JP2006344649A

JP2006344649A - 金属膜およびその形成方法、固体撮像装置およびその製造方法、および電子情報機器

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Publication number: JP2006344649A
Application number: JP2005166862A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Sueyoshi; 康彦末吉
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】遮光膜などの金属膜における開口部の内周縁部の凸凹を抑制して、この開口部を通した画素部間の受光感度ばらつき低減や、受光感度特性およびスミア特性の向上を図る。
【解決手段】タングステンを含む母材を用いて、窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値を０．７〜１．０未満としてスパッタリングを行うことにより、受光部（画素部）１０１上の遮光膜１０５を選択的に除去して開口部１０５Ｃを形成する際に、遮光膜１０５の内周縁部の凸凹部１０５ａを２０ｎｍ以下に抑制して、遮光膜１０５のグレインサイズを１００ｎｍ以下に抑制することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属を主成分とする金属膜およびその形成方法、この金属膜を遮光膜として用いる固体撮像装置およびその製造方法、この固体撮像装置を撮像部に用いたカメラ付携帯電話装置、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラなどの電子情報機器に関する。

従来、この種の固体撮像装置の半導体基板には、外部から入射してくる光を電荷に変換する受光部が設けられており、その半導体基板内の受光部により光電変換された電荷を転送する電荷転送電極が設けられている。この受光部以外の領域に光が入射されないように、遮光性が高いタングステンからなる遮光膜が受光部上のみを開口し、かつ、この受光部以外の部分を覆うように設けられている。このような従来の固体撮像装置が特許文献１に提案されている。

以下に、特許文献１に提案されているタングステンからなる遮光膜を備えた従来の固体撮像装置およびその製造方法について、図７〜図９を参照しながら説明する。

図７は、特許文献１における従来の固体撮像装置の１画素部分の断面構造例を示す縦断面図である。なお、図７の固体撮像装置は、このような１画素部分がマトリクス状に複数設けられている。

図７において、従来の固体撮像装置２２０は、シリコンからなる半導体基板２００内に基板部と反対導電型のフォトダイオードである受光部２０１が設けられ、その半導体基板２００および受光部２０１上を覆うように酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２０２が設けられている。このゲート絶縁膜２０２上には、受光部２０１と平面視で一部重なってドープドポリシリコンからなる転送電極２０３が設けられており、その転送電極２０３およびゲート絶縁膜２０２上を覆うように酸化シリコンからなる層間絶縁膜２０４が設けられている。

この層間絶縁膜２０４上には、タングステンからなる第１遮光膜２０５Ａおよび第２遮光膜２０５Ｂを含む遮光膜２０５が設けられており、第１遮光膜２０５Ａおよび第２遮光膜２０５Ｂには、受光部２０１上に開口部２０５Ｃが設けられている。

これらの第２遮光膜２０５Ｂおよび層間絶縁膜２０４上を覆うように、ＢＰＳＧ膜からなる平坦化膜２０６が設けられており、この平坦化膜２０６上にアクリル樹脂からなるカラーフィルタ２０７がさらに設けられている。このカラーフィルタ２０７上には、アクリル樹脂からなるオンチップマイクロレンズ２０８が受光部２０１の鉛直上方に設けられており、オンチップマイクロレンズ２０８により受光部２０１に外部光が集光されるようになっている。

上記構成の従来の固体撮像装置２２０を製造する方法は、以下のように為される。

図８（ａ）〜図８（ｃ）および図９（ｄ）〜図９（ｆ）は、図７の固体撮像装置の各製造工程における各単位構成例を示す縦断面図である。

まず、図８（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板２００内に、基板とは反対導電型のフォトダイオードである各受光部２０１をマトリクス状にそれぞれ形成する。この受光部２０１は、外部から入射してくる光を電荷に変換する役割を果たす。次に、半導体基板２００および受光部２０１上を覆うように酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２０２を、例えばＣＶＤ法により堆積する。このゲート絶縁膜２０２の堆積が完了すると、ＣＶＤ法、フォトリソグラフィー処理およびドライエッチング処理により、ドープドポリシリコンからなる転送電極２０３を形成する。この転送電極２０３は、受光部２０１で光電変換された電荷を転送する役割を果たす。転送電極２０３の形成が完了すると、その転送電極２０３およびゲート絶縁膜２０２上を覆うように、酸化シリコンからなる層間絶縁膜２０４を、例えばＣＶＤ法により堆積する。

次に、図８（ｂ）に示すように、膜厚が１０ｎｍ〜２００ｎｍのタングステンからなる第１遮光膜２０５Ａを、層間絶縁膜２０４上にスパッタリング法により堆積する。例えば、マグネトロンスパッタにより第１遮光膜２０５Ａが堆積される場合、第１遮光膜２０５Ａの堆積条件は、アルゴンガス圧が３ｍＴｏｒｒ〜５ｍＴｏｒｒ、アルゴンガス流量が１００ｓｃｃｍ、基板温度が摂氏２００度、ＤＣマグネトロンパワーが１０００Ｗに設定される。

この第１遮光膜２０５Ａの層間絶縁膜２０４上への堆積が完了すると、図８（ｃ）に示すように、第１遮光膜２０５Ａ上に、膜厚が１０ｎｍ〜３００ｎｍのタングステンからなる第２遮光膜２０５Ｂを、ＷＦ_６と窒素との混合ガスを用いたＣＶＤ法により堆積する。ここで、反応ガスに窒素を混合することにより、タングステンからなる第２遮光膜２０５Ｂの表面平均粗さを１５０ｎｍよりも大幅に減少させることが可能となる。これにより、後の工程で、第２遮光膜２０５Ｂの表面の凸凹を原因として、図９（ｄ）に示す開口部２０９Ｃがパターニングされたフォトレジスト膜２０９の内周縁部において凸凹が発生することを抑制することが可能となる。

この第２遮光膜２０５Ｂの第１遮光膜２０５Ａ上への堆積が完了すると、図９（ｄ）に示すように、受光部２０２の鉛直上方に開口部２０９Ｃを有するフォトレジスト膜２０９を、第２遮光膜２０５Ｂ上に形成する。具体的には、第２遮光膜２０５Ｂ上にフォトレジストを塗布し、マスクパターンを用いて露光を行って、露光された部分のフォトレジストを溶剤で除去することにより所定形状にパターニングされたフォトレジスト膜２０９を形成する。

このフォトレジスト膜２０９の形成が完了すると、そのフォトレジスト膜２０９をマスクとして、マスクされていない部分の第１遮光膜２０５Ａおよび第２遮光膜２０５Ｂを、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法により除去して、図９（ｅ）に示す第１遮光膜２０５Ａおよび第２遮光膜２０５Ｂに開口部２０５Ｃを形成する。

これらの第１遮光膜２０５Ａおよび第２遮光膜２０５Ｂへの開口部２０５Ｃの形成が完了すると、図９（ｅ）に示すように、アッシング処理などにより、フォトレジスト膜２０９を除去する。

その後、図９（ｆ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、第２遮光膜２０５Ｂおよび層間絶縁膜２０４上を覆うように、ＢＰＳＧ膜からなる平坦化膜２０６を堆積する。この平坦化膜２０６の形成が完了すると、その平坦化膜２０６上にアクリル樹脂からなるカラーフィルタ２０７を形成する。さらに、カラーフィルタ２０７の形成が完了すると、アクリル樹脂からなるオンチップマイクロレンズ２０８を、受光部２０１の鉛直上方であって、かつ、カラーフィルタ２０７上に形成する。これによって、図９（ｆ）に示すような固体撮像装置２２０の製造が完成する。
特開２００５−２６５６６号公報

上述した従来の固体撮像装置２２０の製造方法では、第２遮光膜２０５Ｂの形成工程において、反応ガスに窒素を混合することにより、タングステンからなる第２遮光膜２０５Ｂの表面平均粗さを１５０ｎｍよりも大幅に減少させることが可能となり、開口部２０９Ｃがパターニングされたフォトレジスト膜２０９の内周縁部において凸凹が発生することを抑制することができる。

しかしながら、上記従来の構成では、更なる固体撮像装置２２０の微細化による開口部２０９Ｃの面積縮小化を図ると、第１遮光膜２０５Ａおよび第２遮光膜２０５Ｂの一部をＲＩＥ法により除去したときに、遮光膜２０５のグレインバウンダリーで遮光膜除去が速く進むことにより、図１０に示すように遮光膜２０５の開口部２０５Ｃの面積に対する凸凹２０５ａの占める割合が大きくなる。この結果、固体撮像装置２２０に含まれる画素部間の受光感度に大きなばらつきや、受光感度の低下およびスミア特性（Ｓ／Ｎ比）の劣化を発生させることになる。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、金属膜に形成された開口部の内周縁部の凸凹を抑制できる金属膜およびその形成方法、この金属膜を遮光膜に用い、この遮光膜おける開口部の内周縁部の凸凹を抑制することにより、この開口部を通した画素部間の受光感度ばらつき低減や、受光感度特性およびスミア特性の向上を図ることができる固体撮像装置およびその製造方法、この固体撮像装置を撮像部に用いたカメラ付携帯電話装置、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラなどの電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明の金属膜の形成方法は、金属を含む母材および窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて、スパッタリング法により母材に含まれる金属を主成分とする金属膜を堆積するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の金属膜の形成方法は、金属を含む母材および窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて、スパッタリング法により母材に含まれる金属を主成分とする第１金属膜を堆積する工程と、該第１金属膜上にＣＶＤ法により第２金属膜を堆積する工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の金属膜の形成方法における第２金属膜のグレインサイズが９５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲である。

さらに、好ましくは、本発明の金属膜の形成方法において、前記第１金属膜の膜厚を１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内に設定し、前記第２金属膜の膜厚を１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内に設定する。

さらに、好ましくは、本発明の金属膜の形成方法における金属はタングステンまたはアルミニュウムである。

さらに、好ましくは、本発明の金属膜の形成方法における窒素ガス流量の、不活性ガス流量と該窒素ガス流量との合計に対する比の値を、０．５を超え１．０未満の範囲内に設定する。

さらに、好ましくは、本発明の金属膜の形成方法における窒素ガス流量の、不活性ガス流量と該窒素ガス流量との合計に対する比の値を、０．７以上１．０以下の範囲内に設定する。

さらに、好ましくは、本発明の金属膜の形成方法において、前記母材に含まれる金属を主成分とする金属膜を堆積する工程は、マグネトロンスパッタにより該金属膜を堆積する場合、該金属膜の堆積条件は、チャンバー圧力が３ｍＴｏｒｒ〜６ｍＴｏｒｒ、窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値が０．７、基板温度が２０℃〜３０℃、ＤＣマグネトロンパワーが２０００Ｗに設定する。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、外部から入射してくる光を電荷に変換する光電変換用の受光部が形成された半導体基板上方を覆うように、金属を含む母材および窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて、スパッタリング法により母材に含まれる金属を主成分とする第１遮光膜を堆積する工程と、該第１遮光膜上にＣＶＤ法により第２遮光膜を堆積する工程と、該第１遮光膜および該第２遮光膜を選択的に除去して、該受光部の上方を開口する開口部を形成する工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記第１遮光膜を堆積する工程の前に、半導体基板内に、前記光電変換用の受光部を形成する工程と、該半導体基板および該受光部上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜上の所定位置に、該受光部により光電変換された電荷を転送するための転送電極を形成する工程とを更に有する。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記開口部を形成する工程の後に、前記第２遮光膜および前記絶縁膜上を覆うように平坦化膜を堆積する工程と、該平坦化膜上にカラーフィルタ層を形成する工程と、該カラーフィルタ層上の前記受光部の鉛直上方に位置するように、該受光部に光を集光させるためのマイクロレンズを形成する工程とを更に有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における第２遮光膜のグレインサイズが９５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲内である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記第１遮光膜の膜厚を１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内に設定し、前記第２遮光膜の膜厚を１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内に設定する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における金属はタングステンまたはアルミニュウムである。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記窒素ガス流量の、前記不活性ガス流量と該窒素ガス流量との合計に対する比の値を、０．５を超え１．０未満の範囲に設定する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記窒素ガス流量の、前記不活性ガス流量と該窒素ガス流量との合計に対する比の値を、０．７以上１．０未満の範囲に設定する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記第１遮光膜を堆積する工程は、マグネトロンスパッタにより該第１遮光膜を堆積する場合、該第１遮光膜の堆積条件は、チャンバー圧力が３ｍＴｏｒｒ〜６ｍＴｏｒｒ、窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値が０．７、基板温度が２０℃〜３０℃、ＤＣマグネトロンパワーが２０００Ｗに設定する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記第１遮光膜および前記第２遮光膜に前記開口部を形成する工程は、フォトレジスト膜をマスクとして用いて前記受光部上方の該第１遮光膜および該第２遮光膜を反応性イオンエッチングにより選択的に除去する。

本発明の金属膜は、本発明の上記金属膜の形成方法を用いて形成されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の固体撮像装置は、本発明の上記固体撮像装置の製造方法を用いて製造されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置が撮像部に用いられており、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下に、本発明の作用を説明する。

本発明にあっては、金属を含む母材および窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて、スパッタリング法により、窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値を、０．５を超え１．０未満、より好ましくは、０．７〜１．０未満に設定して、母材に含まれる金属（例えばタングステン）を主成分とする第１金属膜（例えば第１遮光膜）を形成する。さらに、その上に、ＣＶＤ法により第２金属膜（例えば第２遮光膜）を形成することにより、第２金属膜（例えば第２遮光膜）のグレインサイズは通常の１２０ｎｍよりも小さく、より好ましくは、９５以上１００ｎｍ以下の範囲内となる。これによって、第１金属膜（例えば第１遮光膜）および第２金属膜（例えば第２遮光膜）の受光部上をＲＩＥ法などにより選択的に除去して開口部を形成したときに、その開口部における内周縁部の凸凹を、通常の５０ｎｍよりも小さく、より好ましくは、２０ｎｍ以下に抑制することが可能となる。

また、金属を含む母材および窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて、スパッタリング法により母材に含まれる金属を主成分とする一層の金属膜を堆積する場合、製造工程を短縮できると共に、この場合にも遮光膜などの金属膜における開口部の内周縁部の凸凹を抑制することも可能となる。

以上により、本発明によれば、タングステンなどの金属を含む母材を用いて、窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値を、０．５を超え１．０未満、より好ましくは、０．７〜１．０未満としてスパッタリングを行うことにより、遮光膜を選択的に除去して開口部を形成するときに、開口部の縁部の凸凹を２０ｎｍ以下に抑制することができて、固体撮像装置内の受光部（画素）間の受光感度ばらつきを低減させ、受光感度特性およびスミア特性を向上させて、固体撮像装置の小型化および高性能化を図ることができる。

以下に、本発明の固体撮像装置の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法により作製される固体撮像装置の１画素分の断面構造例を示す縦断面図である。固体撮像装置においては、このような画素がマトリクス状に複数設けられている。

図１において、本実施形態の固体撮像装置１２０は、シリコンからなる半導体基板１００内に基板と反対導電型のフォトダイオードである受光部１０１が設けられ、その半導体基板１００および受光部１０１上を覆うように酸化シリコンからなるゲート絶縁膜１０２が設けられている。この受光部１０１は、外部から入射してくる光を電荷に変換する役割を果たす。ゲート絶縁膜１０２上には、受光部１０１と平面視で一部重なってドープドポリシリコンからなる転送電極１０３が設けられており、この転送電極１０３およびゲート絶縁膜１０２上を覆うように酸化シリコンからなる層間絶縁膜１０４が設けられている。

この転送電極１０３は、受光部１０１で光電変換された電荷を転送する役割を果たす。

この層間絶縁膜１０４上には、タングステン窒化膜からなる第１遮光膜１０５Ａおよびタングステン膜からなる第２遮光膜１０５Ｂの二層構造の遮光膜１０５が設けられており、第１遮光膜１０５Ａおよび第２遮光膜１０５Ｂには、受光部１０１上で開口する窓部としての開口部１０５Ｃが設けられている。

この第２遮光膜１０５Ｂおよび層間絶縁膜１０４上を覆うように、ＢＰＳＧ膜からなる平坦化膜１０６が設けられており、その平坦化膜１０６上にアクリル樹脂からなるカラーフィルタ１０７が設けられている。このカラーフィルター１０７上には、アクリル樹脂からなるオンチップマイクロレンズ１０８が受光部１０２の鉛直上方に設けられており、オンチップマイクロレンズ１０８により受光部１０１に外部光が集光されるようになっている。

上記構成の本実施形態の固体撮像装置１２０は、以下のようにして製造される。

図２（ａ）〜図２（ｃ）および図３（ｄ）〜図３（ｆ）は、図１の固体撮像装置の各製造工程における各単位構成例を示す縦断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板１００内に基板とは反対導電型のフォトダイオードである受光部１０１を形成する。次に、半導体基板１００および受光部１０１上を覆うように酸化シリコンからなるゲート絶縁膜１０２を、例えばＣＶＤ法により堆積する。半導体基板１００および受光部１０１上へのこのゲート絶縁膜１０２の堆積が完了すると、ＣＶＤ法、フォトリソグラフィー処理およびドライエッチング処理により、ゲート絶縁膜１０２上の所定位置に、ドープドポリシリコンからなる転送電極１０３を形成する。このゲート絶縁膜１０２上の転送電極１０３の形成が完了すると、これらの転送電極１０３およびゲート絶縁膜１０２上を覆うように、酸化シリコンからなる層間絶縁膜１０４を、例えばＣＶＤ法により堆積する。

このように、遮光膜１０５の形成の前工程として、半導体基板１００内に、外部から入射してくる光を電荷に変換する受光部１０１を形成する工程と、この半導体基板１００および受光部１０１上に絶縁膜としてのゲート絶縁膜１０２を形成する工程と、ゲート絶縁膜１０２上に、受光部１０１により光電変換された電荷を所定方向に電荷転送するための転送電極１０３を形成する工程と、これらの転送電極１０３およびゲート絶縁膜１０２上に層間絶縁膜１０４を形成する工程とを有している。

次に、図２（ｂ）に示すように、膜厚が１０ｎｍ〜２００ｎｍのタングステン窒化膜からなる第１遮光膜１０５Ａを、層間絶縁膜１０４上にスパッタリング法により堆積する。例えば、マグネトロンスパッタにより第１遮光膜１０５Ａを堆積する場合、第１遮光膜１０５Ａの堆積条件は、金属を含む母材としてタングステンを用いて、チャンバー圧力が３ｍＴｏｒｒ〜６ｍＴｏｒｒ、窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値が０．７、基板温度が２０℃〜３０℃、ＤＣマグネトロンパワーが２０００Ｗに設定される。

このように、第１遮光膜１０５Ａを堆積する工程は、金属を含む母材および窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて、スパッタリング法により母材に含まれる金属としてのタングステンを主成分とする第１遮光膜１０５Ａを堆積する。

層間絶縁膜１０４上への第１遮光膜１０５Ａの堆積工程が完了すると、図２（ｃ）に示すように、膜厚が１０ｎｍ〜３００ｎｍのタングステンからなる第２遮光膜１０５Ｂを、第１遮光膜１０５Ａ上にＣＶＤ法により堆積する。この第１遮光膜１０５Ａとしてタングステン窒化膜を用いることによって、その上に形成されたタングステンからなる第２遮光膜１０５Ｂのグレインサイズを１２０ｎｍから１００ｎｍ未満に減少させることが可能となる。これにより、後の工程で、第２遮光膜１０５Ｂの表面の凸凹を原因として、開口部１０９Ｃがパターニングされたフォトレジスト膜１０９の縁部において凸凹が発生することを抑制することが可能となる。

第１遮光膜１０５Ａ上への第２遮光膜１０５Ｂの堆積工程が完了すると、図３（ｄ）に示すように、受光部１０１の鉛直上方に開口部１０９Ｃを有するフォトレジスト膜１０９を、第２遮光膜１０５Ｂ上に形成する。具体的には、第２遮光膜１０５Ｂ上にフォトレジストを塗布し、マスクパターンを用いて露光を行って、露光された部分のフォトレジストを溶剤で除去することにより、所定形状にパターンニングされたフォトレジスト膜１０９を形成する。

第２遮光膜１０５Ｂ上へのフォトレジスト膜１０９の形成が完了すると、そのフォトレジスト膜１０９をマスクとして、マスクされていない部分の第１遮光膜１０５Ａおよび第２遮光膜１０５Ｂを、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法により除去して、第１遮光膜１０５Ａおよび第２遮光膜１０５Ｂに、受光部１０１上のみを窓部として開口した開口部１０５Ｃを形成する。

これらの第１遮光膜１０５Ａおよび第２遮光膜１０５Ｂにおける開口部１０５Ｃの形成が完了すると、図３（ｅ）に示すように、アッシング処理等により、フォトレジスト膜１０９を除去する。

その後、図３（ｆ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、第２遮光膜１０５Ｂおよび層間絶縁膜１０４上を覆うように、ＢＰＳＧ膜からなる平坦化膜１０６を堆積する。この平坦化膜１０６の形成が完了すると、その平坦化膜１０６上にアクリル樹脂からなるカラーフィルタ１０７を形成する。このカラーフィルタ１０７の形成が完了すると、アクリル樹脂からなるオンチップマイクロレンズ１０８を、受光部１０２の鉛直上方であって、かつ、カラーフィルタ１０７上に形成する。これにより、図１に示すような固体撮像装置１２０の製造が完成する。

このようにして作製された本実施形態の固体撮像装置１２０では、タングステン窒化膜からなる第１遮光膜１０５Ａ上に形成された第２の遮光膜１０５Ｂのグレインサイズが１００ｎｍ以下（または未満）であり、第２遮光膜１０５Ｂの表面の凸凹を原因として、開口部１０９Ｃがパターニングされたフォトレジスト膜１０９の内周縁部において凸凹が発生することを抑制することが可能となる。

ここで、この点について詳細に説明する。

図４は、本実施形態の固体撮像装置の製造方法により作製された固体撮像装置１２０の遮光膜１０５および開口部１０５Ｃを上方から見たときの拡大図であり、図１０は、従来の固体撮像装置の製造方法により作製された固体撮像装置２２０の遮光膜２０５および開口部２０５Ｃを上方から見たときの拡大図である。図４および図１０において、周囲の斜線部が遮光膜１０５，２０５、中央の白抜き部が開口部１０５Ｃ，２０５Ｃである。

図４に示すように、本実施形態の固体撮像装置の製造方法により作製された固体撮像装置１２０では、開口部１０５Ｃの内周縁部における凸凹部１０５ａは２０ｎｍ以下である。これに対して、図１０に示すように、従来の固体撮像装置の製造方法により作製された固体撮像装置２２０では、開口部２０５Ｃの縁における凸凹部２０５ａが５０ｎｍ程度となっている。
したがって、開口部１０５Ｃの面積のばらつきが抑制可能であることが分かる。この結果、固体撮像装置１２０内の受光部１０１間の受光感度ばらつきを低減させ、受光感度特性およびスミア特性を向上させて、固体撮像装置１２０の小型化および高性能化を図ることができる。

図５は、本実施形態により形成された開口部１０５Ｃの凸凹部１０５ａの大きさと、遮光膜スパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値との関係を示す特性図である。なお、図５において、縦軸は開口部１０５Ｃの凸凹部１０５ａの大きさを示し、横軸は第１遮光膜１０５Ａのスパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値を示している。

図５に示すように、遮光膜スパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値が０．７以上１未満であるときに、開口部１０５Ｃの凸凹部１０５ａの大きさが２０ｎｍ以下になることを示している。ここで、固体撮像装置１２０内の受光部１０１間の受光感度ばらつきを低減させ、受光感度向上およびスミア特性を向上させるためには、開口部１０５Ｃの凸凹部１０５ａの大きさが２０ｎｍ以下であることが好ましく、第１遮光膜１０５Ａのスパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値を、０．７〜１．０未満にすることが好ましい。なお、１．０未満の理由は、窒素１００％を含めると混合ガスにならないからである。さらに、第１遮光膜１０５Ａのスパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値が、図５から０．５を超えると、凸凹部１０５ａの大きさが５０ｎｍよりも小さくなるので、受光感度ばらつきの低減、受光感度向上およびスミア特性の向上に多少の効果がでてくる。
図６は、本実施形態により形成された遮光膜のグレインサイズと、遮光膜スパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値との関係を示す特性図である。なお、図６において、縦軸は遮光膜１０５（ＣＶＤ法で形成した第２遮光膜膜１０５Ｂ）のグレインサイズを示し、横軸は第１遮光膜１０５Ａのスパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値を示している。

図６に示すように、遮光膜スパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値が０．７以上１未満であるときに、遮光膜１０５のグレインサイズが９５以上１００ｎｍ以下となることを示している。ここで、開口部１０５Ｃの凸凹部１０５ａの大きさを抑制するためには、遮光膜１０５のグレインサイズが１００ｎｍ以下であることが好ましく、第１遮光膜１０５Ａのスパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値を、０．７〜１．０未満にすることが好ましい。さらに、第１遮光膜１０５Ａのスパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値が、図６から０．５を超えると、遮光膜１０５のグレインサイズが通常の１２０ｎｍよりも急激に小さくなるので、受光感度ばらつきの低減、受光感度向上およびスミア特性の向上に多少の効果がでてくる。

以上により、本実施形態によれば、タングステンを含む母材を用いて、窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値を０．５〜１．０未満、より好ましくは、０．７〜１．０未満としてスパッタリングを行うことにより、受光部（画素部）１０１上の遮光膜１０５を選択的に除去して開口部１０５Ｃを形成する際に、遮光膜１０５の内周縁部の凸凹部１０５ａを、５０ｎｍよりも小さく、より好ましくは、２０ｎｍ以下に抑制して、遮光膜１０５のグレインサイズが通常の１２０ｎｍよりも小さく、より好ましくは、１００ｎｍ以下に抑制することが可能となり、固体撮像装置１２０内の受光部（画素部）１０１間の受光感度ばらつきを低減させ、受光感度特性およびスミア特性を向上させて、固体撮像装置１２０の小型化および高性能化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、上記固体撮像装置１２０の製造方法として、外部から入射してくる光を電荷に変換する光電変換用の受光部１０１が形成された半導体基板１００上方を覆うように、タングステンを含む母材および窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて、スパッタリング法により母材に含まれるタングステンを主成分とする第１遮光膜１０５Ａを堆積する工程と、この第１遮光膜１０５Ａ上にＣＶＤ法により第２遮光膜１０５Ｂを堆積する工程と、この第１遮光膜１０５Ａおよび第２遮光膜１０５Ｂを選択的に除去して、受光部１０１上方を開口する開口部１０５Ｃを形成する工程とを有するように構成したが、本発明は固体撮像装置１２０の製造方法に限らず、タングステンなどの金属膜の形成方法であってもよく、金属膜の形成方法として、タングステンなどの金属を含む母材および窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて、スパッタリング法により母材に含まれる金属を主成分とする一層の金属膜を堆積する場合（製造工数を縮小できる）であってもよく、これにより製造された金属膜を第１金属膜上に、ＣＶＤ法により第２金属膜を堆積する工程とを有するタングステンなどの金属膜の形成方法であってもよい。これらの場合にも、金属膜の所定位置に開口部を設けた場合に、タングステンなどの遮光膜（金属膜）における開口部の内周縁部の凸凹を抑制して、この開口部を通した画素部間の受光感度ばらつき低減や、受光感度特性およびスミア特性の向上を図ることができる上記実施形態と同様の作用効果を奏するものである。さらに、この場合の金属としてタングステンの他にアルミニュウムであってもいよい。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記固体撮像装置１２０をカメラ付携帯電話装置や、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラなどのデジタルカメラなど、電子情報機器の撮像部に用いることができて、固体撮像装置１２０内の受光部（画素部）１０１間の受光感度ばらつきを低減させ、受光感度特性およびスミア特性を向上させて、固体撮像装置１２０さらにはこれを用いた電子情報機器の小型化および高性能化を図ることができる。

さらに、上記実施形態では、特に説明しなかったが、本発明の金属膜を遮光膜以外に用いる事例として、タングステン/チッ化タングステン/ポリシリコン構造のゲート電極（Gate電極）に用いることができる。この場合、遮光膜のように開口部とはならないが、タングステンの電極ラインの凹凸を小さくすることで、ゲート電極（Gate電極）の抵抗バラツキを低減できるというメリットがある。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、金属を主成分とする金属膜およびその形成方法、この金属膜を遮光膜として用いる固体撮像装置およびその製造方法、この固体撮像装置を撮像部に用いたカメラ付携帯電話装置、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラなどの電子情報機器の分野において、タングステンなどの金属を主成分とする遮光膜を形成する際に、タングステンなどの金属を含む母材を用いて、窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値を０．７〜１．０未満としてスパッタリングを行うことにより、遮光膜を選択的に除去して開口部を形成する際に、開口部の内周縁部の凸凹部を通常の５０ｎｍよりも小さく、さらに好ましくは、２０ｎｍ以下に抑制することが可能となり、固体撮像装置内の受光部（画素部）間の受光感度ばらつきを低減させ、受光感度特性およびスミア特性を向上させて、固体撮像装置の小型化および高性能化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る固体撮像装置の１画素部分の断面構造例を示す縦断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、図１の固体撮像装置の各製造工程（その１）における各単位構成例を示す縦断面図である。（ｄ）〜（ｆ）は、図１の固体撮像装置の各製造工程（その２）における各単位構成例を示す縦断面図である。本実施形態の固体撮像装置の製造方法により作製した固体撮像装置の遮光膜およびその開口部を上方から見た拡大図である。本実施形態で形成された開口部の凸凹大きさに対する、遮光膜スパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値の依存性を示す特性図である。本実施形態で形成された遮光膜のグレインサイズに対する、遮光膜スパッタリング時における窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値の依存性を示す特性図である。特許文献１における従来の固体撮像装置の１画素部分の断面構造例を示す縦断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、図７の固体撮像装置の各製造工程（その１）における各単位構成例を示す縦断面図である。（ｄ）〜（ｆ）は、図７の固体撮像装置の各製造工程（その２）における各単位構成例を示す縦断面図である。従来の固体撮像装置の製造方法により作製した固体撮像装置の遮光膜およびその開口部を上方から見た拡大図である。

符号の説明

１００半導体基板
１０１受光部
１０２ゲート絶縁膜
１０３転送電極
１０４層間絶縁膜
１０５遮光膜
１０５Ａ第１遮光膜
１０５Ｂ第２遮光膜
１０５Ｃ遮光膜の開口部
１０６平坦化膜
１０７カラーフィルタ
１０８オンチップマイクロレンズ
１０９フォトレジスト膜
１０９Ｃフォトレジスト膜の開口部
１２０固体撮像装置

Claims

金属を含む母材および窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて、スパッタリング法により母材に含まれる金属を主成分とする金属膜を堆積する金属膜の形成方法。
金属を含む母材および窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて、スパッタリング法により母材に含まれる金属を主成分とする第１金属膜を堆積する工程と、
該第１金属膜上にＣＶＤ法により第２金属膜を堆積する工程とを有する金属膜の形成方法。
前記第２金属膜のグレインサイズが９５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲である請求項２に記載の金属膜の形成方法。
前記第１金属膜の膜厚を１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内に設定し、前記第２金属膜の膜厚を１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内に設定する請求項２または３に記載の金属膜の形成方法。
前記金属はタングステンまたはアルミニュウムである請求項１〜４のいずれかに記載の金属膜の形成方法。
前記窒素ガス流量の、不活性ガス流量と該窒素ガス流量との合計に対する比の値を、０．５を超え１．０未満の範囲内に設定する請求項１〜５のいずれかに記載の金属膜の形成方法。
前記窒素ガス流量の、不活性ガス流量と該窒素ガス流量との合計に対する比の値を、０．７以上１．０以下の範囲内に設定する請求項６に記載の金属膜の形成方法。
前記母材に含まれる金属を主成分とする金属膜を堆積する工程は、マグネトロンスパッタにより該金属膜を堆積する場合、該金属膜の堆積条件は、チャンバー圧力が３ｍＴｏｒｒ〜６ｍＴｏｒｒ、窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値が０．７、基板温度が２０℃〜３０℃、ＤＣマグネトロンパワーが２０００Ｗに設定する請求項５に記載の金属膜の形成方法。
外部から入射してくる光を電荷に変換する光電変換用の受光部が形成された半導体基板上方を覆うように、金属を含む母材および窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて、スパッタリング法により母材に含まれる金属を主成分とする第１遮光膜を堆積する工程と、
該第１遮光膜上にＣＶＤ法により第２遮光膜を堆積する工程と、
該第１遮光膜および該第２遮光膜を選択的に除去して、該受光部の上方を開口する開口部を形成する工程とを有する固体撮像装置の製造方法。
前記第１遮光膜を堆積する工程の前に、
半導体基板内に、前記光電変換用の受光部を形成する工程と、
該半導体基板および該受光部上に絶縁膜を形成する工程と、
該絶縁膜上の所定位置に、該受光部により光電変換された電荷を転送するための転送電極を形成する工程とを更に有する請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記開口部を形成する工程の後に、
前記第２遮光膜および前記絶縁膜上を覆うように平坦化膜を堆積する工程と、
該平坦化膜上にカラーフィルタ層を形成する工程と、
該カラーフィルタ層上の前記受光部の鉛直上方に位置するように、該受光部に光を集光させるためのマイクロレンズを形成する工程とを更に有する請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第２遮光膜のグレインサイズが９５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲内である請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第１遮光膜の膜厚を１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内に設定し、前記第２遮光膜の膜厚を１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内に設定する請求項９または１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記金属はタングステンまたはアルミニュウムである請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記窒素ガス流量の、前記不活性ガス流量と該窒素ガス流量との合計に対する比の値を、０．５を超え１．０未満の範囲に設定する請求項９、１２および１３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
前記窒素ガス流量の、前記不活性ガス流量と該窒素ガス流量との合計に対する比の値を、０．７以上１．０未満の範囲に設定する請求項１５に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第１遮光膜を堆積する工程は、マグネトロンスパッタにより該第１遮光膜を堆積する場合、該第１遮光膜の堆積条件は、チャンバー圧力が３ｍＴｏｒｒ〜６ｍＴｏｒｒ、窒素ガス流量の全ガス流量に対する比の値が０．７、基板温度が２０℃〜３０℃、ＤＣマグネトロンパワーが２０００Ｗに設定する請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第１遮光膜および前記第２遮光膜に前記開口部を形成する工程は、フォトレジスト膜をマスクとして用いて前記受光部上方の該第１遮光膜および該第２遮光膜を反応性イオンエッチングにより選択的に除去する請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
請求項１〜８のいずれかに記載の金属膜の形成方法を用いて形成された金属膜。
請求項９〜１８のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法を用いて製造された固体撮像装置。
請求項２０に記載の固体撮像装置が撮像部に用いられている電子情報機器。