(57)【要約】【課題】特殊な製造工程を用いたり、既存の工程を追加したりすることなく、ＦＤＡ領域の金属プラグにおける寄生容量を効果的に低減し、フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）による電荷電圧変換の変換効率を向上させること。【解決手段】ＢＰＳＧ膜４５の上にパッシベーション膜としてのＳｉＮ膜６０を形成し、これらの膜を貫通するコンタクトホールＣＮＴ２を形成し、このコンタクトホールＣＮＴ２内に、浮遊拡散層２８と出力バッファを構成するＮＭＯＳトランジスタのゲート電極３５とを接続するための金属プラグ３３を埋め込み、この金属プラグ３３のＳｉＮ膜６０上に延在する頂部は、光電変換部のレンズ形成工程のＣＭＰ処理を利用して除去し、金属プラグ３３の頂部に起因する寄生容量を無くすようにした。【選択図】図４
2007214194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、この光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送領域と、この電荷転送領域から転送された電荷を受けてその電荷に対応した電位となる、半導体基板内に設けられた浮遊拡散層と、この浮遊拡散層の電位をインピーダンス変換して出力するＭＯＳトランジスタと、前記浮遊拡散層と前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極を電気的に接続するための金属プラグと、を有する固体撮像装置であって、
前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極は、前記浮遊拡散層の近傍において、前記半導体基板の表面に設けられたゲート絶縁膜上に形成されており、
前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極ならびに前記ゲート絶縁膜を覆うように第１の絶縁膜が形成され、この第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜が形成され、さらに、この第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜が形成され、また、前記第１および第２の絶縁膜を貫通して前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極の一部ならびに前記浮遊拡散層の少なくとも一部を露出させるコンタクトホールが形成され、前記金属プラグの全部が、前記コンタクトホール内に埋め込まれていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像装置であって、
前記金属プラグは、前記第１および第２の絶縁膜を貫通する前記コンタクトホールを形成した後、前記第２の絶縁膜上に金属材料を堆積させ、これによって前記コンタクトホールを前記金属材料により埋め込み、さらに、その金属材料の前記第２の絶縁膜上に延在する部分を、前記光電変換部の形成を主目的とした平坦化処理によって除去することによって形成されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像装置であって、
前記光電変換部が形成される領域の周辺に外部接続端子が形成されており、
この外部接続端子は、
前記ゲート絶縁膜上の前記ゲート電極の形成工程にて形成された第１の導電材料層と、
前記第１の絶縁膜に設けられる開口部を介して前記第１の導電材料層に接続された第２の導電材料層と、
前記第２の絶縁膜に設けられる開口部を介して前記第２の導電材料層に接続された、前記金属プラグの形成工程にて形成される第３の導電材料層と、により構成されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
光電変換部と、この光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送領域と、この電荷転送領域から転送された電荷を受けてその電荷に対応した電位となる半導体基板内に設けられた浮遊拡散層と、この浮遊拡散層の電位をインピーダンス変換して出力するＭＯＳトランジスタと、前記浮遊拡散層と前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極を電気的に接続するための金属プラグと、を有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記半導体基板内に、前記浮遊拡散層を形成する第１の工程と、
前記浮遊拡散層の近傍において、前記半導体基板の表面に設けられたゲート絶縁膜上に前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極を形成する第２の工程と、
前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極ならびに前記ゲート絶縁膜を覆うように第１の絶縁膜を形成する第３の工程と、
この第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第４の工程と、
前記第１および第２の絶縁膜を貫通して前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極の一部ならびに前記浮遊拡散層の少なくとも一部を露出させるコンタクトホールを形成する第５の工程と、
前記第２の絶縁膜上に、前記金属プラグの構成材料としての金属材料を堆積させ、前記コンタクトホールを前記金属材料により埋め込み、さらに、その金属材料の前記第２の絶縁膜上に延在する部分を、前記光電変換部の形成を主目的とした平坦化処理を利用して除去する第６の工程と、
前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第７の工程と、
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記光電変換部が形成される領域の周辺の外部接続端子の形成領域において、
前記第２の工程により前記ゲート電極を形成する際に、第１の導電材料層を形成し、
前記第３の工程により形成された前記第１の絶縁膜を選択的に第１の開口部を設けて前記第１の導電材料層の少なくとも一部を露出させ、その第１の開口部を介して第２の導電材料層を、前記第１の導電材料層上に積層形成し、
前記第４の工程により前記第２の絶縁膜を形成する際、その第２の絶縁膜を前記第２の導電材料層上にも形成し、
前記第５の工程により前記第１および第２の絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形成する際、前記第２の導電材料層の少なくとも一部を露出する第２の開口部を前記第２の絶縁膜に形成し、
前記第６の工程により前記コンタクトホールを前記金属材料で埋め込む際、前記第２の絶縁膜に設けられた前記第２の開口部を介して第３の導電材料層を、前記第２の導電材料層上に積層形成し、さらに、その第３の導電材料層の前記第２の絶縁膜上に延在する部分を、前記平坦化処理により除去し、
前記第７の工程により前記第３の絶縁膜を形成する際、その第３の絶縁膜を前記第２の導電材料層上にも形成し、
これらの各処理を経て、前記外部接続端子を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）方式の信号出力回路を備える固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ固体撮像素子などの固体撮像素子においては、電荷転送部からの信号電荷を信号電圧に変換して出力する信号出力回路の方式として、フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）方式が知られている。
【０００３】
図１７は、ＦＤＡ方式の信号出力回路の特徴的な構成を説明するための図である。
図示されるように、半導体基板２３には、電荷転送領域から転送された電荷を受けてその電荷に対応した電位となる、電位的にフローティング状態の拡散層（浮遊拡散層）２８が設けられている。この浮遊拡散層２８の電位は、蓄積される電荷量に応じて上昇する。その浮遊拡散層２８から得られる電圧信号は、インピーダンス変換器として機能する出力トランジスタ（ソース接地のＮＭＯＳトランジスタ）３４を経由して、出力端子４２から出力される。図中、Ｖｏｕｔが、光電変換により得られた電荷を電圧に変換した出力信号である。
【０００４】
浮遊拡散層２８と、ＮＭＯＳトランジスタ（ソースフォロワ）３４のゲート３５は、信号線３２により電気的に接続される。
【０００５】
また、図示されるように、浮遊拡散層２８には空乏層による容量（空乏層容量）Ｃ１が存在し、信号線３２と半導体基板２８（接地電位）との間には寄生容量Ｃ３が存在し、また、信号線３２とＮＭＯＳトランジスタ３４のゲート３５との間には寄生容量Ｃ２が存在する。
【０００６】
図１８は、図１７に示される浮遊拡散層とＮＭＯＳトランジスタのゲート電極との接続構造を示すデバイスの断面図である。
【０００７】
半導体基板２３の表面には酸化膜（ゲート酸化膜）２４が形成されており、浮遊拡散層２８の近傍のゲート酸化膜２４上には、ＮＭＯＳトランジスタ３４のゲート電極３５が形成されている。
【０００８】
ゲート電極３５ならびにゲート酸化膜２４上には、ＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）膜４５が形成され、このＢＰＳＧ膜４５には、ゲート電極３５の一部ならびに浮遊拡散層２８の少なくとも一部を露出するようなコンタクトホールＣＮＴ１が選択的に形成されている。
【０００９】
そして、このコンタクトホールＣＮＴ１内に、信号線３２としての役割を果たす金属プラグが埋め込まれている（以下、金属プラグ３２と記載する）。
【００１０】
図中，Ｘ１，Ｘ２は、金属プラグ３２の、ＢＰＳＧ膜４５上に延在する部分を示している。金属プラグ３２上には、パッシベーション膜としての窒化シリコン（ＳｉＮ）膜４７が形成されている。
【００１１】
図１９〜図２３は、図１８のデバイス構造（浮遊拡散層とＮＭＯＳトランジスタのゲート電極との接続構造）を形成するための、従来の主要な工程を示す工程毎の断面図である。
【００１２】
各図において、左側にはＦＤＡ領域が示され、右側には外部接続端子（パッド）領域が示される。ＦＤＡ領域の他に外部接続端子（パッド）を併せて示すのは、各工程の共用関係を明らかとするためである。なお、ＦＤＡ領域と、外部接続端子（パッド）領域において、同じ材料層には基本的には同じ参照符号を付すが、区別した方がよいときには、同じ材料層であっても異なる参照符号を付してある。
【００１３】
図１９に示すように、半導体基板２３には浮遊拡散層２８が選択的に形成され、半導体基板２３の表面にはゲート酸化膜２４が形成される。そして、ゲート酸化膜２４上には、不純物がドープされたポリシリコンからなるＮＭＯＳトランジスタのゲート電極３５と、下地パッドとして機能する第１の導電材料層３５０と、が形成される。
【００１４】
図２０に示すように、ＦＤＡ領域と外部接続端子（パッド）領域の双方において、ＢＰＳＧ膜４５を形成する。
【００１５】
図２１に示すように、ＢＰＳＧ膜４５をパターニングしてＦＤＡ領域においてコンタクトホールＣＮＴ１を形成し、外部接続端子（パッド）領域において、開口部ＯＰ１を形成する。
【００１６】
図２２に示すように、ＢＰＳＧ膜４５上にアルミニュウム(ＡＬ)等の金属材料を堆積して加工し、ＦＤＡ領域のコンタクトホールＣＮＴ１を金属プラグ３２にて埋め込み、外部接続端子（パッド）領域の開口部ＯＰ１では、第１の導電材料層３５０上に第２の導電材料層３２０を形成する。
【００１７】
図２３に示すように、パッシベーション膜としての窒化シリコン（ＳｉＮ）膜４７を形成する。
【００１８】
このようなフローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）方式の信号出力回路を備える固体撮像装置については、例えば、特許文献１ならびに特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平５−７５０９１号公報
【特許文献２】特開平７−１４８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記のようなフローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）を備えた固体撮像装置においては、近年における光学系の縮小、高解像度化による多画素化の要請に伴って、素子自身や個々の画素の小型化が要求されており、単位画素当たりの取り扱い電荷量が減少している。
【００２０】
このため、電荷電圧変換の効率（１個の信号電荷が何ボルトの電圧に変換できるかを示す値）が従来と同等の変換効率である場合は、出力回路の後段で生じるノイズの影響が大きくなり、信号電圧のＳ／Ｎ劣化が顕著となる。そこで、ＦＤＡの空乏層容量（図１８のＣ１）を小さくして変換効率を向上させる施策が採られているが、ＦＤＡの空乏層容量（Ｃ１）と比べて寄生容量（図１８のＣ２，Ｃ３）が無視できなくなってきているため、さらなる変換効率の向上は困難な状況にある。
【００２１】
例えば、図１８に記載されるとおり、金属プラグ３２の頂部はＢＰＳＧ膜４５上に延在しており、その延在部分（図１８のＸ１，Ｘ２）は、寄生容量Ｃ２，Ｃ３を増加させる要因となっている。
【００２２】
つまり、図１８のＸ１部分は、ゲート電極３５との間で平行平板コンデンサを形成し、寄生容量Ｃ２を増大させる。また、図１８のＸ２部分は、半導体基板２３（接地電位）との間に平行平板コンデンサを形成し、寄生容量Ｃ３を増大させる。
【００２３】
また、単位画素サイズの縮小化に伴い、集光効率を確保するための画素部と共用している相関絶縁膜の薄膜化も寄生容量を増加させ、これによって、変換効率がさらに低下する。
【００２４】
本発明は、このような従来の状況に鑑みてなされたものであり、特殊な製造工程を用いたり、既存の工程を追加したりすることなく、ＦＤＡ領域の金属プラグにおける寄生容量を効果的に低減し、ＦＤＡによる電荷電圧変換の変換効率を向上させることを目的する。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
（１）光電変換部と、この光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送領域と、この電荷転送領域から転送された電荷を受けてその電荷に対応した電位となる、半導体基板内に設けられた浮遊拡散層と、この浮遊拡散層の電位をインピーダンス変換して出力するＭＯＳトランジスタと、前記浮遊拡散層と前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極を電気的に接続するための金属プラグと、を有する固体撮像装置であって、前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極は、前記浮遊拡散層の近傍において、前記半導体基板の表面に設けられたゲート絶縁膜上に形成されており、前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極ならびに前記ゲート絶縁膜を覆うように第１の絶縁膜が形成され、この第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜が形成され、さらに、この第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜が形成され、また、前記第１および第２の絶縁膜を貫通して前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極の一部ならびに前記浮遊拡散層の少なくとも一部を露出させるコンタクトホールが形成され、前記金属プラグの全部が、前記コンタクトホール内に埋め込まれていることを特徴とする固体撮像装置。
【００２６】
この固体撮像装置によれば、浮遊拡散層と出力バッファを構成するＭＯＳトランジスタのゲートとを接続する金属プラグが、第１および第２の絶縁膜を貫通するコンタクトホール内に完全に埋め込んで形成することにより（つまり、第２の絶縁膜上に金属プラグの頂部が延在しないようにすることにより）、従来、金属プラグの頂部とゲート電極や半導体基板との間に存在した寄生容量をなくすことができ、その分、金属プラグに寄生する寄生容量を低減することができる。したがって、フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）による電荷電圧変換の変換効率を向上させることができる。
【００２７】
（２）（１）記載の固体撮像装置であって、前記金属プラグは、前記第１および第２の絶縁膜を貫通する前記コンタクトホールを形成した後、前記第２の絶縁膜上に金属材料を堆積させ、これによって前記コンタクトホールを前記金属材料により埋め込み、さらに、その金属材料の前記第２の絶縁膜上に延在する部分を、前記光電変換部の形成を主目的とした平坦化処理によって除去することによって形成されることを特徴とする固体撮像装置。
【００２８】
光電変換部においてレンズを形成する際には平坦化処理を施す必要がある（具体的には、凸レンズを形成する際には下地の凹レンズの表面を平坦化する必要がある）。この固体撮像装置によれば、光電変換部の形成を主目的とした上記の平坦化処理を利用して、金属プラグの頂部を除去するようにし、これによって、特殊な製造工程を用いたり、既存の工程を追加したりすることなく、ＦＤＡ領域の金属プラグにおける寄生容量を効果的に低減し、ＦＤＡによる電荷電圧変換の変換効率を向上させることができる。
【００２９】
（３）（１）記載の固体撮像装置であって、前記光電変換部が形成される領域の周辺に外部接続端子が形成されており、この外部接続端子は、前記ゲート絶縁膜上の前記ゲート電極の形成工程にて形成された第１の導電材料層と、前記第１の絶縁膜に設けられる開口部を介して前記第１の導電材料層に接続された第２の導電材料層と、前記第２の絶縁膜に設けられる開口部を介して前記第２の導電材料層に接続された、前記金属プラグの形成工程にて形成される第３の導電材料層と、により構成されることを特徴とする固体撮像装置。
【００３０】
この固体撮像装置によれば、製造工程の共用化をさらに進展させ、金属プラグを形成する際に、外部接続端子（パッド）を構成する第３の導電材料層を形成し、これによって、製造工程を複雑化させることなく、例えば、ワイヤーボンディングを容易化してボンディング強度を向上させることができる。
【００３１】
（４）光電変換部と、この光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送領域と、この電荷転送領域から転送された電荷を受けてその電荷に対応した電位となる半導体基板内に設けられた浮遊拡散層と、この浮遊拡散層の電位をインピーダンス変換して出力するＭＯＳトランジスタと、前記浮遊拡散層と前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極を電気的に接続するための金属プラグと、を有する固体撮像装置の製造方法であって、前記半導体基板内に、前記浮遊拡散層を形成する第１の工程と、前記浮遊拡散層の近傍において、前記半導体基板の表面に設けられたゲート絶縁膜上に前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極を形成する第２の工程と、前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極ならびに前記ゲート絶縁膜を覆うように第１の絶縁膜を形成する第３の工程と、この第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第４の工程と、前記第１および第２の絶縁膜を貫通して前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極の一部ならびに前記浮遊拡散層の少なくとも一部を露出させるコンタクトホールを形成する第５の工程と、前記第２の絶縁膜上に、前記金属プラグの構成材料としての金属材料を堆積させ、前記コンタクトホールを前記金属材料により埋め込み、さらに、その金属材料の前記第２の絶縁膜上に延在する部分を、前記光電変換部の形成を主目的とした平坦化処理を利用して除去する第６の工程と、前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第７の工程と、を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【００３２】
この固体撮像装置の製造方法によれば、第２の絶縁膜の成膜後にコンタクトホールを開口して金属材料を埋め込み、続いて、光電変換部の形成を主目的とした平坦化処理を利用して第２の絶縁膜上に延在する金属プラグの頂部を除去し、これによって、特殊な製造工程を用いたり、既存の工程を追加したりすることなく、ＦＤＡ領域の金属プラグにおける寄生容量を効果的に低減し、ＦＤＡによる電荷電圧変換の変換効率を向上させることができる。
【００３３】
（５）（４）記載の固体撮像装置の製造方法であって、前記光電変換部が形成される領域の周辺の外部接続端子の形成領域において、前記第２の工程により前記ゲート電極を形成する際に、第１の導電材料層を形成し、前記第３の工程により形成された前記第１の絶縁膜を選択的に第１の開口部を設けて前記第１の導電材料層の少なくとも一部を露出させ、その第１の開口部を介して第２の導電材料層を、前記第１の導電材料層上に積層形成し、前記第４の工程により前記第２の絶縁膜を形成する際、その第２の絶縁膜を前記第２の導電材料層上にも形成し、前記第５の工程により前記第１および第２の絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形成する際、前記第２の導電材料層の少なくとも一部を露出する第２の開口部を前記第２の絶縁膜に形成し、前記第６の工程により前記コンタクトホールを前記金属材料で埋め込む際、前記第２の絶縁膜に設けられた前記第２の開口部を介して第３の導電材料層を、前記第２の導電材料層上に積層形成し、さらに、その第３の導電材料層の前記第２の絶縁膜上に延在する部分を、前記平坦化処理により除去し、前記第７の工程により前記第３の絶縁膜を形成する際、その第３の絶縁膜を前記第２の導電材料層上にも形成し、これらの各処理を経て、前記外部接続端子を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【００３４】
この固体撮像装置によれば、製造工程の共用化をさらに進展させ、金属プラグを形成する際に、外部接続端子（パッド）を構成する第３の導電材料層を形成し、これによって、製造工程を複雑化させることなく、例えば、ワイヤーボンディングを容易化してボンディング強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の固体撮像装置ならびに固体撮像装置の製造方法によれば、金属プラグの頂部とゲート電極や半導体基板との間に存在した寄生容量をなくすことができ、その分、金属プラグに寄生する寄生容量を低減することができる。したがって、フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）による電荷電圧変換の変換効率を向上させることができる。
【００３６】
また、本発明の固体撮像装置ならびに固体撮像装置の製造方法によれば、光電変換部の形成を主目的とした上記の平坦化処理を利用して、金属プラグの頂部を除去するようにし、これによって、特殊な製造工程を用いたり、既存の工程を追加したりすることなく、ＦＤＡ領域の金属プラグにおける寄生容量を効果的に低減し、ＦＤＡによる電荷電圧変換の変換効率を向上させることができる。
【００３７】
また、本発明の固体撮像装置ならびに固体撮像装置の製造方法によれば、金属プラグを形成する際に、外部接続端子（パッド）を構成する第３の導電材料層を形成することができ、これによって、製造工程を複雑化させることなく、ワイヤーボンディングを容易化してボンディング強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明にかかる固体撮像素子およびその製造方法の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る固体撮像装置の平面模式図である。図１に示されるように、ＣＣＤを用いた固体撮像素子５０は、撮像素子形成領域１と、その周囲に設けられた外部接続端子（ボンディングパッド：以下、単にパッドという場合がある）３と、を備える。
【００３９】
撮像素子形成領域１には、受光領域２（光電変換部（フォトセンサ）１０と、電荷転送部１１と、垂直転送路１２とを備える）と、水平転送ＣＣＤ（ＨＣＣＤ：水平電荷転送領域）３９と、出力バッファ回路４１と、信号出力端子４２と、が設けられている。
【００４０】
図２は、図１に示される固体撮像装置におけるフローティングディフュージョンアンプの構造と動作を説明するための図であり、（ａ）はデバイスの断面構造を示す図であり、（ｂ）は駆動タイミングを示す図であり、（ｃ）は電位分布を示す図である。
【００４１】
図２（ａ）に示されるように、Ｐ型領域の表面には、Ｎ−領域２６ならびにＮ＋領域２８，３１が形成されている。Ｎ＋領域２８は浮遊拡散層を構成し、この浮遊拡散層２８には、アンプ４１が接続されている。このアンプ４１には、通常、ＭＯＳトランジスタを使用したソースフォロワが使用されている。なお、図中、ＶＦＤは、浮遊拡散層２８の電位を表す。また、Ｎ＋領域３１はリセットドレイン（ＲＤ）を構成し、このリセットドレイン（ＲＤ）３１は、リセットドレイン電位ＶＲＤに固定されている。
【００４２】
また、図２において、Ａ１〜Ａ５は電極であり、電極Ａ１，Ａ３には駆動パルスφ１が印加され、電極Ａ２には駆動パルスφ２が印加される。また、電極Ａ４は水平転送出力ゲートであり、この電極Ａ４には所定の直流電圧ＶＯＧが常時、印加される。また、電極Ａ５はリセットゲートを構成し、このリセットゲートＡ５には、リセットゲートクロックφＲＧが印加される。なお、図２（ａ）中、点線で囲まれて示されるＱは電荷であり、矢印は、その電荷の移動（転送）を示している。
【００４３】
φ１,φ２，φＲＧ，ＶＦＤの各々の電位は、図２（ｂ）に示すような波形にて時間経過と共に変化する。なお、ＶＦＤの波形において、Ｖ１は基準電圧を示し、Ｖ２は信号電圧を示す。
【００４４】
図２（ｂ）に示されるような駆動の結果、図２（ｃ）のように、時刻ｔ１〜ｔ３に渡って電荷Ｑが転送される。すなわち、時刻ｔ１では、浮遊拡散層２８がリセットされると共に、φ１が印加される電極下に電荷Ｑが転送される。時刻ｔ２では、浮遊拡散層２８が基準電圧（Ｖ１）となり、そして、時刻ｔ３において、電荷Ｑが浮遊拡散層２８に転送され、浮遊拡散層２８が信号電圧（Ｖ２）となる。
【００４５】
図３は、図２に示されるフローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ領域）のレイアウト構成を説明するための平面図である。
【００４６】
図３において、２点鎖線で示す領域が、図２のＮ−領域２６相当する。光電変換部にて生成された電荷Ｑは、図中、右側から左側に転送される。図中、ＣＮＴ２は、コンタクトホールであり、このコンタクトホールＣＮＴ２の直下に、浮遊拡散層２８が設けられている。また、このコンタクトホールＣＮＴ２には、アルミニュウム（ＡＬ）からなる金属プラグが埋め込まれており、この金属プラグが、浮遊拡散層２８とアンプ４１（図２（ａ）参照）とを電気的に接続する。
【００４７】
図４は、図３のＡ−Ａ線に沿うデバイスの断面図である。
図示されるように、半導体基板（Ｐ型領域）２３の表面には酸化膜（ゲート酸化膜）２４が形成されており、半導体基板２３に設けられている浮遊拡散層２８の近傍のゲート酸化膜２４上には、ソースフォロワ（ＮＭＯＳトランジスタ）３４のゲート電極３５が形成されている。
【００４８】
ゲート電極３５ならびにゲート酸化膜２４上には、ＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）膜４５が形成されている。そして、そのＢＰＳＧ膜４５上には、ＳｉＮ（窒化シリコン）膜６０からなる第１パッシベーション膜が形成され、さらに、その上に第２パッシベーション膜としてのＳｉＮ膜７０が形成されている。
【００４９】
図１８の従来構造の場合、ＢＰＳＧ膜４５のみを開口してコンタクトホールＣＮＴ１を形成していたが、図４の本発明の構造の場合、第１パッシベーション膜としてのＳｉＮ膜６０およびＢＰＳＧ膜４５を貫通するコンタクトホールＣＮＴ２が形成されている。
【００５０】
そして、そのコンタクトホールＣＮＴ２内に、金属プラグ３３の全部が埋め込まれて形成されている。つまり、ＳｉＮ膜６０上に延在するはずの金属プラグ３３の頂部（図１８のＸ１およびＸ２の部分）は、図４では除去されている。この金属プラグ３３の頂部の除去は、光電変換部のレンズを形成するための平坦化処理（ＣＭＰ処理やエッチバック処理）を利用して行われる（この点は、後述する）。
【００５１】
したがって、図４の構造の場合、図１８に示される金属プラグ３３の頂部Ｘ１とＸ２に起因する寄生容量は存在しなくなる。ただし、金属プラグ３３の寄生容量が無くなるわけではなく、図４に示されるように、金属プラグ３３の左右の側壁と、ゲート電極３５ならびに半導体基板２３との間に寄生容量Ｃ２，Ｃ３が存在している。
【００５２】
図４の構造の場合、金属プラグ３３が、第１のパッシベーション膜６０としてのＳｉＮ膜を貫通するコンタクトホールＣＮＴ２に埋め込まれていることから、図１８の構造に比べて、金属プラグ３３の埋め込み電極部分の背が高くなる傾向があり、その分、側面の面積が増える。金属プラグ３３の左右の側壁とゲート電極３５ならびに半導体基板２３との間に形成される寄生容量Ｃ２，Ｃ３は、金属プラグ３３の埋め込み電極部分の背が高くなるほど大きくなる。したがって、ＢＰＳＧ膜４５とＳｉＮ膜６０の厚みを調整し、それらの膜を合わせた全体の厚みが、図１８の従来構造と同じ程度にとどめるのが望ましい。
【００５３】
図５（ａ）〜（ｅ）は、金属プラグの頂部を除去することによる寄生容量の低減効果ならびに、金属プラグの埋め込み電極部分の高さと寄生容量との関係について説明するためのシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は、シミュレーションモデルと実験結果を併せて示す図であり、（ｂ）〜（ｅ）は、シミュレーションに使用された金属プラグの形状を示す図である。
【００５４】
図５（ａ）に示すように、シミュレーションモデルは原則として、接地導体Ａ１，Ａ２（ゲート電極３５と半導体基板２３に相当）と、背の高い導体Ｂ（金属プラグ３３の埋め込み電極部分に相当する）と、導体Ｂの上面に接続される、厚み０．５μｍの導体Ｄ（金属プラグ３３の頂部に相当する）と、を含む。
【００５５】
そして、導体Ｂの高さ“Ｈ”と、導体Ｄの横幅“Ｗ”を、図５（ｂ）〜（ｅ）に示すとおり、種々変更して、寄生容量Ｃ２とＣ３の大きさを測定した。図５（ｂ）は、図１８の従来の金属プラグ３３と同程度の高さＨ，横幅Ｗが設定されている（従来例）。
【００５６】
図５（ｃ）では、導体Ｄが設けられず、かつ、導体Ｂの高さＨは、（ｂ）の全体構造（導体Ｂの高さと導体Ｄの厚みの合計）と同程度の高さとなっている（実施例１）。また、（ｄ），（ｅ）では、導体Ｂの高さＨをより長くしている（実施例２，実施例３）。
【００５７】
寄生容量の測定結果は、図５（ａ）の下側に表形式で示されている。すなわち、“Ｈ”と“Ｗ”を具体的に規定した上で（単位はμｍ）、従来例と実施例１〜３の各々について、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ２＋Ｃ３の実測結果が示されている。
【００５８】
このシミュレーション結果から明らかなように、従来例の寄生容量（Ｃ２＋Ｃ３）に比べて、実施例１〜実施例３の寄生容量（Ｃ２＋Ｃ３）は明らかに小さく、寄生容量の低減効果が認められる。但し、実施例１から実施例３に向かうにつれて、寄生容量（Ｃ２＋Ｃ３）に増加傾向が認められる。これは、導体Ｂの高さ“Ｈ”が増大するにつれて、その側壁の面積が増大するからである。よって、図４のデバイス構造の場合、ＢＰＳＧ膜４５とＳｉＮ膜６０の厚みを調整し、それらの膜を合わせた全体の厚みが、例えば、図１８の従来構造と同じ程度にとどめるのが望ましいことがわかる。
【００５９】
次に、図４に示される構造をもつ本発明の固体撮像装置の製造方法について説明する。
先に説明したように、本発明の固体撮像装置の製造方法では、金属プラグ３３の頂部を、光電変換部（図１の参照符号１０）のレンズ形成工程の平坦化処理を利用して除去する。したがって、まず、光電変換部１０の製造方法の概要を説明する。
【００６０】
図６（ａ）〜（ｄ）は各々、光電変換部（フォトセンサ上の凹凸レンズの構造を含む）の製造方法の概要を示すデバイスの断面図である。
図中、参照符号２４は半導体基板２３の表面に形成される酸化膜（ゲート酸化膜）であり、ＰＯ１，ＰＯ２は転送電極であり、参照符号４００は電極間絶縁膜であり、参照符号４０１や遮光膜であり、参照符号４５はＢＰＳＧ膜であり、参照符号６０は、凹レンズ形成膜としてのＳｉＮ膜であり、参照符号７０は、凸レンズ形成膜としてのＳｉＮ膜であり、参照符号８０は、凸レンズを形成するために加工されたレジストマスクである。
【００６１】
図６（ａ）では、ＢＰＳＧ膜４５上にＳｉＮ膜６０を形成し、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）によって平坦化して凹レンズを形成する。このＣＭＰ（エッチバックでもよい）による平坦化処理を、ＦＤＡ領域の金属プラグ３３の頂部除去に利用する。
【００６２】
図６（ｂ）では、ＳｉＮ膜７０を形成する。図６（ｃ）では、凸レンズを形成するためのレジストマスク８０を、ＳｉＮ膜７０上に形成する。図６（ｄ）では、レジストマスク８０をマスク材として用いて、全面ドライエッチングを施し、ＳｉＮ膜７０に、レジストマスク８０の球状形状を転写する。これによって、凸レンズ７２が形成される。
【００６３】
以下、図７〜図１５を用いて、図４に示される、ＦＤＡ領域におけるデバイス構造の形成工程について説明する。図７〜図１５は各々、ＦＤＡ領域におけるデバイス構造を形成するための第１〜第９の工程の各々におけるデバイスの断面図である。
【００６４】
各図において、左側にはＦＤＡ領域が示され、右側には外部接続端子（パッド）領域が示される。ＦＤＡ領域の他に外部接続端子（パッド）を併せて示すのは、各工程の共用関係を明らかとするためである。なお、ＦＤＡ領域と、外部接続端子（パッド）領域において、同じ材料層には基本的には同じ参照符号を付すが、区別した方がよいときには、同じ材料層であっても異なる参照符号を付してある。
【００６５】
まず、図７に示すように、半導体基板２３には浮遊拡散層２８が選択的に形成され、半導体基板２３の表面にはゲート酸化膜２４が形成される。そして、ゲート酸化膜２４上には、不純物がドープされたポリシリコンからなるＮＭＯＳトランジスタのゲート電極３５と、下地パッドとして機能する第１の導電材料層３５０と、が形成される。
【００６６】
次に、図８に示すように、ＦＤＡ領域と外部接続端子（パッド）領域の双方において、ＢＰＳＧ膜４５を形成する。
【００６７】
次に、図９に示すように、外部接続端子（パッド）領域においてＢＰＳＧ膜４５をパターニングし、開口部ＯＰ１を形成する。
【００６８】
次に、図１０に示すように、外部接続端子（パッド）領域の開口部ＯＰ１上に第２の導電材料（アルミニュウム（ＡＬ）からなる)を堆積してパターニングすることによって、第２の導電材料層３２０を形成する。
【００６９】
次に、図１１に示すように、第１のパッシベーション膜としてのＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）６０を全面に形成する。
【００７０】
次に、図１２に示すように、ＦＤＡ領域において、第１のパッシベーション膜としてのＳｉＮ膜６０ならびにＢＰＳＧ膜４５を貫通するコンタクトホールＣＮＴ２を形成する。
【００７１】
次に、図１３に示すように、アルミニュウム（ＡＬ）を全面に堆積してコンタクトホールＣＮＴ２を埋め込み、パターニングすることによって、金属プラグ３３を形成する（頂部Ｙを含む）。
【００７２】
次に、図１４に示すように、図６（ａ）におけるＣＭＰ処理を利用して、金属プラグ３３の頂部Ｙを除去する。これにより、寄生容量が低減された金属プラグ３３が形成される。
【００７３】
次に、図１５に示すように、第２のパッシベーション膜７０を全面に形成する。
【００７４】
このように、本発明の固体撮像装置の製造方法では、パッシベーション膜の形成工程を２回に分ける共に、第１のパッシベーション膜の形成後にコンタクトホールを開口し、金属プラグを埋め込み、第１のパッシベーション膜（光電変換部では凹レンズ形成膜）の平坦化処理を利用して、金属プラグの頂部を除去して埋め込まれた部分のみからなる金属プラグを形成し、これによって、無理なく、金属プラグの寄生容量を低減する。
【００７５】
（第２の実施形態）
本実施形態では、製造工程のさらなる共用化を促進し、外部接続端子（パッド）におけるボンディング強度の向上を図る。
図１６は、本発明の固体撮像装置における、外部接続端子（パッド）部の改良された構造例を示す断面図である。図１６において、前掲の図と共通する部分には同じ参照符号を付してある。
【００７６】
図１６に示すように、外部接続端子（ここでは、ボンディングパッドを想定するが、バンプ電極接続用のパッド、あるいは、ＴＡＢ方式の電極接続用のパッドであってもよい）３（図１参照）では、第２の導電材料層３２０の上に、さらに、第３の導電材料層３２１が形成されている。
【００７７】
すなわち、図１１のコンタクトホールＣＮＴ２を形成する際に、開口部ＯＰ３を同時に形成し、続いて、図１２の金属プラグ３３の形成工程において、第３の導電材料層３２１も同時に形成するものである。
【００７８】
図１６の構造のボンディングパッドの場合、最上層に第３の導電材料層が設けられていることから、ワイヤを接続し易く、ワイヤボンディングの際に十分な接続処理（荷重、振動の方向や振動を加える時間等の調整）を行うことができ、結果的に、製造工程を複雑化させることなく、接続強度の向上を実現することができる。
【００７９】
以上説明したように本発明によれば、特殊な製造工程を用いたり、既存の工程を追加したりすることなく、ＦＤＡ領域の金属プラグにおける寄生容量を効果的に低減し、ＦＤＡによる電荷電圧変換の変換効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、ＦＤＡ領域の金属プラグにおける寄生容量を効果的に低減し、ＦＤＡによる電荷電圧変換の変換効率を向上させるという効果を奏し、したがって、固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の全体のレイアウト構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示される固体撮像装置におけるフローティングディフュージョンアンプの構造と動作を説明するための図であり、（ａ）はデバイスの断面構造を示す図であり、（ｂ）は駆動タイミングを示す図であり、（ｃ）は電位分布を示す図である。
【図３】図２に示される平転送レジスタ（ＨＣＣＤ）ならびにフローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ領域）のレイアウト構成を説明するための平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿うデバイスの断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、金属プラグの頂部を除去することによる寄生容量の低減効果ならびに、金属プラグの埋め込み電極部分の高さと寄生容量との関係について説明するためのシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は、シミュレーションモデルと実験結果を併せて示す図であり、（ｂ）〜（ｅ）は、シミュレーションに使用された金属プラグの形状を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は各々、光電変換部（フォトセンサ上の凹凸レンズの構造を含む）の製造方法の概要を示すデバイスの断面図である。
【図７】ＦＤＡ領域におけるデバイス構造を形成するための第１の工程におけるデバイスの断面図である。
【図８】ＦＤＡ領域におけるデバイス構造を形成するための第２の工程におけるデバイスの断面図である。
【図９】ＦＤＡ領域におけるデバイス構造を形成するための第３の工程におけるデバイスの断面図である。
【図１０】ＦＤＡ領域におけるデバイス構造を形成するための第４の工程におけるデバイスの断面図である。
【図１１】ＦＤＡ領域におけるデバイス構造を形成するための第５の工程におけるデバイスの断面図である。
【図１２】ＦＤＡ領域におけるデバイス構造を形成するための第６の工程におけるデバイスの断面図である。
【図１３】ＦＤＡ領域におけるデバイス構造を形成するための第７の工程におけるデバイスの断面図である。
【図１４】ＦＤＡ領域におけるデバイス構造を形成するための第８の工程におけるデバイスの断面図である。
【図１５】ＦＤＡ領域におけるデバイス構造を形成するための第９の工程におけるデバイスの断面図である。
【図１６】本発明の固体撮像装置における、外部接続端子（パッド）部の改良された構造例を示す断面図である。
【図１７】ＦＤＡ方式の信号出力回路の特徴的な構成を説明するための図である。
【図１８】従来のＦＤＡ領域の構造を形成するための第１の工程におけるデバイスの断面図である。
【図１９】デバイス構造（浮遊拡散層とＮＭＯＳトランジスタのゲート電極との接続構造）を形成するための、従来の主要な工程を示す工程毎の断面図である。
【図２０】従来のＦＤＡ領域の構造を形成するための第２の工程におけるデバイスの断面図である。
【図２１】従来のＦＤＡ領域の構造を形成するための第３の工程におけるデバイスの断面図である。
【図２２】従来のＦＤＡ領域の構造を形成するための第４の工程におけるデバイスの断面図である。
【図２３】従来のＦＤＡ領域の構造を形成するための第５の工程におけるデバイスの断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  撮像素子形成領域
２  受光領域
３  部接続端子（パッド）
１０  光電変換部（フォトセンサ）
１１  電荷転送部
１２  垂直転送路
２３  半導体基板
２４  表面酸化膜（ゲート酸化膜）
２８  浮遊拡散層
３３  浮遊拡散層とゲート電極を接続する金属プラグ
３４  出力バッファ回路を構成するソース接地ＮＭＯＳトランジスタ（ソースフォロワ）
３５  ＮＭＯＳトランジスタ（ソースフォロワ）のゲート電極
４５  ＢＰＳＧ膜
３９  水平転送ＣＣＤ（ＨＣＣＤ：水平電荷転送領域）
４１  出力バッファ回路
４２  信号出力端子
６０  第１パッシベーション膜（凹レンズ形成膜でもある）としてのＳｉＮ膜
７０  第２パッシベーション膜（凸レンズ形成膜でもある）としてのＳｉＮ膜
７２  凸レンズ
８０  レジストマスク
３５０  下地となる第１の導電材料層（第１のパッド領域）
３２０  第２の導電材料層（第２のパッド領域）
３２１  第３の導電材料層（第３のパッド領域）
Ｃ１  空乏層容量
Ｃ２，Ｃ３  金属プラグの寄生容量
ＣＮＴ２  第１パッシベーション膜とＢＰＳＧ膜とを貫通するコンタクトホール
【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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