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技術 半導体装置およびその製造方法

出願人 シャープ株式会社
発明者 木下多賀雄國守昭如
出願日 2007年1月12日 (12年8ヶ月経過) 出願番号 2007-004299
公開日 2008年7月24日 (11年1ヶ月経過) 公開番号 2008-172056
状態 特許登録済
技術分野 固体撮像素子 半導体集積回路装置の内部配線
主要キーワード チタン積層膜 主反応ガス 界面接触抵抗 再結晶化温度 最低膜厚 水素プラズマ雰囲気 ギャップフィル 酸化絶縁層
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重要な関連分野

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課題

専用の水素供給装置工程数を増加することなく水素化処理阻害対策を施す。

解決手段

基板11上の回路を接続する配線層29,34を、前記基板11上に積層形成した半導体装置固体撮像装置10)において、前記配線層29,34は、主配線金属高融点金属または高融点金属化合物との積層構造(29a〜29d)を有し、この配線層29,34の表面を、モノシランガス主反応ガスとした化学気相成長法により形成したSiO2またはSiNまたはSiONからなる絶縁膜30,35で被膜した構成とする。

概要

背景

半導体装置は、各種デバイス高性能化と微細化とが進められている。そして、その製造方法では、配線工程の高速化と微細化を両立するために、多層化する配線構造絶縁膜形成手法を改良することで対応している。

このような半導体デバイスのなかで、画像入力装置として使用されているCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサや、非CCD型のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像素子を高性能化するためには、各画素センサ部への集光効率光電効果効率を高くして感度を向上させることと、暗電流ランダムノイズ固定パターンノイズを低く抑えることにより、S/N比を向上させることが必要である。

特にCMOSイメージセンサは、メモリロジック等のCMOS技術を流用して製造されているため、アルミニウムや銅を配線材料とした配線構造が用いられている。

CMOS技術で使用されている多層配線は、アルミニウムを配線材料として用いる場合、エレクトロマイグレーション耐性ストレスマイグレーション耐性等の信頼性を向上させるために、結晶性の制御を行うことが重要である。そのため、チタンチタニウム)や窒化チタン等の高融点金属およびその化合物膜と積層して使用する構造を採用している。

また、銅を配線材料として用いる場合、アルミニウムを使用した場合と同様に信頼性を向上させることと、層間絶縁層中への銅の拡散を抑制する目的で、タンタル窒化タンタル等の高融点金属およびその化合物と併用して配線が形成されている。

一方、イメージセンサの感度に大きな影響を与える暗電流は、シリコン酸化シリコン界面準位を低減することにより抑制可能であることがわかっている。そのためには、界面でのダングリングボンド水素終端させることが有効な手法であり、製造工程の途中や最後に、水素雰囲気中で熱処理が行われている。

しかしながら、CMOSイメージセンサの多層配線工程に使用されているチタンやタンタルは、単体および化合物の状態でも、水素吸蔵能力を備えているため、界面準位低減を目的とした水素化処理阻害してしまう。その結果として、CMOSイメージセンサの暗電流低減を十分に行うことができず、画質劣化を引き起こしていた。

本発明の半導体装置およびその製造方法に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。

特開平1−245528号公報
特開平7−94692号公報
特開2003−204055号公報

特許文献1,2では、固体撮像素子の配線で使用されているチタン水素吸蔵による水素化処理阻害の対策として、水素化処理を行う前に350℃から500℃の水素プラズマ雰囲気で10分以上処理することで、チタンを水素過飽和にする方法が記載されている。しかしながら、この方法では、多層配線を形成する工程数の増加や専用の水素プラズマ処理装置が必要となる。

特許文献3では、チタンを使用せず、窒化タングステン膜を使用する方法が記載されている。しかしながら、この方法では、配線材料であるアルミニウムの配向性制御や、配線層間絶縁層に形成した接続孔に埋め込まれるタングステンとの界面接触抵抗値の安定化および層間絶縁層との密着性の観点から、実現は困難である。

概要

専用の水素供給装置や工程数を増加することなく水素化処理阻害対策を施す。基板11上の回路を接続する配線層29,34を、前記基板11上に積層形成した半導体装置(固体撮像装置10)において、前記配線層29,34は、主配線金属と高融点金属または高融点金属化合物との積層構造(29a〜29d)を有し、この配線層29,34の表面を、モノシランガス主反応ガスとした化学気相成長法により形成したSiO2またはSiNまたはSiONからなる絶縁膜30,35で被膜した構成とする。

目的

本発明は、従来の問題に鑑みてなされたもので、専用の水素供給装置や工程数を増加することなく水素化処理阻害対策を実現可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを課題とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

基板上の回路を接続する配線層を、前記基板上に積層形成した半導体装置において、前記配線層は、主配線金属高融点金属または高融点金属化合物との積層構造を有し、この配線層の表面を、モノシランガス主反応ガスとした化学気相成長法により形成したSiO2またはSiNまたはSiONからなる絶縁膜被膜したことを特徴とする半導体装置。

請求項2

前記回路として、複数の画素部と制御回路部とを設け、これら画素部と制御回路部とを接続する配線層を有する固体撮像装置としたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。

請求項3

前記配線層は、前記主配線金属としてアルミニウムまたは銅を用い、その膜厚を100nm以上1000nm以下としたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。

請求項4

前記配線層は、前記高融点金属または高融点金属化合物がチタニウムを主成分としており、その膜厚を10nm以上100nm以下としたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。

請求項5

前記配線層は、前記高融点金属または高融点金属化合物がタンタルを主成分としており、その膜厚を5nm以上50nm以下としたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。

請求項6

前記絶縁膜は、その膜厚を30nm以上1000nm以下としたことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。

請求項7

基板上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層に導電部を有する接続孔を形成する導電路形成工程と、前記接続孔を含む絶縁層上に、主配線金属と高融点金属または高融点金属化合物とからなる積層構造をなす配線層を形成する配線層形成工程と、前記配線層の表面を、モノシランガスを主反応ガスとした化学気相成長法により形成したSiO2またはSiNまたはSiONからなる絶縁膜で被膜する成膜工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

請求項8

前記成膜工程を300℃以上400℃以下の温度雰囲気で行うことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。

請求項9

前記成膜工程の後に、絶縁膜上に更に絶縁層を形成する絶縁層形成工程を有し、この絶縁層形成工程の後に、水素を含むガス雰囲気下で熱処理を行う水素化工程を更に有することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の半導体装置の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体装置、なかでも画像入力装置として用いられる固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。

背景技術

0002

半導体装置は、各種デバイス高性能化と微細化とが進められている。そして、その製造方法では、配線工程の高速化と微細化を両立するために、多層化する配線構造絶縁膜形成手法を改良することで対応している。

0003

このような半導体デバイスのなかで、画像入力装置として使用されているCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサや、非CCD型のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像素子を高性能化するためには、各画素センサ部への集光効率光電効果効率を高くして感度を向上させることと、暗電流ランダムノイズ固定パターンノイズを低く抑えることにより、S/N比を向上させることが必要である。

0004

特にCMOSイメージセンサは、メモリロジック等のCMOS技術を流用して製造されているため、アルミニウムや銅を配線材料とした配線構造が用いられている。

0005

CMOS技術で使用されている多層配線は、アルミニウムを配線材料として用いる場合、エレクトロマイグレーション耐性ストレスマイグレーション耐性等の信頼性を向上させるために、結晶性の制御を行うことが重要である。そのため、チタンチタニウム)や窒化チタン等の高融点金属およびその化合物膜と積層して使用する構造を採用している。

0006

また、銅を配線材料として用いる場合、アルミニウムを使用した場合と同様に信頼性を向上させることと、層間絶縁層中への銅の拡散を抑制する目的で、タンタル窒化タンタル等の高融点金属およびその化合物と併用して配線が形成されている。

0007

一方、イメージセンサの感度に大きな影響を与える暗電流は、シリコン酸化シリコン界面準位を低減することにより抑制可能であることがわかっている。そのためには、界面でのダングリングボンド水素終端させることが有効な手法であり、製造工程の途中や最後に、水素雰囲気中で熱処理が行われている。

0008

しかしながら、CMOSイメージセンサの多層配線工程に使用されているチタンやタンタルは、単体および化合物の状態でも、水素吸蔵能力を備えているため、界面準位低減を目的とした水素化処理阻害してしまう。その結果として、CMOSイメージセンサの暗電流低減を十分に行うことができず、画質劣化を引き起こしていた。

0009

本発明の半導体装置およびその製造方法に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。

0010

特開平1−245528号公報
特開平7−94692号公報
特開2003−204055号公報

0011

特許文献1,2では、固体撮像素子の配線で使用されているチタン水素吸蔵による水素化処理阻害の対策として、水素化処理を行う前に350℃から500℃の水素プラズマ雰囲気で10分以上処理することで、チタンを水素過飽和にする方法が記載されている。しかしながら、この方法では、多層配線を形成する工程数の増加や専用の水素プラズマ処理装置が必要となる。

0012

特許文献3では、チタンを使用せず、窒化タングステン膜を使用する方法が記載されている。しかしながら、この方法では、配線材料であるアルミニウムの配向性制御や、配線層間絶縁層に形成した接続孔に埋め込まれるタングステンとの界面接触抵抗値の安定化および層間絶縁層との密着性の観点から、実現は困難である。

発明が解決しようとする課題

0013

本発明は、従来の問題に鑑みてなされたもので、専用の水素供給装置や工程数を増加することなく水素化処理阻害対策を実現可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを課題とするものである。

課題を解決するための手段

0014

前記課題を解決するため、本発明の半導体装置は、基板上の回路を接続する配線層を、前記基板上に積層形成した半導体装置において、前記配線層は、主配線金属と高融点金属または高融点金属化合物との積層構造を有し、この配線層の表面を、モノシランガス主反応ガスとした化学気相成長法により形成したSiO2またはSiNまたはSiONからなる絶縁膜被膜した構成としている。

0015

この半導体装置は、配線層をモノシランガス(SiH4)を主反応ガスとした化学気相成長法により形成した絶縁膜で被膜するため、モノシランガスが含有する水素成分を、配線層を構成する水素吸蔵能力のある高融点金属または高融点金属化合物に吸蔵させることができる。そのため、シリコンと酸化シリコンの界面順位の低減を目的として、後工程で水素化工程を実行した際に、基板の水素化が阻害されることを防止できる。

0016

具体的には、この半導体装置は、前記回路として、複数の画素部と制御回路部とを設け、これら画素部と制御回路部とを接続する配線層を有する固体撮像装置である。

0017

この半導体装置では、前記配線層は、前記主配線金属としてアルミニウムまたは銅を用い、その膜厚を100nm以上1000nm以下とすることが好ましい。このようにすれば、配線抵抗値が高すぎて使用できなかったり、微細加工が困難になったりすることを防止できる。

0018

また、前記配線層は、前記高融点金属または高融点金属化合物がチタニウムを主成分としており、その膜厚を10nm以上100nm以下とすることが好ましい。
または、前記配線層は、前記高融点金属または高融点金属化合物がタンタルを主成分としており、その膜厚を5nm以上50nm以下とすることが好ましい。

0019

さらに、前記絶縁膜は、その膜厚を30nm以上1000nm以下とすることが好ましい。このようにすれば、十分にボイドを抑制することができる。

0020

また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層に導電部を有する接続孔を形成する導電路形成工程と、前記接続孔を含む絶縁層の表面を、主配線金属と高融点金属または高融点金属化合物とからなる積層構造をなす配線層を形成する配線層形成工程と、前記配線層上に、モノシランガスを主反応ガスとした化学気相成長法により形成したSiO2またはSiNまたはSiONからなる絶縁膜で被膜する成膜工程と、を備える構成としている。

0021

この製造方法では、配線層形成工程の後に、その表面を、モノシランガスを主反応ガスとした化学気相成長法によりSiO2またはSiNまたはSiONからなる絶縁膜で被膜する成膜工程を実行するため、配線層を構成する水素吸蔵能力のある高融点金属または高融点金属化合物に水素成分を吸蔵させることができる。そのため、後工程で水素化工程を実行した際に、基板の水素化阻害を確実に防止できる。しかも、高融点金属または高融点金属化合物に水素成分を吸蔵させるために、大掛かりな専用装置は不要であるうえ、製造工数が増大することはない。

0022

この製造方法では、前記成膜工程を300℃以上400℃以下の温度雰囲気で行うことが好ましい。

0023

また、前記成膜工程の後に、絶縁膜上に更に絶縁層を形成する絶縁層形成工程を有し、この絶縁層形成工程の後に、水素を含むガス雰囲気下で熱処理を行う水素化工程を更に有することが好ましい。

発明の効果

0024

本発明の製造方法では、配線層の表面を、モノシランガスを主反応ガスとした化学気相成長法により形成した絶縁膜で被膜するため、配線層を構成する水素吸蔵能力のある高融点金属または高融点金属化合物に水素成分を吸蔵(含有)させることができる。そのため、基板の界面順位の低減を目的とした水素化阻害を確実に防止できる。しかも、大掛かりな専用装置は不要であるうえ、製造工数が増大することはない。また、製造された半導体装置は、暗電流を低減させることができるため、S/N比の向上や、画質の向上を図ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0025

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

0026

図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置である固体撮像装置10を示す断面図である。この固体撮像装置10は、画素部12と周辺(制御)回路部18とを備え、画素部12に含まれるMOSトランジスタ周辺回路部18に含まれる複数のMOSトランジスタとがP型シリコン基板からなる半導体基板11上に形成されている。そして、本実施形態では、この半導体基板11上に、回路を接続するための配線層29,34を積層形成したものである。

0027

前記画素部12は、半導体基板11に対して2次元的にマトリクス状をなすように複数設けられたMOSトランジスタからなる。具体的には、この画素部12は、半導体基板11上に形成したP型ウェル拡散層13と、該ウェル拡散層13上に形成したN型の第1ソース拡散層14および第1ドレイン拡散層15と、これらと隣接するように第1ゲート膜16を介して実装された第1ゲート電極17とを備えている。第1ソース拡散層14は、光電変換を行うフォトセンサ役割をなし、入射光量に応じた電荷蓄積する。そして、第1ゲート電極17は、第1ソース拡散層14に蓄積された電荷を第1ドレイン拡散層15に移動させるスイッチの役割をなす。

0028

前記周辺回路部18は、リセットトランジスタ増幅トランジスタ、および、選択トランジスタ等を構成するMOSトランジスタからなる。この周辺回路部18は、半導体基板11上に形成したN型の第2ソース拡散層19および第2ドレイン拡散層20と、これらと隣接するように第2ゲート膜21を介して実装された第2ゲート電極22とを備えている。

0029

前記画素部12と周辺回路部18との境界部分には、各素子14,15,19,20を分離するための酸化絶縁層23(Shallow Trench Isolation)が形成されている。

0030

前記半導体基板11の表面には、ゲート電極17,22を覆うように酸化シリコン(SiO2)からなる第1絶縁膜24が形成され、その表面に窒化シリコン(SiN)からなるコンタクトエッチングストッパー膜25が形成されている。そして、このコンタクトエッチングストッパー膜25の表面には、酸化シリコン(SiO2)からなる第1層間絶縁層26が形成されている。なお、この第1層間絶縁層26は、ボロン(B)やリン(P)を含んだSiO2(BPSG)膜やリン(P)を含んだSiO2(PSG)膜により構成してもよい。

0031

これら第1絶縁膜24、コンタクトエッチングストッパー膜25および第1層間絶縁層26には、第2ドレイン拡散層20および第2ゲート電極22に位置するように、第1層間絶縁層26の表面から第1絶縁膜24にかけて貫通する第1接続孔(コンタクトホール)27が設けられている。この第1接続孔27の内部には、窒化チタン膜チタン積層膜タングステン膜からなる第1導電部(タングステンプラグ)28が設けられている。

0032

また、第1層間絶縁層26には、第1導電部28を含む表面に平面視で所定パターン形状をなすように第1配線層29が設けられている。この第1配線層29は、半導体基板11の側から第1積層金属膜29a、第2積層金属膜29b、主配線金属膜29cおよび第3積層金属膜29dの順番で被膜することにより構成される。

0033

そのうち、主配線金属膜29cは、アルミニウム(Al)または銅(Cu)により形成されている。ここで、主配線金属膜29cをアルミニウムで構成する場合の膜厚は、100nm以上、より好ましくは150nm以上で、1000nm以下とする。また、銅で構成する場合の膜厚は、100nm以上1000nm以下とする。この膜厚は、100nm未満とすると配線抵抗値が高すぎて使用できず、1000nmを超えると微細加工の観点から使用が困難になるためである。

0034

また、最下層の第1積層金属膜29aは、高融点金属であるチタン(チタニウム)またはタンタルにより形成されている。ここで、この第1積層金属膜29aは、主配線金属膜29cによる配線の信頼性を決定付ける配向性の制御を行うために重要である。そのため、チタンを用いる場合には10nm以上の膜厚で形成し、タンタルを用いる場合には5nm以上の膜厚で形成する。

0035

さらに、主配線金属膜29cの両面に位置する第2積層金属膜29bおよび第3積層金属膜29dは、高融点金属化合物であるチタンを主成分とした窒化チタン、または、タンタルを主成分とした窒化タンタルにより形成されている。そして、チタンを主成分とする場合の膜厚は、10nm以上100nm以下とする。また、タンタルを主成分とする場合の膜厚は、5nm以上50nm以下とする。

0036

ここで、主配線金属膜29cとしてアルミニウムを用い、積層金属膜29a,29b,29dとしてチタンを主成分とした高融点金属または高融点金属化合物を用いる場合、主配線金属膜29cの配向性を制御するための最低膜厚は10nmで、エッチング時間の観点から上限は100nmのためである。また、主配線金属膜29cとして銅を用い、積層金属膜29a,29b,29dとしてタンタルを主成分とした高融点金属または高融点金属化合物を用いる場合、銅の拡散防止最低膜厚は5nmで、化学的機械研磨(CMP(Chemical Mechanical Polishing))の観点から上限は50nmのためである。勿論、主配線金属膜29cとしてアルミニウムを用い、積層金属膜29a,29b,29dとしてタンタルを主成分とした高融点金属または高融点金属化合物を用いてもよく、主配線金属膜29cとして銅を用い、積層金属膜29a,29b,29dとしてチタンを主成分とした高融点金属または高融点金属化合物を用いてもよい。

0037

そして、第1配線層29の表面を含む第1層間絶縁層26の表面には、酸化シリコンからなる第2絶縁膜30が被膜され、この第2絶縁膜30の表面には、酸化シリコンからなる第2層間絶縁層31が形成されている。これら第2絶縁膜30および第2層間絶縁層31には、第1配線層29の所定部位に位置するように、第2層間絶縁層31の表面から第2絶縁膜30にかけて貫通する第2接続孔32が設けられ、その内部に第1導電部28と同様の第2導電部33が設けられている。

0038

さらに、第2層間絶縁層31には、第2導電部33を含む表面に平面視で所定パターン形状をなすように第2配線層34が設けられている。この第2配線層34は、第1配線層29と同様に、半導体基板11の側から第1積層金属膜34a、第2積層金属膜34b、主配線金属膜34cおよび第3積層金属膜34dの順番で被膜することにより構成される。

0039

そして、第2配線層34の表面を含む第2層間絶縁層31の表面には、酸化シリコンからなる第3絶縁膜35が被膜され、この第3絶縁膜35の表面には、酸化シリコンからなる第3層間絶縁層36が形成されている。

0040

次に、前記固体撮像装置10の製造方法について具体的に説明する。

0041

まず、図2(A)に示すように、画素部12および周辺回路部18が形成された半導体基板11の全面を第1絶縁膜24およびコンタクトエッチングストッパー膜25により被覆する第1成膜工程を行う。

0042

ついで、コンタクトエッチングストッパー膜25の表面に、酸化シリコンからなる第1層間絶縁層26を形成する第1絶縁層形成工程を行う。この第1絶縁層形成工程は、珪酸エチル(TEOS(tetraethyl orthosilicate))を主反応ガスとした化学気相成長CVD(Chemical Vapor Deposition))法により行う。

0043

ついで、第1層間絶縁層26の表面に形成する第1配線層29と、半導体基板11の第2ドレイン拡散層20および第2ゲート電極22とを電気的に接続するために、対応位置に第1層間絶縁層26から第1絶縁膜24にかけて貫通する第1接続孔27を形成し、この第1接続孔27内に第1導電部28を形成する第1導電路形成工程を行う。この第1導電路形成工程では、まず、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術とにより、第2ドレイン拡散層20および第2ゲート電極22が露出するように第1接続孔27を形成する。ついで、形成した第1接続孔27内に、スパッタリング法により窒化チタンとチタン積層膜を形成した後、六フッ化タングステンガスを主成分としたCVD法により第1接続孔27内と基板表面にタングステン膜を形成する。その後、CMP法により、第1導電部28を形成する。なお、窒化チタンとチタン積層膜の形成には、有機金属化合物原料ガスとして使用したCVD法や四塩化チタン(TiCl4)を原料ガスとして使用したCVD法を使用してもよい。また、第1導電部28の形成には、六フッ化硫黄SF6)ガスを用いたドライエッチング法により第1接続孔27内にタングステンを残すエッチバック法を使用してもよい。

0044

ついで、第1導電部28が形成された第1接続孔27に電気的に接続するように、この第1接続孔27を含む第1層間絶縁層26上に第1配線層29を形成する第1配線層形成工程を行う。この第1配線層形成工程は、まず、図2(B)に示すように、スパッタリング法により第1積層金属膜29aとしてチタン、第2積層金属膜29bとして窒化チタン、主配線金属膜29cとしてアルミニウムおよび第3積層金属膜29dとして窒化チタンの順番で被膜して、板状第1配線層29'を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術により、図2(C)に示すように、第1接続孔27との対応位置を除く不要部分を除去して、第1接続孔27を含む絶縁層26上に予め設定したパターン形状の第1配線層29を形成する。

0045

次に、図3(A)に示すように、第1配線層29および該第1配線層29が形成されていない第1層間絶縁層26の表面を覆うように、第2絶縁膜30を形成する第2成膜工程を行う。この第2成膜工程は、300℃以上400℃以下の温度で、モノシラン(SiH4)ガスを主反応ガスとして用いたプラズマCVD法により、30nm以上1000nm以下の膜厚で酸化シリコンを堆積させて第2絶縁膜30を形成する。ここで、このプラズマCVD法を行う温度環境は、アルミニウムの再結晶化温度である400℃以下で行う必要がある。また、キャップ膜としての第2絶縁膜30は、成膜速度が速くボイド抑制の薄膜化の限界が30nmであり、ギャップフィルまで行う場合には1000nmで十分であるため、前記膜厚の範囲としている。なお、第2絶縁膜30は、酸化シリコンの代わりに、モノシランガスを主反応ガスとして用いたプラズマCVD法により、同様の膜厚でSiN膜またはSiON膜により構成してもよい。

0046

ついで、図3(B)に示すように、第1配線層29の間の凹凸を埋めるために、この第1配線層29の間を含む第2絶縁膜30の表面に第2層間絶縁層31を形成する第2絶縁層形成工程を行う。この第2絶縁層形成工程は、高密度プラズマCVDまたはTEOSのような有機ソースを用いたプラズマCVDにより、酸化シリコンを堆積させた後、CMP法により表面の平坦化を行う。なお、この第2絶縁層形成工程は、前述とは異なるCVD膜単層または積層させて形成してもよい。

0047

ついで、図3(C)に示すように、第2層間絶縁層31の表面に形成する第2配線層34と、第1配線層29の所定部位とを電気的に接続するために、対応位置に第2層間絶縁層31から第2絶縁膜30にかけて貫通する第2接続孔32を形成し、この第2接続孔32内に第2導電部33を形成する第2導電路形成工程を行う。この第2導電路形成工程では、まず、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術とにより、第1配線層29の所定部位が露出するように第2接続孔32を形成する。ついで、形成した第2接続孔32内に、スパッタリング法により窒化チタンとチタン積層膜を形成した後、六フッ化タングステンガスを主成分としたCVD法により第2接続孔32内と基板表面にタングステン膜を形成する。その後、CMP法により、第2導電部33を形成する。なお、窒化チタンとチタン積層膜の形成には、有機金属化合物を原料ガスとして使用したCVD法やTiCl4を原料ガスとして使用したCVD法を使用してもよい。また、第2導電部33の形成には、SF6ガスを用いたドライエッチング法により第2接続孔32内にタングステンを残すエッチバック法を使用してもよい。

0048

次に、第2導電部33が形成された第2接続孔32に電気的に接続するように、この第2接続孔32を含む第2層間絶縁層31上に第2配線層34を形成する第2配線層形成工程を行う。この第2配線層形成工程は、まず、図4(A)に示すように、スパッタリング法により第1積層金属膜34aとしてチタン、第2積層金属膜34bとして窒化チタン、主配線金属膜34cとしてアルミニウムおよび第3積層金属膜34dとして窒化チタンの順番で被膜して、板状第2配線層34'を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術により、図4(B)に示すように、第2接続孔32との対応位置を除く不要部分を除去して、第2接続孔32を含む絶縁層31上に予め設定したパターン形状の第2配線層34を形成する。

0049

ついで、図4(C)に示すように、第2配線層34および該第2配線層34が形成されていない第2層間絶縁層31の表面を覆うように、第3絶縁膜35を形成する第3成膜工程を行う。この第3成膜工程は、300℃以上400℃以下の温度で、モノシランガスを主反応ガスとして用いたプラズマCVD法により、30nm以上1000nm以下の膜厚で酸化シリコンを堆積させて第3絶縁膜35を形成する。

0050

ついで、図1に示すように、第2配線層34の間の凹凸を埋めるために、この第2配線層34の間を含む第3絶縁膜35の表面に第3層間絶縁層36を形成する第3絶縁層形成工程を行う。この第3絶縁層形成工程は、高密度プラズマCVDまたはTEOSのような有機ソースを用いたプラズマCVDにより、酸化シリコンを堆積させた後、CMP法により表面の平坦化を行う。なお、この第3絶縁層形成工程は、前述とは異なるCVD膜を単層または積層させて形成してもよい。

0051

なお、本実施形態では、半導体基板11上に設ける回路を2層29,34としているが、その積層数は、成膜工程から導電路形成工程を含む絶縁層形成工程を繰り返し行うことにより、希望に応じて変更が可能である。

0052

最後に、350〜450℃の温度で、30〜300分程度で100%水素の雰囲気、または、水素と窒素混合ガス雰囲気下で熱処理を行う水素化工程を行う。

0053

このように、本発明の固体撮像装置10の製造方法では、水素吸蔵能力を有するチタンまたはタンタルからなる積層金属膜29a,29b,29d,34a,34b,34dを有する配線層29,34を形成した後に、その表面を、モノシランガスを主反応ガスとした化学気相成長法によりSiO2またはSiNまたはSiONからなる絶縁膜30,35で被膜する。そして、この際には、主反応ガスであるモノシランの分解と、亜酸化窒素中の酸素との結合により薄膜形成を行うため、成膜中に発生する水素成分を、積層金属膜29a,29b,29d,34a,34b,34dに吸蔵させることができる。

0054

そのため、後工程で水素化工程を実行した際に、界面準位低減を目的とした半導体基板11の水素化阻害を確実に防止できる。しかも、チタンまたはタンタルに水素成分を吸蔵させるために、大掛かりな専用装置は不要であるうえ、製造工数が増大することはない。

0055

そして、この製造方法によって製造した固体撮像装置10は、図5に示すように、暗電流を十分に低減させることができる。その結果、S/N比の向上や、画質の向上を図ることができる。なお、従来品と本発明品とを比較した図5において、本発明品の固体撮像装置10の第2および第3絶縁膜30,35を形成した際の成膜条件は、モノシラン/窒素/亜酸化窒素=30/2200/720sccm、ステージ温度:400℃、圧力:733Pa、Power:100Wである。

0056

なお、本発明の固体撮像装置(半導体装置)およびその製造方法は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

図面の簡単な説明

0057

本発明の実施形態の半導体装置である固体撮像装置を示す断面図である。
(A),(B),(C)は本実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
(A),(B),(C)は図2続きの製造工程を示す断面図である。
(A),(B),(C)は図3の続きの製造工程を示す断面図である。
本発明の半導体装置と従来の半導体装置との暗電流値の比較状態を示すグラフである。

符号の説明

0058

10…固体撮像装置(半導体装置)
11…半導体基板
12…画素部
18…周辺(制御)回路部
26…第1層間絶縁層
27…第1接続孔
28…第1導電部
29…第1配線層
29a…第1積層金属膜(高融点金属)
29b…第2積層金属膜(高融点金属化合物)
29c…主配線金属膜
29d…第3積層金属膜(高融点金属化合物)
30…第2絶縁膜
31…第2層間絶縁層
32…第2接続孔
33…第2導電部
34…第2配線層
35…第3絶縁膜
36…第3層間絶縁層

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