JP2012191116A - Photoelectric conversion device, imaging system, and method of manufacturing the same - Google Patents

Photoelectric conversion device, imaging system, and method of manufacturing the same Download PDF

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憲二 都甲
Masaji Itabashi
政次 板橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion device capable of suppressing increase in capacity of a floating diffusion region.SOLUTION: There is provided a photoelectric conversion device comprising: a semiconductor substrate on which a photoelectric conversion element, a floating diffusion region, a transfer transistor, and an amplification transistor are provided; and a plurality of wiring layers including a first wiring layer and a second wiring layer. In the photoelectric conversion device, a gate electrode of the transfer transistor and the second wiring layer are connected in a stacked contact structure.

Description

本発明は光電変換装置及びその製造プロセスに関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device and a manufacturing process thereof.

CMOS型光電変換装置は、デジタルカメラあるいはデジタルビデオカメラの撮像素子として広く利用されている。一般に、CMOS型光電変換装置は、フォトダイオード(PD)を含む画素が2次元アレイ状に配された画素領域と、画素領域を取り囲むように配置された周辺回路領域から構成される。   CMOS photoelectric conversion devices are widely used as image sensors for digital cameras or digital video cameras. In general, a CMOS photoelectric conversion device includes a pixel region in which pixels including a photodiode (PD) are arranged in a two-dimensional array, and a peripheral circuit region that is disposed so as to surround the pixel region.

CMOS型光電変換装置は、近年のデジタルカメラやデジタルビデオカメラの多画素化に伴って同じ面積に多くの画素を搭載することが望まれており、CMOS型光電変換装置の1画素の寸法は縮小され続けている。   With the recent increase in the number of pixels in digital cameras and digital video cameras, CMOS type photoelectric conversion devices are desired to have many pixels mounted on the same area, and the size of one pixel of the CMOS type photoelectric conversion device is reduced. It continues to be.

特許文献1には一般的なCMOS型光電変換装置の構造が示されている。多画素化を可能にするため、各フォトダイオード及びトランジスタを電気的に接続する配線層は、多層配線化されている。   Patent Document 1 shows a structure of a general CMOS photoelectric conversion device. In order to make it possible to increase the number of pixels, a wiring layer that electrically connects each photodiode and transistor is formed into a multilayer wiring.

特許文献2には、画素が縮小しても入射光に対する感度を確保するために、CMOS型光電変換装置の画素の配線部において、電気的に接続する対象に応じて層間絶縁層に2種類のコンタクト構造を設ける構成が開示されている。2つのコンタクト構造のうちの1つは、半導体領域と増幅用MOSトランジスタのゲート電極とを、配線層を介さずに電気的に接続している。もう1つは、活性領域やゲート電極と配線層を複数のプラグを積層し電気的に接続するものである。   In Patent Document 2, in order to ensure sensitivity to incident light even when the pixel is reduced, two types of interlayer insulating layers are provided in the wiring portion of the pixel of the CMOS photoelectric conversion device depending on the object to be electrically connected. A configuration in which a contact structure is provided is disclosed. One of the two contact structures electrically connects the semiconductor region and the gate electrode of the amplification MOS transistor without using a wiring layer. The other is a method in which a plurality of plugs are stacked and electrically connected to an active region or gate electrode and a wiring layer.

特開2003−204055号公報JP 2003-204055 A 特開2008−85304号公報JP 2008-85304 A

ここで、光電変換装置の高速化、高機能化からの要請から、光電変換装置全体の回路規模が大きくなりつつある。この要求を満たすには更なる微細化が必要となる。   Here, the circuit scale of the whole photoelectric conversion apparatus is increasing from the request | requirement from high-speed and highly functional photoelectric conversion apparatus. Further miniaturization is necessary to meet this requirement.

特許文献1においては、半導体基板に近い方から第1の配線層と第2の配線層の2層の配線層と、第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜を有している。また、第2の配線層から半導体基板に接続するような2層以上の層間絶縁膜を介して電気的接続を行う場合、まず第2の層間絶縁膜に配された第2のビアによって第2の配線層と第1の配線層を接続する。更に、第1の層間絶縁膜に配された第1のビアによって第1の配線層と半導体基板の電気的接続を行っている。このような構成において、発明者らは以下の課題を見出した。上述のような構成においては、第1のビアと第2のビアを接続するための第1の配線層を形成する面積を確保する必要があり、第1の配線層の微細化が困難である。また、例えば、CMOS型の光電変換装置のフローティングディフュージョン部において、対向する金属配線の面積が多い場合には、フローティングディフュージョン部と金属配線との間の静電容量が大きくなってしまう。静電容量の増大の問題は、より微細化が進むにつれ、フローティングディフュージョン部と金属配線との間の距離が縮むため、より影響が大きくなってしまう。このようなフローティングディフュージョン部の容量の増大は、光電変換によって生じた信号電荷の減少を引き起こす可能性がある。更に、配線層の層数が異なる領域を有する場合には、領域間における段差が生じる可能性がある。   In Patent Document 1, a wiring layer of two layers, a first wiring layer and a second wiring layer, a first interlayer insulating film, and a second interlayer insulating film are provided from the side closer to the semiconductor substrate. When electrical connection is made through two or more interlayer insulating films that are connected from the second wiring layer to the semiconductor substrate, first, the second via is provided by the second via disposed in the second interlayer insulating film. The wiring layer and the first wiring layer are connected. Further, the first wiring layer and the semiconductor substrate are electrically connected by a first via disposed in the first interlayer insulating film. In such a configuration, the inventors have found the following problems. In the configuration as described above, it is necessary to secure an area for forming the first wiring layer for connecting the first via and the second via, and it is difficult to miniaturize the first wiring layer. . Further, for example, in the floating diffusion portion of a CMOS type photoelectric conversion device, when the area of the opposing metal wiring is large, the capacitance between the floating diffusion portion and the metal wiring is increased. The problem of an increase in capacitance becomes more influential because the distance between the floating diffusion portion and the metal wiring is reduced as the miniaturization progresses. Such an increase in the capacity of the floating diffusion portion may cause a decrease in signal charge generated by photoelectric conversion. Furthermore, in the case where regions having different numbers of wiring layers are included, there is a possibility that a step between the regions is generated.

そこで、本発明では、フローティングディフュージョン部の容量の増大を抑制することが可能な光電変換装置を提供することを目的とする。また、配線層の層数が異なる領域を有する場合には、領域間における段差を低減することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device capable of suppressing an increase in the capacity of the floating diffusion portion. Another object of the present invention is to reduce the level difference between regions when the regions have different numbers of wiring layers.

本発明の光電変換装置は、光電変換素子と、フローティングディフュージョン部と、前記光電変換素子の電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送する転送トランジスタと、前記フローティングディフュージョン部の電位に基づく信号を出力する増幅トランジスタとが配された半導体基板と、第1の配線層と、前記第1の配線層の上に配される第2の配線層とを含む複数の配線層と、を有する光電変換装置において、転送トランジスタのゲート電極と、前記第2の配線層とがスタックコンタクト構造で接続されている。   The photoelectric conversion device of the present invention includes a photoelectric conversion element, a floating diffusion portion, a transfer transistor that transfers charges of the photoelectric conversion element to the floating diffusion portion, and an amplification transistor that outputs a signal based on the potential of the floating diffusion portion And a plurality of wiring layers including a first wiring layer and a second wiring layer disposed on the first wiring layer. A gate electrode of the transistor and the second wiring layer are connected by a stack contact structure.

また、本発明の別の光電変換装置は、光電変換素子とトランジスタとを含む画素が複数配された画素領域と、トランジスタを有し、前記画素領域よりも多くの配線層を有する周辺回路領域と、が配された半導体基板と、第1の層間絶縁膜と前記第1の層間絶縁膜の上に配された第2の層間絶縁膜とを含む複数の層間絶縁膜と、第1の配線層と前記第1の配線層の上に配される第2の配線層とを含む複数の配線層とを有する前記半導体基板の上に配された配線部と、を有する光電変換装置において、前記配線部は、前記第1の配線層と前記第1の配線層と接続する前記第1の層間絶縁膜に配されたプラグとを前記周辺回路領域に有し、前記第2の配線層と前記第2の配線層と接続する前記第1の層間絶縁膜に配されたプラグと前記第2の層間絶縁膜に配されたプラグとを前記画素領域に有し、前記半導体基板に最も近接して配された配線層は、前記周辺回路領域において前記第1の配線層であり、前記画素領域において前記第2の配線層である。   Another photoelectric conversion device of the present invention includes a pixel region in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion element and a transistor are arranged, a peripheral circuit region having a transistor and having more wiring layers than the pixel region, , A plurality of interlayer insulating films including a first interlayer insulating film and a second interlayer insulating film disposed on the first interlayer insulating film, and a first wiring layer And a wiring portion disposed on the semiconductor substrate, the wiring portion including a plurality of wiring layers including a second wiring layer disposed on the first wiring layer. The portion includes the first wiring layer and a plug disposed in the first interlayer insulating film connected to the first wiring layer in the peripheral circuit region, and the second wiring layer and the first wiring layer And a plug disposed in the first interlayer insulating film connected to the second wiring layer and the second interlayer insulation. And a wiring layer disposed closest to the semiconductor substrate is the first wiring layer in the peripheral circuit region, and the first wiring layer in the pixel region. 2 wiring layers.

また、本発明の光電変換装置の製造方法は、光電変換素子とトランジスタとを含む画素が複数配された画素領域と、トランジスタを有し、前記画素領域よりも多くの配線層を有する周辺回路領域と、が配された半導体基板と、前記半導体基板の上に配された、複数の層間絶縁膜と、複数の配線層と、を有する配線部と、を有する光電変換装置の製造方法において、前記半導体基板の上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜に複数のプラグを形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜に形成された複数のプラグの一部に接続する第1の配線層を前記周辺回路領域の前記第1の層間絶縁膜の上に形成する工程と、前記第1の配線層を形成する工程の後に、第2の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第2の層間絶縁膜の一部を除去し、前記画素領域において前記第1の層間絶縁膜に形成された複数のプラグの一部を露出するホールと前記周辺回路領域において前記第1の配線層の一部が露出するホールとを前記第2の層間絶縁膜に形成する工程と、前記第2の層間絶縁膜に形成されたホールに導電体を埋めることで、前記第2の層間絶縁膜にプラグを形成する工程と、前記第2の層間絶縁膜にプラグを形成する工程の後に、前記第2の層間絶縁膜の上に第2の配線層を形成する工程と、を含む。   The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the present invention includes a pixel region in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion element and a transistor are arranged, and a peripheral circuit region having a transistor and having more wiring layers than the pixel region. And a wiring portion having a plurality of interlayer insulating films and a plurality of wiring layers disposed on the semiconductor substrate. Forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate; forming a plurality of plugs in the first interlayer insulating film; and a plurality of plugs formed in the first interlayer insulating film. After the step of forming a first wiring layer connected to the portion on the first interlayer insulating film in the peripheral circuit region and the step of forming the first wiring layer, a second interlayer insulating film is formed. Forming a part of the second interlayer insulating film; A hole exposing a part of the plurality of plugs formed in the first interlayer insulating film in the pixel region and a hole exposing a part of the first wiring layer in the peripheral circuit region; A step of forming the second interlayer insulating film; a step of forming a plug in the second interlayer insulating film by burying a conductor in a hole formed in the second interlayer insulating film; Forming a second wiring layer on the second interlayer insulating film after the step of forming the plug in the interlayer insulating film.

本発明の光電変換装置によって、フローティングディフュージョン部の容量の増大を抑制することが可能となる。   With the photoelectric conversion device of the present invention, it is possible to suppress an increase in the capacity of the floating diffusion portion.

第1の実施形態の光電変換装置の断面模式図Sectional schematic diagram of the photoelectric conversion device of the first embodiment 第1の実施形態を説明するための光電変換装置の断面模式図Schematic cross-sectional view of a photoelectric conversion device for explaining the first embodiment 第1の実施形態の光電変換装置の製造工程を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows the manufacturing process of the photoelectric conversion apparatus of 1st Embodiment. 第2の実施形態の光電変換装置の断面模式図Sectional schematic diagram of the photoelectric conversion device of the second embodiment 光電変換装置の画素の回路図と平面模式図Circuit diagram and plan view of pixel of photoelectric conversion device 光電変換装置の平面模式図Plane schematic diagram of photoelectric conversion device 第3の実施形態の光電変換装置の断面模式図Sectional schematic diagram of the photoelectric conversion device of the third embodiment 撮像システムを説明するためのブロック図Block diagram for explaining an imaging system 光電変換装置の画素の別の平面模式図Another schematic plan view of a pixel of a photoelectric conversion device 第4の実施形態の光電変換装置の断面模式図Sectional schematic diagram of the photoelectric conversion device of the fourth embodiment 第4の実施形態の光電変換装置の製造工程を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows the manufacturing process of the photoelectric conversion apparatus of 4th Embodiment. 第5の実施形態の光電変換装置の断面模式図Sectional schematic diagram of the photoelectric conversion device of the fifth embodiment 第6の実施形態の光電変換装置断面模式図Photoelectric conversion device cross-sectional schematic diagram of the sixth embodiment

本発明の光電変換装置は、光電変換素子とトランジスタとが配された半導体基板と、第1の配線層と、第2の配線層とを含む複数の配線層と、を有する。そして、半導体基板と複数の配線層のいずれかとの間、トランジスタのゲート電極と複数の配線層のいずれかとの間の接続がスタックコンタクト構造を有する。このような構造を有することで、フローティングディフュージョン部の容量の増大を抑制することが可能となる。   The photoelectric conversion device of the present invention includes a semiconductor substrate on which a photoelectric conversion element and a transistor are arranged, a plurality of wiring layers including a first wiring layer and a second wiring layer. A connection between the semiconductor substrate and one of the plurality of wiring layers and between the gate electrode of the transistor and one of the plurality of wiring layers has a stack contact structure. By having such a structure, it is possible to suppress an increase in the capacity of the floating diffusion portion.

また、本発明の光電変換装置は、画素領域と周辺回路領域とを半導体基板に有し、半導体基板の上に配された配線部とを有する。配線部は、半導体基板側からこの順に配された第1の層間絶縁膜と、第1の配線層と、第2の層間絶縁膜と、第2の配線層とを有する。更に、配線部は、周辺回路領域は第1の配線層と接続するための第1の層間絶縁膜に配されたプラグを有し、画素領域においては第2の配線層と接続するための第1の層間絶縁膜に配されたプラグと第2の層間絶縁膜に配されたプラグを有する。そして、本発明の光電変換装置は、半導体基板に最も近接して配された配線層が、周辺回路領域においては第1の配線層であり、画素領域においては第2の配線層である。このような構造を有することで、フローティングディフュージョン部の容量の増大を抑制しつつ、画素領域と周辺回路領域との間の段差を抑制し、周辺回路領域の配線層数を増加させることが可能となる。   In addition, the photoelectric conversion device of the present invention includes a pixel region and a peripheral circuit region on a semiconductor substrate, and a wiring portion disposed on the semiconductor substrate. The wiring portion includes a first interlayer insulating film, a first wiring layer, a second interlayer insulating film, and a second wiring layer arranged in this order from the semiconductor substrate side. Further, the wiring portion includes a plug disposed in the first interlayer insulating film for connecting the peripheral circuit region to the first wiring layer, and a second wiring layer for connecting to the second wiring layer in the pixel region. A plug disposed on the first interlayer insulating film and a plug disposed on the second interlayer insulating film; In the photoelectric conversion device of the present invention, the wiring layer arranged closest to the semiconductor substrate is the first wiring layer in the peripheral circuit region and the second wiring layer in the pixel region. By having such a structure, it is possible to suppress the step between the pixel region and the peripheral circuit region and increase the number of wiring layers in the peripheral circuit region while suppressing an increase in capacitance of the floating diffusion portion. Become.

本発明の光電変換装置について説明する。図6は、各実施形態の光電変換装置の平面模式図である。図6において、601は画素領域であり、602は周辺回路領域である。画素領域601は、撮像信号を得るための光電変換素子を含む画素611が2次元アレイ状に配列された有効画素領域を含む。いくつかの実施形態においては、周辺回路領域602は、画素領域601以外の領域であり、画素領域601よりも多くの配線層を有する。図6において、周辺回路領域602には、画素領域601から信号を読み出すための垂直走査回路612と、読み出された信号を処理及び出力するための水平走査回路613と、読み出された信号を処理する回路を含む読み出し回路614等が配置されうる。読み出し回路614は増幅回路や相関二重サンプリング回路やAD変換回路など任意の回路である。画素領域601及び周辺回路領域602は同一の半導体基板に集積されている。また、図6において光電変換装置は、遮光膜によって遮光された画素が配された、基準信号を得るためのオプティカルブラック領域603を含む。   The photoelectric conversion device of the present invention will be described. FIG. 6 is a schematic plan view of the photoelectric conversion device of each embodiment. In FIG. 6, reference numeral 601 denotes a pixel area, and 602 denotes a peripheral circuit area. The pixel region 601 includes an effective pixel region in which pixels 611 including photoelectric conversion elements for obtaining an imaging signal are arranged in a two-dimensional array. In some embodiments, the peripheral circuit region 602 is a region other than the pixel region 601 and has more wiring layers than the pixel region 601. In FIG. 6, a peripheral circuit area 602 includes a vertical scanning circuit 612 for reading a signal from the pixel area 601, a horizontal scanning circuit 613 for processing and outputting the read signal, and the read signal. A reading circuit 614 or the like including a circuit to be processed can be provided. The readout circuit 614 is an arbitrary circuit such as an amplifier circuit, a correlated double sampling circuit, or an AD conversion circuit. The pixel region 601 and the peripheral circuit region 602 are integrated on the same semiconductor substrate. In FIG. 6, the photoelectric conversion device includes an optical black region 603 for obtaining a reference signal in which pixels that are shielded from light by a light shielding film are arranged.

次に、光電変換装置の画素の回路と平面レイアウトについて、図5を用いて説明する。図5(a)は、光電変換装置の画素回路の一例を示した回路図である。画素611は、光電変換素子であるフォトダイオードPDと、転送トランジスタTTと、増幅トランジスタATと、リセットトランジスタRTとを有する。図5(a)において、転送トランジスタTT、増幅トランジスタAT、リセットトランジスタRTは、NMOSトランジスタであり、信号電荷は電子である。この構成例では、フォトダイードPDは、アノードが接地され、カソードが転送トランジスタTTに接続されている。増幅トランジスタATは、定電流回路(不図示)と接続しており、ソースフォロワ回路を構成する。フォトダイードPDは、カソードである第1導電型(この構成例ではn型)の電荷蓄積部を有する。ノードFDは、フローティングディフュージョン部(FD部)を含む。ノードFDは、リセットトランジスタRTのゲートにリセットパルスRESが印加されることによって所定電圧にリセットされる。この所定電位によって、画素の選択状態及び非選択状態が制御される。具体的には、リセットトランジスタRTのドレインの電圧VFDCが第1電圧に設定された状態でリセットトランジスタRTにリセットパルスRESが印加されると、画素が選択状態になる。また、リセットトランジスタRTのドレインの電圧VFDCが第2電圧に設定された状態でリセットトランジスタRTにリセットパルスRESが印加されると、画素が非選択状態になる。第1電圧は、増幅トランジスタATをオン状態にする電圧であり、第2電圧は、増幅トランジスタATをオフ状態にする電圧である。また、転送トランジスタTTのゲートに転送パルスTxが印加されることによって電荷蓄積部に蓄積された信号電荷がノードFDに転送される。ノードFDの電圧は、転送されてきた電荷の量に応じて変化する。このリセットトランジスタRTによる選択及び非選択動作と、転送トランジスタTTの転送動作によって、ノードFDの電圧に応じた信号が増幅トランジスタATから、垂直出力線VSLに出力される。   Next, a pixel circuit and a planar layout of the photoelectric conversion device are described with reference to FIGS. FIG. 5A is a circuit diagram illustrating an example of a pixel circuit of the photoelectric conversion device. The pixel 611 includes a photodiode PD that is a photoelectric conversion element, a transfer transistor TT, an amplification transistor AT, and a reset transistor RT. In FIG. 5A, a transfer transistor TT, an amplification transistor AT, and a reset transistor RT are NMOS transistors, and signal charges are electrons. In this configuration example, the photodiode PD has an anode grounded and a cathode connected to the transfer transistor TT. The amplification transistor AT is connected to a constant current circuit (not shown) and constitutes a source follower circuit. The photodiode PD has a charge storage portion of a first conductivity type (n-type in this configuration example) which is a cathode. The node FD includes a floating diffusion part (FD part). The node FD is reset to a predetermined voltage by applying a reset pulse RES to the gate of the reset transistor RT. The pixel selection state and non-selection state are controlled by the predetermined potential. Specifically, when the reset pulse RES is applied to the reset transistor RT in a state where the drain voltage VFDC of the reset transistor RT is set to the first voltage, the pixel is selected. In addition, when the reset pulse RES is applied to the reset transistor RT in a state where the drain voltage VFDC of the reset transistor RT is set to the second voltage, the pixel is in a non-selected state. The first voltage is a voltage for turning on the amplification transistor AT, and the second voltage is a voltage for turning off the amplification transistor AT. In addition, when the transfer pulse Tx is applied to the gate of the transfer transistor TT, the signal charge stored in the charge storage unit is transferred to the node FD. The voltage of the node FD changes according to the amount of charge transferred. By the selection and non-selection operations by the reset transistor RT and the transfer operation of the transfer transistor TT, a signal corresponding to the voltage of the node FD is output from the amplification transistor AT to the vertical output line VSL.

図5(b)は、図5(a)に示した画素回路の平面レイアウト図である。図5(b)において、フォトダイオードPDとFD部FDとの間に、転送トランジスタのゲート電極GTTが配置されている。また、FD部FDとリセットトランジスタのドレイン501の間に、リセットトランジスタのゲート電極GRTが配置されている。ここで、FD部FDは、前述したように転送トランジスタTTのドレインでもあり、リセットトランジスタRTのソースでもある。そして、増幅トランジスタのソース502及びドレイン503との間に増幅トランジスタのゲート電極GATが配されている。この増幅トランジスタのゲート電極GATはシェアードコンタクトを介してFD部FDと接続される。この時、増幅トランジスタのゲート電極GATは、FD部FDから増幅トランジスタまで延在し、FD部FDと増幅トランジスタのゲート電極GATとを接続する配線を兼ねている。なお、図5(b)において、バツ印が四角で囲われた部分はコンタクトである。   FIG. 5B is a plan layout diagram of the pixel circuit shown in FIG. In FIG. 5B, the gate electrode GTT of the transfer transistor is disposed between the photodiode PD and the FD portion FD. A gate electrode GRT of the reset transistor is disposed between the FD portion FD and the drain 501 of the reset transistor. Here, the FD portion FD is also the drain of the transfer transistor TT and the source of the reset transistor RT as described above. The gate electrode GAT of the amplification transistor is disposed between the source 502 and the drain 503 of the amplification transistor. The gate electrode GAT of this amplification transistor is connected to the FD portion FD through a shared contact. At this time, the gate electrode GAT of the amplification transistor extends from the FD portion FD to the amplification transistor, and also serves as a wiring connecting the FD portion FD and the gate electrode GAT of the amplification transistor. In FIG. 5B, the part surrounded by a square is a contact.

以下、このような画素611を元に本発明の光電変換装置について説明を行う。なお、本発明の画素の回路や平面レイアウトは図5に示した構成に限られず、また、選択トランジスタを有する構成であってもよい。なお、以下の説明において、“上に配された”とは直上のみならず、上方や上部に配置された構成を含むものとする。   Hereinafter, the photoelectric conversion device of the present invention will be described based on such a pixel 611. Note that the circuit and planar layout of the pixel of the present invention are not limited to the configuration shown in FIG. 5, and may have a selection transistor. In the following description, “arranged above” includes not only directly above but also a configuration disposed above and above.

(第1の実施形態)
本実施形態の光電変換装置について図1を用いて説明する。図1は、画素領域601の一部と周辺回路領域602の一部とを示した断面模式図である。図1における画素領域601の一部の断面図とは図5(b)に対応したものであり、周辺回路領域602の一部の断面図とは周辺回路領域602が有する任意のトランジスタの断面である。図1において、図5(b)と同じ構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。また、図1の画素領域601と周辺回路領域602は説明のため隣接させて表記している。
(First embodiment)
The photoelectric conversion apparatus of this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a part of the pixel region 601 and a part of the peripheral circuit region 602. A partial cross-sectional view of the pixel region 601 in FIG. 1 corresponds to FIG. 5B, and a partial cross-sectional view of the peripheral circuit region 602 is a cross-section of an arbitrary transistor included in the peripheral circuit region 602. is there. In FIG. 1, the same components as those in FIG. 5B are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In addition, the pixel region 601 and the peripheral circuit region 602 in FIG.

図1の画素領域601には、LOCOS等の素子分離102、フォトダイオードを構成するn型の電荷蓄積部103、転送トランジスタのゲート電極104、FD部105が配されている。更に、画素領域601には、増幅トランジスタのゲート電極106、画素領域のトランジスタのサイドウォール107及びソース・ドレイン108が配されている。そして、図1の周辺回路領域602には、例えば、図6の読み出し回路614を構成するトランジスタが配されている。トランジスタはゲート電極109と、サイドウォール110と、ソース・ドレイン111とを含む。   In the pixel region 601 of FIG. 1, an element isolation 102 such as LOCOS, an n-type charge storage portion 103 constituting a photodiode, a gate electrode 104 of a transfer transistor, and an FD portion 105 are arranged. Further, the pixel region 601 is provided with a gate electrode 106 of the amplification transistor, a sidewall 107 and a source / drain 108 of the transistor in the pixel region. In the peripheral circuit region 602 in FIG. 1, for example, transistors constituting the readout circuit 614 in FIG. 6 are arranged. The transistor includes a gate electrode 109, a sidewall 110, and a source / drain 111.

図1の画素領域601及び周辺回路領域602において、半導体基板101の主面112上に、配線部が配されている。配線部は、画素領域601及び周辺回路領域602において、複数の層間絶縁膜と複数のプラグと複数の配線層とを有する。複数の層間絶縁膜は、少なくとも第1の層間絶縁膜201と、第2の層間絶縁膜202と、第3の層間絶縁膜203とを有する。第1の層間絶縁膜201と、第2の層間絶縁膜202と、第3の層間絶縁膜203は、図1において主面112からこの順に積層されて配されている。複数のプラグは、第1の層間絶縁膜201に配されたプラグ204、205、210と、第2の層間絶縁膜202に配されたプラグ206、212と、第3の層間絶縁膜203に配された208、214とを有する。複数の配線層は、第1の層間絶縁膜201上に配された第1の配線層と、第2の層間絶縁膜202上に配された第2の配線層と、第3の層間絶縁膜203上に配された第3の配線層とを有する。各配線層は、同一の高さあるいは同一工程にて形成された配線の集合を示しており、複数の配線を有する。第1の配線層は配線211を有し、第2の配線層は配線207、213を有し、第3の配線層は配線209、215を有する。ここで、複数配されているプラグ、例えばプラグ205の個々を示す場合には205a、205bとし、複数配されている配線、例えば配線211の個々を示す場合には211a、211bと示す。他の構成についても同様に示す。   In the pixel region 601 and the peripheral circuit region 602 in FIG. 1, a wiring portion is disposed on the main surface 112 of the semiconductor substrate 101. The wiring portion includes a plurality of interlayer insulating films, a plurality of plugs, and a plurality of wiring layers in the pixel region 601 and the peripheral circuit region 602. The plurality of interlayer insulating films include at least a first interlayer insulating film 201, a second interlayer insulating film 202, and a third interlayer insulating film 203. The first interlayer insulating film 201, the second interlayer insulating film 202, and the third interlayer insulating film 203 are stacked in this order from the main surface 112 in FIG. The plurality of plugs are arranged on the plugs 204, 205, and 210 disposed on the first interlayer insulating film 201, the plugs 206 and 212 disposed on the second interlayer insulating film 202, and the third interlayer insulating film 203. 208, 214. The plurality of wiring layers include a first wiring layer disposed on the first interlayer insulating film 201, a second wiring layer disposed on the second interlayer insulating film 202, and a third interlayer insulating film. And a third wiring layer disposed on 203. Each wiring layer shows a set of wirings formed at the same height or in the same process, and has a plurality of wirings. The first wiring layer has wiring 211, the second wiring layer has wirings 207 and 213, and the third wiring layer has wirings 209 and 215. Here, 205a and 205b are used when a plurality of plugs, for example, the plug 205 are shown, and 211a and 211b are shown when a plurality of wirings, for example, the wiring 211 are shown. The same applies to other configurations.

画素領域601において、第1の層間絶縁膜201に配されたプラグ204及びプラグ205は半導体基板101に配された素子と接続している。プラグ205は、第2の層間絶縁膜202に配されたプラグ206と接続し、プラグ206はプラグ205と第2の層間絶縁膜202上に配された第2の配線層207とを接続する。第2の配線層の一部の配線207bは、第3の層間絶縁膜203に配されたプラグ208bと接続し、プラグ208bは第3の層間絶縁膜203上に配された第3の配線層の一部の配線209bと接続される。ここで、第1の層間絶縁膜201に配されたプラグ204は、FD部105と増幅トランジスタのゲート電極106とを配線を介することなく電気的に接続するシェアードコンタクト構造を有する。また、第1の層間絶縁膜201に配されたプラグ205と第2の層間絶縁膜202上に配されたプラグ206とは、積層構造(スタックコンタクト構造)を有する。プラグ205及びプラグ206は、転送トランジスタのゲート電極104や、増幅トランジスタのソース・ドレイン108と、その上に配された第2の配線層207の配線とを電気的に接続する。つまり、転送トランジスタのゲート電極104や、増幅トランジスタのソース・ドレイン108と、その上に配された第2の配線層207の配線との接続は、スタックコンタクト構造を有している。   In the pixel region 601, the plug 204 and the plug 205 disposed on the first interlayer insulating film 201 are connected to elements disposed on the semiconductor substrate 101. The plug 205 is connected to the plug 206 disposed on the second interlayer insulating film 202, and the plug 206 connects the plug 205 and the second wiring layer 207 disposed on the second interlayer insulating film 202. A part of the second wiring layer 207 b is connected to a plug 208 b disposed on the third interlayer insulating film 203, and the plug 208 b is a third wiring layer disposed on the third interlayer insulating film 203. Are connected to some of the wirings 209b. Here, the plug 204 disposed in the first interlayer insulating film 201 has a shared contact structure that electrically connects the FD portion 105 and the gate electrode 106 of the amplification transistor without a wiring. Further, the plug 205 disposed on the first interlayer insulating film 201 and the plug 206 disposed on the second interlayer insulating film 202 have a stacked structure (stack contact structure). The plug 205 and the plug 206 electrically connect the gate electrode 104 of the transfer transistor, the source / drain 108 of the amplification transistor, and the wiring of the second wiring layer 207 disposed thereon. In other words, the connection between the gate electrode 104 of the transfer transistor, the source / drain 108 of the amplification transistor, and the wiring of the second wiring layer 207 disposed thereon has a stack contact structure.

次に、周辺回路領域602において、第1の層間絶縁膜201に配されたプラグ210は半導体基板101に配された素子と接続している。プラグ210は第1の層間絶縁膜201上に配された第1の配線層の配線211と接続し、第1の配線層の配線211は第2の層間絶縁膜202に配されたプラグ212と接続する。第2の層間絶縁膜202上に配された第2の配線層の配線213はプラグ212を介して第1の配線層の配線211と電気的に接続される。第2の配線層の配線213は第3の層間絶縁膜203に配されたプラグ214を介して第3の層間絶縁膜203上に配された第3の配線層の配線215と電気的に接続される。周辺回路領域602にスタックコンタクト構造は配されていない。   Next, in the peripheral circuit region 602, the plug 210 disposed on the first interlayer insulating film 201 is connected to an element disposed on the semiconductor substrate 101. The plug 210 is connected to the wiring 211 of the first wiring layer disposed on the first interlayer insulating film 201, and the wiring 211 of the first wiring layer is connected to the plug 212 disposed on the second interlayer insulating film 202. Connecting. The wiring 213 in the second wiring layer disposed on the second interlayer insulating film 202 is electrically connected to the wiring 211 in the first wiring layer through the plug 212. The wiring 213 in the second wiring layer is electrically connected to the wiring 215 in the third wiring layer disposed on the third interlayer insulating film 203 through the plug 214 disposed in the third interlayer insulating film 203. Is done. A stack contact structure is not arranged in the peripheral circuit region 602.

ここで、第1の配線層は、画素領域601に配されず、周辺回路領域602にのみ配されており、周辺回路領域602において最も半導体基板に近接する配線層となる。このようなFD部105の近傍に第1の配線層が配置されない構成によって、FD部の容量の増大を抑制することが可能となる。   Here, the first wiring layer is not disposed in the pixel region 601 but is disposed only in the peripheral circuit region 602, and is the wiring layer closest to the semiconductor substrate in the peripheral circuit region 602. With such a configuration in which the first wiring layer is not disposed in the vicinity of the FD portion 105, an increase in the capacity of the FD portion can be suppressed.

ここで、第2の配線層の配線は、画素領域601及び周辺回路領域602に配されており、第1の配線層が配されていない画素領域601においては最も半導体基板に近接する配線層となる。つまり、最も半導体基板に近接して配された配線の高さが、画素領域601と周辺回路領域602とで異なる。ここで、高さとは半導体基板の主面122からの高さである。具体的には、周辺回路領域602の最も半導体基板に近接して配された配線211は、画素領域の最も半導体基板に近接して配された配線207よりも半導体基板101から低い位置にその下面が位置している。そして、画素領域601の最も半導体基板101に近接して配された配線207と、周辺回路領域602において半導体基板101から2層目に配された配線213とが、半導体基板の表面112からの高さが等しい。よって、周辺回路領域602の方が半導体基板の主面112から等しい高さまでの間に、多くの配線層を有することがわかる。このような構成によって、周辺回路領域602の配線層数が多い構成においても、画素領域601との段差を低減することが可能となり、画素領域601の層間絶縁膜を厚くすることを抑制することが可能となる。   Here, the wiring of the second wiring layer is disposed in the pixel region 601 and the peripheral circuit region 602, and in the pixel region 601 where the first wiring layer is not disposed, the wiring layer closest to the semiconductor substrate is provided. Become. That is, the height of the wiring arranged closest to the semiconductor substrate differs between the pixel region 601 and the peripheral circuit region 602. Here, the height is a height from the main surface 122 of the semiconductor substrate. Specifically, the wiring 211 disposed closest to the semiconductor substrate in the peripheral circuit region 602 is lower than the wiring 207 disposed closest to the semiconductor substrate in the pixel region at the lower surface thereof. Is located. A wiring 207 disposed closest to the semiconductor substrate 101 in the pixel region 601 and a wiring 213 disposed in the second layer from the semiconductor substrate 101 in the peripheral circuit region 602 are high from the surface 112 of the semiconductor substrate. Are equal. Therefore, it can be seen that the peripheral circuit region 602 has more wiring layers between the main surface 112 of the semiconductor substrate and the same height. With such a configuration, even in a configuration in which the peripheral circuit region 602 has a large number of wiring layers, a step difference from the pixel region 601 can be reduced, and an increase in the thickness of the interlayer insulating film in the pixel region 601 can be suppressed. It becomes possible.

また、図1において、第1の配線層は、画素領域601におけるプラグ204及び205の上に配され、プラグ206と同じ高さに配されている。図1においては配線211の底面とプラグ206の底面とが同じ高さに配されているが、底面同士が同じ高さでなくてもよい。少なくとも同じ高さに配線211とプラグ206が配されている。また、第2の層間絶縁膜202に配されたプラグ206とプラグ212とを比較すると、第1の配線層が配されている分だけプラグ212の長さが短い。このような短いプラグ212を有することで、第2の配線層の配線207と配線213とを同じ高さに配することが可能となる。   In FIG. 1, the first wiring layer is disposed on the plugs 204 and 205 in the pixel region 601 and is disposed at the same height as the plug 206. In FIG. 1, the bottom surface of the wiring 211 and the bottom surface of the plug 206 are arranged at the same height, but the bottom surfaces may not be the same height. The wiring 211 and the plug 206 are arranged at least at the same height. Further, when the plug 206 and the plug 212 arranged in the second interlayer insulating film 202 are compared, the length of the plug 212 is shorter by the amount of the first wiring layer. With such a short plug 212, the wiring 207 and the wiring 213 in the second wiring layer can be arranged at the same height.

次に、図2を用いて本実施形態の光電変換装置の層間絶縁膜の薄膜化について説明する。図2(a)は図1の光電変換装置の断面模式図であり、図2(b)は特許文献1に記載の構成を元にした比較のための光電変換装置の断面模式図である。図2(a)及び図2(b)において、等しい回路で、画素領域及び周辺回路領域における配線層数が等しい構造を比較している。以下、図2において、図1に対応する構成には同一の符号を付し説明を省略する。図2(b)の光電変換装置200は、図2(a)の光電変換装置100に対して、特に周辺回路領域602の配線部の構造が異なる。ここで、図2(b)の配線部について説明する。図2(b)の配線部については、対比のため図2(a)と同様の名称を用いて説明する。   Next, the thinning of the interlayer insulating film of the photoelectric conversion device of this embodiment will be described with reference to FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion device of FIG. 1, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of a photoelectric conversion device for comparison based on the configuration described in Patent Document 1. 2A and 2B, structures having the same circuit and the same number of wiring layers in the pixel region and the peripheral circuit region are compared. In FIG. 2, the same reference numerals are given to the components corresponding to those in FIG. The photoelectric conversion device 200 in FIG. 2B differs from the photoelectric conversion device 100 in FIG. 2A in particular in the structure of the wiring portion in the peripheral circuit region 602. Here, the wiring part of FIG. 2B will be described. 2B will be described using the same names as those in FIG. 2A for comparison.

図2(b)の配線部は、複数の層間絶縁膜と複数のプラグと複数の配線層とを有する。複数の層間絶縁膜は、半導体基板101側から順に配された第1の層間絶縁膜220と、第2の層間絶縁膜221と、第3の層間絶縁膜222と、第4の層間絶縁膜223とを有する。複数のプラグは、第1の層間絶縁膜220にプラグ224、225、230と、第2の層間絶縁膜221にプラグ226、231と、第3の層間絶縁膜222にプラグ228、233と、第4の層間絶縁膜223にプラグ235とを有する。複数の配線層は、第2の層間絶縁膜221上に配された第1の配線層と、第3の層間絶縁膜222上に配された第2の配線層と、第4の層間絶縁膜223上に配された第3の配線層と、を有する。第1の配線層は配線227、232を有し、第2の配線層は配線229、234を有し、第3の配線層は配線236を有する。   2B includes a plurality of interlayer insulating films, a plurality of plugs, and a plurality of wiring layers. The plurality of interlayer insulating films include a first interlayer insulating film 220, a second interlayer insulating film 221, a third interlayer insulating film 222, and a fourth interlayer insulating film 223 arranged in order from the semiconductor substrate 101 side. And have. The plurality of plugs include plugs 224, 225, 230 on the first interlayer insulating film 220, plugs 226, 231 on the second interlayer insulating film 221, plugs 228, 233 on the third interlayer insulating film 222, 4 has an interlayer insulating film 223 and a plug 235. The plurality of wiring layers include a first wiring layer disposed on the second interlayer insulating film 221, a second wiring layer disposed on the third interlayer insulating film 222, and a fourth interlayer insulating film. And a third wiring layer disposed on the H.223. The first wiring layer has wirings 227 and 232, the second wiring layer has wirings 229 and 234, and the third wiring layer has wirings 236.

第1の層間絶縁膜220に配されたプラグ224、225、230は半導体基板101の素子と接続している。ここで、画素領域601の第1の層間絶縁膜220に配されたプラグ225は、第2の層間絶縁膜221に配されたプラグ226と接続し、スタックコンタクト構造を構成する。そして、周辺回路領域602の第1の層間絶縁膜220に配されたプラグ230は、第2の層間絶縁膜221に配されたプラグ231と接続し、スタックコンタクト構造を構成する。なお、プラグ224は図2(a)と同様にシェアードコンタクト構造である。そして、画素領域601のプラグ226は第2の層間絶縁膜221上に配された第1の配線層の配線227と接続し、周辺回路領域602のプラグ231は第2の層間絶縁膜221上に配された第1の配線層の配線232と接続する。その後、画素領域601の第1の配線層の一部の配線227bは、第3の層間絶縁膜222上に配された第2の配線層の一部の配線229bと第3の層間絶縁膜222に配されたプラグ228bを介して電気的に接続される。周辺回路領域602の第1の配線層の配線232は、第3の層間絶縁膜222上に配された第2の配線層の配線234と第3の層間絶縁膜222に配されたプラグ233を介して電気的に接続される。そして、周辺回路領域602の第2の配線層の配線234は、第4の層間絶縁膜223上の第3の配線層の配線236と、第4の層間絶縁膜223に配されたプラグ235を介して電気的に接続される。   Plugs 224, 225, and 230 disposed on the first interlayer insulating film 220 are connected to elements of the semiconductor substrate 101. Here, the plug 225 disposed on the first interlayer insulating film 220 in the pixel region 601 is connected to the plug 226 disposed on the second interlayer insulating film 221 to form a stack contact structure. Then, the plug 230 disposed on the first interlayer insulating film 220 in the peripheral circuit region 602 is connected to the plug 231 disposed on the second interlayer insulating film 221 to form a stack contact structure. The plug 224 has a shared contact structure as in FIG. Then, the plug 226 in the pixel region 601 is connected to the wiring 227 in the first wiring layer disposed on the second interlayer insulating film 221, and the plug 231 in the peripheral circuit region 602 is on the second interlayer insulating film 221. The wiring 232 of the first wiring layer is connected. After that, a part of the wiring 227 b of the first wiring layer in the pixel region 601 is a part of the wiring 229 b of the second wiring layer disposed on the third interlayer insulating film 222 and the third interlayer insulating film 222. Are electrically connected through a plug 228b disposed in The wiring 232 in the first wiring layer in the peripheral circuit region 602 includes a wiring 234 in the second wiring layer disposed on the third interlayer insulating film 222 and a plug 233 disposed in the third interlayer insulating film 222. Electrically connected. Then, the wiring 234 of the second wiring layer in the peripheral circuit region 602 includes a wiring 236 of the third wiring layer on the fourth interlayer insulating film 223 and a plug 235 disposed on the fourth interlayer insulating film 223. Electrically connected.

ここで、図2(a)の光電変換装置100と図2(b)の光電変換装置200における層の高さを比較する。光電変換装置100では、画素領域601の最上配線層(第3の配線層の配線209)と周辺回路領域602の最上配線層(第3の配線層の配線215)とが等しい高さh1に配置されている。そして、画素領域601と周辺回路領域602との間に段差がないことがわかる。一方、光電変換装置200においては、画素領域601の最上配線層(第2の配線層の配線229)は高さh2に配置されており、周辺回路領域602の最上配線層(第3の配線層の配線236)は高さh3に配置されている。ここで、光電変換装置100の光電変換素子上には層間絶縁膜が高さh1分の厚みで配され、光電変換装置200の光電変換素子上には層間絶縁膜が高さh3分の厚みで配されている。よって、光電変換装置100の光電変換素子上に配される層間絶縁膜は、光電変換装置200と比べて、差d2分だけ薄くなる。この差d2は、プラグ1つ分の高さである。例えば、130nmの配線プロセスでは、h3までの高さが約2.4μmの場合、d2は0.30μm程度であり、h3までの高さの10〜20%程度を低くすることが出来る。よって、本実施形態の光電変換装置100は層間絶縁膜の厚膜化を抑制しつつ、周辺回路領域602の配線層を多層化することが可能となる。   Here, the heights of the layers in the photoelectric conversion device 100 in FIG. 2A and the photoelectric conversion device 200 in FIG. 2B are compared. In the photoelectric conversion device 100, the uppermost wiring layer (the wiring 209 of the third wiring layer) in the pixel region 601 and the uppermost wiring layer (the wiring 215 of the third wiring layer) in the peripheral circuit region 602 are arranged at the same height h1. Has been. It can be seen that there is no step between the pixel region 601 and the peripheral circuit region 602. On the other hand, in the photoelectric conversion device 200, the uppermost wiring layer (wiring 229 of the second wiring layer) of the pixel region 601 is arranged at the height h2, and the uppermost wiring layer (third wiring layer) of the peripheral circuit region 602 is disposed. The wiring 236) is arranged at a height h3. Here, the interlayer insulating film is arranged with a thickness of height h1 on the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion device 100, and the interlayer insulating film has a thickness of height h3 on the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion device 200. It is arranged. Therefore, the interlayer insulating film disposed on the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion device 100 is thinner than the photoelectric conversion device 200 by the difference d2. This difference d2 is the height of one plug. For example, in the 130 nm wiring process, when the height up to h3 is about 2.4 μm, d2 is about 0.30 μm, and about 10 to 20% of the height up to h3 can be reduced. Therefore, the photoelectric conversion device 100 according to the present embodiment can increase the number of wiring layers in the peripheral circuit region 602 while suppressing an increase in the thickness of the interlayer insulating film.

また、図2において画素領域に配された、周辺回路領域の配線層のための層間絶縁膜を除去した場合には、図2(b)の光電変換装置200において画素領域601と周辺回路領域602との間に大きな段差d1が生じてしまう。このような段差が生じてしまうと、この後の工程、例えばカラーフィルタを形成する場合やレンズを形成する場合に、段差によって形状にばらつきが生じてしまう可能性がある。形状ばらつきを抑制するために段差を平坦化するための平坦化層が必要になり、また、その平坦化層を厚く設けなくてはならなくなる。しかし、本実施形態の光電変換装置100によれば、画素領域の層間絶縁膜を除去した場合においても、周辺回路領域との段差を低減することが可能となる。周辺回路領域が画素領域よりも更に多くの配線層を有する場合においても、配線層の1層分の段差を削減することが可能である。   In addition, when the interlayer insulating film for the wiring layer in the peripheral circuit region disposed in the pixel region in FIG. 2 is removed, the pixel region 601 and the peripheral circuit region 602 in the photoelectric conversion device 200 in FIG. A large step d1 occurs between the two. If such a level difference occurs, there is a possibility that the shape will vary depending on the level difference in subsequent processes, for example, when forming a color filter or when forming a lens. In order to suppress variation in shape, a flattening layer for flattening the level difference is required, and the flattening layer must be provided thick. However, according to the photoelectric conversion device 100 of the present embodiment, even when the interlayer insulating film in the pixel region is removed, it is possible to reduce the step difference from the peripheral circuit region. Even when the peripheral circuit region has more wiring layers than the pixel region, it is possible to reduce the level difference of one wiring layer.

次に、図3を用いて図1の光電変換装置の製造方法の一例を説明する。図3において、図1の光電変換装置に対応する部材については、加工前であっても加工後であっても図1と同一の符号を付している。図3において図1と同一の符号を付した構成については説明を省略する。   Next, an example of a method for manufacturing the photoelectric conversion device of FIG. 1 will be described with reference to FIG. 3, members corresponding to the photoelectric conversion device in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 before and after processing. In FIG. 3, the description of the components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 is omitted.

まず、一般的な半導体プロセスを用いて半導体基板101に、素子分離部102を形成する。その後、例えば、ポリシリコンからなるトランジスタのゲート電極104、106、109を形成する。フォトダイオードの電荷蓄積部103やLDD構造を形成するための半導体領域(不図示)をイオン注入によって形成する。そして、ゲート電極にサイドウォール107、110を形成する。その後、ソース及びドレイン108、111やFD部105をイオン注入によって形成する。このように形成した素子の上にシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜201を形成し、図3(a)の構造を得る。   First, the element isolation part 102 is formed in the semiconductor substrate 101 using a general semiconductor process. Thereafter, for example, gate electrodes 104, 106, and 109 of transistors made of polysilicon are formed. A semiconductor region (not shown) for forming the charge storage portion 103 of the photodiode and the LDD structure is formed by ion implantation. Then, sidewalls 107 and 110 are formed on the gate electrode. Thereafter, the source and drain 108 and 111 and the FD portion 105 are formed by ion implantation. A first interlayer insulating film 201 made of a silicon oxide film is formed on the element thus formed to obtain the structure shown in FIG.

次に、第1の層間絶縁膜201上に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによってフォトレジストをパターニングし、フォトレジストマスクを形成する。フォトレジストマスクを用いて第1の層間絶縁膜201のエッチングを行い、図1に示す各プラグのためのコンタクトホール310、311、312を第1の層間絶縁膜201に形成する。フォトレジストマスクを除去すると図3(b)に示す構成が得られる。ここで、シェアードコンタクト構造のためのコンタクトホール310は、FD部105と増幅トランジスタのゲート電極106とを露出する。   Next, a photoresist is applied onto the first interlayer insulating film 201, and the photoresist is patterned by photolithography to form a photoresist mask. The first interlayer insulating film 201 is etched using a photoresist mask to form contact holes 310, 311, 312 for the plugs shown in FIG. 1 in the first interlayer insulating film 201. When the photoresist mask is removed, the structure shown in FIG. 3B is obtained. Here, the contact hole 310 for the shared contact structure exposes the FD portion 105 and the gate electrode 106 of the amplification transistor.

次に、各コンタクトホール310、311、312に、例えばチタンや窒化チタンの単層あるいは積層膜からなるバリアメタル膜を形成する。バリアメタル膜としては、その他にチタン、タンタル、シリコン、タングステンなどを含む膜を用いることが出来る。続いて、このバリアメタル膜を覆って、例えばタングステン膜からなるプラグを形成する金属膜を形成する。そして、CMP法やエッチング法によって、各コンタクトホールに埋め込まれた以外のこれらの膜を除去する。除去後には、バリアメタル313を有するプラグ204、205、210が形成され、図3(c)に示す構成が得られる。   Next, a barrier metal film made of, for example, a single layer or a stacked layer of titanium or titanium nitride is formed in each of the contact holes 310, 311, 312. In addition, a film containing titanium, tantalum, silicon, tungsten, or the like can be used as the barrier metal film. Subsequently, a metal film for forming a plug made of, for example, a tungsten film is formed so as to cover the barrier metal film. Then, these films other than those buried in each contact hole are removed by CMP or etching. After the removal, plugs 204, 205, and 210 having a barrier metal 313 are formed, and the configuration shown in FIG. 3C is obtained.

次に、配線層を形成する。バリアメタル膜と、例えばアルミニウムを含む配線材料膜と、バリアメタル膜とをこの順に積層する。そして、フォトリソグラフィによって形成されたレジストパターンをマスクとし、これらの膜に対してエッチングを行い、第1の配線層の配線211及びそのバリアメタル314を形成する。その上を覆って、例えばシリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁膜202を形成し、平坦化処理を行うことで、図3(d)の構造が得られる。ここで、第1の層間絶縁膜201に配されたプラグのバリアメタル313及び金属膜のエッチング選択比を、第1の配線層のバリアメタル314より大きくするように材料やエッチング条件を選択することが望ましい。これは、第1の配線層の配線211を形成する時に、その下層の第1の層間絶縁膜201に配されたプラグがエッチングされてしまわないようにする、あるいはエッチングされる量を低減するためである。   Next, a wiring layer is formed. A barrier metal film, a wiring material film containing aluminum, for example, and a barrier metal film are laminated in this order. Then, using the resist pattern formed by photolithography as a mask, these films are etched to form the wiring 211 of the first wiring layer and its barrier metal 314. A second interlayer insulating film 202 made of, for example, a silicon oxide film is formed so as to cover it, and a planarization process is performed to obtain the structure of FIG. Here, the material and the etching conditions are selected so that the etching selectivity of the barrier metal 313 and the metal film of the plug disposed on the first interlayer insulating film 201 is larger than that of the barrier metal 314 of the first wiring layer. Is desirable. This is to prevent the plug disposed in the first interlayer insulating film 201 under the first wiring layer 211 from being etched or to reduce the etching amount when forming the wiring 211 of the first wiring layer. It is.

次に、第2の層間絶縁膜202上にフォトレジストパターンによるマスクを形成し、第2の層間絶縁膜202に対してエッチングを行い、フォトレジストパターンを除去し、図3(e)の構成を得る。図3(e)では、画素領域601には、プラグ205の上に、プラグ205の表面を露出するビアホール315が形成される。そして、周辺回路領域602には、第1の配線層の配線211の上に、配線211の表面を露出するビアホール316が形成される。ビアホール315と316とはそれぞれの深さが異なるが、配線211やプラグ205がエッチングストップ層として機能するため、同時にエッチングによって形成することが可能である。そして、図3(c)に示した第1の層間絶縁膜201に配されたプラグと同様のバリアメタルの形成工程などを含むプラグの形成工程を経て、図1に示したプラグ206とプラグ212とを形成する。その後、図1に示した第2の配線層の配線207と配線213を、配線211と同様の工程で、第2の層間絶縁膜202の上に形成する。そして、今までの工程と同様に、図1に示した第3の層間絶縁膜203を形成し、プラグ208とプラグ214を形成し、第3の配線層の配線209及び配線215とを形成することで、図1の構造を得る。   Next, a mask made of a photoresist pattern is formed on the second interlayer insulating film 202, the second interlayer insulating film 202 is etched, the photoresist pattern is removed, and the structure of FIG. obtain. In FIG. 3E, a via hole 315 exposing the surface of the plug 205 is formed on the plug 205 in the pixel region 601. In the peripheral circuit region 602, a via hole 316 that exposes the surface of the wiring 211 is formed on the wiring 211 of the first wiring layer. Although the via holes 315 and 316 have different depths, the wiring 211 and the plug 205 function as an etching stop layer, and thus can be simultaneously formed by etching. Then, the plug 206 and the plug 212 shown in FIG. 1 are processed through a plug formation process including a barrier metal formation process similar to the plug disposed on the first interlayer insulating film 201 shown in FIG. And form. After that, the wiring 207 and the wiring 213 in the second wiring layer shown in FIG. 1 are formed on the second interlayer insulating film 202 in the same process as the wiring 211. Then, as in the previous steps, the third interlayer insulating film 203 shown in FIG. 1 is formed, the plug 208 and the plug 214 are formed, and the wiring 209 and the wiring 215 of the third wiring layer are formed. Thus, the structure of FIG. 1 is obtained.

その後、必要に応じて、プラグ、配線層、層間絶縁膜を更に形成してもよい。そして、図1等には示していないが、更に、保護膜、カラーフィルタやマイクロレンズを配置することで光電変換装置が完成する。   Thereafter, plugs, wiring layers, and interlayer insulating films may be further formed as necessary. Although not shown in FIG. 1 and the like, a photoelectric conversion device is completed by further disposing a protective film, a color filter, and a microlens.

本実施形態の光電変換装置によれば、FD部の容量の増大を抑制することが可能となる。また、層間絶縁膜の厚膜化を抑制し、周辺回路領域に画素領域よりも多くの配線層を配置することができる。また、周辺回路領域と画素領域との段差を低減することが可能である。   According to the photoelectric conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress an increase in the capacity of the FD unit. Further, it is possible to suppress the increase in the thickness of the interlayer insulating film, and to arrange more wiring layers in the peripheral circuit region than in the pixel region. In addition, a step between the peripheral circuit region and the pixel region can be reduced.

また、図1において、第1の配線層の一部の配線207aは、シェアードコンタクト構造を有する第1のプラグ204の上及びFD部105の上に、平面的にみて重なるように配置されている。画素領域601において半導体基板101に最も近接して配された第1の配線層の一部の配線が、FD部105を覆うことによって、FD部105の遮光性が向上し、FD部105への光の混入を低減することが可能となる。ここで、平面的とは半導体基板の主面112に垂直な方向で、主面112の上方から主面112に向かってみた場合の平面レイアウトである。このような構成によって、FD部の遮光性が向上し、得られる画像信号の質を向上させることが可能となる。   In FIG. 1, a part of the wiring 207 a of the first wiring layer is arranged on the first plug 204 having the shared contact structure and the FD portion 105 so as to overlap in plan view. . A part of the wiring of the first wiring layer disposed closest to the semiconductor substrate 101 in the pixel region 601 covers the FD portion 105, so that the light shielding property of the FD portion 105 is improved, and the FD portion 105 is connected to the FD portion 105. It is possible to reduce light contamination. Here, the term “planar” refers to a planar layout when viewed from the top of the main surface 112 toward the main surface 112 in a direction perpendicular to the main surface 112 of the semiconductor substrate. With such a configuration, the light shielding property of the FD portion is improved, and the quality of the obtained image signal can be improved.

ここで、図6に示したオプティカルブラック領域603が遮光膜を含めて画素領域601と同じ層数の配線層を有する場合には、図1の画素領域601と同様の構造の配線部を有することが可能である。また、図6に示したオプティカルブラック領域603が遮光膜を含めて画素領域601よりも多くの層数の配線層を有する場合には、図1の周辺回路領域602と同様の構造の配線部を有することが可能である。この場合には、遮光膜を有しつつ、画素領域601の画素と同様の構成のオプティカルブラック領域を得ることが可能となる。なお、光電変換装置は図6に示したオプティカルブラック領域603を設けなくても良い。   Here, when the optical black region 603 shown in FIG. 6 includes the same number of wiring layers as the pixel region 601 including the light shielding film, the optical black region 603 has a wiring portion having the same structure as the pixel region 601 in FIG. Is possible. Further, when the optical black region 603 shown in FIG. 6 includes a wiring layer having a larger number of layers than the pixel region 601 including the light shielding film, the wiring portion having the same structure as that of the peripheral circuit region 602 in FIG. It is possible to have. In this case, it is possible to obtain an optical black region having the same configuration as the pixel in the pixel region 601 while having a light shielding film. Note that the photoelectric conversion device is not necessarily provided with the optical black region 603 illustrated in FIG.

(第2の実施形態)
本実施形態は第1の実施形態の配線層に各種ダマシン構造を適用した構成である。本実施形態について、図4を用いて説明する。図4は光電変換装置の断面模式図である。図4は、図1の半導体基板101から第2の配線層の配線207及び配線213の間の部分に対応する構成を示した物である。図4において、図1と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態のようなダマシン構造の配線層及びプラグを有することで、微細な配線(幅、厚みともに)が形成可能である。また、デュアルダマシン構造においては配線層とプラグとが同一工程で形成されることから、工程毎に設ける必要があるプロセスマージン分の層間絶縁膜の厚みを低減することが可能である。例えば、130nmの配線プロセスにおいてh3までの高さを約2.4umとすると、プラグを形成する場合のマージンはその約3%程度である。よって、本実施形態の光電変換装置によれば、第1の実施形態の光電変換装置に比べて層間絶縁膜の厚さを低減することが可能となる。
(Second Embodiment)
In this embodiment, various damascene structures are applied to the wiring layer of the first embodiment. This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion device. FIG. 4 shows a configuration corresponding to a portion between the semiconductor substrate 101 of FIG. 1 and the wiring 207 and the wiring 213 of the second wiring layer. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. By having a damascene wiring layer and a plug as in this embodiment, fine wiring (both width and thickness) can be formed. In the dual damascene structure, since the wiring layer and the plug are formed in the same process, it is possible to reduce the thickness of the interlayer insulating film by a process margin that needs to be provided for each process. For example, if the height to h3 is about 2.4 μm in the 130 nm wiring process, the margin for forming the plug is about 3%. Therefore, according to the photoelectric conversion device of the present embodiment, the thickness of the interlayer insulating film can be reduced as compared with the photoelectric conversion device of the first embodiment.

まず、図4(a)の光電変換装置は、画素領域601における第2の配線層の配線207及び周辺回路領域602における第2の配線層の配線213がシングルダマシン構造を有している。シングルダマシン構造の第2の配線層の配線207及び配線213は、導電体として銅を有する、いわゆる銅配線である。そして、配線207及び配線213の上には銅の拡散防止膜402、403が配されている。ここで、配線207や配線213はシングルダマシン法によって形成され、配線207や配線213の上面は第2の層間絶縁膜202の上面と同じ面を形成する。   First, in the photoelectric conversion device in FIG. 4A, the wiring 207 in the second wiring layer in the pixel region 601 and the wiring 213 in the second wiring layer in the peripheral circuit region 602 have a single damascene structure. The wiring 207 and the wiring 213 in the second wiring layer having a single damascene structure are so-called copper wirings having copper as a conductor. Copper diffusion prevention films 402 and 403 are disposed on the wiring 207 and the wiring 213. Here, the wiring 207 and the wiring 213 are formed by a single damascene method, and the upper surfaces of the wiring 207 and the wiring 213 form the same surface as the upper surface of the second interlayer insulating film 202.

図4(a)の光電変換装置の製造方法について、第1の実施形態と異なる部分を説明する。第1の実施形態と同様にプラグ206及びプラグ212までを形成した後、第2の層間絶縁膜202上に層間絶縁膜401を形成する。そして、層間絶縁膜401に第1の配線層及び第4の配線層のための配線溝をエッチング等によって形成する。次に、配線溝の内壁を覆い、層間絶縁膜401の上面を覆うように、窒化チタン等のバリアメタルの膜を形成する。その後、バリアメタルの膜が配された配線溝を埋め、バリアメタルの膜が形成された層間絶縁膜401の上面を覆うように、銅の膜を形成する。配線溝以外に形成されたバリアメタルの膜と銅の膜をCMPなどによって除去し、銅配線が形成される。最後に、銅配線の上を覆うようにシリコン窒化膜などの銅のための拡散防止膜を形成し、必要に応じて拡散防止膜のパターニングを行い、図4(a)に示す光電変換装置の構成が得られる。この後、配線層やプラグを所望の構成になるまで形成すればよい。   With respect to the method for manufacturing the photoelectric conversion device in FIG. 4A, portions different from the first embodiment will be described. After the plug 206 and the plug 212 are formed as in the first embodiment, an interlayer insulating film 401 is formed on the second interlayer insulating film 202. Then, wiring grooves for the first wiring layer and the fourth wiring layer are formed in the interlayer insulating film 401 by etching or the like. Next, a barrier metal film such as titanium nitride is formed so as to cover the inner wall of the wiring trench and the upper surface of the interlayer insulating film 401. Thereafter, a copper film is formed so as to fill the wiring trench in which the barrier metal film is disposed and to cover the upper surface of the interlayer insulating film 401 on which the barrier metal film is formed. The barrier metal film and the copper film formed other than the wiring trench are removed by CMP or the like to form a copper wiring. Finally, a diffusion prevention film for copper, such as a silicon nitride film, is formed so as to cover the copper wiring, and the diffusion prevention film is patterned as necessary, so that the photoelectric conversion device shown in FIG. A configuration is obtained. Thereafter, wiring layers and plugs may be formed until a desired configuration is obtained.

図4(b)の光電変換装置は、図4(a)の構成に加えて、第1の配線層の配線211がシングルダマシン構造となっている。
図4(b)の製造方法は、図4(a)とほぼ同様である。具体的には、第1の層間絶縁膜201に配されたプラグ204、205、210の形成の後、第1の層間絶縁膜201上に層間絶縁膜408を形成する。第1の配線層のための配線溝をエッチング等によって層間絶縁膜408に形成する。そして、配線溝の内壁を覆い、層間絶縁膜408の上面を覆うように、窒化チタン等のバリアメタルの膜を形成する。その後、バリアメタルの膜が配された配線溝を埋め、バリアメタルの膜が形成された層間絶縁膜408の上面を覆うように、銅の膜を形成する。配線溝以外に形成されたバリアメタルの膜と銅の膜をCMPなどによって除去し、銅配線の配線211が形成される。そして、配線211上に拡散防止膜407を形成し、拡散防止膜407及び層間絶縁膜408を覆う層間絶縁膜409を形成する。その後、第1の実施形態と同様にプラグ206、212を形成し、図4(a)に示したような第2の配線層を形成し、図4(b)に示す光電変換装置が得られる。
In the photoelectric conversion device of FIG. 4B, in addition to the configuration of FIG. 4A, the wiring 211 of the first wiring layer has a single damascene structure.
The manufacturing method in FIG. 4B is almost the same as that in FIG. Specifically, after the formation of plugs 204, 205, and 210 disposed on the first interlayer insulating film 201, an interlayer insulating film 408 is formed on the first interlayer insulating film 201. A wiring groove for the first wiring layer is formed in the interlayer insulating film 408 by etching or the like. Then, a barrier metal film such as titanium nitride is formed so as to cover the inner wall of the wiring trench and the upper surface of the interlayer insulating film 408. Thereafter, a copper film is formed so as to fill the wiring trench in which the barrier metal film is disposed and to cover the upper surface of the interlayer insulating film 408 on which the barrier metal film is formed. The barrier metal film and the copper film formed other than the wiring trench are removed by CMP or the like to form a copper wiring 211. Then, a diffusion prevention film 407 is formed over the wiring 211, and an interlayer insulation film 409 that covers the diffusion prevention film 407 and the interlayer insulation film 408 is formed. Thereafter, the plugs 206 and 212 are formed in the same manner as in the first embodiment, and the second wiring layer as shown in FIG. 4A is formed, and the photoelectric conversion device shown in FIG. 4B is obtained. .

次に、図4(c)の光電変換装置は、図4(b)のように第1の配線層の配線211がシングルダマシン構造となっている。そして、図4(c)の光電変換装置は、図4(b)における第2の配線層の配線207とプラグ206とがデュアルダマシン構造を有している。また、配線213とプラグ212とが、デュアルダマシン構造を有している。   Next, in the photoelectric conversion device of FIG. 4C, the wiring 211 of the first wiring layer has a single damascene structure as shown in FIG. 4B. In the photoelectric conversion device in FIG. 4C, the wiring 207 and the plug 206 in the second wiring layer in FIG. 4B have a dual damascene structure. Further, the wiring 213 and the plug 212 have a dual damascene structure.

図4(c)の製造方法は次のようになる。まず、図4(b)と同様に第1の配線層の配線211及び拡散防止膜404を形成した後、層間絶縁膜409を形成し、層間絶縁膜401を形成する。そして、層間絶縁膜408、409及び401の任意の箇所に配線用とプラグ用の連続した溝を、フォトリソグラフィ技術及びエッチングによって、形成する。配線用及びプラグ用の溝をエッチングによって形成する際には、例えば層間絶縁膜409と層間絶縁膜401とを異なる材料からなる膜によって形成し、層間絶縁膜409と層間絶縁膜401のエッチング選択比を利用して形成することが可能である。そして、配線用及びプラグ用の溝の内壁を覆い、層間絶縁膜401の上面を覆うように、窒化チタン等のバリアメタルの膜を形成する。そして、バリアメタルの膜が配された配線用及びプラグ用の溝を埋め、バリアメタルの膜が形成された層間絶縁膜401の上面を覆うように、銅の膜を形成する。次に、配線用及びプラグ用の溝以外に形成されたバリアメタルの膜と銅の膜をCMPなどによって除去し、デュアルダマシン構造の銅配線の第2の配線層の配線207と配線213とが形成される。第2の配線層の配線及びプラグは、デュアルダマシン方によって形成され、一体となって形成される。この第2の配線層の配線の上面は、層間絶縁膜の上面と1つの面を形成する。そして、第1の配線層上に拡散防止膜402、403を形成し、図4(c)の光電変換装置が得られる。   The manufacturing method of FIG.4 (c) is as follows. First, after forming the wiring 211 and the diffusion prevention film 404 of the first wiring layer as in FIG. 4B, the interlayer insulating film 409 is formed, and the interlayer insulating film 401 is formed. Then, continuous grooves for wiring and plugs are formed at arbitrary locations in the interlayer insulating films 408, 409, and 401 by photolithography and etching. When the wiring and plug grooves are formed by etching, for example, the interlayer insulating film 409 and the interlayer insulating film 401 are formed of films made of different materials, and the etching selectivity of the interlayer insulating film 409 and the interlayer insulating film 401 is determined. It is possible to form using this. Then, a barrier metal film such as titanium nitride is formed so as to cover the inner walls of the wiring and plug grooves and to cover the upper surface of the interlayer insulating film 401. Then, a copper film is formed so as to fill the wiring and plug trenches where the barrier metal film is disposed and to cover the upper surface of the interlayer insulating film 401 on which the barrier metal film is formed. Next, the barrier metal film and the copper film formed other than the wiring and plug grooves are removed by CMP or the like, and the wiring 207 and the wiring 213 of the second wiring layer of the copper wiring of the dual damascene structure are formed. It is formed. The wirings and plugs of the second wiring layer are formed by a dual damascene method and are integrally formed. The upper surface of the wiring of the second wiring layer forms one surface with the upper surface of the interlayer insulating film. Then, diffusion prevention films 402 and 403 are formed on the first wiring layer, and the photoelectric conversion device of FIG. 4C is obtained.

本実施形態のようなダマシン構造の配線層及びプラグを有することで、微細な配線(幅、厚みともに)が形成可能である。また、デュアルダマシン構造においては配線層とプラグとが同一工程で形成されることから、例えばプラグを形成するためのCMP工程におけるプロセスマージンを設けずに済むため、プロセスマージン分の層間絶縁膜の厚みを低減することが可能である。よって、本実施形態の光電変換装置によれば、FD部の容量の増大を抑制することが可能である。また、第1の実施形態の光電変換装置よりも層間絶縁膜の厚さを低減することが可能となる。   By having a damascene wiring layer and a plug as in this embodiment, fine wiring (both width and thickness) can be formed. In the dual damascene structure, since the wiring layer and the plug are formed in the same process, for example, it is not necessary to provide a process margin in the CMP process for forming the plug. Can be reduced. Therefore, according to the photoelectric conversion device of this embodiment, it is possible to suppress an increase in the capacity of the FD unit. In addition, the thickness of the interlayer insulating film can be reduced as compared with the photoelectric conversion device of the first embodiment.

また、本実施形態のように銅配線を適用する場合には、第1の層間絶縁膜201に配されるプラグ204、205、210にはタングステンを主成分とする導電体を用いることが好ましい。半導体基板との接続のためのプラグに銅を主成分とする導電体を用いてしまうと、銅の拡散係数が大きいため、半導体基板への銅の拡散が生じ、暗電流などの問題が生じてしまう可能性があるためである。   When copper wiring is applied as in this embodiment, it is preferable to use a conductor mainly composed of tungsten for the plugs 204, 205, and 210 disposed in the first interlayer insulating film 201. If a conductor composed mainly of copper is used as a plug for connection to a semiconductor substrate, the copper diffusion coefficient is large, causing copper diffusion to the semiconductor substrate, resulting in problems such as dark current. This is because there is a possibility that it will end.

(第3の実施形態)
本実施形態の光電変換装置は、第1の実施形態のシェアードコンタクト構造を用いない構成を有する。本実施形態の光電変換装置について、図7(a)を用いて説明を行う。図7(a)は図1と対応した図面であり、同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
図7(a)に示した光電変換装置700は、図1のシェアードコンタクト構造のプラグ204を有しておらず、スタックコンタクト構造及び配線によって、FD部105と増幅トランジスタのゲート電極106とを接続している。具体的には、第1の層間絶縁膜201に配された、FD部105と接続するプラグ705aと、増幅トランジスタのゲート電極106と接続するプラグ705bとを有する。そして、プラグ705aは第2の層間絶縁膜202に配されたプラグ706aと接続し、第1の配線層に含まれる配線707と接続する。プラグ705bは第2の層間絶縁膜202に配されたプラグ706bと接続し、第1の配線層に含まれる配線707と接続する。つまり、プラグ705、プラグ706と配線707によって、FD部105と増幅トランジスタのゲート電極106とが電気的に接続される。このような構成においては、周辺回路領域と画素領域との段差を低減しつつ、周辺回路領域に画素領域よりも多くの配線層を配置することが可能となる。
(Third embodiment)
The photoelectric conversion device of this embodiment has a configuration that does not use the shared contact structure of the first embodiment. The photoelectric conversion device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7A is a diagram corresponding to FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The photoelectric conversion device 700 illustrated in FIG. 7A does not include the shared contact structure plug 204 illustrated in FIG. is doing. Specifically, a plug 705a connected to the FD portion 105 and a plug 705b connected to the gate electrode 106 of the amplification transistor are provided in the first interlayer insulating film 201. The plug 705a is connected to the plug 706a disposed in the second interlayer insulating film 202 and is connected to the wiring 707 included in the first wiring layer. The plug 705b is connected to the plug 706b disposed in the second interlayer insulating film 202, and is connected to the wiring 707 included in the first wiring layer. That is, the FD portion 105 and the gate electrode 106 of the amplification transistor are electrically connected by the plug 705, the plug 706, and the wiring 707. In such a configuration, it is possible to arrange more wiring layers in the peripheral circuit region than in the pixel region while reducing the level difference between the peripheral circuit region and the pixel region.

また、本実施形態の変形例について、図7(b)を用いて説明する。図7(b)の光電変換装置701には、図7(a)の構成に加えて、光電変換素子上に光導波路702が設けられている。このような構成によって、更に光の集光効率を向上させることが可能となる。光導波路702は他の実施形態の構成に適用可能である。   A modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the photoelectric conversion device 701 in FIG. 7B, in addition to the configuration in FIG. 7A, an optical waveguide 702 is provided on the photoelectric conversion element. With such a configuration, it is possible to further improve the light collection efficiency. The optical waveguide 702 can be applied to the configurations of other embodiments.

(撮像システムへの適用)
図8は、撮像システムの1つであるカメラの概略構成を示す図である。なお、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置(例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末)も含まれる。カメラ400は、上記の光電変換装置100に代表される固体撮像素子1004を備える。被写体の光学像は、レンズ1002によって固体撮像素子1004の撮像面に結像する。レンズ1002の外側には、レンズ1002のプロテクト機能とメインスイッチを兼ねるバリア1001が設けられうる。レンズ1002には、それから出射される光の光量を調節するための絞り1003が設けられうる。固体撮像素子1004から出力される撮像信号は、撮像信号処理回路1005によって各種の補正、クランプ等の処理が施される。撮像信号処理回路1005から出力される撮像信号は、A/D変換器1006でアナログ−ディジタル変換される。A/D変換器1006から出力される画像データは、信号処理部1007によって補正、データ圧縮などの信号処理がなされる。固体撮像素子1004、撮像信号処理回路1005、A/D変換器1006及び信号処理部1007は、タイミング発生部1008が発生するタイミング信号にしたがって動作する。
(Application to imaging system)
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of a camera that is one of the imaging systems. Note that the concept of a camera includes not only a device mainly for photographing, but also a device (for example, a personal computer or a portable terminal) that is supplementarily provided with a photographing function. The camera 400 includes a solid-state image sensor 1004 typified by the photoelectric conversion device 100 described above. An optical image of the subject is formed on the imaging surface of the solid-state imaging device 1004 by the lens 1002. On the outside of the lens 1002, a barrier 1001 serving both as a protection function of the lens 1002 and a main switch can be provided. The lens 1002 can be provided with a diaphragm 1003 for adjusting the amount of light emitted therefrom. The imaging signal output from the solid-state imaging device 1004 is subjected to various corrections, clamps, and other processes by the imaging signal processing circuit 1005. An imaging signal output from the imaging signal processing circuit 1005 is analog-digital converted by an A / D converter 1006. The image data output from the A / D converter 1006 is subjected to signal processing such as correction and data compression by the signal processing unit 1007. The solid-state imaging device 1004, the imaging signal processing circuit 1005, the A / D converter 1006, and the signal processing unit 1007 operate according to the timing signal generated by the timing generation unit 1008.

ブロック1005〜1008は、固体撮像素子1004と同一チップ上に形成されてもよい。カメラ400の各ブロックは、全体制御・演算部1009によって制御される。カメラ400は、その他、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部1010、記録媒体への画像の記録又は読み出しのための記録媒体制御インターフェース部1011を備える。記録媒体1012は、半導体メモリ等を含んで構成され、着脱が可能である。カメラ400は、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース(I/F)部1013を備えてもよい。   The blocks 1005 to 1008 may be formed on the same chip as the solid-state image sensor 1004. Each block of the camera 400 is controlled by the overall control / arithmetic unit 1009. In addition, the camera 400 includes a memory unit 1010 for temporarily storing image data, and a recording medium control interface unit 1011 for recording or reading an image on a recording medium. The recording medium 1012 includes a semiconductor memory or the like and can be attached and detached. The camera 400 may include an external interface (I / F) unit 1013 for communicating with an external computer or the like.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。これまでの実施形態では、画素領域と周辺回路領域とで配線層の数が異なったが、本実施形態では配線層の数が等しい。第4の実施形態においては、少なくともFD部の近傍において第1の配線層の配線を設けずにスタックコンタクト構造を適用する構成について説明する。このような構成を有することによって、FD部の容量の増大を低減することが可能となり、信号の低下(感度の低下)を抑制することが可能となる。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. In the embodiments so far, the number of wiring layers is different between the pixel region and the peripheral circuit region, but in this embodiment, the number of wiring layers is equal. In the fourth embodiment, a configuration in which the stack contact structure is applied without providing the wiring of the first wiring layer at least in the vicinity of the FD portion will be described. By having such a configuration, it is possible to reduce an increase in the capacity of the FD portion, and it is possible to suppress a decrease in signal (a decrease in sensitivity).

まず、FD部の容量について説明する。FD部は、増幅トランジスタのゲート電極GATと接続しており、ソースフォロワ回路の入力部として機能する。ソースフォロワ回路に入力する信号Vfdは、FD部を含むノードFDの容量Cfd及びノードFDに蓄積される電荷Qfdを用いて簡易的にVfd=Qfd/Cfdであらわされる。よって、FD部の容量が増大するとノードFDの容量Cfdが増大してしまい、信号Vfdが小さくなってしまう。ここで、FD部の近傍において、第1の層間絶縁膜に配されたプラグと第2の層間絶縁膜に配されたプラグとを接続するためだけの第1の配線層の配線を形成する場合には、FD部に対向する配線の面積が増大してしまう。この時、FD部と配線間の静電容量が増加してしまう。このような課題を鑑みて、本実施形態においては、少なくともFD部の近傍において第1の配線層の配線を設けずにスタックコンタクト構造を適用する。   First, the capacity of the FD unit will be described. The FD portion is connected to the gate electrode GAT of the amplification transistor and functions as an input portion of the source follower circuit. The signal Vfd input to the source follower circuit is simply expressed as Vfd = Qfd / Cfd using the capacitance Cfd of the node FD including the FD portion and the charge Qfd stored in the node FD. Therefore, when the capacitance of the FD portion increases, the capacitance Cfd of the node FD increases and the signal Vfd decreases. Here, in the vicinity of the FD portion, the wiring of the first wiring layer only for connecting the plug disposed in the first interlayer insulating film and the plug disposed in the second interlayer insulating film is formed. In this case, the area of the wiring facing the FD portion increases. At this time, the capacitance between the FD portion and the wiring increases. In view of such a problem, in this embodiment, the stack contact structure is applied without providing the wiring of the first wiring layer at least in the vicinity of the FD portion.

最初に、図9を用いて本実施形態の画素回路の平面レイアウトについて説明する。図9は、図5(b)に示した画素回路の平面レイアウト図の別の構成を示すものである。図9において、図5(b)と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図9において、第1の配線層に含まれる配線906が配置されている。配線906aは、FD部と、増幅トランジスタのゲート電極GATと、リセットトランジスタのドレインとを接続するための配線である。配線906cは、第2の配線層に含まれる配線と転送トランジスタのゲート電極GTTとを接続するための配線である。配線906dは、第2の配線層に含まれる配線と任意の半導体基板とを接続するための配線である。   First, the planar layout of the pixel circuit of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows another configuration of the planar layout diagram of the pixel circuit shown in FIG. In FIG. 9, the same components as those in FIG. In FIG. 9, the wiring 906 included in the first wiring layer is arranged. The wiring 906a is a wiring for connecting the FD portion, the gate electrode GAT of the amplification transistor, and the drain of the reset transistor. The wiring 906c is a wiring for connecting the wiring included in the second wiring layer and the gate electrode GTT of the transfer transistor. The wiring 906d is a wiring for connecting a wiring included in the second wiring layer and an arbitrary semiconductor substrate.

以下、このような画素611を元に本実施形態の光電変換装置について説明を行う。なお、本発明の画素の回路や平面レイアウトは図9に示した構成に限られず、また、選択トランジスタを有する構成であってもよい。   Hereinafter, the photoelectric conversion device of this embodiment will be described based on such a pixel 611. Note that the circuit and planar layout of the pixel of the present invention are not limited to the structure shown in FIG. 9, and may have a selection transistor.

本実施形態の光電変換装置について図10を用いて説明する。図10は、図9に基づく光電変換装置の断面模式図であり、図7(a)に示した構成の変形例を示したものである。図7(a)及び図9と同様の構成については説明を省略する。   The photoelectric conversion apparatus of this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion device based on FIG. 9 and shows a modification of the configuration shown in FIG. The description of the same configuration as that in FIGS. 7A and 9 is omitted.

図10の画素領域601及び周辺回路領域602において、半導体基板101の主面112の上に、配線部が配されている.配線部は、画素領域601及び周辺回路領域602において、複数の層間絶縁膜と複数のプラグと複数の配線層とを有する。複数のプラグは、第1の層間絶縁膜201と第2の層間絶縁膜202と第3の層間絶縁膜203に配されたプラグを含む。第1の層間絶縁膜201に配されたプラグはプラグ904、905、911等である。第2の層間絶縁膜202に配されたプラグはプラグ907a、907b、913a、913bである。第3の層間絶縁膜203に配されたプラグは、プラグ909、915である。複数の配線層は、第1の層間絶縁膜201上に配された第1の配線層と、第2の層間絶縁膜202上に配された第2の配線層と、第3の層間絶縁膜203上に配された第3の配線層とを有する。第1の配線層は配線906、912を有し、第2の配線層は配線908、914を有し、第3の配線層は配線910、916を有する。   In the pixel region 601 and the peripheral circuit region 602 in FIG. 10, a wiring portion is disposed on the main surface 112 of the semiconductor substrate 101. The wiring portion includes a plurality of interlayer insulating films, a plurality of plugs, and a plurality of wiring layers in the pixel region 601 and the peripheral circuit region 602. The plurality of plugs include plugs disposed on the first interlayer insulating film 201, the second interlayer insulating film 202, and the third interlayer insulating film 203. The plugs disposed on the first interlayer insulating film 201 are plugs 904, 905, 911 and the like. The plugs disposed in the second interlayer insulating film 202 are plugs 907a, 907b, 913a, and 913b. Plugs disposed on the third interlayer insulating film 203 are plugs 909 and 915. The plurality of wiring layers include a first wiring layer disposed on the first interlayer insulating film 201, a second wiring layer disposed on the second interlayer insulating film 202, and a third interlayer insulating film. And a third wiring layer disposed on 203. The first wiring layer has wirings 906 and 912, the second wiring layer has wirings 908 and 914, and the third wiring layer has wirings 910 and 916.

ここで、図10は図7(a)の構成と比べてFD部と増幅トランジスタのゲート電極106との接続構造が異なり、周辺回路領域602におけるトランジスタのソース・ドレイン111と第2の配線層の配線914との接続構造が異なる。具体的には、図10においてFD部と増幅トランジスタのゲート電極106とは、第2の配線層の配線ではなく第1の配線層の配線906bによって接続されている。また、ソース・ドレイン111は第1の配線層の配線を介さずにプラグ911b、913bを介して第2の配線層の配線914bと接続している。また、図10においても、FD部105の近傍のプラグ904aについては、第1の配線層を介さずに第2の層間絶縁膜202に配されたプラグ907aと接続させるスタックコンタクト構造を形成する。ここで、FD部105近傍とは、FD部を取り囲む領域やFD部105に隣接する領域である。例えば、CMOS型の光電変換装置の場合において、FD部105近傍とは、図9におけるリセットトランジスタのゲート電極GRT及び転送トランジスタのゲート電極GTTの上方等である。つまり、それらのトランジスタのゲート電極とゲート電極への制御信号を供給する配線との接続を、スタックコンタクト構造を用いて行う。そして、FD部はシェアードコンタクトで、あるいは第1の配線層の配線とコンタクトを用いて増幅トランジスタのゲート電極と接続される。本実施形態においては、FD部と接続するトランジスタのゲート電極と接続するための配線に近接する別の配線を削減することによって容量の増大を抑制することが可能となる。このような構成によって、FD部105の容量の増大を低減することが可能となり、信号の低下(感度の低下)を抑制することが可能となる。   Here, FIG. 10 differs from the configuration of FIG. 7A in the connection structure between the FD portion and the gate electrode 106 of the amplification transistor, and the source / drain 111 of the transistor and the second wiring layer in the peripheral circuit region 602 are different. The connection structure with the wiring 914 is different. Specifically, in FIG. 10, the FD portion and the gate electrode 106 of the amplification transistor are connected not by the wiring of the second wiring layer but by the wiring 906b of the first wiring layer. The source / drain 111 is connected to the wiring 914b of the second wiring layer via the plugs 911b and 913b without passing through the wiring of the first wiring layer. Also in FIG. 10, a stack contact structure is formed in which the plug 904 a in the vicinity of the FD portion 105 is connected to the plug 907 a disposed in the second interlayer insulating film 202 without passing through the first wiring layer. Here, the vicinity of the FD portion 105 is a region surrounding the FD portion or a region adjacent to the FD portion 105. For example, in the case of a CMOS type photoelectric conversion device, the vicinity of the FD portion 105 is above the gate electrode GRT of the reset transistor and the gate electrode GTT of the transfer transistor in FIG. That is, the gate electrode of these transistors and the wiring for supplying a control signal to the gate electrode are connected using the stack contact structure. The FD portion is connected to the gate electrode of the amplification transistor by a shared contact or by using the wiring and the contact of the first wiring layer. In the present embodiment, an increase in capacitance can be suppressed by reducing another wiring adjacent to a wiring for connecting to the gate electrode of the transistor connected to the FD portion. With such a configuration, an increase in the capacity of the FD unit 105 can be reduced, and a decrease in signal (a decrease in sensitivity) can be suppressed.

また、第1の層間絶縁膜に配されたプラグと第2の層間絶縁膜に配されたプラグとを接続するためだけの第1の配線層の配線を形成する場合には、第1の配線層の配線を形成するための面積を確保する必要があるため微細化を進めることが困難となる。よって、本実施形態の構成によって、微細化を容易にすることが可能となる。
また、第1の層間絶縁膜に配されたプラグと第2の層間絶縁膜に配されたプラグとを接続するためだけの第1の配線層の配線を削減できることから、例えば第1の配線層における配線同士が向かい合う領域、すなわち配線対向長を短縮することが可能となる。よって、配線間の短絡に起因する不良発生を少なくすることが可能となる。
In the case of forming the wiring of the first wiring layer only for connecting the plug disposed on the first interlayer insulating film and the plug disposed on the second interlayer insulating film, the first wiring Since it is necessary to secure an area for forming the wiring of the layer, it is difficult to advance miniaturization. Therefore, miniaturization can be facilitated by the configuration of the present embodiment.
In addition, since the wiring of the first wiring layer only for connecting the plug disposed on the first interlayer insulating film and the plug disposed on the second interlayer insulating film can be reduced, for example, the first wiring layer It is possible to shorten the area where the wirings face each other, that is, the wiring facing length. Therefore, it is possible to reduce the occurrence of defects due to a short circuit between wirings.

また、第3の実施形態に示したように、FD部105近傍でない領域においても、スタックコンタクト構造を適用してもよい。このような構成によって、低背化及び配線間の短絡に起因する不良発生を少なくすることが可能となる。
なお、図10において、周辺回路領域602の一部のプラグ911bは第1の層間絶縁膜201上に配された第1の配線層の配線と接続せず、第2の層間絶縁膜202に配されたプラグ913bと直接接続させるスタックコンタクト構造有する。このように、周辺回路領域602において、スタックコンタクト構造を混在する構成をとってもよい。特に、周辺回路領域602において静電容量の増大を望まない領域、例えば増幅部等の周りに適用することが好ましい。
Further, as shown in the third embodiment, a stack contact structure may be applied even in a region that is not in the vicinity of the FD portion 105. With such a configuration, it is possible to reduce the occurrence of defects due to a reduction in height and a short circuit between wirings.
In FIG. 10, some plugs 911 b in the peripheral circuit region 602 are not connected to the wiring of the first wiring layer disposed on the first interlayer insulating film 201, and are disposed on the second interlayer insulating film 202. The stacked contact structure is directly connected to the plug 913b. In this manner, the peripheral circuit region 602 may have a configuration in which stack contact structures are mixed. In particular, it is preferable to apply the peripheral circuit region 602 around a region where an increase in capacitance is not desired, such as an amplifying unit.

次に、図11を用いて図10の光電変換装置の製造方法の一例を説明する。図11の符号は、図10と対応しており、同一の符号を付した構成については説明を省略する。図11において、図10の光電変換装置に対応する部材については、加工前であっても加工後であっても図10と同一の符号を付している。また、第1の実施形態の製造方法(図3)と同一の工程については説明を省略する。   Next, an example of a method for manufacturing the photoelectric conversion device in FIG. 10 will be described with reference to FIG. The reference numerals in FIG. 11 correspond to those in FIG. 10, and the description of the components with the same reference numerals is omitted. In FIG. 11, members corresponding to the photoelectric conversion device in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 10 before and after processing. Explanation of the same steps as those in the manufacturing method (FIG. 3) of the first embodiment is omitted.

一般的な半導体プロセスを用いて素子分離部102、トランジスタのゲート電極104、106、109、サイドウォール107、110、フォトダイオードの電荷蓄積部103を含む半導体領域を形成する。このように形成した素子の上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜201を形成し、図11(a)の構成を得る。なお、第1の実施形態の説明時と同様に、後に第1の層間絶縁膜となる絶縁膜201と第1の層間絶縁膜201は簡単のため同一の符号を付している。他の層間絶縁膜についても同様である。   A semiconductor region including the element isolation portion 102, the gate electrodes 104, 106, and 109 of the transistors, the sidewalls 107 and 110, and the charge storage portion 103 of the photodiode is formed using a general semiconductor process. An insulating film 201 made of a silicon oxide film is formed on the element thus formed to obtain the configuration of FIG. As in the description of the first embodiment, the insulating film 201 that will later become the first interlayer insulating film and the first interlayer insulating film 201 are denoted by the same reference numerals for simplicity. The same applies to other interlayer insulating films.

次に、絶縁膜201のエッチングを行い、図10に示す各プラグのためのコンタクトホール1110〜1106を絶縁膜201に形成する(図11(b))。そして、各コンタクトホールに、プラグ904a、904b、905a、905b、911a、911bを形成し、図11(c)に示す構成を得る。
次に、図11(d)に示すように第1の配線層の配線906a、906b、912a、912bを形成する。その上を覆って、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜202を形成し、平坦化処理を行うことで、図11(d)の構造が得られる。
次に、絶縁膜202に対してエッチングを行い、図11(e)の構成を得る。図11(e)では、画素領域601には、一部のプラグ904aの上に、プラグ904aの表面を露出するビアホール1107が形成される。また、904a上以外のビアホール1108は、第1の配線層の配線906b上に、配線906bの表面を露出する形で形成される。そして周辺回路領域602には、一部のプラグ911bの上に、プラグ911bの表面を露出するビアホール1110が形成される。また、911b上以外のビアホール1109は、第1の配線層の配線212の上に、配線212の表面を露出する形で形成される。そして、図11(c)と同様に、プラグ907a、907bと、プラグ913a、213bとを形成する。その後、図10に示した第2の配線層の配線、第3の層間絶縁膜203、プラグ909とプラグ915等と、第3の配線層の配線910及び配線916等とを形成することで、図10の構造を得る。
Next, the insulating film 201 is etched to form contact holes 1110 to 1106 for the plugs shown in FIG. 10 in the insulating film 201 (FIG. 11B). Then, plugs 904a, 904b, 905a, 905b, 911a, and 911b are formed in each contact hole to obtain the configuration shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 11D, wirings 906a, 906b, 912a, and 912b of the first wiring layer are formed. An insulating film 202 made of, for example, a silicon oxide film is formed so as to cover it, and a planarization process is performed to obtain the structure of FIG.
Next, the insulating film 202 is etched to obtain the configuration shown in FIG. In FIG. 11E, a via hole 1107 that exposes the surface of the plug 904a is formed on a part of the plugs 904a in the pixel region 601. Further, the via hole 1108 other than on the 904a is formed on the wiring 906b of the first wiring layer so as to expose the surface of the wiring 906b. In the peripheral circuit region 602, a via hole 1110 exposing the surface of the plug 911b is formed on a part of the plugs 911b. Also, the via hole 1109 other than on the 911b is formed on the wiring 212 of the first wiring layer so as to expose the surface of the wiring 212. Then, as in FIG. 11C, plugs 907a and 907b and plugs 913a and 213b are formed. Thereafter, by forming the wiring of the second wiring layer shown in FIG. 10, the third interlayer insulating film 203, the plug 909 and the plug 915, and the wiring 910 and the wiring 916 of the third wiring layer, The structure of FIG. 10 is obtained.

その後、必要に応じて、プラグ、配線層、層間絶縁膜を更に形成し、保護膜、カラーフィルタ、マイクロレンズを配置することで光電変換装置が完成する。そして、更に形成した層間絶縁膜に配されるプラグ及び層間絶縁膜上に配される配線層に対してもスタックビア構造を適用しても良い。以上述べてきたように、本実施形態の光電変換装置によって、FD部の容量を低減させることが可能となる。本実施形態は、画素領域と周辺回路領域との配線層数は同一でもよく限定されない。   Thereafter, if necessary, a plug, a wiring layer, and an interlayer insulating film are further formed, and a protective film, a color filter, and a microlens are arranged to complete the photoelectric conversion device. Further, a stacked via structure may be applied to a plug disposed on the further formed interlayer insulating film and a wiring layer disposed on the interlayer insulating film. As described above, the photoelectric conversion device of this embodiment can reduce the capacity of the FD unit. In the present embodiment, the number of wiring layers in the pixel region and the peripheral circuit region may be the same and is not limited.

(第5の実施形態)
本実施形態は、第2の実施形態と同様に第4の実施形態の配線層に各種ダマシン構造を適用した構成である。本実施形態について、図12を用いて説明する。図12は光電変換装置の断面模式図である。図12は、図10の半導体基板101から第2の配線層の配線908及び配線914の間の部分に対応する構成を示した物である。図12において、図10と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。また、ダマシン構造については第2の実施形態と同様である。本実施形態のようなダマシン構造の配線層及びプラグを有することで、微細な配線(幅、厚みともに)が形成可能となり、更に配線レイアウトの自由度を向上させることが可能となる。また、第4の実施形態の光電変換装置に比べて層間絶縁膜の厚さを低減することが可能となる。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, as in the second embodiment, various damascene structures are applied to the wiring layer of the fourth embodiment. This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a photoelectric conversion device. FIG. 12 shows a configuration corresponding to a portion between the semiconductor substrate 101 in FIG. 10 and the wiring 908 and the wiring 914 in the second wiring layer. 12, the same components as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The damascene structure is the same as that of the second embodiment. By having a damascene wiring layer and a plug as in the present embodiment, it is possible to form fine wiring (both width and thickness), and to further improve the degree of freedom of wiring layout. Further, the thickness of the interlayer insulating film can be reduced as compared with the photoelectric conversion device of the fourth embodiment.

まず、図12(a)の光電変換装置は、図10の画素領域601における第2の配線層の配線908及び周辺回路領域602における第2の配線層の配線914がシングルダマシン構造となっている。シングルダマシン構造の第2の配線層の配線1208及び配線1214は、導電体として銅を有しており、いわゆる銅配線である。そして、配線1208及び配線1214の上には銅の拡散防止膜1202、1203が配されている。   First, in the photoelectric conversion device in FIG. 12A, the wiring 908 in the second wiring layer in the pixel region 601 in FIG. 10 and the wiring 914 in the second wiring layer in the peripheral circuit region 602 have a single damascene structure. . The wiring 1208 and the wiring 1214 in the second wiring layer having a single damascene structure have copper as a conductor and are so-called copper wirings. Copper diffusion prevention films 1202 and 1203 are disposed on the wiring 1208 and the wiring 1214.

図12(a)の光電変換装置の製造方法について、第4の実施形態と異なる部分を説明する。第4の実施形態と同様にプラグ907a、907b及びプラグ913a、913bまでを形成した後、第2の層間絶縁膜202上に層間絶縁膜1201を形成する。そして、層間絶縁膜1201に第2の配線層のための配線溝をエッチング等によって形成する。次に、配線溝の内壁を覆い、層間絶縁膜1201の上面を覆うように、窒化チタン等のバリアメタルの膜を形成する。その後、バリアメタルの膜が配された配線溝を埋め、バリアメタルの膜が形成された層間絶縁膜1201の上面を覆うように、銅の膜を形成する。配線溝以外に形成されたバリアメタルの膜と銅の膜をCMPなどによって除去し、銅配線が形成される。図12において、1204a、1204b、1205a、1205bはバリアメタルである。最後に、銅配線の上を覆うようにシリコン窒化膜などの銅のための拡散防止膜を形成し、必要に応じて拡散防止膜のパターニングを行い、図12(a)に示す光電変換装置の構成が得られる。この後、配線層やプラグを所望の構成になるまで形成すればよい。その際はシングルダマシンに限らず、デュアルダマシンを用いて形成してもよい。   The manufacturing method of the photoelectric conversion device in FIG. 12A will be described with respect to differences from the fourth embodiment. Similarly to the fourth embodiment, after the plugs 907 a and 907 b and the plugs 913 a and 913 b are formed, an interlayer insulating film 1201 is formed on the second interlayer insulating film 202. Then, a wiring groove for the second wiring layer is formed in the interlayer insulating film 1201 by etching or the like. Next, a barrier metal film such as titanium nitride is formed so as to cover the inner wall of the wiring trench and the upper surface of the interlayer insulating film 1201. Thereafter, a copper film is formed so as to fill the wiring trench in which the barrier metal film is disposed and to cover the upper surface of the interlayer insulating film 1201 on which the barrier metal film is formed. The barrier metal film and the copper film formed other than the wiring trench are removed by CMP or the like to form a copper wiring. In FIG. 12, 1204a, 1204b, 1205a, and 1205b are barrier metals. Finally, a diffusion prevention film for copper such as a silicon nitride film is formed so as to cover the copper wiring, and patterning of the diffusion prevention film is performed as necessary, so that the photoelectric conversion device shown in FIG. A configuration is obtained. Thereafter, wiring layers and plugs may be formed until a desired configuration is obtained. In that case, you may form using not only single damascene but dual damascene.

図12(b)の光電変換装置は、図12(a)の構成に加えて、第1の配線層の配線1206、1212がシングルダマシン構造となっている。図12(b)の製造方法は図12(a)や図4(b)の場合とほぼ同様であるため、その説明を省略する。図12(b)において、拡散防止膜1207および1208が第1の配線層の配線上に配置されている。また、1209、1210は層間絶縁膜である。   In the photoelectric conversion device in FIG. 12B, the wirings 1206 and 1212 in the first wiring layer have a single damascene structure in addition to the configuration in FIG. The manufacturing method in FIG. 12B is almost the same as that in FIGS. 12A and 4B, and the description thereof is omitted. In FIG. 12B, diffusion prevention films 1207 and 1208 are disposed on the wiring of the first wiring layer. Reference numerals 1209 and 1210 denote interlayer insulating films.

次に、図12(c)の光電変換装置は、図12(b)のように第1の配線層の配線912がシングルダマシン構造となっている。そして、図12(c)の光電変換装置は、図12(b)における第2の配線層の配線1208a、1208bとプラグ907a、907bとがデュアルダマシン構造1220、1221を有している。また、配線1214a、1214bとプラグ1213a、1213bとが、デュアルダマシン構造1222、1223を有している。図12(c)の製造方法は図12(b)や図4(c)と同様であるため、その説明を省略する。   Next, in the photoelectric conversion device of FIG. 12C, the wiring 912 of the first wiring layer has a single damascene structure as shown in FIG. In the photoelectric conversion device in FIG. 12C, the wirings 1208a and 1208b and the plugs 907a and 907b in the second wiring layer in FIG. 12B have dual damascene structures 1220 and 1221, respectively. The wirings 1214a and 1214b and the plugs 1213a and 1213b have dual damascene structures 1222 and 1223, respectively. The manufacturing method of FIG. 12C is the same as that of FIG. 12B and FIG.

本実施形態のようなダマシン構造の配線層及びプラグを有することで、微細な配線(幅、厚みともに)が形成可能である。また、デュアルダマシン構造においては配線層とプラグとが同一工程で形成されることから、例えばプラグを形成するためのCMP工程におけるプロセスマージンを設けずに済むため、プロセスマージン分の層間絶縁膜の厚みを低減することが可能である。よって、本実施形態の光電変換装置によれば、第1の実施形態の光電変換装置に比べて更に層間絶縁膜の厚さを低減することが可能となる。   By having a damascene wiring layer and a plug as in this embodiment, fine wiring (both width and thickness) can be formed. In the dual damascene structure, since the wiring layer and the plug are formed in the same process, for example, it is not necessary to provide a process margin in the CMP process for forming the plug. Can be reduced. Therefore, according to the photoelectric conversion device of the present embodiment, the thickness of the interlayer insulating film can be further reduced as compared with the photoelectric conversion device of the first embodiment.

また、本実施形態のように銅配線を適用する場合には、第1の層間絶縁膜201に配されるプラグ904、905、911にはタングステンを主成分とする導電体を用いることが好ましい。半導体基板との接続のためのプラグに銅を主成分とする導電体を用いてしまうと、銅の拡散係数が大きいため、半導体基板への銅の拡散が生じ、暗電流などの問題が生じてしまう可能性があるためである。   When copper wiring is applied as in this embodiment, it is preferable to use a conductor mainly composed of tungsten for the plugs 904, 905, and 911 disposed in the first interlayer insulating film 201. If a conductor composed mainly of copper is used as a plug for connection to a semiconductor substrate, the copper diffusion coefficient is large, causing copper diffusion to the semiconductor substrate, resulting in problems such as dark current. This is because there is a possibility that it will end.

(第6の実施形態)
本実施形態の光電変換装置は、第4の実施形態にシェアードコンタクト構造を用いる構成を有する。ここで、シェアードコンタクト構造とは図10における第1の層間絶縁膜201に配されたプラグ905a及び905bが、FD部105と増幅トランジスタのゲート電極106とを配線906aを介することなく電気的に接続する構造である。本実施形態の光電変換装置について、図13(a)を用いて説明を行う。図13(a)は図10と対応した図面であり、同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
(Sixth embodiment)
The photoelectric conversion device of this embodiment has a configuration using a shared contact structure in the fourth embodiment. Here, the shared contact structure means that the plugs 905a and 905b disposed in the first interlayer insulating film 201 in FIG. 10 electrically connect the FD portion 105 and the gate electrode 106 of the amplification transistor without the wiring 906a. It is a structure to do. The photoelectric conversion device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13A is a diagram corresponding to FIG. 10, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図13(a)に示した光電変換装置は、シェアードコンタクト構造のプラグ1305を有しており、プラグ1305によってFD部105と増幅トランジスタのゲート電極106とを接続している。つまり、プラグ1305によって、FD部105と増幅トランジスタのゲート電極106とが電気的に接続される。このような構成においても、他の実施形態と同様に、スタックコンタクト構造を形成することが可能である。さらにシェアードコンタクト構造を用いることでFD部近傍の中間配線層を廃することができるため、FD部の容量を低減することが可能である。   The photoelectric conversion device illustrated in FIG. 13A includes a plug 1305 having a shared contact structure, and the FD portion 105 and the gate electrode 106 of the amplification transistor are connected by the plug 1305. That is, the FD portion 105 and the gate electrode 106 of the amplification transistor are electrically connected by the plug 1305. Even in such a configuration, it is possible to form a stack contact structure as in the other embodiments. Furthermore, since the intermediate wiring layer near the FD portion can be eliminated by using the shared contact structure, the capacity of the FD portion can be reduced.

また、本実施形態の変形例について、図13(b)を用いて説明する。図13(b)の光電変換装置は図13(a)の構成における画素領域より周辺回路領域の配線層数が多い構成である。このような構成によって、回路の大規模化が顕著な周辺回路部の配線層数のみを増やすことができ、かつ画素領域の半導体基板と最近接配線の距離は維持することができることから感度の向上につながる。また、このように周辺回路部の配線層数だけ増やす構造はシェアードコンタクト構造を用いなくとも実現可能である(不図示)。   A modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. The photoelectric conversion device in FIG. 13B has a configuration in which the number of wiring layers in the peripheral circuit region is larger than that in the pixel region in the configuration in FIG. With this configuration, it is possible to increase only the number of wiring layers in the peripheral circuit area where the scale of the circuit is remarkable, and to maintain the distance between the semiconductor substrate in the pixel region and the closest wiring, thereby improving sensitivity. Leads to. Further, a structure in which the number of wiring layers in the peripheral circuit portion is increased as described above can be realized without using a shared contact structure (not shown).

また、スタックコンタクト構造は2つのプラグに限らず、図13(b)のプラグ1302a、1303a、1304aに示すような3つ以上のプラグを直接接続させた構成を有していてもよい。また、周辺回路部において、配線を介した接続(1308〜1310)やスタックコンタクト構造(1306と1307)が混在していてもよい。更に、スタックコンタクト構造は第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜に配されたプラグのみならず、第2の層間絶縁膜と第3の層間絶縁膜に配されたプラグで構成されていてもよい。これは他の実施形態においても同様である。   Further, the stack contact structure is not limited to two plugs, and may have a configuration in which three or more plugs as shown in plugs 1302a, 1303a, and 1304a in FIG. 13B are directly connected. In the peripheral circuit portion, connections (1308 to 1310) via wiring and stack contact structures (1306 and 1307) may be mixed. Further, the stack contact structure includes not only plugs disposed on the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film but also plugs disposed on the second interlayer insulating film and the third interlayer insulating film. May be. The same applies to other embodiments.

本発明は、CMOS型の光電変換装置に限らず、複数の配線層を有する光電変換装置に適用可能である。また、いくつかの実施形態にて示したシェアードコンタクト構造のプラグは周辺回路領域に配されていてもよい。更に、本発明において、容量の増大を抑制する部分としてFD部の近傍に関して述べてきたが、周辺回路部の増幅部の近傍など、容量の増大を望まない任意の部分に適用することが可能である。   The present invention is not limited to a CMOS type photoelectric conversion device, but can be applied to a photoelectric conversion device having a plurality of wiring layers. Further, the plugs of the shared contact structure shown in some embodiments may be arranged in the peripheral circuit region. Furthermore, in the present invention, the vicinity of the FD portion has been described as a portion that suppresses the increase in capacitance. However, the present invention can be applied to any portion that does not require an increase in capacitance, such as the vicinity of the amplification portion in the peripheral circuit portion. is there.

以上説明してきた本発明の各実施形態の構成は適宜変更可能であり、また組み合わせも可能である。また、第4〜第6の実施形態に記載の光電変換装置を撮像システムに適用できることも明らかである。   The configurations of the embodiments of the present invention described above can be changed as appropriate and can be combined. It is also clear that the photoelectric conversion devices described in the fourth to sixth embodiments can be applied to an imaging system.

100 光電変換装置
101 半導体基板
102 素子分離
103 電荷蓄積部
104、106、109 MOSトランジスタのゲート電極
105 フローティングディフュージョン部(FD部)
107、110 サイドウォール
108、111 MOSトランジスタのソース・ドレイン
201〜203 第1〜第3の層間絶縁膜
204〜6、208、210、212、214 プラグ
211 第1の配線層の配線
207、213 第2の配線層の配線
209、215 第3の配線層の配線
601 画素領域
602 周辺回路領域
603 オプティカルブラック領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Photoelectric conversion apparatus 101 Semiconductor substrate 102 Element isolation 103 Charge storage part 104,106,109 Gate electrode of MOS transistor 105 Floating diffusion part (FD part)
107, 110 Side walls 108, 111 MOS transistor source / drain 201-203 First to third interlayer insulating films 204-6, 208, 210, 212, 214 Plug 211 First wiring layer wiring 207, 213 First Second wiring layer wiring 209, 215 Third wiring layer wiring 601 Pixel region 602 Peripheral circuit region 603 Optical black region

Claims (12)

光電変換素子と、フローティングディフュージョン部と、前記光電変換素子の電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送する転送トランジスタと、前記フローティングディフュージョン部の電位に基づく信号を出力する増幅トランジスタとが配された半導体基板と、
第1の配線層と、前記第1の配線層の上に配される第2の配線層とを含む複数の配線層と、を有する光電変換装置において、
前記転送トランジスタのゲート電極と、前記第2の配線層とがスタックコンタクト構造で接続されていることを特徴とする光電変換装置。
A semiconductor substrate on which a photoelectric conversion element, a floating diffusion portion, a transfer transistor that transfers charges of the photoelectric conversion element to the floating diffusion portion, and an amplification transistor that outputs a signal based on the potential of the floating diffusion portion; ,
In a photoelectric conversion device having a first wiring layer and a plurality of wiring layers including a second wiring layer disposed on the first wiring layer,
A photoelectric conversion device, wherein a gate electrode of the transfer transistor and the second wiring layer are connected in a stack contact structure.
請求項1に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する信号処理回路と、を有することを特徴とする撮像システム。
The photoelectric conversion device according to claim 1;
An image pickup system, comprising: a signal processing circuit that processes a signal output from the photoelectric conversion device.
光電変換素子とトランジスタとを含む画素が複数配された画素領域と、
トランジスタを有し、前記画素領域よりも多くの配線層を有する周辺回路領域と、が配された半導体基板と、
第1の層間絶縁膜と前記第1の層間絶縁膜の上に配された第2の層間絶縁膜とを含む複数の層間絶縁膜と、第1の配線層と前記第1の配線層の上に配される第2の配線層とを含む複数の配線層とを有する前記半導体基板の上に配された配線部と、
を有する光電変換装置において、
前記配線部は、前記第1の配線層と前記第1の配線層と接続する前記第1の層間絶縁膜に配されたプラグとを前記周辺回路領域に有し、前記第2の配線層と前記第2の配線層と接続する前記第1の層間絶縁膜に配されたプラグと前記第2の層間絶縁膜に配されたプラグとを前記画素領域に有し、
前記半導体基板に最も近接して配された配線層は、前記周辺回路領域において前記第1の配線層であり、前記画素領域において前記第2の配線層であることを特徴とする光電変換装置。
A pixel region in which a plurality of pixels including photoelectric conversion elements and transistors are arranged;
A semiconductor substrate having a transistor and a peripheral circuit region having more wiring layers than the pixel region;
A plurality of interlayer insulating films including a first interlayer insulating film and a second interlayer insulating film disposed on the first interlayer insulating film; and on the first wiring layer and the first wiring layer A wiring portion disposed on the semiconductor substrate, the wiring portion including a plurality of wiring layers including a second wiring layer disposed on
In a photoelectric conversion device having
The wiring portion includes the first wiring layer and a plug disposed in the first interlayer insulating film connected to the first wiring layer in the peripheral circuit region, and the second wiring layer A plug disposed in the first interlayer insulating film connected to the second wiring layer and a plug disposed in the second interlayer insulating film in the pixel region;
The wiring layer arranged closest to the semiconductor substrate is the first wiring layer in the peripheral circuit region, and the second wiring layer in the pixel region.
前記画素領域に配された前記第1の層間絶縁膜に配されたプラグと前記第2の層間絶縁膜に配されたプラグは、互いに接して積層されるスタックコンタクト構造を有することを特徴とする請求項3の光電変換装置。   The plug disposed in the first interlayer insulating film disposed in the pixel region and the plug disposed in the second interlayer insulating film have a stack contact structure in which the plugs are stacked in contact with each other. The photoelectric conversion device according to claim 3. 前記画素領域に配されたトランジスタは、前記光電変換素子にて生じた電荷を転送する転送トランジスタと、前記電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタとを含み、
前記配線部は、前記転送トランジスタが電荷を転送するフローティングディフュージョン部と前記画素領域の増幅トランジスタのゲート電極とを接続するシェアードコンタクト構造のプラグを前記第1の層間絶縁膜に有することを特徴とする請求項4の光電変換装置。
The transistor disposed in the pixel region includes a transfer transistor that transfers charges generated in the photoelectric conversion element, and an amplification transistor that outputs a signal based on the charges,
The wiring portion includes a plug having a shared contact structure in the first interlayer insulating film that connects a floating diffusion portion to which the transfer transistor transfers charges and a gate electrode of the amplification transistor in the pixel region. The photoelectric conversion device according to claim 4.
前記第1の配線層の少なくとも一部は、前記シェアードコンタクト構造のプラグの上に配され、前記フローティングディフュージョン部の上に配されたことを特徴とする請求項5に記載の光電変換装置。   6. The photoelectric conversion device according to claim 5, wherein at least a part of the first wiring layer is disposed on the plug of the shared contact structure and is disposed on the floating diffusion portion. 前記第1の層間絶縁膜に配されたプラグと前記第1の層間絶縁膜に配されたプラグと前記第2の層間絶縁膜に配されたプラグはバリアメタル膜と導電体とで形成されており、
前記バリアメタル膜の材料はチタン、タンタル、シリコン、タングステンのいずれかを含み、
前記導電体の材料はタングステンを含むことを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。
The plug disposed on the first interlayer insulating film, the plug disposed on the first interlayer insulating film, and the plug disposed on the second interlayer insulating film are formed of a barrier metal film and a conductor. And
The material of the barrier metal film includes any of titanium, tantalum, silicon, and tungsten,
The photoelectric conversion device according to claim 3, wherein the material of the conductor includes tungsten.
前記複数の配線層の材料は、銅あるいはアルミニウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 3, wherein a material of the plurality of wiring layers includes either copper or aluminum. 前記配線部は、前記周辺回路領域において、前記第2の配線層と接続する前記第2の層間絶縁膜に配されたプラグを有し、
前記画素領域の前記第2の層間絶縁膜に配されたプラグは前記周辺回路領域の前記第2の層間絶縁膜に配されたプラグよりも長いことを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。
The wiring portion has a plug disposed on the second interlayer insulating film connected to the second wiring layer in the peripheral circuit region,
4. The photoelectric conversion according to claim 3, wherein a plug disposed in the second interlayer insulating film in the pixel region is longer than a plug disposed in the second interlayer insulating film in the peripheral circuit region. apparatus.
前記光電変換装置は、基準信号を得るための遮光された画素を有するオプティカルブラック領域を有し、
前記オプティカルブラック領域の前記配線部は、前記第1の配線層と、前記第1の配線層と接続する前記第1の層間絶縁膜に配されたプラグとを有し、
前記オプティカルブラック領域の前記半導体基板に最も近接して配された配線層は、前記第1の配線層であることを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device has an optical black region having light-shielded pixels for obtaining a reference signal,
The wiring portion of the optical black region includes the first wiring layer and a plug disposed on the first interlayer insulating film connected to the first wiring layer;
4. The photoelectric conversion device according to claim 3, wherein a wiring layer disposed closest to the semiconductor substrate in the optical black region is the first wiring layer. 5.
請求項2に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する信号処理回路と、を有することを特徴とする撮像システム。
The photoelectric conversion device according to claim 2;
An image pickup system, comprising: a signal processing circuit that processes a signal output from the photoelectric conversion device.
光電変換素子とトランジスタとを含む画素が複数配された画素領域と、
トランジスタを有し、前記画素領域よりも多くの配線層を有する周辺回路領域と、が配された半導体基板と、
前記半導体基板の上に配された、複数の層間絶縁膜と、複数の配線層と、を有する配線部と、を有する光電変換装置の製造方法において、
前記半導体基板の上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜に複数のプラグを形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜に形成された複数のプラグの一部に接続する第1の配線層を前記周辺回路領域の前記第1の層間絶縁膜の上に形成する工程と、
前記第1の配線層を形成する工程の後に、第2の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜の一部を除去し、前記画素領域において前記第1の層間絶縁膜に形成された複数のプラグの一部を露出するホールと前記周辺回路領域において前記第1の配線層の一部が露出するホールとを前記第2の層間絶縁膜に形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜に形成されたホールに導電体を埋めることで、前記第2の層間絶縁膜にプラグを形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜にプラグを形成する工程の後に、前記第2の層間絶縁膜の上に第2の配線層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
A pixel region in which a plurality of pixels including photoelectric conversion elements and transistors are arranged;
A semiconductor substrate having a transistor and a peripheral circuit region having more wiring layers than the pixel region;
In a method of manufacturing a photoelectric conversion device having a plurality of interlayer insulating films disposed on the semiconductor substrate and a wiring portion having a plurality of wiring layers,
Forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a plurality of plugs in the first interlayer insulating film;
Forming a first wiring layer connected to a part of the plurality of plugs formed in the first interlayer insulating film on the first interlayer insulating film in the peripheral circuit region;
A step of forming a second interlayer insulating film after the step of forming the first wiring layer;
A part of the second interlayer insulating film is removed and a hole exposing a part of the plurality of plugs formed in the first interlayer insulating film in the pixel region and the first wiring in the peripheral circuit region Forming a hole exposing a part of the layer in the second interlayer insulating film;
Forming a plug in the second interlayer insulating film by filling a conductor in a hole formed in the second interlayer insulating film;
A step of forming a second wiring layer on the second interlayer insulating film after the step of forming a plug in the second interlayer insulating film;
A process for producing a photoelectric conversion device comprising:
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