照相機模塊、固體攝像裝置以及該裝置的制造方法
【專利摘要】一種照相機模塊、固體攝像裝置以及該裝置的制造方法，能夠提高拍攝圖像的畫質(zhì)且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供一種固體攝像裝置。固體攝像裝置具備多個光電轉(zhuǎn)換元件和放大晶體管。多個光電轉(zhuǎn)換元件將入射的光光電轉(zhuǎn)換成信號電荷。放大晶體管隔著層間絕緣膜以與光電轉(zhuǎn)換元件重疊的方式設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換元件中的與光的入射面相反的面?zhèn)?，該放大晶體管的溝道的面積大于一個光電轉(zhuǎn)換元件中的入射面的面積，并且，該放大晶體管對信號電荷進行放大。
【專利說明】照相機模塊、固體攝像裝置以及該裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施方式涉及照相機模塊、固體攝像裝置以及該裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，存在如下的背面照射型的固體攝像裝置:在光電轉(zhuǎn)換元件的與光所入射的一側(cè)相反側(cè)的面(以下記為“表面”)，設(shè)置有進行來自光電轉(zhuǎn)換元件的信號電荷的讀出、所讀出的信號電荷的放大等的多個晶體管。
[0003]在上述背面照射型的固體攝像裝置中，期望進一步的小型化以及高畫質(zhì)化。然而，在只是縮小光電轉(zhuǎn)換元件的尺寸、設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換元件的表面的晶體管的尺寸的情況下，存在拍攝圖像劣化的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的課題在于，提供一種能夠在提高拍攝圖像的畫質(zhì)的同時實現(xiàn)小型化的照相機模塊、固體攝像裝置以及該裝置的制造方法。
[0005]一個實施方式的固體攝像裝置具備:多個光電轉(zhuǎn)換元件，將入射的光光電轉(zhuǎn)換成信號電荷；以及放大晶體管，對上述信號電荷進行放大，隔著層間絕緣膜以與上述光電轉(zhuǎn)換元件重疊的方式設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換元件中的與光的入射面相反的面?zhèn)?，且該放大晶體管的溝道的面積大于一個上述光電轉(zhuǎn)換元件中的上述入射面的面積。
[0006]另一個實施方式的照相機模塊具有:攝像光學系統(tǒng)，取入來自被攝體的光，成像被攝體像；以及固體攝像裝置，拍攝由上述攝像光學系統(tǒng)成像的被攝體像，上述固體攝像裝置具備:多個光電轉(zhuǎn)換元件，將入射的光光電轉(zhuǎn)換成信號電荷；以及放大晶體管，對上述信號電荷進行放大，隔著層間絕緣膜以與上述光電轉(zhuǎn)換元件重疊的方式設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換元件中的與光的入射面相反的面?zhèn)?，且該放大晶體管的溝道的面積大于一個上述光電轉(zhuǎn)換元件中的上述入射面的面積。
[0007]并且，其他實施方式的固體攝像裝置的制造方法包括:形成將入射的光光電轉(zhuǎn)換成信號電荷的多個光電轉(zhuǎn)換元件；以及隔著層間絕緣膜以與上述光電轉(zhuǎn)換元件重疊的方式在該光電轉(zhuǎn)換元件中的與光的入射面相反的面?zhèn)刃纬蓪ι鲜鲂盘栯姾蛇M行放大的放大晶體管，該放大晶體管的溝道的面積大于一個上述光電轉(zhuǎn)換元件中的上述入射面的面積。
[0008]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的照相機模塊、固體攝像裝置以及該裝置的制造方法，能夠在提高拍攝圖像的畫質(zhì)的同時實現(xiàn)小型化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是示出具備實施方式所涉及的固體攝像裝置的數(shù)碼照相機的概要結(jié)構(gòu)的框圖。
[0010]圖2是實施方式所涉及的CMOS傳感器的基于俯視的說明圖。
[0011]圖3是示出實施方式所涉及的像素部的電路結(jié)構(gòu)的一例的說明圖。[0012]圖4是示出實施方式所涉及的像素部以及邏輯部的內(nèi)部的基于剖視的說明圖。
[0013]圖5是示出實施方式所涉及的像素部的內(nèi)部的基于俯視的說明圖。
[0014]圖6A?圖9B是示出實施方式所涉及的CMOS傳感器的制造工序的一例的說明圖。
[0015]圖1OA?圖1OC是示出變形例I?變形例3所涉及的CMOS傳感器的基于剖視的說明圖。
[0016]圖11是示出變形例4所涉及的CMOS傳感器的基于俯視的說明圖。
【具體實施方式】
[0017]以下，參照附圖對實施方式所涉及的照相機模塊、固體攝像裝置以及該裝置的制造方法進行詳細說明。另外，本發(fā)明并不由該實施方式限定。
[0018]圖1是示出具備實施方式所涉及的固體攝像裝置的數(shù)碼照相機101的概要結(jié)構(gòu)的框圖。如圖1所示，數(shù)碼照相機101具備照相機模塊102和后級處理部103。
[0019]照相機模塊102具備攝像光學系統(tǒng)104和固體攝像裝置I。攝像光學系統(tǒng)104取入來自被攝體的光，成像被攝體像。固體攝像裝置I拍攝由攝像光學系統(tǒng)104成像的被攝體像，并將通過拍攝得到的圖像信號朝后級處理部103輸出。上述照相機模塊102除了應(yīng)用于數(shù)碼照相機101以外，例如還應(yīng)用于帶照相機的便攜終端等電子設(shè)備。
[0020]后級處理部3具備ISP(圖像信號處理器)106、存儲部107以及顯示部108。ISP106進行從固體攝像裝置I輸入的圖像信號的信號處理。上述ISP106例如進行鏡頭陰影校正、缺陷校正、噪聲降低處理等信號處理。進而，ISP106將信號處理后的圖像信號朝存儲部107、顯示部108以及照相機模塊102輸出。從ISP 106朝照相機模塊102反饋的圖像信號用于進行固體攝像裝置I的調(diào)整、控制。
[0021]存儲部107將從ISP 106輸入的圖像信號作為圖像加以存儲。并且，存儲部107根據(jù)用戶的操作等將所存儲的圖像的圖像信號朝顯示部108輸出。顯示部108根據(jù)從ISP106或者存儲部107輸入的圖像信號顯示圖像。上述顯示部108例如是液晶顯示器。
[0022]其次，參照圖2對照相機模塊2所具備的固體攝像裝置I進行說明。以下，作為固體攝像裝置I的一例，舉出在對入射光進行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換元件的與入射光所入射的面相反的面?zhèn)刃纬捎信渚€層的所謂背面照射型CMOS (互補型金屬氧化物半導體)圖像傳感器為例進行說明。
[0023]圖2是實施方式所涉及的固體攝像裝置I (以下記為“CMOS傳感器I”)的基于俯視的說明圖。如圖2所示，CMOS傳感器I具備像素部2和邏輯部3。
[0024]像素部2具備呈矩陣(行列)狀排列的多個光電轉(zhuǎn)換元件。上述各光電轉(zhuǎn)換元件將利用攝像光學系統(tǒng)4成像的被攝體像的入射光光電轉(zhuǎn)換成與受光量(受光強度)相應(yīng)的量的信號電荷(此處為電子)并儲存于電荷儲存區(qū)域。另外，像素部2的構(gòu)成例將參照圖3?圖5在后面敘述。
[0025]邏輯部3以包圍像素部2的周圍的方式配置。上述邏輯部3具備定時脈沖發(fā)生器31、垂直選擇電路32、采樣電路33、水平選擇電路34、模擬放大電路35、A/D (模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換電路36、數(shù)字放大電路37等。
[0026]定時脈沖發(fā)生器31是對像素部2、垂直選擇電路32、采樣電路33、水平選擇電路34、模擬放大電路35、A/D轉(zhuǎn)換電路36、數(shù)字放大電路37等輸出作為動作定時的基準的脈沖信號的處理部。
[0027]垂直選擇電路32是從成行列狀排列的多個光電轉(zhuǎn)換元件中以行單位依次選擇讀出電荷的光電轉(zhuǎn)換元件的處理部。上述垂直選擇電路32使儲存于以行單位選擇的各光電轉(zhuǎn)換元件的信號電荷作為表示各像素的亮度的圖像信號從光電轉(zhuǎn)換元件朝采樣電路33輸出。
[0028]采樣電路33是通過⑶S (Correlated Double Sampling:相關(guān)雙采樣)從自通過垂直選擇電路32以行單位選擇的各光電轉(zhuǎn)換元件輸入的像素信號中除去噪聲并暫時保持的處理部。
[0029]水平選擇電路34是按照每列依次選擇并讀出由采樣電路33保持的像素信號、并朝模擬放大電路35輸出的處理部。模擬放大電路35是對從水平選擇電路34輸入的模擬的像素信號進行放大并朝A/D轉(zhuǎn)換電路36輸出的處理部。
[0030]A/D轉(zhuǎn)換電路36是將從模擬放大電路35輸入的模擬的像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字的像素信號并朝數(shù)字放大電路37輸出的處理部。數(shù)字放大電路37是對從A/D轉(zhuǎn)換電路36輸入的數(shù)字的信號進行放大并朝規(guī)定的DSP (數(shù)字信號處理器(省略圖示))輸出的處理部。
[0031]這樣，在CMOS傳感器I中，配置于像素部2的多個光電轉(zhuǎn)換元件將入射光光電轉(zhuǎn)換成與受光量相應(yīng)的量的信號電荷并加以儲存，邏輯部3將儲存于各光電轉(zhuǎn)換元件的電荷作為像素信號進行讀出，由此進行拍攝。
[0032]其次，參照圖3對像素部2的電路結(jié)構(gòu)以及動作進行簡單說明。圖3是示出實施方式所涉及的像素部2的電路結(jié)構(gòu)的一例的說明圖。另外，圖3所示的電路是在像素部2中選擇性地提取出與拍攝圖像的4個像素對應(yīng)的部分而得的電路。
[0033]如圖3所示，像素部2具備光電轉(zhuǎn)換元件PD、HH、PD2, Η)3、傳輸晶體管TR、TRl、TR2、TR3。此外，像素部2具備浮動傳播區(qū)FD、放大晶體管AMP、復位晶體管RST、地址晶體管 ADR。
[0034]各光電轉(zhuǎn)換元件PD、PDU PD2, PD3是陰極接地、陽極連接于傳輸晶體管TR、TRUTR2、TR3的源極的光電二極管。四個傳輸晶體管TR、TR1、TR2、TR3的各漏極連接于一個浮動傳播區(qū)FD。
[0035]對于各傳輸晶體管TR、TRl、TR2、TR3，當朝柵電極輸入有傳輸信號時，將由光電轉(zhuǎn)換元件PD、PDU PD2, PD3進行了光電轉(zhuǎn)換后的信號電荷朝浮動傳播區(qū)FD傳輸。浮動傳播區(qū)FD連接于復位晶體管RST的源極。
[0036]并且，復位晶體管RST的漏極連接于電源電壓線Vdd。對于上述復位晶體管RST，當在朝浮動傳播區(qū)FD傳輸信號電荷之前朝柵電極輸入了復位信號時，該復位晶體管RST將浮動傳播區(qū)FD的電位復位至電源電壓的電位。
[0037]并且，在浮動傳播區(qū)FD連接有放大晶體管AMP的柵電極。上述放大晶體管AMP的源極連接于朝邏輯部3輸入信號電荷的信號線，漏極連接于地址晶體管ADR的源極。并且，地址晶體管ADR的漏極連接于電源電壓線Vdd。
[0038]在像素部2中，當朝地址晶體管ADR的柵電極輸入地址信號時，從放大晶體管AMP朝邏輯部3輸出根據(jù)朝浮動傳播區(qū)FD輸送的信號電荷的電荷量而被放大后的信號。
[0039]這樣，像素部2的四個光電轉(zhuǎn)換元件H)、PD1、PD2、PD3共用浮動傳播區(qū)FD、復位晶體管RST、地址晶體管ADR、放大晶體管AMP。[0040]由此，根據(jù)像素部2，與針對每個光電轉(zhuǎn)換元件設(shè)置浮動傳播區(qū)、復位晶體管、地址晶體管、放大晶體管的像素部相比較，能夠使尺寸小型化。
[0041]其次，參照圖4以及圖5對實施方式所涉及的像素部2以及邏輯部3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行說明。圖4是示出實施方式所涉及的像素部2以及邏輯部3的內(nèi)部的基于剖視的說明圖。圖5是示出實施方式所涉及的像素部2的內(nèi)部的基于俯視的說明圖。
[0042]此處，在圖4中，示意性地示出像素部2中的與拍攝圖像的一個像素對應(yīng)的部分以及邏輯部3的局部的剖面。并且，在圖5中，為了容易理解放大晶體管AMP的配置以及尺寸，對于光電轉(zhuǎn)換元件ro、PDl?TO3、元件分離區(qū)域84、放大晶體管AMP的柵電極G、體膜B、溝道CH以外的構(gòu)成要素均省略圖示。并且，在圖4以及圖5中，省略復位晶體管RST以及地址晶體管ADR的圖示。
[0043]如圖4所示，CMOS傳感器I的像素部2從上層側(cè)開始依次具備微透鏡ML、濾色器CF、光電轉(zhuǎn)換元件H)、浮動傳播區(qū)FD、多層配線層60、支承基板100。
[0044]并且，邏輯部3在與形成有光電轉(zhuǎn)換元件H)、浮動傳播區(qū)FD等的層相同的層設(shè)置有邏輯電路中的晶體管的有源區(qū)等。并且，在設(shè)置有有源區(qū)等的層的下層側(cè)設(shè)置有多層配線層60，在多層配線層60的下層側(cè)設(shè)置有支承基板100。
[0045]此處，光電轉(zhuǎn)換元件H)是借助P型外延層42和N型的電荷儲存區(qū)域48的PN結(jié)構(gòu)成的光電二極管。上述光電轉(zhuǎn)換元件ro將從微透鏡ML入射的光光電轉(zhuǎn)換成信號電荷并儲存于電荷儲存區(qū)域48。
[0046]另外，光電轉(zhuǎn)換元件H)借助元件分離區(qū)域84與其他的光電轉(zhuǎn)換元件之間電氣分離且光學分離。元件分離區(qū)域84例如如圖5所示設(shè)置成俯視格子狀。進而，在各格子的內(nèi)部設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件H)、PDl、PD2、PD3。
[0047]并且，像素部2中的多層配線層60在上層側(cè)設(shè)置有傳輸晶體管TR的柵電極TG，在相比傳輸晶體管TR的柵電極TG靠下層側(cè)的位置設(shè)置有放大晶體管AMP。放大晶體管AMP是具備柵電極G、體膜B、源極S、漏極D的TFT (薄膜晶體管)。
[0048]這樣，通過將放大晶體管AMP形成為TFT，放大晶體管AMP成為完全耗盡型的SOI(絕緣體上硅)元件，因此能夠使作為放大器的增益增大。上述放大晶體管AMP隔著層間絕緣膜以與光電轉(zhuǎn)換元件ro重疊的方式設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換元件ro的與光的入射面相反的面?zhèn)取?br> [0049]這樣，在CMOS傳感器I中，形成為使光電轉(zhuǎn)換元件H)和放大晶體管AMP上下層疊的結(jié)構(gòu)，而非光電轉(zhuǎn)換元件和放大晶體管形成于同一層的結(jié)構(gòu)。
[0050]此處，在光電轉(zhuǎn)換元件和放大晶體管形成于同一層的CMOS傳感器中，在為了提高畫質(zhì)而增大光電轉(zhuǎn)換元件以及放大晶體管的尺寸的情況下，像素部的尺寸增大。與此相對，在CMOS傳感器I中，即便增大光電轉(zhuǎn)換元件H)以及放大晶體管AMP的尺寸，像素部2的尺寸也不會增大光電轉(zhuǎn)換元件和放大晶體管形成于同一層的CMOS傳感器那么大的程度。
[0051]因而，根據(jù)CMOS傳感器1，與光電轉(zhuǎn)換兀件和放大晶體管形成于同一層的CMOS傳感器相比較，無需使像素部2的尺寸增大就能夠增大放大晶體管AMP所占據(jù)的面積。具體而言，在CMOS傳感器I中，設(shè)置有溝道CH的面積比光電轉(zhuǎn)換元件H)的光的入射面的面積大的放大晶體管AMP。
[0052]由此，根據(jù)CMOS傳感器1，能夠降低與放大晶體管AMP的溝道CH的面積成反比例地增大的ι/f噪聲，通過抑制因ι/f噪聲而引起的拍攝圖像的畫質(zhì)劣化，能夠?qū)崿F(xiàn)畫質(zhì)的提聞ο
[0053]并且，如圖5所示,放大晶體管AMP具備俯視時的面積大于光電轉(zhuǎn)換元件F1D的受光面的面積的體膜B和柵電極G。進而，體膜B以及柵電極G在俯視時以跨越相鄰的4個光電轉(zhuǎn)換元件PD、PDU PD2, PD3的方式配置。由此，實現(xiàn)了具備跨越相鄰的4個光電轉(zhuǎn)換元件PD、PDU PD2, PD3的溝道CH的放大晶體管AMP。
[0054]并且，如圖5所示，放大晶體管AMP的柵電極G俯視時配置在相比光電轉(zhuǎn)換元件PD、PDU PD2, PD3的受光面即上表面靠下層側(cè)的位置。因而，對于上述柵電極G，通過使用例如Cu (銅)等光反射性金屬作為材料，也作為朝光電轉(zhuǎn)換元件H)、PD1、PD2、PD3入射的光的反射板發(fā)揮功能。
[0055]并且，放大晶體管AMP進行由溝道CH所跨越的4個光電轉(zhuǎn)換元件H)、PD1、PD2、PD3進行光電轉(zhuǎn)換后的信號電荷的放大。這樣，在CMOS傳感器I中，由于針對4個光電轉(zhuǎn)換元件H)、PDl、PD2, PD3設(shè)置I個放大晶體管AMP，因此，與針對每個光電轉(zhuǎn)換元件設(shè)置放大晶體管的情況相比較，放大晶體管AMP的溝道CH的面積大于光電轉(zhuǎn)換元件H)的受光面的面積，因此，與例如俯視時設(shè)置在與元件分離區(qū)域84重疊的位置那樣的比較小型的放大晶體管相比能夠大幅降低Ι/f噪聲。
[0056]可是，放大晶體管AMP設(shè)置于像素部2，而非設(shè)置于邏輯部。因此，在將放大晶體管AMP設(shè)置于像素部2中的光電轉(zhuǎn)換元件H)的下層側(cè)的情況下，存在像素部2的厚度比邏輯部3的厚度厚，CMOS傳感器I整體的平坦性受損的顧慮。
[0057]因此，在CMOS傳感器I中，在邏輯部3中設(shè)置有膜厚與放大晶體管AMP的構(gòu)成要素的膜厚相同的虛設(shè)膜(dummy film) Dml,該虛設(shè)膜Dml例如利用與放大晶體管AMP的構(gòu)成要素相同的材料形成在與放大晶體管AMP的構(gòu)成要素相同的平面上。
[0058]例如，如圖4所示，利用與放大晶體管AMP的體膜B相同的材料在邏輯部3中的與體膜B相同平面上的層設(shè)置厚度與體膜B的厚度相等的虛設(shè)膜Dml。由此，能夠抑制CMOS傳感器I整體的平坦性受損的情況。
[0059]其次，參照圖6A?圖9B對CMOS傳感器I的制造方法進行說明。圖6A?圖9B是示出實施方式所涉及的CMOS傳感器I的制造工序的一例的說明圖。
[0060]在制造CMOS傳感器I的情況下，首先，如圖6A所示，準備在上表面形成有P型外延層42的P+型的半導體基板41。此處，P+型的半導體基板41例如是以比較高的濃度摻雜有硼等P型雜質(zhì)的Si (硅)晶片。并且，P型外延層42例如通過對P+型的半導體基板41的上表面邊供給硼等P型雜質(zhì)邊使Si層外延成長而形成。
[0061]然后，如圖6B所示，在P型外延層42中的成為邏輯部3的部分的規(guī)定位置形成邏輯電路用的P阱43以及N阱44，在成為像素部2的部分的規(guī)定位置形成像素用的P阱45。
[0062]此處，P阱43、45通過從P型外延層42上表面的規(guī)定位置朝內(nèi)部離子注入例如硼等P型雜質(zhì)之后進行退火處理而形成。并且，N阱44通過從P型外延層42上表面的規(guī)定位置朝內(nèi)部離子注入例如磷等N型雜質(zhì)之后進行退火處理而形成。此外，形成晶體管等的有源元件的元件分離區(qū)域STI (Shallow Trench Isolation:淺溝道隔離)40。
[0063]接著，如圖6C所示，在形成有P阱43、45以及N阱44之后的P型外延層42的上表面形成例如以SiO (氧化硅)作為材料的柵極絕緣膜46。
[0064]然后，在P阱45上的規(guī)定位置，隔著柵極絕緣膜46形成傳輸晶體管TR的柵電極TG。并且，在P阱43上的規(guī)定位置以及N阱44上的規(guī)定位置，隔著柵極絕緣膜46分別形成設(shè)置于邏輯部3的晶體管的柵電極Gl、G2。此處，柵電極TG、GU G2例如由多晶硅(polysilicon)形成。
[0065]接著，在俯視中，夾著傳輸晶體管TR的柵電極TG從兩側(cè)朝P阱45離子注入N型雜質(zhì)并進行退火處理，由此形成光電轉(zhuǎn)換元件ro的電荷儲存區(qū)域48和浮動傳播區(qū)FD。另夕卜，在電荷儲存區(qū)域48的上表面形成防止所儲存的信號電荷漏出的屏蔽層49。
[0066]并且，在俯視中，夾著柵電極Gl從兩側(cè)朝P阱43離子注入N型雜質(zhì)并進行退火處理，由此形成N型擴散區(qū)域S1、D1。N型擴散區(qū)域S1、D1分別是以柵電極Gl作為柵極的晶體管的源極、漏極。
[0067]并且，在俯視中，夾著柵電極G2從兩側(cè)朝N阱44離子注入P型雜質(zhì)并進行退火處理，由此形成P型擴散區(qū)域S2、D2。P型擴散區(qū)域S2、D2分別是以柵電極G2作為柵極的晶體管的源極、漏極。
[0068]然后，如圖7A所示，在柵電極TG、G1、G2以及柵極絕緣膜46上形成例如以SiO作為材料的層間絕緣膜50。進而，形成從層間絕緣膜50的上表面到達N型擴散區(qū)域S1、P型擴散區(qū)域D2的上表面的貫通孔，然后，通過朝貫通孔的內(nèi)部埋入例如W (鎢)而形成接觸孔61。
[0069]此外，當在層間絕緣膜50的上表面形成層間絕緣膜51之后，利用大馬士革方法在層間絕緣膜51的內(nèi)部形成Cu配線62。與此同時，在像素部2中的層間絕緣膜51的規(guī)定位置形成放大晶體管AMP的柵電極G，并且在邏輯部3中的層間絕緣膜51的規(guī)定位置形成邏輯電路中的電容器C的下部電極CA。此處，柵電極G形成為俯視的面積大于一個光電轉(zhuǎn)換元件ro的光的入射面的面積。
[0070]然后，在Cu配線62、放大晶體管AMP的柵電極G、電容器C的下部電極CA以及層間絕緣膜51的上表面形成防止Cu擴散的擴散防止膜71。擴散防止膜71例如是利用SiN形成的絕緣膜。上述擴散防止膜71中的位于柵電極G上的部分作為放大晶體管AMP的柵極絕緣膜發(fā)揮功能。并且，擴散防止膜71中的位于電容器C的下部電極CA上的部分作為電容器C中的絕緣體發(fā)揮功能。
[0071]接著，如圖7B所示，在柵電極G上，隔著擴散防止膜71形成俯視的面積大于一個光電轉(zhuǎn)換元件ro的光的入射面的面積的體膜B。上述體膜B是作為放大晶體管AMP的主體發(fā)揮功能的部分，例如由IGZO (銦鎵鋅氧化物)等氧化物半導體形成。
[0072]并且，在形成體膜B時，同時在邏輯部3中的擴散防止膜71上的規(guī)定位置利用與體膜B相同的材料形成與體膜B相同膜厚的虛設(shè)膜Dml。然后，在體膜B、虛設(shè)膜Dml以及擴散防止膜71的上表面形成例如以SiO作為材料的層間絕緣膜52。
[0073]此處，在像素部2的擴散防止膜71上，針對每個像素形成有體膜B，在邏輯部3的擴散防止膜71上形成有虛設(shè)膜Dml。因此，與未形成虛設(shè)膜Dml的情況相比較，能夠防止層間絕緣膜52上表面的平坦性受損。
[0074]然后，通過選擇性地除去層間絕緣膜52的規(guī)定位置，使體膜B的兩端部分以及電容器C的下部電極CA上的擴散防止膜71露出。進而，在露出的體膜B的兩端部分形成放大晶體管AMP的源極S以及漏極D，并且在露出的電容器C的下部電極CA上的擴散防止膜71的上表面形成電容器C的上部電極CB。[0075]上述源極S、漏極D以及上部電極CB例如利用鑰、氮化鈦、氮化鉭、鋁等導電性部件同時形成。由此，在光電轉(zhuǎn)換元件ro中的與光的入射面(此處為下表面)相反的面(此處為上表面)側(cè)，隔著層間絕緣膜50在與光電轉(zhuǎn)換元件ro重疊的位置形成有放大晶體管AMP。
[0076]此處，如上所述，柵電極G的俯視的面積以及隔著擴散防止膜71設(shè)置在柵電極G上的體膜B的俯視的面積大于一個光電轉(zhuǎn)換元件ro的受光面的面積。進而，放大晶體管AMP的溝道CH是體膜B的俯視時與柵電極G重疊的部分。因而，放大晶體管AMP的溝道CH的俯視的面積大于一個光電轉(zhuǎn)換元件H)的受光面的面積。
[0077]這樣,在CMOS傳感器I中，將光電轉(zhuǎn)換兀件F1D和放大晶體管AMP形成為上下層疊的結(jié)構(gòu)。由此，例如與將放大晶體管設(shè)置在相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件之間的普通的CMOS傳感器相比較，能夠縮小像素部2的俯視的面積。
[0078]并且，根據(jù)CMOS傳感器1，由于將光電轉(zhuǎn)換元件H)和放大晶體管AMP形成為上下層疊的結(jié)構(gòu)，因此能夠增大放大晶體管AMP的溝道CH的面積。因而，根據(jù)CMOS傳感器1，能夠降低與放大晶體管AMP的溝道CH的面積成反比例地增大的Ι/f噪聲，通過抑制因Ι/f噪聲而引起的拍攝圖像的畫質(zhì)劣化，能夠?qū)崿F(xiàn)畫質(zhì)的提聞。
[0079]接著，當在層間絕緣膜52、放大晶體管AMP以及電容器C上形成層間絕緣膜53之后，通過例如CMP (Chemical Mechanical Polishing:化學機械拋光)對層間絕緣膜53的上表面進行平坦化。
[0080]然后，如圖7C所示，利用例如雙大馬士革方法在層間絕緣膜53上形成Cu配線64。進而，在層間絕緣膜53的上表面形成擴散防止膜72。另外，擴散防止膜71、72利用相同的絕緣部件形成。以后，根據(jù)需要反復進行層間絕緣膜54、Cu配線65以及擴散防止膜73的形成，從而形成多層配線層60 (參照圖4)。
[0081]接著，如圖8A所示，當在擴散防止膜73的上表面形成層間絕緣膜55之后，例如粘貼Si晶片等支承基板100,然后,如圖8B所不,使粘貼有支承基板100的構(gòu)造體上下翻轉(zhuǎn)，例如借助CMP對半導體基板41進行研磨，使P型外延層42以及電荷儲存區(qū)域48露出。
[0082]進而，如圖9A所示，在P型外延層42中的各像素之間形成DTI (De印TrenchIsolation:深溝槽隔離部)81。接著，如圖9B所示，在露出的P型外延層42、電荷儲存區(qū)域48以及DTI81的表面形成負的固定電荷膜(省略圖示)以及反射防止膜82。
[0083]然后，通過朝DTI81的內(nèi)部埋入例如SiO而形成元件分離區(qū)域84。此外，在P型外延層42以及電荷儲存區(qū)域48上的反射防止膜82的上表面形成例如以SiO作為材料的平坦化膜83。
[0084]最后，如圖4所示，通過在電荷儲存區(qū)域48上的平坦化膜83的上表面依次層疊濾色器CF以及微透鏡ML而制造圖4所示CMOS傳感器I。
[0085]另外，上述CMOS傳感器I的結(jié)構(gòu)只是一例，能夠進行各種變形。以下，參照圖10A?圖11對實施方式的變形例所涉及的CMOS傳感器進行說明。圖10A?圖10C是示出變形例I?變形例3所涉及的CMOS傳感器的基于剖視的說明圖，圖11是示出變形例4所涉及的CMOS傳感器的基于俯視的說明圖。另外，在圖10A?圖10C中，不出粘貼支承基板100 (參照圖8)之前的階段的像素部以及邏輯部的一部分。
[0086]并且，在圖11中，為了容易理解放大晶體管等的配置以及尺寸，對于光電轉(zhuǎn)換元件、元件分離區(qū)域、放大晶體管的柵電極、復位晶體管的柵電極、體膜、溝道以外的構(gòu)成要素省略圖示。
[0087]并且，在以下的說明中，對與參照圖2?圖9B所說明過的CMOS傳感器I的構(gòu)成要素具有相同功能的構(gòu)成要素標注與圖2?圖9B所示的標號相同的標號，由此省略說明。另夕卜，此處，為了方便，以P+型半導體基板41側(cè)作為下層、以多層配線層60側(cè)作為上層來進行說明。
[0088]如圖1OA所示，變形例I所涉及的CMOS傳感器在多層配線層60中的相比放大晶體管AMP靠上層側(cè)具備由Cu配線64、擴散防止膜72以及電極膜91構(gòu)成的電容器Cl。例如當在CMOS傳感器中設(shè)置有全局快門功能的情況下，上述電容器Cl能夠作為暫時保持光電轉(zhuǎn)換后的信號電荷的電荷保持部發(fā)揮功能。并且，在未設(shè)置全局快門功能的情況下，電容器Cl能夠作為用于增大在各像素中所能夠儲存的總信號電荷量(飽和電荷量)的電荷保持部發(fā)揮功能。
[0089]另外，當將電容器Cl設(shè)置于像素部2的情況下，在邏輯部3中，在與電容器Cl的電極膜91所被形成的層相同的層利用與電極膜91相同的材料設(shè)置與電極膜91相同膜厚的虛設(shè)膜Dm2。由此，即便設(shè)置電容器Cl，也能夠抑制CMOS傳感器整體的平坦性受損的情況。
[0090]并且，如果形成為將上述虛設(shè)膜Dm2隔著擴散防止膜72設(shè)置在與Cu配線對置的位置的結(jié)構(gòu)，則能夠利用虛設(shè)膜Dm2、擴散防止膜72以及Cu配線形成電容器。上述電容器也能夠作為邏輯電路用的電容器使用。
[0091]并且，如圖10所示，變形例2所涉及的CMOS傳感器在像素部2中的多層配線層60的最上層具備放大晶體管AMP。由此，在后續(xù)工序中能夠容易地從外部與放大晶體管AMP的源極S、漏極D電接觸。另外，即便在形成為這種結(jié)構(gòu)的情況下，通過在邏輯部3中在與放大晶體管AMP的體膜B相同的層設(shè)置虛設(shè)膜Dml，能夠確保CMOS傳感器整體的平坦性。
[0092]并且，如圖10C所示，變形例3所涉及的CMOS傳感器的邏輯部3在與像素部2的層疊于光電轉(zhuǎn)換元件ro的放大晶體管AMP相同的層具備利用與放大晶體管AMP相同的材料形成為相同形狀的虛設(shè)構(gòu)造體Dm3。
[0093]當然，也可以并不作為虛設(shè)部，而是作為晶體管元件在邏輯部中活用。在電路結(jié)構(gòu)上，意思是指在不需要的空地區(qū)域配置虛設(shè)部。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠使像素部2以及邏輯部3的厚度更加均勻，因此能夠進一步提高CMOS傳感器整體的平坦性。
[0094]并且，如圖11所示，變形例4所涉及的CMOS傳感器具備使體膜B以及柵電極Ga的面積增大以便形成有跨越相鄰的8個光電轉(zhuǎn)換元件PD、PDl?TO7的溝道CHl的放大晶體管AMP。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過進一步增大放大晶體管AMP的溝道CHl的面積，能夠進一步降低Ι/f噪聲。
[0095]對本發(fā)明的幾個實施方式進行了說明，但是，上述實施方式是作為例子而示出的，并非意圖限定發(fā)明的范圍。上述新的實施方式能夠以其他各種各樣的方式加以實施，能夠在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進行各種省略、置換、變更。上述實施方式及其變形也包含于發(fā)明的范圍、主旨中，并包含于權(quán)利要求書所記載的發(fā)明和與其等同的范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種固體攝像裝置，具備: 多個光電轉(zhuǎn)換元件，將入射的光光電轉(zhuǎn)換成信號電荷；以及 放大晶體管，對上述信號電荷進行放大，隔著層間絕緣膜以與上述光電轉(zhuǎn)換元件重疊的方式設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換元件中的與光的入射面相反的面?zhèn)?，且該放大晶體管的溝道的面積大于一個上述光電轉(zhuǎn)換元件中的上述入射面的面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 上述光電轉(zhuǎn)換元件與拍攝圖像的各像素對應(yīng)地排列成矩陣狀， 上述放大晶體管具有跨越相鄰的多個上述光電轉(zhuǎn)換元件的上述溝道，并對由該相鄰的多個光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換成的信號電荷進行放大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 還具備虛設(shè)膜，該虛設(shè)膜在設(shè)置有上述多個光電轉(zhuǎn)換元件的像素區(qū)域以外的區(qū)域，利用與上述放大晶體管的構(gòu)成要素相同的材料形成在與該放大晶體管的構(gòu)成要素相同的平面上，且膜厚與該放大晶體管的構(gòu)成要素的膜厚相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體攝像裝置，其中， 由上述虛設(shè)膜形成的構(gòu)造體具有與上述放大晶體管相同的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 上述放大晶體管是以氧化膜半導體作為體膜的TFT。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 還具備電容器，該電容器隔著層間絕緣膜以與上述光電轉(zhuǎn)換元件重疊的方式設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換元件中的與光的入射面相反的面?zhèn)?，且暫時保持由上述光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換成的信號電荷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 上述放大晶體管的柵電極配置在面向上述光電轉(zhuǎn)換元件中的與光的入射面相反的面?zhèn)鹊奈恢?，且由光反射性金屬形成?br> 8.一種照相機模塊，具有: 攝像光學系統(tǒng)，取入來自被攝體的光，成像被攝體像；以及 固體攝像裝置，拍攝由上述攝像光學系統(tǒng)成像的被攝體像， 上述固體攝像裝置具備: 多個光電轉(zhuǎn)換元件，將入射的光光電轉(zhuǎn)換成信號電荷；以及 放大晶體管，對上述信號電荷進行放大，隔著層間絕緣膜以與上述光電轉(zhuǎn)換元件重疊的方式設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換元件中的與光的入射面相反的面?zhèn)?，且該放大晶體管的溝道的面積大于一個上述光電轉(zhuǎn)換元件中的上述入射面的面積。
9.一種固體攝像裝置的制造方法，包括: 形成將入射的光光電轉(zhuǎn)換成信號電荷的多個光電轉(zhuǎn)換元件；以及 隔著層間絕緣膜以與上述光電轉(zhuǎn)換兀件重疊的方式在該光電轉(zhuǎn)換兀件中的與光的入射面相反的面?zhèn)刃纬蓪ι鲜鲂盘栯姾蛇M行放大的放大晶體管，該放大晶體管的溝道的面積大于一個上述光電轉(zhuǎn)換元件中的上述入射面的面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置的制造方法，包括: 在設(shè)置有上述多個光電轉(zhuǎn)換元件的像素區(qū)域以外的區(qū)域中，在與上述放大晶體管的構(gòu)成要素相同的平面上，利用與上述放大晶體管的構(gòu)成要素相同的材料形成膜厚與該放大晶體管的構(gòu)成要素的膜厚相同的虛設(shè)膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像裝置的制造方法，包括: 在上述像素區(qū)域以外的區(qū)域，利用上述虛設(shè)膜形成具有與上述放大晶體管相同的形狀的構(gòu)造體。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置的制造方法，包括: 作為上述放大晶體管，形成以氧化膜半導體作為體膜的TFT。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置的制造方法，包括: 隔著層間絕緣膜以與 上述光電轉(zhuǎn)換兀件重疊的方式在該光電轉(zhuǎn)換兀件中的與光的入射面相反的面?zhèn)刃纬呻娙萜鳎撾娙萜鲿簳r保持由上述光電轉(zhuǎn)換兀件光電轉(zhuǎn)換成的信號電荷。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置的制造方法，包括: 在面向上述光電轉(zhuǎn)換元件中的與光的入射面相反的面?zhèn)鹊奈恢茫霉夥瓷湫越饘傩纬缮鲜龇糯缶w管的柵電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像裝置的制造方法，包括: 在上述像素區(qū)域以外的區(qū)域，利用上述虛設(shè)膜形成電容器的電極。
【文檔編號】H04N5/374GK103974000SQ201310400585
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月4日
【發(fā)明者】幸山裕亮 申請人:株式會社東芝