(57)【要約】【課題】アスペクト比の高いコンタクトホールの形成されたコンタクト部においても、断線を防止し、信頼性の高い固体撮像素子を提供する。【解決手段】基板表面に形成された不純物領域と、電極配線とを電気的に接続するコンタクト部とを備えた半導体装置であって、前記電極配線の端部を含み前記不純物領域に開口するように形成されたコンタクトホールと、前記コンタクトホール内で、前記電極配線と前記不純物領域とを電気的に接続するシリコン系導電性膜からなる下地配線と、前記下地配線の上層に形成され、前記コンタクトホール内で少なくとも前記下地配線に接続された金属配線層と備えている。【選択図】図３
2007208143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に形成された不純物領域と、電極配線とを電気的に接続するコンタクト部とを備えた半導体装置であって、
前記電極配線の端部を含み前記不純物領域に開口するように形成されたコンタクトホールと、
前記コンタクトホール内で、前記電極配線と前記不純物領域とを電気的に接続するシリコン系導電性膜からなる下地配線と、
前記下地配線の上層に形成され、前記コンタクトホール内で少なくとも前記下地配線に接続された金属配線層と備えた半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置であって、
前記金属配線層はアルミニウム配線層である半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置であって、
信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部にゲート電極が電気的に接続されるトランジスタを含み、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを備え、
前記出力回路の接続配線が、
前記ゲート電極の端部を含み前記フローティングディフュージョン部に開口するように形成されたコンタクトホールと、
前記コンタクトホール内で、前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン部とを電気的に接続するシリコン系導電性膜からなる下地配線と、
前記下地配線の上層に形成され、前記コンタクトホール内で少なくとも前記下地配線に接続されたアルミニウム配線層と備えた固体撮像素子を含む半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記シリコン系導電性膜は、ドープト多結晶シリコン膜である半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
前記シリコン系導電性膜は減圧ＣＶＤ法により形成された薄膜である半導体装置。
【請求項６】
基板表面に形成された不純物領域と、電極配線とを電気的に接続するコンタクト部とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記電極配線の端部を含み前記不純物領域に開口するようにコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内で、前記電極配線と前記不純物領域とを電気的に接続するシリコン系導電性膜からなる下地配線を形成する工程と、
前記下地配線の上層に、前記コンタクトホール内で少なくとも前記下地配線に接続するように金属配線層を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記金属配線層を形成する工程は、スパッタリング法によりアルミニウム薄膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上に前記フローティングディフュージョン部を含む電荷転送領域を形成すると共に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板表面を覆う絶縁膜に開口を形成し、前記フローティングディフュージョン部の少なくとも一部を露出させる開口形成工程と、
前記半導体基板上にＣＶＤ法によりシリコン系導電性膜を形成し、下地配線を形成する工程と、
前記下地配線上にスパッタリング法によりアルミニウム配線を形成し、パターニングする工程とを含み、
信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部にゲート電極が電気的に接続されるトランジスタを含み、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有する固体撮像素子を製造するようにした半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法にかかり、特に固体撮像素子のローティングディフュージョン部とゲート電極との接続部などにおけるコンタクト構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部にゲート電極が電気的に接続されるトランジスタを含み、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有するＣＣＤ型の固体撮像素子が提案されている。
【０００３】
ＣＣＤ型の固体撮像素子は、受光面に縦横に配置したフォトダイオードからなる複数の光電変換素子と、各光電変換素子の垂直方向に対応して配置される垂直転送レジスタと、垂直転送レジスタの終端に配置される水平転送レジスタと、水平転送レジスタの終端に配置され、前記水平転送レジスタからの転送電荷を電圧信号に変換して出力する信号出力部とを備えている。
図４にＣＣＤ固体撮像素子の水平転送レジスタの一部、フローティングディフュージョン及びリセットドレイン周辺の平面図を示す。
【０００４】
例えばｎ型基板に形成されたｐ型のウェル領域内に、例えばｎ型の拡散層により、水平ＣＣＤレジスタ１１、フローティングディフュージョン２６、リセットドレイン２８が形成され、この上にゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜（図示せず）を介して、第１層の多結晶シリコン層により転送電極２１，２３及びリセットゲート部のゲート電極２７が形成され、さらにシリコン酸化膜（図示せず）を介して第２層の多結晶シリコン層により転送電極２２，２４及び水平出力ゲート部のゲート電極２５が形成されている。
【０００５】
また、図５にフローティングディフュージョン２６付近の断面図を示す。図４及び図５に示すように、フローティングディフュージョン２６には、コンタクト部２９を介してＡｌ層からなる配線部９が接続され、この配線部９は出力アンプのゲート出力より延長する多結晶シリコン層からなる配線（ゲート電極３）にコンタクト部を介して接続されている。図５中１はｐ型ウェル領域が形成された半導体基板、２及び４は酸化シリコン膜などの絶縁膜である。
【０００６】
そして、この配線部３は、図４に示した水平ＣＣＤレジスタ１１を覆う遮光膜及び出力部の配線（例えば第１層の配線）と共に、全面的に形成されたＡｌ層を所定のパターンにパターニングすることにより形成される（特許文献１）。
【０００７】
このような状況の中で更なる小型化をはかるべく、多結晶シリコン層からなる配線（ゲート電極）３を、フローティングディフュージョン２６を構成するｎ型の拡散層の近傍まで伸長させ、ここでアルミニウム層を用いて、接続する方法が提案されている。
【０００８】
この方法では、まず、ｎ型のシリコン基板１表面にｐウェル層１Pを形成し、ここにＬＯＣＯＳ膜等のフィールド酸化膜（図示せず）を形成し、フローティングディフュージョン部となるｎ＋領域１Nや、図示しないフォトダイオード、垂直転送レジスタ、及び水平転送レジスタ等をイオン注入等によって形成した後、ｐウェル層１P上にＯＮＯ膜等からなるゲート絶縁膜２を形成する。
【０００９】
次に、図示していないが、ｐウェル層１P表面に形成された垂直転送レジスタや水平転送レジスタ上方に、これらを駆動するためのポリシリコン等からなる駆動電極（フォトダイオードから電荷を読み出す際の読み出し電極も兼ねる）をゲート絶縁膜２を介して形成する。この駆動電極の形成と同時に、駆動電極と同じ材料を用いて、リセットトランジスタのゲート電極や、フローティングディフュージョン部と電気的に接続される出力回路に含まれるトランジスタのゲート電極等の配線３をシリコン基板１上に形成する。
【００１０】
次に、ゲート絶縁膜２、ゲート電極などの配線３、及び駆動電極が形成されたシリコン基板１を覆うＢＰＳＧ膜等からなる絶縁膜８を形成して、これをリフロー処理する。
【００１１】
次に、レジストパターンＲ１を形成して絶縁膜８に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等によってコンタクトホールを形成する（図６（ａ））。
【００１２】
そして、図６（ｂ）に示すように、スパッタリング法によりアルミニウム層を形成し、これをパターニングすることにより、ゲート電極とフローティングディフュージョン部とを電気的に接続した配線９が形成される。
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−２２１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記方法によれば、アスペクト比の高いコンタクトホールに、配線をスパッタリング法により形成することになるため、デバイス形状によっては、アルミニウムが断線する箇所が発生することがある。
【００１５】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、アスペクト比の高いコンタクトホールの形成されたコンタクト部においても、断線を防止し、信頼性の高い固体撮像素子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】
【００１６】
本発明の半導体装置は、基板表面に形成された不純物領域と、電極配線とを電気的に接続するコンタクト部とを備えた半導体装置であって、前記電極配線の端部を含み前記不純物領域に開口するように形成されたコンタクトホールと、前記コンタクトホール内で、前記電極配線と前記不純物領域とを電気的に接続するシリコン系導電性膜からなる下地配線と、前記下地配線の上層に形成され、前記コンタクトホール内で少なくとも前記下地配線に接続された金属配線層と備えている。
この構成により、下地配線によって電極配線と不純物領域とが接続されており、この上層に形成される金属配線層が下地配線に接続するだけで、コンタクトホールのアスペクト比が大きくても良好なコンタクトを得ることができる。
【００１７】
また、本発明は上記半導体装置において、前記金属配線層がアルミニウム配線層であるものを含む。
この構成により、アルミニウムは段切れが生じやすいが、下地配線で電極配線と不純物領域とが電気的に接続されているため、アルミニウムに段切れが生じても電気的接続は達成可能である。
【００１８】
また、本発明は上記半導体装置において、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部にゲート電極が電気的に接続されるトランジスタを含み、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを備え、前記出力回路の接続配線が、前記ゲート電極の端部を含み前記フローティングディフュージョン部に開口するように形成されたコンタクトホールと、前記コンタクトホール内で、前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン部とを電気的に接続するシリコン系導電性膜からなる下地配線と、前記下地配線の上層に形成され、前記コンタクトホール内で少なくとも前記下地配線に接続されたアルミニウム配線層と備えたものを含む。
【００１９】
また、本発明は上記半導体装置において、前記シリコン系導電性膜は、ドープト多結晶シリコン膜であるものを含む。
【００２０】
また、本発明は上記半導体装置において、前記シリコン系導電性膜は減圧ＣＶＤ法により形成された薄膜であるものを含む。
【００２１】
また、本発明は、基板表面に形成された不純物領域と、電極配線とを電気的に接続するコンタクト部とを備えた半導体装置の製造方法であって、前記電極配線の端部を含み前記不純物領域に開口するようにコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホール内で、前記電極配線と前記不純物領域とを電気的に接続するシリコン系導電性膜からなる下地配線を形成する工程と、前記下地配線の上層に、前記コンタクトホール内で少なくとも前記下地配線に接続するように金属配線層を形成する工程とを含む。
【００２２】
また、本発明は上記半導体装置の製造方法において、前記金属配線層を形成する工程は、スパッタリング法によりアルミニウム薄膜を形成する工程を含む。
【００２３】
また、本発明は上記半導体装置の製造方法において、半導体基板上に前記フローティングディフュージョン部を含む電荷転送領域を形成すると共に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記半導体基板表面を覆う絶縁膜に開口を形成し、前記フローティングディフュージョン部の少なくとも一部を露出させる開口形成工程と、前記半導体基板上にＣＶＤ法によりシリコン系導電性膜を形成し、下地配線を形成する工程と、前記下地配線上にスパッタリング法によりアルミニウム配線を形成し、パターニングする工程とを含み、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部にゲート電極が電気的に接続されるトランジスタを含み、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有する固体撮像素子を製造するようにしたものを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態を説明するための固体撮像素子の信号出力部の部分断面模式図であり、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部にゲート電極が電気的に接続されるトランジスタを含み、前記フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを備えた固体撮像素子において、出力回路を構成する接続配線が、前記ゲート電極３の端部を含み前記フローティングディフュージョン部１Ｎに開口するように形成されたコンタクトホールと、前記コンタクトホール内で、前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン部１Ｎとを電気的に接続する多結晶シリコン膜からなる下地配線７と、前記下地配線７の上層に形成され、前記コンタクトホール内で少なくとも前記下地配線７に接続されたアルミニウム配線層９と備えたものを含む。
この構成では、接続配線を構成するアルミニウム配線層９は、コンタクトホールＨ内で、下地配線７に接続されることにより、必ずしも、ゲート電極とフローティングディフュージョン部との両方に接続されていなくても、ゲート電極３とフローティングディフュージョン部が下地配線７に接続されていることにより、アルミニウム配線層９は良好な出力配線層を構成することができる。
【００２６】
本実施の形態の固体撮像素子の信号出力部は、前述した従来例の構成と同様、水平転送レジスタからの信号電荷を蓄積してそれに対応した電位となり、その後リセットされて所定のリセット電位になる動作を一定の周期で繰り返すフローティングディフュージョン部と、そのリセットを行うリセットトランジスタと、フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有する構成である。出力回路には、２段又は３段接続されたソースフォロワ回路が含まれており、各ソースフォロワ回路は、駆動トランジスタと負荷トランジスタとを含んでいる。図１では、フローティングディフュージョン部１Ｎと、出力回路に含まれる初段のソースフォロワ回路の駆動トランジスタのゲート電極３との接続部分について図示している。
【００２７】
図１に示すように、ｎ型のシリコン基板１に形成されたｐウェル層１Ｐにはｎ＋領域からなるフローティングディフュージョン部１Ｎが形成され、フローティングディフュージョン部４近傍のＬＯＣＯＳ膜等からなるフィールド酸化膜（図示せず）上には、ｐウェル層１Ｐ上に形成されたＯＮＯ膜等からなるゲート絶縁膜２を介して、ポリシリコン等からなるゲート電極３が形成されている。このゲート電極３が、上述した初段のソースフォロワ回路の駆動トランジスタのゲート電極に相当する。ゲート絶縁膜２には、フローティングディフュージョン部１Ｎ上方において開口が形成されている。
【００２８】
ゲート電極３の端部とフローティングディフュージョン部１Ｎの上には、前述したように多結晶シリコン膜からなる下地配線７とこの上層に形成されたアルミニウム配線からなる金属配線層９とが形成され、ゲート電極３とフローティングディフュージョン部１Ｎは、この下地配線７と金属配線層９とによって電気的に接続されている。
【００２９】
このように構成された信号出力部では、図示しない水平転送レジスタから転送されてきた信号電荷がフローティングディフュージョン部１Ｎに一旦蓄積される。そして、蓄積された信号電荷に応じてフローティングディフュージョン部１Ｎの電位が変化し、この電位変化が出力信号として下地配線７および金属配線層９を介してゲート電極３に印加され、この出力信号が出力回路で増幅されて外部に出力される。
【００３０】
以下、図１に示す固体撮像素子の製造方法について説明する。
図２及び図３は、図１に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための工程図である。  まず、ｎ型のシリコン基板１表面にｐウェル層１Ｐを形成し、ここにＬＯＣＯＳ膜等のフィールド酸化膜（図示せず）を形成する。更に、ｐウェル層１Ｐ内に、フローティングディフュージョン部となるｎ＋領域１Ｎや、図示しないフォトダイオード、垂直転送レジスタ、及び水平転送レジスタ等をイオン注入等によって形成した後、ｐウェル層１Ｐ上にＯＮＯ膜等からなるゲート絶縁膜２を形成する。
【００３１】
次に、図示していないが、ｐウェル層１Ｐ表面に形成された垂直転送レジスタや水平転送レジスタの上に、これらを駆動するためのポリシリコン等からなる駆動電極（フォトダイオードから電荷を読み出す際の読み出し電極も兼ねる）を、ゲート絶縁膜２を介して形成する。又、この駆動電極の形成と同時に、フローティングディフュージョン部１Ｎ近傍のフィールド酸化膜上に、駆動電極と同じ材料からなるゲート電極３を、ゲート絶縁膜２を介して形成する。その後、層間絶縁膜としての酸化シリコン膜８を形成する（図２（ａ））。そしてフローティングディフュージョン部１Ｎの少なくとも一部を露出させるために、フォトリソグラフィによりレジストパターンＲ１を形成する。そしてこのレジストパターンＲ１をマスクとしてフローティングディフュージョン部１Ｎ上のゲート絶縁膜２の少なくとも一部を除去して開口を形成し（図２（ｂ））、レジストパターンＲ１を剥離除去し、コンタクトのための開口Ｈを形成する（図２（ｃ）。尚、ゲート絶縁膜２に開口を形成しておいてから、ゲート電極３等を形成してもよい。ここまでの工程は通例の工程である。
【００３２】
次に、シリコン基板１上に減圧ＣＶＤ法により多結晶シリコン膜からなる下地配線７を形成し（図３（ａ））、さらにこの上層にスパッタリング法により金属配線層９としてのアルミニウム薄膜を形成する（図３（ｂ））。そしてフォトリソグラフィにより、レジストパターンＲ２をマスクとしてこの下地配線７および金属配線層９をパターニングする（図３（ｃ）。このようにしてフローティングディフュージョン部１Ｎに接触している部分からゲート電極３に接触している部分までが残るように選択的にエッチング除去する。
【００３３】
以上説明してきたように、アルミニウムは段切れが生じやすいが、多結晶シリコン層７によってゲート電極３とフローティングディフュージョン部１Ｎとが電気的に接続されているため、アルミニウムに段切れが生じても電気的接続は達成可能であり、コンタクト形状のばらつきによる接続配線の断線による接続不良を低減することができる。
【００３４】
尚、前記実施の形態では、ゲート電極３とフローティングディフュージョン部１Ｎとに接続される配線の形成について説明したが、これに限定されることなく、半導体基板表面に形成された拡散層などの不純物領域と、電極配線とを上層配線で接続する場合など、適宜適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上説明してきたように、本発明の半導体装置およびその製造方法は、固体撮像素子のフローティングディフュージョン部とゲート電極とを接続し出力回路に取り出すための配線など種々の半導体分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態の固体撮像素子の信号出力部を示す図
【図２】図１に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための工程図
【図３】図１に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための工程図
【図４】従来例の固体撮像素子の信号出力部のコンタクトの形成工程を示す図
【図５】従来例の信号出力部の製造工程を示す図
【図６】従来例の信号出力部の製造工程を示す図
【符号の説明】
【００３７】
１  シリコン基板
１Ｐ  ｐウェル層
１Ｎ  フローティングディフュージョン部
２  ゲート絶縁膜
３  ゲート電極
４  絶縁膜
６  絶縁膜
７  下地配線層
８  ＢＰＳＧ膜
９  金属配線層
【図１】
2007208143.tif 000003
【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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