固態成像裝置及其製造方法以及電子設備的製作方法

2023-05-12 22:15:51 2

專利名稱：固態成像裝置及其製造方法以及電子設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及固態成像裝置。具體而言，本發明涉及將信號電荷轉移到浮動擴散部的CMOS固態成像裝置，以及用於製造該固態成像裝置的方法。本發明還涉及採用該固態成像裝置的電子設備。
背景技術：
固態成像裝置通常被分類為CXD (電荷耦合器件)固態成像裝置和CMOS (互補金屬氧化物半導體)固態成像裝置。相比CMOS固態成像裝置，在C⑶固態成像裝置中，需要高驅動電壓來轉移信號電荷，並且需要高電源電壓。因此，考慮到功耗問題，CMOS固態成像裝置優於C⑶固態成像裝置。因此，優於CXD固態成像裝置的CMOS固態成像裝置已經被廣泛地用作諸如配備有相機的行動電話和PDA(個人數字助理)之類的行動裝置所用的固態成像裝置。CMOS固態成像裝置包括光電二極體，並由用於在接收光時產生信號電荷的光電檢測器、接收由光電二極體產生的信號電荷的浮動擴散部、以及多個MOS電晶體構成。MOS電晶體包括轉移電晶體、重置電晶體、放大電晶體，並根據需要還包括選擇電晶體。這些MOS 電晶體連接到多層布線層中的預定布線層。在CMOS固態成像裝置中，光電檢測器中產生並蓄積的信號電荷基於以像素為單位來由轉移電晶體轉移到浮動擴散部。由浮動擴散部讀取的信號電荷由放大電晶體放大並選擇性地輸出到形成在多層布線層中的豎直信號線中的一個。同時，在這樣的CMOS固態成像裝置中，更期望具有位於用作光電檢測器的光電二極體上方的較大開口，以有效地收集入射到光電二極體上的光。另一方面，如果浮動擴散部在讀取從光電檢測器轉移的信號電荷的同時接收光， 則也在浮動擴散部中發生光電轉換，這導致了噪聲。因此，期望對浮動擴散部進行遮光。在根據現有技術的CMOS固態成像裝置中，利用布置在襯底上方的多層布線層來對浮動擴散部進行遮光。但是，與CCD固態成像裝置的情況相比，因為使用如同在其他周邊電路的情況下的CMOS處理來形成像素，所以布線層可能不能布置在緊接著浮動擴散部的上方。因此，不能減小構成遮光膜的布線層與浮動擴散部之間的距離，並且不能防止光洩漏到浮動擴散部中。考慮到以上問題，日本未經審查的專利申請公開No. 2004-140152揭示了一種 CMOS固態成像裝置，其中利用多層柵極電極膜來形成遮光部。在此技術中，因為遮光板布置在緊接著浮動擴散部的上方，所以可以抑制光洩漏到浮動擴散部中。但是，為了形成多層結構中的柵極電極膜，柵極電極膜由矽化物製成，這導致了複雜的製造處理。此外，由於柵極電極的不平整，難以形成用於接觸區域的小開口。因此，為了形成接觸區域，浮動擴散部需要具有較大面積。此外，由於柵極電極層之間較大的寄生電容導致柵極電極層之間的幹擾也成為所關心的問題。日本未經審查的專利申請No. 2004-719 31揭示了一種技術，其中放大電晶體和浮動擴散部的柵極電極在沒有布線的情況下電連接。這提高了布線層的布局方面的自由度，從而可以增大光電檢測器的開口的尺寸。但是，根據日本未經審查的專利申請 No. 2004-71931，利用布置在上層的多層布線層中配置的布線來對浮動擴散部進行遮光。這使得光在遮光膜和浮動擴散部之間行進，導致不足的遮光效果。

發明內容
已經考慮到以上情況進行了本發明。因此，存在對於能有效地對浮動擴散部進行遮光從而使圖像具有改善的質量的固態成像裝置的需求。還存在對於利用該固態成像裝置的電子設備的需求。期望根據本發明的固態成像裝置包括光電檢測器、浮動擴散部、多個MOS電晶體、 多層布線層、以及遮光膜。光電檢測器形成在襯底上，並通過將入射光轉換為電來產生信號電荷。浮動擴散部被配置為接收由所述光電檢測器產生的所述信號電荷。MOS電晶體包括將所述信號電荷轉移到所述浮動擴散部的轉移電晶體和輸出與所述浮動擴散部的電位相對應的像素信號的放大電晶體。多層布線層形成在高於所述襯底的層中，並且包括經由接觸部分與所述MOS 電晶體電連接的多個布線層。遮光膜由布置在高於所述襯底並低於所述多層布線層的層中的底布線層構成。所述遮光膜形成在對至少所述浮動擴散部進行遮光的區域中，並且經由接觸部分電連接到所述浮動擴散部。在根據本發明的實施例的固態成像裝置中，通過由底布線層構成的遮光膜對浮動擴散部進行遮光。底布線層布置在低於多層布線層並且靠近襯底的上表面的位置處。因此， 由底布線層構成的遮光膜可以防止光洩漏到浮動擴散部中。在根據本發明的實施例的一種固態成像裝置的製造方法中，首先在襯底上形成光電檢測器和浮動擴散部。然後，在所述襯底上形成第一絕緣層。然後，在所述第一絕緣層中形成開口，使得將所述浮動擴散部暴露。隨後，通過用金屬材料填充所述開口來形成接觸部分。然後，在包括所述接觸部分的所述第一絕緣層上的對所述浮動擴散部進行遮光的區域處，由底布線層形成遮光膜。此外，在包括所述遮光膜的所述第一絕緣層上形成第二絕緣層。然後，在所述第二絕緣層上形成具有多個布線層的多層布線層。在根據本發明的實施例的一種固態成像裝置的製造方法中，首先在襯底上形成光電檢測器、浮動擴散部和摻雜區域，所述摻雜區域構成MOS電晶體的預定源極或漏極。然後，通過去除在所述浮動擴散部和所述摻雜區域上方的第一絕緣層的各部分，來形成用於使所述浮動擴散部和所述摻雜區域暴露的開口。然後，通過用金屬材料填充形成在所述第一絕緣層中的所述開口來形成接觸部分。隨後，在包括形成在所述浮動擴散部上的所述接觸部分的所述第一絕緣層上的對所述浮動擴散部進行遮光的區域處，由底布線層形成遮光膜。還在包括形成在所述摻雜區域上的所述接觸部分的所述第一絕緣層上形成由所述底布線層構成的中間膜。然後，在包括所述遮光膜和所述中間膜的所述第一絕緣層上形成第二絕緣層。隨後，在所述第二絕緣層中形成開口使得將所述中間膜暴露。然後，通過用金屬材料填充形成在所述第二絕緣層中的所述開口來形成接觸部分。此外，形成具有多個布線層的多層布線層，所述布線層包括與形成在所述第二絕緣層中的所述接觸部分電連接的布線。根據本發明的實施例的一種電子設備包括光學透鏡、上述固態成像裝置和信號處理電路。根據本發明的實施例，提供了對由噪聲引起的圖像質量的劣化進行抑制的固態成像裝置，並提供了利用該固態成像裝置的電子設備。


圖1示意性地圖示了根據本發明的第一實施例的固態成像裝置的整體結構的剖視圖；圖2是圖示根據本發明的第一實施例的固態成像裝置中的單個像素的平面視圖；圖3是沿著線ΙΙΙ-ΙΙΓ所取的剖視圖；圖4圖示了根據本發明的第一實施例的固態成像裝置中的單個像素的電路構造；圖5是圖示遮光膜和柵極電極之間的電連接的示例的剖視圖；圖6是圖示遮光膜和柵極電極之間的電連接的另一個示例的剖視圖；圖7A至7C圖示了根據本發明的第一實施例製造固態成像裝置的處理；圖8D和8E圖示了根據本發明的第一實施例製造固態成像裝置的處理；圖9F至9H圖示了根據本發明的第一實施例製造固態成像裝置的處理；圖10是圖示根據本發明的第二實施例的單個像素的平面圖；圖11是沿著圖10中的線ΧΙ-ΧΓ所取的剖視圖；圖12是圖示根據本發明的第三實施例的固態成像裝置的示意性剖視圖；圖13A至13C圖示了根據本發明的第三實施例製造固態成像裝置的處理；圖14D和14E圖示了根據本發明的第三實施例製造固態成像裝置的處理；圖15A和15B是分別圖示了根據本發明的第四實施例製造固態成像裝置的構造的示意性橫截面圖；並且圖16示意性地圖示了根據本發明的第五實施例的電子設備的構造。
具體實施例方式以下，將參照圖1至圖16詳細說明根據本發明的實施例的固態成像裝置、固態成像裝置的製造方法以及電子設備。將以下述順序來對本發明的優選實施例進行說明。注意， 本發明不限於下述示例1.第一實施例固態成像裝置1. 1固態成像裝置的總體構造1. 2主要部件的構造1. 3固態成像裝置的製造方法2.第二實施例固態成像裝置
3.第三實施例固態成像裝置3. 1主要部件的構造3. 2固態成像裝置的製造方法4.第四實施例固態成像裝置5.第五實施例電子設備1.第一實施例固態成像裝置[1. 1固態成像裝置的總體構造]圖1是圖示根據本發明的第一實施例的固態成像裝置的總體構造的框圖。根據本實施例的固態成像裝置1包括由布置在由矽形成的襯底11上的多個像素 2形成的像素部分3、豎直驅動電路4、列信號處理電路5、水平驅動電路6、輸出電路7和控制電路8。每個像素2都包括光電檢測器，光電檢測器包括光電二極體和多個M0S(金屬氧化物半導體)電晶體，並且像素2以規則的二維陣列排列在襯底11上。構成像素2的MOS 電晶體可以由四個MOS電晶體組成，包括轉移電晶體、重置電晶體、選擇電晶體和放大電晶體。MOS電晶體還可以由四個電晶體的樹(tree)構成(不包括選擇電晶體)。像素部分3由排列為規則二維陣列的像素2構成。像素部分3包括有效像素區域和黑基準像素區域(未示出)。有效像素區域用於接收光、將通過光電轉換產生的信號電荷放大、並將信號電荷轉移到列信號處理電路5。黑基準像素區域用於輸出作為基準黑電平的光學黑電平。通常，這樣的黑基準像素區域圍繞有效像素區域的外周部設置。控制電路8產生諸如時鐘信號和控制信號之類的信號，以基於豎直同步信號、水平同步信號和主時鐘信號來控制豎直驅動電路4、列信號處理電路5和水平驅動電路6的操作。由控制電路8產生的信號被輸入到豎直驅動電路4、列信號處理電路5、和水平驅動電路6等。豎直驅動電路4由例如移位寄存器構成，並選擇性地以行為單位相繼地沿著豎直方向掃描像素部分3中的像素2。然後，豎直驅動電路4將像素信號通過豎直信號線供應到列信號處理電路5。基於在像素2的各個光電二極體中根據接收光的量而產生的信號電荷，來產生像素信號。列信號處理電路5為像素2的各列設置。每個列信號處理電路5利用來自黑基準像素區域(其圍繞有效像素區域(未示出)的外周部設置)的信號，以列為單位對從像素 2輸出的與單行對應的信號執行諸如降噪和信號放大之類的信號處理。水平選擇開關(未示出)設置在列信號處理電路5的輸出段和水平信號線10之間。水平驅動電路6由例如移位寄存器構成。水平驅動電路6相繼地選擇列信號處理電路5以使各列信號處理電路5將像素信號輸出到水平信號線10。輸出電路7對從各列信號處理電路5通過水平信號線10相繼地供應的信號執行信號處理，並輸出處理後的信號。[1. 2主要部件的構造]以下，將參照圖2至圖4對根據本實施例的固態成像裝置的主要部件的示意性構造進行說明。圖2是圖示根據本實施例的固態成像裝置1中的單個像素的平面視圖。圖3 是沿著圖2中的線III-III'所取的剖視圖。圖4圖示了在根據本實施例的固態成像裝置1中與單個像素相對應的電路構造。參照圖2，根據本實施例的每個像素2具有光電檢測器14、浮動擴散部15、以及多個MOS電晶體。在本實施例中，MOS電晶體包括轉移電晶體Trl、重置電晶體Tr2、放大電晶體Tr3、以及選擇電晶體Tr4。在本實施例中，用於覆蓋浮動擴散部15的遮光膜M設置在浮動擴散部15上方。如圖3所示，光電檢測器14由布置在由矽製成的襯底13的上表面上的預定位置處的光電二極體形成。光電檢測器14產生與入射光的量相對應的信號電荷，並蓄積信號電荷。浮動擴散部15布置在襯底13的表面上與光電檢測器14相鄰的位置處。光電檢測器14和浮動擴散部15之間的區域用作轉移電晶體Trl的溝道區。光電檢測器14還包括位於襯底13的用作光入射表面的上表面上的預定位置處的摻雜區域17、18和19，摻雜區域17、18和19形成MOS電晶體的源極/漏極區，其將在下文進行說明。柵極電極20、21、22和23也隔著絕緣膜16布置在襯底13上。轉移電晶體Trl包括由光電檢測器14構成的源極、由浮動擴散部15構成的漏極、 以及形成在源極和漏極之間的柵極電極20。如圖4所示，轉移脈衝CtTRG被供應到轉移電晶體Trl的柵極電極20。結果，光電檢測器14中蓄積的信號電荷被轉移到浮動擴散部15。重置電晶體Tr2具有由浮動擴散部15構成的源極、由被供應有電源電壓VDD的摻雜區域17構成的漏極、以及形成在源極和漏極之間的柵極電極21。如圖4所示，重置脈衝 ΦRST被供應到重置電晶體Tr2的柵極電極21。這使得浮動擴散部15的電位被重置為大約是電源電壓VDD的電位。放大電晶體Tr3包括由被供應有電源電壓VDD的摻雜區域17構成的源極、由摻雜區域18構成的漏極、以及形成在源極和漏極之間的柵極電極22。如圖4所示，浮動擴散部 15的電位被供應到放大電晶體Tr3的柵極電極22。這使得與該電位相對應的像素信號被輸出到用作漏極的摻雜區域18。選擇電晶體Tr4包括由摻雜區域18構成的源極、由連接到豎直信號線VSL的摻雜區域19構成的漏極、以及形成在源極和漏極之間的柵極電極23。用作選擇電晶體Tr4的源極的摻雜區域18也用作放大電晶體Tr3的漏極。如圖4所示，選擇脈衝CtSEL被供應到選擇電晶體Tr4的柵極電極23。結果，像素信號被輸出到豎直信號線VSL。如圖3所示，第一絕緣層27形成在包括柵極電極21至23的柵極絕緣膜16上。由底布線層MO構成的遮光膜M在浮動擴散部15上方的區域中布置在第一絕緣層27上。此遮光膜M (底布線層M0)由金屬製成，並通過形成在浮動擴散部15中的接觸部分25電連接到浮動擴散部15。在本實施例中，用於形成接觸部分25和遮光膜M的金屬可以是例如鎢。對於底布線層M0，可以使用諸如鎢、鋁和銅之類的金屬。具體而言，將作為與通常用於接觸部分相同的材料的鎢用於底布線層MO提高了製造處理的可靠性。此外，第二絕緣層觀形成在包括遮光膜M的第一絕緣層27上。多層布線層四形成在第二絕緣層觀上。在多層布線層四中，形成多個布線層，並且布線層之間形成有中間絕緣膜。在本實施例中，設置了三個布線層M1、M2和M3。三個布線層Ml到M3中位於最下層位置的布線層Ml構成豎直信號線VSL。該豎直信號線VSL經由接觸部分沈(其形成為穿過第二絕緣層觀、第一絕緣層27和柵極絕緣膜16)電連接到構成選擇電晶體Tr4的摻雜區域19。多層布線層四中的各布線層Ml、M2和M3經由接觸部分(未示出)連接到柵極電極20、21、22和23等，以用作根據需要供應脈衝信號的布線。布線層M1、M2和M3優選地由諸如鋁和銅之類的低阻抗金屬形成。接觸部分沈可以由鎢形成。如上所述，在根據本實施例的固態成像裝置1中，對浮動擴散部15進行遮光的遮光膜M由形成在高於襯底13且低於多層布線層四的層中的金屬製成。而且，需要使浮動擴散部15和柵極電極22彼此電連接。圖5是圖示遮光膜M和柵極電極22之間的電連接的示例的剖視圖。在此示例中，利用多層布線層四中的布線層Ml、M2和M3中布置在最下層位置的布線層Ml使浮動擴散部15連接到放大電晶體Tr3的柵極電極22。在此情況下，如圖5所示，遮光膜M經由接觸部分32電連接到布線層Ml，並且柵極電極22經由接觸部分33由電連接到布線層M1，由此浮動擴散部15和柵極電極22彼此電連接。在圖6中圖示了遮光膜M和柵極電極22之間的電連接的另一個示例。在此示例中，遮光膜對用作用於將浮動擴散部15和柵極電極22連接的布線。在此示例中，如圖6所示，遮光膜M在放大電晶體Tr3的柵極電極22的上方延伸，並經由接觸部分36連接到柵極電極22。利用此配置，浮動擴散部15和柵極電極22彼此電連接。在本實施例中，遮光膜M由金屬形成，以還用作將浮動擴散部15和柵極電極22連接的布線。 這與圖5圖示的情況相比，可以增大由布線層Ml佔用的區域的尺寸，並從而可以增大光電檢測器14的開口的尺寸。在具有以上構造的固態成像裝置1中，光電檢測器14中的信號電荷通過轉移電晶體Trl轉移到浮動擴散部15。由浮動擴散部15讀取的信號電荷通過放大電晶體Tr3放大並通過選擇電晶體Tr4選擇性地轉移到豎直信號線VSL。由浮動擴散部15讀取的信號電荷通過重置電晶體Tr2重置為與大約是電源電壓VDD的電位。[1. 3固態成像裝置的製造方法]以下，將參照圖7A至圖9H對根據本實施例的固態成像裝置的製造方法進行說明。 圖7A至圖9H圖示了根據本實施例的固態成像裝置1的製造方法中的處理。首先，通過離子注入工藝用預定導電類型的雜質對襯底13的上表面(即光入射表面)進行摻雜。結果，如圖7A所示，在襯底13上形成柵極絕緣膜16，並在柵極絕緣膜16上的預定位置處形成柵極電極20、21、22和23。通過對沉積在柵極絕緣膜16上的多晶矽膜進行圖案化來形成這些柵極電極20、21、22和23。然後，如圖7B所示，將柵極電極20至23用作掩模，形成光電檢測器14、浮動擴散部15以及用作各MOS電晶體的源極和漏極的摻雜區域17、18和19。然後，如圖7C所示，在包括柵極電極20至23的柵極絕緣膜16的上表面上形成第一絕緣層27。隨後，如圖8D所示，形成穿過柵極絕緣膜16和第一絕緣層27的開口 25a，使得將浮動擴散部15暴露。然後，如圖8E所示，用鎢填充開口 25a，以形成接觸部分25。然後，將由鎢製成的底布線層MO布置在第一絕緣層27上，以位於浮動擴散部15的上方。此底布線層MO構成遮光膜24。由鎢成的金屬膜形成在第一絕緣層27的整個上表面上，然後通過對鎢金屬膜進行圖案化來形成遮光膜24。期望的是，由遮光膜M在第一絕緣層27上佔用的區域大於浮動擴散部15的上表面。此配置提高了對於從各種角度入射的光的遮光效果。隨後，如圖9F所示，在包括遮光膜M的第一絕緣層27上形成第二絕緣層觀。然後，如圖9G所示，在第二絕緣層觀的預定位置處形成用於提供接觸部分沈的開口 ^a。在本實施例中，開口 26a穿透第二絕緣層觀、第一絕緣層27和柵極絕緣膜16，使得將用作選擇電晶體Tr4的漏極的摻雜區域19暴露。然後，如圖9H所示，用鎢填充開口 ^a，以形成接觸部分沈。雖然在圖中未示出，將由鋁或銅形成的布線層Ml布置在第二絕緣層觀上包括接觸部分沈的區域。此處理之後跟著如下處理形成布線層M2和M3並且兩者之間具有中間絕緣膜30，以形成具有三個布線層Ml、M2和M3的多層布線層四。期望的是，布線層Ml至 M3具有低阻抗並且由鋁或銅製成。隨後，利用固態成像裝置的通用製造方法，來形成平坦化層、顏色過濾層、片上微透鏡等，從而完成固態成像裝置1的製造。在上述製造方法中，當期望如圖5所示的情況那樣利用布線層Ml將浮動擴散部15 連接到放大電晶體Tr3的柵極電極22時，在如圖9G和9H所示的處理中形成接觸部分32 和33。然後，通過經由布線層Ml將接觸部分32連接到接觸部分33，使浮動擴散部15電連接到放大電晶體Tr3的柵極電極22。在上述製造方法中，當期望如圖6所示的情況那樣利用遮光膜M將浮動擴散部15 連接到放大電晶體Tr3的柵極電極22時，在如圖8D所示的處理中在柵極電極22上方形成開口。然後，用鎢填充設置在柵極電極22上方的開口，從而形成接觸部分36。在此情況下， 在如圖8E所示的處理中將遮光膜M形成為在接觸部分36上方延伸。因此，浮動擴散部15 和放大電晶體Tr3的柵極電極22彼此電連接。在本實施例中，在形成柵極電極20至23之後執行形成光電檢測器14、浮動擴散部15和摻雜區域17至19的處理。但是，可以以各種方式修改處理的順序，並且可以在形成柵極電極20至23之前形成光電檢測器14、浮動擴散部15和摻雜區域17至19。此外， 在上述實施例中，形成在多層布線層四中的豎直信號線VSL通過接觸部分沈連接到選擇電晶體Tr4的摻雜區域19。可以使布線層(即，M1、M2和M3)中的其他布線通過由與上述那些處理相似的處理形成的接觸部分來連接到期望的區域。通過以上處理製造固態成像裝置1。根據本實施例的固態成像裝置1，用於對浮動擴散部15進行遮光的遮光膜M形成在低於多層布線層四的層中。結果，襯底13的上表面和遮光膜M之間的距離減小。這使得可以抑制光從諸如形成在浮動擴散部和液晶面板42之間的絕緣層之類的層間膜洩漏到浮動擴散部15中。因此，在將信號電荷從光電檢測器14轉移到浮動擴散部15期間由於入射到浮動擴散部15上的光引起的噪聲可以得到抑制，這提高了圖像質量。此外，根據本實施例的固態成像裝置1，在浮動擴散部15和遮光膜M之間產生寄生電容。這表示遮光膜M的使用可以增大浮動擴散部15中的飽和電荷。此外，根據現有技術，當多層布線層四的布線層(例如，布線層Ml)被用於形成遮光膜時，用於遮光的布線區域和用於其他布線的布線區域兩者都是需要的。即，根據現有技術，需要在相同層中設置大量布線區域。但是，根據本實施例中的固態成像裝置1，由設置在低於多層布線層四的層中的底布線層MO來構成遮光膜24。因此，不需要在多層布線層四
10的布線層Ml至M3中製造用於遮光的布線。結果，由多層布線層四中布線層Ml至M3佔用的區域的尺寸減小，允許光電檢測器14的開口的尺寸的增大。因此，在每個像素2中入射到光電檢測器14上的光量可以得到增大。根據近年來研發的技術，具有全局快門功能(同時快門功能)的CMOS固態成像裝置可以採用其中將信號電荷較長時間段地存儲在浮動擴散部中的驅動系統。在這種CMOS 固態成像裝置中，通過全部像素的同時曝光產生的信號電荷被同時轉移到浮動擴散部，並接著線順次地(line-sequentially)輸出到豎直信號線VSL。在此情況下，存儲在浮動擴散部中的信號電荷並不立即轉移到豎直信號線，洩漏到浮動擴散部中的光引起圖像質量的顯著劣化。即使在信號電荷短時間段地存儲在浮動擴散部中，高亮度光入射在浮動擴散部中也將導致圖像質量的劣化。與根據現有技術的固態成像裝置相比，根據本實施例中的固態成像裝置1，可以通過遮光膜M的效果來對光洩漏到浮動擴散部15中進行抑制。因此，本實施例可以有利地應用於具有全局快門功能的固態成像裝置的製造，在具有全局快門功能的固態成像裝置中， 由於信號電荷在浮動擴散部中較長的存儲時間段，光洩漏到浮動擴散部中將顯著影響圖像質量。此外，固態成像裝置1能夠抑制由於高亮度的光入射到浮動擴散部15中引起的圖像質量的劣化。在以上實施例中，布置在低於多層布線層四的層中的底布線層MO被用作像素部分3中的遮光膜M。底布線層MO可以用於像素部分3以及用於像素部分3和周邊電路區域12兩者。當構成遮光膜M的底布線層MO僅用於形成像素部分3時，可以使用具有通用構造的周邊電路區域12。通常，在周邊電路區域12中，對於逆變器、NAND和NOR之類的每個基本部件準備基本布局，並且在多層布線層四中製造這些部件。因此，當底布線層MO僅構成像素部分3時，可以通過採用根據現有技術的處理來製造周邊電路區域12。具體而言，當底布線層MO構成周邊電路區域12時，可能由於與其他布線層相關的寄生電容導致信號延遲等的發生。如果擔心這樣的延遲，則底布線層MO可以僅用於製造像素部分3。此外，CMOS固態成像裝置可以設置有安裝在相同晶片上的各種模擬電路和A/ D(模擬/數字)轉換器。這樣的電路包括諸如與浮動擴散部相似地電浮動的S/H(採樣保持)電容器之類的節點和元件。理想地，對這些節點和元件進行充分的遮光。根據本實施例中的固態成像裝置1，可以通過將底布線層MO用作由底布線層MO構成的遮光膜，來對在周邊電路區域12中的節點和元件進行遮光。因此，即使在底布線層MO還用作用於周邊電路區域12的遮光膜時，固態成像裝置1也可以提高遮光性。此外，構成遮光膜M的底布線層MO也可以用作周邊電路區域12中的布線。在此情況下，底布線層MO用作各模塊中的布線，其能夠提高各模塊的集成程度。因此，每個模塊的尺寸可以得到減小，並且可以實現固態成像裝置1的尺寸減小。2.第二實施例固態成像裝置以下，將對根據本發明的第二實施例的固態成像裝置進行說明。圖10是圖示在根據本發明的第二實施例的固態成像裝置35中的單個像素的平面視圖。圖11是沿著線 XI-XI'所取的剖視圖。在本實施例中的固態成像裝置35的總體構造與如圖1所示的固態成像裝置1的總體構造相似，並且將省略其說明。本實施例中的固態成像裝置35具有與如圖4所示的第一實施例中的像素2相似地構造的像素2，因此將省略其說明。在圖10和圖 11中，相同的附圖標記用於表示分別與圖2和圖3中所示的那些部件相同或相應的部件。根據本實施例的固態成像裝置35包括遮光膜34，遮光膜34是根據第一實施例的固態成像裝置1中遮光膜M的修改方案的示例。如圖10所示，在本實施例的固態成像裝置35中，遮光膜34從覆蓋浮動擴散部15 的區域延伸到圍繞光電檢測器14的區域，但光電檢測器14的開口正上方的區域除外。在本實施例中，遮光膜34的覆蓋浮動擴散部15的部分電連接到遮光膜34的圍繞光電檢測器 14的部分。但是，這些部分可以彼此分離。在本實施例中的固態成像裝置35中，浮動擴散部15和放大電晶體Tr3的柵極電極22以與如圖5或圖6所示的示例相同的方式彼此電連接。為了製造根據本實施例的固態成像裝置35，在如第一實施例的圖8E所示的處理中，對底布線層MO進行圖案化，使得遮光膜34在光電檢測器14周圍延伸。在固態成像裝置35中，遮光膜34形成在低於多層布線層四的層中，使得形成在光電檢測器14周圍的遮光膜34更靠近襯底13。此配置防止了入射在相鄰像素上的光的混合。例如，可以防止已經經過像素2中的一個像素的紅色過濾器的光進行到構成像素2中具有綠色過濾器的相鄰的一個像素的光電檢測器14中。因此，可以避免顏色的混合，從而可以提高圖像質量。在本實施例中，除了以上效果之外，可以獲得與第一實施例中相似的效果和優點。3.第三實施例固態成像裝置以下，將對根據本發明的第三實施例的固態成像裝置進行說明。圖12是根據本發明的第三實施例的固態成像裝置45的示意性剖視圖。固態成像裝置45的總體構造與如圖1所示的第一實施例中的固態成像裝置1的總體構造相似，因而將省略其說明。此外，在固態成像裝置45中，單個像素的平面布局電路構造與如圖2和圖4 所示的第一實施例中的那些相似，並將省略其說明。在圖12中，相同的附圖標記用於表示與圖3中所示的那些部件相同或相應的部件。[3.1主要部件的構造]在根據本實施例的固態成像裝置45中，構成選擇電晶體Tr4的漏極的摻雜區域19 經由由底布線層MO構成的中間膜4 連接到豎直信號線VSL。即，豎直信號線VSL和摻雜區域19經由形成在第一絕緣層27中的接觸部分47、中間膜4 和形成在第二絕緣層觀中的接觸部分46而電連接。[3. 2固態成像裝置的製造方法]參照圖13A和圖14E，將對根據本實施例的固態成像裝置45的製造方法進行說明。 圖13A至圖14E圖示了固態成像裝置45的製造方法中的各處理。在圖13A所示的處理之前執行的處理與如圖7A至7C所示的第一實施例中的處理相似，因此將省略其說明。在如圖7C所示形成第一絕緣層27之後，如圖13A所示，開口 2 形成為穿過柵極絕緣膜16和第一絕緣層27，從而暴露浮動擴散部15。同時，開口 47a形成為穿過柵極絕緣膜16和第一絕緣層27，從而暴露構成選擇電晶體Tr4的摻雜區域19。然後，如圖1 所示，用鎢填充形成在浮動擴散部15上方的開口 25a，使得形成接觸部分25。同時，用鎢填充形成在摻雜區域19上方的開口 47a，使得形成第一接觸部分47。 然後，在第一絕緣層27上覆蓋浮動擴散部15的區域和包括第一接觸部分47的區域處形成由鎢製成的底布線層M0。形成在覆蓋浮動擴散部15的區域處的底布線層MO被用作遮光膜 44，並且形成在第一絕緣層27上包括第一接觸部分47的區域處的底布線層MO被用作中間膜44a。通過對形成在第一絕緣層27的整個上表面上的鎢金屬膜進行圖案化，來形成遮光膜44和中間膜44a。理想地，在第一絕緣層27上由遮光膜44佔用的區域大於浮動擴散部 15的上表面。此配置提高了對於從各種角度入射的光的遮光效果。隨後，如圖13C所示，在包括遮光膜44和中間膜4 的第一絕緣層27上進一步形成第二絕緣層28。然後，如圖14D所示，在第二絕緣層洲中形成開口 46a，使得將中間膜4 暴露。此外，如圖14E所示，用鎢填充開口 46a，使得形成第二接觸部分46。同時，在包括第二接觸部分46的第二絕緣層觀上的預定位置處，形成由鋁或銅製成的布線層Ml。在如圖14E所示的示例中，經由第一接觸部分47、中間膜4 和第二接觸部分46連接到摻雜區域19的布線層Ml構成豎直信號線VSL。然後，交替地形成中間絕緣膜30和布線層，使得形成具有多個布線層的多層布線層四(在本實施例中為三個布線層Ml、M2和M3)。隨後，雖然附圖中未圖示，但是利用通用的固態成像裝置的製造方法，來形成平坦化層、顏色過濾器層、片上微透鏡等，從而完成固態成像裝置45的製造。在根據第一實施例中的製造方法的處理(如圖9G所示)中，在形成深度等於第一絕緣層27和第二絕緣層觀的合計厚度的開口時，存在開口的直徑隨著開口深度的增大而增大的問題。根據本實施例中的固態成像裝置的製造方法，將多層布線層四中的布線層Ml (本實施例中的豎直信號線VSL)連接到形成在襯底13上的期望區域(本實施例中的摻雜區域19)的接觸部分以兩個步驟來形成。結果，均在單個步驟中形成的開口 47a和46a每個可以具有減小的深度。因此，根據本實施例，可以在每個均具有較小厚度的絕緣層中形成開口 47a和46a，從而可以減小開口 47a和46a每個的高寬比。因此，與根據第一實施例的製造方法相比，第一接觸部分47和第二接觸部分46可以形成為非常小，這允許像素尺寸的減小。當在不試圖減小像素尺寸的情況下採用根據本實施例的製造方法時，可以提高每個元件的集成程度，這允許光電檢測器14的開口的尺寸的增大。在本實施例中，連接到襯底13的布線層Ml構成豎直信號線VSL。通過例如以與以上示例相似的方式形成將柵極電極連接到多層布線層中的布線的接觸部分，每個接觸部分的尺寸可以得到進一步減小。在根據本實施例的固態成像裝置45中，可以實現與第一實施例中相似的效果。根據本實施例的固態成像裝置的製造方法可以應用於根據第二實施例的固態成
像裝置。4.第四實施例固態成像裝置以下，將描述根據本發明的第四實施例的固態成像裝置。圖15A是示意性地圖示根據第四實施例的固態成像裝置57的構造的剖視圖。本實施例中的57的總體構造類似於如圖1所示的固態成像裝置1的總體構造，並將省略其說明。在圖15A中，相同的附圖標記用於表示與圖3中所示的那些部件相同或相應的部件，並將省略其說明。固態成像裝置57 具有其中全部像素被同時曝光(信號電荷被同時存儲)的全局快門功能，並包括兩個浮動擴散部。固態成像裝置57包括形成在襯底13的上側的光電檢測器14、第一浮動擴散部 15a和第二浮動擴散部15b。構成第一轉移電晶體Trla的柵極電極50在光電檢測器14和第一浮動擴散部15a 之間被布置在形成在襯底13的上表面上的柵極絕緣膜16上。構成第二轉移電晶體Trlb 的柵極電極51在第一浮動擴散部1 和第二浮動擴散部1 之間被布置在位於襯底13上的柵極絕緣膜16上。雖然圖15A中未圖示，但是同樣在本實施例中，如同第一至第三實施例那樣，設置重置電晶體、放大電晶體、選擇電晶體等。第一絕緣層27形成在包括柵極電極50和51的柵極絕緣膜16上。由底布線層 MO構成的遮光膜M在包括第一浮動擴散部1 正上方區域的區域處形成在第一絕緣層27 上。相似地，由底布線層MO構成的遮光膜55在包括第二浮動擴散部15b正上方區域的區域處形成在第一絕緣層27上。遮光膜M經由形成在第一絕緣層27中的接觸部分52電連接到第一浮動擴散部15a。遮光膜55經由形成在第一絕緣層27中的接觸部分53電連接到第二浮動擴散部15b。在本實施例中，遮光膜M和55以及接觸部分52和53由鎢製成。第二絕緣層28形成在包括遮光膜M和55的第一絕緣層27上。此外，包括多個布線層(在本實施例中為三個布線層M1、M2和M3)的多層布線層四形成在第二絕緣層觀上。在多層布線層四中的布線層中位於最下層位置的布線層Ml通過形成在第二絕緣層觀中的接觸部分56電連接到遮光膜55。雖然圖中未示出，但是電連接到第二浮動擴散部1 的布線層Ml連接到放大電晶體的柵極電極。在具有以上構造的固態成像裝置57中，通過同時曝光在每一個像素2的光電檢測器14中產生的信號電荷同時通過第一轉移電晶體Trla轉移到第一浮動擴散部15a。然後， 在保存在第一浮動擴散部1 中達預定時間段之後，由第二轉移電晶體Trlb以像素為單位將信號電荷轉移到第二浮動擴散部15b。由轉移到第二浮動擴散部15b的信號電荷引起的電壓波動通過放大電晶體(未示出)放大，並且放大後的像素信號被輸出到豎直信號線。在本實施例的固態成像裝置57中，通過由布置為靠近襯底13的光接收表面的底布線層MO構成的遮光膜M來對較長時間地保存信號電荷的第一浮動擴散部1 進行遮光。即使當信號電荷保存在第一浮動擴散部15a中時，此配置也可以防止入射光洩漏到第一浮動擴散部15a中，這可以抑制噪聲和圖像質量的劣化。此外，布置在第一浮動擴散部1 上方的遮光膜M電連接到第一浮動擴散部15a。 因此，通過增大遮光膜M的尺寸，可以利用遮光膜M的寄生電容來增大第一浮動擴散部 15a中的飽和電荷。另一方面，在根據本實施例的固態成像裝置57中，布置在第二浮動擴散部1 上方的遮光膜陽連接到多層布線層四中的布線層Ml。因此，期望遮光膜55和布線層Ml之間的寄生電容較小。因此，期望遮光膜陽具有僅足以對第二浮動擴散部1 進行遮光的尺寸。同時，在本實施例中，不需要將布置在第一浮動擴散部1 上方的遮光膜M連接到第一浮動擴散部15a。在此情況下，如圖15B所示，用於對第一浮動擴散部1 和第二浮動擴散部1 進行遮光的遮光膜58由位於浮動擴散部1 和1 上方的底布線層MO形成。因此，當設置兩個浮動擴散部時，僅在要連接到放大電晶體的柵極電極的位置處形成接觸部分。這樣，根據本實施例，即使在具有全局快門功能的固態成像裝置(其中浮動擴散部較長時間段地保存信號電荷)中，也可以防止光洩漏到浮動擴散部中。此外，在本實施例中，可以實現與第一實施例相似的效果。此外，在本實施例中的構造可以與第二和第三實施例中的那些構造進行組合。在前文中，將包括以矩陣進行排列以用於檢測與入射光的量相對應的信號電荷的像素單元的CMOS固態成像裝置作為第一至第四實施例的示例進行了說明。但是，本發明的應用即不限於CMOS固態成像裝置，也不限於通常包括用於以二維矩陣形成的像素部分中的各像素列的列電路的固態成像裝置。此外，本發明的應用不限於被配置通過檢測入射可見光的量的分布來拍攝圖像的固態成像裝置。本發明還可以以用於被配置為檢測紅外輻射、X射線、或粒子的分布的固態成像裝置。更寬泛而言，本發明還可以一般地應用於如下配置的固態成像裝置(物理量分布檢測器)檢測諸如壓力和電容之類的物理量的分布以拍攝圖像。此外，本發明的應用不限於被配置為以行為單位相繼地掃描像素部分中的像素單元來從像素單元讀取像素信號的固態成像裝置。本發明還可以以用於被配置為選擇任意像素並基於以像素為單位從所選擇的像素讀取信號的X-Y地址固態成像裝置。根據本發明的實施例的固態成像裝置可以形成為一個晶片或其中封裝有信號處理單元和光學系統的具有圖像拍攝功能的模組的形式。此外，本發明的應用不限於固態成像裝置，並且本發明可以以用於成像設備。這樣的成像設備包括相機系統(例如數字靜態相機)和具有成像功能的電子設備(例如行動電話)。安裝在電子設備內的模組，即相機模具，也可以用作成像設備。5.第五實施例電子設備以下，將對根據本發明的第五實施例的電子設備進行說明。圖16示意性地圖示了根據本發明的第五實施例的電子設備200的構造。電子設備200是上述根據第一實施例的固態成像裝置1所應用的電子設備(相機)的示例。圖16示意性地圖示了根據本實施例的電子設備200的剖視結構。電子設備200 可以是能夠拍攝靜態圖像的數字相機。電子設備200包括固態成像裝置1、光學透鏡210、快門211、驅動電路212、以及信號處理電路213。光學透鏡210在固態成像裝置1的成像平面上形成了與來自成像對象的入射光相對應的圖像。結果，信號電荷被存儲在固態成像裝置1中達預定的時間段。快門211控制固態成像裝置1的曝光時間和遮光時間。驅動電路212供應用於控制固態成像裝置1的轉移操作和快門211的快門操作的驅動信號。固態成像裝置1根據從驅動電路212供應的驅動信號(定時信號)來轉移信號。 信號處理電路213執行各種信號處理。處理後的圖像信號被存儲在諸如存儲器之類的存儲介質中或被輸出到監視器。在本實施例的電子設備200中，通過由底布線層構成的遮光膜對固態成像裝置1 的浮動擴散部進行有利的遮光，由此抑制了光洩漏到浮動擴散部中。因此，電子設備200可以抑制由於噪聲引起圖像質量的劣化。可以應用固態成像裝置1的電子設備200不限於相機。電子設備200也可以是諸如數字靜態相機之類的成像設備，和用於諸如行動電話之類的行動裝置的相機模組。雖然在本實施例中，將固態成像裝置1應用於電子設備200，但是根據上述第二至第四實施例的固態成像裝置也可以應用於電子設備200。本申請包含與2009年3月5日遞交給日本專利局的日本在先專利申請JP 2009-052324中揭示的主題相關的主題，其全文通過引用結合於此。本領域的技術人員應該理解，只要各種修改、組合、子組合和替換落在所附權利要求或其等同方案內，就可以根據設計要求和其他因素進行這些修改、組合、子組合和替換。
權利要求
1.一種固態成像裝置，包括光電檢測器，其形成在襯底上，並被配置為通過將入射光轉換為電來產生信號電荷； 浮動擴散部，其被配置為接收由所述光電檢測器產生的所述信號電荷； 電晶體單元，其至少包括將所述信號電荷轉移到所述浮動擴散部的轉移電晶體； 絕緣層，其形成在所述襯底的表面以上；以及遮光膜，其形成在所述絕緣層中的將所述光電檢測器的開口上方的區域除外的區域處，所述遮光膜對至少所述浮動擴散部進行遮光。
2.根據權利要求1所述的固態成像裝置，其中，所述遮光膜經由接觸部分電連接到所述浮動擴散部或放大電晶體的柵極電極。
3.根據權利要求2所述的固態成像裝置，其中，所述遮光膜被形成為圍繞所述光電檢測器，但所述光電檢測器的開口正上方的區域除外。
4.根據權利要求1所述的固態成像裝置，其中，所述電晶體單元通過接觸部分電連接到多層布線層中的布線層，所述接觸部分經由由底布線層構成的中間膜。
5.一種固態成像裝置的製造方法，所述方法包括以下步驟 在襯底上形成光電檢測器和浮動擴散部；在所述襯底上形成絕緣層；在所述絕緣層中的將所述光電檢測器的開口上方的區域除外的區域處，形成遮光膜；並且其中，所述遮光膜至少形成在所述浮動擴散部上方。
6.根據權利要求5所述的製造方法，還包括如下步驟將所述遮光膜形成為圍繞所述光電檢測器，但所述光電檢測器的開口正上方的區域除外。
7.一種固態成像裝置的製造方法，所述方法包括以下步驟在襯底上形成光電檢測器、浮動擴散部和摻雜區域，所述摻雜區域構成電晶體單元的電晶體的預定源極或漏極； 在所述襯底上形成絕緣層；在所述絕緣層中的將所述光電檢測器的開口上方的區域除外的區域處，形成遮光膜；並且其中，所述遮光膜至少形成在所述浮動擴散部上方。
8.根據權利要求7所述的製造方法，還包括以下步驟將所述遮光膜形成為圍繞所述光電檢測器，但所述光電檢測器的開口正上方的區域除外。
9.一種電子設備，包括 光學透鏡；固態成像裝置，其被配置為接收由所述光學透鏡收集的光，所述固態成像裝置包括光電檢測器，其形成在襯底上，並被配置為通過將入射光轉換為電來產生信號電荷；浮動擴散部，其被配置為接收由所述光電檢測器產生的所述信號電荷；電晶體單元，其至少包括將所述信號電荷轉移到所述浮動擴散部的轉移電晶體；絕緣層，其形成在所述襯底的表面上方； 以及遮光膜，其形成在所述絕緣層中的將所述光電檢測器的開口上方的區域除外的區域處，所述遮光膜對至少所述浮動擴散部進行遮光；以及信號處理電路，其被配置為對從所述固態成像裝置輸出的信號進行處理。
全文摘要
本發明提供了固態成像裝置及其製造方法以及電子設備。固態成像裝置包括光電檢測器，其形成在襯底上，並被配置為通過光電轉換來產生信號電荷；浮動擴散部，其被配置為接收由光電檢測器產生的信號電荷；電晶體單元，其至少包括將信號電荷轉移到所述浮動擴散部的轉移電晶體；絕緣層，其形成在襯底的表面上方；以及遮光膜，其形成在絕緣層中的將所述光電檢測器的開口上方的區域除外的區域中，遮光膜對至少浮動擴散部進行遮光。
文檔編號H01L27/14GK102412254SQ20111039416
公開日2012年4月11日 申請日期2010年2月26日 優先權日2009年3月5日
發明者田浦忠行 申請人:索尼公司