(57)【要約】【課題】シリコン中の結晶欠陥やシリコンと絶縁膜との間の界面状態の影響により生じるノイズを効果的に低減しうる光電変換装置を提供する。【解決手段】光電変換部が設けられた半導体層と、半導体層の一方の面の側に配された基板と、半導体層と前記基板との間に配された配線構造体と、を有する光電変換装置であって、配線構造体は、第１の絶縁材料よりなる第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜よりも半導体層の側に設けられ、第２の絶縁材料よりなる第２の絶縁膜と、を含み、第１の絶縁材料は第２の絶縁材料よりも水素を透過しやすく、第１の絶縁膜と半導体層との間に、第１の絶縁材料よりなる絶縁部材が位置し、第１の絶縁膜と絶縁部材とが、第２の絶縁膜に設けられた開口部を介して接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部が設けられた半導体層と、前記半導体層の一方の面の側に配された基板と、前記半導体層と前記基板との間に配された配線構造体と、を有する光電変換装置であって、
前記配線構造体は、第１の絶縁材料よりなる第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜よりも前記半導体層の側に設けられ、第２の絶縁材料よりなる第２の絶縁膜と、を含み、
前記第１の絶縁材料は前記第２の絶縁材料よりも水素を透過しやすく、
前記第１の絶縁膜と前記半導体層との間に、前記第１の絶縁材料よりなる絶縁部材が位置し、前記第１の絶縁膜と前記絶縁部材とが、前記第２の絶縁膜に設けられた開口部を介して接続されている
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記半導体層の主面に平行な投影面に垂直投影した場合に、前記投影面において前記開口部の少なくとも一部と前記光電変換部とが重なっている
ことを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記配線構造体は、複数の前記第１の絶縁膜及び複数の前記第２の絶縁膜を含み、前記半導体層の側から前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とが交互に積層されてなる積層体を有し、前記半導体層の側の少なくとも２以上の前記第１の絶縁膜に前記開口部が設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記半導体層の主面に平行な投影面に垂直投影した場合に、複数の前記第２の絶縁膜のうちの一の前記第２の絶縁膜に設けられた前記開口部と、複数の前記第２の絶縁膜のうちの他の一の前記第２の絶縁膜に設けられた前記開口部とが、前記投影面の異なる領域に配されている
ことを特徴とする請求項３記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記一の前記第２の絶縁膜に設けられた前記開口部と、前記他の一の前記第２の絶縁膜に設けられた前記開口部とは、前記投影面において少なくとも一部が重なっている
ことを特徴とする請求項４記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記配線構造体は、前記半導体層の主面に平行な投影面に垂直投影した場合に、前記投影面において前記開口部と重なる配線を有する
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。
【請求項７】
前記配線構造体は、複数の配線層を有し、前記複数の配線層のうち前記半導体層に最も近い配線層は、前記半導体層の主面に平行な投影面に垂直投影した場合に、前記投影面において前記光電変換部と少なくとも一部が重なる金属部材を有する
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。
【請求項８】
前記配線構造体は、複数の配線層を有し、前記複数の配線層のうち前記半導体層に最も近い配線層と前記半導体層との間に、前記半導体層の主面に平行な投影面に垂直投影した場合に、前記投影面において前記光電変換部と少なくとも一部が重なる金属部材を更に有する
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。
【請求項９】
各々が光電変換部を含む複数の画素を有する画素領域が設けられた半導体層と、前記半導体層の一方の面の側に配された基板と、前記半導体層と前記基板との間に配された配線構造体と、を有する光電変換装置であって、
前記配線構造体は、第１の絶縁材料よりなる第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜よりも前記半導体層の側に設けられ、第２の絶縁材料よりなる第２の絶縁膜と、を含み、
前記第１の絶縁材料は前記第２の絶縁材料よりも水素を透過しやすく、
前記第１の絶縁膜と前記半導体層との間に、前記第１の絶縁材料よりなる絶縁部材が位置し、前記第１の絶縁膜と前記絶縁部材とが、前記第２の絶縁膜に設けられた開口部を介して接続されており、
第１の画素に対応する領域に設けられた前記開口部の開口面積は、第２の画素に対応する領域に設けられた前記開口部の開口面積よりも大きい
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項１０】
前記開口部の開口面積は、前記画素領域の周縁部に近い画素に対応する前記開口部ほど大きくなっている
ことを特徴とする請求項９記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記配線構造体は、複数の配線層を有し、前記複数の配線層のうち前記半導体層に最も近い配線層は、前記半導体層の主面に平行な投影面に垂直投影した場合に、前記投影面において前記光電変換部と少なくとも一部が重なる金属部材を有し、
前記投影面において、前記第１の画素の前記光電変換部と重なる領域に配された前記金属部材の占有面積は、前記第２の画素の前記光電変換部と重なる領域に配された前記金属部材の占有面積よりも小さい
ことを特徴とする請求項９又は１０記載の光電変換装置。
【請求項１２】
各々が光電変換部を含む複数の画素を有する画素領域が設けられた半導体層と、前記半導体層の一方の面の側に配された基板と、前記半導体層と前記基板との間に配された配線構造体と、を有する光電変換装置であって、
前記配線構造体は、第１の絶縁材料よりなる複数の第１の絶縁膜と、第２の絶縁材料よりなる複数の第２の絶縁膜と、を含み、前記半導体層の側から前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とが交互に積層されてなる積層体を有し、
前記第１の絶縁材料は前記第２の絶縁材料よりも水素を透過しやすく、
前記半導体層に最も近い前記第１の絶縁膜の中又は前記半導体層の他方の面の側に、前記第１の絶縁膜よりも水素含有量の多い絶縁部材を更に有し、
第１の画素に対応する部分に設けられた前記絶縁部材の体積は、第２の画素に対応する部分に設けられた前記絶縁部材の体積よりも大きい
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項１３】
前記半導体層の他方の面の側に配された遮光膜を更に有し、
前記遮光膜は、前記第１の画素に対応する領域と重なり、前記第２の画素に対応する領域と重ならない
ことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１４】
前記第１の絶縁材料は、水素を含有する
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１５】
前記第１の絶縁材料は、酸化シリコン又は酸炭化シリコンである
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１６】
前記第２の絶縁材料は、炭化シリコン、窒化シリコン又は炭窒化シリコンである
ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１７】
前記半導体層の他方の面の側に配された光学構造体を更に有する
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１８】
前記基板に設けられたトランジスタを更に有する
ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれか１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る信号を処理する信号処理装置と
を有することを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置などに代表される光電変換装置において、小型化、高感度化、多機能化等を図るために、裏面照射型センサや、センサとＡＤ変換回路などの信号処理回路とを積層した積層型センサが提案されている。特許文献１には、積層型センサの構造及び製造方法が記載されている。
【０００３】
また、光電変換装置の高感度化や小型化が図られる一方で、シリコン中の結晶欠陥やシリコンと絶縁膜との間の界面状態の影響により生じるノイズを低減することが求められている。近年、水素のダングリングボンド終端作用を利用して、光電変換素子の近傍で生じるノイズや暗電流を低減する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−０３２０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の固体撮像装置においては、光電変換部の下層に配線材料の拡散防止層や配線間の層間絶縁層など、膜種の異なる複数の層が積層されている。これら複数の層の中には水素の透過を妨げるものもあり、光電変換部への水素供給が十分に行えず、水素によるダングリングボンド終端作用を十分に得られないことがあった。
【０００６】
本発明の目的は、シリコン中の結晶欠陥やシリコンと絶縁膜との間の界面状態の影響により生じるノイズを効果的に低減しうる光電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、光電変換部が設けられた半導体層と、前記半導体層の一方の面の側に配された基板と、前記半導体層と前記基板との間に配された配線構造体と、を有する光電変換装置であって、前記配線構造体は、第１の絶縁材料よりなる第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜よりも前記半導体層の側に設けられ、第２の絶縁材料よりなる第２の絶縁膜と、を含み、前記第１の絶縁材料は前記第２の絶縁材料よりも水素を透過しやすく、前記第１の絶縁膜と前記半導体層との間に、前記第１の絶縁材料よりなる絶縁部材が位置し、前記第１の絶縁膜と前記絶縁部材とが、前記第２の絶縁膜に設けられた開口部を介して接続されている光電変換装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一観点によれば、各々が光電変換部を含む複数の画素を有する画素領域が設けられた半導体層と、前記半導体層の一方の面の側に配された基板と、前記半導体層と前記基板との間に配された配線構造体と、を有する光電変換装置であって、前記配線構造体は、第１の絶縁材料よりなる第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜よりも前記半導体層の側に設けられ、第２の絶縁材料よりなる第２の絶縁膜と、を含み、前記第１の絶縁材料は前記第２の絶縁材料よりも水素を透過しやすく、前記第１の絶縁膜と前記半導体層との間に、前記第１の絶縁材料よりなる絶縁部材が位置し、前記第１の絶縁膜と前記絶縁部材とが、前記第２の絶縁膜に設けられた開口部を介して接続されており、第１の画素に対応する領域に設けられた前記開口部の開口面積は、第２の画素に対応する領域に設けられた前記開口部の開口面積よりも大きい光電変換装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の更に他の一観点によれば、各々が光電変換部を含む複数の画素を有する画素領域が設けられた半導体層と、前記半導体層の一方の面の側に配された基板と、前記半導体層と前記基板との間に配された配線構造体と、を有する光電変換装置であって、前記配線構造体は、第１の絶縁材料よりなる複数の第１の絶縁膜と、第２の絶縁材料よりなる複数の第２の絶縁膜と、を含み、前記半導体層の側から前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とが交互に積層されてなる積層体を有し、前記第１の絶縁材料は前記第２の絶縁材料よりも水素を透過しやすく、前記半導体層に最も近い前記第１の絶縁膜の中又は前記半導体層の他方の面の側に、前記第１の絶縁膜よりも水素含有量の多い絶縁部材を更に有し、第１の画素に対応する部分に設けられた前記絶縁部材の体積は、第２の画素に対応する部分に設けられた前記絶縁部材の体積よりも大きい光電変換装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シリコン中の結晶欠陥やシリコンと絶縁膜との間の界面状態の影響により生じるノイズを効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図３】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図４】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図５】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図６】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図７】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図８】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図９】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１０】本発明の第３実施形態による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による光電変換装置の他の構成例を示す平面図及び断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による光電変換装置の他の構成例を示す平面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態の他の例による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の第５実施形態による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の第６実施形態による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【図１７】本発明の第７実施形態による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【図１８】本発明の第８実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第９実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図１乃至図７を用いて説明する。
【００１３】
はじめに、本実施形態による光電変換装置の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態による光電変換装置の概略断面図である。
【００１４】
本実施形態による光電変換装置は、図１に示すように、半導体基板２１０と、配線構造体２５０，１８０と、半導体層１２０と、光学構造体３２０と、を有する。半導体基板２１０は、互いに反対の表面をなす一対の第１面２１２及び第２面２１４を有する。配線構造体２５０，１８０、半導体層１２０及び光学構造体３２０は、半導体基板２１０の第１面２１２の側にこの順番で積層されている。
【００１５】
半導体基板２１０の第１面２１２の側には、素子分離部２１６と、ゲート電極２１８を含むＭＯＳトランジスタと、が設けられている。半導体基板２１０の側には、ＡＤ変換回路部などの所定の信号処理部が配置されうる。
【００１６】
配線構造体２５０は、半導体基板２１０の側から順に積層された絶縁膜２２０，２２２，２２４，２２８，２３０，２３４，２３６，２４０，２４２と、この中に配された複数の配線層を含む。図１には、この複数の配線層により構成される金属部材のうち、異なる層に配された配線２２６，２３２，２３８，２４４を示している。
【００１７】
配線構造体１８０は、半導体基板２１０の側から順に積層された絶縁膜１６２，１６０，１５２，１５６，１４８，１４４，１４０，１３６，１３０，１２８と、この中に配された複数の配線層を含む。図１には、この複数の配線層により構成される金属部材のうち、異なる層に配された配線１６４，１５８，１４６，１３８を示している。
【００１８】
配線構造体１８０と配線構造体２５０とは、絶縁膜１６２と絶縁膜２４２とが向き合うように積層されており、配線構造体２５０の配線２４４と配線構造体１８０の配線１６４とが電気的に接続されている。
【００１９】
配線構造体１８０，２５０を構成する絶縁膜のうち、絶縁膜１２８，１３６，１４４，１５２，１５６，１６２，２２０，２２４，２３０，２３６，２４２は、配線間容量の低減の観点から、一般的に比誘電率が相対的に低い絶縁材料により構成される。比誘電率が相対的に低い絶縁材料としては、例えば、酸化シリコンや酸炭化シリコンなどが挙げられる。酸化シリコンや酸炭化シリコンなどの絶縁材料は、水素を透過する性質を有する。
【００２０】
一方、絶縁膜１３０，１４０，１４８，１６０，２２２，２２８，２３４，２４０は、配線１３８，１４６，１５８，１６４，２２６，２３２，２３８，２４４の形成時のエッチングストッパ膜や配線材料の拡散防止膜としての役割を備える。これら役割のもと絶縁膜１３０，１４０，１４８，１６０，２２２，２２８，２３４，２４０は、例えば、炭化シリコン、炭窒化シリコン、窒化シリコンなどにより構成される。炭化シリコン、炭窒化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁材料は、水素の拡散を阻害する性質を有する。
【００２１】
このように、配線構造体１８０，２５０は、水素を透過する絶縁材料よりなる複数の第１の絶縁膜と、水素の拡散を阻害する絶縁材料よりなる複数の第２の絶縁膜と、が交互に積層されてなる積層体を有する。第１の絶縁膜を構成する第１の絶縁材料は、第２の絶縁膜を構成する第２の絶縁材料よりも水素を透過しやすい。
【００２２】
半導体層１２０は、互いに反対の表面をなす一対の第１面１１２及び第２面１１４を有する。半導体層１２０は、一方の面の側、すなわち第１面１１２の側において配線構造体１８０に接している。半導体層１２０の第１面１１２の側には、光電変換部１２４及びゲート電極１２６を含むＭＯＳトランジスタを各々が含む複数の画素と、素子分離部１２２と、が設けられている。複数の画素は、アレイ状に配列されており、画素領域を構成している。半導体層１２０の他方の面の側、すなわち第２面１１４の側には、光学構造体３２０が設けられている。
【００２３】
光学構造体３２０は、半導体層１２０の第２面１１４の側から順に設けられた絶縁膜３０２と、層内レンズ３０４と、絶縁膜３０６と、カラーフィルタ層３０８と、マイクロレンズ３１０と、を有する。層内レンズ３０４、カラーフィルタ層３０８及びマイクロレンズ３１０は、複数の画素の各々に対応して設けられている。
【００２４】
このように、本実施形態による光電変換装置は、積層型センサであり、裏面照射型のセンサでもある。
【００２５】
ここで、本実施形態による光電変換装置においては、絶縁膜１３０，１４０，１４８に開口部１５４が設けられており、開口部１５４には絶縁膜１２８，１３６，１４４，１５２，１５６と同様の絶縁材料からなる絶縁体が配されている。別の言い方をすると、絶縁膜１２８，１３６，１４４，１５２，１５６と半導体層１２０とは、絶縁膜１３０，１４０，１４８に設けられた開口部１５４を介して、水素を透過する絶縁材料により接続されている。すなわち、絶縁膜１２８，１３６，１４４，１５２，１５６と半導体層１２０との間には、水素が拡散する経路が設けられている。
【００２６】
光電変換部１２４の近傍で生じるノイズや暗電流の原因の１つに、半導体層１２０中の結晶欠陥や半導体層１２０と絶縁膜１３０との間の界面におけるダングリングボンドの影響が挙げられる。これに対しては、水素のダングリングボンド終端作用を利用して光電変換部１２４の近傍のノイズや暗電流を低減する技術が知られている。
【００２７】
ダングリングボンドへの水素の供給は、一例では、水素を含む絶縁膜から行うことが可能である。例えば、平行平板プラズマＣＶＤ装置や高密度プラズマＣＶＤ装置などのプラズマを用いた成膜装置で堆積した酸化シリコンや酸炭化シリコンは水素を含有するため、水素供給源として利用することができる。本実施形態では、絶縁膜１２８，１３６，１４４，１５２，１５６，１６２を、水素供給源として利用することが可能である。
【００２８】
しかしながら、エッチングストッパ膜や拡散防止膜として一般的に用いられている絶縁材料は水素透過性が低いため、これら絶縁材料により構成される絶縁膜１３０，１４０，１４８，１６０は、水素の拡散を阻害する。また、配線１３８，１４６，１５８、１６４のバリアメタルを構成する窒化チタンや窒化タンタルも、水素の拡散を阻害する。そのため、コンタクト部を除く全面に絶縁膜１３０，１４０，１４８，１６０を配置すると、絶縁膜１３６，１４４，１５２，１５６，１６２に含まれる水素をダングリングボンド終端に利用することができなくなる。その結果、光電変換部１２４の近傍で生じるノイズや暗電流を十分に低減することができない。
【００２９】
このような観点から、本実施形態による光電変換装置では、絶縁膜１３０，１４０，１４８に開口部１５４を設け、絶縁膜１２８，１３６，１４４，１５２，１５６から光電変換部１２４への水素の供給を可能にしている。このように構成することで、水素によるダングリングボンド終端作用を高め、光電変換部１２４の近傍で生じるノイズや暗電流を効果的に低減することが可能となる。
【００３０】
開口部１５４は、絶縁膜１３０，１４０，１４８の少なくとも一部の領域に設けられていればよい。光電変換部１２４への水素の供給を効率化する観点からは、半導体層１２０の主面（例えば第１面１１２）に平行な投影面に垂直投影した場合に、当該投影面において開口部１５４の少なくとも一部と光電変換部１２４とが重なっていることが望ましい。絶縁膜１３０，１４０，１４８に設けられる開口部１５４は、上記投影面において必ずしも重なっている必要はない。
【００３１】
また、開口部１５４は、絶縁膜１３０，１４０，１４８，１６０のうち、光電変換部１２４側の１又は２以上の絶縁膜に設けられていればよい。すなわち、絶縁膜１３０のみに開口部１５４を形成してもよいし、絶縁膜１３０，１４０に開口部１５４を形成してもよいし、絶縁膜１３０，１４０，１４８，１６０に開口部１５４を形成してもよい。開口部１５４をどの絶縁膜に設けるかは、絶縁膜１３０，１４０，１４８，１６０から光電変換部１２４への水素供給能とノイズ低減効果との関係等に応じて適宜選択することができる。水素の拡散を阻害する絶縁膜の総数が５層以上の場合も同様である。
【００３２】
絶縁膜１２８，１３６，１４４，１５２，１５６，１６２から光電変換部１２４へ水素を供給する際は、水素の拡散を促進するための熱処理を行ってもよい。この熱処理は、水素を含む雰囲気（例えば、フォーミングガス雰囲気）中で行ってもよい。
【００３３】
次に、本実施形態による光電変換装置の製造方法について、図２乃至図７を用いて説明する。図２乃至図７は、本実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００３４】
まず、第１部品１００の基材として、半導体基板１１０を用意する。半導体基板１１０は、例えばシリコン基板であり、互いに反対の表面をなす一対の第１面１１２と第２面１１４とを有する。
【００３５】
次いで、半導体基板１１０の第１面１１２の側に、公知の半導体装置の製造プロセスにより、素子分離部１２２、光電変換部１２４、ゲート電極１２６を含むＭＯＳトランジスタ、絶縁膜１２８，１３０、コンタクトプラグ１３２等を形成する（図２（ａ））。
【００３６】
絶縁膜１２８は、例えば酸化シリコンにより構成されうる。絶縁膜１３０は、例えば炭化シリコンにより構成されうる。例えば、半導体基板１１０の第１面１１２の上に、ＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積後、この酸化シリコンの表面を平坦化し、酸化シリコン膜よりなる絶縁膜１２８を形成する。次いで、絶縁膜１２８の上に、ＣＶＤ法により、炭化シリコンを堆積し、炭化シリコン膜よりなる絶縁膜１３０を形成する。なお、絶縁膜１２８は、酸炭化シリコン膜により構成してもよい。また、絶縁膜１３０は、窒化シリコン膜や炭窒化シリコン膜により構成してもよい。
【００３７】
コンタクトプラグ１３２は、例えば、タングステンと、チタンや窒化チタンのバリアメタルと、により構成されうる。例えば、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、絶縁膜１２８，１３０に、半導体基板１１０やゲート電極１２６に達するコンタクトホールを形成する。次いで、スパッタ法やＣＶＤ法によりバリアメタル膜とタングステン膜とを堆積後、ＣＭＰ法やエッチバックにより絶縁膜１３０の上のバリアメタル膜とタングステン膜とを除去し、コンタクトホールに埋め込まれたコンタクトプラグ１３２を形成する。
【００３８】
次いで、絶縁膜１３０の上に、公知の半導体装置の製造プロセスにより、絶縁膜１３６、絶縁膜１３６内に配された配線１３８、絶縁膜１３６及び配線１３８の上に配された絶縁膜１４０等を形成する（図２（ｂ））。
【００３９】
絶縁膜１３６は、例えば酸化シリコンにより構成されうる。配線１３８は、例えば銅を主体とする導電性材料により構成されうる。絶縁膜１４０は、例えば炭化シリコンにより構成されうる。例えば、絶縁膜１３０の上に、ＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積し、酸化シリコン膜よりなる絶縁膜１３６を形成する。次いで、公知のシングルダマシンプロセスにより、絶縁膜１３６内に、銅を主体とする導電性材料よりなる配線１３８を形成する。絶縁膜１３０は、配線１３８を埋め込む配線溝を形成する際のエッチングストッパ膜としての役割と、配線１３８の構成材料に対する拡散防止膜としての役割と、を有する。次いで、絶縁膜１３６及び配線１３８の上に、例えばＣＶＤ法により炭化シリコンを堆積し、炭化シリコン膜よりなる絶縁膜１４０を形成する。なお、絶縁膜１３６は、酸炭化シリコン膜により構成してもよい。また、絶縁膜１４０は、窒化シリコン膜や炭窒化シリコン膜により構成してもよい。
【００４０】
次いで、絶縁膜１４０の上に、公知の半導体装置の製造プロセスにより、絶縁膜１４４、絶縁膜１４４内に配された配線１４６、絶縁膜１４４及び配線１４６の上に配された絶縁膜１４８、絶縁膜１４８の上に配された絶縁膜１５２等を形成する（図２（ｃ））。
【００４１】
絶縁膜１４４，１５２は、例えば酸化シリコンにより構成されうる。配線１４６は、例えば銅を主体とする導電性材料により構成されうる。絶縁膜１４８は、例えば炭化シリコンにより構成されうる。例えば、絶縁膜１４０の上に、ＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積し、酸化シリコン膜よりなる絶縁膜１４４を形成する。次いで、公知のデュアルダマシンプロセスにより、絶縁膜１４４内に、銅を主体とする導電性材料よりなる配線１４６を形成する。絶縁膜１４８は、配線１３８，１４６の構成材料に対する拡散防止膜としての役割を有する。次いで、絶縁膜１４４及び配線１４６の上に、例えばＣＶＤ法により炭化シリコンを堆積し、炭化シリコン膜よりなる絶縁膜１４８を形成する。次いで、絶縁膜１４８の上に、例えばＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積し、酸化シリコン膜よりなる絶縁膜１５２を形成する。なお、絶縁膜１４４，１５２は、酸炭化シリコン膜により構成してもよい。また、絶縁膜１４８は、窒化シリコン膜や炭窒化シリコン膜により構成してもよい。
【００４２】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、光電変換部１２４の上の絶縁膜１３０，１３６，１４０，１４４，１４８，１５２に、少なくとも絶縁膜１２８に達する開口部１５４を形成する（図３（ａ））。
【００４３】
開口部１５４は、フォトレジスト膜をマスクとして、或いは、フォトレジスト膜のパターンを転写した絶縁膜等よりなるハードマスク膜をマスクとして絶縁膜１５２，１４８，１４４，１４０，１３６，１３０をエッチングすることにより形成する。例えば、条件の異なる複数回のエッチングによって絶縁膜１５２，１４８，１４４，１４０，１３６，１３０を順次除去することにより、開口部１５４を形成することができる。また、絶縁膜１２８に、不図示のエッチングストッパ膜を設け、開口部１５４のエッチングを絶縁膜１２８ｄの途中で停止するようにしてもよい。その際のエッチングストッパ膜としては、例えば窒化シリコンを適用しうる。
【００４４】
次いで、開口部１５４内を含む第１面１１２の側の全面に、公知の半導体装置の製造プロセスにより、絶縁膜１５６を形成する。例えば、平行平板プラズマＣＶＤ装置、高密度プラズマＣＶＤ装置などのプラズマを用いた成膜装置を用いて酸化シリコンを堆積し、酸化シリコン膜よりなる絶縁膜１５６を形成する。なお、絶縁膜１５６は、酸炭化シリコン膜により構成してもよい。プラズマを用いた成膜装置により堆積した酸化シリコンや酸炭化シリコンは、水素透過性が高く、また、膜自体の水素含有量も多い。
【００４５】
次いで、ＣＭＰ法を用いて絶縁膜１５６の表面を平坦化し、開口部１５４により生じた表面段差を除去する（図３（ｂ））。
【００４６】
次いで、公知の半導体装置の製造プロセスにより、絶縁膜１５６，１５２内に配された配線１５８、絶縁膜１５２，１５６及び配線１５８の上に配された絶縁膜１６０，１６２、絶縁膜１６０，１６２内に配された配線１６４等を形成する（図３（ｃ））。配線１５８，１６４は、例えば銅を主体とする導電性材料により構成されうる。絶縁膜１６０は、例えば炭化シリコンにより構成されうる。絶縁膜１６２は、例えば酸化シリコンにより構成されうる。
【００４７】
例えば、公知のデュアルダマシンプロセスにより、絶縁膜１５６，１５２，１４８内に、銅を主体とする導電性材料よりなる配線１５８を形成する。絶縁膜１４８は、配線１５８の構成材料に対する拡散防止膜としての役割を有する。次いで、絶縁膜１５６及び配線１５８の上に、例えばＣＶＤ法により炭化シリコンを堆積し、炭化シリコン膜よりなる絶縁膜１６０を形成する。次いで、絶縁膜１６０の上に、例えばＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積し、酸化シリコン膜よりなる絶縁膜１６２を形成する。次いで、公知のデュアルダマシンプロセスにより、絶縁膜１６２，１６０内に、銅を主体とする導電性材料よりなる配線１６４を形成する。絶縁膜１６０は、配線１５８，１６４の構成材料に対する拡散防止膜としての役割を有する。なお、絶縁膜１６０は、窒化シリコン膜や炭窒化シリコン膜により構成してもよい。また、絶縁膜１６２は、酸炭化シリコン膜により構成してもよい。
【００４８】
なお、以後の説明では、図３（ａ）の工程において絶縁膜１３０，１４０，１４８を除去した部分（開口部１５４に相当）を、絶縁膜１５６を埋め込んだ後も開口部１５４と呼ぶものとする。開口部１５４は、水素透過性の高い絶縁材料よりなる絶縁膜１５６が埋め込まれた部位であり、物理的な孔ではないが、水素の拡散抑止効果の高い絶縁材料よりなる絶縁膜１３０，１４０，１４８から見ると水素を透過する孔（開口部）であるといえる。
以上により、光電変換素子を含む接合前の第１部品１００が完成する。
【００４９】
また、第１部品１００とは別に、第２部品２００の基材として、半導体基板２１０を用意する。半導体基板２１０は、例えばシリコン基板であり、互いに反対の表面をなす一対の第１面２１２と第２面２１４とを有する。
【００５０】
次いで、半導体基板２１０の第１面２１２の側に、公知の半導体装置の製造プロセスにより、素子分離部２１６、ゲート電極２１８を含むＭＯＳトランジスタ、絶縁膜２２０，２２２、コンタクトプラグ２２３等を形成する。
【００５１】
次いで、絶縁膜２２２の上に、公知の半導体装置の製造プロセスにより、絶縁膜２２４、絶縁膜２２４内に配された配線２２６、絶縁膜２２４及び配線２２６の上に配された絶縁膜２２８等を形成する。
【００５２】
次いで、絶縁膜２２８の上に、公知の半導体装置の製造プロセスにより、絶縁膜２３０、絶縁膜２３０内に配された配線２３２、絶縁膜２３０及び配線２３２の上に配された絶縁膜２３４等を形成する。
【００５３】
次いで、絶縁膜２３４の上に、公知の半導体装置の製造プロセスにより、絶縁膜２３６、絶縁膜２３６内に配された配線２３８、絶縁膜２３６及び配線２３８の上に配された絶縁膜２４０等を形成する。
【００５４】
次いで、絶縁膜２４０の上に、公知の半導体装置の製造プロセスにより、絶縁膜２４２、絶縁膜２４２内に配された配線２４４等を形成する（図４）。
【００５５】
絶縁膜２２０，２２４，２３０，２３６，２４２は、例えば酸化シリコンにより構成されうる。絶縁膜２２２，２２８，２３４，２４０は、例えば炭化シリコンにより構成されうる。コンタクトプラグ２２３は、例えば、タングステンと、チタンや窒化チタンのバリアメタルと、により構成されうる。配線２２６、２３２，２３８，２４４は、例えば銅を主体とする導電性材料により構成されうる。絶縁膜２２２は、配線２２６を埋め込む配線溝を形成する際のエッチングストッパ膜としての役割と、配線２２６の構成材料に対する拡散防止膜としての役割と、を有する。絶縁膜２２８，２３４，２４０は、配線２２６，２３２，２３８の構成材料に対する拡散防止膜としての役割を有する。なお、絶縁膜２２０，２２４，２３０，２３６，２４２は、酸炭化シリコン膜により構成してもよい。また、絶縁膜２２２，２２８，２３４，２４０は、窒化シリコン膜や炭窒化シリコン膜により構成してもよい。
以上により、接合前の第２部品２００が完成する。
【００５６】
次いで、このように形成した第１部品１００と第２部品２００とを、絶縁膜１６２側の面と絶縁膜２４２側の面とが向き合うように対向配置し、貼り合わせる。これにより、第１部品１００の配線１６４と第２部品２００の配線２４４とは、第１部品１００と第２部品２００との接合面３００において電気的に接続される（図５）。第１部品１００と第２部品２００との貼り合わせには、酸化シリコンなどの絶縁膜同士の貼り合わせのほか、一部に銅配線を含む接合方法を用いても構わない。
【００５７】
次いで、第１部品１００の半導体基板１１０を、第２面１１４から所定の厚さまで薄化し、半導体基板１１０を薄化してなる半導体層１２０を形成する（図６）。半導体基板１１０の薄化には、バックグラインド、ＣＭＰ、エッチング等の方法を適用可能である。或いは、３次元実装やＴＳＶ（貫通電極）形成プロセスなどで採用されている他の公知の基板薄膜化技術を適用することも可能である。以後の説明では、半導体基板１１０を薄化することにより露出した半導体層１２０の新たな面についても便宜上、第２面１１４と呼ぶものとする。
【００５８】
次いで、窒素雰囲気中や水素含有雰囲気（例えば、フォーミングガス雰囲気）中で熱処理を行う。この熱処理により、絶縁膜１２８，１３６，１４４，１５２，１５６から水素が放出され、この水素が開口部１５４を介して光電変換部１２４に達することによって、半導体層１２０の第１面１１２の側のダングリングボンドが水素終端される。特に、開口部１５４を埋め込むように形成した絶縁膜１５６は、平行平板プラズマＣＶＤ装置、高密度プラズマＣＶＤ装置などのプラズマを用いた成膜装置により成膜された膜であり、水素の含有量が多い。したがって、絶縁膜１５６は、半導体層１２０の第１面１１２の側のダングリングボンドを終端するに十分な水素を供給可能である。
【００５９】
なお、この熱処理を行うタイミングは、半導体基板１１０の薄化後に限定されるものではなく、第１部品１００と第２部品２００とを接合する際の熱処理を利用してもよいし、第１部品１００と第２部品２００とを接合する前のタイミングで行ってもよい。また、この熱処理を、第１部品１００と第２部品２００とを接合する前に行い、第１部品１００と第２部品２００との接合時や半導体基板１１０の薄化後に更に行ってもよい。また、絶縁膜１５６，１６０，１６２の成膜過程など、バックエンドプロセスの熱履歴によって水素を十分に光電変換部１２４まで拡散できる場合には、必ずしも別途の熱処理を行う必要はない。
【００６０】
次いで、半導体層１２０の第２面１１４の上に、公知の光電変換装置の製造プロセスを用いて、絶縁膜３０２、層内レンズ３０４、絶縁膜３０６、カラーフィルタ層３０８、マイクロレンズ３１０等を形成し、本実施形態による光電変換装置を完成する（図７）。
【００６１】
このように、本実施形態によれば、光電変換部への水素の供給を促進し、シリコン中の結晶欠陥やシリコンと絶縁膜との間の界面状態の影響により生じるノイズを効果的に低減することができる。
【００６２】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造方法について、図８及び図９を用いて説明する。第１実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図８及び図９は、本実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００６３】
本実施形態では、図１に示す第１実施形態による光電変換装置の他の製造方法を説明する。
まず、第１実施形態による製造方法と同様にして、半導体基板１１０の第１面１１２の側に、素子分離部１２２、光電変換部１２４、ゲート電極１２６を含むＭＯＳトランジスタ、絶縁膜１２８，１３０、コンタクトプラグ１３２等を形成する（図８（ａ））。
【００６４】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、光電変換部１２４の上の絶縁膜１３０に、少なくとも絶縁膜１２８に達する開口部１３４を形成する（図８（ｂ））。
【００６５】
次いで、開口部１３４内を含む第１面１１２の側の全面に、公知の半導体装置の製造プロセスにより、絶縁膜１３６を形成する。例えば、平行平板プラズマＣＶＤ装置、高密度プラズマＣＶＤ装置などのプラズマを用いた成膜装置を用いて酸化シリコンを堆積し、酸化シリコン膜よりなる絶縁膜１３６を形成する。これにより、開口部１３４内は絶縁膜１３６によって埋め込まれる。絶縁膜１３６は、成膜後、必要に応じてＣＭＰ法等により平坦化してもよい。
【００６６】
次いで、公知の半導体装置の製造プロセスにより、絶縁膜１３６内に配された配線１３８、絶縁膜１３６及び配線１３８の上に配された絶縁膜１４０等を形成する（図８（ｃ））。
【００６７】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、光電変換部１２４の上の絶縁膜１４０に、少なくとも絶縁膜１３６に達する開口部１４２を形成する。
【００６８】
次いで、開口部１４２内を含む第１面１１２の側の全面に、公知の半導体装置の製造プロセスにより、絶縁膜１４４を形成する。例えば、平行平板プラズマＣＶＤ装置、高密度プラズマＣＶＤ装置などのプラズマを用いた成膜装置を用いて酸化シリコンを堆積し、酸化シリコン膜よりなる絶縁膜１４４を形成する。これにより、開口部１４２内は絶縁膜１４４によって埋め込まれる。絶縁膜１４４は、成膜後、必要に応じてＣＭＰ法等により平坦化してもよい。
【００６９】
次いで、配線１３８、絶縁膜１４０、開口部１４２、絶縁膜１４４と同様にして、配線１４６、絶縁膜１４８、開口部１５０、絶縁膜１５２等を形成する（図９（ａ））。
【００７０】
このようにして絶縁膜１３０，１４０，１４８に形成した開口部１３４，１４２，１５０は、第１実施形態における開口部１５４と等価である。
【００７１】
次いで、第１実施形態の製造方法と同様にして、絶縁膜１５２内に配された配線１５８、絶縁膜１５２及び配線１５８の上に配された絶縁膜１６０，１６２、絶縁膜１６０，１６２内に配された配線１６４等を形成する。
以上により、光電変換素子を含む接合前の第１部品１００が完成する。
【００７２】
第２部品２００の製造、第１部品１００と第２部品２００との接合等を含むその後のプロセスについては、第１実施形態と同様である。
【００７３】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図１０乃至図１２を用いて説明する。第１及び第２実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１０は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【００７４】
本実施形態による光電変換装置は、図１０に示すように、開口部１５４が、絶縁膜１３０，１４０，１４８ではなく、絶縁膜１３０，１４０のみに設けられている点で、第１実施形態による光電変換装置とは異なっている。その他の点は、第１実施形態による光電変換装置と基本的に同様である。
【００７５】
絶縁膜１４８に開口部１５４を設けないことにより、絶縁膜１４４の中に配される配線１４６の配置の自由度を向上することができる。例えば、配線１４６は、図１０に示すように、半導体層１２０の第１面１１２に平行な投影面に垂直投影した場合に、当該投影面において光電変換部１２４と重なる領域にも配置することができる。これにより、配線の設計の自由度を向上することができる。
【００７６】
この点は、絶縁膜１６０についても同様である。絶縁膜１６０に開口部１５４を設けないことにより、絶縁膜１５２の中に配される配線１５８の配置の自由度を向上することができる。例えば、配線１５８は、図１０に示すように、半導体層１２０の第１面１１２に平行な投影面に垂直投影した場合おいて、当該投影面において光電変換部１２４と重なる領域にも配置することができる。これにより、配線の設計の自由度を向上することができる。
【００７７】
次に、光電変換部１２４、絶縁膜１４８及び配線１４６の平面レイアウトについて、図１１及び図１２を用いてより詳細に説明する。
【００７８】
図１１（ａ）は、１つの画素の光電変換部１２４とゲート電極１２６とを抜き出して描いた平面図である。この平面図は、光電変換部１２４、ゲート電極１２６及び配線１４６を半導体層１２０の第１面１１２に平行な投影面に垂直投影した投影図に対応している。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。図１１には絶縁膜１４８及び配線１４６を示しているが、絶縁膜１６０及び配線１５８についても同様である。絶縁膜１４８及び配線１４６と絶縁膜１６０及び配線１５８とは、互いに独立にレイアウト可能である。
【００７９】
図１１（ａ）では、光電変換部１２４と重なる一部の領域に、配線１４６を配置している。光電変換部１２４と重なる他の一部の領域は、配線１４６の間のスペース１６６と重なっている。光電変換部１２４とスペース１６６とが重なる領域の少なくとも一部には、第１及び第２実施形態と同様、開口部１５４を配置することも可能である。なお、開口部１５４は、必ずしも光電変換部１２４と重なる領域に配置されている必要はなく、光電変換部１２４と重なる領域の全体に配線１４６を配置し、光電変換部１２４と配線１４６とが重ならない領域に開口部１５４を配置してもよい。絶縁膜１４８よりも下層の絶縁膜１２８，１３６，１４４からの水素の供給で十分な場合には、絶縁膜１４８に開口部１５４を設けなくてもよい。
【００８０】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、光電変換部１２４、ゲート電極１２６及び配線１４６の平面レイアウトの他の例である。開口部１５４は、必ずしも配線１４６の間の領域に配置する必要はなく、１つの配線１４６で囲まれた領域の中に配置してもよい。
【００８１】
図１２では、配線１４６が光電変換部１２４と重なる一部の領域に、配線１４６を刳り貫くようにスペース１６６を配置している。この場合にも、光電変換部１２４とスペース１６６とが重なる領域の少なくとも一部には、第１及び第２実施形態と同様、開口部１５４を配置することも可能である。図１２（ａ）は、光電変換部１２４と重なる領域の中に１つのスペース１６６を配置した例である。図１２（ｂ）は、光電変換部１２４と重なる領域の中に格子状に４つのスペース１６６を配置した例である。光電変換部１２４と重なる領域の中に配置するスペース１６６の数や配置は、特に限定されるものではない。
【００８２】
本実施形態による光電変換装置の製造方法には、第１又は第２実施形態の製造方法と同様の製造方法を適用可能である。
【００８３】
このように、本実施形態によれば、光電変換部への水素の供給を促進し、シリコン中の結晶欠陥やシリコンと絶縁膜との間の界面状態の影響により生じるノイズを効果的に低減することができる。
【００８４】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図１３及び図１４を用いて説明する。第１乃至第３実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１３及び図１４は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【００８５】
本実施形態による光電変換装置では、図１３に示すように、半導体層１２０に最も近い配線層により構成される配線１３８を、半導体層１２０の第１面１１２に平行な投影面に垂直投影した場合に当該投影面において光電変換部１２４と重なる領域に配置している。
【００８６】
配線１３８をこのように配置することで、マイクロレンズ３１０によって集光され光電変換部１２４に入射した光のうち、絶縁膜１２８の側に透過した光を、配線１３８で反射して光電変換部１２４に再度入射することができる。配線１３８を光反射層として利用することにより、入射光に対する感度を向上するとともに、隣接画素への光漏れを抑制することができる。なお、光反射層として利用する配線１３８は、必ずしも文字通りの「配線」や「電極」である必要はなく、光電変換装置の機能上、電気的に特別な意味を持たない金属部材であってもよい。この金属部材は、配線１３８を含む配線層を構成する金属層により構成されうる。
【００８７】
或いは、例えば図１４に示すように、半導体層１２０の第１面１１２に平行な投影面に垂直投影した場合に当該投影面おいて光電変換部１２４と重なる領域の絶縁膜１２８の中に、光反射層として機能する金属層１６８を別途設けるようにしてもよい。この場合、金属層１６８は、例えばタングステンやアルミニウムなどの金属材料により構成することができる。
【００８８】
図１３及び図１４では、配線１３８や金属層１６８をこのようにレイアウトした関係で、開口部１５４を、上記投影面において光電変換部１２４とは重ならない領域、例えば隣接する画素の光電変換部１２４の間の領域に配置している。開口部１５４の位置をずらす代わりに、配線１３８を、図１１（ａ）、図１２（ａ）又は図１２（ｂ）に示す配線１４６と同様の平面レイアウトとし、スペース１６６に対応する部分に開口部１５４を配置するようにしてもよい。
【００８９】
本実施形態による光電変換装置の製造方法には、第１又は第２実施形態の製造方法と同様の製造方法を適用可能である。
【００９０】
このように、本実施形態によれば、光電変換部の下に光反射層を配置する構造においても、光電変換部への水素の供給を促進し、シリコン中の結晶欠陥やシリコンと絶縁膜との間の界面状態の影響により生じるノイズを効果的に低減することができる。
【００９１】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図１５を用いて説明する。第１乃至第４実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１５は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【００９２】
本実施形態による光電変換装置は、図１５に示すように、絶縁膜１３０，１４０に設けられた開口部１５４Ａと絶縁膜１４８に設けられた開口部１５４Ｂとが、第１面１１２に平行な投影面に垂直投影した場合に当該投影面の異なる領域に配置されている。開口部１５４Ａと開口部１５４Ｂとは、一部が重なっていてもよいし、重なっていなくてもよい。
【００９３】
開口部１５４Ａ，１５４Ｂをこのように配置した場合にも、絶縁膜１５２と絶縁膜１２８との間に、開口部１５４Ｂ，１５４Ａを介して光電変換部１２４に至る水素の拡散パスを確保することができる。したがって、本実施形態による光電変換装置においても、第１乃至第４実施形態の場合と同様、水素によるダングリングボンド終端作用を高め、光電変換部１２４の近傍で生じるノイズや暗電流を効果的に低減することが可能となる。
【００９４】
また、絶縁膜１３０，１４０，１４８に設ける開口部１５４を上記投影面においてそれぞれ異なる領域に配置できることは、各配線のレイアウトの自由度を向上できることを意味する。すなわち、本実施形態によれば、配線のレイアウトの自由度を犠牲にすることなく、光電変換部１２４の近傍で生じるノイズや暗電流を効果的に低減することが可能となる。
【００９５】
本実施形態による光電変換装置の製造方法には、第１又は第２実施形態の製造方法と同様の製造方法を適用可能である。
【００９６】
このように、本実施形態によれば、光電変換部への水素の供給を促進し、シリコン中の結晶欠陥やシリコンと絶縁膜との間の界面状態の影響により生じるノイズを効果的に低減することができる。
【００９７】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図１６を用いて説明する。第１乃至第５実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１６は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。
【００９８】
本実施形態による光電変換装置は、図１６に示すように、画素領域に配された複数の画素のうちの少なくとも一部として、画素ＰＩＸ１と、画素ＰＩＸ２と、を含む。画素ＰＩＸ２に対応する領域の配線構造体１８０には、画素ＰＩＸ１に対応する領域に設けられた開口部１５４よりも開口面積の大きい開口部１５４が設けられている。図１６には、画素ＰＩＸ１に対応する領域に設けられた開口部１５４の開口面積が最小の場合として、画素ＰＩＸ１に対応する領域に開口部１５４が設けられていない場合を示している。なお、ここでの開口面積とは、半導体層１２０の第１面１１２に平行な投影面に垂直投影した場合の当該投影面における開口部１５４の面積である。
【００９９】
一例では、画素ＰＩＸ１は受光画素（有効画素）であり、画素ＰＩＸ２は遮光画素（オプティカルブラック（ＯＢ）画素）でありうる。ここで、受光画素とは、入射光の光量に応じた信号を出力する画素である。また、遮光画素とは、暗電流値に応じた基準信号を出力する画素である。この場合、複数の画素ＰＩＸ１をアレイ状に配列して有効画素領域が構成され、複数の画素ＰＩＸ２をアレイ状に配列してＯＢ画素領域が構成される。遮光画素の光路上には、遮光膜３１２が設けられている。
【０１００】
画素ＰＩＸ２は、開口部１５４が仮に設けられていないとしても、暗電流値に応じた基準信号を出力することは可能である。しかしながら、この場合、画素ＰＩＸ１における暗電流値と同等の基準暗電流値を示す基準信号を画素ＰＩＸ２から得ることは困難である。これは、画素ＰＩＸ１と画素ＰＩＸ２との間の構造的な違いにより、光電変換部１２４に到達する水素の量に差が生じ、水素によるダングリングボンド終端作用にも差が生じるからである。
【０１０１】
光電変換部１２４への水素供給源としては、配線構造体１８０を構成する絶縁膜１２８，１３６，１４４，１５２，１６２等のほか、層内レンズ３０４を構成する絶縁材料などが挙げられる。層内レンズ３０４は、窒化シリコン膜などの水素含有量の大きい膜で構成されるため、基板加熱時には水素供給源となりうる。
【０１０２】
しかしながら、画素ＰＩＸ２には、半導体層１２０の第２面１１４の側に遮光膜３１２が設けられている。遮光膜３１２は、一般的にはタングステンなどの金属材料により構成され、水素拡散の阻害膜となる。そのため、半導体層１２０の第２面１１４の側からの画素ＰＩＸ２への水素供給量は画素ＰＩＸ１よりも少なくなる。その結果、画素ＰＩＸ２におけるダングリングボンド終端作用による暗電流低減効果も画素ＰＩＸ１よりも低くなり、画素ＰＩＸ１と画素ＰＩＸ２との間で暗電流値に差が生じてしまう。
【０１０３】
このような観点から、本実施形態においては、半導体層１２０の第１面１１２の側からの画素ＰＩＸ２への水素供給量が画素ＰＩＸ１よりも多くなるように構成し、全体として、画素ＰＩＸ１及び画素ＰＩＸ２への水素供給量の差を少なくしている。具体的には、画素ＰＩＸ２における開口部１５４を画素ＰＩＸ１における開口部１５４よりも大きくすることで、半導体層１２０の第１面１１２の側からの画素ＰＩＸ２への水素供給量を画素ＰＩＸ１よりも多くすることができる。これにより、画素ＰＩＸ１と画素ＰＩＸ２との間における暗電流値の差を抑制しつつ、水素によるダングリングボンド終端作用によってノイズや暗電流を低減した光電変換装置を実現することができる。
【０１０４】
開口部１５４の開口面積は、画素領域の外側（周縁部側）に配置された画素ほど大きくすることが望ましい。また、各々画素において、開口部１５４は、画素領域の外側（周縁部側）に配置することが望ましい。このように構成することで、画素領域の外側（周縁部側）で水素供給量が少ない場合においても光電変換部１２４への水素供給量の差を減らすことができ、暗電流の面内不均一化を抑制することができる。
【０１０５】
また、第４実施形態において説明した光反射層を半導体層１２０の第１面１１２の側に配置する場合、画素ＰＩＸ２に対応する領域における光反射層の占有面積は、画素ＰＩＸ１に対応する領域における光反射層の占有面積よりも小さくすることが望ましい。図１６には、画素ＰＩＸ２に対応する領域における光反射層の占有面積が最小の場合として、画素ＰＩＸ２の光電変換部１２４と重なる領域に配線１３８が配されていない場合を例示している。このように構成することで、画素ＰＩＸ２において光反射層による水素供給阻害を抑制することができ、開口部１５４の開口面積の差と相俟って、半導体層１２０の第１面１１２の側からの画素ＰＩＸ２への水素供給量を画素ＰＩＸ１よりも多くすることができる。画素ＰＩＸ２における光反射層の占有面積を画素ＰＩＸ１における光反射層の占有面積よりも小さくすることには、光反射によるＯＢ画素への光漏れを抑制する効果もある。これにより、有効画素とＯＢ画素との間の暗電流値の差の抑制とＯＢ画素領域における遮光性の向上とを両立することができる。
【０１０６】
画素ＰＩＸ１と画素ＰＩＸ２とにおける暗電流値の差を抑制する観点から、光電変換部１２４の近傍の絶縁膜（素子分離部１２２を含む）に含まれる単位面積当たりの水素濃度は画素ＰＩＸ１よりも画素ＰＩＸ２の方が高いことが望ましい。光電変換部１２４の近傍の絶縁膜（素子分離部１２２を含む）に含まれる単位面積当たりの水素濃度は画素ＰＩＸ２よりも画素ＰＩＸ１の方が高くてもよいが、その場合は水素濃度の差が５％以下であることが望ましい。
【０１０７】
このように、本実施形態によれば、画素の特性に応じて光電変換部への水素の供給を行うことができ、シリコン中の結晶欠陥やシリコンと絶縁膜との間の界面状態の影響により生じるノイズを効果的に低減することができる。
【０１０８】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態による光電変換装置及びその製造方法について、図１７を用いて説明する。第１乃至第６実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１７は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示す概略断面図である。
【０１０９】
本実施形態による光電変換装置は、図１７に示すように、画素ＰＩＸ２に対応する領域の絶縁膜１２８の中に、絶縁膜１２８よりも水素含有量の多い絶縁部材１７０が選択的に設けられている。また、画素ＰＩＸ２に対応する領域に配された層内レンズ３０４を構成する絶縁膜の体積が、画素ＰＩＸ１に対応する領域に配された層内レンズ３０４を構成する絶縁部材の体積よりも大きい。換言すると、画素ＰＩＸ２に対応する領域における絶縁部材１７０や層内レンズ３０４を構成する絶縁部材の体積は、画素ＰＩＸ１に対応する領域における絶縁部材１７０や層内レンズ３０４の体積よりも大きい。
【０１１０】
絶縁部材１７０や層内レンズ３０４は、例えば窒化シリコンなどの水素含有量の大きい絶縁材料により構成され、基板加熱時には水素供給源となりうる。したがって、画素ＰＩＸ２における絶縁部材１７０や層内レンズ３０４の体積を画素ＰＩＸ１における絶縁部材１７０や層内レンズ３０４の体積よりも大きくすることで、画素ＰＩＸ２への水素供給量を画素ＰＩＸ１への水素供給量よりも多くすることができる。
【０１１１】
画素ＰＩＸ２の光電変換部１２４と絶縁部材１７０との間には、光反射層や配線層などの金属層や絶縁膜１３０，１４０，１４８，１６０のような水素供給阻害膜がないことが望ましい。また、絶縁部材１７０を追加するのに加え、配線構造体１８０に開口部１５４を設けるようにしてもよい。
【０１１２】
このように構成することで、画素ＰＩＸ２の光電変換部１２４に、画素ＰＩＸ１の光電変換部１２４より多くの水素を供給することができる。これにより、画素ＰＩＸ１と画素ＰＩＸ２との間における暗電流値の差を抑制しつつ、水素によるダングリングボンド終端作用によってノイズや暗電流を低減した光電変換装置を実現することができる。
【０１１３】
このように、本実施形態によれば、画素の特性に応じて光電変換部への水素の供給を行うことができ、シリコン中の結晶欠陥やシリコンと絶縁膜との間の界面状態の影響により生じるノイズを効果的に低減することができる。
【０１１４】
［第８実施形態］
本発明の第８実施形態による撮像システムについて、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【０１１５】
上記第１乃至第７実施形態で述べた光電変換装置は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図１８には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
【０１１６】
図１８に例示した撮像システム４００は、撮像装置４０１、被写体の光学像を撮像装置４０１に結像させるレンズ４０２、レンズ４０２を通過する光量を可変にするための絞り４０４、レンズ４０２の保護のためのバリア４０６を有する。レンズ４０２及び絞り４０４は、撮像装置４０１に光を集光する光学系である。撮像装置４０１は、第１乃至第７実施形態のいずれかで説明した光電変換装置であって、レンズ４０２により結像された光学像を画像データに変換する。
【０１１７】
撮像システム４００は、また、撮像装置４０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部４０８を有する。信号処理部４０８は、撮像装置４０１が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部４０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部４０８の一部であるＡＤ変換部は、撮像装置４０１が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置４０１とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置４０１と信号処理部４０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。
【０１１８】
撮像システム４００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部４１０、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部（外部Ｉ／Ｆ部）４１２を有する。更に撮像システム４００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体４１４、記録媒体４１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）４１６を有する。なお、記録媒体４１４は、撮像システム４００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【０１１９】
更に撮像システム４００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部４１８、撮像装置４０１と信号処理部４０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部４２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム４００は少なくとも撮像装置４０１と、撮像装置４０１から出力された出力信号を処理する信号処理部４０８とを有すればよい。
【０１２０】
撮像装置４０１は、撮像信号を信号処理部４０８に出力する。信号処理部４０８は、撮像装置４０１から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部４０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
【０１２１】
このように、本実施形態によれば、第１乃至第７実施形態による光電変換装置を適用した撮像システムを実現することができる。
【０１２２】
［第９実施形態］
本発明の第９実施形態による撮像システム及び移動体について、図１９を用いて説明する。図１９は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
【０１２３】
図１９（ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム５００は、撮像装置５１０を有する。撮像装置５１０は、上記第１乃至第７実施形態のいずれかに記載の光電変換装置である。撮像システム５００は、撮像装置５１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部５１２と、撮像システム５００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部５１４を有する。また、撮像システム５００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部５１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部５１８と、を有する。ここで、視差取得部５１４や距離取得部５１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部５１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【０１２４】
撮像システム５００は車両情報取得装置５２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム５００は、衝突判定部５１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ５３０が接続されている。また、撮像システム５００は、衝突判定部５１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置５４０とも接続されている。例えば、衝突判定部５１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ５３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置５４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【０１２５】
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム５００で撮像する。図１９（ｂ）に、車両前方（撮像範囲５５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置５２０が、撮像システム５００ないしは撮像装置５１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
【０１２６】
また、本実施形態では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機或いは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【０１２７】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
【０１２８】
また、上記第６及び第７実施形態では、画素ＰＩＸ１として有効画素を想定し、画素ＰＩＸ２としてＯＢ画素を想定したが、画素ＰＩＸ１，ＰＩＸ２は、この組み合わせに限定されるものではない。
【０１２９】
また、上記第８及び第９実施形態に示した撮像システムは、本発明の光電変換装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な撮像システムは図１８及び図１９に示した構成に限定されるものではない。
【０１３０】
本発明の光電変換装置は、撮像システムや移動体のみならず、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。ここで言う機器の範疇には、電子機器（カメラやスマートフォン等）、事務機器（スキャナ等）、輸送機器（車両、船舶、航空機等）、医療機器（内視鏡、放射線検査装置等）、分析機器（ＳＥＭ、ＴＥＭ等）、産業機器（ロボット等）などが含まれる。これら機器は、上記実施形態で説明した光電変換装置と、当該光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理装置と、を含んで構成されうる。
【０１３１】
なお、上記実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１００…第１部品
１２０…半導体層
１２４…光電変換部
１２８，１３０，１３６，１４０，１４４，１４８，１５２，１５６，１６０，１６２，２２０，２２２，２２４，２２８，２３０，２３４，２３６，２４０，２４２…絶縁膜
１３８，１４６，１５８，１６４，２２６，２３２，２３８，２４４…配線
１５４…開口部
１８０，２５０…配線構造体
２００…第２部品
２１０…半導体基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2020194841.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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