JP2007115976A - Solid-state imaging element and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板上に形成される固体撮像素子の構造及び製造方法に関するものである。 The present invention relates to a structure and a manufacturing method of a solid-state imaging device formed on a semiconductor substrate.
ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像素子として、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ等の半導体素子が用いられている。これらの素子は、レンズからの光を一次元的または二次元的に配列された複数の光電変換素子(例えば、フォトダイオード)に入射させ、該光電変換素子によって光電変換された電荷の信号を転送及び増幅して読み出すことを基本的機能とする。 Semiconductor devices such as CCD (Charge Coupled Device) and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensors are used as imaging devices for video cameras and digital still cameras. These elements make light from a lens incident on a plurality of photoelectric conversion elements (for example, photodiodes) arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and transfer a charge signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion elements. The basic function is to amplify and read.
近年、これらの半導体素子においては、光電変換部(画素)の総配列数が数百万、あるいは一千万以上へと大規模化し、そのため各画素自体の寸法も一辺が10μmから数μm以下へと、縮小化への要求が著しい。 In recent years, in these semiconductor elements, the total number of photoelectric conversion units (pixels) has increased to several million, or more than 10 million, so that the size of each pixel itself has changed from 10 μm to several μm on a side. And the demand for reduction is remarkable.
このような状況の下、小さな画素寸法でS/N比の高い撮像信号を得るためには、なるべく多くの光を集め、光電変換の感度を上げることが重要となる。 Under such circumstances, in order to obtain an imaging signal having a small pixel size and a high S / N ratio, it is important to collect as much light as possible and increase the sensitivity of photoelectric conversion.
光電変換の感度向上のためには、まず光の取り入れ口、即ち、光電変換素子に対する開口面積をできるだけ大きくすることが重要である。そのため、光電変換素子よりも上方に形成される金属配線層によって、光電変換素子への光の入射が阻害されることを回避すべく、金属配線層の占有面積を小さくする必要がある。そして、金属配線層の占有面積を小さくするためには、該金属配線層を構成する金属配線の集積度を上げる必要がある。画素寸法10μm以下といったこれらの素子では、各配線の幅を少なくとも1μm以下、通常は0.5μm以下に微細化することによって、光電変換素子に対する開口面積を確保している。 In order to improve the sensitivity of photoelectric conversion, it is important to first increase the light intake, that is, the opening area for the photoelectric conversion element as much as possible. Therefore, it is necessary to reduce the area occupied by the metal wiring layer in order to prevent the metal wiring layer formed above the photoelectric conversion element from hindering the incidence of light on the photoelectric conversion element. In order to reduce the area occupied by the metal wiring layer, it is necessary to increase the degree of integration of the metal wiring constituting the metal wiring layer. In these elements having a pixel size of 10 μm or less, the width of each wiring is miniaturized to at least 1 μm or less, usually 0.5 μm or less, thereby securing an opening area for the photoelectric conversion element.
上記のような微細な金属配線からなる金属配線層の形成にあたっては、露光工程でのパターン忠実性の確保や、配線信頼性の確保に注意を払う必要がある。また、上下配線間を接続するためのプラグ形成プロセス上の制約もある。そこで、後述のような積層構造を採用することが一般的であった。 In forming a metal wiring layer composed of the fine metal wiring as described above, it is necessary to pay attention to ensuring pattern fidelity in the exposure process and ensuring wiring reliability. There are also restrictions on the plug formation process for connecting the upper and lower wirings. Therefore, it has been common to employ a laminated structure as described below.
図4は、従来の金属配線層の構造を示す説明図で、積層数が上下2層の場合の例が示されている。 FIG. 4 is an explanatory view showing the structure of a conventional metal wiring layer, and shows an example in which the number of stacked layers is two upper and lower layers.
図示されている上下の金属配線層100、200は、基本的に同様の積層構造を備えており、それぞれの下層にはバリアメタル101、201が配されている。最も一般的には、バリアメタルに、Ti(チタン)とTiN(窒化チタン)とのスパッタ積層膜(以下「TiN/Ti膜」と記す場合もある)を用いて信頼性を確保している。金属配線102、202は、Al(アルミニウム)に、1.0%以下のCu(銅)が含有されたスパッタ膜(以下「Al-Cu膜」と記す場合もある)からなる。微細な金属配線102、202をフォトリソグラフィー技術で忠実に形成するために、各配線層100、200の最上層には、反射防止膜(以下「ARL膜」と記す場合もある)103、203が積層されている。このARL膜103、203は、レジスト露光時の反射を防止する役割を有し、最も一般的にはバリアメタル101、201と同様の積層膜、TiN/Ti膜が用いられる。
The upper and lower
上下の金属配線102、202間は、W(モリブデン)のプラグ300で電気的接続が取られている。Wプラグ300の形成方法は以下の通りである。 The upper and lower metal wirings 102 and 202 are electrically connected by a W (molybdenum) plug 300. The method for forming the W plug 300 is as follows.
まず、ホール開口後に、該ホールの内面に、バリアメタル(TiN/Ti膜など)301を形成する。次にW膜を堆積するが、ホールへの埋め込み性が要求されるため、WF6ガスをH2ガス等で還元してW膜を堆積するCVD法が用いられる。ホール内面に形成されたバリアメタル301は、この時に生成されるHF(フッ化水素)等による下地への腐食を防止する。次いで、エッチバックにより、ホール内面以外の平坦な面に堆積されているW膜を除去することによって、ホール内に埋め込まれたWプラグ300が完成する。 First, after opening a hole, a barrier metal (TiN / Ti film or the like) 301 is formed on the inner surface of the hole. Next, a W film is deposited, but since a filling property to holes is required, a CVD method is used in which the W film is deposited by reducing WF6 gas with H2 gas or the like. The barrier metal 301 formed on the inner surface of the hole prevents corrosion of the base due to HF (hydrogen fluoride) generated at this time. Next, the W plug 300 embedded in the hole is completed by removing the W film deposited on the flat surface other than the inner surface of the hole by etch back.
次に、上層の金属配線202を構成するAl-Cu膜を形成し、その上に、ARL膜103と同様のARL膜203を形成する。その後、フォトリソグラフィー及びエッチングによって、金属配線202を形成する。 Next, an Al—Cu film constituting the upper metal wiring 202 is formed, and an ARL film 203 similar to the ARL film 103 is formed thereon. Thereafter, the metal wiring 202 is formed by photolithography and etching.
以上のように、微細な金属配線を備えた金属配線層は、多数の工程を経て形成される。さらに集光効率を上げて感度を高めるための手法として、次のような方法も提案されている。 As described above, the metal wiring layer including the fine metal wiring is formed through a number of processes. Further, the following method has been proposed as a method for increasing the light collection efficiency and increasing the sensitivity.
特許文献1に記載のCCDにおける例を、図5に示す。図5に示す例では、Si基板400中に設けられたフォトダイオード401の直上において、絶縁層402が凹陥している。そして、絶縁層402上に形成された反射金属膜403が、凹部404の内側面にまで延在している。この結果、素子上方から入射した光405は、反射金属膜403によって反射され、フォトダイオードへ導かれる。換言すれば、図5には、集光効率を上げるための導光構造を備えた素子が開示されている。尚、図5に示すように、反射金属膜403の下には遮光層406、さらにその下に電荷転送のための電極407が配置されている。
上述したように、固体撮像素子においては、配線構造を微細化して、光電変換素子への入射光量を出来る限り妨げないことが、素子の性能を向上することになる。しかしながら、素子寸法の微細化を進めつつ、配線構造体の占有面積を減少させるためには、配線のさらなる多層化が必須となる。しかし、配線の積層数が増大すると、光電変換素子に対する開口面積は確保できたとしても、入射光のケラレが発生し、結局、有効光量が減少してしまう。具体的には、図6に示すように、斜め方向から入射した光が配線構造体500の端部によって遮られ、基板501の表面に形成されている光電変換素子502まで到達できない。
As described above, in the solid-state imaging device, the performance of the device is improved by miniaturizing the wiring structure and preventing the incident light amount to the photoelectric conversion device as much as possible. However, in order to reduce the area occupied by the wiring structure while miniaturizing the element dimensions, it is essential to further increase the number of wiring layers. However, when the number of wiring layers increases, even if the opening area for the photoelectric conversion element can be secured, vignetting of incident light occurs, and the effective light amount eventually decreases. Specifically, as shown in FIG. 6, light incident from an oblique direction is blocked by the end of the
また、図5に示されている従来例では、絶縁層402の凹部側面に形成された金属膜表面を反射面として利用している。しかし、金属材料を膜堆させて形成した金属膜は、その表面に、結晶粒の成長に伴う微細な粗れが発生しているのが一般的である。特に、図5に示されている従来例のように、上方からの金属原子を側面に堆積させた場合、シャドウイング効果により表面粗れが促進される。従って、絶縁層402の凹部側面に形成された金属反射膜403による光の反射率は低く、集光効率の向上は期待通りのものが得られない。 Further, in the conventional example shown in FIG. 5, the metal film surface formed on the side surface of the concave portion of the insulating layer 402 is used as the reflecting surface. However, a metal film formed by depositing a metal material generally has fine roughness generated on the surface as crystal grains grow. In particular, as in the conventional example shown in FIG. 5, when metal atoms from above are deposited on the side surfaces, surface roughness is promoted by the shadowing effect. Therefore, the reflectivity of light by the metal reflection film 403 formed on the side surface of the concave portion of the insulating layer 402 is low, and the improvement in light collection efficiency cannot be obtained as expected.
また、図5に示す従来例では、反射金属膜403の他に、遮光膜406が別途設けられている。素子寸法の微細化を進める上では、配線を多層化することが有利である。しかし、多層化された配線の上に、さらに遮蔽膜406及び反射金属膜403を重ねることは、高さ方向の積み上げが増し、上述のような光のケラレの増加を招く。 In the conventional example shown in FIG. 5, a light shielding film 406 is separately provided in addition to the reflective metal film 403. In order to advance the miniaturization of element dimensions, it is advantageous to make the wiring multilayer. However, when the shielding film 406 and the reflective metal film 403 are further stacked on the multi-layered wiring, stacking in the height direction increases, and the above-described increase in light vignetting is caused.
本発明の固体撮像素子の一つは、半導体基板上に、光電変換素子、及び該光電変換素子からの信号を読み出すためのスイッチ素子を含む複数の画素が配された画素領域と、該画素領域上に配された複数の配線層と、該配線層間を絶縁するための層間絶縁膜とが形成された固体撮像素子であって、前記画素領域上に配される少なくとも一層の配線層は、その上部が反射防止膜を介して前記層間絶縁膜と接し、その下部が前記層間絶縁膜に直接接していることを特徴とする。 One of the solid-state imaging devices of the present invention is a pixel area in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion element and a switch element for reading a signal from the photoelectric conversion element are arranged on a semiconductor substrate, and the pixel area A solid-state imaging device having a plurality of wiring layers disposed thereon and an interlayer insulating film for insulating between the wiring layers, wherein at least one wiring layer disposed on the pixel region includes: The upper part is in contact with the interlayer insulating film through an antireflection film, and the lower part is in direct contact with the interlayer insulating film.
本発明の固体撮像素子の他の一つは、半導体基板上に、複数の光電変換素子と複数の配線層とが形成された固体撮像素子であって、少なくとも一層の配線層は、前記光電変換素子を取り囲む絶縁層の傾斜又は湾曲した表面上に形成され、前記絶縁層の傾斜又は湾曲した表面は、前記半導体基板に対する高さが高い側が低い側に比べて、前記光電変換素子に近接していることを特徴とする。 Another one of the solid-state imaging devices of the present invention is a solid-state imaging device in which a plurality of photoelectric conversion elements and a plurality of wiring layers are formed on a semiconductor substrate, wherein at least one wiring layer is the photoelectric conversion Formed on a sloped or curved surface of an insulating layer surrounding the element, and the sloped or curved surface of the insulating layer is closer to the photoelectric conversion element than a side having a higher height relative to the semiconductor substrate. It is characterized by being.
本発明の固体撮像素子の製造方法の一つは、半導体基板上に、複数の光電変換素子と複数の層に分かれた配線構造とが形成された固体撮像素子の製造方法において、少なくとも一層の配線層の形成工程には、絶縁層上に形成されたW膜をCMPすることによって、前記絶縁層の平坦面上に形成されているW膜とバリアメタル膜とを除去してWプラグを形成する工程と、前記Wプラグの形成後、絶縁層直上に金属材料を堆積させて配線を形成する工程と、が含まれることを特徴とする。 One of the solid-state imaging device manufacturing methods of the present invention is a solid-state imaging device manufacturing method in which a plurality of photoelectric conversion elements and a wiring structure divided into a plurality of layers are formed on a semiconductor substrate. In the layer forming step, the W film formed on the insulating layer is CMPed to remove the W film and the barrier metal film formed on the flat surface of the insulating layer, thereby forming a W plug. And a step of forming a wiring by depositing a metal material immediately above the insulating layer after forming the W plug.
本発明の固体撮像素子の製造方法の他の一つは、半導体基板上に、複数の光電変換素子と複数の層に分かれた配線構造とが形成された固体撮像素子の製造方法において、少なくとも一層の配線層を形成する前に、下地の絶縁層をエッチングして斜面又は湾曲面を形成する工程と、形成された前記絶縁層の斜面上又は湾曲面上に配線層材料を堆積させる工程と、を含むことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device manufacturing method in which a plurality of photoelectric conversion elements and a wiring structure divided into a plurality of layers are formed on a semiconductor substrate. Before forming the wiring layer, etching the underlying insulating layer to form a slope or curved surface, depositing a wiring layer material on the slope or curved surface of the formed insulating layer, It is characterized by including.
本発明によれば、各光電変換素子の寸法が微細であっても、光電変換に寄与する集光効率が高く、感度の良い固体撮像素子を低コストで実現することができる。 According to the present invention, even if the size of each photoelectric conversion element is fine, a solid-state imaging element having high light collection efficiency and high sensitivity that contributes to photoelectric conversion can be realized at low cost.
(第一の実施形態)
図1に、本発明の固体撮像素子の実施形態の一例を示す。本例における固体撮像素子は、以下のようにして製造されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an example of an embodiment of a solid-state imaging device of the present invention. The solid-state image sensor in this example is manufactured as follows.
光電変換素子1が形成された半導体基板2上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)等の酸化膜を形成する。尚、本例における光電変換素子1は、フォトダイオードであり、半導体基板2は、Si基板である。
An oxide film such as BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass) is formed on the
次に、形成された酸化膜の表面をCMPによって平坦化した上で、素子のアクティブ領域及びゲート電極等のPoly-Siとの電気的接続のためのコンタクトホール(不図示)を開口する。この後、スパッタその他の方法によって、TiN/Tiを堆積させ、約100nmのバリアメタルを形成する。次に、CVD法によって、バリアメタルの全面に、W膜を形成する。その後、エッチバックでは無く、CMPによって、酸化膜の平面上に形成されているW膜を除去する。この時、WとTiN/Tiとは研磨における選択比がとれないため、バリアメタルまで削られる(過研磨される)。この結果、酸化膜の平面上にはバリアメタル(金属膜)は残らず、コンタクトホールの内面にのみWとTiN/Tiとが残り、コンタクト接続のためのWプラグが完成する(不図示)。 Next, after planarizing the surface of the formed oxide film by CMP, a contact hole (not shown) for electrical connection with the active region of the device and Poly-Si such as a gate electrode is opened. Thereafter, TiN / Ti is deposited by sputtering or other methods to form a barrier metal of about 100 nm. Next, a W film is formed on the entire surface of the barrier metal by a CVD method. Thereafter, the W film formed on the plane of the oxide film is removed by CMP instead of etch back. At this time, since W and TiN / Ti cannot be selected in the polishing, the barrier metal is scraped (overpolished). As a result, no barrier metal (metal film) remains on the plane of the oxide film, and W and TiN / Ti remain only on the inner surface of the contact hole, completing a W plug for contact connection (not shown).
次に、概ね200〜400nmのAl-Cu膜、及び30〜60nmのTiN/Ti膜(ARL膜)をスパッタ等により連続的に形成し、フォトリソグラフィーとエッチングによって配線形状に加工する。以上によって、図1に示す一層目の金属配線層3の形成が終了する。 Next, an Al—Cu film of approximately 200 to 400 nm and a TiN / Ti film (ARL film) of 30 to 60 nm are continuously formed by sputtering or the like, and processed into a wiring shape by photolithography and etching. Thus, the formation of the first metal wiring layer 3 shown in FIG. 1 is completed.
次に、一層目の金属配線層3と二層目の金属配線層4とを接続するためのビアプラグ5を形成する。ここでも、W膜をCMPにより平坦化することでWのプラグを形成し、酸化膜平面上にバリアメタルを残さないよう形成する。その後、一層目の金属配線層3と同様に、Al-Cu膜、及びTiN/Ti膜(ARL膜)をスパッタ等により連続的に堆積、加工して二層目の金属配線層4を形成する。 Next, a via plug 5 for connecting the first metal wiring layer 3 and the second metal wiring layer 4 is formed. Again, the W film is flattened by CMP to form a W plug so that no barrier metal remains on the oxide film plane. Thereafter, similarly to the first metal wiring layer 3, an Al—Cu film and a TiN / Ti film (ARL film) are continuously deposited and processed by sputtering or the like to form a second metal wiring layer 4. .
以上のようにして金属配線層を形成することで、各配線層の下面は、Al-Cuとなり、かつ、その下面は、CMPにより平坦化された酸化膜(層間絶縁膜8)上に直接堆積されるので、光の反射率の高い下面を有した配線構造が得られる。 By forming the metal wiring layer as described above, the lower surface of each wiring layer becomes Al-Cu, and the lower surface is directly deposited on the oxide film (interlayer insulating film 8) planarized by CMP. Therefore, a wiring structure having a lower surface with high light reflectance can be obtained.
三層目の金属配線層6も同様にして形成し、下面の反射率を高めることが出来る。なお、三層目の金属配線層6は、遮光層も兼ね、フォトダイオード1の開口部以外を覆うように形成される。 The third metal wiring layer 6 can be formed in the same manner, and the reflectance of the lower surface can be increased. The third metal wiring layer 6 also serves as a light shielding layer and is formed so as to cover other than the opening of the photodiode 1.
三層目の金属配線層6の形成後、CVD法により、保護膜7を形成し、必要に応じて、CMP等の平坦化処理を行う。さらに、図には示していないが、カラーフィルター、マイクロレンズ等の撮像機能実現のために必要な構成の形成過程を経て、本例の固体撮像素子が完成する。 After the third metal wiring layer 6 is formed, a protective film 7 is formed by a CVD method, and a planarization process such as CMP is performed as necessary. Further, although not shown in the drawing, the solid-state imaging device of this example is completed through a process of forming a configuration necessary for realizing an imaging function such as a color filter and a microlens.
本構造によれば、入射光の中、酸化膜とSi基板2との界面で反射された光は、配線層3〜6の下面によって再度反射され、その一部はフォトダイオード1に取り込まれ、光電変換に寄与することが出来る。この結果、本例の固体撮像素子の感度は、従来に比べて7%〜10%程度増大することが確認されている。また、従来の配線下層に形成されていたバリアメタルに相当する層が存在しないため、素子の高さ寸法の抑制も同時に達成されている。
According to this structure, the light reflected at the interface between the oxide film and the
なお、本例では、W膜をCMPにより除去したが、ドライエッチによる、従来のエッチバック方法によっても、Wとバリアメタルのエッチング速度を近づけることにより酸化膜上の金属膜を除去することが可能である。いずれにしても、本構造による感度上昇のためのコストアップは殆ど無い。 In this example, the W film was removed by CMP, but the metal film on the oxide film can also be removed by bringing the etching rate of W and the barrier metal closer by the conventional etch-back method using dry etching. It is. In any case, there is almost no cost increase due to the sensitivity increase by this structure.
説明及び図示は省略したが、フォトダイオード1は、該フォトダイオード1からの信号を読み出すためのスイッチ素子と共に画素を構成している。さらに、Si基板上には、前記画素が複数配列されて画素領域上が形成され、前記複数の金属配線層は、画素領域の上方に形成されている。また、金属配線層の積層数は、3層に限定されるものではない。これらの点は、他の実施形態においても同様である。
(第二の実施形態)
図2及び図3を参照しながら、本発明の固体撮像素子の実施形態の他例について説明する。尚、図2は、完成した本例の固体撮像素子の断面構造を示し、図3は、製造途中の断面構図を示す。
Although not described and illustrated, the photodiode 1 constitutes a pixel together with a switch element for reading a signal from the photodiode 1. Further, a plurality of the pixels are arranged on the Si substrate to form a pixel region, and the plurality of metal wiring layers are formed above the pixel region. The number of metal wiring layers stacked is not limited to three. These points are the same in other embodiments.
(Second embodiment)
Another example of the embodiment of the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 shows a cross-sectional structure of the completed solid-state imaging device of this example, and FIG. 3 shows a cross-sectional composition in the middle of manufacture.
本例の固体撮像素子は、以下のようにして製造されている。すなわち、図2に示す一層目の金属配線層10及び二層目の金属配線層11までは、従来と同様に形成する。従って、これら金属配線層10、11の最下層には、バリアメタル12、13がそれぞれ配されている。
The solid-state image sensor of this example is manufactured as follows. That is, the first
金属配線層10、11の形成後、図3に示すように、金属配線層11の上に、CVD法により、SiO2等の絶縁層(層間絶縁膜14)を形成し、CMPにより平坦化処理を行う。
After the formation of the metal wiring layers 10 and 11, as shown in FIG. 3, an insulating layer (interlayer insulating film 14) such as SiO 2 is formed on the
次いで、二層目の金属配線層11と三層目の金属配線層15(図2)との接続のためのWプラグ(不図示)を形成する。このWプラグの形成にあたっては、第一の実施形態で説明した如く、W膜の堆積後、CMPにより平面上のW膜、及びW下地のバリアメタルを同時に除去しておく。
Next, a W plug (not shown) for connecting the second
次に、平坦な層間絶縁膜14上に、レジスト16を塗布、露光して、スリット状の開口部17を設ける。この開口部17は、フォトダイオード1の形成領域直上を囲うように設ける。この工程において、適度なポストベークを加えることにより、レジスト16の端部は熱ダレを発生し、略円弧状の断面を持つ形状となる。この後、レジスト16と、層間絶縁膜14とのエッチング速度を調整したドライエッチングにより、全面をエッチバックし、レジスト形状を層間絶縁膜14の形状に転写することで、図2のような層間絶縁膜14の上面形状が得られる。 Next, a resist 16 is applied and exposed on the flat interlayer insulating film 14 to provide slit-like openings 17. The opening 17 is provided so as to surround a region immediately above the formation region of the photodiode 1. In this step, by applying an appropriate post-bake, the end portion of the resist 16 generates a thermal sag and becomes a shape having a substantially arc-shaped cross section. Thereafter, the entire surface is etched back by dry etching with the etching rate of the resist 16 and the interlayer insulating film 14 adjusted, and the resist shape is transferred to the shape of the interlayer insulating film 14 so that the interlayer insulation as shown in FIG. An upper surface shape of the film 14 is obtained.
この後、Al-Cu膜、及びARL膜をスパッタ等により連続的に堆積、加工して三層目の金属配線層15を形成する。この金属配線層15は、配線及び遮光層を兼用しているため、200nm〜400nmの厚さを有する。もっとも、遮光層としての機能のみを与える際には、より薄く形成することも可能である。また遮光層の機能を持たせているため、それより下部の配線層、本例では金属配線層10、11を覆うように形成されている。
Thereafter, an Al—Cu film and an ARL film are continuously deposited and processed by sputtering or the like to form the third
このように金属配線層15及びその下地の層間絶縁膜14を形成することで、金属配線層15の下面を高反射率と曲率を備えた反射面とすることができる。この結果、第一の実施例にも増して入射光を有効に光電変換部へ導くことができる。また第一の実施例と同様に、配線構造の下面を反射面として使用するため、該配線層の厚さや、断面形状によらず高反射率を安定して達成できる。具体的には、従来構造に比較して、約10%の感度向上が可能となった。
By forming the
一方、第一の実施例と異なり、本例では、金属配線層15の傾斜或いは湾曲した下面で各フォトダイオード1を囲うように形成してある。この結果、隣接素子からの散乱による迷光を抑制することができ、S/Nに優れた撮像素子を得ることができる。
On the other hand, unlike the first embodiment, in this example, the photodiode 1 is formed so as to be surrounded by the inclined or curved lower surface of the
さらには、バリアメタルを除去した配線構造を採用しているのは、遮光層を兼ねる最上層の金属配線層15のみで、他の金属配線層10、11の下層にはバリアメタル12、13を残す構造となっている。このため、エレクトロマイグレーションの耐性を高めることができ、信頼性をより高めることができると共に、設計上の自由度が増す。
Further, the wiring structure from which the barrier metal is removed is employed only in the uppermost
素子設計上、二層目の金属配線層11の配線における電流密度及びその負荷率(デューティ)が小さく、信頼性が確保可能であれば、金属配線層11の下層のバリアメタル13を除去して、反射層として用いるなども可能である。すなわち、第一及び第二の実施例に示す特徴を適宜組み合わせることも可能である。この場合、金属配線層11を、各フォトダイオード1を取り巻くように傾斜或いは湾曲した絶縁層上に形成しても良い。
If the current density and the load factor (duty) in the wiring of the second
また、本実施例においては、金属配線層15の下面を略円弧状断面を有するように形成した。しかし、フォトダイオード1を囲い、Si界面からの反射光をフォトダイオード1へ戻すことが可能な形状であれば円弧状以外の如何なる形状であってもよい。例えば、フォトダイオード1を望むような斜面(テーパー面)で形成されていれば、上記と同様の集光効果を得ることができる。
In this embodiment, the lower surface of the
これまでは、光電変換素子がフォトダイオードである場合を例にとって、本発明の実施形態を説明してきた。しかし、光電変換素子の種類が本発明の本質的事項でないことは、これまでの説明から明らかであり、フォトダイオード以外の光電変換素子を用いることも可能である。 So far, the embodiments of the present invention have been described taking the case where the photoelectric conversion element is a photodiode as an example. However, it is clear from the above description that the type of the photoelectric conversion element is not an essential matter of the present invention, and a photoelectric conversion element other than the photodiode can be used.
1 フォトダイオード
2 Si基板
3、4、6、10、11 金属配線層
5 Wプラグ
8、14 層間絶縁膜
12、13 バリアメタル
1
Claims (8)
前記画素領域上に配される少なくとも一層の配線層は、その上部が反射防止膜を介して前記層間絶縁膜と接し、その下部が前記層間絶縁膜に直接接していることを特徴とする固体撮像素子。 On a semiconductor substrate, a pixel area in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion element and a switch element for reading a signal from the photoelectric conversion element are arranged, a plurality of wiring layers arranged on the pixel area, A solid-state imaging device formed with an interlayer insulating film for insulating between the wiring layers,
At least one wiring layer disposed on the pixel region has an upper portion in contact with the interlayer insulating film through an antireflection film and a lower portion in direct contact with the interlayer insulating film. element.
少なくとも一層の配線層の形成工程には、絶縁層上に形成されたW膜をCMPすることによって、前記絶縁層の平坦面上に形成されているW膜とバリアメタル膜とを除去してWプラグを形成する工程と、
前記Wプラグの形成後、絶縁層直上に金属材料を堆積させて配線を形成する工程と、が含まれることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 In a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a plurality of photoelectric conversion elements and a wiring structure divided into a plurality of layers are formed on a semiconductor substrate,
In the process of forming at least one wiring layer, the W film formed on the insulating layer is removed by CMP to remove the W film and the barrier metal film formed on the flat surface of the insulating layer. Forming a plug;
And a step of forming a wiring by depositing a metal material immediately above the insulating layer after the W plug is formed.
少なくとも一層の配線層は、前記光電変換素子を取り囲む絶縁層の傾斜又は湾曲した表面に直接接して形成され、
前記絶縁層の傾斜又は湾曲した表面は、前記半導体基板に対する高さが高い側が低い側に比べて、前記光電変換素子に近接していることを特徴とする固体撮像素子。 A solid-state imaging device in which a plurality of photoelectric conversion elements and a plurality of wiring layers are formed on a semiconductor substrate,
At least one wiring layer is formed in direct contact with the inclined or curved surface of the insulating layer surrounding the photoelectric conversion element,
The solid-state imaging device, wherein the inclined or curved surface of the insulating layer is closer to the photoelectric conversion device than a side having a higher height relative to the semiconductor substrate.
少なくとも一層の配線層を形成する前に、下地の絶縁層をエッチングして斜面又は湾曲面を形成する工程と、形成された前記絶縁層の斜面上又は湾曲面上に配線層材料を堆積させる工程と、を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 In a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a plurality of photoelectric conversion elements and a wiring structure divided into a plurality of layers are formed on a semiconductor substrate,
Before forming at least one wiring layer, etching the underlying insulating layer to form a slope or curved surface, and depositing a wiring layer material on the slope or curved surface of the formed insulating layer And a method of manufacturing a solid-state imaging device.
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JP2010177632A (en) * | 2009-02-02 | 2010-08-12 | Fujifilm Corp | Photoelectric conversion device and solid state imaging device |
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