JPH1041491A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層構造の第１及び第２の膜で遮光膜が構成
されていても、画素毎の感度のばらつきを少なくして、
優れた画質を実現する。 【解決手段】 タングステン膜４１とアルミニウム膜４
２とを非酸化性雰囲気中で順次に形成する。このため、
タングステン膜４１の表面にタングステン自然酸化膜が
形成されず、その後に熱処理を施しても、タングステン
とアルミニウムと酸素との三元系の析出物がタングステ
ン膜４１とアルミニウム膜４２との界面に部分的に生じ
ない。従って、積層膜４３から成る遮光膜の表面のモフ
ォロジーが良好であり、画素毎の感度のばらつきが小さ
くて、画質が優れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、金属を含む膜
が積層されて成る遮光膜を有する固体撮像素子及びその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子の製造に際しては、電荷転
送領域、チャネルストップ領域、センサ領域及びゲート
電極等を形成した後、センサ領域以外の領域へ光が入射
することを防止して各画素を光学的に分離するための遮
光膜を形成する。そして、従前の固体撮像素子では、ア
ルミニウム膜で遮光膜が形成されていた。

【０００３】アルミニウムは、膜形成や微細加工が容易
であり且つ低抵抗で伝播遅延が少ないという性質から半
導体集積回路の配線材料として広く用いられており、固
体撮像素子においても遮光膜の他に周辺回路部の配線材
料としても用いられて、動作特性の向上に寄与してい
る。しかし、アルミニウム薄膜では結晶粒界から光が漏
れ込むので、アルミニウム膜のみから成る遮光膜は、膜
厚を薄くすることができなくて、固体撮像素子の微細化
を阻害する一つの要因になっていた。

【０００４】一方、タングステンは高い遮光能力を有し
ているので、遮光膜としてのタングステン膜は、膜厚を
薄くすることが可能であり、微細化が進められている固
体撮像素子に適している。そこで、アルミニウム膜とタ
ングステン膜との積層構造によって、センサ部には遮光
能力の高い遮光膜を形成し、周辺回路部には低抵抗の配
線を形成することが考えられている。

【０００５】図４は、この様な積層構造の遮光膜を有す
る固体撮像素子及びその製造方法の一従来例を示してい
る。この一従来例の固体撮像素子を製造するためには、
図４（ａ）に示す様に、シリコンウェハ１１の表面にゲ
ート絶縁膜１２を形成した後、電荷転送領域１３、チャ
ネルストップ領域１４、センサ領域１５及びゲート電極
１６を形成する。

【０００６】その後、周辺回路部における配線の段切れ
を防止すると共に受光部において段差被覆性の悪い部分
から光が入射することを防止するために、ＰＳＧ膜等を
形成してリフロー等を行うことによって、段差部が丸め
られた平坦化絶縁膜１７を形成する。そして、シリコン
ウェハ１１に達するコンタクト孔（図示せず）を平坦化
絶縁膜１７等に形成する。

【０００７】次に、図４（ｂ）に示す様に、スパッタリ
ング装置やＣＶＤ装置によってタングステン膜２１を形
成し、更に、図４（ｃ）に示す様に、別のスパッタリン
グ装置によってアルミニウム膜２２を形成して、タング
ステン膜２１とアルミニウム膜２２との積層膜２３を形
成する。

【０００８】次に、図４（ｄ）に示す様に、受光部では
積層膜２３に受光用の開口２４を形成して積層膜２３を
遮光膜にし、周辺回路部では積層膜２３を配線のパター
ンに加工する。そして、更に、従来公知の工程を実行し
て、この固体撮像素子を完成させる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図４に示し
た一従来例では、スパッタリング装置やＣＶＤ装置によ
ってタングステン膜２１を形成した後、別のスパッタリ
ング装置によってアルミニウム膜２２を形成する前に、
タングステン膜２１が大気に曝される。このため、図４
（ｂ）に示した様に、タングステン膜２１の表面にタン
グステン自然酸化膜２５が形成され、図４（ｃ）に示し
た様に、このタングステン自然酸化膜２５がタングステ
ン膜２１とアルミニウム膜２２との間に挟まれる。

【００１０】この結果、その後に熱処理を施すと、図４
（ｄ）に示した様に、タングステンとアルミニウムと酸
素との三元系の析出物２６がタングステン膜２１とアル
ミニウム膜２２との界面に部分的に生じる。つまり、タ
ングステン膜２１とアルミニウム膜２２との対向面に互
いに直接には接していない部分が生じて、積層膜２３か
ら成る遮光膜の表面のモフォロジーが悪化していた。

【００１１】この様に、積層膜２３から成る遮光膜の表
面のモフォロジーが悪化すると、遮光膜の表面で反射し
た後に各画素に入射する光量のばらつきが多くなって、
図３（ｂ）に示す様に、画素毎の感度のばらつきが大き
くなる。従って、図４に示した一従来例では、優れた画
質を実現することが困難であった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願の発明による固体撮
像素子は、金属を含む膜が積層されて成る遮光膜を構成
する第１及び第２の膜が対向面の全体同士で直接に接し
ていることを特徴としている。

【００１３】本願の発明による固体撮像素子は、前記第
１及び第２の膜の一方及び他方が夫々タングステンを含
む膜及びアルミニウムを含む膜であることが好ましい。

【００１４】本願の発明による固体撮像素子の製造方法
は、金属を含む膜が積層されて成る遮光膜を構成する第
１及び第２の膜を非酸化性雰囲気中で順次に形成する工
程を具備することを特徴としている。

【００１５】本願の発明による固体撮像素子の製造方法
は、前記第１及び第２の膜の一方及び他方として夫々タ
ングステンを含む膜及びアルミニウムを含む膜を用いる
ことが好ましい。

【００１６】本願の発明による固体撮像素子では、積層
構造の第１及び第２の膜で遮光膜が構成されていても、
第１及び第２の膜が対向面の全体同士で直接に接してい
て、これら第１及び第２の膜の界面に異物が存在してい
ないので、遮光膜の表面のモフォロジーが良好である。

【００１７】また、第１及び第２の膜の一方及び他方が
夫々タングステンを含む膜及びアルミニウムを含む膜で
あれば、遮光膜の遮光能力が高く且つ第１及び第２の膜
を低抵抗の配線として用いることができるにも拘らず、
遮光膜の表面のモフォロジーが良好である。

【００１８】本願の発明による固体撮像素子の製造方法
では、積層構造の第１及び第２の膜で遮光膜を構成して
いても、これら第１及び第２の膜を非酸化性雰囲気中で
順次に形成しているので、第１の膜の表面に自然酸化膜
が形成されない。このため、その後に熱処理を施して
も、第１及び第２の金属と酸素との三元系の析出物が第
１及び第２の膜の界面に部分的に生じることがなくて、
遮光膜の表面のモフォロジーを良好にすることができ
る。

【００１９】また、第１及び第２の膜の一方及び他方と
して夫々タングステンを含む膜及びアルミニウムを含む
膜を用いれば、遮光能力が高い遮光膜と第１及び第２の
膜から成る低抵抗の配線とを形成することができるにも
拘らず、遮光膜の表面のモフォロジーを良好にすること
ができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本願の発明の一実施形態
を、図１を参照しながら説明するが、本実施形態の説明
に先立って、まず、本実施形態で積層膜を形成するため
に使用するスパッタリング装置を、図２を参照しながら
説明する。このスパッタリング装置はマルチチャンバ型
であり、ロードロック室３１にトランスファ室３２が接
続されている。

【００２１】トランスファ室３２内にはトランスファロ
ボット３３が設けられており、トランスファ室３２の周
囲には複数の反応室３４、３５、・・・が接続されてい
る。そのうち、反応室３４にはタングステンターゲット
３６が備えられており、反応室３５にはアルミニウムタ
ーゲット３７が備えられている。。

【００２２】本実施形態の固体撮像素子の製造に際して
も、図１（ａ）に示す様に、シリコンウェハ１１の表面
にゲート絶縁膜１２を形成し、電荷転送領域１３、チャ
ネルストップ領域１４、センサ領域１５、ゲート電極１
６及び平坦化絶縁膜１７を形成し、更に、シリコンウェ
ハ１１に達するコンタクト孔（図示せず）を形成するま
では、図４に示した一従来例と実質的に同様の工程を実
行する。

【００２３】しかし、本実施形態では、その後、図２に
示したスパッタリング装置の反応室３４内におけるスパ
ッタリングによって、図１（ｂ）に示す様に、膜厚が５
０〜１００ｎｍのタングステン膜４１を形成する。そし
て、１０^-7Ｔｏｒｒ台に真空排気されているトランスフ
ァ室３２内のトランスファロボット３３によって、シリ
コンウェハ１１を反応室３５に搬送する。

【００２４】次に、反応室３５内におけるスパッタリン
グによって、図１（ｃ）に示す様に、膜厚が２００〜５
００ｎｍのアルミニウム膜４２を形成して、タングステ
ン膜４１とアルミニウム膜４２との積層膜４３を形成す
る。その後、図２に示したスパッタリング装置からシリ
コンウェハ１１を取り出し、図１（ｄ）に示す様に、再
び、図４に示した一従来例と実質的に同様の工程を実行
して、この固体撮像素子を完成させる。

【００２５】以上の様な実施形態では、反応室３４でタ
ングステン膜４１を形成した後、真空排気されているト
ランスファ室３２を通ってシリコンウェハ１１を反応室
３５に搬送し、この反応室３５でアルミニウム膜４２を
形成しているので、タングステン膜４１が大気に曝され
なくて、このタングステン膜４１の表面にタングステン
自然酸化膜が形成されない。

【００２６】このため、その後に熱処理を施しても、タ
ングステンとアルミニウムと酸素との三元系の析出物が
タングステン膜４１とアルミニウム膜４２との界面に部
分的に生じることがなくて、積層膜４３から成る遮光膜
の表面のモフォロジーが良好である。従って、本実施形
態の固体撮像素子では、図３（ａ）に示す様に、画素毎
の感度のばらつきが小さくて、画質が優れている。

【００２７】なお、以上の実施形態ではタングステン膜
４１上にアルミニウム膜４２を積層しているが、アルミ
ニウム膜上にタングステン膜を積層してもよく、その場
合でも、アルミニウム膜の表面にアルミニウム自然酸化
膜が形成されてタングステンとアルミニウムと酸素との
三元系の析出物がアルミニウム膜とタングステン膜との
界面に部分的に生じることを防止することができる。

【００２８】また、上述の実施形態ではタングステン膜
４１をスパッタリングで形成しているが、このタングス
テン膜４１はＣＶＤで形成してもよい。また、上述の実
施形態では真空排気されているトランスファ室３２を通
ってシリコンウェハ１１を反応室３４から反応室３５へ
搬送することによってタングステン膜４１が大気に曝さ
れることを防止しているが、トランスファ室３２は非酸
化性雰囲気であればよく例えば不活性ガスで満たされて
いてもよい。

【００２９】なお、上述の実施形態ではタングステン膜
４１とアルミニウム膜４２とを用いているが、タングス
テンシリサイド膜等の様にタングステンを含む膜とアル
ミニウム合金膜等の様にアルミニウムを含む膜とを用い
てもよい。更に、タングステンを含む膜やアルミニウム
を含む膜は酸化され易くて上述の三元系の析出物が生じ
易いので本願の発明の適用が特に有効であるが、これら
の金属以外の金属を含む膜で遮光膜や配線等を形成する
場合にも本願の発明を適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】本願の発明による固体撮像素子では、積
層構造の第１及び第２の膜で遮光膜が構成されていて
も、遮光膜の表面のモフォロジーが良好であるので、遮
光膜の表面で反射した後に各画素に入射する光量のばら
つきが少なく、画素毎の感度のばらつきが少なくて、画
質が優れている。

【００３１】また、第１及び第２の膜の一方及び他方が
夫々タングステンを含む膜及びアルミニウムを含む膜で
あれば、遮光膜の遮光能力が高く且つ第１及び第２の膜
を低抵抗の配線として用いることができるにも拘らず、
遮光膜の表面のモフォロジーが良好であるので、画質が
更に優れており且つ動作特性も優れている。

【００３２】本願の発明による固体撮像素子の製造方法
では、積層構造の第１及び第２の膜で遮光膜を構成して
いても、遮光膜の表面のモフォロジーを良好にすること
ができるので、遮光膜の表面で反射した後に各画素に入
射する光量のばらつきを少なくすることかでき、画素毎
の感度のばらつきを少なくすることができて、画質の優
れた固体撮像素子を製造することができる。

【００３３】また、第１及び第２の膜の一方及び他方と
して夫々タングステンを含む膜及びアルミニウムを含む
膜を用いれば、遮光能力が高い遮光膜と第１及び第２の
膜から成る低抵抗の配線とを形成することができるにも
拘らず、遮光膜の表面のモフォロジーを良好にすること
ができるので、画質が更に優れており且つ動作特性も優
れている固体撮像素子を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の発明の一実施形態を工程順に示す側断面
図である。

【図２】一実施形態で使用するスパッタリング装置の模
式的な平面図である。

【図３】固体撮像素子の感度のばらつきを示すグラフで
あり、（ａ）は一実施形態の固体撮像素子の感度、
（ｂ）は一従来例の固体撮像素子の感度を示している。

【図４】本願の発明の一従来例を工程順に示す側断面図
である。

【符号の説明】

４１ タングステン膜（第１の金属を含む第１の膜） ４２ アルミニウム膜（第２の金属を含む第２の膜）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の金属を含む第１の膜上に第２の金
   属を含む第２の膜が積層されて成る遮光膜を有する固体
   撮像素子において、 前記第１及び第２の膜が対向面の全体同士で直接に接し
   ていることを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２の膜の一方及び他方が
   夫々タングステンを含む膜及びアルミニウムを含む膜で
   あることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 第１の金属を含む第１の膜上に第２の金
   属を含む第２の膜が積層されて成る遮光膜を有する固体
   撮像素子の製造方法において、 前記第１及び第２の膜を非酸化性雰囲気中で順次に形成
   する工程を具備することを特徴とする固体撮像素子の製
   造方法。
4. 【請求項４】 前記第１及び第２の膜の一方及び他方と
   して夫々タングステンを含む膜及びアルミニウムを含む
   膜を用いることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素
   子の製造方法。