JP2001298175A - 撮像システム - Google Patents
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- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/80—Constructional details of image sensors
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 可及的に高い撮像特性を得るとともに高集積
化および高速動作を可能にする。 【解決手段】 半導体基板３の撮像領域８１にマトリク
ス状に配列された光電変換層８ａを有するＭＯＳ型セン
サと、撮像領域を除いた半導体基板の領域に形成され、
前記ＭＯＳ型センサを駆動する駆動回路およびＭＯＳ型
センサの出力信号を処理する信号処理回路を有する周辺
回路部と、光電変換層に画像信号を集光するために光電
変換層上に第１の絶縁膜を介して形成されたマイクロレ
ンズと、を備え、第１の絶縁膜の表面から半導体基板ま
での距離が第２の絶縁膜の表面から半導体基板までの距
離よりも短くなるように構成されている。
化および高速動作を可能にする。 【解決手段】 半導体基板３の撮像領域８１にマトリク
ス状に配列された光電変換層８ａを有するＭＯＳ型セン
サと、撮像領域を除いた半導体基板の領域に形成され、
前記ＭＯＳ型センサを駆動する駆動回路およびＭＯＳ型
センサの出力信号を処理する信号処理回路を有する周辺
回路部と、光電変換層に画像信号を集光するために光電
変換層上に第１の絶縁膜を介して形成されたマイクロレ
ンズと、を備え、第１の絶縁膜の表面から半導体基板ま
での距離が第２の絶縁膜の表面から半導体基板までの距
離よりも短くなるように構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置を有
する撮像システムに関する。
する撮像システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＭＯＳ型固体撮像素子は、低電
圧、単一電源、低コストという利点があり、注目されて
いる素子である。
圧、単一電源、低コストという利点があり、注目されて
いる素子である。
【０００３】このＭＯＳ型固体撮像素子を有する固体撮
像装置は、この固体撮像装置の出力信号を処理する信号
処理回路がＭＯＳ型トランジスタから構成されるため、
製造工程を共通化することが可能となり上記信号処理回
路と、同一基板上に形成することができる。例えば、図
１５に示すように、ＭＯＳ型固体撮像装置を有する撮像
システムとしてビデオカメラ６０を例に取ると、このビ
デオカメラ６０は、撮像素子であるＭＯＳ型センサ６１
と、電圧信号のレベルを調整する自動ゲイン制御回路６
２（以下、ＡＧＣ回路６２ともいう）と、電圧信号をク
ランプするクランプ回路６３（以下、ＣＬＰ回路ともい
う）と、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ
変換回路６４と、クロックパルスを発生して撮像システ
ム６０のタイミングの制御を行うタイミング制御回路６
５と、上記クロックパルスに同期してＭＯＳ型センサ６
１を駆動制御するためのタイミング信号および駆動制御
信号を発生するタイミングジェネレータ／シグナルジェ
ネレータ回路６６（以下、ＴＧ／ＳＧ回路６６ともい
う）と、ＡＤ変換回路の出力であるディジタル信号を処
理するＤＳＰ回路６７と、ＤＳＰ回路６７の出力をエン
コードするエンコード回路６８と、エンコードされた信
号を出力する出力回路６９と、出力回路６９の出力をア
ナログ信号に変換するＤＡ変換回路７０とを備えてい
る。
像装置は、この固体撮像装置の出力信号を処理する信号
処理回路がＭＯＳ型トランジスタから構成されるため、
製造工程を共通化することが可能となり上記信号処理回
路と、同一基板上に形成することができる。例えば、図
１５に示すように、ＭＯＳ型固体撮像装置を有する撮像
システムとしてビデオカメラ６０を例に取ると、このビ
デオカメラ６０は、撮像素子であるＭＯＳ型センサ６１
と、電圧信号のレベルを調整する自動ゲイン制御回路６
２（以下、ＡＧＣ回路６２ともいう）と、電圧信号をク
ランプするクランプ回路６３（以下、ＣＬＰ回路ともい
う）と、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ
変換回路６４と、クロックパルスを発生して撮像システ
ム６０のタイミングの制御を行うタイミング制御回路６
５と、上記クロックパルスに同期してＭＯＳ型センサ６
１を駆動制御するためのタイミング信号および駆動制御
信号を発生するタイミングジェネレータ／シグナルジェ
ネレータ回路６６（以下、ＴＧ／ＳＧ回路６６ともい
う）と、ＡＤ変換回路の出力であるディジタル信号を処
理するＤＳＰ回路６７と、ＤＳＰ回路６７の出力をエン
コードするエンコード回路６８と、エンコードされた信
号を出力する出力回路６９と、出力回路６９の出力をア
ナログ信号に変換するＤＡ変換回路７０とを備えてい
る。
【０００４】ＭＯＳ型センサ６１によって光電変換され
た画像電圧信号はＡＧＣ回路６２によってレベルが調整
された後、ＣＬＰ回路６３によってクランプされ、ＡＤ
変換回路６４に送られる。そして上記画像電圧信号はＡ
Ｄ変換回路６４によって１サンプル値が例えば８ビット
からなるディジタル画像信号に変換され、ＤＳＰ回路６
７に送られる。ＤＳＰ回路６７は、例えば色分離回路、
クランプ回路、ガンマ補正回路、ホワイト補正回路、黒
補正回路、二一回路、色バランス回路などから成ってお
り、供給されたディジタル画像信号に対して必要な信号
処理を行う。そしてＤＳＰ回路６７によって処理された
信号はエンコーダ回路６８に送られる。エンコーダ回路
６８においては、送られてきた画像信号をデコードして
輝度信号と色差信号に変換する。ＭＯＳ型センサ６１は
ＴＧ／ＳＧ回路６６から送られてくるタイミング信号お
よび駆動制御信号によりタイミングが制御される。その
後、デコードされた画像信号は出力回路６９を介してＤ
Ａ変換回路７０に供給され、アナログビデオ信号に変換
され、外部に出力される。
た画像電圧信号はＡＧＣ回路６２によってレベルが調整
された後、ＣＬＰ回路６３によってクランプされ、ＡＤ
変換回路６４に送られる。そして上記画像電圧信号はＡ
Ｄ変換回路６４によって１サンプル値が例えば８ビット
からなるディジタル画像信号に変換され、ＤＳＰ回路６
７に送られる。ＤＳＰ回路６７は、例えば色分離回路、
クランプ回路、ガンマ補正回路、ホワイト補正回路、黒
補正回路、二一回路、色バランス回路などから成ってお
り、供給されたディジタル画像信号に対して必要な信号
処理を行う。そしてＤＳＰ回路６７によって処理された
信号はエンコーダ回路６８に送られる。エンコーダ回路
６８においては、送られてきた画像信号をデコードして
輝度信号と色差信号に変換する。ＭＯＳ型センサ６１は
ＴＧ／ＳＧ回路６６から送られてくるタイミング信号お
よび駆動制御信号によりタイミングが制御される。その
後、デコードされた画像信号は出力回路６９を介してＤ
Ａ変換回路７０に供給され、アナログビデオ信号に変換
され、外部に出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の撮像システムに
おいては、画像光信号を信号電荷に変換する機能を有し
ているのはＭＯＳ型センサ６１の撮像領域のみであり、
このＭＯＳ型センサ６１以外の回路は高集積化や速度特
性が重視される。高集積化や速度特性の改善を図るため
には、多層化を行うことが必要となる。
おいては、画像光信号を信号電荷に変換する機能を有し
ているのはＭＯＳ型センサ６１の撮像領域のみであり、
このＭＯＳ型センサ６１以外の回路は高集積化や速度特
性が重視される。高集積化や速度特性の改善を図るため
には、多層化を行うことが必要となる。
【０００６】一方、光を扱うＭＯＳ型センサ６１の撮像
領域においては、一般に撮像システムの上部に光を集光
するためのマイクロレンズが形成され、このマイクロレ
ンズから、半導体基板上に形成された光電変換を行う光
電変換領域まで距離が上記マイクロレンズの焦点距離に
一致するか否かが問題となる。すなわち、ＭＯＳ型セン
サ６１の周辺の信号処理回路が高集積化や速度特性の改
善のために多層化されても、上記光電変換領域はマイク
ロレンズからの距離がマイクロレンズの焦点距離にほぼ
一致していなければならない。また光電変換領域で遮光
層となるＡｌ配線は半導体基板に近い方が遮光などによ
る乱反射の入射防止となる。
領域においては、一般に撮像システムの上部に光を集光
するためのマイクロレンズが形成され、このマイクロレ
ンズから、半導体基板上に形成された光電変換を行う光
電変換領域まで距離が上記マイクロレンズの焦点距離に
一致するか否かが問題となる。すなわち、ＭＯＳ型セン
サ６１の周辺の信号処理回路が高集積化や速度特性の改
善のために多層化されても、上記光電変換領域はマイク
ロレンズからの距離がマイクロレンズの焦点距離にほぼ
一致していなければならない。また光電変換領域で遮光
層となるＡｌ配線は半導体基板に近い方が遮光などによ
る乱反射の入射防止となる。
【０００７】従来のＭＯＳ型固体撮像装置を含む撮像シ
ステムにおいては、撮像特性を重視するため、撮像領域
の周辺回路を多層化していない。このため、周辺回路の
集積化と高速化が実現できていないという問題が生じ
る。
ステムにおいては、撮像特性を重視するため、撮像領域
の周辺回路を多層化していない。このため、周辺回路の
集積化と高速化が実現できていないという問題が生じ
る。
【０００８】また、周辺回路の動作の高速化を行う場
合、あるいは設計を容易にするために、同一基板上に形
成される回路（ＭＯＳ型センサも含む）を多層配線によ
って形成する場合は、光電変換領域への集光の実現は困
難となり、撮像特性の劣化を引き起こすという問題が生
じる。
合、あるいは設計を容易にするために、同一基板上に形
成される回路（ＭＯＳ型センサも含む）を多層配線によ
って形成する場合は、光電変換領域への集光の実現は困
難となり、撮像特性の劣化を引き起こすという問題が生
じる。
【０００９】これらの問題点を図１６および図１７を参
照して説明する。
照して説明する。
【００１０】図１６は図１５に示す撮像システムを切断
線Ｘ−Ｘ’で切断したときの断面図である。この図１６
に示す撮像システムは撮像特性を重視した構成となって
いる。この撮像システムは、ＭＯＳ型センサ６１が形成
される半導体基板２３の撮像領域８１には画像光信号４
０を画像電気信号に変換する光電変換層２７ａと、拡散
層２７ｂが形成されている。この光電変換層２７ａと拡
散層２７ｂとの間の半導体基板２３上にはゲート絶縁膜
を介してゲート電極２５ａが形成されている。ゲート電
極２５ａと、光電変換層２７ａと、拡散層２７ｂとによ
ってＭＯＳ型センサ６１が構成される。なお、光電変換
層８ａは撮像領域８１においてマトリクス状に配列され
ている。拡散層２７ｂは層間絶縁膜３１に設けられたコ
ンタクトを介して第１のＡｌ配線２８に接続されてい
る。したがって、光電変換層２７ａに変換された画像電
気信号はゲート２５ａによって拡散層２７ｂおよび上記
コンタクトを介して第１のＡｌ配線２８に送られる。
線Ｘ−Ｘ’で切断したときの断面図である。この図１６
に示す撮像システムは撮像特性を重視した構成となって
いる。この撮像システムは、ＭＯＳ型センサ６１が形成
される半導体基板２３の撮像領域８１には画像光信号４
０を画像電気信号に変換する光電変換層２７ａと、拡散
層２７ｂが形成されている。この光電変換層２７ａと拡
散層２７ｂとの間の半導体基板２３上にはゲート絶縁膜
を介してゲート電極２５ａが形成されている。ゲート電
極２５ａと、光電変換層２７ａと、拡散層２７ｂとによ
ってＭＯＳ型センサ６１が構成される。なお、光電変換
層８ａは撮像領域８１においてマトリクス状に配列され
ている。拡散層２７ｂは層間絶縁膜３１に設けられたコ
ンタクトを介して第１のＡｌ配線２８に接続されてい
る。したがって、光電変換層２７ａに変換された画像電
気信号はゲート２５ａによって拡散層２７ｂおよび上記
コンタクトを介して第１のＡｌ配線２８に送られる。
【００１１】また、光電変換層２７ａを除いた撮像領域
８１にはＡｌからなる遮光膜２９ａが形成されている。
そして、光電変換層２７ａの真上の、層間絶縁膜３１上
の領域には画像光信号４０を集光するためのマイクロレ
ンズ３２が設けられた構成となっている。
８１にはＡｌからなる遮光膜２９ａが形成されている。
そして、光電変換層２７ａの真上の、層間絶縁膜３１上
の領域には画像光信号４０を集光するためのマイクロレ
ンズ３２が設けられた構成となっている。
【００１２】一方、絶縁物からなる素子分離領域２４に
よって撮像領域８１と素子分離された周辺回路領域８２
の半導体基板２３上には上記回路を構成するＭＯＳトラ
ンジスタが形成されている。これらのＭＯＳトランジス
タは、半導体基板２３に形成された拡散層からなるソー
ス領域およびドレイン領域２６と、これらのソース領域
２６とドレイン領域２６との間に半導体基板２３上にゲ
ート絶縁膜を介して形成されたゲート電極２５とを備え
ている。そしてソース領域およびドレイン領域２６のう
ち一方は層間絶縁膜３１に設けられたコンタクトを介し
て第１のＡｌ配線２８に接続されている。また、この第
１のＡｌ配線２８には層間絶縁膜に設けられたコンタク
トを介して第２のＡｌ配線２９に接続された構成となっ
ている。なお第２のＡｌ配線２９と遮光膜２９ａは同一
層を構成している。
よって撮像領域８１と素子分離された周辺回路領域８２
の半導体基板２３上には上記回路を構成するＭＯＳトラ
ンジスタが形成されている。これらのＭＯＳトランジス
タは、半導体基板２３に形成された拡散層からなるソー
ス領域およびドレイン領域２６と、これらのソース領域
２６とドレイン領域２６との間に半導体基板２３上にゲ
ート絶縁膜を介して形成されたゲート電極２５とを備え
ている。そしてソース領域およびドレイン領域２６のう
ち一方は層間絶縁膜３１に設けられたコンタクトを介し
て第１のＡｌ配線２８に接続されている。また、この第
１のＡｌ配線２８には層間絶縁膜に設けられたコンタク
トを介して第２のＡｌ配線２９に接続された構成となっ
ている。なお第２のＡｌ配線２９と遮光膜２９ａは同一
層を構成している。
【００１３】この図１６に示す撮像システムにおいて
は、マイクロレンズ３２によって集光された画像光信号
４０が、光電変換層２７ａで結像し易いように、撮像領
域８１および周辺回路領域８２で２層配線構造とし、し
かも第２のＡｌ配線２９および遮光膜２９ａの膜厚を薄
くして光電変換層２７ａからマイクロレンズ３２までの
距離を短くすることにより上記距離をマイクロレンズ３
２の焦点距離にほぼ一致するように構成している。この
ため、周辺回路領域８２に形成された回路の高集積化お
よび高速化の低下が生じる。
は、マイクロレンズ３２によって集光された画像光信号
４０が、光電変換層２７ａで結像し易いように、撮像領
域８１および周辺回路領域８２で２層配線構造とし、し
かも第２のＡｌ配線２９および遮光膜２９ａの膜厚を薄
くして光電変換層２７ａからマイクロレンズ３２までの
距離を短くすることにより上記距離をマイクロレンズ３
２の焦点距離にほぼ一致するように構成している。この
ため、周辺回路領域８２に形成された回路の高集積化お
よび高速化の低下が生じる。
【００１４】この高集積化および高速化の低下を防止す
るために、周辺回路領域８２に形成される回路を、第１
乃至第３のＡｌ配線２８，２９，３０を有する３層配線
構造とするとともに、第２のＡｌ配線２９および同一層
となるＡｌの遮光膜２９ａならびに第３のＡｌ配線３０
の膜厚を厚くした構成の撮像システムを図１７に示す。
しかし、この図１７に示す撮像システムにおいては、光
電変換層２７ａからマイクロレンズ３２までの距離が、
マイクロレンズ３２の焦点距離より長くなり、画像光信
号４０が光電変換層２７ａで結像するのが難しくなり、
撮像特性が劣化する。
るために、周辺回路領域８２に形成される回路を、第１
乃至第３のＡｌ配線２８，２９，３０を有する３層配線
構造とするとともに、第２のＡｌ配線２９および同一層
となるＡｌの遮光膜２９ａならびに第３のＡｌ配線３０
の膜厚を厚くした構成の撮像システムを図１７に示す。
しかし、この図１７に示す撮像システムにおいては、光
電変換層２７ａからマイクロレンズ３２までの距離が、
マイクロレンズ３２の焦点距離より長くなり、画像光信
号４０が光電変換層２７ａで結像するのが難しくなり、
撮像特性が劣化する。
【００１５】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、可及的に良好な撮像特性を得ることができる
とともに高集積化および高速動作が可能な撮像システム
を提供することを目的とする。
であって、可及的に良好な撮像特性を得ることができる
とともに高集積化および高速動作が可能な撮像システム
を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明による撮像システ
ムは、半導体基板の撮像領域にマトリクス状に配列され
た光電変換層を有するＭＯＳ型センサと、前記撮像領域
を除いた前記半導体基板の領域に形成され、前記ＭＯＳ
型センサを駆動する駆動回路および前記ＭＯＳ型センサ
の出力信号を処理する信号処理回路を有する周辺回路部
と、前記光電変換層に画像信号を集光するために前記光
電変換層上に第１の絶縁膜を介して形成されたマイクロ
レンズと、を備え、前記第１の絶縁膜の表面から前記半
導体基板までの距離が前記第２の絶縁膜の表面から前記
半導体基板までの距離よりも短くなるように構成されて
いることを特徴とする。
ムは、半導体基板の撮像領域にマトリクス状に配列され
た光電変換層を有するＭＯＳ型センサと、前記撮像領域
を除いた前記半導体基板の領域に形成され、前記ＭＯＳ
型センサを駆動する駆動回路および前記ＭＯＳ型センサ
の出力信号を処理する信号処理回路を有する周辺回路部
と、前記光電変換層に画像信号を集光するために前記光
電変換層上に第１の絶縁膜を介して形成されたマイクロ
レンズと、を備え、前記第１の絶縁膜の表面から前記半
導体基板までの距離が前記第２の絶縁膜の表面から前記
半導体基板までの距離よりも短くなるように構成されて
いることを特徴とする。
【００１７】なお、前記周辺回路部は少なくとも第１乃
至第３配線層を有し、これらの配線層が絶縁膜を介して
積層された多層配線構造であることが好ましい。
至第３配線層を有し、これらの配線層が絶縁膜を介して
積層された多層配線構造であることが好ましい。
【００１８】なお、前記撮像領域には、前記第２配線層
と同一層となる遮光層が形成されていることが好まし
い。
と同一層となる遮光層が形成されていることが好まし
い。
【００１９】なお、前記遮光層は前記第２配線層より薄
い膜厚を有していることが好ましい。
い膜厚を有していることが好ましい。
【００２０】なお、前記マイクロレンズから光電変換層
までの距離は前記マイクロレンズの焦点距離にほぼ等し
いことが好ましい。
までの距離は前記マイクロレンズの焦点距離にほぼ等し
いことが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下、図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００２２】（第１の実施の形態）本発明による撮像シ
ステムの第１の実施の形態を図１乃至図６を参照して説
明する。図１は本実施の形態の撮像システムの構成を示
す断面図、図２乃至図６は本実施の形態の撮像システム
の製造工程を示す断面図である。
ステムの第１の実施の形態を図１乃至図６を参照して説
明する。図１は本実施の形態の撮像システムの構成を示
す断面図、図２乃至図６は本実施の形態の撮像システム
の製造工程を示す断面図である。
【００２３】この実施の形態の撮像システムは、ＭＯＳ
型センサと、その周辺回路とが同一チップ上に形成され
た構成となっている。すなわち図１に示すように、ＭＯ
Ｓ型センサが形成される半導体基板３の撮像領域８１に
は、画像光信号を画像電気信号に変換する光電変換層８
ａと、拡散層８ｂとが形成されている。この光電変換層
８ａと拡散層８ｂとの間の半導体基板上にはゲート絶縁
膜５を介してゲート電極６ａが形成されている。このゲ
ート電極６ａと、光電変換層８ａと、拡散層８ｂとによ
ってＭＯＳ型センサが構成される。なお、光電変換層８
ａは撮像領域８１においてマトリクス状に配列されてい
る。
型センサと、その周辺回路とが同一チップ上に形成され
た構成となっている。すなわち図１に示すように、ＭＯ
Ｓ型センサが形成される半導体基板３の撮像領域８１に
は、画像光信号を画像電気信号に変換する光電変換層８
ａと、拡散層８ｂとが形成されている。この光電変換層
８ａと拡散層８ｂとの間の半導体基板上にはゲート絶縁
膜５を介してゲート電極６ａが形成されている。このゲ
ート電極６ａと、光電変換層８ａと、拡散層８ｂとによ
ってＭＯＳ型センサが構成される。なお、光電変換層８
ａは撮像領域８１においてマトリクス状に配列されてい
る。
【００２４】一方、上記撮像領域８１とは素子分離され
た、周辺回路領域８２の半導体基板３上には、周辺回路
を構成するＭＯＳトランジスタが形成されている。な
お、周辺回路は例えば図１５乃至図１６で説明した周辺
回路と同一の構成となっている。これらのＭＯＳトラン
ジスタは半導体基板３に形成された拡散層からなるソー
ス領域およびドレイン領域７と、これらのソース領域お
よびドレイン領域７の間の半導体基板３上にゲート絶縁
膜５を介して形成されたゲート電極６とを備えている。
また、上記ゲート電極６，６ａ、ソースおよびドレイン
領域７、ならびに拡散層８ａ，８ｂは表面が平坦化され
た絶縁膜９によって覆われている。この平坦化絶縁膜９
の表面上には例えばＡｌからなる第１配線層１１が形成
されている。これらの第１配線層１１は周辺回路領域８
２においてはソースおよびドレイン領域７のうちの一方
の領域と、絶縁膜９内に設けられたコンタクトを介して
接続され、撮像領域８１においては、絶縁膜９内に設け
られたコンタクトを介して拡散層８ｂと接続された構成
となっている。
た、周辺回路領域８２の半導体基板３上には、周辺回路
を構成するＭＯＳトランジスタが形成されている。な
お、周辺回路は例えば図１５乃至図１６で説明した周辺
回路と同一の構成となっている。これらのＭＯＳトラン
ジスタは半導体基板３に形成された拡散層からなるソー
ス領域およびドレイン領域７と、これらのソース領域お
よびドレイン領域７の間の半導体基板３上にゲート絶縁
膜５を介して形成されたゲート電極６とを備えている。
また、上記ゲート電極６，６ａ、ソースおよびドレイン
領域７、ならびに拡散層８ａ，８ｂは表面が平坦化され
た絶縁膜９によって覆われている。この平坦化絶縁膜９
の表面上には例えばＡｌからなる第１配線層１１が形成
されている。これらの第１配線層１１は周辺回路領域８
２においてはソースおよびドレイン領域７のうちの一方
の領域と、絶縁膜９内に設けられたコンタクトを介して
接続され、撮像領域８１においては、絶縁膜９内に設け
られたコンタクトを介して拡散層８ｂと接続された構成
となっている。
【００２５】これらの第１配線層１１は、表面が平坦化
された絶縁膜１２によって覆われている。そしてこの絶
縁膜１２の表面には、撮像領域８１において例えばＡｌ
から遮光膜１４ａ，１４ａが形成され、周辺回路領域８
２において例えばＡｌからなる第２配線層１４が形成さ
れている。なお、これらの遮光膜１４ａおよび第２配線
層１４は膜厚が例えば５００ｎｍ以下の膜厚で形成す
る。そして第２配線層１４は絶縁膜１２に設けられたコ
ンタクトを介して第１配線層１１に接続された構成とな
っている。
された絶縁膜１２によって覆われている。そしてこの絶
縁膜１２の表面には、撮像領域８１において例えばＡｌ
から遮光膜１４ａ，１４ａが形成され、周辺回路領域８
２において例えばＡｌからなる第２配線層１４が形成さ
れている。なお、これらの遮光膜１４ａおよび第２配線
層１４は膜厚が例えば５００ｎｍ以下の膜厚で形成す
る。そして第２配線層１４は絶縁膜１２に設けられたコ
ンタクトを介して第１配線層１１に接続された構成とな
っている。
【００２６】これらの第２配線層１４および遮光膜１４
ａは表面が平坦化された絶縁膜１５によって覆われてい
る。そして絶縁膜１５の表面には、周辺回路領域８２に
おいて例えばＡｌからなる第３配線層１７が形成された
構成となっている。この第３配線層１７は絶縁膜１５内
に設けられたコンタクトを介して第２配線層１４に接続
された構成となっている。また、この第３配線層１７を
覆うように基板全面に絶縁膜１８が形成されている。こ
の絶縁膜１８の表面は、撮像領域８１において平坦化さ
れている。撮像領域８１の平坦化された絶縁膜１８上に
は、画像光信号が光電変換層８ａに集光するようにマイ
クロレンズ２０が設けられた構成となっている。
ａは表面が平坦化された絶縁膜１５によって覆われてい
る。そして絶縁膜１５の表面には、周辺回路領域８２に
おいて例えばＡｌからなる第３配線層１７が形成された
構成となっている。この第３配線層１７は絶縁膜１５内
に設けられたコンタクトを介して第２配線層１４に接続
された構成となっている。また、この第３配線層１７を
覆うように基板全面に絶縁膜１８が形成されている。こ
の絶縁膜１８の表面は、撮像領域８１において平坦化さ
れている。撮像領域８１の平坦化された絶縁膜１８上に
は、画像光信号が光電変換層８ａに集光するようにマイ
クロレンズ２０が設けられた構成となっている。
【００２７】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、マイクロレンズ２０が形成される撮像領域８１の絶
縁膜１８の表面は、平坦化することにより周辺回路領域
８２の絶縁膜１８の表面より低くなるように構成されて
いるため、マイクロレンズに入射した画像光信号を光電
変換層８ａに集光し易くなり、良好な撮像特性を得るこ
とができる。また周辺回路領域８２は３層以上の配線構
造とすることが可能となり、周辺回路の高集積化および
高速化を実現することができる。また、Ａｌからなる第
２配線層１４および遮光膜１４ａを薄く形成しているた
め、Ａｌの結晶成長に伴うヒロックを抑制することがで
きる。
ば、マイクロレンズ２０が形成される撮像領域８１の絶
縁膜１８の表面は、平坦化することにより周辺回路領域
８２の絶縁膜１８の表面より低くなるように構成されて
いるため、マイクロレンズに入射した画像光信号を光電
変換層８ａに集光し易くなり、良好な撮像特性を得るこ
とができる。また周辺回路領域８２は３層以上の配線構
造とすることが可能となり、周辺回路の高集積化および
高速化を実現することができる。また、Ａｌからなる第
２配線層１４および遮光膜１４ａを薄く形成しているた
め、Ａｌの結晶成長に伴うヒロックを抑制することがで
きる。
【００２８】次に本実施の形態の撮像システムの製造方
法を図２乃至図６を参照して説明する。
法を図２乃至図６を参照して説明する。
【００２９】まず、例えばシリコンからなる半導体基板
３に絶縁膜からなる素子分離領域４を形成し、撮像領域
８１と周辺回路領域８２とを素子分離するとともに、各
領域内の素子を素子分離する（図２参照）。その後、撮
像領域８１および周辺回路領域８２の半導体基板上にゲ
ート絶縁膜５を形成する（図２参照）。続いて、ゲート
絶縁膜５上の所望の位置にゲート電極６，６ａを形成す
る（図２参照）。続いて図２に示すようにイオン注入等
によりソースおよびドレイン領域７ならびに拡散層８
ａ，８ｂを形成する。
３に絶縁膜からなる素子分離領域４を形成し、撮像領域
８１と周辺回路領域８２とを素子分離するとともに、各
領域内の素子を素子分離する（図２参照）。その後、撮
像領域８１および周辺回路領域８２の半導体基板上にゲ
ート絶縁膜５を形成する（図２参照）。続いて、ゲート
絶縁膜５上の所望の位置にゲート電極６，６ａを形成す
る（図２参照）。続いて図２に示すようにイオン注入等
によりソースおよびドレイン領域７ならびに拡散層８
ａ，８ｂを形成する。
【００３０】次に基板全面に絶縁膜を堆積した後、ＣＭ
Ｐ（Chemical Mechanical Poloshing）を用いて、その
表面を平坦化し、平坦化絶縁膜９を形成する（図３参
照）。続いて、リソグラフィ技術を用いてソースおよび
ドレイン領域７の一方、ならびに拡散層８ｂに各々通じ
るコンタクト孔１０を絶縁膜９内に開孔した後、例えば
スパッタリング法を用いてこれらのコンタクト孔１０を
埋込むようにＡｌを基板全面に堆積し、パターニングす
ることにより第１配線層１１を形成する（図３参照）。
Ｐ（Chemical Mechanical Poloshing）を用いて、その
表面を平坦化し、平坦化絶縁膜９を形成する（図３参
照）。続いて、リソグラフィ技術を用いてソースおよび
ドレイン領域７の一方、ならびに拡散層８ｂに各々通じ
るコンタクト孔１０を絶縁膜９内に開孔した後、例えば
スパッタリング法を用いてこれらのコンタクト孔１０を
埋込むようにＡｌを基板全面に堆積し、パターニングす
ることにより第１配線層１１を形成する（図３参照）。
【００３１】次に図４に示すように、基板全面に絶縁膜
を堆積した後、ＣＭＰを用いて、その表面を平坦化し、
平坦化絶縁膜１２を形成する。続いてリソグラフィ技術
を用いて周辺回路領域の絶縁膜１２内に、第１配線層１
１に通じるコンタクト孔１３を開孔した後、これらのコ
ンタクト孔１３を埋込むようにＡｌを基板全面に堆積
し、パターニングすることにより、第２配線層１４を形
成するとともに撮像領域８１の絶縁膜１２上に遮光膜１
４ａを形成する（図４参照）。
を堆積した後、ＣＭＰを用いて、その表面を平坦化し、
平坦化絶縁膜１２を形成する。続いてリソグラフィ技術
を用いて周辺回路領域の絶縁膜１２内に、第１配線層１
１に通じるコンタクト孔１３を開孔した後、これらのコ
ンタクト孔１３を埋込むようにＡｌを基板全面に堆積
し、パターニングすることにより、第２配線層１４を形
成するとともに撮像領域８１の絶縁膜１２上に遮光膜１
４ａを形成する（図４参照）。
【００３２】次に、基板全面に絶縁膜を堆積した後、Ｃ
ＭＰを用いてその表面を平坦化し、平坦化絶縁膜１５を
形成する（図５参照）。続いてリソグラフィ技術を用い
て、周辺回路領域の絶縁膜１５内に、第２配線層１４に
通じるコンタクト孔１６を開孔した後、これらのコンタ
クト孔１６を埋込むようにＡｌを基板全面に堆積し、パ
ターニングすることにより第３配線層１７を形成する
（図５参照）。
ＭＰを用いてその表面を平坦化し、平坦化絶縁膜１５を
形成する（図５参照）。続いてリソグラフィ技術を用い
て、周辺回路領域の絶縁膜１５内に、第２配線層１４に
通じるコンタクト孔１６を開孔した後、これらのコンタ
クト孔１６を埋込むようにＡｌを基板全面に堆積し、パ
ターニングすることにより第３配線層１７を形成する
（図５参照）。
【００３３】次に基板全面に例えばＢＰＳＧ（Boron Ph
ospharus Silicate Glass）膜１８を堆積する。する
と、撮像領域８１上のＢＰＳＧ膜１８は平坦化されると
ともに、周辺回路領域８２のＢＰＳＧ膜１８よりも高さ
が低くなる（図６参照）。続いて、撮像領域８１に色フ
ィルタ（図示せず）およびマイクロレンズ２０を形成す
る。なお、色フィルタは図示していないが、低層の撮像
領域８１と高層の周辺回路領域８２との間に十分な距離
を確保することが可能となるため、色フィルタによる色
むらは生じない。
ospharus Silicate Glass）膜１８を堆積する。する
と、撮像領域８１上のＢＰＳＧ膜１８は平坦化されると
ともに、周辺回路領域８２のＢＰＳＧ膜１８よりも高さ
が低くなる（図６参照）。続いて、撮像領域８１に色フ
ィルタ（図示せず）およびマイクロレンズ２０を形成す
る。なお、色フィルタは図示していないが、低層の撮像
領域８１と高層の周辺回路領域８２との間に十分な距離
を確保することが可能となるため、色フィルタによる色
むらは生じない。
【００３４】（第２の実施の形態）次に本発明による撮
像システムの第２の実施の形態の構成を図７に示す。こ
の第２の実施の形態の撮像システムは、図１に示す第１
の実施の形態の撮像システムにおいて、周辺回路領域８
２の第２配線層１４を、配線１４1および配線１４2から
なる２層構造とし、第１の実施の形態に比べて厚くした
構成となっている。なお、配線１４1と遮光膜１４ａは
同一層となるように構成されている。
像システムの第２の実施の形態の構成を図７に示す。こ
の第２の実施の形態の撮像システムは、図１に示す第１
の実施の形態の撮像システムにおいて、周辺回路領域８
２の第２配線層１４を、配線１４1および配線１４2から
なる２層構造とし、第１の実施の形態に比べて厚くした
構成となっている。なお、配線１４1と遮光膜１４ａは
同一層となるように構成されている。
【００３５】このように本実施の形態においては、周辺
回路領域８２の第２配線層１４を第１の実施の形態の場
合に比べて厚膜化しているため、より高速動作を行わせ
ることができる。なお、この第２の実施の形態の撮像シ
ステムも第１の実施の形態の場合と同様に良好な撮像特
性を得ることができることは云うまでもない。
回路領域８２の第２配線層１４を第１の実施の形態の場
合に比べて厚膜化しているため、より高速動作を行わせ
ることができる。なお、この第２の実施の形態の撮像シ
ステムも第１の実施の形態の場合と同様に良好な撮像特
性を得ることができることは云うまでもない。
【００３６】（第３の実施の形態）次に、本発明による
撮像システムの第３の実施の形態を図８乃至図１４を参
照して説明する。図８は本実施の形態の撮像システムの
構成を示す断面図、図９乃至図１４は本実施の形態の撮
像システムの製造工程を示す工程断面図である。
撮像システムの第３の実施の形態を図８乃至図１４を参
照して説明する。図８は本実施の形態の撮像システムの
構成を示す断面図、図９乃至図１４は本実施の形態の撮
像システムの製造工程を示す工程断面図である。
【００３７】この実施の形態の撮像システムは、図７に
示す第２の実施の形態の撮像システムにおいて、撮像領
域８１の絶縁膜１８を除去するとともに平坦化絶縁膜１
５を薄くした構成となっている。そして薄くした平坦化
絶縁膜１５上にカラフィルタ（図示せず）およびマイク
ロレンズ２０が形成されている。
示す第２の実施の形態の撮像システムにおいて、撮像領
域８１の絶縁膜１８を除去するとともに平坦化絶縁膜１
５を薄くした構成となっている。そして薄くした平坦化
絶縁膜１５上にカラフィルタ（図示せず）およびマイク
ロレンズ２０が形成されている。
【００３８】なお、この実施の形態においては、最上層
の絶縁膜１８は平坦化されている。この第３の実施の形
態の撮像システムは、第２の実施の形態に比べて、光電
変換層８ａからマイクロレンズ２０までの距離を所望の
距離とすることができ、周辺回路の動作の高速性を損な
うことなく撮像特性を更に向上させることができる。ま
た周辺回路領域８２は３層配線構造としているため高集
積化が可能となる。
の絶縁膜１８は平坦化されている。この第３の実施の形
態の撮像システムは、第２の実施の形態に比べて、光電
変換層８ａからマイクロレンズ２０までの距離を所望の
距離とすることができ、周辺回路の動作の高速性を損な
うことなく撮像特性を更に向上させることができる。ま
た周辺回路領域８２は３層配線構造としているため高集
積化が可能となる。
【００３９】なお本実施の形態は第２の実施の形態の撮
像領域８１の絶縁膜１８を除去するとともに平坦化絶縁
膜１５を薄膜化したが、第１の実施の形態の撮像領域８
１の絶縁膜１８を除去するとともに平坦化絶縁膜１５を
薄膜化するように構成しても良い。
像領域８１の絶縁膜１８を除去するとともに平坦化絶縁
膜１５を薄膜化したが、第１の実施の形態の撮像領域８
１の絶縁膜１８を除去するとともに平坦化絶縁膜１５を
薄膜化するように構成しても良い。
【００４０】次に第３の実施の形態の撮像システム製造
方法を図９乃至図１４を参照して説明する。
方法を図９乃至図１４を参照して説明する。
【００４１】まず例えばシリコンからなる半導体基板３
に絶縁膜からなる素子分離領域４を形成し、撮像領域８
１と周辺回路領域８２とを素子分離するとともに、各領
域内の素子を素子分離する（図９参照）。その後、撮像
領域８１および周辺回路領域８２の半導体基板上にゲー
ト絶縁膜５上の所望の位置にゲート電極６、６ａを形成
する（図９参照）。続いて、図９に示すようにイオン注
入等によりソースおよびドレイン領域７ならびに拡散層
８ａ、８ｂを形成する。
に絶縁膜からなる素子分離領域４を形成し、撮像領域８
１と周辺回路領域８２とを素子分離するとともに、各領
域内の素子を素子分離する（図９参照）。その後、撮像
領域８１および周辺回路領域８２の半導体基板上にゲー
ト絶縁膜５上の所望の位置にゲート電極６、６ａを形成
する（図９参照）。続いて、図９に示すようにイオン注
入等によりソースおよびドレイン領域７ならびに拡散層
８ａ、８ｂを形成する。
【００４２】次に基板全面に絶縁膜を堆積したあと、Ｃ
ＭＰを用いて、その表面を平坦化し、平坦化絶縁膜９を
形成する（図１０参照）。続いて、リソグラフィ技術を
用いてソースおよびドレイン領域７の一方、ならびに拡
散層８ｂに通じるコンタクト孔１０を絶縁膜９内に開孔
したあと、例えばスパッタリング法を用いてこれらのコ
ンタクト孔１０を埋込むようにＡｌを基板全面に堆積
し、パターニングすることにより第１配線層１１を形成
する（図１０参照）。
ＭＰを用いて、その表面を平坦化し、平坦化絶縁膜９を
形成する（図１０参照）。続いて、リソグラフィ技術を
用いてソースおよびドレイン領域７の一方、ならびに拡
散層８ｂに通じるコンタクト孔１０を絶縁膜９内に開孔
したあと、例えばスパッタリング法を用いてこれらのコ
ンタクト孔１０を埋込むようにＡｌを基板全面に堆積
し、パターニングすることにより第１配線層１１を形成
する（図１０参照）。
【００４３】次に図１１に示すように、基板全面に絶縁
膜を堆積した後、ＣＭＰを用いて、その表面を平坦化
し、平坦化絶縁膜１２を形成する。続いてリソグラフィ
技術を用いて周辺回路領域の絶縁膜１２内に、第１配線
層１１に通じるコンタクト孔１３を開孔した後、これら
のコンタクト孔１３を埋込むようにＡｌを基板全面に堆
積し、パターニングすることにより第２配線層１４を形
成するとともに撮像領域８１の絶縁膜１２上に遮光膜１
４ａを形成する（図１１参照）。その後、配線１４1 上
にＡｌからなる配線１４2 を形成し、第２配線１４とす
る（図１１参照）。
膜を堆積した後、ＣＭＰを用いて、その表面を平坦化
し、平坦化絶縁膜１２を形成する。続いてリソグラフィ
技術を用いて周辺回路領域の絶縁膜１２内に、第１配線
層１１に通じるコンタクト孔１３を開孔した後、これら
のコンタクト孔１３を埋込むようにＡｌを基板全面に堆
積し、パターニングすることにより第２配線層１４を形
成するとともに撮像領域８１の絶縁膜１２上に遮光膜１
４ａを形成する（図１１参照）。その後、配線１４1 上
にＡｌからなる配線１４2 を形成し、第２配線１４とす
る（図１１参照）。
【００４４】次に、基板全面に絶縁膜を堆積した後、Ｃ
ＭＰを用いて、その表面を平坦化し、平坦化絶縁膜１５
を形成する（図１２参照）。続いてリソグラフィ技術を
用いて、周辺回路領域の絶縁膜１５内に、第２配線層１
４に通じるコンタクト孔１６を開孔した後、これらのコ
ンタクト孔１６を埋込むようにＡｌを基板全面に堆積
し、パターニングすることにより第３配線層１７を形成
する（図１２参照）。次に基板全面に絶縁膜１８を堆積
した後、ＣＭＰを用いて、その表面を平坦化し、平坦化
絶縁膜１８を形成する（図１３参照）。続いてリソグラ
フィ技術を用いて、撮像領域８１に開孔を有するレジス
トパターン（図示せず）を形成し、このレジストパター
ンをマスクにして撮像領域８１の絶縁膜１８を除去する
（図１３参照）。この時、絶縁膜１５を、遮光膜１４ａ
が露出しないようにエッチバックしても良い。これによ
り、撮像領域８１に開口１９が形成される（図１４参
照）。
ＭＰを用いて、その表面を平坦化し、平坦化絶縁膜１５
を形成する（図１２参照）。続いてリソグラフィ技術を
用いて、周辺回路領域の絶縁膜１５内に、第２配線層１
４に通じるコンタクト孔１６を開孔した後、これらのコ
ンタクト孔１６を埋込むようにＡｌを基板全面に堆積
し、パターニングすることにより第３配線層１７を形成
する（図１２参照）。次に基板全面に絶縁膜１８を堆積
した後、ＣＭＰを用いて、その表面を平坦化し、平坦化
絶縁膜１８を形成する（図１３参照）。続いてリソグラ
フィ技術を用いて、撮像領域８１に開孔を有するレジス
トパターン（図示せず）を形成し、このレジストパター
ンをマスクにして撮像領域８１の絶縁膜１８を除去する
（図１３参照）。この時、絶縁膜１５を、遮光膜１４ａ
が露出しないようにエッチバックしても良い。これによ
り、撮像領域８１に開口１９が形成される（図１４参
照）。
【００４５】次に上記レジストパターンを除去した後、
開口１９の底の所定の場所に色フィルタ（図示せず）お
よびマイクロレンズ２０を形成して図８に示す第３の実
施の形態の撮像システムを完成する。
開口１９の底の所定の場所に色フィルタ（図示せず）お
よびマイクロレンズ２０を形成して図８に示す第３の実
施の形態の撮像システムを完成する。
【００４６】なお、第１乃至第３の実施の形態において
は、周辺回路領域８２は３層配線構造であったが４層以
上の多層配線構造であっても良い。
は、周辺回路領域８２は３層配線構造であったが４層以
上の多層配線構造であっても良い。
【００４７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、可及
的に良好な撮像特性を得ることができるとともに高集積
化および高速動作が可能となる。
的に良好な撮像特性を得ることができるとともに高集積
化および高速動作が可能となる。
【図１】本発明による撮像システムの第１の実施の形態
の構成を示す断面図。
の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の撮像システムの製
造工程を示す断面図。
造工程を示す断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の撮像システムの製
造工程を示す断面図。
造工程を示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の撮像システムの製
造工程を示す断面図。
造工程を示す断面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の撮像システムの製
造工程を示す断面図。
造工程を示す断面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の撮像システムの製
造工程を示す断面図。
造工程を示す断面図。
【図７】本発明による撮像システムの第２の実施の形態
の構成を示す断面図。
の構成を示す断面図。
【図８】本発明による撮像システムの第３の実施の形態
の構成を示す断面図。
の構成を示す断面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態の製造工程を示す断
面図。
面図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の製造工程を示す
断面図。
断面図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の製造工程を示す
断面図。
断面図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の製造工程を示す
断面図。
断面図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の製造工程を示す
断面図。
断面図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の製造工程を示す
断面図。
断面図。
【図１５】撮像システムの一具体例の構成を示す平面
図。
図。
【図１６】従来の撮像システムの構成を示す断面図。
【図１７】従来の撮像システムの構成を示す断面図。
３ 半導体基板 ４ 素子分離領域 ５ ゲート絶縁膜 ６，６ａ ゲート電極 ７ ソースおよびドレイン領域 ８ａ 光電変換層 ８ｂ 拡散層 ９ 平坦化絶縁膜 １１ 第１配線層 １２ 平坦化絶縁膜 １４ 第２配線層 １４ａ 遮光膜 １５ 平坦化絶縁膜 １７ 第３配線層 １８ 絶縁膜 ２０ マイクロレンズ ８１ 撮像領域 ８２ 周辺回路領域
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA10 BA14 FA06 FA28 GB07 GB11 GD04 GD07 5C024 CY47 GX02 GY31 GZ36 HX01 HX02 5F049 MA15 MB02 NA03 NB05 RA02 RA08 SS03 TA12 TA13 UA01 UA07 UA14 5F088 AA09 AB02 BA02 BB03 EA04 EA08 GA04 HA10 JA12 JA13
Claims (5)
- 【請求項１】半導体基板の撮像領域にマトリクス状に配
列された光電変換層を有するＭＯＳ型センサと、 前記撮像領域を除いた前記半導体基板の領域に形成さ
れ、前記ＭＯＳ型センサを駆動する駆動回路および前記
ＭＯＳ型センサの出力信号を処理する信号処理回路を有
する周辺回路部と、 前記光電変換層に画像信号を集光するために前記光電変
換層上に第１の絶縁膜を介して形成されたマイクロレン
ズと、 を備え、前記第１の絶縁膜の表面から前記半導体基板ま
での距離が前記第２の絶縁膜の表面から前記半導体基板
までの距離よりも短くなるように構成されていることを
特徴とする撮像システム。 - 【請求項２】前記周辺回路部は少なくとも第１乃至第３
配線層を有し、これらの配線層が絶縁膜を介して積層さ
れた多層配線構造であることを特徴とする請求項１記載
の撮像システム。 - 【請求項３】前記撮像領域には、前記第２配線層と同一
層となる遮光層が形成されていることを特徴とする請求
項２記載の撮像システム。 - 【請求項４】前記遮光層は前記第２配線層より薄い膜厚
を有していることを特徴とする請求項３記載の撮像シス
テム。 - 【請求項５】前記マイクロレンズから光電変換層までの
距離は前記マイクロレンズの焦点距離にほぼ等しいこと
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像シ
ステム。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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