KR101708055B1 - 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 고체 촬상 장치는, 기판에 형성되고 입사하는 빛의 광전 변환에 의해 신호 전하를 생성하는 수광부와, 상기 수광부에서 생성된 신호 전하가 전송되는 플로팅 디퓨전부와, 상기 신호 전하를 상기 플로팅 디퓨전부에 전송하는 전송 트랜지스터와 상기 플로팅 디퓨전부의 전위에 대응하는 픽셀 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터를 포함하는 복수의 MOS 트랜지스터와, 상기 기판의 상층에 형성되고 상기 MOS 트랜지스터에 콘택트부를 이용하여 전기적으로 접속되는 복수의 배선층으로 된 다층 배선층과, 상기 기판의 상층으로 상기 다층 배선층보다도 하층의 하부 배선층으로 되고, 적어도 상기 플로팅 디퓨전부를 차광한 영역에 형성되고, 콘택트부를 이용하여 상기 플로팅 디퓨전부에 전기적으로 접속되는 차광막을 포함하여 구성된다.

Description

고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기{SOLID-STATE IMAGING DEVICE, FABRICATION METHOD FOR THE SAME, AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은, 고체 촬상 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 플로팅 디퓨전부에 신호 전하를 전송하는 CMOS형 고체 촬상 장치와 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 그 고체 촬상 장치를 이용한 전자 기기에 관한 것이다.
고체 촬상 장치는, 일반적으로 CCD(Charge Coupled Device)형 고체 촬상 장치와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형 고체 촬상 장치로 분류된다. CCD형 고체 촬상 장치와 CMOS형 고체 촬상 장치를 비교하면, CCD형 고체 촬상 장치에서는 신호 전하의 전송에 높은 구동 전압을 필요하기 때문에, CMOS형 고체 촬상 장치와 비교하여 전원 전압이 높아지지 않을 수 없다. 그러므로, CMOS형 고체 촬상 장치는, 소비 전력의 관점 등에서, CCD형 고체 촬상 장치에 비하여 더 유리하다.
그러므로, CCD형 고체 촬상 장치에 비하여 더 많은 이점이 있는 CMOS형 고체 촬상 장치가, 카메라와 PDA(Personal Digital Assistants) 등이 장착된 휴대폰과 같은 모바일 기기에 고체 촬상 장치로서 더 많이 사용되고 있다.
CMOS형 고체 촬상 장치는, 포토 다이오드를 포함하고, 수광에 따른 신호 전하를 생성하는 수광부와, 수광부에서 생성된 신호 전하를 받아들이는 플로팅 디퓨전부와, 복수의 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 복수의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터로서는, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터와, 선택 트랜지스터(필요에 따라)를 들 수 있다. 이러한 MOS 트랜지스터들은, 다층 배선층에서 소정의 배선층에 접속된다. CMOS형 고체 촬상 장치에서는, 수광부에서 생성되고, 축적된 신호 전하는, 전송 트랜지스터에 의해 픽셀마다 플로팅 디퓨전부로 전송된다. 그리고, 플로팅 디퓨전부로 전송된 신호 전하는, 증폭 트랜지스터에 의해 증폭되고, 선택적으로 다층 배선층에 형성된 수직 신호선으로 출력된다.
그런데, 이와 같은 CMOS형 고체 촬상 장치에서는, 수광부인 포토 다이오드로 입사한 빛을 효율 좋게 수집하기 위해, 그 상부를 폭넓게 개구하는 것이 바람직하다. 한편, 플로팅 디퓨전부에서는, 수광부로부터 전송된 신호 전하를 받아들이는 동안 빛이 들어가면, 광전 변환이 발생하여, 노이즈의 원인이 된다. 그러므로, 플로팅 디퓨전부는 차광되는 것이 바람직하다.
종래의 CMOS형 고체 촬상 장치에서는, 플로팅 디퓨전부의 차광은, 기판의 상층에 형성된 다층 배선층을 이용하여 이루어지고 있다. 그러나, 픽셀부도, 다른 주변 회로의 경우와 마찬가지로, CMOS 프로세스를 이용하여 형성하기 때문에, CCD형 고체 촬상 장치의 경우와 비교하여, 배선층이 플로팅 디퓨전부와 최단거리에 배치되지 않을 수 있다. 그러므로, 차광막을 구성하는 배선층과 플로팅 디퓨전부의 사이의 거리를 줄일 수 없고, 플로팅 디퓨전부로 빛이 누설되는 것을 막을 수 없다.
그러한 문제점을 감안하여, 일본 특허 공개 제2004-140152공보에서는, 플로팅 디퓨전부의 차광을, 복수층 구조의 게이트 전극막을 이용하여 형성한 CMOS형 고체 촬상 장치가 개시되어 있다. 이 기술에서는, 차광이, 플로팅 디퓨전부 상의 부근에서 이루어지기 때문에, 플로팅 디퓨전부로의 빛의 누설이 억압될 수 있다. 그렇지만, 게이트 전극막을 복수 층으로 형성하기 위해서는, 게이트 전극막은 실리사이드 구조로 되고, 제조 프로세스가 복잡하게 되는 등의 문제가 있다. 또한, 게이트 전극의 단차 때문에 콘택트부를 위한 개구를 작게 형성하는 것이 어렵다. 그러므로, 콘택트부를 형성하기 위해 플로팅 디퓨전부의 면적을 크게 형성할 필요가 있다. 또한, 게이트 전극막 간의 큰 기생 용량에 기인하는, 게이트 전극막 간의 간섭이 우려된다.
또한, 일본 특허 공개 제2004－71931호 공보에서는, 플로팅 디퓨전부와 증폭 트랜지스터의 게이트 전극을, 배선을 이용하지 않고 전기적으로 접속하는 것에 의한 기술이 개시되어 있다. 이것은 배선층의 레이아웃의 자유도를 향상시켜, 수광부의 개구의 크기를 넓히는 것이 가능하도록 되어 있다. 그러나, 일본 특허 공개 제2004－71931호 공보에 따르면, 플로팅 디퓨전부은, 상층에 배치된 다층 배선층에 있는 배선을 이용하여 차광 된다. 이 때문에, 차광막과 플로팅 디퓨전부의 사이로 빛이 들어가, 빛을 충분히 차광하지 못하게 된다.
본 발명은 상술한 점을 감안하여 이루진 것으로, 플로팅 디퓨전부의 차광이 유효하게 이루어지고, 향상된 화질을 도모하는 고체 촬상 장치 제공을 목적으로 한다. 또한, 그 고체 촬상 장치를 이용한 전자 기기 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 고체 촬상 장치는, 수광부와, 플로팅 디퓨전부와, 복수의 MOS 트랜지스터와, 다층 배선층과, 차광막을 포함한다. 수광부는, 기판에 형성되고, 입사한 빛의 광전 변환에 의해 신호 전하를 생성한다. 플로팅 디퓨전부는, 수광부에서 생성된 신호 전하가 전송되는 영역이다. 복수의 MOS 트랜지스터는, 신호 전하를 플로팅 디퓨전부로 전송하는 전송 트랜지스터와, 플로팅 디퓨전부의 전위에 대응하는 픽셀 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터를 포함한다. 다층 배선층은, 기판의 상층에 형성되고, 콘택트부를 이용하여 MOS 트랜지스터에 전기적으로 접속된 복수의 배선층으로 구성된다. 차광막은, 기판의 상층으로, 다층 배선층보다도 하층에 하부 배선층에 의해 구성된다. 차광막은, 적어도 플로팅 디퓨전부를 차광하는 영역에 형성되고, 콘택트부를 이용하여 플로팅 디퓨전부에 전기적으로 접속되어 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치에서는, 플로팅 디퓨전부가, 하부 배선층으로 된 차광막에 의해 차광된다. 하부 배선층은, 다층 배선막보다도 하층이고, 기판의 상측 표면에 가까운 위치에 형성된다. 그러므로 이 하부 배선층으로 된 차광막은, 플로팅 디퓨전부로 빛이 누설되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 먼저, 기판에, 수광부와 플로팅 디퓨전부를 형성한다. 그 다음, 기판상에 제 1 절연층을 형성한다. 그 다음, 플로팅 디퓨전부가 노출되도록, 제 1 절연층에 개구부를 형성한다. 그 다음, 개구부를 금속재료로 매립하여, 콘택트부를 형성한다. 그 다음, 상기 플로팅 디퓨전부를 차광하는 영역에, 콘택트부를 포함하는 제 1 절연층 상에 형성된 하부 배선층에 의해 차광막이 형성된다. 또한, 차광막을 포함하는 제 1 절연층 상에 제 2 절연층을 형성한다. 그 다음, 제 2 절연층 상에, 복수의 배선층을 갖는 다층 배선층을 형성한다.
또, 본 발명의 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 먼저, 기판에, 수광부, 플로팅 디퓨전부, 및 MOS 트랜지스터의 원하는 소스 또는 드레인으로 구성하는 불순물 영역을 형성한다. 그 다음, 플로팅 디퓨전부와 불순물 영역부 상의 제 1 절연층을 개구하여, 플로팅 디퓨전부 및 상기 불순물 영역이 노출하는 개구부를 형성한다. 그 다음, 제 1 절연층에 형성된 개구부를 금속재료로 매립하여, 콘택트부를 형성한다. 그리고, 플로팅 디퓨전부를 차광하는 영역에, 플로팅 디퓨전부에 형성된 콘택트부를 포함하는 제 1 절연층 상에 형성된 하부 배선층에 의해 차광막을 형성한다. 또한, 불순물 영역 상에 형성된 콘택트부를 포함하는 제 1 절연층 상에 형성된 하부 배선층에 의해 중간막을 형성한다. 그 다음, 차광막 및 중간막을 포함하는 제 1 절연층 상에, 제 2 절연층을 형성한다. 그리고, 중간막이 노출되도록, 제 2 절연층에 개구부를 형성한다. 그 다음, 제 2 절연층에 형성된 개구부를 금속재료로 매립하여, 콘택트부를 형성한다. 그리고, 제 2 절연층에 형성된 콘택트부에 접속된 배선을 포함하는, 복수의 배선층을 갖는 다층 배선층을 형성한다.
또, 본 발명의 전자 기기는, 광학 렌즈와, 상술한 고체 촬상 장치와, 신호 처리 회로를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의하면, 노이즈에 의한 화질의 열화가 억제된 고체 촬상 장치, 및 그 고체 촬상 장치를 이용한 전자 기기를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 전체를 나타내는 대략 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 1 픽셀분의 평면 레이아웃이다.
도 3은, 도 2의 Ⅲ－Ⅲ 선에 따른 단면 구성도이다.
도 4는, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 1 픽셀분의 회로 구성이다.
도 5는, 차광막과 게이트 전극 사이의 전기적 접속의 일례를 나타내는 단면 구성도이다.
도 6은, 차광막과 게이트 전극 사이의 전기적 접속의 다른 예를 나타내는 단면 구성도이다.
도 7의 A 내지 C는, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 8의 D와 E는, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 9의 F 내지 H는, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 제 2의 실시 형태에 따른 1 픽셀분의 평면 레이아웃이다.
도 11은, 도 10의 XI－XI 선에 따른 단면 구성도이다.
도 12는, 본 발명의 제 3의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 대략 단면 구성도이다.
도 13의 A 내지 C는, 본 발명의 제3의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 14의 D와 E는, 본 발명의 제3의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 15의 A와 B는, 본 발명의 제4의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 대략 단면 구성도이다.
도 16은, 본 발명의 제5의 실시 형태에 따른 전자 기기의 대략 구성도이다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치와, 고체 촬상 장치의 제조 방법, 및 전자 기기의 일례를, 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 이하의 순서로 설명하다. 또한, 본 발명은 이하의 예로 한정된 것이 아니다.
1. 제 1의 실시 형태：고체 촬상 장치
1. 1 고체 촬상 장치 전체의 구성
1. 2 주요 부분의 구성
1. 3 고체 촬상 장치의 제조 방법
2. 제 2의 실시 형태：고체 촬상 장치
3. 제 3의 실시 형태: 고체 촬상 장치
3. 1 주요 부분의 구성
3. 2 고체 촬상 장치의 제조 방법
4. 제 4의 실시 형태: 고체 촬상 장치
5. 제 5의 실시 형태: 전자 기기
1. 제 1의 실시 형태：고체 촬상 장치
[1. 1 고체 촬상 장치 전체의 구성］
도 1은, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 전체 구성을 나타내는 대략 구성도이다.
본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(1)는, 실리콘으로 된 기판(11) 상에 배열된 복수의 픽셀(2)로부터 구성된 픽셀부(3)와, 수직 구동 회로(4)와, 칼럼 신호 처리 회로(5)와, 수평 구동 회로(6)와, 출력 회로(7)와, 제어 회로(8) 등을 포함한다.
픽셀(2)은, 포토 다이오드로 된 수광부와, 복수의 MOS 트랜지스터로 구성되고, 기판(11) 상에, 2차원 배열로 규칙적으로 배열된다. 픽셀(2)을 구성하는 MOS 트랜지스터는, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 증폭 트랜지스터를 포함하는 4개의 MOS 트랜지스터로 구성될 수 있다. 또한, MOS 트랜지스터는 선택 트랜지스터를 제외한 3개의 트랜지스터로 구성될 수도 있다.
픽셀부(3)는, 규칙적인 2차원 배열로 배열된 픽셀(2)들로 구성된다. 픽셀부(3)는, 유효 픽셀 영역과 블랙 기준 픽셀 영역(도시하지 않음)을 포함한다
유효 픽셀 영역은 빛을 수광하고, 광전 변환에 의해 생성된 신호 전하를 증폭하여, 칼럼 신호 처리 회로(5)에 신호 전하를 전송한다. 블랙 기준 픽셀 영역은 블랙 레벨 기준으로서 광학적 블랙 레벨을 출력한다. 일반적으로, 블랙 기준 픽셀 영역은, 유효 픽셀 영역의 외주부에 형성된다.
제어 회로(8)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클록 신호에 근거하여, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5), 및 수평 구동 회로(6)의 동작을 제어하기 위한 클록 신호나 제어 신호 등을 생성한다. 제어 회로(8)에 의해 생성된 신호들은, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등으로 입력된다.
수직 구동 회로(4)는, 예를 들면, 시프트 레지스터로 구성되고, 각 픽셀(2)을 행 단위로 순차적으로 수직 방향에서 픽셀부(3)에 선택적으로 주사한다. 그리고, 수직 구동 회로(4)는 픽셀 신호를, 수직 신호선을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(5)에 공급한다. 픽셀 신호는 수광량에 따라 각 픽셀(2)의 포토 다이오드에 있어 생성한 신호 전하에 근거하여 생성된다.
칼럼 신호 처리 회로(5)는, 예를 들면, 픽셀(2)의 열마다 배치되어 있고, 1행분의 픽셀(2)로부터 출력된 신호를 픽셀 열마다 블랙 기준 픽셀 영역(도시하지 않지만, 유효 픽셀 영역의 주위에 형성된다)으로부터의 신호에 의해, 노이즈 제거나 신호 증폭 등의 신호 처리를 행한다. 수평 선택 스위치(도시하지 않음)는 칼럼 신호 처리 회로(5)의 출력단과 수평 신호선(10) 사이에 마련되어 있다.
수평 구동 회로(6)는, 예를 들면, 시프트 레지스터에 의해 구성된다. 수평 구동 회로(6)는, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력하는 것에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각을 순번대로 선택하여, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 픽셀 신호를 수평 신호선(10)에 출력시킨다.
출력 회로(7)는, 수평 신호선(10)을 통하여, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터, 순차적으로 공급된 신호에 대하여 신호 처리를 행하고 처리된 신호를 출력한다.
［1. 2 주요 부분의 구성］
다음에, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 실시 형태 예에 따른 고체 촬상 장치의 주요 부분의 대략 구성에 관하여 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치(1)의 1 픽셀분의 평면 레이아웃이고, 도 3은, 도 2의 Ⅲ－Ⅲ 선에 따른 단면 구성도이다. 또, 도 4는, 본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치(1)의 1 픽셀분의 회로 구성이다.
본 실시 형태에서의 픽셀(2)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수광부(14)와, 플로팅 디퓨전부(15)와, 복수의 MOS 트랜지스터를 포함하고 구성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서 복수의 MOS 트랜지스터는, 전송 트랜지스터(Tr1), 리셋 트랜지스터(Tr2), 증폭 트랜지스터(Tr3), 선택 트랜지스터(Tr4)에 의해 구성된 것이다. 또, 본 실시 형태에서는, 플로팅 디퓨전부(15) 상부에는, 플로팅 디퓨전부(15)를 피복한 차광막(24)이 형성되어 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 수광부(14)는, 실리콘으로 된 기판(13)의 상면측의 소정의 영역에, 포토 다이오드에 의해 구성되어 있다. 수광부(14)는, 광전 변환에 의해, 입사한 빛의 광량에 따라 신호 전하를 생성하고, 축적한다.
플로팅 디퓨전부(15)는, 기판(13)의 상면측의, 수광부(14)에 인접한 영역에 형성되어 있다. 수광부(14)와 플로팅 디퓨전부(15)의 사이의 영역은, 전송 트랜지스터(Tr1)의 채널 영역으로 된다.
또, 광이 입사하는 면인 기판(13) 상면의 소정의 영역에는, 후술하는 MOS 트랜지스터의 소스/드레인 영역을 구성하는 불순물 영역(17, 18, 19)이 형성되어 있다. 그리고, 기판(13) 상에는, 게이트 절연막(16)을 이용하여, 게이트 전극(20, 21, 22, 23)이 형성되어 있다.
전송 트랜지스터(Tr1)는, 수광부(14)로 된 소스와, 플로팅 디퓨전부(15)로 된 드레인과, 그 소스와 드레인 사이에 형성된 게이트 전극(20)으로 구성되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 전송 트랜지스터(Tr1)에서는, 게이트 전극(20)에 전송 펄스 φTRG가 공급된다. 이것에 의해, 수광부(14)에 축적된 신호 전하가 플로팅 디퓨전부(15)에 전송된다.
리셋 트랜지스터(Tr2)는, 플로팅 디퓨전부(15)로 된 소스와, 전원 전압(VDD)이 공급되는 불순물 영역(17)으로 된 드레인과, 그 소스와 드레인 사이에 형성된 게이트 전극(21)으로 구성되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 리셋 트랜지스터(Tr2)에서는, 게이트 전극(21)에 리셋 펄스 φRST가 공급된다. 이것에 의해, 플로팅 디퓨전부(15)의 전위가, 전원 전압(VDD) 근처의 전위로 리셋된다.
증폭 트랜지스터(Tr3)는, 전원 전압(VDD)이 공급된 불순물 영역(17)으로 된 소스와, 불순물 영역(18)으로 된 드레인과, 그 소스와 드레인 사이에 형성된 게이트 전극(22)으로 구성되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 증폭 트랜지스터(Tr3)에서는, 게이트 전극(22)에 플로팅 디퓨전부(15)의 전위가 공급된다. 이것에 의해, 그 전위에 대응하는 픽셀 신호를 드레인으로 된 불순물 영역(18)에 출력한다.
선택 트랜지스터(Tr4)는, 불순물 영역(18)으로 된 소스와, 수직 신호선(VSL)에 접속된 불순물 영역(19)으로 된 드레인과, 그 소스와 드레인 사이에 형성된 게이트 전극(23)으로 구성되어 있다. 선택 트랜지스터(Tr4)의 소스로 된 불순물 영역(18)은, 증폭 트랜지스터(Tr3)의 드레인으로도 이용된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 선택 트랜지스터(Tr4)에서는, 게이트 전극(23)에 선택 펄스 φSEL이 공급된다. 이것에 의해, 픽셀 신호가, 수직 신호선(VSL)에 출력된다.
그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이 게이트 전극(20, 21, 22, 23)을 포함하는 게이트 절연막(16) 상부에는, 제 1 절연층(27)이 형성되고, 제 1 절연층(27) 상부의 플로팅 디퓨전부(15)를 피복한 영역에, 하부 배선층(M0)으로 된 차광막(24)이 형성되어 있다. 이 차광막(24)(하부 배선층(M0))는 금속재료로 구성되고, 제 1 절연층(27)에 형성된 콘택트부(25)를 이용하여 플로팅 디퓨전부(15)에 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 콘택트부(25) 및, 차광막(24)을 구성한 금속재료로서, 예를 들면 텅스텐을 이용한다. 또, 하부 배선층(M0)의 금속재료로서는, 텅스텐, 알루미늄, 구리 등을 이용할 수 있다. 특히 텅스텐을 이용함으로써, 통상 텅스텐에 의해 구성된 콘택트부와 동일한 재료로 하부 배선층(M0)을 형성할 수 있기 때문에, 제조 프로세스상 신뢰성이 향상된다.
차광막(24)을 포함하는 제 1 절연층(27) 위에는 또한 제 2 절연층(28)이 형성되어 있고, 그 제 2 절연층(28) 상부에는, 다층 배선층(29)가 형성되어 있다. 이 다층 배선층(29)에서는, 층간 절연막(30)을 이용하여 복수 층, 본 실시 형태에서는 3층의 배선층(M1, M2, M3)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 다층 배선층(29)에 형성된 배선층(M1, M2, M3) 중, 최하층의 배선층(M1)에 의해, 수직 신호선(VSL)이 형성되어 있다. 이 수직 신호선(VSL)은, 제 2 절연층(28), 제 1 절연층(27) 및 게이트 절연막(16)을 관통하여 형성된 콘택트부(26)를 이용하여, 선택 트랜지스터(Tr4)를 구성하는 불순물 영역(19)에 전기적으로 접속되어 있다. 그 밖에, 다층 배선층(29)에 형성된 각 배선층(M1, M2, M3)은, 도시하지 않는 콘택트부를 이용하여 각 게이트 전극(20, 21, 22, 23) 등에 접속되고, 소정의 펄스 신호를 공급하는 배선 등으로 사용된다. 다층 배선층(29)의 배선층(M1, M2, M3)은, 알루미늄이나 구리 등의 저저항 금속재료로 구성되는 것이 바람직하다. 또, 콘택트부(26)은, 텅스텐으로 구성된다.
이처럼, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(1)에서는, 플로팅 디퓨전부를 차광하는 차광막(24)이 기판(13)의 상층으로, 다층 배선층(29)보다도 하층에 형성된 금속재료에 의해 형성되어 있다.
그런데, 플로팅 디퓨전부(15)와 증폭 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전극(22)은, 서로 전기적으로 접속될 필요가 있다.
도 5는, 차광막(24)과 게이트 전극(22)의 전기적 접속의 일례를 나타내는 단면 구성이다. 이 예는, 다층 배선층(29)의 배선층(M1, M2, M3) 중, 최하층의 배선층(M1)을 이용하여, 플로팅 디퓨전부(15)와 증폭 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전극(22)을 접속한 예이다. 이 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이, 차광막(24)과 배선층(M1)이 콘택트부(32)를 이용하여 접속되고, 게이트 전극(22)과 배선층(M1)이 콘택트부(33)를 이용하여 접속됨으로써, 플로팅 디퓨전부(15)와 게이트 전극(22)이 전기적으로 접속된다.
또, 도 6은, 차광막(24)과 게이트 전극(22)의 전기적 접속의 다른 예를 나타내는 단면 구성이다. 이 예는, 차광막(24)을 배선으로 이용하여, 플로팅 디퓨전부(15)와 게이트 전극(22)을 접속한 예이다. 이 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이, 차광막(24)이 증폭 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전극(22) 상부까지 연장되어 형성되고, 콘택트부(36)을 이용하여, 차광막(24)과 게이트 전극(22)이 접속된다. 이것에 의해, 플로팅 디퓨전부(15)와 게이트 전극(22)이 전기적으로 접속된다. 본 실시 형태에서는, 차광막(24)이 금속재료로 형성됨으로써, 플로팅 디퓨전부(15)와 게이트 전극(22)을 접속하는 배선으로 이용할 수 있다. 이와 같이, 차광막(24)을, 플로팅 디퓨전부(15)와 증폭 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전극(22)을 접속하는 배선으로 이용하는 경우에는, 도 5의 경우에 비하여, 배선층(M1)이 형성된 영역의 크기를 줄일 수 있고, 이 때문에 수광부(14)의 개구의 크기를 크게 할 수 있다.
이상의 구성을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서는, 수광부(14)에 축적된 신호 전하가, 전송 트랜지스터(Tr1)에 의해, 플로팅 디퓨전부(15)로 전송된다. 플로팅 디퓨전부(15)로 전송된 신호 전하는, 증폭 트랜지스터(Tr3)에 의해 증폭되고 선택 트랜지스터(Tr4)에 의해 선택적으로 수직 신호선(VSL)에 전송된다. 또, 플로팅 디퓨전부(15)에 전송된 신호 전하는, 리셋 트랜지스터(Tr2)에 의해, 전원 전압(VDD) 근처의 전위와 동전위가 되도록 리셋된다.
［1. 3 고체 촬상 장치의 제조 방법］
다음에, 도 7의 A 내지 도 9의 H를 이용하여, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(1)의 제조 방법에 관하여 설명한다. 도 7의 A 내지 도 9의 B는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제조 방법을 나타내는 공정을 나타내고 있다.
먼저, 실리콘으로 된 기판(13)의 광 입사측인 표면측에 원하는 도전형의 불순물을 이온 주입한다. 이것에 의해, 도 7의 A에 나타낸 바와 같이, 기판(13) 상부에 게이트 절연막(16)을 형성하고, 게이트 절연막(16) 상의 소정의 위치에, 게이트 전극(20, 21, 22, 23)을 형성한다. 이 게이트 전극(20, 21, 22, 23)은, 게이트 절연막(16) 상에, 폴리실리콘막을 형성하여, 패터닝 함으로써 형성된다.
다음에, 도 7의 B에 나타낸 바와 같이, 각각의 게이트 전극(20, 21, 22, 23)을 마스크로서 기판(13)의 소정의 영역에 수광부(14), 플로팅 디퓨전부(15), 각 MOS 트랜지스터의 소스와 드레인으로 된 불순물 영역(17, 18, 19)를 형성한다.
다음에, 도 7의 C에 나타낸 바와 같이, 게이트 전극(20, 21, 22, 23)을 포함하는 게이트 절연막(16) 상부에, 제 1 절연층(27)을 형성한다.
다음에, 도 8의 D에 나타낸 바와 같이, 플로팅 디퓨전부(15)가 노출되도록, 게이트 절연막(16) 및 제 1 절연층(27)에 개구부(25a)를 형성한다.
다음에, 도 8의 E에 나타낸 바와 같이, 개구부(25a)에 금속재료인 텅스텐을 매립하여 콘택트부(25)를 형성한다. 그 후, 플로팅 디퓨전부(15) 상부의 제 1 절연층(27) 상에 텅스텐으로 된 하부 배선층(M0)을 형성한다. 이 하부 배선층(M0)이 차광막(24)으로 된다. 이 차광막(24)은, 제 1 절연층(27) 상부 전면에 텅스텐으로 된 금속재료막을 형성한 후에, 패터닝 함으로써 형성된다. 차광막(24)은, 플로팅 디퓨전부(15) 상부의, 플로팅 디퓨전부(15)에 대응하는 영역보다도 큰 영역에 형성된 것이 바람직하다. 이것에 의해, 경사에서 입사한 빛을, 보다 효과적으로 차광할 수 있다.
다음에, 도 9의 F에 나타낸 바와 같이, 차광막(24)을 포함하는 제 1 절연층(27) 상에, 또한 제 2 절연층(28)을 형성한다.
다음에, 도 9의 G에 나타낸 바와 같이, 제 2 절연층(28)의 소정의 위치에, 콘택트부(26)을 형성하기 위한 개구부(26a)를 형성한다. 본 실시 형태에서는, 선택 트랜지스터(Tr4)의 드레인으로 된 불순물 영역(19)이 노출되도록, 제 2 절연층(28), 제 1 절연층(27) 및 게이트 절연막(16)을 관통하는 개구부(26a)를 형성한 예를 나타내고 있다.
다음에, 도 9의 H에 나타낸 바와 같이, 개구부(26a)에 텅스텐을 매립하여 콘택트부(26)을 형성한다.
그 후, 도시를 생략하지만, 제 2 절연층 상의, 콘택트부(26)을 포함하는 소정의 위치에, 알루미늄 또는 구리로 된 배선층(M1)을 형성한다. 층간 절연막(30), 및 배선층(M2, M3)의 형성을 반복함으로써, 3층의 배선층(M1, M2, M3)을 갖는 다층 배선층(29)을 형성한다. 이러한 다층 배선층(29)에 형성된 배선층(M1, M2, M3)은, 저저항인 것이 바람직하고, 알루미늄 또는 구리가 사용된다. 그 후, 도시하지 않지만, 통상 사용되고 있는 고체 촬상 장치의 제조 방법에 의해, 평탄화 막, 컬러 필터 층, 온 칩 마이크로 렌즈 등이 형성되고, 고체 촬상 장치(1)가 완성된다.
또한, 상술한 제조 방법에 있어, 도 5에 나타낸 바와 같이 배선층(M1)을 이용하여 플로팅 디퓨전부(15)와 증폭 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전극(22)을 접속한 경우에는, 도 9의 G, H의 공정에 있어, 콘택트부(32, 33)를 형성하면 좋다. 그 후, 콘택트부(32, 33)를 배선층(M1)으로 접속함으로써, 플로팅 디퓨전부(15)와 증폭 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전극(22)이 전기적으로 접속된다.
또, 상술한 제조 방법에 있어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 차광막(24)을 이용하여, 플로팅 디퓨전부(15)와 증폭 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전극(22)을 접속한 경우에는, 도 8의 D에 나타내는 공정으로, 게이트 전극(22) 상에 개구부를 형성하면 좋다. 그리고, 그 게이트 전극(22) 상에 형성된 개구부에 텅스텐을 매립함으로써, 콘택트부(36)을 형성하고, 도 8의 E에 나타낸 공정으로, 콘택트부(36) 상부로 연장되도록, 차광막(24)을 형성한다. 이것에 의해, 플로팅 디퓨전부(15)와 증폭 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전극(22)이 서로 전기적으로 접속된다.
또, 본 실시 형태에서는, 수광부(14)나 플로팅 디퓨전부(15), 및 각 불순물 영역(17 내지 19)의 형성을, 게이트 전극(20 내지 23)의 형성 후에 행한 예로 했지만, 게이트 전극(20 내지 23) 형성 전에 행하는 것도 가능하고, 공정의 순서는 여러 가지의 변경이 가능하다. 또, 본 실시 형태에서는, 다층 배선층(29)에 형성된 수직 신호선(VSL)과 선택 트랜지스터(Tr4)의 불순물 영역(19)을 콘택트부(26)로 접속한 예만을 기재하였다. 그렇지만, 그 밖의 배선(M1, M2, M3)도, 상술한 공정과 같은 공정으로 형성된 콘택트부를 이용하여, 소정의 영역에 접속될 수 있다.
이상과 같이 하여, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(1)가 형성된다.
본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(1)에 의하면, 플로팅 디퓨전부(15)를 차광한 차광막(24)이, 다층 배선층(29)보다도 하층에 형성됨으로써, 기판(13) 상면과 차광막(24)과의 거리가 가까워진다. 이것에 의해, 플로팅 디퓨전부(15)와 차광막(24)과의 사이에 있는 절연층 등의 층간막으로부터 플로팅 디퓨전부(15)로 누출되는 빛을 억제하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 수광부(14)로부터 플로팅 디퓨전부(15)로의 신호 전하의 전송 때에 플로팅 디퓨전부(15)로 입사하는 빛에 기인한 노이즈의 발생을 억제할 수 있고, 화질의 향상이 도모된다.
또, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(1)에 의하면, 플로팅 디퓨전부(15)와 차광막(24) 사이에 기생 용량이 발생한다. 이 때문에, 차광막(24)을 이용하여, 플로팅 디퓨전부(15)의 포화 전하량을 증가시킬 수 있다.
또, 종래의, 다층 배선층(29)에 있어서 배선층(예를 들면 배선층(M1))을 이용하여 차광막을 형성한 경우에는, 차광막을 위한 배선층(M1)과, 다른 배선을 위해 형성된 배선층(M1)을 위한 공간이 필요하게 된다. 즉, 종래기술에 따르면, 동일한 층에, 많은 배선 공간이 필요하게 된다. 그러나, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(1)에서는, 차광막(24)을 다층 배선층(29)보다도 하층에 형성된 하부 배선층(M0)에 의해 형성하기 때문에, 다층 배선층(29)의 배선층(M1 내지 M3)에, 차광막용의 배선을 형성할 필요가 없다. 이 때문에, 다층 배선층(29)에 있어서 배선층(M1 내지 M3)의 형성 공간이 축소되고, 수광부(14)의 개구면적을 크게 할 수 있다. 이것에 의해, 픽셀(2)마다, 수광부(14)에 입사하는 입사광량을 크게 할 수 있다.
또, 근래, CMOS형 고체 촬상 장치에 따르면, 글로벌 셔터 기능(동시각 셔터 기능) 등에 의해, 플로팅 디퓨전부에 신호 전하를 장시간 축적하는 구동 방식이 채택되는 경우가 있다. 글로벌 셔터 기능을 갖는 CMOS형 고체 촬상 장치에서는, 전 픽셀의 동시각 노광에 의해 생성된 신호 전하를, 동시에 플로팅 디퓨전부로 전송하여, 라인 순으로 수직 신호선(VSL)에 출력한다. 이 경우, 플로팅 디퓨전부에 축적된 신호 전하는, 곧바로 수직 신호선으로 전송되지 않기 때문에, 플로팅 디퓨전부(15)로 누설되는 빛의 영향으로 화질이 크게 열화 된다. 또, 플로팅 디퓨전부(15)에 신호 전하를 축적하는 시간이 짧은 경우에도, 고휘도의 빛이 플로팅 디퓨전부(15)로 입사한 경우, 화질의 열화가 일어난다.
본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(1)에서는, 차광막(24)에 의해, 플로팅 디퓨전부(15)로 누설되는 빛을, 종래의 고체 촬상 장치에 비하여 줄일 수 있다. 이것에 의해, 플로팅 디퓨전부에서 신호 전하를 장시간 보유하기 때문에, 플로팅 디퓨전부(15)로의 빛의 누설이 화질에 영향이 큰, 글로벌 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치의 구성에도 매우 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 고휘도의 빛이 플로팅 디퓨전부(15)로 입사에 기인한 화질의 열화도 절감할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 다층 배선층(29)보다도 하층의 하부 배선층(M0)을 픽셀부(3)의 차광막(24)으로 이용하고 있다. 이 하부 배선층(M0)은, 픽셀부(3)에 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 픽셀부(3) 및 주변 회로 영역(12) 모두에 이용할 수 있다.
픽셀부(3)의 구성에만, 차광막(24)을 구성하는 하부 배선층(M0)을 이용한 경우에는, 주변 회로 영역(12)의 구성을 통상 사용되고 있는 구성에서 바꿀 필요가 없다. 통상, 주변 회로 영역(12)에 있어서는, 인버터, NAND, NOR 등의 기본 구성마다 기본 레이아웃이 준비되어 있고, 이들 구성은, 다층 배선층(29)에서 행해진다. 이 때문에, 픽셀부(3)의 구성에만, 하부 배선층을 이용한 경우에는, 주변 회로 영역(12)는, 지금까지의 제조 프로세스를 유용할 수 있다. 또, 주변 회로 영역(12)의 구성에 하부 배선층(M0)을 이용하는 것으로, 다른 배선과의 기생 용량이 증가하여, 신호 지연 등이 우려되는 경우에는, 픽셀부(3)의 구성만으로, 하부 배선층(M0)을 이용하면 좋다.
또, CMOS 형의 고체 촬상 장치에서는, 동일 칩 상에 각종 아날로그 회로나, AD(아날로그/디지털) 컨버터를 탑재할 수 있다. 이와 같은 회로로는, 플로팅 디퓨전부와 마찬가지로, 전기적으로 플로팅 하는 S／H(sample and hold) 캐패시터 등과 같은 노드와 소자들이 있다. 이러한 노드나 소자는, 빛으로부터 충분히 차광되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(1)에서는, 주변 회로 영역(12)에 있어, 노드나 소자의 부분의 차광에, 하부 배선층(M0)으로 된 차광막을 이용할 수 있다. 이와 같이, 주변 회로 영역(12)에 있어서 차광막으로 하부 배선층(M0)으로 된 차광막을 이용한 경우에도, 차광성을 향상할 수 있다.
또한, 차광막(24)을 구성하는 하부 배선층(M0)을 주변 회로 영역(12)에 있어서 배선으로도 사용할 수 있다. 개별 블록 중의 배선으로 하부 배선층(M0)을 사용하는 경우, 개별 블록의 집적도를 향상시킬 수 있다. 또한, 각 블록 사이즈의 축소가 가능하고, 고체 촬상 장치의 면적 삭감이 가능해진다.
2. 제 2의 실시 형태：고체 촬상 장치
다음에, 본 발명의 제 2의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치를 설명한다. 도 10은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 1 픽셀분의 평면 레이아웃이다. 또, 도 11은, 도 10의 XI－XI 선에 따른 단면 구성도이다. 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 전체 구성은, 도 1과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다. 또, 픽셀(2)을 구성하는 회로 구성도 도 4와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다. 도 10 및 도 11에 있어, 도 2 및 도 3에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(35)는, 제 1의 실시 형태에 있어서 고체 촬상 장치(1)의 차광막(24)의 구성을 변경한 예이다.
본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(35)에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 차광막(34)은, 플로팅 디퓨전부(15)를 피복한 영역에서, 수광부(14)의 개구 영역을 제외한 수광부(14)의 주위로 연장하여 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 플로팅 디퓨전부(15)를 피복한 차광막(34)과, 수광부(14)의 주위를 피복한 차광막(34)은 전기적으로 접속되도록 형성되어 있지만, 분리하여 형성해도 좋다.
또, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(35)에 있어, 플로팅 디퓨전부(15)와 증폭 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전극(22) 사이의 전기적 접속은, 도 5, 또는 도 6에 나타낸 예를 적용할 수 있다.
본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(35)를 형성하는 경우는, 제 1의 실시 형태에 있어서 도 8의 E에 나타내는 공정으로, 수광부(14) 주변에도 차광막(34)이 형성되도록 하부 배선층(M0)을 패터닝 함으로써, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(35)를 형성할 수 있다.
본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(35)에서는, 차광막(34)을 다층 배선층(29)보다도 하층에 형성함으로써, 수광부(14) 주변에 형성한 차광막(34)을, 기판(13) 상면에서 가까운 거리에 형성할 수 있다. 이것에 의해, 인접한 픽셀(2)에 입사하는 빛의 혼입을 막을 수 있다. 즉, 인접한 픽셀(2)에 있어, 예를 들면, 적색의 컬러 필터를 통과한 빛이, 녹색의 픽셀(2)을 구성하는 수광부(14)로 입사하는 것을 막을 수 있기 때문에, 혼색을 피할 수 있고, 그러므로 화질을 향상하는 효과가 있다.
그 밖에, 본 실시 형태에 있어도 제 1의 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
3. 제3의 실시 형태：고체 촬상 장치
다음에, 본 발명의 제3의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치에 관하여 설명한다. 도 12는, 본 발명의 제3의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치(45)의 대략 단면 구성도이다. 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(45)의 전체 구성은, 도 1과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다. 또, 1 픽셀분의 평면 레이아웃 및 회로 구성은, 도 2 및 도 4와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다. 도 12에 있어, 도 3에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
［3. 1 주요 부분의 구성］
본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(45)는, 선택 트랜지스터(Tr4)의 드레인을 구성한 불순물 영역(19)과 수직 신호선(VSL)이, 하층 배선층(M0)으로 된 중간막(44a)를 이용하여 접속되어 있는 예이다. 즉, 수직 신호선(VSL)과 불순물 영역(19)이, 제 1 절연층(27)에 형성된 제 1 콘택트부(47), 중간막(44a), 및 제 2 절연층(28)에 형성된 제 2 콘택트부(46)를 이용하여 전기적으로 접속되어 있다.
［3. 2 고체 촬상 장치의 제조 방법］
도 13의 A 내지 도 14의 E를 이용하여, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(45)의 제조 방법에 관하여 설명한다. 도 13의 A 내지 도 14의 E는, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(45)의 제조 방법의 공정을 나타내고 있다. 도 13의 A의 전단의 공정은, 제 1의 실시 형태에 있어서 도 7의 A 내지 도 7의 C와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략하고, 그 후의 공정으로부터 설명한다.
도 7의 C에 나타냈던 바와 같이, 제 1 절연층(27)을 형성한 후, 도 13의 A에 나타낸 바와 같이 플로팅 디퓨전부(15)가 노출되도록, 게이트 절연막(16) 및 제 1 절연층(27)에 개구부(25a)를 형성한다. 동시에, 선택 트랜지스터(Tr4)의 드레인으로 된 불순물 영역(19)이 노출되도록, 게이트 절연막(16) 및 제 1 절연층(27)에 개구부(47a)를 형성한다.
다음에, 도 13의 B에 나타낸 바와 같이, 플로팅 디퓨전부(15) 상에 형성된 개구부(25a)에 텅스텐을 매립하여 콘택트부(25)를 형성한다. 또, 동시에 불순물 영역(19) 상에 형성된 개구부(47a)에 금속재료인 텅스텐을 매립하여 제 1 콘택트부(47)을 형성한다. 그리고, 제 1 절연층(27) 상부로, 플로팅 디퓨전부(15)를 피복한 영역과 제 1 콘택트부(47)을 포함하는 영역에 텅스텐으로 된 하부 배선층(M0)을 형성한다. 플로팅 디퓨전부(15)를 피복한 영역에 형성된 하부 배선층(M0)은, 차광막(44)으로 되고, 또, 제 1 콘택트부(47)을 포함하는 제 1 절연층(27) 상에 형성된 하부 배선층(M0)은, 중간막(44a)으로 된다. 이 차광막(44) 및 중간막(44a)은, 제 1 절연층(27) 상부 전면에 형성한 텅스텐으로 된 금속재료막을 패터닝 함으로써 형성한다. 차광막(44)은, 플로팅 디퓨전부(15) 상부의, 플로팅 디퓨전부(15)에 대응하는 영역보다도 큰 영역으로 형성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 여러 각도에서 입사하는 빛을, 보다 효과적으로 차광할 수 있다.
다음에, 도 13의 C에 나타낸 바와 같이, 차광막(44) 및 중간막(44a)을 포함하는 제 1 절연층(27) 상에, 또한 제 2 절연층(28)을 형성한다.
다음에, 도 14의 D에 나타낸 바와 같이, 중간막(44a)이 노출되도록, 제 2 절연층(28)에 개구부(46a)를 형성한다.
다음에, 도 14의 E에 나타낸 바와 같이, 개구부(46a)에 텅스텐을 매립하여 제 2 콘택트부(46)를 형성함과 동시에, 제 2 콘택트부(46)를 포함하는 제 2 절연층(28) 상의 소정의 위치에, 알루미늄, 또는 구리로 된 배선층(M1)을 형성한다. 도 14의 E에 나타내는 예로는, 선택 트랜지스터(Tr4)의 드레인으로 된 불순물 영역(19)에, 제 1 콘택트부, 중간막(44a), 및 제 2 콘택트부(46)를 이용하여 접속된 배선층(M1)은, 수직 신호선(VSL)으로 된다.
그리고, 층간 절연막(30), 및 배선층의 형성을 반복함으로써, 복수의 배선층(본 실시 형태에서는, 3층의 배선층(M1, M2, M3))을 갖는 다층 배선층(29)을 형성한다. 그 후, 도시하지 않지만, 통상 사용되고 있는 고체 촬상 장치의 제조 방법에 의해, 평탄화 막, 컬러 필터 층, 온 칩 마이크로 렌즈 등이 형성되고, 고체 촬상 장치(45)가 완성된다.
제 1의 실시 형태에 있어서 제조 방법(도 9의 G의 공정)에서는, 제 1 절연층(27)과 제 2 절연층(28)의 합친 두께와 같은 깊이로 개구부를 형성하는 경우, 개구의 깊이에 따라, 개구 지름이 커지는 문제가 있다. 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 의하면, 다층 배선층(29)의 배선층(M1)(본 실시 형태에서는, 수직 신호선(VSL))과, 기판(13)에 형성된 소정의 영역(본 실시 형태에서는, 불순물 영역(19))을 접속한 콘택트부를, 2회의 공정으로 나누어 형성한다. 이 때문에, 1회의 공정으로 개구한 각각의 개구부(47a, 46a)의 깊이가 얕아진다. 이것에 의해, 본 실시 형태에서는, 절연층이 얇은 상태에서 개구부(47a, 46a)를 형성할 수 있기 때문에, 개구부(47a, 46a)의 종횡비를 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 제 1 콘택트부(47), 및 제 2 콘택트부(46)를 제 1의 실시 형태에 있어서 제조 방법에 비해 보다 미세하게 형성할 수 있기 때문에, 픽셀 사이즈의 축소가 가능해진다. 또, 동일한 픽셀 사이즈에 있어, 본 실시 형태에서의 제조 방법을 적용한 경우에는, 각 소자의 집적도를 증가시킬 수 있게 되어, 수광부(14)의 개구 면적을 넓히는 것이 가능해진다.
본 실시 형태에서는, 기판(13)에 접속된 배선층(M1)의 배선으로서, 수직 신호선(VSL)을 예로 했지만, 예를 들면 게이트 전극과 다층 배선층에 형성된 배선을 접속하는 콘택트부 등을 마찬가지로 형성함으로써, 콘택트부를 보다 미세하게 형성할 수도 있다.
그 밖에, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(45)에 있어서도, 제 1의 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 제 2의 실시 형태에 있어서 고체 촬상 장치에 적용하는 것도 가능하다.
4. 제4의 실시 형태：고체 촬상 장치
다음에, 본 발명의 제4의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치에 관하여 설명한다. 도 15의 A는, 본 발명의 제4의 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치(57)의 대략 단면 구성도이다. 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(57)의 전체 구성은, 도 1과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다. 또, 도 15의 A에 있어, 도 3에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치는, 전 픽셀 동시각에 노광하는(신호 전하를 축적한다) 글로벌 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치이고, 플로팅 디퓨전부를 2개 가지는 예이다.
본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(57)는, 기판(13)의 상면 측에 형성된 수광부(14)와, 제 1 플로팅 디퓨전부(15a)와 제 2 플로팅 디퓨전부(15b)를 갖고 구성되어 있다.
수광부(14)와 제 1 플로팅 디퓨전부(15a) 사이의 기판(13) 상부에는, 게이트 절연막(16)을 이용하여, 제 1 전송 트랜지스터(Tr1a)를 구성하는 게이트 전극(50)이 형성되어 있다. 또, 제 1 플로팅 디퓨전부(15b)와 제 2 플로팅 디퓨전부(15b) 사이의 기판(13) 상부에는, 게이트 절연막(16)을 이용하여, 제 2 전송 트랜지스터(Tr1b)를 구성하는 게이트 전극(51)이 형성되어 있다. 도 15의 A에서는 도시를 생략하지만, 본 실시 형태에 있어도, 제 1 내지 제3의 실시 형태와 마찬가지로 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 선택 트랜지스터 등이 형성되어 있다.
게이트 전극(50, 51)을 포함하는 게이트 절연막(16) 상부에는, 제 1 절연층(27)이 형성되어 있고, 제 1 절연층(27) 상의 제 1 플로팅 디퓨전부(15a) 상부에 대응하는 영역에는, 하부 배선층(M0)으로 된 차광막(54)이 형성되어 있다. 또, 마찬가지로, 제 1 절연층(27) 상의 제 2 플로팅 디퓨전부(15b) 상부에 대응하는 영역에는, 하부 배선층(M0)으로 된 차광막(55)이 형성되어 있다. 차광막(54)은, 제 1 절연층(27)에 형성된 콘택트부(52)를 이용하여 제 1 플로팅 디퓨전부(15a)에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 차광막(55)은, 제 1 절연층(27)에 형성된 콘택트부(53)를 이용하여 제 2 플로팅 디퓨전부(15b)에 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시 형태에 있어, 차광막(54, 55) 및 콘택트부(52, 53)는, 텅스텐으로 형성되어 있다.
그리고, 차광막(54, 55)을 포함하는 제 1 절연층(27) 상부에는, 제 2 절연층(28)이 형성되어 있고, 또, 제 2 절연층 상부에는, 복수의 배선층(본 실시 형태에서는, 3층으로 된 배선층(M1, M2, M3))을 갖는 다층 배선층(29)이 형성되어 있다. 다층 배선층(29)의 배선층 중, 최하층의 배선층(M1)과 차광막(55)은, 제 2 절연층(28)에 형성된 콘택트부(56)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 또, 도시를 생략하지만, 제 2 플로팅 디퓨전부(15b)와 전기적으로 접속된 배선층(M1)은, 증폭 트랜지스터의 게이트 전극에 접속되어 있다.
이상의 구성을 갖는 고체 촬상 장치(57)에서는, 전 픽셀(2)의 수광부(14)에서 동시각 노광에 의해 생성된 신호 전하는, 동시에, 제 1 전송 트랜지스터(Tr1a)에 의해, 제 1 플로팅 디퓨전부(15a)로 전송된다. 그 후, 제 1 플로팅 디퓨전부(15a)에서 소정의 시간 보유된 후, 픽셀마다 제 2 전송 트랜지스터(Tr1b)에 의해, 제 2 플로팅 디퓨전부(15b)에 전송된다. 제 2 플로팅 디퓨전부(15b)에 전송된 신호 전하에 의한 전압 변화가 도시되지 않는 증폭 트랜지스터에 의해 증폭되고, 증폭된 픽셀 신호가 수직 신호선에 의해 출력된다.
본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(57)에서는, 장시간 신호 전하가 보유되는 제 1 플로팅 디퓨전부(15a)가, 기판(13)의 수광면에서 가까운 거리에 있는 하부 배선층(M0)으로 된 차광막(54)에 의해 차광되고 있다. 이것에 의해, 제 1 플로팅 디퓨전부(15a)가 신호 전하를 보유하고 있는 사이에도, 입사해 오는 빛이 제 1 플로팅 디퓨전부(15a)로 누설되는 것을 막을 수 있다. 이 때문에, 노이즈의 발생이나, 화질의 저하를 막을 수 있다.
또, 제 1 플로팅 디퓨전부(15a) 상부의 차광막(54)은, 제 1 플로팅 디퓨전부(15a)와 전기적으로 접속되어 있다. 이 때문에, 차광막(54)을 크게 형성함으로써, 차광막(54)의 기생 용량을 이용함으로써, 제 1 플로팅 디퓨전부(15a)에 있어서 포화 전하량을 증가시킬 수 있다.
한편, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치에서는, 제 2 플로팅 디퓨전부(15b) 상부의 차광막(55)은, 다층 배선층(29)의 배선층(M1)에 접속되기 때문에, 차광막(55)과 배선층(M1) 사이의 기생 용량은 작은 쪽이 바람직하다. 그 때문에, 차광막(55)은, 제 2 플로팅 디퓨전부(15b)를 차광할 수 있는 정도의 크기로 형성하는 것이 바람직하다.
그런데, 본 실시 형태에 있어, 제 1 플로팅 디퓨전부(15a) 상부의 차광막은 제 1 플로팅 디퓨전부(15a)에 전기적으로 접속될 필요가 없다. 그 경우, 도 15의 B에 나타낸 바와 같이, 제 1 플로팅 디퓨전부(15a) 및 제 2 플로팅 디퓨전부(15b) 상부에, 공통의 차광막(58)을 하부 배선층(M0)에 의해 형성한다. 이와 같이, 플로팅 디퓨전부를 2개 구성한 경우에는, 증폭 트랜지스터의 게이트 전극에 접속된 부분에만 콘택트부를 형성하면 좋다.
이처럼, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치에 의하면, 글로벌 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치에 있어, 플로팅 디퓨전부에서 장시간 신호 전하를 보유한 경우라도, 빛이 누설을 억제할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 있어도, 제 1의 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 본 실시 형태에서의 구성을, 제 2 내지 제3의 실시 형태에 나타냈던 구성에 조합시키는 것도 가능하다.
상술한 제 1 내지 제4의 실시 형태에서는, 입사광량에 따른 신호 전하를 물리량으로서 검지하는 단위 픽셀이 행렬상으로 배치되어 된 CMOS형 고체 촬상 장치에 적용한 경우를 예에 들어 설명했지만, 본 발명은 CMOS형 고체 촬상 장치에의 적용에 한정되는 것은 아니다. 또 픽셀이 2차원 매트릭스상에 형성된 픽셀부의 픽셀 열마다 칼럼 회로를 배치하여 된 칼럼 방식의 고체 촬상 장치 전반으로 한정한 것도 아니다.
또, 본 발명은, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하고 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에의 적용에 한하지 않으며, 적외선이나 X선, 또는 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에도 적용 가능하다. 또, 광의의 의미로서, 압력이나 정전 용량 등, 다른 물리량의 분포를 검지하여 화상으로 촬상하는 지문 검출 센서 등의 고체 촬상 장치(물리량 분포 검지 장치)전반에 대하여 적용 가능하다.
또한, 본 발명은, 픽셀부의 각 단위 픽셀을 행 단위로 순서로 주사하여 각 단위 픽셀로부터 픽셀 신호를 전송하는 고체 촬상 장치에 한정되는 것은 아니다. 픽셀 단위로 임의의 픽셀을 선택하고, 해당 선택 픽셀로부터 픽셀 단위로 신호를 전송한 X－Y 어드레스 형의 고체 촬상 장치에 대해서도 적용 가능하다. 또한, 고체 촬상 장치는 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 픽셀부와, 신호 처리부 또는 광학계가 통합되어 팩키징 된 촬상 기능을 갖는 모듈 형상의 형태라도 좋다.
또, 본 발명은, 고체 촬상 장치에의 적용에 한정되는 것은 아니고, 촬상 장치에도 적용 가능하다. 여기에서, 촬상 장치란, 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템이나, 휴대 전화기 등의 촬상 기능을 갖는 전자 기기에 관한 것을 말한다. 또한, 전자 기기에 탑재된 상기 모듈 형상의 형태, 즉 카메라 모듈을 촬상 장치라고 하는 경우도 있다.
5. 제5의 실시 형태：전자 기기
다음에, 본 발명의 제5의 실시 형태에 따른 전자 기기에 관하여 설명한다. 도 16은 본 발명의 제5의 실시 형태에 따른 전자 기기(200)의 대략 구성도이다. 본 실시 형태에서의 전자 기기(200)는, 상술한 본 발명의 제 1의 실시 형태에 있어서 고체 촬상 장치(1)를 전자 기기(카메라)에 이용한 경우의 실시 형태를 나타낸다.
도 16은, 본 실시 형태에 관한 전자 기기(200)의 대략 단면 구성을 나타낸다. 본 실시 형태에 따른 전자 기기(200)는, 정지 화상 촬영이 가능한 디지털 카메라를 예로 한 것이다.
본 실시 형태에 따른 전자 기기(200)는, 고체 촬상 장치(1)와, 광학 렌즈(210)와, 셔터 장치(211)와, 구동 회로(212)와, 신호 처리 회로(213)를 포함한다.
광학 렌즈(210)는, 피사체로부터의 상광(像光, 입사광)을 고체 촬상 장치(1)의 촬상 면상에 결상시킨다. 이것에 의해 고체 촬상 장치(1) 내에 일정 기간 해당 신호 전하가 축적된다. 셔터 장치(211)는, 고체 촬상 장치(1)에서의 광 조사 기간 및 차광 기간을 제어한다. 구동 회로(212)는, 고체 촬상 장치(1)의 전송 동작 및 셔터 장치(211)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 공급한다. 구동 회로(212)로부터 공급된 구동 신호(타이밍 신호)에 의해, 고체 촬상 장치(1)의 신호 전송을 행한다. 신호 처리 회로(213)는, 각종의 신호 처리를 행한다. 신호 처리가 행해진 영상 신호는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되거나, 또는 모니터로 출력된다.
본 실시 형태에서의 전자 기기(200)에서는, 고체 촬상 장치(1)에 있어, 플로팅 디퓨전부가 하부 배선층으로 된 차광막에 의해 매우 적합하게 이루어지고, 플로팅 디퓨전부로의 빛의 누설이 억제된다. 이 때문에, 전자 기기(200)에서는, 노이즈에 의한 화질의 열화가 억제된다.
이처럼, 고체 촬상 장치(1)를 적용할 수 있는 전자 기기(200)로서, 카메라에 한정되는 것은 아니고, 디지털 카메라, 나아가서는 휴대 전화기 등 모바일 기기용 카메라 모듈 등의 촬상 장치에 적용 가능하다.
본 실시 형태에 있어서는, 고체 촬상 장치(1)를 전자 기기에 이용하는 구성으로 했지만, 전술한 제 2 내지 제4의 실시 형태에 있어서의 고체 촬상 장치를 이용할 수 있다.
1 고체 촬상 장치 2 픽셀
3 픽셀부 4 수직 구동 회로
5 칼럼 신호 처리 회로 6 수평 구동 회로
7 출력 회로 8 제어 회로
10 수평 신호선 11 기판
12 주변 회로 영역 13 기판
14 수광부 15 플로팅 디퓨전부
15a 제 1 플로팅 디퓨전부 15b 제 2 플로팅 디퓨전부
16 게이트 절연막 17 불순물 영역
18 불순물 영역 19 불순물 영역
20 게이트 전극 21 게이트 전극
22 게이트 전극 23 게이트 전극
24 차광막 25 콘택트부
25a 개구부 26 콘택트부
26a 개구부 27 제 1 절연층
28 제 2 절연층 29 다층 배선층
30 층간 절연막

Claims (9)

  1. 기판에 형성되고, 입사한 빛의 광전 변환에 의해 신호 전하를 생성하는 수광부와,
    상기 수광부에서 생성된 신호 전하가 전송되는 플로팅 디퓨전부와,
    상기 신호 전하를 상기 플로팅 디퓨전부에 전송하는 전송 트랜지스터와, 상기 플로팅 디퓨전부의 전위에 대응하는 픽셀 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터를 포함하는 복수의 MOS 트랜지스터와,
    상기 기판 상에 마련된 제 1 절연층과,
    상기 제 1 절연층 상에 마련되고, 적어도 상기 플로팅 디퓨전부를 차광하는 영역에 형성되며, 상기 제 1 절연층에 마련된 콘택트부를 이용하여 상기 플로팅 디퓨전부에 전기적으로 접속되는 차광막만이 배선으로 형성되어 있는 하부 배선층과,
    상기 하부 배선층 상에 마련된 제 2 절연층과,
    상기 제 2 절연층 상에 마련되고, 콘택트부를 이용하여 상기 MOS 트랜지스터에 전기적으로 접속되는, 상기 차광막 이외의 복수의 배선층으로 이루어지는 다층 배선층을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 차광막은, 콘택트부를 이용하여 상기 증폭 트랜지스터의 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 수광부의 개구 영역을 제외한 상기 수광부 주변에 형성된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 MOS 트랜지스터는, 상기 하부 배선층에 형성된 중간막을 이용하여, 콘택트부에 의해, 상기 다층 배선층의 배선층에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 기판에, 수광부와 플로팅 디퓨전부를 형성하는 공정과,
    상기 기판 상에 제 1 절연층을 형성하는 공정과,
    상기 플로팅 디퓨전부가 노출되도록, 상기 제 1 절연층에 개구부를 형성하는 공정과,
    상기 개구부를 금속재료로 매립하여, 콘택트부를 형성하는 공정과,
    상기 콘택트부를 포함하는 상기 제 1 절연층 상의 상기 플로팅 디퓨전부를 차광하는 영역에, 차광막만으로 이루어진 하부 배선층을 형성하는 공정과,
    상기 차광막을 포함하는 제 1 절연층 상에 제 2 절연층을 형성하는 공정과,
    상기 제 2 절연층 상에, 상기 차광막 이외의 복수의 배선층을 갖는 다층 배선층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 수광부의 개구 영역을 제외한 상기 수광부 주변에 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  7. 기판에, 수광부, 플로팅 디퓨전부 및 소정의 MOS 트랜지스터의 소스와 드레인을 구성하는 불순물 영역을 형성하는 공정과,
    상기 기판 상에 제 1 절연층을 형성하는 공정과,
    상기 플로팅 디퓨전부 상과 상기 불순물 영역 상부의 상기 제 1 절연층을 개구하여, 상기 플로팅 디퓨전부 및 상기 불순물 영역을 노출하는 개구부를 형성하는 공정과,
    상기 제 1 절연층에 형성된 개구부를 금속재료로 매립하여, 콘택트부를 형성하는 공정과,
    상기 플로팅 디퓨전부 상에 형성된 콘택트부를 포함하는 상기 제 1 절연층 상의 상기 플로팅 디퓨전부를 차광하는 영역에 차광막을 형성하고, 상기 불순물 영역 상에 형성된 콘택트부를 포함하는 상기 제 1 절연층 상에 중간막을 형성하여, 하부 배선층을 형성하는 공정과,
    상기 하부 배선층 상에, 제 2 절연층을 형성하는 공정과,
    상기 중간막이 노출되도록, 상기 제 2 절연층에 개구부를 형성하는 공정과,
    상기 제 2 절연층에 형성된 개구부를 금속재료로 매립하여, 콘택트부를 형성하는 공정과,
    상기 제 2 절연층에 형성된 콘택트부에 접속되는 배선을 포함하는, 상기 차광막 이외의 복수의 배선층을 갖는 다층 배선층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 수광부의 개구 영역을 제외한 상기 수광부 주변에도 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  9. 광학 렌즈와,
    기판에 형성되고 입사하는 빛의 광전 변환에 의해 신호 전하를 생성하는 수광부와, 상기 수광부에서 생성된 신호 전하가 전송되는 플로팅 디퓨전부와, 상기 신호 전하를 상기 플로팅 디퓨전부에 전송하는 전송 트랜지스터와 상기 플로팅 디퓨전부의 전위에 대응하는 픽셀 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터를 포함하는 복수의 MOS 트랜지스터와,
    상기 기판 상에 마련된 제 1 절연층과, 상기 제 1 절연층 상에 마련되고, 적어도 상기 플로팅 디퓨전부를 차광하는 영역에 형성되며, 상기 제 1 절연층에 마련된 콘택트부를 이용하여 상기 플로팅 디퓨전부에 전기적으로 접속되는 차광막만이 배선으로 형성되어 있는 하부 배선층과, 상기 하부 배선층 상에 마련된 제 2 절연층과, 상기 제 2 절연층 상에 마련되고, 콘택트부를 이용하여 상기 MOS 트랜지스터에 전기적으로 접속되는, 상기 차광막 이외의 복수의 배선층으로 이루어지는 다층 배선층을 포함하여 구성되고, 상기 광학 렌즈에 집광된 빛이 입사되는 고체 촬상 장치와,
    상기 고체 촬상 장치로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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