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発明の名称 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平9−8268
公開日 平成9年(1997)1月10日
出願番号 特願平7−185304
出願日 平成7年(1995)7月21日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】船橋 國則
発明者 杉本 大
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 基体に光電変換領域を形成する工程と、前記基体上をアルミニウム膜で覆った後、該アルミニウム膜における前記光電変換領域の少なくとも受光部位置に開口部を形成して、該開口部以外への光の入射を遮断する遮光膜を形成する工程とを備えた固体撮像素子の製造方法において、前記遮光膜の形成の際、前記アルミニウム膜の表面を酸化処理すること特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項2】 基体に形成された光電変換領域と、この光電変換領域の少なくとも受光部位置を開口部して、該開口部以外への光の入射を遮断するアルミニウムの遮光膜とを備えた固体撮像素子において、前記遮光膜は、その表面が酸化アルミニウム膜で覆われてなることを特徴とする固体撮像素子。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子に関し、特にCCD型の固体撮像素子の製造方法とこれによって得られるCCD型の固体撮像素子とに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、CCD型の固体撮像素子(以下、CCD固体撮像素子と記す)の製造では、まずシリコン(Si)基板に電荷転送領域とチャンネルストップ領域と光電変換領域(以下、センサ領域と記す)とを形成するとともに、Si基板上ゲート絶縁膜やゲート電極等を形成する。上記センサ領域は、受光した光を信号電荷に変換して蓄積する領域であり、電荷転送領域はセンサ領域から信号電荷を読み出すための領域である。そしてスパッタリング法によって、Si基板全面にアルミニウム(Al)等の金属薄膜を成膜した後、フォトエッチングによって金属薄膜の前記センサ領域の受光部位置に開口部を形成して、開口部以外への光の入射を遮断する遮光膜を形成する。このように製造される固体撮像素子では、遮光膜の開口部の面積によって各画素の感度が決定される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したCCD固体撮像素子の製造方法では、遮光膜を形成した後、遮光膜上にパッシベーション膜を形成するためのCVDや、ゲート絶縁膜やセンサ領域とSi基板との界面に生じた界面準位を少なくするためのフォーミングアニール等の熱処理工程が必要となる。しかしながら、遮光膜が柔らかいAlからなる場合、上記熱処理を行うと、熱によって生じる内部応力を緩和するためにAlグレインが膜中を移動して、遮光膜の上面やその上面位置から開口部の下端にかけて形成された遮光膜の段差面(以下、この段差面を遮光膜側面と記す)にいわゆるヒロックと呼ばれる突起が発生し、以下のような不具合が生じる。
【0004】例えばヒロックが遮光膜側面に形成される、いわゆるサイドヒロックが発生すると、ヒロックによって開口部の面積が縮小されてしまうため、各画素毎に開口部の面積がばらついてしまう。またヒロックが開口部付近の遮光膜上面に形成されると、そのヒロックによって入射光が散乱されてしまう。そしてこのような不具合が生じると、各画素毎にセンサ領域における受光量が異なって感度ばらつきが起き、結果としてCCD固体撮像素子は画質が劣化してしまうのである。本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、各画素の感度ばらつきを防止でき、これにより画質の良好な固体撮像素子を製造することができる固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、基体に光電変換領域を形成する工程と、基体上をアルミニウム膜で覆った後、このアルミニウム膜における上記光電変換領域の少なくとも受光部位置に開口部を形成して、この開口部以外への光の入射を遮断する遮光膜を形成する工程とを備えた固体撮像素子の製造方法においてなされたものであり、上記遮光膜の形成の際、アルミニウム膜の表面を酸化する処理を行う。
【0006】また本発明は、基体に形成された光電変換領域と、この光電変換領域の少なくとも受光部位置を開口部して、この開口部以外への光の入射を遮断するアルミニウムの遮光膜とを備えた固体撮像素子においてなされたものであり、遮光膜の表面が酸化アルミニウム膜で覆われてなるものである。
【0007】上記発明によれば、以下に述べる作用がある。本発明の固体撮像素子の製造方法では、遮光膜の形成工程の際、アルミニウム(Al)膜の表面を酸化することから、表面が酸化アルミニウム(Al2 3 )膜で覆われた遮光膜が形成される。このAl2 3 膜は、硬い膜であり、また高温でもその硬さがほぼ変わらないものである。したがって遮光膜の形成後、熱処理を行っても、遮光膜の表面はすでに硬いAl2 3 膜で覆われているため、熱によるAl2 3 下のAlグレインの移動が抑制され、これにより遮光膜上面およびこの上面から開口部の下端にかけて形成された遮光膜の段差面(側面)におけるヒロックの発生が防止される。
【0008】また本発明の固体撮像素子は、表面が硬くしかも高温でもその硬度がほぼ変わらないAl2 3 膜で覆われてなることから、遮光膜の形成後の熱処理工程において、熱によるAl2 3 下のAlグレインの移動が抑制されており、したがって遮光膜上面および側面に発生するヒロックが少ない素子となる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明に係る固体撮像素子の製造方法の第1の実施形態例を図1に示す説明図に基づいて述べる。この実施形態例では、本発明における基体としてシリコン(Si)基板1を用い、通常の方法にて図1に示すように、Si基板1に不純物拡散層からなる電荷転送領域3、チャンネルストップ領域4および本発明の光電変換領域となるセンサ領域7を形成する。また、Si基板1上にゲート絶縁膜2、ゲート電極5、平坦化絶縁膜6、およびセンサ領域7の受光部位置に開口部9を有するアルミニウム(Al)薄膜8を形成する。
【0010】すなわち、Si基板1表面に、例えば熱酸化法によって酸化シリコン(SiO2 )からなるゲート絶縁膜2を50nm〜100nm程度の膜厚に形成し、次いでイオン注入法によって、Si基板1に不純物を注入して、Si基板1に電荷転送領域3をライン状に形成配置するとともに電荷転送領域3のライン方向に沿う状態でその側方にチャンネルストップ領域4を形成する。
【0011】次に、ゲート絶縁膜2上に例えばCVD法によってポリシリコン(Poly−Si)の膜を300nm〜500nm程度の膜厚に形成した後、リソグラフィおよびエッチングによってこの膜をパターニングして、ゲート絶縁膜2上でかつ電荷転送領域3の上方にゲート電極5を形成する。さらに、イオン注入法によってSi基板1に不純物を注入して、電荷転送領域3の側方でかつ該電荷転送領域3と前記チャンネルストップ領域4との間に、電荷転送領域3のライン方向に沿って島状のセンサ領域7を形成する。次いで例えばCVD法によって、ゲート電極5を覆う状態でゲート絶縁膜2上に200nm〜400nm程度の膜厚の平坦化絶縁膜6を形成した後、Si基板1と後述するごとく形成するAl薄膜8との電気的導通をとるためのコンタクトホールを平坦化絶縁膜6およびゲート絶縁膜2に形成する。
【0012】続いて平坦化絶縁膜6上に遮光膜11を形成する工程を行う。この工程では、まずゲート電極5を覆いかつ上記コンタクトホールの側壁を覆うようにして平坦化絶縁膜6上にAlを成膜する。Al膜の成膜は、DCマグネトロンスパッタリング装置を用いて行うのが一般的であり、ここでは前記装置によりAl膜を300nm〜500nm程度の厚みに形成する。次いでリソグラフィおよびフォトエッチングによって、このAl膜のセンサ領域7の受光部位置に開口部9を形成して、開口部9を有するAl薄膜8を得る。
【0013】Al薄膜8を形成した後は、本発明の特徴とする工程であるAl薄膜8表面の酸化処理を行う。酸化方法としては、酸化時にAl薄膜8に熱が加わらない方法、例えばイオン注入装置によって、図1(b)に示すようにAl薄膜8表面に酸素イオン(O+ )を注入する方法が用いられる。イオン注入の条件例を以下に示す。
イオン注入条件;
イオンエネルギー:100keVドーズ量 :1×1013〜1×1014cm-2【0014】ここでは、上記条件のイオン注入によって、図1(c)に示すように、Al薄膜8表面に約10nmの酸化アルミニウム(Al2 3 )膜10を形成して、表面がAl2 3 膜10で覆われてなる遮光膜11を得る。なお、酸素イオンの注入では、酸素イオンがAl薄膜8の上面位置から開口部9の下端にかけて形成されたAl薄膜8の段差面(以下、この段差面を側面と記す)にも注入されるように、Si基板1に対して斜め方向から注入を行うとともにSi基板1を回転させながら注入を行うことが望ましい。
【0015】そして、上記遮光膜11の形成工程後は、通常の方法にて遮光膜11を覆う状態でSi基板1上にパッシベーション膜、平坦化絶縁膜、色フィルター、マイクロレンズ等を配置することにより、本発明の固体撮像素子の一実施形態例となるCCD固体撮像素子が得られる。
【0016】上記した実施形態例において、Al薄膜8の表面に形成されるAl2 3 膜10は、Al2 3 がセラミックスとして使用されていることからもわかるように硬い膜であり、またかなりの高温でもその硬さがほぼ変わらないものである。したがって上記実施形態例によれば、このように硬いAl2 3 膜10を遮光膜11の形成工程において形成するため、つまり遮光膜11形成後のパッシベーション膜形成のためのCVDや、界面準位を少なくするためのフォーミングアニール等の熱処理の前にAl2 3 膜10を形成するため、これら熱処理を行っても、Al2 3 膜10によってAl2 3 膜10下のAlグレインの移動を抑制することができ、遮光膜10上面や遮光膜10のAl薄膜8側面に対応する位置、つまり遮光膜10側面におけるヒロックの発生を抑えることができる。
【0017】またイオン注入法によれば、Al薄膜8を加熱することなくその表面を酸化することができるので、Al薄膜8の酸化の際のヒロックの発生も防止することができる。この結果、ヒロックの発生による開口部9の面積の縮小を防止することができ、これにより各画素毎の開口部9の面積のばらつきを防止するとともに、ヒロックによる入射光の散乱も防止することができる。したがって上記実施形態例によれば、各画素毎のセンサ領域7における受光量をほぼ等しくして感度ばらつきを防止することができるので、感度ばらつきに起因する画質の劣化のない、すなわち画質の良好なCCD固体撮像素子を得ることができる。
【0018】次に、本発明の固体撮像素子の製造方法の第2の実施形態例を説明する。この実施形態例は、Al薄膜8表面の酸化を酸化プラズマ処理によって行う点が上記第1の実施形態例と相異している。酸素プラズマ処理を行うための装置としては、例えば図2に示すようなものが使用される。
【0019】すなわち、図2に示す装置20は半導体集積回路の微細加工に用いる平行平板型反応性イオンエッチング装置と同様の機構を備えたものであり、主に、内部を所定の真空度に排気することが可能な反応容器21と、反応容器内21内に互いに相対向する状態で配置されたカソード部22およびとアノード部23と、反応容器21に接続された酸素ガス用のガス導入機構24および排気機構25とを備えて構成されているものである。
【0020】カソード部22およびアノード部23は平板状をなしており、互いに略平行に配置されている。またカソード部22は、被処理物30を載置する載置台を兼ねたものであり、このようなカソード部22には、高周波電源26が接続されてこれにより高周波電力が印加されるようになっている。また排気機構25は、例えば真空ポンプ等の負圧原を備えてなり、反応容器21内を脱気するとともにその内圧を設定値に維持するものである。
【0021】上記のごとく構成された装置20を用いてAl薄膜8の表面を酸化する場合には、まずカソード部22に被処理物30、すなわち図1(a)に示した上面にゲート電極5やAl薄膜8等が形成されたSi基板1を載置し、この後に排気機構25を用いて反応容器21内を十分に排気する。次いでガス導入機構24によって、反応容器21内に酸素ガスを所定の圧力まで導入する。続いてカソード部22に高周波電力を印加して、カソード部22とアノード部23との間に酸素プラズマを発生させて、この酸素プラズマによりAl薄膜8表面を酸化する。上記装置20で酸化を行う際の設定条件の一例を以下に示す。
酸素ガス圧力:0.1Torr高周波電力 :13.56MHzの周波数で200W処理時間 :2分【0022】上記装置20を用いた酸化方法では、酸素プラズマが発生すると、このプラズマ中でイオン化した酸素が、電界によって加速されてAl薄膜8表面に取り込まれる。この結果、Al薄膜8は加熱されることなくその表面が酸化され、表面がAl2 3 膜10で覆われてなる遮光膜11が得られる。そしてこのような遮光膜11の形成工程後は、第1の実施形態例と同様、遮光膜11を覆う状態でSi基板1上にパッシベーション膜、平坦化絶縁膜、色フィルター、マイクロレンズ等を配置することにより、本発明の固体撮像素子の一実施形態例となるCCD固体撮像素子が得られる。
【0023】以上のように、この実施形態例によってもAl薄膜8を加熱することなくAl2 3 膜を形成することができるので、Al薄膜8表面を酸化処理する際のヒロックの発生を防止することができる。また表面がAl2 3 膜10で覆われてなる遮光膜11を形成できるので、第1の実施形態例と同様に、ヒロックが原因で生じる感度ばらつきのない、画質の良好なCCD固体撮像素子を得ることができる。なお、本実施形態例ではAl薄膜表面を酸化する方法としてイオン注入法、酸素プラズマ処理法を用いた場合について述べたが、酸化の際にAl薄膜を加熱しないものであれば、上記方法に限定されないのはもちろんである。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像素子の製造方法では、遮光膜の形成工程の際の酸化処理によって、硬くしかも高温でもその硬度がほぼ変わらない酸化アルミニウム(Al2 3 )膜で表面が覆われた遮光膜を形成することから、その後熱処理を行っても、遮光膜上面および側面におけるヒロックの発生を防止してヒロックの発生に起因する各画素毎の開口部の面積のばらつき等を防止することができる。したがって、各画素毎のセンサ領域における受光量がほぼ等しくなって感度ばらつきが防止されるので、画質の良好なCCD固体撮像素子を製造することができる。
【0025】また本発明の固体撮像素子は、表面が硬くしかも高温でもその硬度がほぼ変わらないAl2 3 膜で覆われてなることから、遮光膜の形成後の熱処理工程において、遮光膜上面および側面におけるヒロックの発生が防止されたものとなっている。よって、ヒロックの発生による各画素毎の開口部の面積のばらつき等が抑制されていることから、各画素毎の感度ばらつきが防止された画質の良好なCCD固体撮像素子となる。




 

 


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