(57)【要約】【課題】画素アレイ領域周辺における感度シェーディングを抑制する。【解決手段】画素アレイ部１において、半導体基板１０１内部にフォトダイオード１１０を形成し、半導体基板１０１と第１の配線層１０３間、および第１の配線層１０３と第２の配線層１０６間を金属埋め込み層１０４ａ，１０４ｂを介して接続する。周辺回路部２において、トランジスタを複数個形成し、半導体基板１０１と第１の配線層１１６間、および第１の配線層１１６と第２の配線層１０６間を金属埋め込み層１０４ａ，１０４ｂを介して接続する。前記第２の配線層１０６は第１の配線層１０３，１１６よりも上に形成され、各第２の配線層１０６を同じ厚さにし、画素アレイ部１の第１の配線層１０３の厚さは、周辺回路部２の第１の配線層１１６に比べて薄くする。【選択図】図２
2007005437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に、少なくとも光電変換部が含まれる単一画素を２次元的に配置した画素アレイ部と、前記画素アレイ部の周辺に配置された周辺回路部とを備え、前記画素アレイ部および前記周辺回路部のそれぞれに、少なくとも第１の配線と第２の配線とからなる複数の配線が設けられ、基板表面を下側として前記第２の配線が前記第１の配線の上に設置されている固体撮像装置であって、
前記画素アレイ部と前記周辺回路部とにおける前記第２の配線の膜厚を同じにし、前記画素アレイ部における前記第１の配線の膜厚を、前記周辺回路部における前記第１の配線の膜厚よりも小さくしたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記周辺回路部における前記第１の配線の膜厚が一部異なることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記周辺回路部の前記第１の配線における前記半導体基板からの基板表面に垂直方向の最短距離が、前記画素アレイ部の前記第１の配線における前記半導体基板からの基板表面に垂直方向の最短距離よりも長くなるように設定したことを特徴とする請求項１または２項記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記周辺回路における前記第１の配線を多層設置構造にしたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子などからなる受光部と、信号処理回路などの周辺回路とが同一半導体基板上に混載されてなる固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、民生用のデジタルカメラなどに用いられる固体撮像装置においては、高画質に対する要求と共に、携帯性の面において小型化，軽量化に関する要求が高まってきている。これらの要求に対応するため、従来では受光部とは別チップで形成されていたセンサ機能以外の付加機能、例えば信号処理回路，制御回路などを、受光部と共にワンチップ化する、いわゆるＳＯＳ（システム  オン  シリコン）技術の開発がなされている。従来のこの種の固体撮像装置として、特許文献１に記載の技術を例示する。
【０００３】
図６，図７は特許文献１に記載の固体撮像装置を示す断面図である。
【０００４】
図６において、２０１は半導体基板、２０２は受光部、２０３は周辺回路部であって、２０４は光電変換素子、２０５は受光部２０２内の配線、２０６は周辺回路部２０３内の配線、２０７はカラーフィルタ、２０８はマイクロレンズ、２０９はエッチングストッパ層、２１０は平坦化層、２１１は層間膜、２１２は保護膜である。
【０００５】
図７に示すように、半導体基板１上には、受光部２０２において光電変換素子２０４が形成され、また周辺回路部２０３において駆動，制御，信号処理などの回路（図示せず）が形成され、続いて一般的な半導体製造技術を用いて信号配線２０５，２０６が形成される。
【０００６】
ここで、受光部２０２には、バイアスなどの入力および画像信号の出力が必要とされ、その配線は２〜３層程度である。一方、周辺回路部３では、信号処理回路などにおいて付加機能が増加し、集積化が進むことにより、多層化が必須となると共に、素子の微細化によっても、さらに多層化が必要となる。
【０００７】
すなわち、ＳＯＳ（システム  オン  シリコン）形態をなす固体撮像装置においては、微細化により周辺信号処理回路などの多層化が一層進み、少なくとも受光部に必要とされる配線層以上の多層化が必要となる。
【特許文献１】特開２０００−１５０８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記従来技術として説明した固体撮像装置は、最下層以外の配線は、通常、コンタクト数が少ないため、シュリンクを行うことができるが、金属配線は電気的接続の機能を果たすため、配置位置を変えることが困難であって、シュリンクを行うことは難しい。
【０００９】
したがって、前記従来技術として説明した固体撮像装置は、特に受光部の光電変換素子群からなる画素アレイ部周辺にて、斜めからの入射光が最下層の金属配線に反射しやすくなり、この結果、画素アレイ部における中心と周辺とにおいて、入射光量が異なることによる画質劣化（感度シェーディング）が発生するという課題がある。
【００１０】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するため、画素アレイ領域周辺における感度シェーディングを抑制した固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明は、半導体基板に、少なくとも光電変換部が含まれる単一画素を２次元的に配置した画素アレイ部と、前記画素アレイ部の周辺に配置された周辺回路部とを備え、前記画素アレイ部および前記周辺回路部のそれぞれに、少なくとも第１の配線と第２の配線とからなる複数の配線が設けられ、基板表面を下側として前記第２の配線が前記第１の配線の上に設置されている固体撮像装置であって、前記画素アレイ部と前記周辺回路部とにおける前記第２の配線の膜厚を同じにし、前記画素アレイ部における前記第１の配線の膜厚を、前記周辺回路部における前記第１の配線の膜厚よりも小さくしたことを特徴とするものである。
【００１２】
この構成によって、画素アレイ部における第１の配線の膜厚が比較的薄いため、入射光が反射され難くなり、画素アレイ部周辺でも光電変換部への入射光量の低下が小さくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る固体撮像装置によれば、画素アレイ部周辺における入射光量低下による感度シェーディングを抑制することができ、撮像画質の向上が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る固体撮像装置を、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態を説明するための固体撮像装置の回路模式図である。
【００１６】
図１において、画像取り込み領域１０は、２次元的に配列されている複数のセル１１から構成されており、各セル１１は、光電変換素子であるフォトダイオード１２と、電荷転送トランジスタ１３と、電荷を消去するためのリセットトランジスタ１４と、増幅トランジスタ１５とから構成されている。
【００１７】
また、画像取り込み領域１０において、光電変換領域は、フォトダイオード１２と電荷転送トランジスタ１３から構成され、信号検出回路領域は、リセットトランジスタ１４と増幅トランジスタ１５から構成されている。
【００１８】
画像取り込み領域１０の周辺領域には、水平シフトレジスタ２１，垂直シフトレジスタ２２などからなる周辺回路領域が配置されており、水平画素選択配線２４とリセット配線２３は、水平シフトレジスタ２１によりセル位置の水平方向を選択する。さらに、信号電荷を読み出すラインを決定するために、水平画素選択線２２は、それぞれの増幅トランジスタ１５のゲートに接続される。また、セル位置の垂直方向を選択するため、垂直方向の電圧入力トランジスタ２８を電流安定トランジスタ２５を介して垂直信号配線２６に接続している。
【００１９】
図２は本発明に係る固体撮像装置の実施形態１における配線構造を示す断面図である。
【００２０】
図２において、図１の２次元的に配列されている複数のセル１１に対応する画素アレイ部１は、半導体基板１０１の内部に形成されたフォトダイオード１１０の上部に、第１の絶縁層１０２，第２の配線層１０３、また第２の絶縁層１０５，第２の配線層１０６が形成されることにより構成されている。
【００２１】
また、半導体基板１０１と第１の配線層１０３とは、第１の金属埋め込み層１０４ａを介して、また第１の配線層１０３と第２の配線層１０６とは、第２の金属埋め込み層１０４ｂを介して接続され、電気的導通が保たれている。そして、その上部にカラーフィルタ１０７，第３の絶縁層１０８が形成され、さらに、その上部に集光レンズ１０９が形成されている。
【００２２】
また、周辺回路部２には、ゲート電極１１２，サイドウォール１１１，ドレイン１１３とソース１１４から構成されるトランジスタが複数個形成されており、半導体基板１０１のドレイン１１３およびソース１１４と第１の配線層１１６とは、第１の金属埋め込み層１０４ａを介して、また第１の配線層１１６と第２の配線層１０６とは、第２の金属埋め込み層１０４ｂを介して接続されている。
【００２３】
実施形態１では、画素アレイ部１の第１の配線層１０３の厚さが、周辺回路部２の第１の配線層１１６に比べて薄くしてある。このことにより、画素アレイ部１の第１の配線層１０３において入射光が反射されにくくなり、画素アレイ部１の周辺でもフォトダイオード部１１０への入射光量の低下が抑制されることになり、したがって、画質が向上する。
【００２４】
周辺回路部２では、配線に流れる電流が大きいため、配線は低抵抗であることが好ましく、一方、画素アレイ部１では、第１の配線層１０３には、ほとんど電流が流れないため、高抵抗であっても問題とはならない。したがって、実施形態１のように、固体撮像装置において、周辺回路部２の第１の配線層１１６における膜厚を大きくしても、また、画素アレイ部１の第１の配線層１１６における膜厚を小さくしても、電気特性上の影響はない。
【００２５】
なお、実施形態１において、画素アレイ部１の第１の配線層１０３以外の配線層と、周辺回路部２の第１の配線層１１６としては、低抵抗金属であるアルミニウム／チタンの積層膜、あるいは銅／チタンの積層膜であることが好ましい。
【００２６】
さらに、画素アレイ部１の第１の配線層１０３としては、タングステンあるいはアルミニウム／チタンの積層膜であることが好ましい。
【００２７】
さらに、画素アレイ部１の第１の配線層１０３は１００ｎｍ以下とすることが好ましい。また、画素アレイ部１の第１の配線層１０３以外の配線層と、周辺回路部２の配線層は、１００〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００２８】
図３は本発明に係る固体撮像装置の実施形態２における配線構造を示す断面図である。
【００２９】
実施形態２では、実施形態１と異なり、周辺回路部２の第１の配線層１１６が、膜厚の異なる配線層１１６ａと配線層１１６ｂとから構成されている。
【００３０】
すなわち、第１の配線層１１６において配線層１１６ａは、配線層１１６ｂよりも膜厚が薄く、また画素アレイ部１の第１の配線層１０３と同じ膜厚であり、かつ配線層１０３，１１６ａ，１１６ｂは半導体基板−配線層間の距離が同じである。
【００３１】
実施形態２によれば、周辺回路部２にも高抵抗配線を必要とする場合に、画素アレイ部１の第１の配線層１０３と同じものを用いることが可能となる。すなわち、高抵抗と低抵抗の場合での配線の使い分けが可能となり、設計の自由度が高まる。
【００３２】
図４は本発明に係る固体撮像装置の実施形態３における配線構造を示す断面図である。
【００３３】
実施形態３では、追加絶縁層１１７を第１の絶縁層１０２上に形成し、画素アレイ部１における第１の配線層１０３と半導体基板１０１間の距離（基板表面に垂直方向の最短距離）ｄ１が、周辺回路部２における第１の配線層１１６と半導体基板１０１間の距離（基板表面に垂直方向の最短距離）ｄ２に比べて小さくしている。
【００３４】
これにより、画素アレイ部１における第１の配線層１０３の設置高さ（基板表面に垂直方向）を変えることができることになり、さらに画素アレイ部１においてのみ、第１の配線層１０３と半導体基板１０１との距離を小さくすることができる。
【００３５】
なお、実施形態３において、前記実施形態１と同様に、画素アレイ部１の第１の配線層１０３以外の配線層と、周辺回路部２の第１の配線層１１６としては、低抵抗金属であるアルミニウム／チタンの積層膜、あるいは銅／チタンの積層膜であることが好ましい。
【００３６】
さらに、画素アレイ部１の第１の配線層１０３としては、タングステンあるいはアルミニウム／チタンの積層膜であることが好ましい。
【００３７】
さらに、画素アレイ部１の第１の配線層１０３は１００ｎｍ以下とすることが好ましい。また、画素アレイ部１の第１の配線層１０３以外の配線層と、周辺回路部２の配線層は、１００〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００３８】
さらに、基板表面と配線下面の距離は、画素アレイ部１では１００〜５００ｎｍ程度、また周辺回路部２では４００ｎｍ〜１μｍ程度が好ましい。
【００３９】
図５は本発明に係る固体撮像装置の実施形態４における配線構造を示す断面図である。
【００４０】
実施形態４では、画素アレイ部１と周辺回路部２において金属配線層の層数が異なる。具体的には、画素アレイ部１は２層配線構造であり、周辺回路部２は３層配線構造であって、周辺回路部２の第１の配線層１１６は、画素アレイ部１の第１の配線層１０３と同じ膜厚で、かつ基板−配線層間の距離が同じである。そして、周辺回路部２には、第１の絶縁層１０２と第２の絶縁層１０５との間に、中間絶縁層１１８を形成し、この中間絶縁層１１８上に補助の第１の配線層として中間配線層１２０を形成して、第１の配線層１１６と中間配線層１２０とを第３の金属埋め込み層１１９を介して電気的に接続している。
【００４１】
実施形態４によれば、中間配線層１２０の膜厚を第１の配線層１１６よりも大きくすることにより、中間配線層１２０を低抵抗配線として、また第１の配線層１１６を高抵抗配線として使い分けることが可能となり、設計の自由度が高まる。
【００４２】
なお、周辺回路の中間配線層１２０としては、低抵抗金属であるアルミニウム／チタンの積層膜あるいは銅／チタンの積層膜であることが好ましく、膜厚としては４００ｎｍ〜１μｍ程度が好ましい。
【００４３】
さらに、中間絶縁層１１８は、第１の絶縁層１０２と同じ材質である酸化シリコン，窒化シリコンを用いることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る固体撮像装置は、受光部と、信号処理回路などの周辺回路とが同一半導体基板上に混載された構成であって、受光部周辺における入射光量の低下による感度シェーディングの抑制が要求される、民生用のデジタルカメラなどに搭載される固体撮像装置に用いて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態を説明するための固体撮像装置の回路模式図
【図２】本発明に係る固体撮像装置の実施形態１における配線構造を示す断面図
【図３】本発明に係る固体撮像装置の実施形態２における配線構造を示す断面図
【図４】本発明に係る固体撮像装置の実施形態３における配線構造を示す断面図
【図５】本発明に係る固体撮像装置の実施形態４における配線構造を示す断面図
【図６】従来の固体撮像装置を示す断面図
【図７】従来の固体撮像装置を示す断面図
【符号の説明】
【００４６】
１  画素アレイ部
２  周辺回路部
１０  信号取り出し領域
１１  セル
１２  フォトダイオード
１３  電荷転送トランジスタ
１４  リセットトランジスタ
１５  増幅トランジスタ
２１  水平シフトレジスタ
２２  垂直シフトレジスタ
２３  水平画素選択配線
２４  リセット配線
２５  電流安定トランジスタ
２６  垂直信号配線
２８  電圧入力トランジスタ
１０１  半導体基板
１０２  第１の絶縁層
１０３  第１の配線層
１０４ａ  第１の金属埋め込み層
１０４ｂ  第２の金属埋め込み層
１０５  第２の絶縁層
１０６  第２の配線層
１０７  カラーフィルタ層
１０８  第３の絶縁層
１０９  集光レンズ
１１０  フォトダイオード
１１１  サイドウォール
１１２  ゲート電極
１１３  ドレイン
１１４  ソース
１１７  追加絶縁層
１１８  中間絶縁層
１１９  第３の金属埋め込み層
１２０  中間配線層
【図１】
2007005437.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007005437.tif 000007
【図６】
2007005437.tif 000008
【図７】
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