CN102637712A - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及半导体装置及其制造方法，其中包括在半导体基板的成像区域和周边区域中提供第一波导部件并且提供贯穿第一波导部件的插头。

Description

半导体装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体装置以及用于制造半导体装置的方法。

背景技术

近年来，在作为一种类型的半导体装置的固态成像装置中，为了提高入射到光电转换部分上的光量，提出了具有光波导的固态成像装置。

日本专利公开No.2009-272568公开了具有用于形成波导的蚀刻阻止膜的固态成像装置。另外，日本专利公开No.2009-272568还公开了在焊盘部分上配备形成波导的高折射率部件的结构。本发明的发明人发现了以下问题。根据在日本专利公开No.2009-272568中描述的固态成像装置的结构，在成像区域和周边区域之间不利地形成了阶跃(step)。由于阶跃导致了绝缘层的厚度的不规则性，因此，例如，在成像区域中导致了图像的不规则性和颜色的不规则性。另外，难以以高精度在具有阶跃的层上形成诸如芯片上滤色器或芯片上微透镜的结构体。另外，在除固态成像装置以外的半导体装置中，伴随集成度的增加，装置的高度也增加，因而，存在不能很容易地在制造过程中执行平坦化的问题。

如上所述，根据日本专利公开No.2009-272568，难以提供具有高精度的半导体装置并以高精度形成半导体装置。考虑以上问题，本发明的发明人提供可以很容易地执行平坦化的半导体装置的制造方法和执行平坦化的半导体装置。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种半导体装置包括：包含第一区域和第二区域的半导体基板；被设置于所述半导体基板的所述第一区域和所述第二区域中并在所述第一区域中具有开口的绝缘体；被所述绝缘体包围的布线层；被配备在所述开口内且在所述第二区域中的所述绝缘体上的第一部件；和包含导电材料、贯穿被配备在所述第二区域中的所述绝缘体上的所述第一部件并与所述布线层连接的插头。

另外，根据本发明的另一方面的一种制造半导体基板的方法是一种制造半导体装置的方法，所述半导体装置具有包含第一区域和第二区域的半导体基板、被设置于所述半导体基板的所述第一区域和所述第二区域中的绝缘体和被所述绝缘体包围的布线层，上述方法包括以下步骤：在被设置于所述第一区域中的所述绝缘体的一部分中形成开口；在所述形成开口的步骤之后，在所述开口内且在所述第二区域中的所述绝缘体上形成第一部件；通过去除所述第一部件的被设置于所述第二区域中的部分的至少一部分，形成通孔；和形成插头。

另外，根据本发明的另一方面的一种制造半导体基板的方法是一种制造半导体装置的方法，所述半导体装置具有包含第一区域和第二区域的半导体基板、包含被设置于所述半导体基板的所述第一区域和所述第二区域中的第一氮化硅膜和被配备在所述第一氮化硅膜上的第一氧化硅膜的绝缘体以及被所述绝缘体包围且被配备在所述第一氮化硅膜下面的布线层。上述制造半导体装置的方法包括以下步骤：在被设置于所述第一区域中的所述绝缘体的一部分中形成开口；在所述形成开口的步骤之后，形成包含在所述开口内且在所述第二区域中的所述绝缘体的所述第一氧化硅膜上的第二氮化硅膜的第一部件；在所述第二区域中的所述第二氮化硅膜上形成第二氧化硅膜；和通过去除被设置于所述第二区域中的所述第一氮化硅膜、所述第一氧化硅膜、所述第二氮化硅膜和所述第二氧化硅膜的各部分中的多个部分，形成通孔以露出所述布线层，其中，所述形成通孔的步骤包含以下步骤：在所述第一氮化硅膜中形成开口；在所述第一氧化硅膜中形成开口；在所述第二氮化硅膜中形成开口；和在所述第二氧化硅膜中形成开口。

参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得十分明显。

附图说明

图1A至1C是示意性断面图，其每一个都示出了一种制造例子1的固态成像装置的方法。

图2A至2C是示意性断面图，其每一个都示出了一种制造例子1的固态成像装置的方法。

图3是示出了例子1的固态成像装置的平面结构的示意图。

图4A至4C是示意性断面图，其每一个都示出了一种制造例子2的固态成像装置的方法。

图5A和图5B是示意性断面图，其每一个都示出了一种制造例子2的固态成像装置的方法。

图6A和6B是示意性断面图，其每一个都示出了一种制造例子2的固态成像装置的方法。

包含于说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与以下描述一起用于解释本发明的原理。

具体实施方式

本发明可被应用于具有以下结构的半导体装置：其中在半导体基板中配备有第一区域和第二区域，在其上配备有绝缘体，在第一区域中的绝缘体中配备有多个开口，以及用填充部件填充了第一区域中的开口。在上述的结构中，配备有贯穿在第二区域中延伸的填充部件的导电插头。

本发明的半导体装置可被应用于例如固态成像装置。固态成像装置是具有上面设置有光电转换部分和光波导的半导体基板的半导体装置。特别地，本发明可被应用于其中例如通过与光电转换部分对应地形成开口并在开口中填充高折射率材料形成光波导的情况。在这种情况下，第一区域是包含光电转换部分的成像区域，并且第二区域是其中设置有处理在光电转换部分中产生的信号的电路的周边区域。配备贯穿在周边区域中的绝缘体上延伸的光波导的填充部件的插头。插头具有例如电连接周边区域中的焊盘和/或导线与配置在其下的导线的功能。通过上述的其中插头被配置为贯穿在周边区域中的绝缘体上延伸的光波导的填充部件的结构，可以提高固态成像装置的平坦性。

作为例子通过使用固态成像装置描述本发明的优选实施例。首先，描述固态成像装置的制造方法。半导体基板101包含其中设置有多个光电转换部分105的成像区域103和其中设置有处理来自光电转换部分105的信号的电路的周边区域104。在半导体基板101上设置有绝缘体。绝缘体包含例如多个层间绝缘膜113a至113e。适当地在层间绝缘膜113a至113e上执行平坦化处理，并且，使得绝缘体的上表面平坦。

首先，在绝缘体中形成开口116。在平面上与光电转换部分105重叠的位置上形成开口。可以在成像区域103中设置许多的光电转换部分105。因此，由此设置于成像区域103中的开口的密度比周边区域104中的高。

然后，在其中形成开口的绝缘体上形成第一波导部件118(第一部件)。第一波导部件118被形成在被设置于成像区域103中的绝缘体上以填充上述的开口116的内部。并且，还在被设置于周边区域104中的绝缘体上形成第一波导部件118。在该步骤中，并非必需填充开口的整个内部。可以在开口内保留一些空隙。

被设置于周边区域104中的第一波导部件118的一部分被去除。作为一种去除方法，例如，可以使用蚀刻或剥离。将在沿平面观察时以及在沿深度方向观察时描述第一波导部件118的要被去除的部分。

当沿平面观察时，第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分的至少一部分被去除。优选地去除第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分的大部分。更优选地去除第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分的整个表面。

作为深度方向的去除程度，第一波导部件118的至少一部分可被去除。即，可至少减小被设置于周边区域104中的第一波导部件118的厚度。优选地执行去除以保留第一波导部件118的一部分以不露出用作底层的绝缘体。但是，可以沿深度方向去除所有的第一波导部件118。即，可以去除第一波导部件118，直到露出用作底层的绝缘体。

在第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分被去除之后，成像区域103和周边区域104被平坦化。因此，使得第一波导部件118的上表面平坦。

随后，为了相互电连接形成导线的导电部件，形成导电插头121。通过在其中要形成插头121的区域中形成通孔并在通孔中填充导电部件，形成插头121。通孔的形成包含在层间绝缘膜119中形成开口的步骤、在第一波导部件118中形成开口的步骤和在层间绝缘膜113e和防扩散膜115中形成开口的步骤。连续地配备各单个膜和部件的开口以形成通孔。另外，通过在通孔中配备导电部件来形成插头121。在插头121上形成第三布线层。然后，形成平坦化层126。由于只有第三布线层的厚度形成阶跃，因此，与有关固态成像装置相比，平坦化层126的平坦性得到改善。由于平坦化层126的平坦性得到改善，因此，可然后以高精度形成芯片上滤色器和/或芯片上微透镜。

在半导体装置的制造方法中，一般在一个晶片上形成多个芯片。特别地，在固态成像装置中，以相对较长的周期交替地设置成像区域103和周边区域104。因此，易于以长周期产生阶跃。由于难以通过化学机械抛光(CMP)或平坦化层减少上述的阶跃，因此，在固态成像装置的有关制造方法中，以上问题特别严重。因此，当本发明被应用于固态成像装置的制造方法时，由此获得的效果是明显的。

虽然将描述使用电子作为信号电荷的情况，但是，当然也可使用空穴作为信号电荷。当使用空穴作为信号电荷时，半导体区域的导电类型被反转。

[例子1]

参照附图描述根据本发明的固态成像装置的制造方法的第一例子。图1A至2C是每一个都示出了本例子的每个步骤中的固态成像装置的断面结构的示意图。

固态成像装置100具有半导体基板101。半导体基板是形成固态成像装置的部件中的半导体材料部分。例如，半导体基板包含通过已知的半导体制造处理在半导体晶片中形成有半导体区域的基板。例如，可以将硅提名为半导体材料。半导体材料和另一材料之间的界面是半导体基板的主表面(principal surface)102。例如，另一材料是与半导体基板直接接触地被设置于该半导体基板上的热氧化膜等。

在本例子中，可对于半导体基板101使用已知的半导体基板。p型半导体区域和n型半导体区域被设置于半导体基板101中。附图标记102表示半导体基板101的主表面。在本例子中，主表面102是半导体基板101和层叠在其上的热氧化膜(未示出)之间的界面。半导体基板101具有其中配置有多个像素的成像区域103和其中设置有处理来自像素的信号的信号处理电路的周边区域104。将在后面描述成像区域103和周边区域104。

另外，在本说明书中，平坦平面是与主表面102平行的平面。例如，在其中设置有将在后面描述的光电转换部分的区域中的主表面102或MOS晶体管的沟道上的主表面102可被用作基准。在本说明书中，断面是与平坦平面垂直相交的平面。

在图1A所示的步骤中，在半导体基板101中形成各单个半导体区域，并且，在半导体基板101之上形成栅电极和多层导线。在半导体基板101的成像区域103中，形成光电转换部分105、浮动扩散(以下，称为“FD”)106和像素晶体管阱107的源极/漏极区域。光电转换部分105为例如光电二极管。光电转换部分105包含被设置于半导体基板101中的n型半导体区域。光电转换所产生的电子在光电转换部分的n型半导体区域中被收集。FD 106是n型半导体区域。在光电转换部分105中产生的电子被传送到FD 106并且被转换成电压。FD106与放大部分的输入节点电连接。作为替代方案，FD 106与信号输出线电连接。在本例子中，FD 106通过插头114与放大晶体管栅电极110b电连接。在像素晶体管阱107中，形成放大信号的放大晶体管的源极/漏极区域和将放大晶体管的输入节点复位的复位晶体管等。在半导体基板101的周边区域104中形成周边晶体管阱108。在周边晶体管阱108中形成形成信号处理电路的周边晶体管的源极/漏极区域。另外，可以在半导体基板101中形成元件隔离部分109。元件隔离部分109使像素晶体管或周边晶体管与其它元件电隔离。元件隔离部分109为例如浅沟道隔离(STI，Shallow Trench Isolation)或硅的局部氧化(LOCOS)。

另外，在该步骤中，形成传送栅电极110a和栅电极110b。传送栅电极110a和栅电极110b被设置于半导体基板101上，使得在其间配备有氧化物膜(未示出)。传送栅电极110a控制光电转换部分105和FD 106之间的电荷的传送。栅电极110b是像素晶体管的栅极和周边晶体管的栅极。

并且，在该步骤中，在半导体基板101上形成保护层111。例如，保护层111由氮化硅膜形成。另外，保护层111也可由包含氮化硅膜和氧化硅膜的多个层形成。保护层111可具有减少在随后的步骤中对于光电转换部分造成的损伤的功能。作为替代方案，保护层111还可具有抗反射功能。作为替代方案，保护层111还可具有防止硅化物步骤中的金属的扩散的功能。另外，在保护层111的与半导体基板101相对的一侧上形成蚀刻阻止部件117。蚀刻阻止部件117的面积优选地比将在后面形成的开口116的底部的面积大。另外，并非必需形成保护层111和蚀刻阻止部件117。

随后，形成第一布线层112a、第二布线层112b和多个层间绝缘膜113a至113e。在本例子中，通过镶嵌方法(damascene method)形成第一布线层112a和第二布线层112b。为了方便，从半导体基板101开始依次由第一层间绝缘膜113a到第五层间绝缘膜113e指示层间绝缘膜。

在成像区域103和周边区域104中形成第一层间绝缘膜113a。如果需要的话，第一层间绝缘膜113a的与半导体基板101相对的表面可被平坦化。在第一层间绝缘膜113a中形成通孔。在每个通孔中设置电连接第一布线层112a的导电部件与半导体基板101的半导体区域的插头114。插头114由导电材料形成。例如，插头114由钨形成。

然后，在第一层间绝缘膜113a的与半导体基板101相对的一侧上形成第二层间绝缘膜113b。通过蚀刻去除第二层间绝缘膜113b的每一个都与其中设置有第一布线层112a的导电部件的区域对应的各部分。随后，在成像区域103和周边区域104中形成用作第一布线层的材料的金属膜。然后，金属膜被去除，直到通过诸如CMP的方法露出第二层间绝缘膜。通过上述的过程，形成第一布线层112a的导线的导电部件被设置成具有预定的图案。

然后，在成像区域103和周边区域104中形成第三层间绝缘膜113c和第四层间绝缘膜113d。然后，通过蚀刻去除第四层间绝缘膜113d的每一个都与其中设置有第二布线层112b的导电部件的区域对应的各部分。随后，通过蚀刻去除第三层间绝缘膜113c的每一个都与其中设置有电连接第一布线层112a的导电部件与第二布线层112b的导电部件的插头的区域对应的各部分。然后，在成像区域103和周边区域104中形成用作第二布线层和插头的材料的金属膜。然后，通过诸如CMP的方法，去除金属膜，直到露出第四层间绝缘膜。通过上述的过程，获得第二布线层112b的布线图案和插头的图案。作为替代方案，在形成第三层间绝缘膜113c和第四层间绝缘膜113d之后，首先通过蚀刻去除每一个都与其中设置有电连接第一布线层112a的导电部件和第二布线层112b的导电部件的插头的区域对应的各部分。

最后，在成像区域103和周边区域104中形成第五层间绝缘膜113e。如果需要的话，第五层间绝缘膜113e的与半导体基板101相对的表面可通过诸如CMP的方法被平坦化。

另外，可通过除镶嵌方法以外的方法形成第一布线层112a和第二布线层112b。将描述除镶嵌方法以外的方法的一个例子。在形成第一层间绝缘膜113a之后，在成像区域103和周边区域104中形成用作第一布线层的材料的金属膜。然后，通过蚀刻去除金属膜的除其中被设置有第一布线层112a的导电部件的区域以外的部分。通过该步骤，获得第一布线层112a的布线图案。随后，形成第二层间绝缘膜113b和第三层间绝缘膜113c，并且，与上述的情况相同，形成第二布线层112b。在形成第二布线层112b之后，形成第四层间绝缘膜113d和第五层间绝缘膜113e。如果需要的话，第三层间绝缘膜113c和第五层间绝缘膜113e的与半导体基板101相对的表面被平坦化。

第一布线层112a和第二布线层112b以半导体基板101的主表面为基准被设置于不同的高度上。在本例子中，第一布线层112a的导电部件和第二布线层112b的导电部件分别由铜形成。只要对于导电部件使用导电材料，就也可使用除铜以外的材料。除了除插头电连接的部分以外的部分，通过层间绝缘膜113c，第一布线层112a的导电部件和第二布线层112b的导电部件相互绝缘。另外，布线层的数量不限于两个，并且，布线层可以是单个层或者至少包含三个层的叠层。

另外，在各单个层间绝缘膜之间的每一个位置上，可以设置蚀刻阻止膜、金属防扩散膜或具有以上两个膜的两种功能的膜。在本例子中，层间绝缘膜113a至113e每一个都是氧化硅膜。对于氧化硅膜，氮化硅膜用作金属防扩散膜。由此，在层间绝缘膜之间的每一个位置中设置防扩散膜115。另外，并非必需设置防扩散膜115。

在图1B中，在层间绝缘膜113a至113e的在平面上与光电转换部分105重叠的区域中形成开口116中的每一个。当设置了防扩散膜115时，也在其中形成开口。

首先，在与半导体基板101相对的一侧在层间绝缘膜113e上层叠用于蚀刻的掩模图案(未示出)。在除要设置开口116的区域以外的区域中设置用于蚀刻的掩模图案。换句话说，用于蚀刻的掩模图案在要设置开口116的区域中具有开口。用于蚀刻的掩模图案是例如通过光刻法和显影构图的光刻胶。

随后，通过使用用于蚀刻的掩模图案作为掩模，蚀刻层间绝缘膜113a至113e和防扩散膜115。因此，形成开口116。另外，通过执行具有不同条件的蚀刻步骤，可以形成开口116。可以在蚀刻之后去除用于蚀刻的掩模图案。

当设置了蚀刻阻止部件117时，在图1B所示的步骤中，优选地执行蚀刻，直到露出蚀刻阻止部件117。与层间绝缘膜113a的蚀刻速度相比，蚀刻阻止部件117优选地在用于蚀刻层间绝缘膜113a的蚀刻条件下具有更低的蚀刻速度。当层间绝缘膜113a是氧化硅膜时，蚀刻阻止部件117可由氮化硅膜或氧氮化硅膜形成。另外，通过执行具有不同条件的蚀刻步骤，可以露出蚀刻阻止部件117。

关于开口116的断面形状，开口116并非必需贯穿所有的第一到第五层间绝缘膜113a至113e。第五层间绝缘膜113e的凹陷可以是开口116。另外，开口116可仅贯穿第一到第五层间绝缘膜113a至113e中的一些。关于开口116的平面形状，其边界是诸如圆形或四角形的闭合环。另外，开口116的平面形状可以是在光电转换部分105上延伸的沟槽等。即，在本说明书中，当未设置有层间绝缘膜113e的某平面中的区域被设置有层间绝缘膜113e的区域包围或者被夹在每一个都设置有层间绝缘膜113e的区域之间时，可以认为层间绝缘膜113e具有开口116。

关于平面中的开口116的位置，开口116的至少一部分被配置为在平面内与光电转换部分105重叠。即，当开口116和光电转换部分105被投影到同一平面上时，在该同一平面中存在开口116和光电转换部分105都被投影到其中的区域。

在本例子中，在与各光电转换部分105重叠的区域中形成开口116，并且，不在周边区域104中形成开口116。但是，也可在周边区域104中形成开口116。在上述的情况下，在成像区域103中形成的开口116的密度可比在周边区域104中形成的开口116的密度高。可通过单位面积设置的开口116的数量来确定开口116的密度。作为替代方案，也可通过开口116的面积比来确定开口116的密度。

在图1C中，在开口116内以及在第五层间绝缘膜113e上形成第一波导部件118(第一部件)。特别地，在成像区域103和周边区域104中形成第一波导部件118。可通过使用化学气相沉积(CVD)或溅射的膜形成或通过由聚酰亚胺树脂表示的有机材料的施加来执行第一波导部件118的形成。另外，通过使用具有不同条件的步骤，也可形成第一波导部件118。例如，可以以在增加对于底层的粘合的条件下执行第一步骤并且在改善进入开口116中的填充性能的条件下执行下一步骤的方式形成第一波导部件118。作为替代方案，可通过依次使用不同材料形成第一波导部件118。例如，可以以首先沉积氮化硅膜，然后沉积具有高的填充性能的有机材料的方式形成第一波导部件118。另外，在图1B所示的步骤中，当蚀刻第一层间绝缘膜113a直到露出蚀刻阻止部件117时，第一波导部件118被设置为与蚀刻阻止部件117接触。

作为第一波导部件118的材料，可以使用折射率比层间绝缘膜113a至113e中的每一个的折射率高的材料。当层间绝缘膜113a至113e分别为氧化硅膜时，作为第一波导部件118的材料，例如，可以举出氮化硅膜或基于聚酰亚胺的有机材料。氮化硅膜具有在1.7至2.3范围内的折射率。周围的氧化硅膜的折射率在1.4至1.6的范围内。因此，基于Snell法则，入射到第一波导部件118和层间绝缘膜113a至113e中的每一个之间的界面上的光被反射。因此，光会被限制在第一波导部件118内。另外，可以增加氮化硅膜中的氢的含量，并且，通过供氢效应，可以终止基板的悬空键。由此，可以减少诸如白斑的噪声。基于聚酰亚胺的有机材料的折射率为约1.7。基于聚酰亚胺的有机材料的填充性能优于氮化硅膜。考虑诸如折射率差的光学性能和从制造观点来看的优点之间的平衡，适当地选择第一波导部件118的材料。

以下，描述被设置于开口116中的第一波导部件118与层间绝缘膜113a至113e之间的位置关系。其中设置有第一波导部件118的某平面中的区域被其中设置有层间绝缘膜113a至113e的区域包围或者夹在它们之间。换句话说，沿与布置光电转换部分105和被设置于开口116中的第一波导部件118的方向相交的方向，布置层间绝缘膜113a至113e的第一部分、其与该第一部分不同的第二部分和被设置于开口116中的第一波导部件118。与布置光电转换部分105和被设置于开口116中的第一波导部件118的方向相交的方向为例如与半导体基板101的主表面102平行的方向。

第一波导部件118被设置在半导体基板101上的与光电转换部分105重叠的位置上。沿第一波导部件118的周边设置层间绝缘膜113a至113e。形成第一波导部件118的材料的折射率优选地比层间绝缘膜113a至113e中的每一个的折射率高。通过上述的折射率之间的关系，在入射到第一波导部件118的光中，可以减少泄漏到层间绝缘膜113a至113e的光量。因此，当第一波导部件118的至少一部分被设置成与光电转换部分105重叠时，可增加入射到光电转换部分105上的光量。

第一波导部件118的折射率并非必需需要比层间绝缘膜113a至113e中的每一个的折射率高。当它被配置为使得防止入射到第一波导部件118上的光泄漏到周围的绝缘体时，该结构用作光波导。例如，可以以沿开口116的侧壁设置反射光的部件并且在开口116的另一部分中填充第一波导部件118的方式形成该结构。另外，可以在被设置于开口116中的第一波导部件118和层间绝缘膜113a至113e之间存在空隙。空隙可以为真空状态或者可包含气体。在上述的情况下，可以不特别限制形成第一波导部件118的材料的折射率和形成层间绝缘膜113a至113e中的每一个的材料的折射率之间的大小关系。

随后，在图2A所示的步骤中，第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分被去除。首先，在第一波导部件118上层叠蚀刻掩模(未示出)。蚀刻掩模在周边区域104的位置上具有开口。然后，通过蚀刻去除第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分。

在该步骤中，优选地蚀刻第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分，使得仅保持第一波导部件118的预定厚度。由于存在具有预定厚度的第一波导部件118，因此可以减少蚀刻对于半导体基板造成的损伤。当然，可以去除第一波导部件118，直到露出第五层间绝缘膜113e。

在本例子中，第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分均被蚀刻掉。换句话说，不在周边区域104中设置蚀刻掩模。如上所述，要被蚀刻的面积优选地较大。但是，第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分可仅部分被蚀刻。在本例子中，面积表示平坦平面的面积。

用于去除第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分的方法不限于蚀刻。例如，第一波导部件118可通过剥离被部分去除。特别地，在形成第一波导部件118之前，在周边区域104中形成底层膜。通过在形成第一波导部件118之后去除底层膜，被设置于底层膜上的第一波导部件118也同时被去除。

另外，在本步骤中，被设置于成像区域103中的第一波导部件118也可被部分去除。

在图2B所示的步骤中，第一波导部件118的与半导体基板101相对的表面被平坦化。例如通过CMP、抛光或蚀刻将第一波导部件118平坦化。在本例子中，通过CMP执行平坦化。

在图2B所示的步骤中，第一波导部件118的与半导体基板101相对的表面不需要是完全平坦的。可通过平坦化步骤减少第一波导部件118的在执行平坦化之前与半导体基板101相对的表面的阶跃。例如，在周边区域104中，执行平坦化之后的第一波导部件118的厚度优选地在200至500nm的范围内。另外，在成像区域103的未被设置开口116的区域中，执行平坦化之后的第一波导部件118的厚度优选地在50至350nm的范围内。

另外，在本例子中，在平坦化步骤中露出第一波导部件118的与半导体基板101相对的表面。因此，第一波导部件118的被设置于成像区域103中的露出表面和第一波导部件118的被设置于周边区域104中的露出表面被平坦化。当在第一波导部件118上形成另一部件时，该另一部件的露出表面被平坦化。作为替代方案，当在图2A所示的步骤中去除第一波导部件118直到露出用作底层的第五层间绝缘膜113e时，第五层间绝缘膜113e的露出表面被平坦化。

可以执行该步骤中的平坦化，使得减少成像区域103中的露出表面和周边区域104中的露出表面之间的阶跃。作为替代方案，可以执行平坦化，使得成像区域103中的露出表面的内部被平坦化，并且，周边区域104中的露出表面的内部被同时平坦化。

随后，在图2C所示的步骤中，形成第六层间绝缘膜119、第三布线层112c和层内透镜120。首先，在第一波导部件118上形成第六层间绝缘膜119。第六层间绝缘膜119优选地由与第五层间绝缘膜113e相同的材料形成。在本例子中，第六层间绝缘膜119为氧化硅膜。然后，形成用于形成电连接第二布线层112b的预定导电部件和第三布线层112c的预定导电部件的插头121的通孔。在通孔中形成插头121。插头121例如由以钨为主要成分并且包含阻挡金属(barrier metal)的导电材料形成。

在本例子中，作为用于形成通孔的处理，执行第一步骤到第四步骤。第一步骤是在第六层间绝缘膜119中形成开口的步骤，而第二步骤是在第一波导部件118中形成开口的步骤。第三步骤是在第五层间绝缘膜113e中形成开口的步骤，而第四步骤是在防扩散膜115中形成开口的步骤。在要在其上形成通孔的第二布线层上，从第二布线层开始依次层叠防扩散膜115、第五层间绝缘膜113e、第一波导部件118和第六层间绝缘膜119。在这种情况下，使用第一氮化硅膜作为防扩散膜115，并且使用第一氧化硅膜作为第五层间绝缘膜113e。另外，使用第二氮化硅膜作为第一波导部件118，并且使用第二氧化硅膜作为第六层间绝缘膜119。通过在上述的层叠结构的区域上执行蚀刻，形成开口，即通孔。

在这种情况下，当氧化硅膜的蚀刻速度由A表示并且氮化硅膜的蚀刻速度由B表示时，在第一步骤和第三步骤中，在满足A＞B的条件下执行蚀刻，并且，在第二步骤和第四步骤中，在满足B＞A的条件下执行蚀刻。在每一步骤中，可以使用位于要被蚀刻的膜下面的膜作为蚀刻阻止膜。通过上述的制造方法，可以以高精度形成用于插头形成的通孔。除了氮化硅膜和氧化硅膜之间的组合以外，该方法也可被应用于相互交替地层叠两种类型的膜的情况。

并且，优选地在第三步骤中的速度A与速度B的比A/B比第一步骤中的速度A与速度B的比A/B小的条件下执行蚀刻。在上述的条件下，可以减小在第三步骤中蚀刻的第二氧化硅膜的量与在其中蚀刻的第二氮化硅膜的量之间的差值。因此，可以保持第二氧化硅膜中的开口和第二氮化硅膜中的开口之间的形状一致性。

另外，优选地第二步骤中的还原气氛水平与第四步骤相比被提高。为了提高还原气氛水平，例如，可以提到增加还原气体的量的步骤、减少氧化气体的量的步骤或者同时执行以上两个步骤的步骤。通过上述的条件，可以防止第二布线层被氧化，并且可以抑制电性能的降低。

另外，在执行第一到第三步骤之前形成光刻胶图案，并且，在第一到第三步骤中通过使用光刻胶图案作为掩模执行蚀刻。但是，在最后的第四步骤中，在去除光刻胶图案之后，优选地通过使用第六层间绝缘膜119、第一波导部件118和第五层间绝缘膜113e作为掩模执行蚀刻。其原因在于，当存在由诸如光刻胶的有机材料形成的部件时，碳会在蚀刻中飞散并且会与铜混合以降低电性能。

然后，形成第三布线层112c。在本例子中，第三布线层112c的导电部件由铝形成。作为用于形成第三布线层112c的方法，适当地使用对于形成第一布线层112a或第二布线层112b描述的方法。

然后，形成层内透镜120。层内透镜120被设置成与各光电转换部分105对应。层内透镜120例如由氮化硅膜形成。作为用于形成层内透镜120的方法，可以使用已知的方法。随后，如果需要的话，在与半导体基板101相对的一侧在层内透镜120上形成滤色器和微透镜等。

图3是示出了该例子的固态成像装置的平面结构的示意图。在图1A至2C中示出了沿图3所示的线AA的断面。

在图3中，固态成像装置100包含成像区域103和周边区域104。成像区域103还可包含受光区域103a和遮光区域103b。在成像区域103中，以二维矩阵的方式设置多个像素。被设置于遮光区域103b中的像素的光电转换部分被遮蔽。来自上述的像素的信号可被用作黑度水平的基准。

周边区域104为除成像区域103以外的区域。在本例子中，在周边区域104中设置有垂直扫描电路302、水平扫描电路303、列放大器304、列模数转换器(ADC)305、存储器306、定时产生器307和多个焊盘308。这些电路是用于处理来自像素的信号的电路(信号处理电路)。另外，可以不设置以上电路中的一些。

在本例子中，其中去除了第一波导部件118的区域是图3所示的虚线外面的区域301。如图3所示，优选的是周边区域104中的大部分为区域301。

在本例子中，当形成第一波导部件118时，在被用作其底层的表面中，设置开口116。开口116仅被设置于成像区域103中。作为替代方案，被设置于成像区域103中的开口116的密度比被设置于周边区域104中的开口的密度高。因此，与其中设置有许多开口116的区域相比，在开口116的数量较少的区域中，较厚地形成第一波导部件118。即，在其中设置有许多开口116的区域(成像区域103)和开口116的数量较少的区域(周边区域104)之间形成阶跃。因此，当第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分被去除时，可以减少该阶跃。

[例子2]

描述根据本发明的固态成像装置的制造方法的第二例子。图4A至6B是每一个都示出本例子的每一步骤中的固态成像装置的断面结构的示意图。具有与参照图1A至2C描述的功能类似的功能的部分由相同的附图标记表示，并且，省略对其的详细描述。

图4A示出与例子1的图2A所示的步骤相同的步骤。即，图4A示出去除了第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分的状态。本例子的制造方法的在前步骤和图4A所示的步骤与图1A至2A所示的步骤类似。

在图4B所示的步骤中，在与半导体基板101相对的一侧在第一波导部件118上形成第二波导部件122(第二部件)。在成像区域103和周边区域104中形成第二波导部件122。在本例子中，形成第一波导部件118的步骤和形成第二波导部件122的步骤之间的不同在于，在以上的两个步骤之间，执行去除第一波导部件118的被设置于周边区域104中的部分的步骤。因此，可通过使用与第一波导部件118相同的材料形成第二波导部件122。作为替代方案，可通过与用于形成第一波导部件118的方法相同的方法形成第二波导部件122。当然，可通过使用与第一波导部件118的材料不同的材料形成第二波导部件122，并且可通过使用与用于第一波导部件118的方法不同的方法形成第二波导部件122。

在本例子中，第一波导部件118和第二波导部件122由相同的材料形成。特别地，第二波导部件122由氮化硅形成。在这种情况下，可通过CVD或溅射形成第二波导部件122。作为替代方案，可通过应用以聚酰亚胺树脂表示的有机材料形成第二波导部件122。

在本例子中，第一波导部件118和第二波导部件122均通过CVD形成。但是，它们的处理条件相互不同。另外，可通过在不同的条件下执行多个步骤形成第二波导部件122。并且，可通过依次使用多个不同的材料形成第二波导部件122。

图4C示出在形成第二波导部件122之后执行的平坦化步骤。在本例子中，通过CMP将第二波导部件122的与半导体基板101相对的表面平坦化。可通过已知的方法执行平坦化。例如，可通过抛光或蚀刻执行平坦化。另外，通过平坦化，第一波导部件118或者被设置在半导体基板101侧而不是第二波导部件122处的部件可被露出。在本例子中，在周边区域104中露出第一波导部件118。另外，在成像区域103中保持第二波导部件122。但是，也可在周边区域104中保持第二波导部件122。

另外，在图4C所示的步骤中，第二波导部件122的与半导体基板101相对的表面不需要完全平坦。由此可减少平坦化步骤之前的第二波导部件122的与半导体基板101相对的表面的阶跃。例如，在周边区域104中，每一个都被平坦化的第一波导部件118和第二波导部件122的总厚度优选地在200至500nm的范围内。另外，在成像区域103的未形成开口116的区域中，每一个都被平坦化的第一波导部件118和第二波导部件122的总厚度优选地在50至350nm的范围内。

另外，在本例子中，第二波导部件122的与半导体基板101相对的表面在平坦化步骤中被露出。当在第二波导部件122上形成另一部件时，该另一部件的露出表面被平坦化。

在图5A所示的步骤中形成低折射率部件123。低折射率部件123的折射率比被设置于半导体基板101侧而不是低折射率部件123处的且与半导体基板101接触的部件的折射率低。换句话说，被设置于半导体基板101侧而不是低折射率部件123处的且与半导体基板101接触的部件为在形成低折射率部件123之前被露出的部件。在本例子中，第一波导部件118和第二波导部件122与上述的部件对应。即，在本例子中，低折射率部件123的折射率比第一波导部件118和第二波导部件122中的每一个的折射率低。特别地，通过使用氧氮化硅膜形成低折射率部件123。氧氮化硅膜的折射率为约1.72。另外，并非必需配备低折射率部件123。当不配备低折射率部件123时，可以省略图5A所示的步骤。

在图5B所示的步骤中形成第七层间绝缘膜124。第七层间绝缘膜124优选地由与第五层间绝缘膜113e的材料相同的材料形成。如果需要的话，第七层间绝缘膜124的与半导体基板101相对的表面可被平坦化。

在图6A所示的步骤中，在第七层间绝缘膜124的与第二布线层112b的预定导电部件重叠的位置上形成通孔125。通过例如蚀刻形成通孔125。可以以与例子1类似的方式执行这种情况下的蚀刻方法。在该蚀刻中，也可根据与上述的思想类似的思想设定氧氮化硅膜的蚀刻速度。作为替代方案，氧氮化硅膜可被视为氮化硅膜或氧化硅膜。

并且，在图6A所示的步骤中，形成插头121、第三布线层112c和层内透镜120。首先，在通孔125中形成插头121。插头121电连接第二布线层112b的预定导电部件与第三布线层112c的预定导电部件。

然后，形成第三布线层112c。在本例子中，第三布线层112c的导电部件由铝形成。另外，作为用于形成第三布线层112c的方法，可适当地使用对于形成第一布线层112a或第二布线层112b描述的方法。第三布线层112c的导电部件可由除铝以外的金属形成。

然后，形成层内透镜120。层内透镜120被配置为与各光电转换部分105对应。层内透镜120由例如氮化硅膜形成。可以使用已知的方法作为用于形成层内透镜120的方法。在本例子中，形成层内透镜120的材料还被设置于周边区域104中。但是，形成层内透镜120的材料可仅被设置于成像区域103中。在这种情况下，通过层内透镜120的存在，可使得通过第三布线层112c形成的阶跃不明显。

另外，在层内透镜120和第七层间绝缘膜124之间，可设置有具有以上的两个构成元件的折射率之间的中间折射率的中间部件。在本例子中，在层内透镜120和第七层间绝缘膜124之间设置氧氮化硅膜(未示出)。特别地，氮化硅膜(层内透镜120)的折射率为约2.00，氧氮化硅膜(中间部件)的折射率为约1.72，并且，氧化硅膜(第七层间绝缘膜124)的折射率为约1.45。

通过上述的结构，可以降低反射率。将简单描述这一点。一般地，当光从具有折射率n1的介质行进到具有折射率n2的介质时，随着n1和n2之间的差值增加，反射率增加。在层内透镜120和第七层间绝缘膜124之间配备有具有以上的两个构成元件的折射率之间的中间折射率的中间部件的情况下，界面上的折射率差减小。结果，与和第七层间绝缘膜124接触地设置有层内透镜120的情况相比，可以减小在光从层内透镜120入射到第七层间绝缘膜124上时获得的反射率。与上述的情况同样，在第七层间绝缘膜124和第二波导部件122之间，当设置有具有以上的两个构成元件的折射率之间的中间折射率的低折射率部件123时，界面上的折射率差减小。结果，当光从第七层间绝缘膜124入射到第二波导部件122时，反射率可减小。

通过中间部件的厚度d、其折射率N和入射光的波长p之间的关系，改变由中间部件的设置所导致的反射率的减小程度。其原因在于，来自多个界面的多重反射光相互抵消。从理论的观点，当k是大于等于0的任意整数时，当满足由式(1)表示的条件时，反射率减小得最多。

$d=\frac{p}{4N}(2k+1)---\left(1\right)$

即，当中间部件的厚度为p/4N的奇数倍时，反射率在理论上减小得最多。因此，可基于上式(1)设定中间部件的厚度。特别地，中间部件的厚度优选地满足下式(2)。在式(2)中，k＝0成立的情况是最优选的。

$\frac{p}{4N}(2k+0.5)<d<\frac{p}{4N}(2k+1.5)---\left(2\right)$

例如，将讨论第七层间绝缘膜124的折射率为1.45、中间部件的折射率为1.72、层内透镜120的折射率为2.00并且入射光的波长为550nm的情况。在这种情况下，当中间部件的厚度被假定为80nm时，从层内透镜120向第七层间绝缘膜124透过的光的透射率为约1.00。另一方面，当相互接触地设置层内透镜120和第七层间绝缘膜124时，透射率为约0.97。

在图6B所示的步骤中，形成滤色器127a和127b和微透镜128。首先，在与半导体基板101相对的一侧在层内透镜120上形成第八绝缘膜(平坦化层)126。第八绝缘膜126由例如有机材料形成。如果需要的话，第八绝缘膜126的与半导体基板101相对的表面被平坦化。例如，在施加形成第八绝缘膜126的有机材料时，可以形成在与半导体基板101相对的一侧具有平坦化表面的第八绝缘膜126。

然后，形成滤色器127a和127b。滤色器127a和127b被设置成与各光电转换部分105对应。透过滤色器127a的光的波长可与透过滤色器127b的光的波长不同。然后，在与半导体基板101相对的一侧在滤色器127a和127b上形成微透镜128。可以使用已知的方法作为用于形成微透镜128的方法。

根据本例子的制造方法，可以很容易地在形成第一波导部件118之后执行平坦化。因此，当形成层内透镜120、滤色器127或微透镜128时，可以在具有高平坦性的底层上形成其部件。因此，可以以高精度形成层内透镜120、滤色器127或微透镜128。结果，可以提高图像质量。

[例子2的变型]

在例子2中，在形成第二波导部件122之后，执行图4C所示的平坦化步骤。但是，在在图4A所示的步骤之后执行平坦化之后，可以形成第二波导部件122。

如上所述，根据本发明，可以提供具有高精度的半导体装置。另外，可以以高精度制造半导体装置。特别地，可以提供和制造具有高图像质量的固态成像装置。另外，以上的实施例仅作为体现本发明的特定例子被描述，并且，本发明的技术范围不得由此被限制性解释。即，本发明可以在不背离其技术思想或其主要特性的条件下以各种形式被实施。例如，也可适当地组合使用上述的各单个例子。

虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的这种变型以及等同的结构和功能。

Claims (15)

1.一种半导体装置，包括：

包含第一区域和第二区域的半导体基板；

被设置于所述半导体基板的所述第一区域和所述第二区域中并在所述第一区域中具有开口的绝缘体；

被所述绝缘体包围的布线层；

被配备在所述开口内且在所述第二区域中的所述绝缘体上的第一部件；和

包含导电材料、贯穿被配备在所述第二区域中的所述绝缘体上的所述第一部件并与所述布线层连接的插头。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：

被配备在所述第一区域中的光电转换部分；和

被配备在所述第二区域中并处理来自所述光电转换部分的信号的信号处理电路，

其中，所述开口位于所述光电转换部分之上并与之对应，以及

所述第一部件具有比所述绝缘体的折射率高的折射率并与所述绝缘体一起形成波导。

3.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：

在所述第一部件上的绝缘膜，所述绝缘膜与所述第一部件一起被所述插头贯穿；和

在所述绝缘膜和所述插头上的另一布线层。

4.根据权利要求3所述的半导体装置，还包括：

覆盖所述另一布线层的至少一部分的平坦化层。

5.根据权利要求4所述的半导体装置，还包括：

在所述平坦化层上的滤色器和微透镜。

6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述绝缘体包含多个绝缘膜。

7.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：

被配备在所述开口内且在所述第一部件上的第二部件，

其中，所述插头贯穿所述第二部件和所述第一部件。

8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，在所述第二区域中，所述绝缘体具有平坦的上表面，并且所述第一部件具有平坦的上表面。

9.一种制造半导体装置的方法，所述半导体装置具有包含第一区域和第二区域的半导体基板、被设置于所述半导体基板的所述第一区域和所述第二区域中的绝缘体和被所述绝缘体包围的布线层，所述方法包括以下步骤：

在被设置于所述第一区域中的所述绝缘体的一部分中形成开口；

在所述开口内且在所述第二区域中的所述绝缘体上形成第一部件；

通过去除所述第一部件的被设置于所述第二区域中的部分的至少一部分，形成通孔；和

形成插头。

10.根据权利要求9所述的制造半导体装置的方法，其中，所述形成第一部件的步骤包含以下步骤：

执行所述第一部件的上表面的平坦化处理。

11.根据权利要求9所述的制造半导体装置的方法，在所述形成插头的步骤之前，所述方法还包括以下步骤：

由与其上的第一部件的材料不同的材料形成绝缘膜，

其中，所述形成插头的步骤包含以下步骤：

去除所述绝缘膜的至少一部分。

12.一种制造半导体装置的方法，所述半导体装置具有包含第一区域和第二区域的半导体基板、包含被设置于所述半导体基板的所述第一区域和所述第二区域中的第一氮化硅膜和被配备在所述第一氮化硅膜上的第一氧化硅膜的绝缘体以及被所述绝缘体包围且被配备在所述第一氮化硅膜下面的布线层，所述方法包括以下步骤：

在被设置于所述第一区域中的所述绝缘体的一部分中形成开口；

形成第一部件，所述第一部件包含在所述开口内且在所述第二区域中的所述绝缘体的所述第一氧化硅膜上的第二氮化硅膜；

在所述第二区域中的所述第二氮化硅膜上形成第二氧化硅膜；和

通过去除被设置于所述第二区域中的所述第一氮化硅膜、所述第一氧化硅膜、所述第二氮化硅膜和所述第二氧化硅膜的各部分中的多个部分，形成通孔以露出所述布线层，

其中，所述形成通孔的步骤包含以下步骤：在所述第一氮化硅膜中形成开口；在所述第一氧化硅膜中形成开口；在所述第二氮化硅膜中形成开口；和在所述第二氧化硅膜中形成开口。

13.根据权利要求12所述的制造半导体装置的方法，其中，与所述在所述第二氮化硅膜中形成开口的步骤相比，所述在所述第一氮化硅膜中形成开口的步骤执行以下之一：增加还原气体量、减少氧化气体量和与减少氧化气体量一起增加还原气体量。

14.根据权利要求12所述的制造半导体装置的方法，其中，当氧化硅膜的蚀刻速度由A表示而氮化硅膜的蚀刻速度由B表示时，在所述第一氧化硅膜中形成开口的步骤中的A/B比在所述第二氧化硅膜中形成开口的步骤中的A/B小。

15.根据权利要求12所述的制造半导体装置的方法，还包括：

在所述形成通孔的步骤之前形成光刻胶图案的步骤；和

在所述第一氧化硅膜中形成开口的步骤、在所述第二氮化硅膜中形成开口的步骤和在所述第二氧化硅膜中形成开口的步骤之后并且在所述第一氮化硅膜中形成开口的步骤之前去除光刻胶图案的步骤。

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