JP4482982B2 - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転送電極上にシャント配線層を形成して成る固体撮像素子及びその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子の転送電極には、一般に多結晶シリコンが用いられている。
このとき、転送電極の多結晶シリコンの抵抗が高いため、伝搬遅延が起こり、撮像素子の高速駆動や撮像素子の大面積化が困難であった。
【０００３】
上述の問題を解決するため、転送電極上に絶縁膜を介して抵抗の低い金属からなる配線層いわゆるシャント配線層を形成し、このシャント配線層をコンタクト部を介して転送電極に接続した構成が提案されている。このような構成を採ることにより低抵抗のシャント配線層を通じて伝搬がなされるため、駆動の高速化が図られる。
【０００４】
シャント配線層を形成した固体撮像素子の一例としてＣＣＤ固体撮像素子の受光部付近の断面図を図６に示す。
このＣＣＤ固体撮像素子５０は、半導体基板５１の表面に図示しないがフォトダイオード等から成る受光部、電荷が転送される垂直電荷転送部、受光部と垂直電荷転送部の間で信号電荷の読み出しを行う読み出し部、隣接する画素との分離をするチャネルストップ領域が形成され、受光部以外の領域上に絶縁膜５４を介して転送電極５３が形成される。図６は、転送電極５３が絶縁膜５４を介して２層重なっている箇所の断面を示している。
【０００５】
そして、転送電極５３上には絶縁膜５４を介して例えばアルミニウムや高融点金属等の金属により形成されたシャント配線層５６が配置される。
また、シャント配線層５６と転送電極５３との間には緩衝層（緩衝配線）５５が設けられ、この緩衝層５５は図示しない部分に設けられたコンタクト部によって転送電極５３及びシャント配線層５６にそれぞれ接続される。
【０００６】
シャント配線層５６の上には絶縁膜５４を介して全体を覆う遮光層５７が形成される。この遮光層５７は受光部上に開口５２が形成され、開口５２以外の撮像領域を覆って形成される。
さらに、遮光層５７の上には表面が平坦化された絶縁層５８を介してオンチップレンズ５９が形成され、入射した光をこのオンチップレンズで集光して開口５２に向かうようにしている。
【０００７】
このＣＣＤ固体撮像素子５０においては、シャント配線層５６を緩衝層５５を介して転送電極５３に接続することにより、転送電極５３の低抵抗化を図り伝搬速度を向上することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シャント配線層５６にタングステン等の高融点金属を用いると、遮光層５７上の絶縁膜形成後の熱処理によって、緩衝層５５を設けないでシャント配線層５６と転送電極５３とを直接接続した構成ではシャント配線層５６と転送電極（蓄積電極）５３とのコンタクト抵抗が、図６の構成ではシャント配線層５６と緩衝層５５とのコンタクト抵抗が、それぞれ上昇する問題が発生する。
【０００９】
このコンタクト抵抗の上昇は、熱処理によって緩衝層や転送電極の多結晶シリコンと高融点金属とが反応してコンタクト部にシリサイド層が生成し、このシリサイド層が生成する際に体積が膨張してシャント配線層５６が持ち上がって、緩衝層や転送電極とのコンタクト部分にすきまが生じてしまうことが主な原因となっている。
【００１０】
一方、シャント配線層５６にＡｌを用いると、遮光層５７上の絶縁膜を形成した後に高温で熱処理するとＡｌが溶融するために高温の熱処理ができない。
そのため、遮光層５７等のパターニングの際にシリコン基板５１が受けたダメージによる欠陥を充分に回復させることができないため、暗電流が多くなる。
また、シャント配線層５６上の絶縁膜を、低温で成膜可能な絶縁膜とする必要があり、このような絶縁膜においてカバレージや耐圧を充分確保するためには、絶縁膜を厚く形成する必要がある。そのため、シリコン基板５１表面から遮光層５７上端までの膜厚が厚くなって、光の利用効率が低下し、感度が悪化する等の問題点がある。
【００１１】
上述した問題の解決のために、本発明においては、高速駆動が可能で、暗電流を抑制することができると共に、感度を高くすることができる固体撮像素子及びその製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子は、センサが形成された半導体基板と、この半導体基板上に形成され、多結晶シリコンから成る転送電極と、この転送電極に多結晶シリコンを含む緩衝層を介して接続され、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜によって形成された、シャント配線とを含むものである。
【００１３】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、センサが形成された半導体基板上に、多結晶シリコンから成る転送電極を形成する工程と、この転送電極上に、この転送電極と多結晶シリコンを含む緩衝層を介して接続されるように、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜のシャント配線層を形成する工程と、センサ上に凹部を有するように絶縁膜を被着形成した後、８００〜９００℃の熱処理を行う工程とを有するものである。
【００１４】
上述の本発明の構成によれば、転送電極のシャント配線が、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜により形成されたことにより、シャント配線によって転送電極の低抵抗化を図ると共に、高融点金属であるタングステンを用いているため製造の際の高温での熱処理が可能である。
【００１５】
上述の本発明製法によれば、８００〜９００℃の熱処理を行うことにより、基板表面の欠陥を回復させることができる。
また、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜によりシャント配線層を形成するので、熱処理を行った際に転送電極等とシャント配線層との反応を抑制することができ、転送電極等とのコンタクト抵抗の上昇を抑制して転送電極の低抵抗化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、センサが形成された半導体基板と、この半導体基板上に形成され、多結晶シリコンから成る転送電極と、この転送電極に多結晶シリコンを含む緩衝層を介して接続され、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜によって形成された、シャント配線とを含む固体撮像素子である。
【００１７】
また本発明は、上記固体撮像素子において、センサの上方に形成された層内レンズをさらに含む構成とする。
【００１８】
本発明は、センサが形成された半導体基板上に、多結晶シリコンから成る転送電極を形成する工程と、この転送電極上に、この転送電極と多結晶シリコンを含む緩衝層を介して接続されるように、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜のシャント配線層を形成する工程と、センサ上に凹部を有するように絶縁膜を被着形成した後、８００〜９００℃の熱処理を行う工程とを有する固体撮像素子の製造方法である。
【００１９】
また本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、絶縁膜上にこの絶縁膜より屈折率の大きい材料膜を形成して層内レンズを形成する工程をさらに有する。
【００２０】
転送電極は、多結晶シリコン層にて形成する。
【００２１】
シャント配線層は、タングステンの窒化物或いは酸化物の層と、その上のタングステン層との積層膜にて形成する。
【００２２】
多結晶シリコンを含む緩衝層は、例えば多結晶シリコン層にて形成することができる。
また、例えば多結晶シリコン層と、金属のシリコン化合物、例えばタングステンシリサイド等の高融点金属シリサイドとからなるポリサイド層によって形成することもできる。この場合、ポリサイド層の多結晶シリコン層と転送電極の多結晶シリコン層とを接続し、ポリサイドにおける金属のシリコン化合物層とシャント配線とを接続する。
【００２３】
そして、転送電極と緩衝層とは、これらの間の絶縁膜に開口したコンタクト孔により接続し、かつ緩衝層とシャント配線層とはこれらの間の絶縁膜に開口したコンタクト孔により接続する。この場合、転送電極と緩衝層とのコンタクト部と、緩衝層とシャント配線とのコンタクト部は、互いに異なる離れた位置に形成するのがよい。
【００２４】
図１〜図４は、本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の概略構成図を示す。
図１〜図４に示す実施の形態は、フレームインターライン型のＣＣＤ固体撮像素子に本発明を適用した場合である。
【００２５】
このＣＣＤ固体撮像素子１０は、４相による駆動がなされ、２層の多結晶シリコン層が転送電極（蓄積電極）として機能する。即ち、第１層目の多結晶シリコン層には第１相のクロック信号φａもしくは第３相のクロック信号φｃの信号が、第２層目の多結晶シリコン層には第２相のクロック信号φｂの信号もしくは第４相のクロック信号φｄがそれぞれシャント配線層及び緩衝層（緩衝配線）を介して与えられる。
【００２６】
まず、図１を参照してレイアウトについて説明する。図中Ｖ（垂直）方向が電荷の転送方向であり、図中Ｈ（水平）方向が図示しない水平レジスタの転送方向となる。尚図１ではシャント配線層７は図示していない。
Ｖ方向には略直線状のパターンで緩衝層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが順に複数設けられ、これら緩衝層１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の下方、転送電極３（３ａ，３ｃ），４（４ｂ，４ｄ）の下に垂直ＣＣＤレジスタを構成する垂直電荷転送部（図示せず）が配置される。各緩衝層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの上に夫々略直線状のパターンでシャント配線層７が形成される。
【００２７】
垂直電荷転送部の間には、各画素毎に区切られたセンサ部２が形成される。センサ部２は例えばフォトダイオードから成り、そのセンサ部２上にはＶ方向を長手方向とする矩形状に開口した遮光層８の窓部１２がそれぞれ設けられる。
そして、各センサ部２の図中右側にはチャネルストップ領域（図示せず）が形成され、各センサ部２の図中左側にはチャネルストップ領域及び読み出し部（図示せず）が形成される。
【００２８】
このＣＣＤ固体撮像素子１０において、転送電極３，４は、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃと第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄとより構成される。これら第１及び第２層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃ，４ｂ，４ｄは，それぞれＨ方向を長手方向として延在されており、垂直電荷転送部上で拡がり、センサ部２同士の間の領域では細くされるパターンに形成されている。
【００２９】
図２中Ｖ方向では、第１層目の多結晶シリコン層３ａ、第２層目の多結晶シリコン層４ｂ、第１層目の多結晶シリコン層３ｃ、第２層目の多結晶シリコン層４ｄが、センサ部２を囲むように巡回して形成され、これら第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃと第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄは、センサ部２同士の間の領域や垂直電荷転送部上の一部で２層の多結晶シリコン層３，４の端部同士が平面上重なるように配置されている。
【００３０】
第１層目の多結晶シリコン層３ａには、シャント配線層７及び緩衝層１１ａを介して第１相のクロック信号φａが供給され、第２層目の多結晶シリコン層４ｂにはシャント配線層７及び緩衝層１１ｂを介して第２相のクロック信号φｂが供給される。また、第１層目の多結晶シリコン層３ｃにはシャント配線層７及び緩衝層１１ｃを介して第３相のクロック信号φｃが供給され、第２層目の多結晶シリコン層４ｄにはシャント配線層７及び緩衝層１１ｄを介して第４相のクロック信号φｂが供給される。
【００３１】
図１において、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃもしくは第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄによる転送電極と緩衝層１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）との接続は、コンタクトホール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄをそれぞれ介して行われ、緩衝層１１と図示しないシャント配線層７との接続は、コンタクトホール６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄをそれぞれ介して行われる。
【００３２】
図１に示すように、平面上では、転送電極３，４と緩衝層１１とのコンタクトホール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの位置は、斜めに並んだ配置となり、１つの垂直電荷転送部だけＨ方向にずれた場合、１転送電極分だけＶ方向にずれる。
また、緩衝層１１とシャント配線層７とのコンタクトホール６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの位置は、同じ緩衝層１１に対応する転送電極３，４と緩衝層１とのコンタクトホール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄからおよそ２転送電極分だけずれたものとされ、同様に斜めに並んだものとなっている。
【００３３】
さらに、図２〜図４を参照してこのＣＣＤ固体撮像素子１０の構造を詳しく説明する。図２は図１の２つの垂直電荷転送部に相当する要部の拡大図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図、図４は図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００３４】
図２に示す２つの垂直電荷転送部２１，２２の間には、センサ部２が設けられている。図３及び図４に示すように、垂直電荷転送部２１，２２上には、絶縁膜３１を介して転送電極が設けられている。この転送電極は、第１相のクロック信号φａが供給される第１層目の多結晶シリコン層３ａ、第２相のクロック信号φｂが印加される第２層目の多結晶シリコン層４ｂ、第３相のクロック信号φｃが印加される第１層目の多結晶シリコン層３ｃ、第４相のクロック信号φｄが印加される第２層目の多結晶シリコン層４ｄから成る。
尚、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃとセンサ部２の間の領域が読み出し部となる。
【００３５】
第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃと第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄは、垂直電荷転送部２１，２２の電荷転送方向に沿って絶縁膜３２を介しながら交互に形成されており、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃのそれぞれ電荷転送方向の端部では、第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄが上に重なって設けられている。
【００３６】
そして、緩衝層１１ａ，１１ｄは、各垂直電荷転送部２２，２１上だけで垂直方向（転送方向に該当する）延在された略直線状のパターンとされており、絶縁膜３２に形成されたコンタクトホール５ａ，５ｄを介して、第１層目の多結晶シリコン層３ａ、第２層目の多結晶シリコン層４ｄにそれぞれ接続されている。
即ち、転送電極とされる第１層目の多結晶シリコン３ａや第２層目の多結晶シリコン層４ｄと、シャント配線層７とは直接に接続されず、緩衝層１１ａ，１１ｄを介して接続される。
【００３７】
そして、これら緩衝層１１ａ，１１ｄは、層間絶縁膜３３を開口したコンタクトホール６ａ，６ｄを介して夫々のシャント配線層７ａ，７ｄに接続される。
その結果、シャント配線層７ａから第１相のクロック信号φａが緩衝層１１ａを介して第１層目の多結晶シリコン層３ａに供給され、シャント配線層７ｄから第４相のクロック信号φｄが緩衝層１１ｄを介して第２層目の多結晶シリコン層４ｄに供給される。尚、第２相と第３相のクロック信号φｂ，φｃについても同様である。
【００３８】
シャント配線層７ａ，７ｄの上には層間絶縁膜３４を介して転送電極３ａ，４ｂを覆うように遮光層８が設けられる。遮光層８は、センサ部２上に開口１２を有して成り、この開口１２を通じてセンサ部２に光が入射すると共に、転送電極３ａ，４ｂへは光が入射しないようにすることができる。
【００３９】
遮光層８上は例えばＢＰＳＧ（ボロン・リン・珪酸ガラス：屈折率ｎ＝１．６）から成る絶縁膜３５が覆っていて、この絶縁膜３５にはセンサ部２上に凹部を有している。
この凹部を埋めて例えばプラズマＳｉＮ（屈折率ｎ＝１．９）から成る高屈折材料層３６が形成されて凹部に層内レンズ３７が形成される。
尚、この高屈折率材料層３６は、少なくとも絶縁膜３５より屈折率が高い材料を用いて層内レンズ３７により上方からの光が収束されるように構成する。
さらにその上には表面が平坦化された平坦化絶縁層３８が形成されて、その上にオンチップレンズ３９が形成されている。
【００４０】
これらオンチップレンズ３９と層内レンズ３７とによって、入射光を集光してセンサ部２に入射させることができ、光の利用効率を向上させて感度を高くすることができる。
【００４１】
尚、必要に応じて、層内レンズ３７とオンチップレンズ３９との間の、図３では平坦化絶縁層３８となっている部分にカラーフィルターを形成してもよい。
【００４２】
本実施の形態においては、特にシャント配線層７（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）をタングステン、モリブデン、タンタル等の高融点金属層１３と、この高融点金属の窒化物層又は高融点金属の酸化物層１４との積層膜により形成する。
【００４３】
そして、高融点金属の窒化物又は酸化物層１４の方を下地膜として、この高融点金属の窒化物又は酸化物層１４によってコンタクト部６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）で緩衝層１１と接続することにより、緩衝層１１の多結晶シリコン層或いはポリサイドとのコンタクト抵抗を低減することができると共に、その後高温熱処理した際にコンタクト部６におけるシャント配線層７と緩衝層１１との反応を抑制することができる。
【００４４】
また、遮光層８についても高融点金属例えばタングステンにより形成する。
シャント配線層７及び遮光層８が高融点金属を使用していることにより、後で形成される絶縁膜３４，３５を形成する際に、高温で熱処理することが可能になる。
【００４５】
さらに、タングステンは遮光性、カバレージ、及び層間絶縁膜の耐圧が良好であるため、シャント配線層７及び遮光層８を薄く形成することができる。
これにより、撮像素子の遮光層８上端までの総厚を薄くすることができ、その結果、感度シェーディング等が改善される。
【００４６】
さらに、遮光層８上の絶縁膜３５は、この絶縁膜３５を形成した後に、後述するように８００〜９００℃の高温で熱処理されて形成される。
この熱処理により、絶縁膜３５がリフローされて、層内レンズ３７を形成するための表面に凹部を有する形状となって形成されている。
【００４７】
シャント配線にＡｌ膜を用いた場合には、高温熱処理ができないため、絶縁膜３５をリフローしてこのような層内レンズ３７の屈折面を構成する凹部を有する形状とすることができない。
これに対して、本実施の形態では、シャント配線に高融点金属とその窒化物又は酸化物とを用いていて高温熱処理が可能であるため、層内レンズ３７を形成して入射光を集光することができる。
【００４８】
上述の２層構造のシャント配線層７を有する固体撮像素子１０は、例えば次のように形成する。
まず、半導体基板を覆った絶縁膜３１上に第１層目の多結晶シリコン層を堆積し、これを所定のパターンにパターニングして第１層目の多結晶シリコン層から成る転送電極３を形成する。
【００４９】
次に、この第１層目の多結晶シリコン層から成る転送電極３を覆って絶縁膜３２を形成した後、第２層目の多結晶シリコン層を堆積し、これを所定のパターンにパターニングして第２層目の多結晶シリコン層から成る転送電極４を形成する。
【００５０】
この第２層目の多結晶シリコン層から成る転送電極４を覆って絶縁膜３２を形成する。
そして、この絶縁膜３２の各転送電極３ａ，４ｂ，３ｃ，４ｄ上の位置にコンタクト部５用の開口を形成する。
【００５１】
次に、コンタクト部５用の開口も覆って緩衝層１１例えば多結晶シリコン層を堆積する。これを図１に示すような直線状にパターニングして緩衝層１１を形成する。
【００５２】
次に、緩衝層１１を覆って絶縁膜３３を形成し、この絶縁膜３３の緩衝層１１上の上記コンタクト部５より離れた位置にコンタクト部６用の開口を形成する。
【００５３】
次に、コンタクト部６用の開口も覆って、タングステン等の高融点金属の窒化物層又は酸化物層１４を形成し、その上に高融点金属層１３を積層形成し、これら積層膜を緩衝層１１と同様の直線状にパターニングして、シャント配線層７を形成する。
【００５４】
次に、シャント配線層７を覆って絶縁膜３４を形成した後、絶縁膜３４上にタングステン等の高融点金属から成る遮光層８を形成する。
遮光層８は、センサ部２上に開口を形成し、センサ部のみに光が入射するようにする。
【００５５】
次に、遮光層８上に、これを覆って例えばＢＰＳＧから成る絶縁膜３５を被着形成する。そして、絶縁膜３５に対して熱処理を行う。
この熱処理の条件は、好ましくは８００〜９００℃で５分以上とし、より好ましくは処理時間を５分〜１時間とする。
【００５６】
この熱処理により、遮光層８上の絶縁膜３５が、遮光層８の段差にそった表面形状から、リフローされて図３に示すように凹部を有した表面形状となる。
また、この熱処理により、パターンエッチング等によってダメージを受けて生じたシリコン基板表面の欠陥を回復させることができる。
【００５７】
尚、従来、例えば高融点金属膜の下地膜に高融点金属の窒化物膜を形成して配線を形成した場合には、いわゆるランプアニールによって８５０℃・１分間の短い熱処理を行っているが、このランプアニールでは欠陥を充分に回復することが困難である。また、絶縁膜３５もリフローされない。
【００５８】
次に、絶縁膜３５上に、例えばプラズマＳｉＮ等の高屈折率材料層３６を形成し、絶縁膜３５の凹部上に層内レンズ３７を形成する。
【００５９】
この後は、上面の平坦化のための平坦化絶縁層３８、オンチップレンズ３９を形成してＣＣＤ固体撮像素子１０を製造することができる。
【００６０】
このようにして、転送電極４とシャント配線層７との間に緩衝層１１を有すると共に、センサ部２上に層内レンズ３７を形成した構成を容易に製造することができる。
【００６１】
上述の本実施の形態によれば、高融点金属層１３とその下地の高融点金属の窒化物層又は酸化物層１４との積層膜とによってシャント配線層７を形成しているため、シャント配線層７と緩衝層１１との反応を抑制することができ、転送電極や蓄積電極と高融点金属とのこれらシャント配線層７と緩衝層１１との間のコンタクト抵抗が上昇する問題を回避することができる。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、シャント配線層７と遮光層８に高融点金属例えばタングステンを用いているため、遮光層８上の絶縁膜３５を形成した後、８００〜９００℃の温度、かつ５分以上の時間で熱処理することが可能であり、絶縁膜３５を層内レンズ３７を形成できるような凹部を有した表面形状にすることができる。
これにより、層内レンズ３７を形成して、入射光を集光させることができ、感度を向上させると共に、スミアの発生を低減することができる。
また、この熱処理によって、ダメージを受けて生じた基板の欠陥を回復することができるため、暗電流の発生を低減することができる。
【００６３】
また、本実施の形態によれば、高融点金属層から成るシャント配線層７を緩衝層１１を介して転送電極３，４に接続して設けることにより、転送電極３，４を低抵抗化して、伝搬遅延を低減することができる。
このように伝搬遅延が低減されるため、固体撮像素子の駆動を高速化することができ、長い距離の転送も可能となるので撮像素子の大面積化を達成することができる。
【００６４】
また、シャント配線層７により低抵抗化が図られるため、転送電極３，４を薄くしても抵抗の増大を抑えることができ、固体撮像素子の薄型化を図ることが可能になる。これにより、センサ部２から遮光層８の上端までの高さを低減して、さらに光の利用効率を上げることができる。
また、層内レンズ３７を形成しても、固体撮像素子の厚さがあまり増大しないようにすることができる。
【００６５】
尚、上述の実施の形態では、転送クロックを４相として説明したが、２相以上の多相であればよく、特に限定されるものではない。また、固体撮像素子を用いる撮像装置は、フレームインターライン型に限定されず、インターライン型でもよい。
【００６６】
また、緩衝層１１とシャント配線層７とのコンタクト部６は、緩衝層１１上に接続して形成されれば良く、緩衝層１１と転送電極３，４との間のコンタクト部５上に形成される構成、即ち２つのコンタクト部５，６が平面的には同一の位置であっても良い。
【００６７】
上述の実施の形態では、シャント配線層７を遮光層８の下方に形成したが、遮光層８の上層に形成する構成としても良い。この場合には、シャント配線層７と緩衝層１１との接続ができるように、これらのコンタクト部６周辺は遮光層８を除くパターンにする。
【００６８】
また、緩衝層１１を前述のように例えば多結晶シリコン層１５と金属シリサイド層１６との２層構造のいわゆるポリサイドにより形成することもできる。
この場合の断面図を図５に示す。
この場合には、多結晶シリコン層から成る転送電極３，４と緩衝層１１の多結晶シリコン層１５とによりコンタクト抵抗を充分小さくすることができる。
【００６９】
また、上述の実施の形態では、緩衝層１１を介してシャント配線層７と転送電極３，４とを接続したが、シャント配線層と転送電極とを直接接続した構成においても本発明を適用することができる。本発明を適用して、シャント配線層を高融点金属層の下地に高融点金属の窒化物層又は酸化物層を形成することにより、熱処理の際に転送電極の多結晶シリコンとシャント配線層との反応を抑制することができる。
【００７０】
さらに、上述の実施の形態では、センサ部２上に層内レンズ３７を形成した構成であったが、層内レンズ３７を設けない構成であっても、本発明を適用することにより、高温の熱処理を行うことが可能になる。そして、この熱処理により、基板表面の欠陥を回復することができるため、暗電流の発生を抑制することができる。
【００７１】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【００７２】
【発明の効果】
上述の本発明によれば、タングステンの窒化物或いは酸化物の層と、その上のタングステン層との積層膜により形成されたシャント配線によって、転送電極の低抵抗化を図ることができる。
従って、本発明によれば、配線の低抵抗化による伝搬遅延を減少することができるため、駆動の高速化及び大面積化を図ることができる。
【００７３】
また、本発明によれば、シャント配線に高融点金属であるタングステンを用いているため製造の際に８００〜９００℃の高温の熱処理が可能であり、この熱処理を行うことにより、基板表面の欠陥を回復させて、暗電流の発生を抑制することができる。
【００７４】
また、本発明によれば、タングステンの窒化物或いは酸化物の層と、その上のタングステン層との積層膜によりシャント配線層を形成するので、熱処理を行った際に転送電極等とシャント配線層との反応をタングステンの窒化物層又は酸化物層によって抑制することができ、転送電極等とのコンタクト抵抗の上昇を抑制して転送電極の低抵抗化を図ることができる。
【００７５】
また、センサ上に高屈折率材料層によって層内レンズを形成する構成としたときには、入射光を集光してセンサに入射させることができるため、感度を向上させると共に、スミアを低減することができる。
特に、８００〜９００℃の熱処理によって絶縁膜に凹部を形成して、層内レンズを容易に形成することができる。
【００７６】
本発明によれば、シャント配線を形成し、シャント配線に高融点金属であるタングステンを用いることにより、転送電極を薄くすることが可能になり、またシャント配線も薄くすることができるため、固体撮像素子の薄型化を図って、感度シェーディングを改善し、感度を向上することができる。
また、上述の層内レンズを形成した場合の固体撮像素子の厚さの増大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の概略構成図（平面図）である。
【図２】図１の要部の拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａにおける断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂにおける断面図である。
【図５】緩衝層をポリサイド膜により形成した場合の断面図である。
【図６】シャント配線層を形成したＣＣＤ固体撮像素子の受光部周辺の断面図である。
【符号の説明】
２ センサ開口、３，３ａ，３ｃ １層目の転送電極、４，４ｂ，４ｄ ２層目の転送電極、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ コンタクト部、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ シャント配線層、８ 遮光層、１０ ＣＣＤ固体撮像素子、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 緩衝層、１３ 高融点金属層、１４ 高融点金属の窒化物層（又は高融点金属の酸化物層）、１５ 多結晶シリコン層、１６ 金属シリサイド層、２１，２２ 垂直電荷転送部、３１，３２，３３，３４，３５ 絶縁膜、３６ 高屈折材料層、３７ 層内レンズ、３８ 平坦化絶縁層、３９ オンチップレンズ、Ｖ 垂直方向、Ｈ 水平方向
【発明の属する技術分野】
本発明は、転送電極上にシャント配線層を形成して成る固体撮像素子及びその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子の転送電極には、一般に多結晶シリコンが用いられている。
このとき、転送電極の多結晶シリコンの抵抗が高いため、伝搬遅延が起こり、撮像素子の高速駆動や撮像素子の大面積化が困難であった。
【０００３】
上述の問題を解決するため、転送電極上に絶縁膜を介して抵抗の低い金属からなる配線層いわゆるシャント配線層を形成し、このシャント配線層をコンタクト部を介して転送電極に接続した構成が提案されている。このような構成を採ることにより低抵抗のシャント配線層を通じて伝搬がなされるため、駆動の高速化が図られる。
【０００４】
シャント配線層を形成した固体撮像素子の一例としてＣＣＤ固体撮像素子の受光部付近の断面図を図６に示す。
このＣＣＤ固体撮像素子５０は、半導体基板５１の表面に図示しないがフォトダイオード等から成る受光部、電荷が転送される垂直電荷転送部、受光部と垂直電荷転送部の間で信号電荷の読み出しを行う読み出し部、隣接する画素との分離をするチャネルストップ領域が形成され、受光部以外の領域上に絶縁膜５４を介して転送電極５３が形成される。図６は、転送電極５３が絶縁膜５４を介して２層重なっている箇所の断面を示している。
【０００５】
そして、転送電極５３上には絶縁膜５４を介して例えばアルミニウムや高融点金属等の金属により形成されたシャント配線層５６が配置される。
また、シャント配線層５６と転送電極５３との間には緩衝層（緩衝配線）５５が設けられ、この緩衝層５５は図示しない部分に設けられたコンタクト部によって転送電極５３及びシャント配線層５６にそれぞれ接続される。
【０００６】
シャント配線層５６の上には絶縁膜５４を介して全体を覆う遮光層５７が形成される。この遮光層５７は受光部上に開口５２が形成され、開口５２以外の撮像領域を覆って形成される。
さらに、遮光層５７の上には表面が平坦化された絶縁層５８を介してオンチップレンズ５９が形成され、入射した光をこのオンチップレンズで集光して開口５２に向かうようにしている。
【０００７】
このＣＣＤ固体撮像素子５０においては、シャント配線層５６を緩衝層５５を介して転送電極５３に接続することにより、転送電極５３の低抵抗化を図り伝搬速度を向上することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シャント配線層５６にタングステン等の高融点金属を用いると、遮光層５７上の絶縁膜形成後の熱処理によって、緩衝層５５を設けないでシャント配線層５６と転送電極５３とを直接接続した構成ではシャント配線層５６と転送電極（蓄積電極）５３とのコンタクト抵抗が、図６の構成ではシャント配線層５６と緩衝層５５とのコンタクト抵抗が、それぞれ上昇する問題が発生する。
【０００９】
このコンタクト抵抗の上昇は、熱処理によって緩衝層や転送電極の多結晶シリコンと高融点金属とが反応してコンタクト部にシリサイド層が生成し、このシリサイド層が生成する際に体積が膨張してシャント配線層５６が持ち上がって、緩衝層や転送電極とのコンタクト部分にすきまが生じてしまうことが主な原因となっている。
【００１０】
一方、シャント配線層５６にＡｌを用いると、遮光層５７上の絶縁膜を形成した後に高温で熱処理するとＡｌが溶融するために高温の熱処理ができない。
そのため、遮光層５７等のパターニングの際にシリコン基板５１が受けたダメージによる欠陥を充分に回復させることができないため、暗電流が多くなる。
また、シャント配線層５６上の絶縁膜を、低温で成膜可能な絶縁膜とする必要があり、このような絶縁膜においてカバレージや耐圧を充分確保するためには、絶縁膜を厚く形成する必要がある。そのため、シリコン基板５１表面から遮光層５７上端までの膜厚が厚くなって、光の利用効率が低下し、感度が悪化する等の問題点がある。
【００１１】
上述した問題の解決のために、本発明においては、高速駆動が可能で、暗電流を抑制することができると共に、感度を高くすることができる固体撮像素子及びその製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子は、センサが形成された半導体基板と、この半導体基板上に形成され、多結晶シリコンから成る転送電極と、この転送電極に多結晶シリコンを含む緩衝層を介して接続され、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜によって形成された、シャント配線とを含むものである。
【００１３】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、センサが形成された半導体基板上に、多結晶シリコンから成る転送電極を形成する工程と、この転送電極上に、この転送電極と多結晶シリコンを含む緩衝層を介して接続されるように、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜のシャント配線層を形成する工程と、センサ上に凹部を有するように絶縁膜を被着形成した後、８００〜９００℃の熱処理を行う工程とを有するものである。
【００１４】
上述の本発明の構成によれば、転送電極のシャント配線が、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜により形成されたことにより、シャント配線によって転送電極の低抵抗化を図ると共に、高融点金属であるタングステンを用いているため製造の際の高温での熱処理が可能である。
【００１５】
上述の本発明製法によれば、８００〜９００℃の熱処理を行うことにより、基板表面の欠陥を回復させることができる。
また、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜によりシャント配線層を形成するので、熱処理を行った際に転送電極等とシャント配線層との反応を抑制することができ、転送電極等とのコンタクト抵抗の上昇を抑制して転送電極の低抵抗化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、センサが形成された半導体基板と、この半導体基板上に形成され、多結晶シリコンから成る転送電極と、この転送電極に多結晶シリコンを含む緩衝層を介して接続され、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜によって形成された、シャント配線とを含む固体撮像素子である。
【００１７】
また本発明は、上記固体撮像素子において、センサの上方に形成された層内レンズをさらに含む構成とする。
【００１８】
本発明は、センサが形成された半導体基板上に、多結晶シリコンから成る転送電極を形成する工程と、この転送電極上に、この転送電極と多結晶シリコンを含む緩衝層を介して接続されるように、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜のシャント配線層を形成する工程と、センサ上に凹部を有するように絶縁膜を被着形成した後、８００〜９００℃の熱処理を行う工程とを有する固体撮像素子の製造方法である。
【００１９】
また本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、絶縁膜上にこの絶縁膜より屈折率の大きい材料膜を形成して層内レンズを形成する工程をさらに有する。
【００２０】
転送電極は、多結晶シリコン層にて形成する。
【００２１】
シャント配線層は、タングステンの窒化物或いは酸化物の層と、その上のタングステン層との積層膜にて形成する。
【００２２】
多結晶シリコンを含む緩衝層は、例えば多結晶シリコン層にて形成することができる。
また、例えば多結晶シリコン層と、金属のシリコン化合物、例えばタングステンシリサイド等の高融点金属シリサイドとからなるポリサイド層によって形成することもできる。この場合、ポリサイド層の多結晶シリコン層と転送電極の多結晶シリコン層とを接続し、ポリサイドにおける金属のシリコン化合物層とシャント配線とを接続する。
【００２３】
そして、転送電極と緩衝層とは、これらの間の絶縁膜に開口したコンタクト孔により接続し、かつ緩衝層とシャント配線層とはこれらの間の絶縁膜に開口したコンタクト孔により接続する。この場合、転送電極と緩衝層とのコンタクト部と、緩衝層とシャント配線とのコンタクト部は、互いに異なる離れた位置に形成するのがよい。
【００２４】
図１〜図４は、本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の概略構成図を示す。
図１〜図４に示す実施の形態は、フレームインターライン型のＣＣＤ固体撮像素子に本発明を適用した場合である。
【００２５】
このＣＣＤ固体撮像素子１０は、４相による駆動がなされ、２層の多結晶シリコン層が転送電極（蓄積電極）として機能する。即ち、第１層目の多結晶シリコン層には第１相のクロック信号φａもしくは第３相のクロック信号φｃの信号が、第２層目の多結晶シリコン層には第２相のクロック信号φｂの信号もしくは第４相のクロック信号φｄがそれぞれシャント配線層及び緩衝層（緩衝配線）を介して与えられる。
【００２６】
まず、図１を参照してレイアウトについて説明する。図中Ｖ（垂直）方向が電荷の転送方向であり、図中Ｈ（水平）方向が図示しない水平レジスタの転送方向となる。尚図１ではシャント配線層７は図示していない。
Ｖ方向には略直線状のパターンで緩衝層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが順に複数設けられ、これら緩衝層１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の下方、転送電極３（３ａ，３ｃ），４（４ｂ，４ｄ）の下に垂直ＣＣＤレジスタを構成する垂直電荷転送部（図示せず）が配置される。各緩衝層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの上に夫々略直線状のパターンでシャント配線層７が形成される。
【００２７】
垂直電荷転送部の間には、各画素毎に区切られたセンサ部２が形成される。センサ部２は例えばフォトダイオードから成り、そのセンサ部２上にはＶ方向を長手方向とする矩形状に開口した遮光層８の窓部１２がそれぞれ設けられる。
そして、各センサ部２の図中右側にはチャネルストップ領域（図示せず）が形成され、各センサ部２の図中左側にはチャネルストップ領域及び読み出し部（図示せず）が形成される。
【００２８】
このＣＣＤ固体撮像素子１０において、転送電極３，４は、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃと第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄとより構成される。これら第１及び第２層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃ，４ｂ，４ｄは，それぞれＨ方向を長手方向として延在されており、垂直電荷転送部上で拡がり、センサ部２同士の間の領域では細くされるパターンに形成されている。
【００２９】
図２中Ｖ方向では、第１層目の多結晶シリコン層３ａ、第２層目の多結晶シリコン層４ｂ、第１層目の多結晶シリコン層３ｃ、第２層目の多結晶シリコン層４ｄが、センサ部２を囲むように巡回して形成され、これら第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃと第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄは、センサ部２同士の間の領域や垂直電荷転送部上の一部で２層の多結晶シリコン層３，４の端部同士が平面上重なるように配置されている。
【００３０】
第１層目の多結晶シリコン層３ａには、シャント配線層７及び緩衝層１１ａを介して第１相のクロック信号φａが供給され、第２層目の多結晶シリコン層４ｂにはシャント配線層７及び緩衝層１１ｂを介して第２相のクロック信号φｂが供給される。また、第１層目の多結晶シリコン層３ｃにはシャント配線層７及び緩衝層１１ｃを介して第３相のクロック信号φｃが供給され、第２層目の多結晶シリコン層４ｄにはシャント配線層７及び緩衝層１１ｄを介して第４相のクロック信号φｂが供給される。
【００３１】
図１において、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃもしくは第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄによる転送電極と緩衝層１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）との接続は、コンタクトホール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄをそれぞれ介して行われ、緩衝層１１と図示しないシャント配線層７との接続は、コンタクトホール６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄをそれぞれ介して行われる。
【００３２】
図１に示すように、平面上では、転送電極３，４と緩衝層１１とのコンタクトホール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの位置は、斜めに並んだ配置となり、１つの垂直電荷転送部だけＨ方向にずれた場合、１転送電極分だけＶ方向にずれる。
また、緩衝層１１とシャント配線層７とのコンタクトホール６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの位置は、同じ緩衝層１１に対応する転送電極３，４と緩衝層１とのコンタクトホール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄからおよそ２転送電極分だけずれたものとされ、同様に斜めに並んだものとなっている。
【００３３】
さらに、図２〜図４を参照してこのＣＣＤ固体撮像素子１０の構造を詳しく説明する。図２は図１の２つの垂直電荷転送部に相当する要部の拡大図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図、図４は図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００３４】
図２に示す２つの垂直電荷転送部２１，２２の間には、センサ部２が設けられている。図３及び図４に示すように、垂直電荷転送部２１，２２上には、絶縁膜３１を介して転送電極が設けられている。この転送電極は、第１相のクロック信号φａが供給される第１層目の多結晶シリコン層３ａ、第２相のクロック信号φｂが印加される第２層目の多結晶シリコン層４ｂ、第３相のクロック信号φｃが印加される第１層目の多結晶シリコン層３ｃ、第４相のクロック信号φｄが印加される第２層目の多結晶シリコン層４ｄから成る。
尚、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃとセンサ部２の間の領域が読み出し部となる。
【００３５】
第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃと第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄは、垂直電荷転送部２１，２２の電荷転送方向に沿って絶縁膜３２を介しながら交互に形成されており、第１層目の多結晶シリコン層３ａ，３ｃのそれぞれ電荷転送方向の端部では、第２層目の多結晶シリコン層４ｂ，４ｄが上に重なって設けられている。
【００３６】
そして、緩衝層１１ａ，１１ｄは、各垂直電荷転送部２２，２１上だけで垂直方向（転送方向に該当する）延在された略直線状のパターンとされており、絶縁膜３２に形成されたコンタクトホール５ａ，５ｄを介して、第１層目の多結晶シリコン層３ａ、第２層目の多結晶シリコン層４ｄにそれぞれ接続されている。
即ち、転送電極とされる第１層目の多結晶シリコン３ａや第２層目の多結晶シリコン層４ｄと、シャント配線層７とは直接に接続されず、緩衝層１１ａ，１１ｄを介して接続される。
【００３７】
そして、これら緩衝層１１ａ，１１ｄは、層間絶縁膜３３を開口したコンタクトホール６ａ，６ｄを介して夫々のシャント配線層７ａ，７ｄに接続される。
その結果、シャント配線層７ａから第１相のクロック信号φａが緩衝層１１ａを介して第１層目の多結晶シリコン層３ａに供給され、シャント配線層７ｄから第４相のクロック信号φｄが緩衝層１１ｄを介して第２層目の多結晶シリコン層４ｄに供給される。尚、第２相と第３相のクロック信号φｂ，φｃについても同様である。
【００３８】
シャント配線層７ａ，７ｄの上には層間絶縁膜３４を介して転送電極３ａ，４ｂを覆うように遮光層８が設けられる。遮光層８は、センサ部２上に開口１２を有して成り、この開口１２を通じてセンサ部２に光が入射すると共に、転送電極３ａ，４ｂへは光が入射しないようにすることができる。
【００３９】
遮光層８上は例えばＢＰＳＧ（ボロン・リン・珪酸ガラス：屈折率ｎ＝１．６）から成る絶縁膜３５が覆っていて、この絶縁膜３５にはセンサ部２上に凹部を有している。
この凹部を埋めて例えばプラズマＳｉＮ（屈折率ｎ＝１．９）から成る高屈折材料層３６が形成されて凹部に層内レンズ３７が形成される。
尚、この高屈折率材料層３６は、少なくとも絶縁膜３５より屈折率が高い材料を用いて層内レンズ３７により上方からの光が収束されるように構成する。
さらにその上には表面が平坦化された平坦化絶縁層３８が形成されて、その上にオンチップレンズ３９が形成されている。
【００４０】
これらオンチップレンズ３９と層内レンズ３７とによって、入射光を集光してセンサ部２に入射させることができ、光の利用効率を向上させて感度を高くすることができる。
【００４１】
尚、必要に応じて、層内レンズ３７とオンチップレンズ３９との間の、図３では平坦化絶縁層３８となっている部分にカラーフィルターを形成してもよい。
【００４２】
本実施の形態においては、特にシャント配線層７（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）をタングステン、モリブデン、タンタル等の高融点金属層１３と、この高融点金属の窒化物層又は高融点金属の酸化物層１４との積層膜により形成する。
【００４３】
そして、高融点金属の窒化物又は酸化物層１４の方を下地膜として、この高融点金属の窒化物又は酸化物層１４によってコンタクト部６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）で緩衝層１１と接続することにより、緩衝層１１の多結晶シリコン層或いはポリサイドとのコンタクト抵抗を低減することができると共に、その後高温熱処理した際にコンタクト部６におけるシャント配線層７と緩衝層１１との反応を抑制することができる。
【００４４】
また、遮光層８についても高融点金属例えばタングステンにより形成する。
シャント配線層７及び遮光層８が高融点金属を使用していることにより、後で形成される絶縁膜３４，３５を形成する際に、高温で熱処理することが可能になる。
【００４５】
さらに、タングステンは遮光性、カバレージ、及び層間絶縁膜の耐圧が良好であるため、シャント配線層７及び遮光層８を薄く形成することができる。
これにより、撮像素子の遮光層８上端までの総厚を薄くすることができ、その結果、感度シェーディング等が改善される。
【００４６】
さらに、遮光層８上の絶縁膜３５は、この絶縁膜３５を形成した後に、後述するように８００〜９００℃の高温で熱処理されて形成される。
この熱処理により、絶縁膜３５がリフローされて、層内レンズ３７を形成するための表面に凹部を有する形状となって形成されている。
【００４７】
シャント配線にＡｌ膜を用いた場合には、高温熱処理ができないため、絶縁膜３５をリフローしてこのような層内レンズ３７の屈折面を構成する凹部を有する形状とすることができない。
これに対して、本実施の形態では、シャント配線に高融点金属とその窒化物又は酸化物とを用いていて高温熱処理が可能であるため、層内レンズ３７を形成して入射光を集光することができる。
【００４８】
上述の２層構造のシャント配線層７を有する固体撮像素子１０は、例えば次のように形成する。
まず、半導体基板を覆った絶縁膜３１上に第１層目の多結晶シリコン層を堆積し、これを所定のパターンにパターニングして第１層目の多結晶シリコン層から成る転送電極３を形成する。
【００４９】
次に、この第１層目の多結晶シリコン層から成る転送電極３を覆って絶縁膜３２を形成した後、第２層目の多結晶シリコン層を堆積し、これを所定のパターンにパターニングして第２層目の多結晶シリコン層から成る転送電極４を形成する。
【００５０】
この第２層目の多結晶シリコン層から成る転送電極４を覆って絶縁膜３２を形成する。
そして、この絶縁膜３２の各転送電極３ａ，４ｂ，３ｃ，４ｄ上の位置にコンタクト部５用の開口を形成する。
【００５１】
次に、コンタクト部５用の開口も覆って緩衝層１１例えば多結晶シリコン層を堆積する。これを図１に示すような直線状にパターニングして緩衝層１１を形成する。
【００５２】
次に、緩衝層１１を覆って絶縁膜３３を形成し、この絶縁膜３３の緩衝層１１上の上記コンタクト部５より離れた位置にコンタクト部６用の開口を形成する。
【００５３】
次に、コンタクト部６用の開口も覆って、タングステン等の高融点金属の窒化物層又は酸化物層１４を形成し、その上に高融点金属層１３を積層形成し、これら積層膜を緩衝層１１と同様の直線状にパターニングして、シャント配線層７を形成する。
【００５４】
次に、シャント配線層７を覆って絶縁膜３４を形成した後、絶縁膜３４上にタングステン等の高融点金属から成る遮光層８を形成する。
遮光層８は、センサ部２上に開口を形成し、センサ部のみに光が入射するようにする。
【００５５】
次に、遮光層８上に、これを覆って例えばＢＰＳＧから成る絶縁膜３５を被着形成する。そして、絶縁膜３５に対して熱処理を行う。
この熱処理の条件は、好ましくは８００〜９００℃で５分以上とし、より好ましくは処理時間を５分〜１時間とする。
【００５６】
この熱処理により、遮光層８上の絶縁膜３５が、遮光層８の段差にそった表面形状から、リフローされて図３に示すように凹部を有した表面形状となる。
また、この熱処理により、パターンエッチング等によってダメージを受けて生じたシリコン基板表面の欠陥を回復させることができる。
【００５７】
尚、従来、例えば高融点金属膜の下地膜に高融点金属の窒化物膜を形成して配線を形成した場合には、いわゆるランプアニールによって８５０℃・１分間の短い熱処理を行っているが、このランプアニールでは欠陥を充分に回復することが困難である。また、絶縁膜３５もリフローされない。
【００５８】
次に、絶縁膜３５上に、例えばプラズマＳｉＮ等の高屈折率材料層３６を形成し、絶縁膜３５の凹部上に層内レンズ３７を形成する。
【００５９】
この後は、上面の平坦化のための平坦化絶縁層３８、オンチップレンズ３９を形成してＣＣＤ固体撮像素子１０を製造することができる。
【００６０】
このようにして、転送電極４とシャント配線層７との間に緩衝層１１を有すると共に、センサ部２上に層内レンズ３７を形成した構成を容易に製造することができる。
【００６１】
上述の本実施の形態によれば、高融点金属層１３とその下地の高融点金属の窒化物層又は酸化物層１４との積層膜とによってシャント配線層７を形成しているため、シャント配線層７と緩衝層１１との反応を抑制することができ、転送電極や蓄積電極と高融点金属とのこれらシャント配線層７と緩衝層１１との間のコンタクト抵抗が上昇する問題を回避することができる。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、シャント配線層７と遮光層８に高融点金属例えばタングステンを用いているため、遮光層８上の絶縁膜３５を形成した後、８００〜９００℃の温度、かつ５分以上の時間で熱処理することが可能であり、絶縁膜３５を層内レンズ３７を形成できるような凹部を有した表面形状にすることができる。
これにより、層内レンズ３７を形成して、入射光を集光させることができ、感度を向上させると共に、スミアの発生を低減することができる。
また、この熱処理によって、ダメージを受けて生じた基板の欠陥を回復することができるため、暗電流の発生を低減することができる。
【００６３】
また、本実施の形態によれば、高融点金属層から成るシャント配線層７を緩衝層１１を介して転送電極３，４に接続して設けることにより、転送電極３，４を低抵抗化して、伝搬遅延を低減することができる。
このように伝搬遅延が低減されるため、固体撮像素子の駆動を高速化することができ、長い距離の転送も可能となるので撮像素子の大面積化を達成することができる。
【００６４】
また、シャント配線層７により低抵抗化が図られるため、転送電極３，４を薄くしても抵抗の増大を抑えることができ、固体撮像素子の薄型化を図ることが可能になる。これにより、センサ部２から遮光層８の上端までの高さを低減して、さらに光の利用効率を上げることができる。
また、層内レンズ３７を形成しても、固体撮像素子の厚さがあまり増大しないようにすることができる。
【００６５】
尚、上述の実施の形態では、転送クロックを４相として説明したが、２相以上の多相であればよく、特に限定されるものではない。また、固体撮像素子を用いる撮像装置は、フレームインターライン型に限定されず、インターライン型でもよい。
【００６６】
また、緩衝層１１とシャント配線層７とのコンタクト部６は、緩衝層１１上に接続して形成されれば良く、緩衝層１１と転送電極３，４との間のコンタクト部５上に形成される構成、即ち２つのコンタクト部５，６が平面的には同一の位置であっても良い。
【００６７】
上述の実施の形態では、シャント配線層７を遮光層８の下方に形成したが、遮光層８の上層に形成する構成としても良い。この場合には、シャント配線層７と緩衝層１１との接続ができるように、これらのコンタクト部６周辺は遮光層８を除くパターンにする。
【００６８】
また、緩衝層１１を前述のように例えば多結晶シリコン層１５と金属シリサイド層１６との２層構造のいわゆるポリサイドにより形成することもできる。
この場合の断面図を図５に示す。
この場合には、多結晶シリコン層から成る転送電極３，４と緩衝層１１の多結晶シリコン層１５とによりコンタクト抵抗を充分小さくすることができる。
【００６９】
また、上述の実施の形態では、緩衝層１１を介してシャント配線層７と転送電極３，４とを接続したが、シャント配線層と転送電極とを直接接続した構成においても本発明を適用することができる。本発明を適用して、シャント配線層を高融点金属層の下地に高融点金属の窒化物層又は酸化物層を形成することにより、熱処理の際に転送電極の多結晶シリコンとシャント配線層との反応を抑制することができる。
【００７０】
さらに、上述の実施の形態では、センサ部２上に層内レンズ３７を形成した構成であったが、層内レンズ３７を設けない構成であっても、本発明を適用することにより、高温の熱処理を行うことが可能になる。そして、この熱処理により、基板表面の欠陥を回復することができるため、暗電流の発生を抑制することができる。
【００７１】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【００７２】
【発明の効果】
上述の本発明によれば、タングステンの窒化物或いは酸化物の層と、その上のタングステン層との積層膜により形成されたシャント配線によって、転送電極の低抵抗化を図ることができる。
従って、本発明によれば、配線の低抵抗化による伝搬遅延を減少することができるため、駆動の高速化及び大面積化を図ることができる。
【００７３】
また、本発明によれば、シャント配線に高融点金属であるタングステンを用いているため製造の際に８００〜９００℃の高温の熱処理が可能であり、この熱処理を行うことにより、基板表面の欠陥を回復させて、暗電流の発生を抑制することができる。
【００７４】
また、本発明によれば、タングステンの窒化物或いは酸化物の層と、その上のタングステン層との積層膜によりシャント配線層を形成するので、熱処理を行った際に転送電極等とシャント配線層との反応をタングステンの窒化物層又は酸化物層によって抑制することができ、転送電極等とのコンタクト抵抗の上昇を抑制して転送電極の低抵抗化を図ることができる。
【００７５】
また、センサ上に高屈折率材料層によって層内レンズを形成する構成としたときには、入射光を集光してセンサに入射させることができるため、感度を向上させると共に、スミアを低減することができる。
特に、８００〜９００℃の熱処理によって絶縁膜に凹部を形成して、層内レンズを容易に形成することができる。
【００７６】
本発明によれば、シャント配線を形成し、シャント配線に高融点金属であるタングステンを用いることにより、転送電極を薄くすることが可能になり、またシャント配線も薄くすることができるため、固体撮像素子の薄型化を図って、感度シェーディングを改善し、感度を向上することができる。
また、上述の層内レンズを形成した場合の固体撮像素子の厚さの増大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の概略構成図（平面図）である。
【図２】図１の要部の拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａにおける断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂにおける断面図である。
【図５】緩衝層をポリサイド膜により形成した場合の断面図である。
【図６】シャント配線層を形成したＣＣＤ固体撮像素子の受光部周辺の断面図である。
【符号の説明】
２ センサ開口、３，３ａ，３ｃ １層目の転送電極、４，４ｂ，４ｄ ２層目の転送電極、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ コンタクト部、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ シャント配線層、８ 遮光層、１０ ＣＣＤ固体撮像素子、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 緩衝層、１３ 高融点金属層、１４ 高融点金属の窒化物層（又は高融点金属の酸化物層）、１５ 多結晶シリコン層、１６ 金属シリサイド層、２１，２２ 垂直電荷転送部、３１，３２，３３，３４，３５ 絶縁膜、３６ 高屈折材料層、３７ 層内レンズ、３８ 平坦化絶縁層、３９ オンチップレンズ、Ｖ 垂直方向、Ｈ 水平方向
Claims (4)
- センサが形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、多結晶シリコンから成る、転送電極と、
前記転送電極に多結晶シリコンを含む緩衝層を介して接続され、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜によって形成された、シャント配線とを含む
固体撮像素子。 - 前記センサの上方に形成された層内レンズをさらに含む請求項１に記載の固体撮像素子。
- センサが形成された半導体基板上に、多結晶シリコンから成る転送電極を形成する工程と、
前記転送電極上に、前記転送電極と多結晶シリコンを含む緩衝層を介して接続されるように、タングステンの窒化物又は酸化物の層とその上のタングステン層との積層膜のシャント配線層を形成する工程と、
前記センサ上に凹部を有するように絶縁膜を被着形成した後、８００〜９００℃の熱処理を行う工程とを有する
固体撮像素子の製造方法。 - 上記絶縁膜上に、該絶縁膜より屈折率の大きい材料膜を形成して、層内レンズを形成する工程をさらに有する請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
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