回数だけ繰り返すことにより、多層配線を有した半導体装置が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述のような従来例において、銅の拡散を防止するための保護膜が、接続孔の開口部では除去されるものの、それ以外の部分では残ってしまうことになる。
また、接続孔を開口するためのハードマスクも同様に、接続孔の開口部では除去されるものの、それ以外の部分では残ってしまうことになる。
しかしながら、このように多層配線層において、余分な拡散防止膜やハードマスクが光電変換素子の上層の残ると、その分、光の透過経路における配線層の膜厚が大きくなったり、光の透過率が低下することになり、光電変換素子に対する受光効率が悪くなり、感度の低下等を招くという問題がある。
【００１２】
そこで本発明の目的は、銅配線を用いた場合に必要となる拡散防止膜やハードマスク層によって生じる光電変換素子への入射光の減衰を防止でき、感度や画質等の特性を向上できる固体撮像素子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】
【００１３】
本発明は前記目的を達成するため、半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子において、前記配線層は、少なくとも一部に銅配線を有するとともに、前記銅配線の上面を覆う拡散防止膜を有し、さらに前記拡散防止膜が少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口していることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子において、前記配線層は、少なくとも一部に銅配線を有するとともに、前記銅配線が配置される配線溝形成用のエッチングストッパとなるハードマスク層を有し、さらに前記ハードマスク層が少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口していることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子の製造方法において、前記配線層の少なくとも一部に銅配線を用いるとともに、前記銅配線の上面を覆う拡散防止膜を形成し、さらに前記拡散防止膜を少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去することを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子の製造方法において、前記配線層の少なくとも一部に銅配線を用いるとともに、前記銅配線を配置する配線溝をエッチングストッパとなるハードマスク層を用いて形成し、さらに前記ハードマスク層を少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の固体撮像素子およびその製造方法では、銅配線の上面を覆う拡散防止膜を設けた配線層において、この拡散防止膜が光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去され、開口しているため、光電変換素子への光の入射が拡散防止膜の影響を受けず、感度等の特性を向上できる。
また、本発明の固体撮像素子およびその製造方法では、銅配線形成用の配線溝をエッチングストッパとなるハードマスク層を用いて形成した配線層において、このハードマスク層が光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去され、開口しているため、光電変換素子への光の入射がハードマスク層の影響を受けず、感度等の特性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による固体撮像素子およびその製造方法の実施の形態例について説明する。
本実施の形態例は、ＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子において、配線に銅を用いたデュアルダマシンプロセスを用いる場合に、光電変換素子の上部領域から銅の拡散防止膜とデュアルダマシン形成のためのハードマスクとを除去することにより、光電変換素子に対する光学効率を高め、感度や画質の向上を図るようにしたものである。
【００１９】
図１〜図９は、本発明の実施の形態例によるＭＯＳプロセスの各工程を示す断面図である。
なお、以下の説明では、半導体基板中に入射した光を信号電荷に変換することを目的する箇所（すなわち光電変換素子の受光面）を光電変換領域とし、また、それ以外の部分、例えば、ロジック回路、アナログ回路、メモリ回路等の各素子を配置した領域を非光電変換領域として説明する。
まず、図１（Ａ）では、シリコン基板３００の非光電変換領域３００Ｂの少なくとも一部に所定のＭＯＳトランジスタを形成し、光電変換領域３００Ａに光電変換素子としてのフォトダイオード３０４を形成する。
これは、まずシリコン基板３００上に素子分離領域３０１を形成し、次いで、シリコン基板３００中に所定のウエル領域（図示せず）を形成する。
次いで、このシリコン基板３００上にゲート絶縁膜、ゲート電極を含むゲート電極部３０２を形成した後、イオン注入と熱処理により例えばＬＤＤ（Lightly Doped Drain ）構造を有する高濃度拡散層領域３０３を形成する。
【００２０】
次いで、光電変換領域３００Ａ側でシリコン基板３００の上面からイオン注入等を行うことによってフォトダイオード３０４を形成するが、フォトダイオード３０４の構造は図では省略している。なお、フォトダイオードは埋め込み型であってもよい。
そして、その上層に第１層間絶縁膜３０５を形成することにより、下地ＭＯＳトランジスタ領域を形成する。なお、第１層間絶縁膜３０５には、例えば、ＳｉＯ2 やｌｏｗ−ｋ材料を用いるが、それには限らない。
【００２１】
次いで、図１（Ｂ）に示すように、ＭＯＳトランジスタの各領域に対応して接続孔をパターンニングし、エッチングすることで、接続孔を開口する。そして、開口された接続孔に、例えばバリアメタルと電極材料を埋め込むことで、接続部３０５Ａ、３０５Ｂを形成する。例えば、バリアメタルには窒化チタンを、電極材料にはタングステンを用いるが、それには限らない。
次いで、図１（Ｃ）に示すように、第１配線間絶縁膜３０６を形成する。この配線間絶縁膜３０６には、ここでは、例えば、ＳｉＯ2 等の低誘電率材料膜を用いるが、それには限らない。
次いで、図２（Ｄ）に示すように、第１配線間絶縁膜３０６をパターンニングとエッチングによって加工し、後の銅配線となる部分に第１配線溝３０６Ａを開口する。
【００２２】
次いで、図２（Ｅ）に示すように、バリアメタル及び銅の層を成膜して第１配線溝３０６Ａに埋め込み、図３（Ｆ）に示すように、ＣＭＰにより余剰な銅及びバリアメタルを研磨することで、バリアメタル及び銅による第１配線層３０６Ｂを形成する。なお、バリアメタルとしては例えば窒化タンタルを用い、配線材料には銅を用いるが、これには限るものではない。
次いで、図３（Ｇ）に示すように、第１配線層３０６Ｂの上層に銅配線を保護するための拡散防止膜３０７を成膜することにより、第１配線層３０６Ｂ及び第１接続部３０５Ａ、３０５Ｂが完成される。
ここで、拡散防止膜３０７は、例えば窒化シリコン膜、あるいは炭化シリコン膜等を用いるが、これに限るものではない。
【００２３】
次いで、図４（Ｈ）に示すように、非光電変換領域３００Ｂ側にレジストマスク３１８をパターンニングし、図４（Ｉ）に示すように、このレジストマスク３１８をマスクとして光電変換領域３００Ａ側の拡散防止膜３０７をエッチングにより除去する。次にアッシング等によりレジストマスク３１８を除去する。
なお、拡散防止膜３０７を除去する領域は、光電変換領域３００Ａ全体でなくともよく、フォトダイオードの受光量域だけを選択的に除去するようにしてもよい。
次いで、図５（Ｊ）に示すように第２層間絶縁膜３０８を成膜し、次いで、接続孔のエッチングストッパ用のハードマスク層３０９を成膜する。
なお、第２層間絶縁膜としては、例えば、ＳｉＯ2 やｌｏｗ−ｋ材料等の低誘電率絶縁膜を用いるが、それらに限らない。また、接続孔のハードマスク層３０９としては、窒化シリコンや炭化シリコンを用いるが、それらに限らない。
【００２４】
次いで、図５（Ｋ）に示すように、ハードマスク層３０９の第２接続孔３０９Ａとなる箇所にパターンニングし、エッチングすることで、ハードマスク層３０９を完成する。
次いで、図では省略しているが、拡散防止膜３０７の場合と同様に、非光電変換領域３００Ｂ側にレジストマスクをパターンニングし、このレジストマスクをマスクとして光電変換領域３００Ａ側のハードマスク層３０９をエッチングにより除去する。次にアッシング等によりレジストマスクを除去する。
なお、ハードマスク層３０９を除去する領域は、光電変換領域３００Ａ全体でなくともよく、フォトダイオードの受光量域だけを選択的に除去するようにしてもよい。また、このようなハードマスク層３０９に対する第２接続孔３０９Ａの開口と、光電変換領域３００Ａ上のハードマスク層３０９の除去とを同時に行っても良い。
【００２５】
次いで、図６（Ｌ）に示すように、第２配線間絶縁膜３１０を成膜する。この第２配線間絶縁膜としては、例えば、ＳｉＯ2 等の低誘電率絶縁膜を用いるが、それに限らない。
次いで、図６（Ｍ）に示すように、第２配線を形成するためのレジストマスク３１１をパターンニングし、次に、図７（Ｎ）に示すように、パターン３１１をマスクとして第２配線間絶縁膜３１０をエッチングし、次いで、接続孔３０９Ａが開口されたハードマスク層３０９をマスクとして、第２層間絶縁膜３０８、拡散防止膜３０７をエッチングすることで、接続孔３０８Ａと配線溝３１０Ａを形成する。
この後、図７（Ｏ）に示すように、レジストマスク３１１をアッシングと洗浄により除去する。
【００２６】
次いで、図８（Ｐ）に示すように、バリアメタル、配線電極材料を成膜することにより、接続部３０８Ｂと配線３１０Ｂを形成する。バリアメタルとしては窒化タンタル等を用い、配線電極材料には銅を用いるが、それらに限らない。次いで、研磨により余剰なバリアメタルと配線電極材料を除去する。
次に、図８（Ｑ）に示すように、拡散防止膜３１２を成膜する。なお、この拡散防止膜としては、例えば、窒化シリコン、炭化シリコンを用いるが、これに限らない。
この後、図９（Ｒ）に示すように、拡散防止膜３０７の場合と同様に、非光電変換領域３００Ｂ側にレジストマスク３１３をパターンニングし、図９（Ｓ）に示すように、このレジストマスク３１３をマスクとして光電変換領域３００Ａ側の拡散防止膜３１２をエッチングにより除去する。次にアッシング等によりレジストマスク３１３を除去する。
なお、拡散防止膜３１２を除去する領域は、光電変換領域３００Ａ全体でなくともよく、フォトダイオードの受光量域だけを選択的に除去するようにしてもよい。
この後、以上のデュアルダマシンプロセス（図５（Ｊ）〜図９（Ｓ））を所望の回数だけ繰り返すことにより、多層配線を形成する。
【００２７】
以上のように、本例では、光電変換領域３００Ａで、拡散防止膜３０７、３１２やハードマスク３０９を除去した層構造とすることにより、光学特性に優れた個体撮像素子を形成できる。
なお、拡散防止膜およびハードマスクのいずれか一方を除去した構成についても一定の効果を得ることができ、本発明の範囲に含まれるものとする。
また、本発明は、ＭＯＳ型イメージセンサに限定されず、他の固体撮像素子に広く適用し得るものである。
【００２８】
以上説明したように本発明の固体撮像素子によれば、銅配線の上面を覆う拡散防止膜を設けた配線層において、この拡散防止膜が光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口しているため、光電変換素子への光の入射が拡散防止膜の影響を受けず、感度や画質等の特性を向上できる。
また、本発明の固体撮像素子によれば、銅配線形成用の配線溝をエッチングストッパとなるハードマスク層を用いて形成した配線層において、このハードマスク層が光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口しているため、光電変換素子への光の入射がハードマスク層の影響を受けず、感度や画質等の特性を向上できる。
【００２９】
また、本発明の製造方法によれば、銅配線の上面を覆う拡散防止膜を設ける場合に、この拡散防止膜を光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去するため、光電変換素子への光の入射が拡散防止膜の影響を受けず、感度や画質等の特性を向上できる。
また、本発明の製造方法によれば、銅配線形成用の配線溝をエッチングストッパとなるハードマスク層を用いて形成する場合に、このハードマスク層を光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去するため、光電変換素子への光の入射がハードマスク層の影響を受けず、感度や画質等の特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１０】第１の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１１】第１の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１２】第１の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１３】第１の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１４】第２の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１５】第２の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１６】第２の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
３００……シリコン基板、３０１……素子分離領域、３０２……ゲート電極部、３０３……高濃度拡散層領域、３０４……フォトダイオード、３０５……第１層間絶縁膜、３０５Ａ、３０５Ｂ……第１接続部、３０６……第１配線間絶縁膜、３０６Ａ……第１配線溝、３０６Ｂ……第１配線層、３０７、３１２……拡散防止膜、３０８……第２層間絶縁膜、３０８Ａ……第２接続孔、３０８Ｂ……第２接続部、３０９……ハードマスク層、３０９Ａ……第２接続孔、３１０……第２配線間絶縁膜、３１０Ａ……第２配線溝、３１０Ｂ……第２配線層。
【図１】
2008199059.tif 000003
【図２】
2008199059.tif 000004
【図３】
2008199059.tif 000005
【図４】
2008199059.tif 000006
【図５】
2008199059.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008199059.tif 000009
【図８】
2008199059.tif 000010
【図９】
2008199059.tif 000011
【図１０】
2008199059.tif 000012
【図１１】
2008199059.tif 000013
【図１２】
2008199059.tif 000014
【図１３】
2008199059.tif 000015
【図１４】
2008199059.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2008199059.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月30日(2008.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子において、
前記半導体基板上に設けられる層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成され、前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口した拡散防止機能を有するハードマスク層と、
前記ハードマスク層上に形成された配線間絶縁膜と、
前記配線間絶縁膜に形成された配線溝と、
前記ハードマスク層から前記層間絶縁膜にかけて貫通形成された前記配線溝と連続する接続孔と、
前記配線溝から前記接続孔にかけて埋め込み形成されることで前記読み出し回路の配線層に接続された銅配線とを有する、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記ハードマスク層が炭化シリコンよりなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記ハードマスク層が窒化シリコンよりなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記ハードマスク層が少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口していることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記ハードマスク層が前記銅配線の線幅方向外側に延在していることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記配線間絶縁膜及び銅配線の上面に拡散防止膜を有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項７】
半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子の製造方法において、
前記半導体基板上に設けられる層間絶縁膜上に拡散防止機能を有するハードマスク層を形成する工程と、
前記ハードマスク層の一部をエッチングにより除去し、第１の接続孔を形成する工程と、
前記ハードマスク層上に配線間絶縁膜を成膜する工程と、
前記ハードマスク層をエッチングストッパとして、前記配線間絶縁膜に配線溝を形成するとともに、前記層間絶縁膜に前記配線溝及び前記第１の接続孔と連続する第２の接続孔を形成する工程と、
前記配線溝から前記第１、第２の接続孔にかけて銅配線を埋め込み形成することで該銅配線を前記読み出し回路の配線層に接続する工程とを有する、
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記ハードマスク層が炭化シリコンよりなることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記ハードマスク層が窒化シリコンよりなることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
前記ハードマスク層が少なくとも前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口していることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
前記ハードマスク層が前記銅配線の線幅方向外側に延在していることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
前記配線間絶縁膜及び銅配線の上面に拡散防止膜を有することを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に光電変換素子やその読み出し回路を設けたＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子に関し、特にその配線材料に銅を用いた固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＯＳプロセスの微細化技術の進展に伴い、ＣＭＯＳ型イメージセンサが再び注目されている。
ＣＭＯＳ型イメージセンサの特徴としては、多数の光電変換素子で構成される撮像画素領域と、その周辺のロジック回路部及びメモリ回路部を同一プロセスで形成可能であるため、比較的、同一チップへの高集積化が可能であるが、いかに撮像素子としての画質性能を損なわずに多機能の回路を混載していくかが課題となっている。
【０００３】
そして、微細化されたＭＯＳプロセスの１つの鍵となる技術として、素子の配線材料に、従来のアルミニウム配線に代えて銅配線を用いることが提案されている。
すなわち、銅は、アルミニウムよりも抵抗率が小さいため、配線ピッチを小さくできる。
しかし、その一方で、銅のエッチング技術が確立されていない現在において、銅を配線材料として適用するためには、金属等の導電体を埋め込み、その後、ＣＭＰ（化学機械研磨法）による研磨で配線及び接続孔を同時に形成するデュアルダマシンプロセスを採用することが不可欠である。
以下、従来例として、撮像領域を含まない通常のＭＯＳプロセス（ロジック回路）の銅配線を用いた場合の多層配線の形成プロセスにおける特にデュアルダマシンの形成プロセスについて説明する。
【０００４】
図１０〜図１３は、第１の従来例によるＭＯＳプロセスの各工程を示す断面図である。
まず、図１０（Ａ）において、シリコン基板１００にＭＯＳトランジスタを形成する。
これは、まずシリコン基板１００上に素子分離領域１０１を形成し、次いで、シリコン基板１００中に所定のウエル領域（図示せず）を形成する。
次いで、このシリコン基板１００上にゲート絶縁膜、ゲート電極を含むゲート電極部１０２を形成した後、イオン注入と熱処理により例えばＬＤＤ（Lightly Doped Drain ）構造を有する高濃度拡散層領域１０３を形成する。
そして、その上層に層間絶縁膜１０４を形成することにより、下地ＭＯＳトランジスタ領域を完成する。
【０００５】
次に、図１０（Ｂ）において、ＭＯＳトランジスタ形成領域と接する部分の第１接続孔１０５Ａを開口し、次いで、この開口された接続孔１０５Ａに窒化チタンを含むバリアメタル層及びタングステン電極層を埋め込み、第１接続部１０５を形成する。
次いで、図１０（Ｃ）に示すように、第１配線間絶縁膜１０６を形成する。
この配線間絶縁膜１０６には、ここでは、例えば、酸化シリコン膜、あるいは、低誘電率化のためのフッ素添加酸化シリコン膜を用いるが、一般にｌｏｗ−ｋ膜と呼ばれるような、さらなる低誘電率材料膜を用いても良い。
次いで、図１０（Ｄ）に示すように、前述した第１配線間絶縁膜１０６をパターンニングとエッチングによって加工し、後の銅配線となる部分に第１配線溝１０６Ａを開口する。
【０００６】
次いで、図１１（Ｅ）に示すように、バリアメタル１０７及び銅１０８を前述した第１配線溝１０６Ａに埋め込む。
この後、図１１（Ｆ）に示すように、ＣＭＰにより余剰な銅及びバリアメタルを研磨することで、バリアメタル１０７及び銅１０８による第１配線層１０６Ｂを形成する。
次いで、図１１（Ｇ）に示すように、第１配線層１０６Ｂの上層に銅配線を保護するための拡散防止膜１０９を成膜することにより、第１配線層１０６Ｂ及び第１接続部１０５が完成される。
ここで、拡散防止膜１０９は、例えば窒化シリコン膜、あるいは炭化シリコン膜等を用いるが、これに限るものではない。
また、この第１従来例においては、第１配線層１０６Ｂの配線のみを銅の埋め込みと研磨によるシングルダマシンプロセスで形成したが、第１接続部１０５と第１配線層１０６Ｂとを、銅の埋め込みと研磨によって同時に形成するデュアルダマシンプロセスを用いても良い。
【０００７】
次いで、図１１（Ｈ）に示すように、第１配線層１０６Ｂの上層に層間絶縁膜１１０を成膜する。なお、この層間絶縁膜１１０も、上述した第１配線間絶縁膜１０６と同様に、例えば、酸化シリコン膜、あるいは低誘電率化のためのフッ素添加酸化シリコン膜を用いるが、一般にｌｏｗ−ｋ膜と呼ばれるような、さらなる低誘電率材料膜を用いても良い。
次いで、この層間絶縁膜１１０に、図１２（Ｉ）に示すように、第２接続孔１１１となる部分をパターンニングとエッチングにより開口し、さらに図１２（Ｊ）に示すように、第２銅配線となる部分をパターンニングとエッチングにより開口する。
次に、図１２（Ｋ）に示すように、バリアメタル１１１Ａと銅１１１Ｂを埋め込みにより成膜し、図１３（Ｌ）に示すように、余剰な銅及びバリアメタルを研磨により除去する。
次いで、図１３（Ｍ）に示すように、銅配線を保護するための拡散防止膜１１２を成膜することで、第２接続部１１３及び第２配線層１１４を完成する。
この後、以上のようなデュアルダマシンプロセス（図１１（Ｈ）〜図１３（Ｍ））を所望の回数だけ繰り返すことにより、多層配線を有した半導体装置が形成される。
【０００８】
図１４〜図１６は、第２の従来例によるＭＯＳプロセスの各工程を示す断面図である。
ここでは、デュアルダマシンプロセスの部分のみを示しており、ＭＯＳトランジスタ領域の形成は上述した第１の従来例と同様であるものとし、説明は省略する。
まず、シリコン基板２００にＭＯＳトランジスタを形成した後、図１４（Ａ）に示すように、配線間絶縁膜２００中にシングルダマシン法により第１配線層１０１を形成する。ここで配線材料に銅を用い、その拡散防止膜２０２として例えばＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を用いる。
そして、この保護膜２０２上に、例えば、絶縁膜２０３を成膜する。この絶縁膜２０３には、例えば、低誘電率絶縁膜としてＳｉＯ2 膜（シリコン酸化膜）を成膜するが、これには限らない。ここで、形成する膜は、後の接続孔を形成するための絶縁膜となるため、膜厚は接続孔の深さに対応したものとなる。
【０００９】
次いで、この絶縁膜２０３上に接続孔を形成するためのハードマスク（エッチングストッパ）となる無機膜２０４を成膜する。このハードマスクとなる無機膜は、例えばＳｉＮ膜を用いるが、これには限らない。
次いで、図１４（Ｂ）に示すように、レジスト２０５を成膜し、接続孔をパターンニングし、図１４（Ｃ）に示すように、レジスト２０５をマスクとして下層の無機膜２０４をエッチングし、アッシング及び洗浄によりマスクとして用いたレジスト２０５を剥離する。
次いで図１４（Ｄ）に示すように、配線間絶縁膜となる絶縁膜２０６を成膜する。この絶縁膜２０６には例えば低誘電率絶縁膜、例えば、ＳｉＯ2 を用いるが、これには限らない。
次いで、図１５（Ｅ）に示すように、レジスト２０７を成膜し、配線をパターンニングし、図１５（Ｆ）に示すように、このパターンニングされたレジスト２０７をマスクとして層間絶縁膜２０６をエッチングし、配線のための溝２０６Ａを形成する。
【００１０】
次いで、図１５（Ｇ）に示すように、さらに連続して、このレジスト２０７と接続孔がパターンニングされた無機膜２０４とをハードマスクとして、絶縁膜２０３をエッチングし、接続孔２０３Ａを形成する。
次いで、図１５（Ｈ）に示すように、この接続孔２０３Ａの底部の拡散防止膜２０２をエッチングする。
次いで、図１６（Ｉ）に示すように、バリアメタル及び銅を接続孔２０３Ａ及び配線溝２０６Ａに埋め込み、ＣＭＰにより余剰な銅及びバリアメタルを研磨することで、配線２０６Ｂと接続部２０３Ｂを完成する。
そして、図１６（Ｊ）に示すように、拡散防止膜２０８を成膜することで配線及び接続部が同時に完成する。
この後、以上のようなデュアルダマシンプロセス（図１４（Ａ）〜図１６（Ｊ））を所望の回数だけ繰り返すことにより、多層配線を有した半導体装置が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述のような従来例において、銅の拡散を防止するための保護膜が、接続孔の開口部では除去されるものの、それ以外の部分では残ってしまうことになる。
また、接続孔を開口するためのハードマスクも同様に、接続孔の開口部では除去されるものの、それ以外の部分では残ってしまうことになる。
しかしながら、このように多層配線層において、余分な拡散防止膜やハードマスクが光電変換素子の上層の残ると、その分、光の透過経路における配線層の膜厚が大きくなったり、光の透過率が低下することになり、光電変換素子に対する受光効率が悪くなり、感度の低下等を招くという問題がある。
【００１２】
そこで本発明の目的は、銅配線を用いた場合に必要となる拡散防止膜やハードマスク層によって生じる光電変換素子への入射光の減衰を防止でき、感度や画質等の特性を向上できる固体撮像素子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】
【００１３】
本発明は前記目的を達成するため、半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子において、前記半導体基板上に設けられる層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成され、前記光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口した拡散防止機能を有するハードマスク層と、前記ハードマスク層上に形成された配線間絶縁膜と、前記配線間絶縁膜に形成された配線溝と、前記ハードマスク層から前記層間絶縁膜にかけて貫通形成された前記配線溝と連続する接続孔と、前記配線溝から前記接続孔にかけて埋め込み形成されることで前記読み出し回路の配線層に接続された銅配線とを有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、半導体基板に受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子と前記光電変換素子で生成した信号電荷を読み出す読み出し回路とを含む撮像部を設けるとともに、前記半導体基板の上層に前記読み出し回路の配線層を設けた固体撮像素子の製造方法において、前記半導体基板上に設けられる層間絶縁膜上に拡散防止機能を有するハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層の一部をエッチングにより除去し、第１の接続孔を形成する工程と、前記ハードマスク層上に配線間絶縁膜を成膜する工程と、前記ハードマスク層をエッチングストッパとして、前記配線間絶縁膜に配線溝を形成するとともに、前記層間絶縁膜に前記配線溝及び前記第１の接続孔と連続する第２の接続孔を形成する工程と、前記配線溝から前記第１、第２の接続孔にかけて銅配線を埋め込み形成することで該銅配線を前記読み出し回路の配線層に接続する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の固体撮像素子およびその製造方法では、銅配線の上面を覆う拡散防止膜を設けた配線層において、この拡散防止膜が光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去され、開口しているため、光電変換素子への光の入射が拡散防止膜の影響を受けず、感度等の特性を向上できる。
また、本発明の固体撮像素子およびその製造方法では、銅配線形成用の配線溝をエッチングストッパとなるハードマスク層を用いて形成した配線層において、このハードマスク層が光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去され、開口しているため、光電変換素子への光の入射がハードマスク層の影響を受けず、感度等の特性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明による固体撮像素子およびその製造方法の実施の形態例について説明する。
本実施の形態例は、ＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子において、配線に銅を用いたデュアルダマシンプロセスを用いる場合に、光電変換素子の上部領域から銅の拡散防止膜とデュアルダマシン形成のためのハードマスクとを除去することにより、光電変換素子に対する光学効率を高め、感度や画質の向上を図るようにしたものである。
【００１７】
図１〜図９は、本発明の実施の形態例によるＭＯＳプロセスの各工程を示す断面図である。
なお、以下の説明では、半導体基板中に入射した光を信号電荷に変換することを目的する箇所（すなわち光電変換素子の受光面）を光電変換領域とし、また、それ以外の部分、例えば、ロジック回路、アナログ回路、メモリ回路等の各素子を配置した領域を非光電変換領域として説明する。
まず、図１（Ａ）では、シリコン基板３００の非光電変換領域３００Ｂの少なくとも一部に所定のＭＯＳトランジスタを形成し、光電変換領域３００Ａに光電変換素子としてのフォトダイオード３０４を形成する。
これは、まずシリコン基板３００上に素子分離領域３０１を形成し、次いで、シリコン基板３００中に所定のウエル領域（図示せず）を形成する。
次いで、このシリコン基板３００上にゲート絶縁膜、ゲート電極を含むゲート電極部３０２を形成した後、イオン注入と熱処理により例えばＬＤＤ（Lightly Doped Drain ）構造を有する高濃度拡散層領域３０３を形成する。
【００１８】
次いで、光電変換領域３００Ａ側でシリコン基板３００の上面からイオン注入等を行うことによってフォトダイオード３０４を形成するが、フォトダイオード３０４の構造は図では省略している。なお、フォトダイオードは埋め込み型であってもよい。
そして、その上層に第１層間絶縁膜３０５を形成することにより、下地ＭＯＳトランジスタ領域を形成する。なお、第１層間絶縁膜３０５には、例えば、ＳｉＯ2 やｌｏｗ−ｋ材料を用いるが、それには限らない。
【００１９】
次いで、図１（Ｂ）に示すように、ＭＯＳトランジスタの各領域に対応して接続孔をパターンニングし、エッチングすることで、接続孔を開口する。そして、開口された接続孔に、例えばバリアメタルと電極材料を埋め込むことで、接続部３０５Ａ、３０５Ｂを形成する。例えば、バリアメタルには窒化チタンを、電極材料にはタングステンを用いるが、それには限らない。
次いで、図１（Ｃ）に示すように、第１配線間絶縁膜３０６を形成する。この配線間絶縁膜３０６には、ここでは、例えば、ＳｉＯ2 等の低誘電率材料膜を用いるが、それには限らない。
次いで、図２（Ｄ）に示すように、第１配線間絶縁膜３０６をパターンニングとエッチングによって加工し、後の銅配線となる部分に第１配線溝３０６Ａを開口する。
【００２０】
次いで、図２（Ｅ）に示すように、バリアメタル及び銅の層を成膜して第１配線溝３０６Ａに埋め込み、図３（Ｆ）に示すように、ＣＭＰにより余剰な銅及びバリアメタルを研磨することで、バリアメタル及び銅による第１配線層３０６Ｂを形成する。なお、バリアメタルとしては例えば窒化タンタルを用い、配線材料には銅を用いるが、これには限るものではない。
次いで、図３（Ｇ）に示すように、第１配線層３０６Ｂの上層に銅配線を保護するための拡散防止膜３０７を成膜することにより、第１配線層３０６Ｂ及び第１接続部３０５Ａ、３０５Ｂが完成される。
ここで、拡散防止膜３０７は、例えば窒化シリコン膜、あるいは炭化シリコン膜等を用いるが、これに限るものではない。
【００２１】
次いで、図４（Ｈ）に示すように、非光電変換領域３００Ｂ側にレジストマスク３１８をパターンニングし、図４（Ｉ）に示すように、このレジストマスク３１８をマスクとして光電変換領域３００Ａ側の拡散防止膜３０７をエッチングにより除去する。次にアッシング等によりレジストマスク３１８を除去する。
なお、拡散防止膜３０７を除去する領域は、光電変換領域３００Ａ全体でなくともよく、フォトダイオードの受光量域だけを選択的に除去するようにしてもよい。
次いで、図５（Ｊ）に示すように第２層間絶縁膜３０８を成膜し、次いで、接続孔のエッチングストッパ用のハードマスク層３０９を成膜する。
なお、第２層間絶縁膜としては、例えば、ＳｉＯ2 やｌｏｗ−ｋ材料等の低誘電率絶縁膜を用いるが、それらに限らない。また、接続孔のハードマスク層３０９としては、窒化シリコンや炭化シリコンを用いるが、それらに限らない。
【００２２】
次いで、図５（Ｋ）に示すように、ハードマスク層３０９の第２接続孔３０９Ａとなる箇所にパターンニングし、エッチングすることで、ハードマスク層３０９を完成する。
次いで、図では省略しているが、拡散防止膜３０７の場合と同様に、非光電変換領域３００Ｂ側にレジストマスクをパターンニングし、このレジストマスクをマスクとして光電変換領域３００Ａ側のハードマスク層３０９をエッチングにより除去する。次にアッシング等によりレジストマスクを除去する。
なお、ハードマスク層３０９を除去する領域は、光電変換領域３００Ａ全体でなくともよく、フォトダイオードの受光量域だけを選択的に除去するようにしてもよい。また、このようなハードマスク層３０９に対する第２接続孔３０９Ａの開口と、光電変換領域３００Ａ上のハードマスク層３０９の除去とを同時に行っても良い。
【００２３】
次いで、図６（Ｌ）に示すように、第２配線間絶縁膜３１０を成膜する。この第２配線間絶縁膜としては、例えば、ＳｉＯ2 等の低誘電率絶縁膜を用いるが、それに限らない。
次いで、図６（Ｍ）に示すように、第２配線を形成するためのレジストマスク３１１をパターンニングし、次に、図７（Ｎ）に示すように、パターン３１１をマスクとして第２配線間絶縁膜３１０をエッチングし、次いで、接続孔３０９Ａが開口されたハードマスク層３０９をマスクとして、第２層間絶縁膜３０８、拡散防止膜３０７をエッチングすることで、接続孔３０８Ａと配線溝３１０Ａを形成する。
この後、図７（Ｏ）に示すように、レジストマスク３１１をアッシングと洗浄により除去する。
【００２４】
次いで、図８（Ｐ）に示すように、バリアメタル、配線電極材料を成膜することにより、接続部３０８Ｂと配線３１０Ｂを形成する。バリアメタルとしては窒化タンタル等を用い、配線電極材料には銅を用いるが、それらに限らない。次いで、研磨により余剰なバリアメタルと配線電極材料を除去する。
次に、図８（Ｑ）に示すように、拡散防止膜３１２を成膜する。なお、この拡散防止膜としては、例えば、窒化シリコン、炭化シリコンを用いるが、これに限らない。
この後、図９（Ｒ）に示すように、拡散防止膜３０７の場合と同様に、非光電変換領域３００Ｂ側にレジストマスク３１３をパターンニングし、図９（Ｓ）に示すように、このレジストマスク３１３をマスクとして光電変換領域３００Ａ側の拡散防止膜３１２をエッチングにより除去する。次にアッシング等によりレジストマスク３１３を除去する。
なお、拡散防止膜３１２を除去する領域は、光電変換領域３００Ａ全体でなくともよく、フォトダイオードの受光量域だけを選択的に除去するようにしてもよい。
この後、以上のデュアルダマシンプロセス（図５（Ｊ）〜図９（Ｓ））を所望の回数だけ繰り返すことにより、多層配線を形成する。
【００２５】
以上のように、本例では、光電変換領域３００Ａで、拡散防止膜３０７、３１２やハードマスク３０９を除去した層構造とすることにより、光学特性に優れた個体撮像素子を形成できる。
なお、拡散防止膜およびハードマスクのいずれか一方を除去した構成についても一定の効果を得ることができ、本発明の範囲に含まれるものとする。
また、本発明は、ＭＯＳ型イメージセンサに限定されず、他の固体撮像素子に広く適用し得るものである。
【００２６】
以上説明したように本発明の固体撮像素子によれば、銅配線の上面を覆う拡散防止膜を設けた配線層において、この拡散防止膜が光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口しているため、光電変換素子への光の入射が拡散防止膜の影響を受けず、感度や画質等の特性を向上できる。
また、本発明の固体撮像素子によれば、銅配線形成用の配線溝をエッチングストッパとなるハードマスク層を用いて形成した配線層において、このハードマスク層が光電変換素子の上部領域の所定範囲で開口しているため、光電変換素子への光の入射がハードマスク層の影響を受けず、感度や画質等の特性を向上できる。
【００２７】
また、本発明の製造方法によれば、銅配線の上面を覆う拡散防止膜を設ける場合に、この拡散防止膜を光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去するため、光電変換素子への光の入射が拡散防止膜の影響を受けず、感度や画質等の特性を向上できる。
また、本発明の製造方法によれば、銅配線形成用の配線溝をエッチングストッパとなるハードマスク層を用いて形成する場合に、このハードマスク層を光電変換素子の上部領域の所定範囲で除去するため、光電変換素子への光の入射がハードマスク層の影響を受けず、感度や画質等の特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１０】第１の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１１】第１の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１２】第１の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１３】第１の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１４】第２の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１５】第２の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１６】第２の従来例による固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
３００……シリコン基板、３０１……素子分離領域、３０２……ゲート電極部、３０３……高濃度拡散層領域、３０４……フォトダイオード、３０５……第１層間絶縁膜、３０５Ａ、３０５Ｂ……第１接続部、３０６……第１配線間絶縁膜、３０６Ａ……第１配線溝、３０６Ｂ……第１配線層、３０７、３１２……拡散防止膜、３０８……第２層間絶縁膜、３０８Ａ……第２接続孔、３０８Ｂ……第２接続部、３０９……ハードマスク層、３０９Ａ……第２接続孔、３１０……第２配線間絶縁膜、３１０Ａ……第２配線溝、３１０Ｂ……第２配線層。