光电转换装置、图像拾取系统及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光电转换装置、图像拾取系统及其制造方法。一种光电转换装置包括：其上布置有光电转换元件和晶体管的半导体衬底；以及包括第一布线层和在第一布线层之上的第二布线层的多个布线层，其中半导体衬底和多个布线层中的任一布线层之间的连接、晶体管的栅极电极和多个布线层中的任一布线层之间的连接、或者第一布线层和第二布线层之间的连接具有堆叠接触结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电转换装置及其制造工艺。
技术介绍
CMOS型光电转换装置被广泛用作用于数字照相机或数字摄像机的图像拾取元件。 CMOS型光电转换装置一般包括像素区以及围绕该像素区布置的外围电路区，在像素区中包括光电二极管(PD)的像素以二维阵列的方式布置。对于CMOS型光电转换装置，期望的是随着近年来数字照相机或数字摄像机中使用的像素数量的增加而在相同的面积中安装更多的像素，并且CMOS型光电转换装置中的一个像素的尺寸持续减小。日本专利特开No. 2003-204055例示了一般的CMOS型光电转换装置的结构。为了实现像素数量的增加，使各光电二极管与晶体管电气连接的布线层具有多层互连。日本专利特开No. 2008-85304公开了一种构造，在该构造中，为了即使在像素按比例缩小时也确保对入射光的灵敏度，在CMOS型光电转换装置的像素的布线部分中，根据要被电气连接的对象，为层间绝缘层设置两种类型的接触结构。两种接触结构之一用于使半导体区与放大MOS晶体管的栅极电极在没有布线层的介入的情况下电气连接。另一种接触结构用于通过堆叠多个插塞(Plug)来使有源区以及栅极电极与布线层电气连接。在这一点上，由于要求光电转换装置速度更快且性能更高，因此整个光电转换装置的电路规模愈发增大。为了满足这一要求，需要进一步小型化。根据日本专利特开No. 2003-204055,设置从接近半导体衬底一侧包括第一布线层和第二布线层的两层布线层、第一层间绝缘膜、以及第二层间绝缘膜。此外，在经由两层或更多层的层间绝缘膜建立电气连接(例如，从第二布线层至半导体衬底的连接)的情况下，首先，第二布线层和第一布线层经由布置在第二层间绝缘膜中的第二通孔彼此连接。此外，经由布置在第一层间绝缘膜中的第一通孔建立第一布线层和半导体衬底之间的电气连接。关于上述构造，本申请的专利技术人发现了以下问题。首先，在上述构造中，必须确保用于形成用于使第一通孔与第二通孔连接的第一布线层的面积，并且难以实现第一布线层的小型化。此外，例如，在CMOS型光电转换装置的浮置扩散部分中，在相对的金属布线的面积较大的情况下，浮置扩散部分和金属布线之间的静电电容变大。随着小型化进一步发展，由于浮置扩散部分和金属布线之间的距离缩短，静电电容增大的问题有更大的影响。浮置扩散部分电容的上述增大可能导致通过光电转换产生的信号电荷的减少。
技术实现思路
根据本专利技术一个方面的光电转换装置包括其上布置有光电转换元件和晶体管的半导体衬底；以及包括第一布线层和布置在第一布线层之上的第二布线层的多个布线层， 其中半导体衬底和多个布线层中的任一布线层之间的连接、晶体管的栅极电极和多个布线层中的任一布线层之间的连接、或者第一布线层和第二布线层之间的连接具有堆叠接触结构。此外，根据本专利技术另一个方面的光电转换装置包括其上布置有像素区和外围电路区的半导体衬底，在该像素区中布置有多个包括光电转换元件和晶体管的像素，该外围电路区具有晶体管以及比像素区多的布线层；以及布置在半导体衬底上并且具有多个层间绝缘膜和多个布线层的布线部分，该多个层间绝缘膜包括第一层间绝缘膜以及布置在第一层间绝缘膜之上的第二层间绝缘膜，该多个布线层包括第一布线层以及布置在第一布线层之上的第二布线层，其中，布线部分在外围电路区中具有第一布线层以及与第一布线层连接并被布置在第一层间绝缘膜中的插塞，并且布线部分在像素区中具有第二布线层、与第二布线层连接的布置在第一层间绝缘膜中的插塞、以及布置在第二层间绝缘膜中的插塞， 以及其中，在外围电路区中最接近半导体衬底布置的布线层是第一布线层，而在像素区中最接近半导体衬底布置的布线层是第二布线层。另外，根据本专利技术的一个方面，提供一种用于光电转换装置的制造方法，该光电转换装置包括其上布置有像素区和外围电路区的半导体衬底，在像素区中布置有多个包括光电转换元件和晶体管的像素，外围电路区具有晶体管以及比像素区多的布线层；以及布置在半导体衬底上并且具有多个层间绝缘膜和多个布线层的布线部分，多个层间绝缘膜包括第一层间绝缘膜以及在第一层间绝缘膜之上的第二层间绝缘膜，多个布线层包括第一布线层以及在第一布线层的上部之上的第二布线层；所述制造方法包括在半导体衬底之上形成第一层间绝缘膜；在第一层间绝缘膜中形成多个插塞；在外围电路区中，在第一层间绝缘膜上形成与在第一层间绝缘膜中形成的多个插塞的一部分连接的第一布线层；在形成第一布线层之后形成第二层间绝缘膜；去除第二层间绝缘膜的一部分，以及在第二层间绝缘膜中，在像素区中形成用于暴露在第一层间绝缘膜中形成的多个插塞的一部分的孔，以及在外围电路区中形成用于暴露第一布线层的一部分的孔；用导电材料填充在第二层间绝缘膜中形成的孔，并且在第二层间绝缘膜中形成插塞；以及在第二层间绝缘膜中形成插塞之后在第二层间绝缘膜上形成第二布线层。根据如下参考附图对示例性实施例的描述，本专利技术的其它特征将变得明显。 附图说明图1是根据本专利技术第一实施例的光电转换装置的截面示意图。图2A和图2B是用于描述第一实施例的光电转换装置的截面示意图。图3A至3E是例示了用于根据第一实施例的光电转换装置的制造过程的截面示意图。图4A至4C是根据本专利技术第二实施例的光电转换装置的截面示意图。图5A是光电转换装置的像素的电路图。图5B是光电转换装置的像素的平面示意图。图6是光电转换装置的平面示意图。图7A和图7B是根据本专利技术第三实施例的光电转换装置的截面示意图。图8是用于描述图像拾取系统的框图。图9是光电转换装置的像素的另一平面示意图。图10是根据本专利技术第四实施例的光电转换装置的截面示意图。图IlA至IlE是例示了用于根据第四实施例的光电转换装置的制造过程的截面示意图。图12A至12C是根据本专利技术第五实施例的光电转换装置的截面示意图。图13A和图13B是根据本专利技术第六实施例的光电转换装置的截面示意图。具体实施例方式根据本专利技术一个方面的光电转换装置涉及包括如下部分的光电转换装置其上布置有光电转换元件和晶体管的半导体衬底；以及包括第一布线层和布置在第一布线层之上的第二布线层的多个布线层，其中在半导体衬底和多个布线层中的任一布线层之间的连接、在晶体管的栅极电极和多个布线层中的任一布线层之间的连接、或者在第一布线层和第二布线层之间的连接具有堆叠接触结构。通过设置上述结构，能够抑制浮置扩散部分的电容的增大。此外，根据本专利技术的方面的光电转换装置在半导体衬底上具有像素区和外围电路区，并且具有布置在半导体衬底上的布线部分。布线部分具有从半导体衬底侧开始以所陈述的顺序布置的第一层间绝缘膜、第一布线层、第二层间绝缘膜、以及第二布线层。此外，布线部分在外围电路区中具有与第一布线层连接的布置在第一层间绝缘膜中的插塞，并且在像素区中具有与第二布线层连接的布置在第一层间绝缘膜中的插塞以及布置在第二层间绝缘膜中的插塞。于是，在根据本专利技术一个方面的光电转换装置中，在外围电路区中最接近半导体衬底布置的布线层是第一布线层，而在像素区中最接近半导体衬底布置的布线层是第二布线层。通过设置上述结构，在抑制浮置扩散部分的电容增大的同时，抑制像素区和外围电路区之间的段差(step)，并且能够增加外围电路区中的布线层的数量。将描述根据实施例的方面的光电转换装置。图6是根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光电转换装置，包括：其上布置有光电转换元件和晶体管的半导体衬底；以及多个布线层，包括第一布线层以及布置在第一布线层之上的第二布线层，其中，所述半导体衬底与所述多个布线层中的任一布线层之间的连接、所述晶体管的栅极电极与所述多个布线层中的任一布线层之间的连接、或者第一布线层和第二布线层之间的连接具有堆叠接触结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：成瀬裕章，都甲宪二，板桥政次，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP