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JP6804395B2 - Solid-state image sensor - Google Patents

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JP6804395B2 JP2017121693A JP2017121693A JP6804395B2 JP 6804395 B2 JP6804395 B2 JP 6804395B2 JP 2017121693 A JP2017121693 A JP 2017121693A JP 2017121693 A JP2017121693 A JP 2017121693A JP 6804395 B2 JP6804395 B2 JP 6804395B2
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Description

本技術は、固体撮像装置に係わる。 The present technology relates to a solid-state image sensor.

固体撮像装置として知られているCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)固体撮像装置は、電源電圧が低く、低消費電力である。このため、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、さらにカメラ付き携帯電話等の各種携帯端末機器等に使用されている。
CMOS固体撮像装置は、光電変換部であるフォトダイオードと複数の画素トランジスタとからなる画素を備える。そして、複数の画素が規則性をもって2次元アレイ状に配列された画素部と、画素部の周辺に配置された周辺回路部とを有して構成される。
A CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) solid-state image sensor known as a solid-state image sensor has a low power supply voltage and low power consumption. Therefore, it is used in various mobile terminal devices such as digital still cameras, digital video cameras, and camera-equipped mobile phones.
The CMOS solid-state image sensor includes pixels including a photodiode which is a photoelectric conversion unit and a plurality of pixel transistors. Then, it is configured to have a pixel unit in which a plurality of pixels are regularly arranged in a two-dimensional array, and a peripheral circuit unit arranged around the pixel unit.

また、最近は裏面照射型CMOS固体撮像装置が注目されている(特許文献1、特許文献2参照)。裏面照射型CMOS固体撮像装置は、配線を配置した側(基体表面)とは反対側(基体裏面)が光入射面となる。このため、画素部の配線をフォトダイオード上にも配置することが可能になり、レイアウト自由度が飛躍的に向上する。
さらに、画素サイズの微細化に伴い、複数のフォトダイオードに転送トランジスタを除く他の1つの画素トランジスタ群を共有させた画素共有方式のCMOS固体撮像装置も知られている(特許文献3、特許文献4参照)。
Recently, a back-illuminated CMOS solid-state image sensor has attracted attention (see Patent Document 1 and Patent Document 2). In the back-illuminated CMOS solid-state image sensor, the light incident surface is on the side opposite to the side where the wiring is arranged (base surface) (base back surface). Therefore, the wiring of the pixel portion can be arranged on the photodiode, and the degree of freedom in layout is dramatically improved.
Further, with the miniaturization of the pixel size, a pixel sharing type CMOS solid-state imaging device in which a plurality of photodiodes share another group of pixel transistors other than the transfer transistor is also known (Patent Document 3, Patent Document). 4).

特開2007−115994号公報JP-A-2007-115994 特開2003−31785号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-31785 特開2008−294218号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-294218 特開2009−135319号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-135319

上述の裏面照射型CMOS固体撮像装置では、画素サイズの微細化に伴い、隣接配線同士の間隔が小さくなってくると配線間の容量結合が無視できなくなる。転送配線では、他の配線の影響により、転送ゲートに供給するパルス電圧が変動する。特に、転送ゲートに供給するオフ時電圧が変動すると、転送ゲート下の基体内のポテンシャルが変動する。このポテンシャル変動で、フォトダイオードに蓄積されている電荷がフローティングディフュージョン(FD)に漏れ出してしまい、飽和信号量(Qs)が変化し、また、各フォトダイオード間の飽和信号量のばらつきが大きくなる等の問題がある。このように、画素毎に飽和信号量のばらつきが大きいと、固体撮像装置の画質が低下する。 In the back-illuminated CMOS solid-state image sensor described above, the capacitive coupling between the wirings cannot be ignored as the distance between the adjacent wirings becomes smaller as the pixel size becomes smaller. In the transfer wiring, the pulse voltage supplied to the transfer gate fluctuates due to the influence of other wiring. In particular, when the off voltage supplied to the transfer gate fluctuates, the potential in the substrate under the transfer gate fluctuates. Due to this potential fluctuation, the electric charge accumulated in the photodiode leaks to the floating diffusion (FD), the saturation signal amount (Qs) changes, and the variation in the saturation signal amount between the photodiodes becomes large. There are problems such as. As described above, if the saturation signal amount varies greatly from pixel to pixel, the image quality of the solid-state image sensor deteriorates.

本技術においては、画質の向上が可能な構成の固体撮像装置を提供するものである。 The present technology provides a solid-state image sensor having a configuration capable of improving image quality.

本技術の固体撮像装置は、光電変換素子を含む画素が複数配列された画素領域を有する第1の半導体基体と、第1の半導体基体上に設けられた第1の多層配線層と、を有する第1の半導体チップ部と、ロジック回路が形成された第2の半導体基体と、第2の半導体基体上に設けられた第2の多層配線層と、を有する第2の半導体チップ部とを備える。第1の多層配線層は、第1の半導体基体に対して、光電変換素子に光が入射する側と反対側に設けられる。第1の多層配線層は、第1の配線部と、断面視において第1の配線部と間隔を開けて設けられた第2の配線部とを含む第1の配線層を有し、第2の多層配線層は、第3の配線部を有する第2の配線層を有する。そして、第1の半導体チップ部の第1の多層配線層側と、第2の半導体チップ部の第2の多層配線層側とが対向して、第1の半導体チップ部と第2の半導体チップ部とが積層される。さらに、断面視における第1の半導体チップ部と第2の半導体チップ部との接合面と垂直な方向において、第3の配線部と全て重なる位置に、第1の配線部と第2の配線部との間隔が設けられている固体撮像装置。 The solid-state imaging device of the present technology has a first semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion element are arranged, and a first multilayer wiring layer provided on the first semiconductor substrate. A second semiconductor chip portion having a first semiconductor chip portion, a second semiconductor substrate on which a logic circuit is formed, and a second multilayer wiring layer provided on the second semiconductor substrate is provided. .. The first multilayer wiring layer is provided on the side opposite to the side where light is incident on the photoelectric conversion element with respect to the first semiconductor substrate. The first multilayer wiring layer has a first wiring layer including a first wiring portion and a second wiring portion provided at intervals from the first wiring portion in a cross-sectional view, and is a second. The multilayer wiring layer of the above has a second wiring layer having a third wiring portion. Then, the first multilayer wiring layer side of the first semiconductor chip portion and the second multilayer wiring layer side of the second semiconductor chip portion face each other, and the first semiconductor chip portion and the second semiconductor chip portion are opposed to each other. The parts are laminated. Further, in the direction perpendicular to the joint surface between the first semiconductor chip portion and the second semiconductor chip portion in the cross-sectional view, the first wiring portion and the second wiring portion are located at positions where they all overlap with the third wiring portion. A solid-state imaging device provided with an interval from.

上述の固体撮像装置によれば、転送配線が均一な開口幅で並列して配置される。このため、転送配線間の結合容量が一定となり、画素間の飽和信号量の変化が一定となる。従って、画素間の飽和信号量が均一となり、固体撮像装置の高画質化が可能となる。
さらに、この固体撮像装置を用いることにより、電子機器の高画質化が可能となる。
According to the solid-state image sensor described above, the transfer wirings are arranged in parallel with a uniform aperture width. Therefore, the coupling capacitance between the transfer wirings becomes constant, and the change in the saturation signal amount between the pixels becomes constant. Therefore, the amount of saturation signals between pixels becomes uniform, and the image quality of the solid-state image sensor can be improved.
Further, by using this solid-state image sensor, it is possible to improve the image quality of electronic devices.

本技術によれば、高画質化が可能な固体撮像装置を提供することができる。 According to the present technology, it is possible to provide a solid-state image sensor capable of improving image quality.

実施形態の固体撮像装置の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the solid-state image sensor of an embodiment. A,Bは、固体撮像装置の構造を示す模式図である。A and B are schematic views showing the structure of the solid-state image sensor. 実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state image sensor of an embodiment. Aは、配線層の断面構造である。Bは、配線層の平面構造である。A is a cross-sectional structure of the wiring layer. Reference numeral B is a planar structure of the wiring layer. 4画素共有単位の画素構造の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the pixel structure of 4 pixel sharing unit. Aは、第1実施形態の固体撮像装置の遮光構造の構成を示す平面図である。Bは、遮光構造を構成する配線層の断面図である。FIG. A is a plan view showing a configuration of a light-shielding structure of the solid-state image sensor of the first embodiment. B is a cross-sectional view of a wiring layer constituting the light-shielding structure. Aは、第2実施形態の固体撮像装置の遮光構造の構成を示す平面図である。Bは、遮光構造を構成する配線層の断面図である。A is a plan view showing the structure of the light-shielding structure of the solid-state image sensor of the second embodiment. B is a cross-sectional view of a wiring layer constituting the light-shielding structure. Aは、第3実施形態の固体撮像装置の遮光構造の構成を示す平面図である。Bは、遮光構造を構成する配線層の断面図である。A is a plan view showing the structure of the light-shielding structure of the solid-state image sensor of the third embodiment. B is a cross-sectional view of a wiring layer constituting the light-shielding structure. Aは、第4実施形態の固体撮像装置の遮光構造の構成を示す平面図である。Bは、遮光構造を構成する配線層の断面図である。A is a plan view showing the structure of the light-shielding structure of the solid-state image sensor of the fourth embodiment. B is a cross-sectional view of a wiring layer constituting the light-shielding structure. 電子機器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an electronic device.

以下、本技術を実施するための最良の形態の例を説明するが、本技術は以下の例に限定されるものではない。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.固体撮像装置の概要
2.固体撮像装置の第1実施形態
3.固体撮像装置の第2実施形態
4.固体撮像装置の第3実施形態
5.固体撮像装置の第4実施形態
6.電子機器
Hereinafter, an example of the best mode for carrying out the present technology will be described, but the present technology is not limited to the following examples.
The explanation will be given in the following order.
1. 1. Outline of solid-state image sensor 2. First Embodiment of a solid-state image sensor 3. 2. The second embodiment of the solid-state image sensor 4. Third Embodiment of the solid-state image sensor 5. Fourth Embodiment of the solid-state image sensor 6. Electronics

〈1.固体撮像装置の概要〉
以下、固体撮像装置の概要について説明する。
裏面照射型CMOS固体撮像装置では、ブルーミング対策として、横型オーバーフロー構造を形成することが一般的である。横型オーバーフロー構造は、転送ゲート下からフローティングディフュージョンを通じて電荷を逃がすようにしている。このため、裏面照射型CMOS固体撮像装置では、横型オーバーフロー構造の影響で転送ゲートの電位変動が起こりやい。このように、転送ゲートにパルス電圧を供給する転送配線では、配線間の容量結合の影響を受け、飽和信号量(Qs)の変化や、各フォトダイオード間の飽和信号量のばらつきが大きくなる等の可能性がある。
<1. Overview of solid-state image sensor>
The outline of the solid-state image sensor will be described below.
In a back-illuminated CMOS solid-state image sensor, it is common to form a horizontal overflow structure as a countermeasure against blooming. The horizontal overflow structure allows the charge to escape from under the transfer gate through floating diffusion. Therefore, in the back-illuminated CMOS solid-state image sensor, the potential fluctuation of the transfer gate is likely to occur due to the influence of the horizontal overflow structure. In this way, the transfer wiring that supplies the pulse voltage to the transfer gate is affected by the capacitive coupling between the wirings, and the saturation signal amount (Qs) changes and the saturation signal amount varies widely between the photodiodes. There is a possibility of.

飽和信号量のばらつきを抑制するために、転送ゲートの電位変動を均一にすることが必要となる。転送ゲートの電位変動が均一であれば、転送ゲート下の基体内ポテンシャルの変動が同じになり、飽和信号量のばらつきがなくなる。 In order to suppress the variation in the amount of saturation signals, it is necessary to make the potential fluctuation of the transfer gate uniform. If the potential fluctuation of the transfer gate is uniform, the fluctuation of the potential in the substrate under the transfer gate is the same, and the variation of the saturation signal amount is eliminated.

転送ゲートの電位変動を均一にするためには、画素部における配線配置という視点からの対応が必要になる。そこで、画素部における配線の配置を工夫することで、転送配線と他配線との結合容量を均一化する。このように、結合容量を均一化することができれば、転送配線の電位変動が、各転送ゲートで同じになる。従って、飽和信号量のばらつきを抑制することが可能になる。 In order to make the potential fluctuation of the transfer gate uniform, it is necessary to take measures from the viewpoint of wiring arrangement in the pixel portion. Therefore, by devising the arrangement of the wiring in the pixel portion, the coupling capacitance between the transfer wiring and the other wiring is made uniform. If the coupling capacitance can be made uniform in this way, the potential fluctuation of the transfer wiring becomes the same at each transfer gate. Therefore, it is possible to suppress variations in the amount of saturation signals.

一方、 固体撮像装置において、複数の機能、複数のチップを小型化していくための手法のひとつとして、複数のチップ同士を貼り合わせて接合することで高速伝送できるようにするという取り組みが始まっている。この場合、光電変換素子部と周辺回路部が非常に近い位置に形成されるため、イメージセンサ特有の課題が発生する。光電変換素子は微少なキャリア(電子)を信号として扱うため、周辺にある回路からの熱や電磁場の影響が雑音として混入しやすい。加えて、トランジスタやダイオードの通常の回路動作ではほとんど問題にならない、微少なホットキャリア発光もイメージセンサ特性に大きな影響を与える。 On the other hand, in solid-state image sensors, as one of the methods for miniaturizing multiple functions and multiple chips, efforts have begun to enable high-speed transmission by bonding and joining multiple chips together. .. In this case, since the photoelectric conversion element portion and the peripheral circuit portion are formed at very close positions, a problem peculiar to the image sensor occurs. Since the photoelectric conversion element treats minute carriers (electrons) as signals, the influence of heat and electromagnetic fields from surrounding circuits is likely to be mixed as noise. In addition, minute hot carrier light emission, which is hardly a problem in the normal circuit operation of transistors and diodes, has a great influence on the image sensor characteristics.

ホットキャリア発光はソース・ドレイン間で加速されたキャリアがドレイン端で衝突電離するときに出る電子とホールの生成再結合、或いはそのどちらかの状態遷移によって起きる発光である。この発光は、特性上何の問題もないトランジスタであっても微少であるが定常的に発生している。発光は四方に拡散するため、トランジスタから離れると影響は非常に小さくなるが、光電変換素子と回路を非常に近くに配置した場合、発光はそれほど拡散せずに光電変換素子に光子が相当数注入される。 Hot carrier emission is emission caused by the generation and recombination of electrons and holes, or the state transition of either of them, which is emitted when carriers accelerated between the source and drain are impact-ionized at the drain end. This light emission is constantly occurring, although it is minute, even in a transistor that has no problem in terms of characteristics. Since the light emission diffuses in all directions, the effect becomes very small when the transistor is separated from the transistor. However, when the photoelectric conversion element and the circuit are placed very close to each other, the light emission does not diffuse so much and a considerable number of photons are injected into the photoelectric conversion element. Will be done.

このように、ホットキャリア発光の拡散が不十分であることから、回路のトランジスタ配置密度やアクティブ率の違いによるホットキャリア発光の発生分布が2次元情報として画像に写り込む。このため、光電変換素子への注入量を検出限界以下に抑えるための、遮光用の構成が必要である。 As described above, since the diffusion of hot carrier light emission is insufficient, the generation distribution of hot carrier light emission due to the difference in the transistor arrangement density and the active rate of the circuit is reflected in the image as two-dimensional information. Therefore, a light-shielding configuration is required to keep the injection amount into the photoelectric conversion element below the detection limit.

従来技術においては、飽和信号量のばらつきの抑制を目的として、画素部における配線の配置を工夫し、転送配線と他配線との結合容量の均一化を図っている。
しかし、従来技術の配線配置を用いた場合、隣接する配線間には少なくとも1箇所以上の隙間が生じてしまい、上記のようなホットキャリア発光の影響を抑えるためには遮光用の構造を別途用意する必要がある。
遮光膜を追加して遮光構造を形成する場合、例えばW、Cu、Ti、TiN、Cといった材質で遮光膜を形成する。遮光膜ではなく、光を吸収する材料を使って吸収膜を形成しても良いが、どの場合においてもコスト等の面でデメリットが生じる。
そこで、本実施形態では、遮光用の新たな構成を追加することなく、結合容量の均一化と遮光構造とを両立することができる配線構造を構成する。
In the prior art, for the purpose of suppressing the variation in the amount of saturation signals, the arrangement of the wiring in the pixel portion is devised to make the coupling capacitance between the transfer wiring and the other wiring uniform.
However, when the wiring arrangement of the prior art is used, at least one gap is generated between adjacent wirings, and a structure for shading is separately prepared in order to suppress the influence of hot carrier light emission as described above. There is a need to.
When a light-shielding film is added to form a light-shielding structure, the light-shielding film is formed of a material such as W, Cu, Ti, TiN, or C. The absorbing film may be formed by using a material that absorbs light instead of the light-shielding film, but in any case, there is a demerit in terms of cost and the like.
Therefore, in the present embodiment, a wiring structure capable of achieving both a uniform coupling capacitance and a light-shielding structure is configured without adding a new configuration for light-shielding.

〈2.半導体装置の第1実施形態〉
[固体撮像装置の概略構成]
図1に、本実施形態の固体撮像装置に適用されるMOS型固体撮像装置の概略構成を示す。このMOS型固体撮像装置は、各実施の形態の固体撮像装置に適用される。本例の固体撮像装置1は、図示しない半導体基体、例えばシリコン基体に複数の光電変換部を含む画素2が規則的に2次元アレイ状に配列された画素領域(いわゆる画素アレイ)3と、周辺回路部とを有して構成される。画素2は、光電変換部となる例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ(いわゆるMOSトランジスタ)を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの3つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタを追加して4つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明は省略する。画素2は、1つの単位画素として構成することができる。また、画素2は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードが、転送トランジスタを構成するフローティングディフュージョン、及び転送トランジスタ以外の他のトランジスタを共有する構造である。
<2. First Embodiment of Semiconductor Device>
[Outline configuration of solid-state image sensor]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a MOS type solid-state image sensor applied to the solid-state image sensor of the present embodiment. This MOS type solid-state image sensor is applied to the solid-state image sensor of each embodiment. In the solid-state image sensor 1 of this example, a semiconductor substrate (not shown), for example, a pixel region (so-called pixel array) 3 in which pixels 2 including a plurality of photoelectric conversion units are regularly arranged in a two-dimensional array on a silicon substrate and a periphery thereof. It is configured to have a circuit unit. The pixel 2 includes, for example, a photodiode that serves as a photoelectric conversion unit, and a plurality of pixel transistors (so-called MOS transistors). The plurality of pixel transistors can be composed of, for example, three transistors, a transfer transistor, a reset transistor, and an amplification transistor. In addition, a selection transistor can be added to form four transistors. Since the equivalent circuit of a unit pixel is the same as usual, detailed description thereof will be omitted. Pixel 2 can be configured as one unit pixel. Further, the pixel 2 may have a shared pixel structure. This pixel sharing structure is a structure in which a plurality of photodiodes share a floating diffusion constituting a transfer transistor and a transistor other than the transfer transistor.

周辺回路部は、垂直駆動回路4と、カラム信号処理回路5と、水平駆動回路6と、出力回路7と、制御回路8等を有して構成される。
制御回路8は、入力クロックと、動作モード等を指令するデータを受け取り、また固体撮像装置の内部情報等のデータを出力する。すなわち、制御回路8では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5及び水平駆動回路6等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5及び水平駆動回路6等に入力する。
The peripheral circuit unit includes a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, a control circuit 8, and the like.
The control circuit 8 receives an input clock and data for instructing an operation mode and the like, and outputs data such as internal information of the solid-state image sensor. That is, the control circuit 8 generates a clock signal or a control signal that serves as a reference for the operation of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, etc., based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock. To do. Then, these signals are input to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.

垂直駆動回路4は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。すなわち、垂直駆動回路4は、画素領域3の各画素2を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線9を通して各画素2の光電変換部となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号をカラム信号処理回路5に供給する。 The vertical drive circuit 4 is composed of, for example, a shift register, selects a pixel drive wiring, supplies a pulse for driving a pixel to the selected pixel drive wiring, and drives the pixels in row units. That is, the vertical drive circuit 4 selectively scans each pixel 2 in the pixel region 3 in a row-by-row manner in the vertical direction, and passes through the vertical signal line 9 to serve as a photoelectric conversion unit of each pixel 2, for example, in a photodiode according to the amount of light received. A pixel signal based on the generated signal charge is supplied to the column signal processing circuit 5.

カラム信号処理回路5は、画素2の例えば列ごとに配置されており、1行分の画素2から出力される信号に対して画素列ごとにノイズ除去等の信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路5は、画素2固有の固定パターンノイズを除去するためのCDSや、信号増幅、AD変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路5の出力段には水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線10との間に接続されて設けられる。 The column signal processing circuit 5 is arranged for each column of the pixel 2, for example, and performs signal processing such as noise removal for each pixel string with respect to the signal output from the pixel 2 for one row. That is, the column signal processing circuit 5 performs signal processing such as CDS for removing fixed pattern noise peculiar to pixel 2, signal amplification, and AD conversion. A horizontal selection switch (not shown) is provided in the output stage of the column signal processing circuit 5 so as to be connected to the horizontal signal line 10.

水平駆動回路6は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路5の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路5の各々から画素信号を水平信号線10に出力させる。 The horizontal drive circuit 6 is composed of, for example, a shift register, and by sequentially outputting horizontal scanning pulses, each of the column signal processing circuits 5 is sequentially selected, and pixel signals are output from each of the column signal processing circuits 5 as horizontal signal lines. Output to 10.

出力回路7は、カラム信号処理回路5の各々から水平信号線10を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等が行われる場合もある。入出力端子12は、外部と信号のやりとりをする。 The output circuit 7 performs signal processing on the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 10 and outputs the signals. For example, there are cases where only buffering is performed, black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, and the like are performed. The input / output terminal 12 exchanges signals with the outside.

次に、本実施形態に係るMOS型固体撮像装置の構造について説明する。図2A及び図2Bは、本実施形態に係るMOS型固体撮像装置の構造を示す概略構成図である。 Next, the structure of the MOS type solid-state image sensor according to the present embodiment will be described. 2A and 2B are schematic configuration diagrams showing the structure of the MOS type solid-state image sensor according to the present embodiment.

本実施形態例のMOS型固体撮像装置21は、図2Aに示すように、第1の半導体チップ部22に画素領域23を搭載し、第2の半導体チップ部26に制御回路24、信号処理回路を含むロジック回路25を搭載する。この第1の半導体チップ部22と第2の半導体チップ部26を相互に電気的に接続して1つの半導体チップとしてMOS型固体撮像装置21が構成される。 As shown in FIG. 2A, the MOS type solid-state image sensor 21 of the present embodiment has a pixel region 23 mounted on the first semiconductor chip portion 22, and a control circuit 24 and a signal processing circuit on the second semiconductor chip portion 26. The logic circuit 25 including the above is mounted. The first semiconductor chip portion 22 and the second semiconductor chip portion 26 are electrically connected to each other to form a MOS type solid-state image sensor 21 as one semiconductor chip.

また、実施形態例におけるMOS型固体撮像装置27は、図2Bに示すように、第1の半導体チップ部22に画素領域23と制御回路24を搭載し、第2の半導体チップ部26に信号処理するための信号処理回路を含むロジック回路25を搭載する。この第1の半導体チップ部22と第2の半導体チップ部26を相互に電気的に接続して1つの半導体チップとしてMOS型固体撮像装置27が構成される。 Further, in the MOS type solid-state image sensor 27 in the embodiment, as shown in FIG. 2B, the pixel region 23 and the control circuit 24 are mounted on the first semiconductor chip portion 22, and the second semiconductor chip portion 26 is used for signal processing. A logic circuit 25 including a signal processing circuit for performing the above is mounted. The first semiconductor chip portion 22 and the second semiconductor chip portion 26 are electrically connected to each other to form a MOS type solid-state image sensor 27 as one semiconductor chip.

さらに図示しないが、他の実施形態例におけるMOS型固体撮像装置は、第1の半導体チップ部22に、画素領域23と、制御回路の一部となる画素領域の制御に適した制御回路部とを搭載する。また、第2の半導体チップ部26に、ロジック回路25と、制御回路の他部となるロジック回路の制御に適した制御回路部とを搭載する。この第1の半導体チップ部22と第2の半導体チップ部26を相互に電気的に接続して1つの半導体チップとしてMOS型固体撮像装置27が構成される。
上述の実施形態例に係るMOS型固体撮像装置は、異種の半導体チップが積層した構造を有しており、後述する構成に特徴を有している。
Further, although not shown, in the MOS type solid-state image sensor in another embodiment, the first semiconductor chip unit 22 includes a pixel region 23 and a control circuit unit suitable for controlling a pixel region that is a part of the control circuit. Is installed. Further, the second semiconductor chip unit 26 is equipped with a logic circuit 25 and a control circuit unit suitable for controlling a logic circuit which is another part of the control circuit. The first semiconductor chip portion 22 and the second semiconductor chip portion 26 are electrically connected to each other to form a MOS type solid-state image sensor 27 as one semiconductor chip.
The MOS type solid-state image sensor according to the above-described embodiment has a structure in which different types of semiconductor chips are laminated, and is characterized by a configuration described later.

[固体撮像装置の断面構成]
図3に、本実施形態の固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置の第1実施の形態を示す。本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置である。本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、図2Bの構成を適用したが、他の図2Aの構成あるいは、制御回路をそれぞれの第1及び第2の半導体チップ部に分けて搭載した構成にも適用できる。第2実施の形態以下の各実施の形態においても、同様に、上記構成を適用できる。
[Cross-sectional configuration of solid-state image sensor]
FIG. 3 shows a first embodiment of the solid-state image sensor of the present embodiment, particularly the MOS type solid-state image sensor. The MOS type solid-state image sensor of the present embodiment is a back-illuminated solid-state image sensor. Although the configuration of FIG. 2B is applied to the MOS type solid-state image sensor of the present embodiment, the configuration of another configuration of FIG. Can also be applied. Second Embodiment Similarly, the above configuration can be applied to each of the following embodiments.

第1実施の形態に係る固体撮像装置は、第1の半導体チップ部31と、第2の半導体チップ部45とが貼り合わされて構成される。第1の半導体チップ部31には、光電変換部となるフォトダイオードPDと、複数の画素トランジスタとからなる画素が2次元的に複数配列された画素アレイ(以下、画素領域23という)と、制御回路24とが形成される。 The solid-state image sensor according to the first embodiment is configured by laminating a first semiconductor chip portion 31 and a second semiconductor chip portion 45. The first semiconductor chip unit 31 is controlled by a photodiode PD serving as a photoelectric conversion unit and a pixel array (hereinafter referred to as a pixel region 23) in which a plurality of pixels composed of a plurality of pixel transistors are two-dimensionally arranged. The circuit 24 is formed.

フォトダイオードPDは、半導体ウェル領域32内にn型半導体領域34と基体表面側のp型半導体領域35を有して形成される。画素を構成する基体表面上にはゲート絶縁膜を介してゲート電極36を形成し、ゲート電極36と対のソース/ドレイン領域33により画素トランジスタTr1、Tr2が形成される。図3では、複数の画素トランジスタを、2つの画素トランジスタTr1,Tr2で代表して示す。フォトダイオードPDに隣接する画素トランジスタTr1が転送トランジスタに相当し、そのソース/ドレイン領域がフローティングディフュージョンFDに相当する。各単位画素が素子分離領域38で分離される。 The photodiode PD is formed by having an n-type semiconductor region 34 and a p-type semiconductor region 35 on the surface side of the substrate in the semiconductor well region 32. A gate electrode 36 is formed on the surface of a substrate constituting a pixel via a gate insulating film, and pixel transistors Tr1 and Tr2 are formed by a source / drain region 33 paired with the gate electrode 36. In FIG. 3, a plurality of pixel transistors are represented by two pixel transistors Tr1 and Tr2. The pixel transistor Tr1 adjacent to the photodiode PD corresponds to the transfer transistor, and its source / drain region corresponds to the floating diffusion FD. Each unit pixel is separated by the element separation region 38.

一方、制御回路24は、半導体ウェル領域32に形成した複数のMOSトランジスタで構成される。図3では制御回路24を構成する複数のMOSトランジスタを、MOSトランジスタTr3、Tr4で代表して示す。各MOSトランジスタTr3、Tr4は、n型のソース/ドレイン領域33と、ゲート絶縁膜を介して形成したゲート電極36とにより形成される。 On the other hand, the control circuit 24 is composed of a plurality of MOS transistors formed in the semiconductor well region 32. In FIG. 3, a plurality of MOS transistors constituting the control circuit 24 are represented by MOS transistors Tr3 and Tr4. The MOS transistors Tr3 and Tr4 are formed by an n-type source / drain region 33 and a gate electrode 36 formed via a gate insulating film.

基体表面側には、層間絶縁膜39を介して複数層の配線40を配置してなる多層配線層41が形成される。配線40は例えば銅配線で形成される。画素トランジスタ及び制御回路のMOSトランジスタは、第1絶縁膜43a及び第2絶縁膜43bを貫通する接続導体44を介して所要の配線40に接続される。第1絶縁膜43aは例えばシリコン酸化膜で形成され、第2絶縁膜43bはエッチングストッパとなる例えばシリコン窒化膜で形成される。 On the surface side of the substrate, a multilayer wiring layer 41 is formed in which a plurality of layers of wiring 40 are arranged via an interlayer insulating film 39. The wiring 40 is formed of, for example, copper wiring. The pixel transistor and the MOS transistor of the control circuit are connected to the required wiring 40 via a connecting conductor 44 penetrating the first insulating film 43a and the second insulating film 43b. The first insulating film 43a is formed of, for example, a silicon oxide film, and the second insulating film 43b is formed of, for example, a silicon nitride film serving as an etching stopper.

半導体ウェル領域32の裏面上には反射防止膜61が形成される。反射防止膜61上の各フォトダイオードPDに対応する領域には、導波路材料膜(例えばSiN膜等)69による導波路70が形成される。半導体ウェル領域32の裏面上の例えばSiO膜による絶縁膜62内には、所要領域を遮光する遮光膜63が形成される。さらに、平坦化膜71を介して、各フォトダイオードPDに対応するように、カラーフィルタ73及びオンチップマイクロレンズ74が形成される。 An antireflection film 61 is formed on the back surface of the semiconductor well region 32. In the region corresponding to each photodiode PD on the antireflection film 61, a waveguide 70 made of a waveguide material film (for example, SiN film or the like) 69 is formed. A light-shielding film 63 that shields the required region is formed in the insulating film 62 made of, for example, a SiO film on the back surface of the semiconductor well region 32. Further, a color filter 73 and an on-chip microlens 74 are formed via the flattening film 71 so as to correspond to each photodiode PD.

一方、第2の半導体チップ部45には、信号処理するための信号処理回路を含むロジック回路25が形成される。ロジック回路25は、例えばp型の半導体ウェル領域46に、素子分離領域50で分離されるように複数のMOSトランジスタを形成して構成される。ここでは、複数のMOSトランジスタを、MOSトランジスタTr6、Tr7、Tr8で代表する。各MOSトランジスタTr6、Tr7、Tr8は、夫々1対のn型のソース/ドレイン領域47と、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極48を有して形成される。 On the other hand, a logic circuit 25 including a signal processing circuit for signal processing is formed in the second semiconductor chip unit 45. The logic circuit 25 is configured by forming, for example, a plurality of MOS transistors in a p-type semiconductor well region 46 so as to be separated by an element separation region 50. Here, a plurality of MOS transistors are represented by MOS transistors Tr6, Tr7, and Tr8. Each of the MOS transistors Tr6, Tr7, and Tr8 is formed by having a pair of n-type source / drain regions 47 and a gate electrode 48 formed via a gate insulating film.

半導体ウェル領域46上には、層間絶縁膜49を介して複数層の配線53、バリアメタル層58を有する配線57を配置してなる多層配線層55が形成される。各MOSトランジスタTr6、Tr7、Tr8は、第1絶縁膜43a及び第2絶縁膜43bを貫通する接続導体54を介して所要の配線53に接続される。 On the semiconductor well region 46, a multilayer wiring layer 55 is formed in which a plurality of layers of wiring 53 and wiring 57 having a barrier metal layer 58 are arranged via an interlayer insulating film 49. The MOS transistors Tr6, Tr7, and Tr8 are connected to the required wiring 53 via a connecting conductor 54 that penetrates the first insulating film 43a and the second insulating film 43b.

第1の半導体チップ部31と第2の半導体チップ部45は、互いの多層配線層41及び55が向かい合うようにして、例えば接着剤層60を介して貼り合わされる。第2の半導体チップ部45側の多層配線層55の貼り合わせ面には、貼り合わせのストレスを軽減するためのストレス補正膜59が形成されている。貼り合わせは、この他、プラズマ接合で貼り合わせることもできる。 The first semiconductor chip portion 31 and the second semiconductor chip portion 45 are bonded to each other via, for example, an adhesive layer 60 so that the multilayer wiring layers 41 and 55 face each other. A stress correction film 59 for reducing the stress of bonding is formed on the bonding surface of the multilayer wiring layer 55 on the side of the second semiconductor chip portion 45. In addition to this, the bonding can also be performed by plasma bonding.

さらに、第1の半導体チップ部31と第2の半導体チップ部45は、接続導体68を介して電気的に接続される。すなわち、第1の半導体チップ部31の半導体ウェル領域32を貫通して多層配線層41の所要の配線40に達する接続孔が形成される。また、第1の半導体チップ部31の半導体ウェル領域32及び多層配線層41を貫通し、第2の半導体チップ部45の多層配線層55の所要の配線53に達する接続孔が形成される。これらの接続孔に互いに連結する接続導体68が埋め込まれて第1の半導体チップ部31及び第2の半導体チップ部45間が電気的に接続される。接続導体68の周りは、半導体ウェル領域32と絶縁するために、絶縁膜67で覆われる。接続導体68に接続された配線40及び57は、垂直信号線に相当する。接続導体68は、電極パッド(図示せず)に接続され、あるいは電極パッドとすることもできる。 Further, the first semiconductor chip portion 31 and the second semiconductor chip portion 45 are electrically connected via the connecting conductor 68. That is, a connection hole is formed that penetrates the semiconductor well region 32 of the first semiconductor chip portion 31 and reaches the required wiring 40 of the multilayer wiring layer 41. Further, a connection hole is formed that penetrates the semiconductor well region 32 of the first semiconductor chip portion 31 and the multilayer wiring layer 41 and reaches the required wiring 53 of the multilayer wiring layer 55 of the second semiconductor chip portion 45. Connection conductors 68 that connect to each other are embedded in these connection holes, and the first semiconductor chip portion 31 and the second semiconductor chip portion 45 are electrically connected. The circumference of the connecting conductor 68 is covered with an insulating film 67 in order to insulate the semiconductor well region 32. Wiring 40 and 57 connected to the connecting conductor 68 correspond to vertical signal lines. The connecting conductor 68 may be connected to an electrode pad (not shown) or may be an electrode pad.

接続導体68の形成は、第1の半導体チップ部31及び第2の半導体チップ部45を貼り合わせた後、第1の半導体チップ部31の半導体ウェル領域32を薄膜化した後に行われる。その後にキャップ膜72、平坦化膜71、カラーフィルタ73及びオンチップマイクロレンズ74が形成される。半導体ウェル領域32には、接続導体68を囲む領域に絶縁スペーサ層42が形成される。 The connecting conductor 68 is formed after the first semiconductor chip portion 31 and the second semiconductor chip portion 45 are bonded together, and then the semiconductor well region 32 of the first semiconductor chip portion 31 is thinned. After that, a cap film 72, a flattening film 71, a color filter 73, and an on-chip microlens 74 are formed. In the semiconductor well region 32, an insulating spacer layer 42 is formed in a region surrounding the connecting conductor 68.

本実施の形態においては、画素領域23のフォトダイオードPDと、周辺回路部のロジック回路25の間の領域であり、且つ画素領域を隙間なく被覆する領域に配線による遮光構造を形成する。
例えば、固体撮像装置において、画素領域の光電変換素子の多層配線層41に、画素領域を隙間なく被覆するように配線40 を配置する。このとき、2層以上の配線層を用いて、配線40が互いにある程度重なり合うように配置することで、光の回折の影響を防ぎ、下部からの光の入射を抑制できる。
In the present embodiment, a light-shielding structure by wiring is formed in a region between the photodiode PD of the pixel region 23 and the logic circuit 25 of the peripheral circuit portion and covering the pixel region without gaps.
For example, in a solid-state imaging device, wiring 40 is arranged on the multilayer wiring layer 41 of the photoelectric conversion element in the pixel region so as to cover the pixel region without gaps. At this time, by using two or more wiring layers and arranging the wirings 40 so as to overlap each other to some extent, it is possible to prevent the influence of light diffraction and suppress the incident of light from the lower part.

また、遮光構造には、結合容量の均一化のため、同じ層に等間隔に配置された転送配線と、転送配線と一定の重なりを持つように異なる層に配置された他の配線とを組み合わせて構成する。この構成により、新たに遮光用の層を追加することなく配線層のみで、周辺回路部の能動素子の動作時に放射される光を遮る遮光構造を形成することが可能となる。この構造により、画素のフォトダイオードPDへのホットキャリア発光の入射を防ぐことができる。能動素子としては、MOSトランジスタ、及び、保護用のダイオード等である。 Further, in the light-shielding structure, in order to make the coupling capacitance uniform, transfer wiring arranged at equal intervals in the same layer and other wiring arranged in different layers so as to have a certain overlap with the transfer wiring are combined. Configure. With this configuration, it is possible to form a light-shielding structure that blocks the light radiated during the operation of the active element of the peripheral circuit portion only by the wiring layer without adding a new light-shielding layer. With this structure, it is possible to prevent hot carrier light emission from being incident on the photodiode PD of the pixel. Examples of the active element include a MOS transistor and a diode for protection.

[配線による遮光構造]
配線による遮光構造の構成例を図4A,Bに示す。図4Aは、配線層の断面構造を示す図であり、図4B は、配線層の平面構造を示す図である。
少なくとも2層の配線40A及び配線40Bにより、遮光構造が構成される。
この遮光構造において、下層の配線40Aと上層の配線40Bとの積層間隔を、配線間の距離81とする。同様に、下層の配線40Aと上層の配線40Bとが平面方向で重なり合う長さを、重なり量82とする。下層の配線40A同士の間隔を、開口幅83とする。
[Shading structure by wiring]
Examples of the configuration of the light-shielding structure by wiring are shown in FIGS. 4A and 4B. FIG. 4A is a diagram showing a cross-sectional structure of the wiring layer, and FIG. 4B is a diagram showing a planar structure of the wiring layer.
A light-shielding structure is configured by at least two layers of wiring 40A and 40B.
In this light-shielding structure, the stacking interval between the lower layer wiring 40A and the upper layer wiring 40B is defined as the distance 81 between the wirings. Similarly, the length at which the lower layer wiring 40A and the upper layer wiring 40B overlap in the plane direction is defined as the overlap amount 82. The distance between the lower layer wirings 40A is set to the opening width 83.

重なり量82は、配線間の距離81と開口幅83から定まる。ホットキャリア光は点光源として発生するため、斜めから来る光も遮光する必要がある。このため、重なり量82を、少なくとも配線間の距離81より大きくすることにより、斜め方向からのホットキャリア光の遮光性が向上する。
また、各配線の同一層に形成される配線40A同士の開口幅83は、すべて同等になるように配置する。さらに、重なり量82が均一に形成される。この構成により、各配線40A,40Bの位置関係を均一にすることができ、結合容量を均一化することが可能となる。
The amount of overlap 82 is determined by the distance 81 between the wirings and the opening width 83. Since hot carrier light is generated as a point light source, it is necessary to block light coming from an angle. Therefore, by making the overlap amount 82 larger than at least the distance 81 between the wirings, the light blocking property of the hot carrier light from the oblique direction is improved.
Further, the opening widths 83 of the wirings 40A formed in the same layer of the wirings are all arranged so as to be the same. Further, the overlapping amount 82 is uniformly formed. With this configuration, the positional relationship between the wirings 40A and 40B can be made uniform, and the coupling capacitance can be made uniform.

[画素共有単位:画素構成]
次に、本実施形態の固体撮像装置に適用する画素部の構成について説明する。図5に、本実施形態に適用する4画素共有単位からなる画素部の構成を示す。図5に示すように、4画素のフォトダイオードPD[PD1〜PD4]を配列した4画素共有単位が、2次元アレイ状に配列されて画素部が構成される。
[Pixel sharing unit: Pixel configuration]
Next, the configuration of the pixel portion applied to the solid-state image sensor of the present embodiment will be described. FIG. 5 shows a configuration of a pixel portion composed of a 4-pixel sharing unit applied to the present embodiment. As shown in FIG. 5, 4-pixel sharing units in which 4-pixel photodiodes PD [PD1 to PD4] are arranged are arranged in a two-dimensional array to form a pixel portion.

4画素共有単位は、横2×縦2の計4つのフォトダイオードPDに対して1つのフローティングディフュージョンFDを共有する構成である。そして、4つのフォトダイオードPD1〜PD4と、この4つのフォトダイオードPD1〜PD4に対して4つの転送ゲート電極75〜78と、1つのフローティングディフュージョンFDを有して構成される。各フォトダイオードPD1〜PD4と、フローティングディフュージョンFDと、各転送ゲート電極75〜78とにより、転送トランジスタTr11〜Tr14が構成される。フローティングディフュージョンFDは、4つのフォトダイオードPD1〜PD4に囲まれた中央部に配置され、各転送ゲート電極75〜78は、各フォトダイオードPD1〜PD4の中央部側の角部に対応する位置に配置される。 The 4-pixel sharing unit has a configuration in which one floating diffusion FD is shared with a total of four photodiode PDs of 2 horizontal × 2 vertical. Then, it is configured to have four photodiodes PD1 to PD4, four transfer gate electrodes 75 to 78 for the four photodiodes PD1 to PD4, and one floating diffusion FD. The transfer transistors Tr11 to Tr14 are configured by the photodiodes PD1 to PD4, the floating diffusion FD, and the transfer gate electrodes 75 to 78. The floating diffusion FD is arranged in the central portion surrounded by the four photodiodes PD1 to PD4, and the transfer gate electrodes 75 to 78 are arranged at positions corresponding to the central portions of the photodiodes PD1 to PD4. Will be done.

また、図5では、4画素共有単位の上方に選択トランジスタTr23及び増幅トランジスタTr22が配置される。そして、4画素共有単位の下方にリセットトランジスタTr21が配置される。選択トランジスタTr23は、一対のソース/ドレイン領域94及び95と、選択ゲート電極79を有して構成される。増幅トランジスタTr22は、一対のソース/ドレイン領域95及び96と、増幅ゲート電極80を有して構成される。リセットトランジスタTr21は、一対のソース/ドレイン領域97及び98と、リセットゲート電極99を有して構成される。上記各ゲート電極は、例えばポリシリコン膜で形成される。FD1は、増幅トランジスタTr23の増幅ゲート電極80及びリセットトランジスタTr21のソース領域に接続される。 Further, in FIG. 5, the selection transistor Tr23 and the amplification transistor Tr22 are arranged above the 4-pixel sharing unit. Then, the reset transistor Tr21 is arranged below the 4-pixel sharing unit. The selection transistor Tr23 includes a pair of source / drain regions 94 and 95 and a selection gate electrode 79. The amplification transistor Tr22 includes a pair of source / drain regions 95 and 96 and an amplification gate electrode 80. The reset transistor Tr21 includes a pair of source / drain regions 97 and 98 and a reset gate electrode 99. Each of the gate electrodes is formed of, for example, a polysilicon film. The FD1 is connected to the amplification gate electrode 80 of the amplification transistor Tr23 and the source region of the reset transistor Tr21.

フォトダイオードPDが形成されている領域の配線層に、上述の遮光構造を形成する。配線層による遮光領域は、フォトダイオードPDが形成された領域を全て覆うことが好ましい。
但し、フォトダイオードPD領域を全て覆わなくても、遮光構造による効果を得ることができる。例えば、図5に示す遮光領域100のように、フォトダイオードPD1上において、少なくともフォトダイオードPD1の短辺を1辺とする正方形の領域を遮光することが好ましい。同様に、フォトダイオードPD1〜4においても、フォトダイオードPD2〜4の短辺を1辺とする正方形の領域を遮光する。この 遮光領域100上に配線による遮光構造を形成することにより、充分な遮光効果を得ることができる。このように、フォトダイオードPDが形成された領域を全て覆わずに、フォトダイオードPD領域の一部を覆う遮光層が設けられた場合にも、遮光構造による効果を得ることができる。
The above-mentioned light-shielding structure is formed in the wiring layer in the region where the photodiode PD is formed. It is preferable that the light-shielding region formed by the wiring layer covers the entire region where the photodiode PD is formed.
However, the effect of the light-shielding structure can be obtained without covering the entire photodiode PD region. For example, it is preferable to shield at least a square region having a short side of the photodiode PD1 as one side on the photodiode PD1 as in the light-shielding region 100 shown in FIG. Similarly, in the photodiodes PD1 to 4, the square region having the short side of the photodiodes PD2 to 4 as one side is shielded from light. By forming a light-shielding structure by wiring on the light-shielding region 100, a sufficient light-shielding effect can be obtained. As described above, even when a light-shielding layer covering a part of the photodiode PD region is provided without covering the entire region where the photodiode PD is formed, the effect of the light-shielding structure can be obtained.

[配線の構成:遮光構造の構成例]
次に、上述の4画素共有単位が構成されている画素部上に設けられる、配線層による遮光構造について説明する。
裏面照射型CMOS固体撮像装置では、上述の図3に示すように、半導体基体の表面側に画素トランジスタが形成され、その上方に層間絶縁膜を介してメタル層による複数層の配線を配置した配線層が形成される。半導体基体の裏面側にカラーフィルタ層及びオンチップレンズが形成され、基体裏面側から光入射される。すなわち、裏面照射型は、配線層が光入射面と反対側に形成された構成を有する。
[Wiring configuration: Shading structure configuration example]
Next, a light-shielding structure by a wiring layer provided on the pixel portion in which the above-mentioned 4-pixel sharing unit is configured will be described.
In the back-illuminated CMOS solid-state imaging device, as shown in FIG. 3 above, a pixel transistor is formed on the front surface side of the semiconductor substrate, and a plurality of layers of wiring made of a metal layer are arranged above the pixel transistor via an interlayer insulating film. Layers are formed. A color filter layer and an on-chip lens are formed on the back surface side of the semiconductor substrate, and light is incident from the back surface side of the substrate. That is, the back-illuminated type has a configuration in which the wiring layer is formed on the side opposite to the light incident surface.

図6に、画素部上に形成する遮光構造の第1実施形態を示す。図6A は、4画素共有単位上に形成された各種配線の構成を示す平面図である。図6Bは、図6Aに示す配線構造のA−A線断面図である。また、図6Aに示す4画素共有単位の画素部は、上述の図5に示す構成と同様の構成であり、同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。 FIG. 6 shows a first embodiment of a light-shielding structure formed on the pixel portion. FIG. 6A is a plan view showing the configuration of various wirings formed on the 4-pixel sharing unit. FIG. 6B is a sectional view taken along line AA of the wiring structure shown in FIG. 6A. Further, the pixel portion of the 4-pixel sharing unit shown in FIG. 6A has the same configuration as that shown in FIG. 5 described above, and the same reference numerals are given to the same configuration, and detailed description thereof will be omitted.

画素部上に遮光構造を構成する配線は、転送配線と、転送配線に並行して配列されるその他の配線とからなる。本実施形態では、転送配線に並行して配列される配線として、パルス配線、及び、ダミー配線を用いる。転送配線以外の配線については、特に限定することなく、CMOS固体撮像装置に設けられる各種配線や、ダミー配線等を適宜使用することができる。 The wiring forming the light-shielding structure on the pixel portion includes a transfer wiring and other wiring arranged in parallel with the transfer wiring. In this embodiment, pulse wiring and dummy wiring are used as the wiring arranged in parallel with the transfer wiring. The wiring other than the transfer wiring is not particularly limited, and various wirings provided in the CMOS solid-state image sensor, dummy wirings, and the like can be appropriately used.

図6Aに示すように、画素部では、上面から見て水平方向に延長し、且つ垂直方向に並行して配列された転送配線84〜87が、所要の間隔をもって配列されている。例えば、4本の転送配線84〜87のうち、少なくとも1本以上がフォトダイオードPDの上を横切るように並行して配置される。本例では、フォトダイオードPDの中心付近を転送配線84、87が横切るように形成されている。
転送配線84〜87は、4画素共有単位の各転送トランジスタTr11〜14の転送ゲート電極75〜78に接続される。このとき、4本の転送配線84〜87は、配線幅と配線間の間隔がそれぞれ同一であることが好ましい。
As shown in FIG. 6A, in the pixel portion, transfer wirings 84 to 87 extending in the horizontal direction and arranged in parallel in the vertical direction when viewed from the upper surface are arranged at required intervals. For example, at least one of the four transfer wires 84 to 87 is arranged in parallel so as to cross over the photodiode PD. In this example, the transfer wires 84 and 87 are formed so as to cross the vicinity of the center of the photodiode PD.
The transfer wirings 84 to 87 are connected to the transfer gate electrodes 75 to 78 of the transfer transistors Tr11 to 14 of the 4-pixel sharing unit. At this time, it is preferable that the wiring widths and the intervals between the wirings of the four transfer wirings 84 to 87 are the same.

さらに、図6Aに示すように、転送配線84〜87に隣接して、パルス配線88〜91が設けられる。図6では、外側に設けられた転送配線84及び87に対して、それぞれ2本のパルス配線88,89及び90,91が配置されている。パルス配線88〜91は、転送配線84〜87と並行して配列されている。パルス配線88〜91と転送配線84〜87とは、配線幅と配線間の間隔がそれぞれ同一であることが好ましい。
図6Bに示すように、第1実施形態では、転送配線84〜87及びパルス配線88〜91等の配線はすべて同じ配線層に形成されている。
Further, as shown in FIG. 6A, pulse wirings 88 to 91 are provided adjacent to the transfer wirings 84 to 87. In FIG. 6, two pulse wirings 88, 89 and 90, 91 are arranged with respect to the transfer wirings 84 and 87 provided on the outside, respectively. The pulse wires 88 to 91 are arranged in parallel with the transfer wires 84 to 87. It is preferable that the pulse wirings 88 to 91 and the transfer wirings 84 to 87 have the same wiring width and spacing between the wirings.
As shown in FIG. 6B, in the first embodiment, the wirings such as the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 are all formed in the same wiring layer.

また、図6A,Bに示すように、転送配線84〜87及びパルス配線88〜91と異なる配線層に、ダミー配線92が形成されている。ダミー配線92は、上述の図4に示すように、転送配線84〜87及びパルス配線88〜91と、それぞれ一部が重なり合う位置に配置される。ダミー配線92は、電気的にフローティングでもよく、また、電源電圧及びグランドに固定してもよい。 Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, a dummy wiring 92 is formed in a wiring layer different from the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91. As shown in FIG. 4, the dummy wiring 92 is arranged at a position where a part of the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 overlap each other. The dummy wiring 92 may be electrically floating, or may be fixed to the power supply voltage and ground.

第1実施形態の遮光構造では、多層配線層において、下層の配線層に転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91が設けられ、上層の配線層にダミー配線92が設けられている。
下層の転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91と、上層のダミー配線92とは、上述の図4に示す配線40A,40Bのように、配線層の配線間の距離81よりも大きな重なり量82を有して配置されている。
さらに、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91の開口幅83が、それぞれ均一な長さで形成されている。また、ダミー配線92の開口幅83が一定の長さで形成されている。
In the light-shielding structure of the first embodiment, in the multilayer wiring layer, transfer wirings 84 to 87 and pulse wirings 88 to 91 are provided in the lower wiring layer, and dummy wiring 92 is provided in the upper wiring layer.
The lower layer transfer wirings 84 to 87, the pulse wirings 88 to 91, and the upper layer dummy wiring 92 are larger than the distance 81 between the wirings of the wiring layer, as in the wirings 40A and 40B shown in FIG. It is arranged with an overlapping amount of 82.
Further, the transfer wirings 84 to 87 and the opening widths 83 of the pulse wirings 88 to 91 are formed to have uniform lengths, respectively. Further, the opening width 83 of the dummy wiring 92 is formed to have a constant length.

転送配線84〜87、パルス配線88〜91、及び、ダミー配線92を上述のように配置することにより、フォトダイオードPDと、フォトダイオードPDの至近距離に位置するロジック回路等の能動素子との間に遮光構造が構成される。このため、ロジック回路等のMOSトランジスタで発生するホットキャリア光が、遮光構造を構成する配線層により遮ることができる。また、保護用のダイオードの動作時に発生する光についても、遮光構造を構成する配線層により遮ることができる。従って、画素部のフォトダイオードPDへのホットキャリア発光の入射を防ぐことができる。 By arranging the transfer wirings 84 to 87, the pulse wirings 88 to 91, and the dummy wiring 92 as described above, the photodiode PD is located between the photodiode PD and an active element such as a logic circuit located at a close distance to the photodiode PD. A light-shielding structure is configured in. Therefore, hot carrier light generated by a MOS transistor such as a logic circuit can be blocked by a wiring layer constituting a light-shielding structure. Further, the light generated during the operation of the protection diode can also be blocked by the wiring layer constituting the light-shielding structure. Therefore, it is possible to prevent hot carrier light emission from entering the photodiode PD of the pixel portion.

特に、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91と、ダミー配線92とが配線間の距離81よりも大きな重なり量82を有して配置されることにより、光の回折の影響による斜めからのホットキャリア光を遮ることができる。このため、フォトダイオードPDへのホットキャリア光の入射を、さらに抑制することが可能な遮光構造とすることができる。
従って、ホットキャリア光が画素領域に写り込むことが回避され、よって画質が向上した固体撮像装置を提供することができる。
In particular, the transfer wirings 84 to 87, the pulse wirings 88 to 91, and the dummy wirings 92 are arranged so as to have an overlap amount 82 larger than the distance 81 between the wirings, so that they are oblique due to the influence of light diffraction. Can block hot carrier light from. Therefore, it is possible to provide a light-shielding structure capable of further suppressing the incident of hot carrier light on the photodiode PD.
Therefore, it is possible to provide a solid-state image sensor in which hot carrier light is prevented from being reflected in the pixel region and the image quality is improved.

また、転送配線84〜87、パルス配線88〜91、及び、ダミー配線92の開口幅83が、それぞれ均一な長さで形成されていることにより、配線間の位置関係を同一にすることができる。このため、配線間の結合容量を均一化することができ、転送ゲートの電位変動を均一化することができる。従って、転送配線の電位変動が、各転送ゲートで同じになり、各画素の飽和信号量のばらつきを抑制することできる。 Further, since the transfer wirings 84 to 87, the pulse wirings 88 to 91, and the opening width 83 of the dummy wiring 92 are each formed to have a uniform length, the positional relationship between the wirings can be made the same. .. Therefore, the coupling capacitance between the wirings can be made uniform, and the potential fluctuation of the transfer gate can be made uniform. Therefore, the potential fluctuation of the transfer wiring becomes the same at each transfer gate, and the variation in the saturation signal amount of each pixel can be suppressed.

〈3.固体撮像装置の第2実施形態〉
次に、第2実施形態の固体撮像装置の構成について説明する。第2実施形態においても、遮光構造を形成する配線の構成を除き、上述の第1実施形態と同様の固体撮像装置を適用することができる。このため、以下の説明では、遮光構造を形成する配線の構成について説明する。
<3. Second Embodiment of the solid-state image sensor>
Next, the configuration of the solid-state image sensor of the second embodiment will be described. Also in the second embodiment, the same solid-state image pickup device as in the first embodiment described above can be applied except for the configuration of the wiring forming the light-shielding structure. Therefore, in the following description, the configuration of the wiring forming the light-shielding structure will be described.

[配線:遮光構造の構成例]
図7に、画素共有単位が構成されている画素部上に設けられる、遮光構造を構成する配線構造を示す。図7Aは、上述の図5に示す4画素共有単位上に形成された各種配線の構成を示す平面図である。図7Bは、図7Aに示す配線構造のA−A線断面図である。
[Wiring: Shading structure configuration example]
FIG. 7 shows a wiring structure constituting a light-shielding structure provided on a pixel portion in which a pixel sharing unit is formed. FIG. 7A is a plan view showing the configuration of various wirings formed on the 4-pixel sharing unit shown in FIG. 5 described above. FIG. 7B is a sectional view taken along line AA of the wiring structure shown in FIG. 7A.

転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91は、上述の第1実施形態と同じ配置で構成されている。そして、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91が形成された配線層の上層に、ダミー配線92が形成された配線層を備える。 The transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 are configured in the same arrangement as in the first embodiment described above. Then, a wiring layer in which the dummy wiring 92 is formed is provided on the upper layer of the wiring layer in which the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 are formed.

ダミー配線92は、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91を覆うように、4画素共有単位のフォトダイオードPDを覆って形成されている。ダミー配線92の形成領域は、図5に示す遮光領域以上とすることが好ましい。特に、画素部全面に形成することが好ましい。ダミー配線92は、電気的にフローティングでもよく、また、電源電圧及びグランドに固定してもよい。 The dummy wiring 92 is formed by covering the photodiode PD of the 4-pixel sharing unit so as to cover the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91. The formation region of the dummy wiring 92 is preferably equal to or larger than the light-shielding region shown in FIG. In particular, it is preferable to form the entire pixel portion. The dummy wiring 92 may be electrically floating, or may be fixed to the power supply voltage and ground.

また、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91は、上述の図4に示す配線間の開口幅83が一定に形成される。ダミー配線92は、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91の全体を覆って形成されているため、重なり量82は、全ての配線で均一となる。また、配線間の距離81よりも、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91の幅を大きくすることにより、重なり量82が配線間の距離81よりも大きくなる。 Further, in the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91, the opening width 83 between the wirings shown in FIG. 4 is formed to be constant. Since the dummy wiring 92 is formed so as to cover the entire transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91, the overlap amount 82 is uniform in all the wirings. Further, by making the widths of the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 larger than the distance 81 between the wirings, the overlapping amount 82 becomes larger than the distance 81 between the wirings.

上述のように、転送配線84〜87、パルス配線88〜91、及び、ダミー配線92が配置されることにより、配線間の位置関係を同一にすることができる。このため、配線間の結合容量を均一化することができ、転送ゲートの電位変動を均一化することができる。従って、転送配線の電位変動影響が、各転送ゲートで同じになり、各フォトダイオード間の飽和信号量のばらつきを抑制することができる。 As described above, by arranging the transfer wirings 84 to 87, the pulse wirings 88 to 91, and the dummy wiring 92, the positional relationship between the wirings can be made the same. Therefore, the coupling capacitance between the wirings can be made uniform, and the potential fluctuation of the transfer gate can be made uniform. Therefore, the influence of the potential fluctuation of the transfer wiring becomes the same at each transfer gate, and the variation in the saturation signal amount between the photodiodes can be suppressed.

また、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91を覆うダミー配線92が形成されることにより、画素部上に配線間の距離81よりも大きな重なり量82を有した遮光構造が形成される。このため、画素部のフォトダイオードPDへのホットキャリア発光の入射を防ぐことができる。特に、光の回折の影響による斜めからのホットキャリア光の入射防止に効果的な構成となる。 Further, by forming the transfer wirings 84 to 87 and the dummy wirings 92 covering the pulse wirings 88 to 91, a light-shielding structure having an overlap amount 82 larger than the distance 81 between the wirings is formed on the pixel portion. To. Therefore, it is possible to prevent hot carrier light emission from entering the photodiode PD of the pixel portion. In particular, the configuration is effective in preventing the incident of hot carrier light from an angle due to the influence of light diffraction.

〈4.固体撮像装置の第3実施形態〉
次に、第3実施形態の固体撮像装置の構成について説明する。第3実施形態においても、遮光構造を形成する配線の構成を除き、上述の第1実施形態と同様の固体撮像装置を適用することができる。このため、以下の説明では、遮光構造を形成する配線の構成について説明する。
<4. Third Embodiment of the solid-state image sensor>
Next, the configuration of the solid-state image sensor of the third embodiment will be described. Also in the third embodiment, the same solid-state image pickup device as in the first embodiment described above can be applied except for the configuration of the wiring forming the light-shielding structure. Therefore, in the following description, the configuration of the wiring forming the light-shielding structure will be described.

[配線:遮光構造の構成例]
図8に、画素共有単位が構成されている画素部上に設けられる、遮光構造を構成する配線構造を示す。図8Aは、上述の図5に示す4画素共有単位上に形成された各種配線の構成を示す平面図である。図8Bは、図8Aに示す配線構造のA−A線断面図である。
[Wiring: Shading structure configuration example]
FIG. 8 shows a wiring structure constituting a light-shielding structure provided on a pixel portion in which a pixel sharing unit is formed. FIG. 8A is a plan view showing the configuration of various wirings formed on the 4-pixel sharing unit shown in FIG. 5 described above. FIG. 8B is a sectional view taken along line AA of the wiring structure shown in FIG. 8A.

図8に示すように、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91は、上述の第1実施形態と同じ配置で構成されている。そして、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91が形成された配線層の上層に、ダミー配線92が形成された配線層を備える。 As shown in FIG. 8, the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 are configured in the same arrangement as in the first embodiment described above. Then, a wiring layer in which the dummy wiring 92 is formed is provided on the upper layer of the wiring layer in which the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 are formed.

第3実施形態の配線による遮光構造は、遮光構造の一部に開口部が設けられた例である。このため、図8に示す構成は、上述の第2実施形態の遮光構造に加えて、画素部上であってフォトダイオードPDの遮光領域外に、開口部が設けられた構成である。
このように、配線による遮光構造では、画素部上に開口部が設けられていてもよい。
The light-shielding structure by wiring of the third embodiment is an example in which an opening is provided in a part of the light-shielding structure. Therefore, in the configuration shown in FIG. 8, in addition to the light-shielding structure of the second embodiment described above, an opening is provided on the pixel portion and outside the light-shielding region of the photodiode PD.
As described above, in the light-shielding structure by wiring, an opening may be provided on the pixel portion.

ダミー配線92は、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91を覆うように、4画素共有単位のフォトダイオードPDを覆って形成されている。ダミー配線92の形成領域は、図5に示す遮光領域以上とすることが好ましい。特に、画素部全面に形成することが好ましい。ダミー配線92は、電気的にフローティングでもよく、また、電源電圧及びグランドに固定してもよい。 The dummy wiring 92 is formed by covering the photodiode PD of the 4-pixel sharing unit so as to cover the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91. The formation region of the dummy wiring 92 is preferably equal to or larger than the light-shielding region shown in FIG. In particular, it is preferable to form the entire pixel portion. The dummy wiring 92 may be electrically floating, or may be fixed to the power supply voltage and ground.

また、ダミー配線92には、配線の一部が除去された開口部101が設けられている。配線による遮光構造では、上層の配線層と、下層の配線層とが重なりを有していない領域が、開口部101となる。 つまり、第3実施形態の例では、下層の配線層に形成された転送配線84〜87及びパルス配線88〜91と、上層に形成されたダミー配線92が形成されていない領域が、配線による遮光構造の開口部101である。
転送配線84〜87及びパルス配線88〜91を部分的に除去することは難しいため、ダミー配線92の一部を除去することにより、開口部101を形成する。
Further, the dummy wiring 92 is provided with an opening 101 from which a part of the wiring is removed. In the light-shielding structure by wiring, the region where the upper wiring layer and the lower wiring layer do not overlap is the opening 101. That is, in the example of the third embodiment, the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 formed in the lower wiring layer and the region in which the dummy wiring 92 formed in the upper layer is not formed are shielded from light by wiring. The opening 101 of the structure.
Since it is difficult to partially remove the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91, the opening 101 is formed by removing a part of the dummy wiring 92.

開口部101は、至近距離に位置するMOSトランジスタで発生するホットキャリア発光を遮光するために、画素部のフォトダイオードPD上を除く位置に形成することが好ましい。但し、固体撮像装置の取得画像に影響がない程度の開口、例えば、フォトダイオードPD上に検出限界以下のホットキャリア発光しか入射しない程度で開口が形成されている分には、開口部101がフォトダイオードPD上に設けられていてもよい。 The opening 101 is preferably formed at a position other than on the photodiode PD of the pixel portion in order to block hot carrier light emission generated by a MOS transistor located at a close distance. However, the opening 101 is a photo of the aperture that does not affect the acquired image of the solid-state image sensor, for example, the aperture is formed on the photodiode PD to the extent that only hot carrier emission below the detection limit is incident. It may be provided on the diode PD.

例えば、上述の図5において示す、フォトダイオードPD上において、少なくともフォトダイオードPDの短辺を1辺とする正方形の領域が、遮光領域100 である。
また、例えば、開口部101は、開口中心がフォトダイオードPD上でなければ、形成位置及び形成個数は限定されない。
For example, on the photodiode PD shown in FIG. 5 above, at least a square region having a short side of the photodiode PD as one side is a light-shielding region 100.
Further, for example, the opening position and the number of the openings 101 are not limited unless the center of the opening is on the photodiode PD.

但し、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91の位置関係は、上述の図4に示す配線間の開口幅83が一定に形成される。転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91の配置に均一性があれば、ダミー配線との均一性については、特に問題とならない。 開口部101が設けられている領域では、転送配線とダミー配線との位置関係が、他の領域との均一性が保たれていないが、転送配線とダミー配線との均一性については、結合容量への影響がほとんどないため、無視してよい。 However, in the positional relationship between the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91, the opening width 83 between the wirings shown in FIG. 4 described above is formed to be constant. If the arrangement of the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 is uniform, there is no particular problem with the uniformity with the dummy wiring. In the area where the opening 101 is provided, the positional relationship between the transfer wiring and the dummy wiring is not kept uniform with other areas, but the uniformity between the transfer wiring and the dummy wiring is the coupling capacitance. It has almost no effect on the device and can be ignored.

上述のように、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91が配置されることにより、配線間の位置関係を同一にすることができる。このため、配線間の結合容量を均一化することができ、転送ゲートの電位変動を均一化することができる。従って、転送配線の電位変動影響が、各転送ゲートで同じになり、各フォトダイオード間の飽和信号量のばらつきを抑制することができる。 As described above, by arranging the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91, the positional relationship between the wirings can be made the same. Therefore, the coupling capacitance between the wirings can be made uniform, and the potential fluctuation of the transfer gate can be made uniform. Therefore, the influence of the potential fluctuation of the transfer wiring becomes the same at each transfer gate, and the variation in the saturation signal amount between the photodiodes can be suppressed.

また、転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91を覆うダミー配線92が形成されることにより、画素部上に配線間の距離81よりも大きな重なり量82を有した遮光構造が形成される。このため、画素部のフォトダイオードPDへのホットキャリア発光の入射を防ぐことができる。特に、光の回折の影響による斜めからのホットキャリア光の入射防止に効果的な構成となる。 Further, by forming the transfer wirings 84 to 87 and the dummy wirings 92 covering the pulse wirings 88 to 91, a light-shielding structure having an overlap amount 82 larger than the distance 81 between the wirings is formed on the pixel portion. To. Therefore, it is possible to prevent hot carrier light emission from entering the photodiode PD of the pixel portion. In particular, the configuration is effective in preventing the incident of hot carrier light from an angle due to the influence of light diffraction.

なお、上述の第1実施形態においても、ダミー配線92の一部を除去し、上層のダミー配線92と、下層の転送配線84〜87、及び、パルス配線88〜91とが重ならない領域を設けることにより、任意の位置に開口部を設けることができる。 Also in the above-described first embodiment, a part of the dummy wiring 92 is removed to provide a region where the upper dummy wiring 92, the lower layer transfer wirings 84 to 87, and the pulse wirings 88 to 91 do not overlap. Thereby, the opening can be provided at an arbitrary position.

〈5.固体撮像装置の第4実施形態〉
次に、第4実施形態の固体撮像装置の構成について説明する。第4実施形態においても、遮光構造を形成する配線の構成を除き、上述の第1実施形態と同様の固体撮像装置を適用することができる。このため、以下の説明では、遮光構造を形成する配線の構成について説明する。
<5. Fourth Embodiment of Solid-state Image Sensor>
Next, the configuration of the solid-state image sensor of the fourth embodiment will be described. Also in the fourth embodiment, the same solid-state image pickup device as in the first embodiment described above can be applied except for the configuration of the wiring forming the light-shielding structure. Therefore, in the following description, the configuration of the wiring forming the light-shielding structure will be described.

[配線:遮光構造の構成例]
図9に、画素共有単位が構成されている画素部上に設けられる、遮光構造を構成する配線構造を示す。図9Aは、上述の図5に示す4画素共有単位上に形成された各種配線の構成を示す平面図である。図9Bは、図9Aに示す配線構造のA−A線断面図である。
[Wiring: Shading structure configuration example]
FIG. 9 shows a wiring structure constituting a light-shielding structure provided on a pixel portion in which a pixel sharing unit is formed. FIG. 9A is a plan view showing the configuration of various wirings formed on the 4-pixel sharing unit shown in FIG. 5 described above. FIG. 9B is a sectional view taken along line AA of the wiring structure shown in FIG. 9A.

下層の配線層に、転送配線84〜87と、ダミー配線92が形成されている。そして、上層の配線層に、パルス配線88〜91と、ダミー配線93が形成されている。 Transfer wirings 84 to 87 and dummy wiring 92 are formed in the lower wiring layer. Then, pulse wirings 88 to 91 and dummy wirings 93 are formed in the upper wiring layer.

下層の配線層では、上面から見て水平方向に延長し、且つ垂直方向に並行して配列された転送配線84〜87とダミー配線92とが、交互に所要の間隔をもって配列されている。
上層の配線層では、上面から見て水平方向に延長し、且つ垂直方向に並行して配列されたパルス配線88〜91とダミー配線93とが、交互に所要の間隔をもって配列されている。
In the lower wiring layer, transfer wirings 84 to 87 extending horizontally when viewed from the upper surface and arranged in parallel in the vertical direction and dummy wirings 92 are alternately arranged at required intervals.
In the upper wiring layer, pulse wirings 88 to 91 extending in the horizontal direction when viewed from the upper surface and arranged in parallel in the vertical direction and dummy wirings 93 are alternately arranged at required intervals.

転送配線84〜87とダミー配線93、及び、転送配線84〜87とパルス配線88〜91は、上述の図4に示す配線40A,40Bのように、配線層の配線間の距離81よりも大きな重なり量82を有して配置されている。同様に、ダミー配線92とパルス配線88〜91、及び、ダミー配線92とダミー配線93は、上述の図4に示す配線40A,40Bのように、配線層の配線間の距離81よりも大きな重なり量82を有して配置されている。このように、上下の配線層において、各配線の重なり量82は、一定の長さで形成されている。 The transfer wirings 84 to 87 and the dummy wirings 93, and the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 are larger than the distance 81 between the wirings of the wiring layer, as in the wirings 40A and 40B shown in FIG. 4 above. It is arranged with an overlapping amount of 82. Similarly, the dummy wiring 92 and the pulse wiring 88 to 91, and the dummy wiring 92 and the dummy wiring 93 overlap more than the distance 81 between the wirings of the wiring layer as in the wirings 40A and 40B shown in FIG. 4 above. Arranged with a quantity of 82. As described above, in the upper and lower wiring layers, the overlapping amount 82 of each wiring is formed to have a constant length.

さらに、転送配線84〜87とダミー配線92との開口幅83、及び、パルス配線88〜91とダミー配線93との開口幅83が一定の長さで形成されている。さらに、下層の転送配線84〜87と、上層のパルス配線88〜91との間隔が一定に配置されている。 Further, the opening width 83 between the transfer wirings 84 to 87 and the dummy wiring 92 and the opening width 83 between the pulse wirings 88 to 91 and the dummy wiring 93 are formed to have a constant length. Further, the intervals between the transfer wirings 84 to 87 in the lower layer and the pulse wirings 88 to 91 in the upper layer are arranged to be constant.

上述のように、転送配線84〜87、パルス配線88〜91、及び、ダミー配線92,93が配置されることにより、配線間の位置関係を同一にすることができる。このため、配線間の結合容量を均一化することができ、転送ゲートの電位変動を均一化することができる。従って、転送配線の電位変動影響が、各転送ゲートで同じになり、各フォトダイオード間の飽和信号量のばらつきを抑制することができる。 As described above, by arranging the transfer wirings 84 to 87, the pulse wirings 88 to 91, and the dummy wirings 92 and 93, the positional relationship between the wirings can be made the same. Therefore, the coupling capacitance between the wirings can be made uniform, and the potential fluctuation of the transfer gate can be made uniform. Therefore, the influence of the potential fluctuation of the transfer wiring becomes the same at each transfer gate, and the variation in the saturation signal amount between the photodiodes can be suppressed.

また、転送配線84〜87、パルス配線88〜91、及び、ダミー配線92,93が形成されることにより、画素部上に配線間の距離81よりも大きな重なり量82を有した遮光構造が形成される。このため、画素部のフォトダイオードPDへのホットキャリア発光の入射を防ぐことができる。特に、光の回折の影響による斜めからのホットキャリア光の入射防止に効果的な構成となる。 Further, by forming the transfer wirings 84 to 87, the pulse wirings 88 to 91, and the dummy wirings 92 and 93, a light-shielding structure having an overlap amount 82 larger than the distance 81 between the wirings is formed on the pixel portion. Will be done. Therefore, it is possible to prevent hot carrier light emission from entering the photodiode PD of the pixel portion. In particular, the configuration is effective in preventing the incident of hot carrier light from an angle due to the influence of light diffraction.

上述のように、遮光構造を構成する2層の配線層において、転送配線84〜87と、パルス配線88〜91とを異なる配線層に形成してもよい。そして、転送配線84〜87とパルス配線88〜91とが重なり合う構成の遮光構造を形成してもよい。また、ダミー配線を両方の配線層に形成してもよい。そして、上下層のダミー配線同士が重なることにより、遮光構造が形成されていてもよい。
このように、上述の第1〜3実施形態のような、転送配線84〜87及びパルス配線88〜91と、ダミー配線92との重なりによる遮光構造以外にも、配線による遮光構造を構成することができる。
As described above, in the two wiring layers constituting the light-shielding structure, the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 may be formed in different wiring layers. Then, a light-shielding structure may be formed in which the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 overlap each other. Further, dummy wiring may be formed on both wiring layers. Then, a light-shielding structure may be formed by overlapping the dummy wirings of the upper and lower layers.
As described above, in addition to the light-shielding structure by overlapping the transfer wirings 84 to 87 and the pulse wirings 88 to 91 and the dummy wiring 92 as in the first to third embodiments described above, a light-shielding structure by wiring is configured. Can be done.

〈6.電子機器〉
次に、上述の固体撮像装置を備える電子機器の実施形態について説明する。
上述の固体撮像装置は、例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステム、撮像機能を有する携帯電話、又は、撮像機能を備えた他の機器などの電子機器に適用することができる。図10に、電子機器の一例として、固体撮像装置を静止画像又は動画を撮影が可能なカメラに適用した場合の概略構成を示す。
<6. Electronics>
Next, an embodiment of an electronic device including the above-mentioned solid-state image sensor will be described.
The above-mentioned solid-state image sensor can be applied to, for example, a camera system such as a digital camera or a video camera, a mobile phone having an image pickup function, or an electronic device such as another device having an image pickup function. FIG. 10 shows a schematic configuration when a solid-state image sensor is applied to a camera capable of capturing a still image or a moving image as an example of an electronic device.

この例のカメラ110は、固体撮像装置111と、固体撮像装置111の受光センサ部に入射光を導く光学系112と、固体撮像装置111及び光学系112間に設けられたシャッタ装置113と、固体撮像装置111を駆動する駆動回路114とを備える。さらに、カメラ110は、固体撮像装置111の出力信号を処理する信号処理回路115を備える。 The camera 110 of this example includes a solid-state image sensor 111, an optical system 112 that guides incident light to a light receiving sensor unit of the solid-state image sensor 111, a shutter device 113 provided between the solid-state image sensor 111 and the optical system 112, and a solid-state camera. A drive circuit 114 for driving the image sensor 111 is provided. Further, the camera 110 includes a signal processing circuit 115 that processes the output signal of the solid-state image sensor 111.

固体撮像装置111には、上述の第1実施形態から第4実施形態に示す固体撮像装置を適用することができる。光学系(光学レンズ)112は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置111の撮像面(不図示)上に結像させる。これにより、固体撮像装置111内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。なお、光学系112は、複数の光学レンズを含む光学レンズ群で構成してもよい。また、シャッタ装置113は、入射光の固体撮像装置111への光照射期間及び遮光期間を制御する。 The solid-state image sensor 111 shown in the first to fourth embodiments described above can be applied to the solid-state image sensor 111. The optical system (optical lens) 112 forms an image of image light (incident light) from a subject on an image pickup surface (not shown) of the solid-state image pickup device 111. As a result, the signal charge is accumulated in the solid-state image sensor 111 for a certain period of time. The optical system 112 may be composed of an optical lens group including a plurality of optical lenses. Further, the shutter device 113 controls the light irradiation period and the light blocking period of the incident light on the solid-state image sensor 111.

駆動回路114は、固体撮像装置111及びシャッタ装置113に駆動信号を供給する。そして、駆動回路114は、供給した駆動信号により、固体撮像装置111の信号処理回路115への信号出力動作、及び、シャッタ装置113のシャッタ動作を制御する。すなわち、この例では、駆動回路114から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置111から信号処理回路115への信号転送動作を行う。 The drive circuit 114 supplies a drive signal to the solid-state image sensor 111 and the shutter device 113. Then, the drive circuit 114 controls the signal output operation of the solid-state imaging device 111 to the signal processing circuit 115 and the shutter operation of the shutter device 113 by the supplied drive signal. That is, in this example, the signal transfer operation from the solid-state imaging device 111 to the signal processing circuit 115 is performed by the drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit 114.

信号処理回路115は、固体撮像装置111から転送された信号に対して、各種の信号処理を施す。そして、各種信号処理が施された信号(映像信号)は、メモリなどの記憶媒体(不図示)に記憶される、又は、モニタ(不図示)に出力される。 The signal processing circuit 115 performs various signal processing on the signal transferred from the solid-state image sensor 111. Then, the signal (video signal) subjected to various signal processing is stored in a storage medium (not shown) such as a memory, or output to a monitor (not shown).

上述のカメラ110等の電子機器によれば、固体撮像装置111において、画素サイズの微細化に伴う飽和信号量のばらつきを抑制することができる。さらに、固体撮像装置において、周辺回路部における動作時のMOSトランジスタ、ダイオード等の能動素子からのホットキャリア光などの光のフォトダイオードへの入射を抑制することができる。従って、画質が向上した高品質の電子機器を提供することができる。 According to the electronic device such as the camera 110 described above, in the solid-state image sensor 111, it is possible to suppress the variation in the saturation signal amount due to the miniaturization of the pixel size. Further, in the solid-state image sensor, it is possible to suppress the incident of light such as hot carrier light from active elements such as MOS transistors and diodes into the photodiode during operation in the peripheral circuit section. Therefore, it is possible to provide a high-quality electronic device with improved image quality.

なお、上述の各実施形態では、遮光構造を2層の配線層により構成する例について説明したが、遮光構造に使用する配線層の数は、3層以上であってもよい。この場合にも、配線層の配線間の距離よりも配線の重なり量を大きくすることで、遮光構造を構成することができる。また、遮光構造を3層以上の配線層から構成する場合にも、遮光構造を構成する転送配線と他の配線とで、配線幅と配線間隔を均一に形成すれば、結合容量の均一化ができる。 In each of the above-described embodiments, an example in which the light-shielding structure is composed of two wiring layers has been described, but the number of wiring layers used for the light-shielding structure may be three or more. Also in this case, the light-shielding structure can be configured by increasing the amount of overlapping of the wirings rather than the distance between the wirings of the wiring layer. Further, even when the light-shielding structure is composed of three or more wiring layers, if the wiring width and the wiring interval are uniformly formed between the transfer wiring and the other wirings constituting the light-shielding structure, the coupling capacitance can be made uniform. it can.

また、上述の実施形態では、画素領域と制御領域及びロジック回路とを別々の基体に作製して、これらの基体を接合した場合について説明しているが、画素領域と制御領域、ロジック回路を同一の基体内に形成してもよい。また、画素領域と制御領域、ロジック回路は垂直方向にある必要はなく、同一面内にあってもよい。 いずれの場合も、画素領域と制御領域、ロジック回路が至近距離にあるような構造の場合に適用することができる。 Further, in the above-described embodiment, the case where the pixel region, the control region, and the logic circuit are formed on separate substrates and these substrates are joined is described, but the pixel region, the control region, and the logic circuit are the same. It may be formed in the substrate of. Further, the pixel area, the control area, and the logic circuit do not have to be in the vertical direction, and may be in the same plane. In any case, it can be applied to the case where the pixel area, the control area, and the logic circuit are in close proximity to each other.

なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
(1)光電変換素子を含む画素が複数配列された画素領域と、前記画素領域上に均一な開口幅で並列して形成された転送配線と、前記転送配線の上層の配線層に形成され、少なくとも一部が前記転送配線と平面位置で重なり合う位置に設けられた他の配線と、を備え、前記転送配線と前記他の配線とにより前記画素領域に遮光構造が形成されている固体撮像装置。
(2)前記基体の第1面側の表面に前記光電変換素子が設けられ、前記基体の第2面上に前記配線層が設けられている(1)に記載の固体撮像装置。
(3)前記基体の第2面側に前記配線層を介して貼り合わされた第2の基体を備え、前記第2の基体に周辺回路部を有し、前記画素領域と前記周辺回路部との間に前記遮光構造が形成されている(2)に記載の固体撮像装置。
(4)前記光電変換素子の近距離に信号処理のための能動素子を備える(1)から(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(5)前記能動素子として、少なくとも電界効果型トランジスタ又はダイオードのいずれかを含む(4)に記載の固体撮像装置。
(6)前記他の配線としてパルス配線及びダミー配線を含む(1)から(5)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(7)(1)から(6)のいずれかに記載の固体撮像装置と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備える電子機器。
The present disclosure may also have the following structure.
(1) A pixel region in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion element are arranged, a transfer wiring formed in parallel on the pixel region with a uniform opening width, and a wiring layer above the transfer wiring are formed. A solid-state imaging device including at least a part of the transfer wiring and other wiring provided at a position where they overlap in a plane position, and a light-shielding structure is formed in the pixel region by the transfer wiring and the other wiring.
(2) The solid-state image sensor according to (1), wherein the photoelectric conversion element is provided on the surface of the substrate on the first surface side, and the wiring layer is provided on the second surface of the substrate.
(3) A second substrate bonded to the second surface side of the substrate via the wiring layer is provided, the second substrate has a peripheral circuit portion, and the pixel region and the peripheral circuit portion The solid-state imaging device according to (2), wherein the light-shielding structure is formed between them.
(4) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (3), which includes an active element for signal processing at a short distance of the photoelectric conversion element.
(5) The solid-state image pickup device according to (4), wherein the active element includes at least one of a field effect transistor and a diode.
(6) The solid-state image sensor according to any one of (1) to (5), which includes pulse wiring and dummy wiring as the other wiring.
(7) An electronic device including the solid-state image sensor according to any one of (1) to (6) and a signal processing circuit for processing an output signal of the solid-state image sensor.

1,111 固体撮像装置、2 画素、3,23 画素領域、4 垂直駆動回路、5 カラム信号処理回路、6 水平駆動回路、7 出力回路、8,24 制御回路、9 垂直信号線、10 水平信号線、12 入出力端子、21,27 MOS型固体撮像装置、22,31 第1の半導体チップ部、25 ロジック回路、26,45 第2の半導体チップ部、32,46 半導体ウェル領域、33,47,94,95,97 ソース/ドレイン領域、34 n型半導体領域、35 p型半導体領域、36,48 ゲート電極、38,50 素子分離領域、39,49 層間絶縁膜、40,40A,40B,53,57 配線、41,55 多層配線層、42 絶縁スペーサ層、43a 第1絶縁膜、43b 第2絶縁膜、44,54,68 接続導体、58 バリアメタル層、59 ストレス補正膜、60 接着剤層、61 反射防止膜、62,67 絶縁膜、63 遮光膜、69 導波路材料膜、70 導波路、71 平坦化膜、72 キャップ膜、73 カラーフィルタ、74 オンチップマイクロレンズ、75 転送ゲート電極、79 選択ゲート電極、80 増幅ゲート電極、81 配線間の距離、82 重なり量、83 開口幅、84 転送配線、88 パルス配線、92,93 ダミー配線、99 リセットゲート電極、100 遮光領域、101 開口部、110 カメラ、112 光学系、113 シャッタ装置、114 駆動回路、115 信号処理回路、FD フローティングディフュージョン、PD1,PD2,PD1,PD4 フォトダイオード、Tr1 画素トランジスタ、Tr11,Tr12,Tr13,Tr14 転送トランジスタ、Tr21 リセットトランジスタ、Tr22 増幅トランジスタ、Tr23 選択トランジスタ 1,111 solid-state imaging device, 2 pixels, 3,23 pixel area, 4 vertical drive circuit, 5 column signal processing circuit, 6 horizontal drive circuit, 7 output circuit, 8, 24 control circuit, 9 vertical signal line, 10 horizontal signal Wire, 12 input / output terminals, 21,27 MOS type solid-state imaging device, 22,31 first semiconductor chip section, 25 logic circuit, 26,45 second semiconductor chip section, 32,46 semiconductor well region, 33,47 , 94, 95, 97 Source / drain region, 34 n-type semiconductor region, 35 p-type semiconductor region, 36, 48 gate electrode, 38, 50 element separation region, 39, 49 interlayer insulating film, 40, 40A, 40B, 53 , 57 wiring, 41,55 multi-layer wiring layer, 42 insulating spacer layer, 43a first insulating film, 43b second insulating film, 44, 54, 68 connecting conductor, 58 barrier metal layer, 59 stress correction film, 60 adhesive layer , 61 antireflection film, 62,67 insulating film, 63 shading film, 69 waveguide material film, 70 waveguide, 71 flattening film, 72 cap film, 73 color filter, 74 on-chip microlens, 75 transfer gate electrode, 79 Selective gate electrode, 80 Amplified gate electrode, 81 Distance between wirings, 82 Overlapping amount, 83 Opening width, 84 Transfer wiring, 88 Pulse wiring, 92, 93 Dummy wiring, 99 Reset gate electrode, 100 Shading area, 101 Opening , 110 camera, 112 optical system, 113 shutter device, 114 drive circuit, 115 signal processing circuit, FD floating diffusion, PD1, PD2, PD1, PD4 photodiode, Tr1 pixel transistor, Tr11, Tr12, Tr13, Tr14 transfer transistor, Tr21 Reset transistor, Tr22 amplification transistor, Tr23 selection transistor

Claims (4)

光電変換素子を含む画素が複数配列された画素領域を有する第1の半導体基体と、
前記第1の半導体基体上に設けられた第1の多層配線層と、を有する第1の半導体チップ部と、
ロジック回路が形成された第2の半導体基体と、
前記第2の半導体基体上に設けられた第2の多層配線層と、を有する第2の半導体チップ部とを備え、
前記第1の多層配線層は、前記第1の半導体基体に対して、前記光電変換素子に光が入射する側と反対側に設けられ、
前記第1の多層配線層は、第1の配線層と、第3の配線層とを有し、
前記第1の配線層は、第1の配線部と、断面視において前記第1の半導体チップ部と前記第2の半導体チップ部との接合面と平行な方向において、前記第1の配線部と間隔を開けて隣に設けられた第2の配線部とを含み、
前記第3の配線層は、第4の配線部と、断面視において前記接合面と平行な方向において、前記第4の配線部と間隔を開けて隣に設けられた第5の配線部とを含み、
前記第2の多層配線層は、第2の配線層を有し、前記第2の配線層は、第3の配線部を含み、
前記第1の半導体チップ部の前記第1の多層配線層側と、前記第2の半導体チップ部の前記第2の多層配線層側とが対向して、前記第1の半導体チップ部と前記第2の半導体チップ部とが積層され、
断面視における前記接合面と垂直な方向において、前記第1の配線部と前記第2の配線部との間隔の全部が、前記第3の配線部と重なる配置を有し、
断面視における前記接合面と垂直な方向において、前記第4の配線部と前記第5の配線部との間隔の全部が、前記第1の配線部と前記第2の配線部との間隔と重なる位置に配置された同一の前記第3の配線部と重なる配置を有し、
前記第1の配線部、前記第2の配線部、前記第4の配線部、及び、前記第5の配線部は、前記第1の配線部と前記第2の配線部との間隔と、前記第4の配線部と前記第5の配線部との間隔とが、断面視において前記接合面と垂直な方向において重ならない配置を有する
固体撮像装置。
A first semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion element are arranged,
A first semiconductor chip portion having a first multilayer wiring layer provided on the first semiconductor substrate, and a first semiconductor chip portion.
The second semiconductor substrate on which the logic circuit was formed and
A second semiconductor chip portion having a second multilayer wiring layer provided on the second semiconductor substrate is provided.
The first multilayer wiring layer is provided on the side opposite to the side where light is incident on the photoelectric conversion element with respect to the first semiconductor substrate.
The first multilayer wiring layer has a first wiring layer and a third wiring layer.
The first wiring layer includes the first wiring portion and the first wiring portion in a direction parallel to the joint surface between the first semiconductor chip portion and the second semiconductor chip portion in a cross-sectional view. Including a second wiring section provided next to it at intervals, including
The third wiring layer comprises a fourth wiring portion and a fifth wiring portion provided adjacent to the fourth wiring portion at a distance from the fourth wiring portion in a direction parallel to the joint surface in a cross-sectional view. Including
The second multilayer wiring layer has a second wiring layer, and the second wiring layer includes a third wiring portion.
The first multilayer wiring layer side of the first semiconductor chip portion and the second multilayer wiring layer side of the second semiconductor chip portion face each other, and the first semiconductor chip portion and the first 2 semiconductor chip parts are laminated,
In a direction perpendicular to the joint surface in a cross-sectional view, the entire distance between the first wiring portion and the second wiring portion has an arrangement that overlaps with the third wiring portion.
In the direction perpendicular to the joint surface in the cross-sectional view, the entire distance between the fourth wiring portion and the fifth wiring portion overlaps with the distance between the first wiring portion and the second wiring portion. It has an arrangement that overlaps with the same third wiring portion arranged at the position.
The first wiring portion, the second wiring portion, the fourth wiring portion, and the fifth wiring portion include the distance between the first wiring portion and the second wiring portion and the distance between the first wiring portion and the second wiring portion. A solid-state imaging device having an arrangement in which the distance between the fourth wiring portion and the fifth wiring portion does not overlap in a direction perpendicular to the joint surface in a cross-sectional view.
前記接合面と垂直な方向において、前記第1の配線部と前記第4の配線部とは断面視で少なくとも一部が重なり、前記第1の配線部と前記第4の配線部との断面視での重なり量は、前記垂直な方向における断面視での前記第1の配線部と前記第4の配線部との対向面同士の間の距離よりも大きい請求項1に記載の固体撮像装置。 In a direction perpendicular to the joint surface, at least a part of the first wiring portion and the fourth wiring portion overlaps in a cross-sectional view, and the first wiring portion and the fourth wiring portion are cross-sectionally viewed. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the amount of overlap is larger than the distance between the facing surfaces of the first wiring portion and the fourth wiring portion in a cross-sectional view in the vertical direction. 断面視において、前記接合面と平行な方向における前記第3の配線部の長さは、前記平行な方向における前記第1の配線部または前記第2の配線部の長さよりも大きい請求項1に記載の固体撮像装置。 In claim 1, the length of the third wiring portion in a direction parallel to the joint surface in a cross-sectional view is larger than the length of the first wiring portion or the second wiring portion in the parallel direction. The solid-state imaging device described. 断面視において、前記第2の配線層は複数の前記第3の配線部を有し、前記第3の配線部同士が隣り合う間隔が、前記第1の配線部と前記第2の配線部との間隔よりも大きい請求項1に記載の固体撮像装置。 In a cross-sectional view, the second wiring layer has a plurality of the third wiring portions, and the distance between the third wiring portions adjacent to each other is such that the first wiring portion and the second wiring portion are adjacent to each other. The solid-state imaging device according to claim 1, which is larger than the interval of.
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