專利名稱：光電轉(zhuǎn)換裝置和使用光電轉(zhuǎn)換裝置的圖像拾取系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電轉(zhuǎn)換裝置，更具體地講，涉及一種包括多層配線結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置中的觸頭(contact)、通孔和配線的結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景光電轉(zhuǎn)換裝置(諸如CCD類型的光電轉(zhuǎn)換裝置或MOS類型的 光電轉(zhuǎn)換裝置)用于數(shù)字靜止相機(jī)和攝像機(jī)。MOS類型的光電轉(zhuǎn)換 裝置包括光電轉(zhuǎn)換區(qū)和外圍電路區(qū)，光電轉(zhuǎn)換區(qū)包括MOS晶體管和 光電二極管，外圍電路區(qū)包括MOS晶體管，其用于輸出光電轉(zhuǎn)換區(qū) 的信號和用于驅(qū)動(dòng)該光電轉(zhuǎn)換裝置?？赏ㄟ^CMOS制造工藝的普通 工藝步驟制造光電轉(zhuǎn)換區(qū)和外圍電路區(qū)。在MOS類型的光電轉(zhuǎn)換裝置的情況下，與CCD類型的光電轉(zhuǎn) 換裝置相比，用于驅(qū)動(dòng)各MOS晶體管的導(dǎo)線的數(shù)量和用于讀出信號 的導(dǎo)線的數(shù)量增加。于是，使用這樣一種多層配線結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中， 多個(gè)配線層通過層間絕緣膜而被層疊。作為這樣的導(dǎo)線的材料，在相 關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中許多情況下使用鋁。相反，在公開號為2004-221527的 日本專利申請中描述為了提供更精細(xì)的配線間距，或者為了實(shí)現(xiàn)薄 的膜厚度的配線層以降低光電轉(zhuǎn)換裝置的高度，銅被用作配線材料。 另外，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字靜止相機(jī)和攝像機(jī)的更多數(shù)量的像素，對光電轉(zhuǎn) 換裝置的像素的精細(xì)化的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。本發(fā)明的目的在于提供一種MOS類型的光電轉(zhuǎn)換裝置，在該光 電轉(zhuǎn)換裝置中，光到光電轉(zhuǎn)換元件上的入射效率得到改進(jìn)，而不降低 配線布局的自由度。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供一種光電轉(zhuǎn)換裝置，其包括半導(dǎo)體基板、置于半導(dǎo)體基板中的光電轉(zhuǎn)換元件和MOS晶體管以及多層配線結(jié)構(gòu)，所 述多層配線結(jié)構(gòu)包括具有多個(gè)配線的多個(gè)配線層的疊層和使配線層 彼此隔離的層間絕緣膜，其中，所述光電轉(zhuǎn)換裝置包括置于半導(dǎo)體基 板上的第一層間絕緣膜、置于第一層間絕緣膜中的第一孔中的第一插 頭(plug)和置于第一層間絕緣膜中的第二孔中的第二插頭，第一插 頭電連接在置于半導(dǎo)體基板中的有源區(qū)之間、MOS晶體管的柵極之 間或者有源區(qū)和MOS晶體管的柵極之間，但不是通過配線層的配線 連接的，第二插頭電連接至有源區(qū)，其中，在第二插頭上布置的最靠 近第二插頭的配線通過第三插頭電連接至第二插頭，第三插頭和被布置為最靠近第二插頭的配線形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。從以下結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的， 其中，在整個(gè)附圖中，相同的參考字符指定相同或類似的部分。


圖1是以模型形式示出第一示例性實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的截面圖。圖2A、圖2B和圖2C是示出光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工藝步驟的模型圖。圖3A和圖3B是示出光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工藝步驟的模型圖。 圖4A、圖4B和圖4C是示出光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工藝步驟的模型圖。圖5示出光電轉(zhuǎn)換裝置的電路構(gòu)造的示例。 圖6是示出圖像拾取系統(tǒng)的示例的框圖。合并在本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出本發(fā)明 的實(shí)施例，并與說明書一起用于對本發(fā)明的原理進(jìn)行解釋。
具體實(shí)施方式
如在爿〉開號為2004-221527的日本專利申請中所公開的，在銅被用作配線材料的情況下，與鋁相比，銅在層間絕緣膜內(nèi)擴(kuò)散的程度大。 在以上專利文獻(xiàn)中作出了以下描述。當(dāng)銅通過擴(kuò)散到達(dá)半導(dǎo)體基板 時(shí)，存在這樣的情形，即，可能降低光電轉(zhuǎn)換元件的性能，從而增加 噪聲。于是，為了抑制噪聲，理想情況是，鈦或鵠代替銅被用作下觸 頭的材料。而且，在光電轉(zhuǎn)換裝置中，配線規(guī)定了光入射在光電轉(zhuǎn)換元件上 的孔徑。于是，為了提高光的入射效率以改進(jìn)靈敏性，要求這樣的配 線布局，在該配線布局中，使允許光入射到光電轉(zhuǎn)換元件上所需的孔徑變寬。由于MOS類型的光電轉(zhuǎn)換裝置所需的配線層的數(shù)量比CCD 類型的光電轉(zhuǎn)換裝置的配線層的數(shù)量大，所以配線布局的自由度低。 此外，如果像素變得精細(xì)，則MOS類型的光電轉(zhuǎn)換裝置中的配線布 局的自由度將進(jìn)一步降低。根據(jù)本發(fā)明，可提供這樣的MOS類型的光電轉(zhuǎn)換裝置，在該光 電轉(zhuǎn)換裝置中，光到光電轉(zhuǎn)換元件上的入射效率得到改進(jìn)。本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置包括置于單個(gè)孔中的插頭。通過這個(gè)插 頭，可使置于半導(dǎo)體基板中的多個(gè)有源區(qū)彼此電連接，可使置于其中 的多個(gè)MOS晶體管的柵極彼此電連接，并且可使有源區(qū)和MOS晶 體管的柵極電連接。由于對于電連接的多個(gè)區(qū)，可認(rèn)為插頭是共享的， 所以這種觸頭結(jié)構(gòu)稱為共享觸頭。也就是說，在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的情況 下，通過許多個(gè)被電連接的構(gòu)件形成接觸孔，以通過配線層進(jìn)行電連 接。相反，通過使用共享觸頭進(jìn)行連接，可去除多個(gè)觸頭和用于連接 這些觸頭的配線層。因而，配線的數(shù)量減少。結(jié)果，可提高配線布局 的自由度。此外，使有源區(qū)和配線層之間的電連接或者柵極和配線層之間的 電連接具有普通觸頭插頭和雙鑲嵌的層疊結(jié)構(gòu)(層疊觸頭結(jié)構(gòu))。也 就是說，通過雙鑲嵌工藝形成第一配線層以形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的一部 分。根據(jù)這樣的構(gòu)造，可減少配線量。此外，可在共享觸頭上設(shè)置導(dǎo) 線。于是，可改進(jìn)配線布局的自由度。結(jié)果，還可改進(jìn)孔徑比。因而， 可提供這樣的光電轉(zhuǎn)換裝置，在該光電轉(zhuǎn)換裝置中，光到光電轉(zhuǎn)換元件上的入射效率得到改進(jìn)。這里，作為層疊觸頭，還可想到層疊鴒插頭，以便其后形成具有 單鑲嵌結(jié)構(gòu)的配線。然而，難以實(shí)現(xiàn)上部的層疊鴒和其中設(shè)置有鴒插頭的層間絕緣膜的薄的厚度。這是因?yàn)榕c鑲嵌工藝中的蝕刻工藝相 比，在鴒被形成為膜之后執(zhí)行的CMP工藝需要占用大部分工藝余裕。 于是，需要使層間絕緣膜的厚度變厚。相反，通過采用對插頭和雙鑲 嵌結(jié)構(gòu)進(jìn)行層疊的結(jié)構(gòu)，可降低所述設(shè)備的高度。于是，在本發(fā)明中，通過用于僅形成插頭的工藝來形成與有源區(qū) 和柵極直接接觸的插頭，其后通過雙鑲嵌形成最下面的配線層和插 頭。由于這個(gè)原因，可改進(jìn)配線布局的自由度，并且可進(jìn)一步降低高 度。通過實(shí)現(xiàn)高度的降低，減小孔徑部分的縱橫比。因而，還可擴(kuò)大 入射光的入射角的范圍。從如上所述的事實(shí)，可提供這樣的光電轉(zhuǎn)換 裝置，在該光電轉(zhuǎn)換裝置中，光到光電轉(zhuǎn)換元件上的入射效率得到改 進(jìn)。以下，將用作材料基板的半導(dǎo)體基板表示為"基板"，但是半導(dǎo)體 基板還包括對如下所述的材料基板進(jìn)行處理的情況。例如，可將形成 一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)的狀態(tài)下的構(gòu)件、 一 系列制造工藝步驟的中間的 構(gòu)件、或者經(jīng)過一系列制造工藝步驟之后的構(gòu)件稱為基板。有源區(qū)是 被諸如LOCOS的元件隔離區(qū)分割的半導(dǎo)體區(qū)，以及是形成各種元件 的區(qū)、或者形成元件的一部分的區(qū)。例如，晶體管的漏區(qū)或源區(qū)包括 在其中。而且，從半導(dǎo)體基板的主面到基板內(nèi)部的方向被稱為"下方 向"，與以上方向相對的方向被稱為"上方向"。此外，觸頭是有源區(qū)和配線之間或者柵極和配線之間的電連接部 分，通孔是觸頭和配線之間或者配線之間的電連接部分。觸頭和通孔中的每個(gè)包括置于接觸孔或通孔中的插頭、插頭和有源區(qū)或諸如導(dǎo)線 的其它導(dǎo)體之間的連接部分和阻擋層金屬。阻擋層金屬是為抑制插頭材料和隔離膜或基板之間的合金反應(yīng)、或者插頭材料對隔離膜或基板的擴(kuò)散反應(yīng)的目的而提供的膜。對于類似的目的，還在配線處提供阻擋層材料。此外，雙鑲嵌結(jié)構(gòu)是通過鑲嵌工藝形成的配線和插頭的結(jié)構(gòu)，單 鑲嵌結(jié)構(gòu)是通過鑲嵌工藝形成的配線的結(jié)構(gòu)。此外，光電轉(zhuǎn)換元件的孔徑是光到光電轉(zhuǎn)換元件上的入射孔徑， 通常通過根據(jù)配線或擋光膜的圖案規(guī)定所述孔徑。用于規(guī)定所述孔徑 的圖案是用于確定光入射到光電轉(zhuǎn)換元件上的區(qū)域的外側(cè)邊緣的圖 案。通過執(zhí)行光學(xué)轉(zhuǎn)換裝置截面的光學(xué)仿真，可識別確定所述孔徑的 圖案?，F(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。 (光電轉(zhuǎn)換裝置的電路構(gòu)造)首先，將描述可應(yīng)用本發(fā)明的MOS類型的光電轉(zhuǎn)換裝置的電路 構(gòu)造。圖5示出MOS類型的光電轉(zhuǎn)換裝置的電路構(gòu)造的一個(gè)示例。 MOS類型的光電轉(zhuǎn)換裝置包括像素單元124，其包括光電轉(zhuǎn)換元件 101a和101b、傳送MOS晶體管102a和102b、重置MOS晶體管103 和放大MOS晶體管104，傳送MOS晶體管102a和102b用于傳送光 電轉(zhuǎn)換元件的電載流子，重置MOS晶體管103用于重置光電轉(zhuǎn)換元 件101a、101b和每個(gè)傳送MOS晶體管的漏區(qū)，放大MOS晶體管104106。放大mos晶體管形成源^:器電:的一;分。;象素單元12: 二k括選擇MOS晶體管105，其用于控制對信號線的讀出操作。假設(shè)傳 送晶體管、重置晶體管、放大MOS晶體管和選擇MOS晶體管為讀 出晶體管。在圖5中，包括在這些讀出晶體管中的晶體管103、 104 和105被兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件101a、 101b共享。此外，為每條信號線106提供包括箝位電容器108的箝位電路、 包括放大器120的列放大單元以及包括電容器112a和112b的信號保 持電路。形成光電轉(zhuǎn)換裝置的電路構(gòu)造還包括掃描電路123和119。 通過掃描電路123和119驅(qū)動(dòng)的讀出晶體管從信號輸出線106讀出由 光電轉(zhuǎn)換元件101a和101b產(chǎn)生的信號。此外，在箝位電路或信號保 持單元從這些信號去除噪聲。將如此獲得的信號輸出到水平信號線 116a和116b。最后，從差分放大器118輸出其差分輸出。將除了像素單元124之外的電路組件(諸如掃描電路和箝位電路)共同稱為"外 圍電路單元"。盡管將利用示例性實(shí)施例的示例描述本發(fā)明的構(gòu)造，但是本發(fā)明 不限于這些示例性實(shí)施例，而是可在必要時(shí)在不脫離本發(fā)明的主旨的 范圍內(nèi)對這些示例性實(shí)施例進(jìn)行改變或組合。 (第一示例性實(shí)施例)在本實(shí)施例中，釆用共享觸頭結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體區(qū)和放 大晶體管的柵極連接。此外，釆用雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的配線，其電連接至插 頭。在圖1中示出本實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素部分的截面模型圖， 將對其進(jìn)行詳細(xì)描述。在圖1中，光電轉(zhuǎn)換元件包括在基板的一個(gè)主面上提供的第一傳 導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)l、第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)2和第一傳導(dǎo)類型的 半導(dǎo)體區(qū)3,半導(dǎo)體區(qū)3覆蓋第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)2，其中，半 導(dǎo)體區(qū)1可以是第一傳導(dǎo)類型的阱或基板。標(biāo)號4指定的部分是傳送 MOS晶體管的柵極，所述傳送MOS晶體管用于傳送光電轉(zhuǎn)換元件在 第二傳導(dǎo)半導(dǎo)體區(qū)2中累積的電載流子。光電轉(zhuǎn)換元件還包括第二傳 導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)5和元件隔離區(qū)6,在半導(dǎo)體區(qū)5中，光電轉(zhuǎn)換元 件的電載流子被傳送(浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，以下將其縮寫為FD區(qū))，其中， 這個(gè)元件隔離區(qū)6包括STI (淺溝槽隔離)結(jié)構(gòu)。標(biāo)號7指定的部分 是形成源隨器電路的放大MOS晶體管的柵極，標(biāo)號8指定的部分是 像素內(nèi)的有源區(qū)。有源區(qū)是指半導(dǎo)體區(qū)，比如，光電轉(zhuǎn)換元件、MOS 晶體管的源區(qū)或漏區(qū)或者設(shè)置它們的阱。而且，存在這樣的情況，即， 可使柵極兼作用于將電壓供應(yīng)給柵極的導(dǎo)線。光電轉(zhuǎn)換裝置還包括觸 頭(共享觸頭)的插頭9，其用于連接FD區(qū)5和放大MOS晶體管的柵極7。共享觸頭結(jié)構(gòu)是用于通過置于單個(gè)接觸孔中的插頭連接有源 區(qū)和柵極的觸頭。光電轉(zhuǎn)換裝置還包括插頭11和雙鑲嵌結(jié)構(gòu)13、 14、 15，插頭11用于電連接有源區(qū)8與雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的插頭13和配線15, 雙鑲嵌結(jié)構(gòu)13、 14和15分別用作置于插頭11上部的插頭、阻擋層 金屬和配線。在這種情況下，由插頭11和插頭13形成層疊觸頭結(jié)構(gòu)，從而有源區(qū)8和配線15電連接。此外，分別用作插頭、阻擋層金屬 和配線的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)21、 22和23置于配線15的上部。這里，光電 轉(zhuǎn)換裝置還包括用于插頭9、 11的阻擋層金屬10、 12和用于覆蓋配 線的上表面的擴(kuò)散防止膜16、 24。擴(kuò)散防止膜16和24用于抑制配線 材料的擴(kuò)散。光電轉(zhuǎn)換裝置還包括用于使配線或觸頭隔離的第一、第 二、第三和第四層間絕緣膜17、 18、 19和25。第一層間絕緣膜17置 于半導(dǎo)體基板上。而且，光電轉(zhuǎn)換裝置還包括用于傳送MOS晶體管 和放大MOS晶體管的側(cè)壁20。盡管在圖1中配線15置于共享觸頭 結(jié)構(gòu)的插頭11的上部，但是可替換地設(shè)置包括在與配線15相同的配 線層中的配線，該配線與共享觸頭結(jié)構(gòu)的插頭11不電連接。插頭9和11置于第一層間絕緣膜17處。第二層間絕緣膜18置 于第一層間絕緣膜17上。與插頭ll對應(yīng)，雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的插頭13和 配線15置于第二層間絕緣膜18處。根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造，可通過共 享觸頭結(jié)構(gòu)減少配線量。而且，配線可置于共享觸頭結(jié)構(gòu)的上部。此 外，可降低層疊觸頭部分的高度。于是，可在改進(jìn)配線的平面布局的 自由度的同時(shí)改進(jìn)光到光電轉(zhuǎn)換元件上的入射效率。而且，將共享觸頭結(jié)構(gòu)應(yīng)用于FD區(qū)和放大MOS晶體管的柵極之間的電連接，從而可改進(jìn)光電轉(zhuǎn)換元件附近的配線布局的自由度。 此外，在配線置于共享觸頭結(jié)構(gòu)的上部的情況下，可在改進(jìn)配線布局 的自由度的同時(shí)執(zhí)行FD區(qū)的擋光?，F(xiàn)在將參考圖2描述制造本實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的方法的示 例。使標(biāo)號分別與圖1的標(biāo)號對應(yīng)。通過使用典型的半導(dǎo)體工藝，在半導(dǎo)體區(qū)1內(nèi)形成元件隔離區(qū)6、 第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)3和FD區(qū)5。在基板上形成比如包含多晶 硅的柵極4和包括配線的柵極7，其后形成包含氧化硅膜的第一層間 絕緣膜17，以形成圖2A的結(jié)構(gòu)。接下來，如圖2B所示，對涂覆在第一層間絕緣膜17上的光致 抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖以形成抗蝕劑圖案20。使用作為掩模的抗蝕劑圖案 20,通過蝕刻在第一層間絕緣膜17形成用于觸頭(接觸孔)21和22的孔徑。接觸孔21是用于形成共享觸頭結(jié)構(gòu)的孔徑。在去除抗蝕劑圖案20之后，形成用于形成阻擋層金屬10和12 的膜。在相對于其的上層上形成用于形成插頭9和11的金屬膜(比 如，鴒膜)。通過使用比如WF6氣體通過CVD工藝形成該鎢膜。作 為插頭為鎢的情況下的阻擋層金屬，包含Ti或TiN的單層膜以及包 含Ti和TiN的層壓膜被提及。通過借助于同時(shí)蝕刻阻擋層金屬和金 屬膜來去除它們，而形成包括阻擋層金屬10和12的插頭9和11。從 而，提供圖2C的結(jié)構(gòu)。作為去除金屬膜的方法，除了蝕刻之外還可 使用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)工藝。盡管鎢被用作插頭9和11的材料， 但是可使用具有比插頭13的擴(kuò)散系數(shù)小的擴(kuò)散系數(shù)的傳導(dǎo)材料。通 過使用這樣的材料，可減少材料到基板中的擴(kuò)散。在形成包含氧化硅膜的第二層間絕緣膜18之后，通過鑲嵌工藝 形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。首先，形成用于形成配線15的凹槽以形成用于形 成插頭13的凹槽(通孔)。對涂覆在第二層間絕緣膜18上的光致抗 蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖以形成抗蝕劑圖案。此外，使用作為掩模的抗蝕劑圖案 執(zhí)行蝕刻以形成用于配線15的凹槽23。在去除抗蝕劑圖案之后，再 次涂覆光致抗蝕劑以形成抗蝕劑圖案。使用作為掩模的抗蝕劑圖案， 形成插頭13的凹槽24,凹槽2形成通孔。通過去除抗蝕劑圖案，提 供圖3A的結(jié)構(gòu)。盡管在本實(shí)施例中首先形成凹槽23,但是可在形成 凹槽23之前形成用于插頭13的凹槽24。而且，在提供不連接至第一 層間絕緣膜17的插頭的配線的情況下，可通過與用于配線15的凹槽 的工藝步驟相同的工藝步驟在第二層間絕緣膜18處僅形成用于配線 的凹槽。其后，將阻擋層金屬形成為膜，其后例如使銅沉積在凹槽23和 24中。在銅沉積之后，通過諸如CMP的平坦化工藝對過剩的銅和過 剩的阻擋層金屬進(jìn)行拋光以形成插頭13和配線15。接下來，在配線 15上形成用作擴(kuò)散防止膜的膜以允許在預(yù)定范圍上方對防擴(kuò)散膜16 進(jìn)行構(gòu)圖。從而，提供圖3B的結(jié)構(gòu)。用于銅配線的阻擋層金屬14是 基于Ta的單層膜，比如，TaN單層膜。擴(kuò)散防止膜l6比如是碳化硅或氮化硅。在擴(kuò)散防止膜的這些材料具有不同于層間絕緣膜的材料 (比如，氧化硅膜)的折射率的情況下，當(dāng)擴(kuò)散防止膜設(shè)置在光電轉(zhuǎn) 換元件的上部時(shí)，折射發(fā)生，從而入射光量減少。于是，理想情況是， 在如下范圍內(nèi)形成擴(kuò)散防止膜，所述范圍與光電轉(zhuǎn)換元件的光路不交 叉，并且它允許抑制配線材料的擴(kuò)散。此外，例如，對于其上部，比如層間絕緣膜的形成和雙鑲嵌工藝 重復(fù)預(yù)定次數(shù)，從而形成包括多層配線結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置。然而， 本發(fā)明不限于這樣的形式或?qū)崿F(xiàn)。這里，關(guān)注這樣的部分，在該部分中，雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的插頭ll和插頭13電連接。理想情況是，使這個(gè)部分的插頭11的上部面積比插 頭13的底部面積大。通過釆用這樣的布置，即使在考慮工藝中的位 置移動(dòng)的情況下，也可減少插頭13距插頭11的偏移量(突出量)。而且，存在許多這樣的情況，即，與插頭13相比，插頭ll的縱 橫比采用高值。因而，為了改進(jìn)插頭的金屬材料的掩埋工藝中的掩埋 特性，理想情況是，插頭11的接觸孔的上部面積大。此外，在鎢被 用作插頭11和銅被用作插頭13的情況下，由于與鎢相比，銅的掩埋 特性良好，所以可減少插頭13的孔的底部面積。 (第二示例性實(shí)施例)在本實(shí)施例中，除了第一示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)之外，蝕刻停止膜 包括在雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的配線15的下部。將在參考圖2和圖4描述制造方法的同時(shí)描述其構(gòu)造。在形成直 到圖2C的結(jié)構(gòu)之后，為了具有預(yù)定高度，如圖4A所示形成第二層 間絕緣膜18。此外，在第二層間絕緣膜18上形成起蝕刻停止膜作用 的膜。作為起這個(gè)蝕刻停止膜作用的膜，比如有碳化硅和氮化硅。接 下來，在起蝕刻停止膜作用的膜與用于插頭13的孔徑對應(yīng)的部分， 使用作為掩模的抗蝕劑圖案形成孔徑，以形成蝕刻停止膜30。此時(shí)， 理想情況是，還在光電轉(zhuǎn)換元件的上部形成孔徑。從而，提供圖4A 的結(jié)構(gòu)。其后，形成第三層間絕緣膜31，以使用作為掩^=莫的抗蝕劑圖案形成用于配線的凹槽23。此外，在去除抗蝕劑圖案之后，再次形成其 它抗蝕劑圖案。由此形成的抗蝕劑圖案被用作掩模來形成用于插頭的 凹槽24(通孔)。再者，去除抗蝕劑圖案。從而，提供圖4B的結(jié)構(gòu)。在形成阻擋層金屬14之后，使銅沉積在凹槽23和24中。在銅 沉積之后，通過CMP對過剩的銅和過剩的阻擋層金屬進(jìn)行拋光，從 而形成插頭13和配線15。接下來，形成用于保護(hù)配線15的擴(kuò)散防止 膜，以使用作為掩模的抗蝕劑圖案執(zhí)行蝕刻，從而在預(yù)定范圍內(nèi)形成 擴(kuò)散防止膜16。從而，提供圖4C的結(jié)構(gòu)。阻擋層金屬14或擴(kuò)散防 止膜16的材料的示例包括在第一示例性實(shí)施例中描述的材料。其隨 后的工藝步驟與第一示例性實(shí)施例的工藝步驟類似。在本實(shí)施例中，在通過雙鑲嵌工藝形成用于插頭的凹槽24的步 驟中，使用包括蝕刻停止膜30的硬質(zhì)掩模。通過使用這樣的硬質(zhì)掩 模，可根據(jù)第二層間絕緣膜18的膜厚度確定插頭13的高度。由于這 個(gè)原因，配線15和置于其下部的插頭9之間的距離變得穩(wěn)定。結(jié)果， 配線15和插頭9之間的電流泄露變得難以發(fā)生。因而，可改進(jìn)包括層疊結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置的產(chǎn)量。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可提供高質(zhì)量的光電轉(zhuǎn)換裝置。另外，材料和制造方法不限于各示例性實(shí)施例的材料和制造方法，半導(dǎo)體基 板的傳導(dǎo)類型、像素的構(gòu)造和配線布局不限于所描述的構(gòu)造。例如， 可根據(jù)需要設(shè)置層疊觸頭結(jié)構(gòu)的插頭的層疊的層的數(shù)量。 (應(yīng)用于圖像拾取系統(tǒng))圖6是光電轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用于攝像機(jī)的情況下的框圖，已在上述示 例性實(shí)施例中描述了所述光電轉(zhuǎn)換裝置中的每個(gè)，所述攝像機(jī)是圖像 拾取系統(tǒng)的一個(gè)示例。作為另一圖像拾取系統(tǒng)，數(shù)字靜止相機(jī)被提及。 現(xiàn)在將參考圖6進(jìn)行詳細(xì)描述。這個(gè)圖像拾取系統(tǒng)包括光學(xué)系統(tǒng)701，其包括用于通過成像透鏡 執(zhí)行調(diào)焦的聚焦透鏡701A、用于執(zhí)行變焦操作的變焦透鏡701B和用 于圖像形成的透鏡701C。此外，所述光學(xué)系統(tǒng)包括光圏和快門702。 所述圖像拾取系統(tǒng)還包括光電轉(zhuǎn)換裝置703，其用于執(zhí)行對在成像表面上形成的目標(biāo)圖像的光電轉(zhuǎn)換以提供電圖像拾取信號。作為光電轉(zhuǎn)換裝置703，使用各示例性實(shí)施例中所描述的光電轉(zhuǎn)換裝置中的任何 一個(gè)。所迷圖像拾取系統(tǒng)還包括采樣和保持電路(S/H電路)704并 且用于輸出視頻信號，采樣和保持電路(S/H電路)704用于對光電 轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行采樣和保持以放大電平，所述光電轉(zhuǎn)換信號為光電轉(zhuǎn)換 裝置703的輸出信號。所述圖像拾取系統(tǒng)還包括處理電路705，其用于對從采樣和保持 電路704輸出的視頻信號執(zhí)行預(yù)定處理，諸如伽馬校正、顏色分離或 消隱處理，以輸出亮度信號Y和色度信號C。所述圖像拾取系統(tǒng)還包 括顏色信號校正電路721 ，其用于對從處理電路705輸出的色度信號 C執(zhí)行白色平衡和彩色平衡的校正，以輸出如此獲得的校正的信號分 量作為色差信號R-Y和B-Y。而且，所迷圖像拾取系統(tǒng)還包括編碼器 電路(ENC電路)724，其用于對從處理電路705輸出的亮度信號Y 和從顏色信號校正電路721輸出的色差信號R-Y、 B-Y進(jìn)行調(diào)制，以 輸出如此獲得的調(diào)制的信號作為標(biāo)準(zhǔn)電視信號。此外，將如此獲得的 標(biāo)準(zhǔn)電視信號傳遞到視頻記錄器(未顯示)或電子取景器，諸如監(jiān)視 器、電子取景器(EVF)。所述圖像拾取系統(tǒng)還包括光圈控制單元706,707。此外，以控制光團(tuán)702的孔徑量為目的，所述圖像拾取系統(tǒng)被 構(gòu)造為允許自動(dòng)控制ig計(jì)量器(光圏檢流計(jì))708，從而視頻信號的 電平導(dǎo)致生成預(yù)定電平的預(yù)定值。所述圖像拾取系統(tǒng)還包括帶通濾波器(BPF) 713和714，其從 視頻信號提取執(zhí)行對焦檢測所需的高頻分量，所述視頻信號從采樣和 保持電路704輸出。門控電路715和聚焦門控幀對從第一帶通濾波器 713 (BPF1)和第二帶通濾波器714 (BPF2)輸出的分別具有彼此不 同的帶寬限制的信號進(jìn)行門控。在峰值檢測電路716檢測峰值，并在 峰值檢測電路716保持該峰值。與此同時(shí)，將如此檢測到的信號輸入 到邏輯控制電路717。這個(gè)信號稱為聚焦電壓。從而，通過這個(gè)聚焦 電壓調(diào)焦。而且，所述圖像拾取系統(tǒng)還包括聚焦編碼器718、變焦編碼器719 和光圏編碼器720，聚焦編碼器718用于檢測聚焦透鏡701A的移動(dòng) 位置，變焦器719用于檢測變焦透鏡701B的對焦，光圏編碼器720 用于檢測光圏702的孔徑量。將編碼器的這些檢測值傳遞到用于執(zhí)行 系統(tǒng)控制的邏輯控制電路717。邏輯控制器電路717基于與已將其設(shè)置為執(zhí)行調(diào)焦的對焦檢測 區(qū)的內(nèi)部對應(yīng)的視頻信號對目標(biāo)執(zhí)行對焦檢測。也就是說，接受從各 個(gè)帶通濾波器713、 714傳遞的高頻分量的峰值信息。其后，以如下 方式驅(qū)動(dòng)聚焦透鏡701A，即，使聚焦透鏡701A位于高頻分量的峰值 變成最大的位置。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)，將控制信號(諸如聚焦馬達(dá)710的 旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速率、旋轉(zhuǎn)或停止)傳遞到聚焦驅(qū)動(dòng)電路709。從而， 聚焦馬達(dá)710受到控制。當(dāng)指示變焦時(shí)，變焦驅(qū)動(dòng)電路711旋轉(zhuǎn)變焦馬達(dá)712。當(dāng)旋轉(zhuǎn)變 焦馬達(dá)712時(shí)，變焦透鏡710B移動(dòng)。從而，執(zhí)行變焦操作。必要時(shí)， 通常將處理電路705和邏輯控制電路717稱為信號處理電路。通過如所述圖像拾取系統(tǒng)那樣使用本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置，可提 供具有高S/N比的圖像拾取系統(tǒng)，在所述光電轉(zhuǎn)換裝置中，到光電轉(zhuǎn) 換元件上的入射光量增加而且噪聲小。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可提供較高質(zhì)量的光電轉(zhuǎn)換裝置和較高 質(zhì)量的圖像拾取系統(tǒng)。此外，材料和制造方法不限于各個(gè)示例性實(shí)施 例的材料和制造方法，半導(dǎo)體基板的傳導(dǎo)類型、像素的構(gòu)造和配線布 局不限于所描述的構(gòu)造。例如，可在層疊配線結(jié)構(gòu)中將銅配線和鋁配 線混合起來，并且可根據(jù)需要如此設(shè)置。另外，本發(fā)明不必限于光電 轉(zhuǎn)換裝置，而是可應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路，比如，SRAM。盡管已參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實(shí)施例。給予以下權(quán)利要求的范圍最寬的解 釋，以包括所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1、一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括半導(dǎo)體基板；光電轉(zhuǎn)換元件和MOS晶體管，其布置在半導(dǎo)體基板中；多層配線結(jié)構(gòu)，包括具有多個(gè)配線的多個(gè)配線層的疊層和使配線層彼此隔離的層間絕緣膜，其中，所述光電轉(zhuǎn)換裝置包括第一層間絕緣膜，其布置在半導(dǎo)體基板上；第一插頭，其布置在第一層間絕緣膜中的第一孔中，并電連接在置于半導(dǎo)體基板中的有源區(qū)之間、MOS晶體管的柵極之間、或者有源區(qū)和MOS晶體管的柵極之間，但不是通過配線層的配線來連接的；和第二插頭，其布置在第一層間絕緣膜中的第二孔中，并電連接至有源區(qū)，其中，被布置在第二插頭上的最靠近第二插頭的配線通過第三插頭電連接至第二插頭，以及第三插頭和被布置為最靠近第二插頭的配線形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 具有被布置為最靠近第二插頭的配線的配線層具有置于第一插頭的上部的配線。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 第二插頭的上部的面積比電連接至第二插頭的第三插頭的底部的面積大。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 形成笫一插頭和第二插頭的材料具有比形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的材料的擴(kuò)散系數(shù)小的擴(kuò)散系數(shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 第一插頭和第二插頭由鵠形成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 形成所述多層配線結(jié)構(gòu)的配線層的至少一部分由銅配線形成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所迷的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 擴(kuò)散防止膜設(shè)置在銅配線上方，其具有與光電轉(zhuǎn)換元件對應(yīng)的孔徑。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 第一插頭和第二插頭具有阻擋層金屬，所述阻擋層金屬包括從包含Ti、 Ta和W的組中選擇的一種或多種金屬。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 所述雙鑲嵌結(jié)構(gòu)具有阻擋層金屬，所述阻擋層金屬包括從包含Ti、 Ta和W的組中選擇的一種或多種金屬。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 在雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的配線的下部設(shè)置蝕刻停止膜。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，還包括 傳送MOS晶體管，用于傳送由光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的電載流子， 有源區(qū)的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，傳送MOS晶體管將電載流子傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，和放大MOS晶體管，用于輸出基于浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的電壓的信號，其中第一插頭電連接浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和放大MOS晶體管的柵極。
12、 一種圖像拾取系統(tǒng)，包括 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換裝置；光學(xué)系統(tǒng)，形成所述光電轉(zhuǎn)換裝置中的圖像；和信號處理電路，用于處理來自所述光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出信號。
全文摘要
一種光電轉(zhuǎn)換裝置和使用光電轉(zhuǎn)換裝置的圖像拾取系統(tǒng)。該光電轉(zhuǎn)換裝置包括第一層間絕緣膜，置于半導(dǎo)體基板上；第一插頭，置于第一層間絕緣膜中的第一孔中，用于電連接在置于半導(dǎo)體基板中的多個(gè)有源區(qū)之間、多個(gè)MOS晶體管的柵極之間、或者有源區(qū)和MOS晶體管的柵極之間，但不是通過配線層的配線來連接的；和第二插頭，置于第一層間絕緣膜中的第二孔中，第二插頭電連接至有源區(qū)，其中，被布置在第二插頭上方的最靠近第二插頭的配線電連接至第二插頭，電連接至第二插頭的配線形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的一部分。通過這樣的結(jié)構(gòu)，可改進(jìn)光到光電轉(zhuǎn)換元件上的入射效率。
文檔編號H01L23/532GK101252138SQ20081008087
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月23日
發(fā)明者三島隆一, 佐藤信彥, 岡川崇, 成瀨裕章, 讓原浩 申請人:佳能株式會(huì)社