JP5700945B2 - 光電変換装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
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)におけるA−B線の断面であり、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。
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。
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。固体撮像装置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。
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
Claims (10)
- 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、前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜との間に配された第1の配線層と前記第2の層間絶縁膜の上に配される第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。 - 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1の光電変換装置。
- 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、前記電荷を増幅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2の光電変換装置。 - 前記第2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部に配され、前記フローティングディフュージョン部の上部に配されたことを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。
- 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1乃至4のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 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1乃至5のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 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1乃至6のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 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1乃至7のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 請求項1乃至8のいずれか一項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。 - 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。
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