JP2001298182A - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP2001298182A
JP2001298182A JP2001077733A JP2001077733A JP2001298182A JP 2001298182 A JP2001298182 A JP 2001298182A JP 2001077733 A JP2001077733 A JP 2001077733A JP 2001077733 A JP2001077733 A JP 2001077733A JP 2001298182 A JP2001298182 A JP 2001298182A
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哲也 飯塚
Kazuya Yonemoto
和也 米本
Michio Yamamura
道男 山村
Hideo Kanbe
秀夫 神戸
Hideji Abe
秀司 阿部
Michio Mano
三千雄 眞野
Machio Yamagishi
万千雄 山岸
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress floating diffusion and parasitic capacity of the input gate of an output transistor as well as a reset transistor to obtain a high electric charge-voltage conversion efficiency, related to an output circuit of a solid-state imaging device. SOLUTION: Related to a gate oxide film structure of a CCD solid-state imaging device, an MONOS structure is provided to a horizontal CCD while an MOS structure is provided for a reset transistor 8. So, due to characteristics of the MONOS structure at a transfer part, the thickness of an oxide film under each gate layer is formed constant. Due to the MOS structure of the film thickness of gate oxide film of the reset transistor 9, a threshold level VTH of the reset transistor 8 is stabilized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置に関
し、特にMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造
を使用した固体撮像装置における転送部と出力部の構造
に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a structure of a transfer unit and an output unit in a solid-state imaging device using a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9に、例えばインターライン転送方式
のCCD固体撮像装置の構成の一例を示す。同図におい
て、入射光を画素単位で信号電荷に変換して蓄積する2
次元配列された複数個のフォトセンサ(受光部)1と、
これらフォトセンサ1の垂直列毎に配置されかつ読出し
ゲート(ROG)2を介して読み出された信号電荷を垂
直方向に転送することより垂直走査する垂直CCD(垂
直転送部)3とによって撮像領域4が構成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 9 shows an example of a configuration of a CCD solid-state imaging device of, for example, an interline transfer system. In the figure, the incident light is converted into signal charges for each pixel and stored.
A plurality of photosensors (light receiving units) 1 arranged in a three-dimensional array;
An image pickup area is formed by a vertical CCD (vertical transfer unit) 3 which is arranged for each vertical column of the photosensors 1 and vertically scans by transferring signal charges read out via a readout gate (ROG) 2 in the vertical direction. 4 are configured.

【0003】垂直CCD3に読み出された信号電荷は、
1走査線毎に順に水平CCD(水平転送部)5へ転送さ
れる。水平CCD5は、垂直CCD3から転送された1
走査線分の信号電荷を水平方向に転送することにより水
平走査する。水平CCD5によって転送された信号電荷
は、水平出力ゲート(HOG)6を介してフローティン
グ・ディフュージョン7に蓄積される。フローティング
・ディフュージョン7に蓄積された信号電荷はリセット
用トランジスタ8によってリセットされる。フローティ
ング・ディフュージョン7で電圧変換された信号は、ソ
ースフォロワからなる出力部9によってインピーダンス
変換されて出力される。
[0003] The signal charges read to the vertical CCD 3 are:
The data is sequentially transferred to a horizontal CCD (horizontal transfer unit) 5 for each scanning line. The horizontal CCD 5 receives the 1 transferred from the vertical CCD 3.
Horizontal scanning is performed by transferring the signal charges for the scanning lines in the horizontal direction. The signal charges transferred by the horizontal CCD 5 are accumulated in a floating diffusion 7 via a horizontal output gate (HOG) 6. The signal charge stored in the floating diffusion 7 is reset by the reset transistor 8. The signal whose voltage has been converted by the floating diffusion 7 is impedance-converted and output by the output unit 9 comprising a source follower.

【0004】この種のCCD固体撮像装置では、ゲート
電極と半導体基板との間に酸化膜を挟んだMIS構造が
いたるところで使用されている。例えば、垂直CCD3
や水平CCD5の転送用レジスタや、出力部9のソース
フォロワのMOSトランジスタにMIS構造が使用され
ている。そして、従来のCCD固体撮像装置では、各部
のMIS構造のゲート酸化膜に単一種類の酸化膜を使用
していた。この単一種類の酸化膜として、現在主流とな
っているのは、MOS構造とMONOS(Metal-SiO2-Si
3N4-SiO2-Si)構造である。これら各構造につき、以下に
説明する。
In this type of CCD solid-state imaging device, an MIS structure in which an oxide film is interposed between a gate electrode and a semiconductor substrate is used everywhere. For example, vertical CCD3
The MIS structure is used for the transfer register of the horizontal CCD 5 and the MOS transistor of the source follower of the output unit 9. In the conventional CCD solid-state imaging device, a single type of oxide film is used for the gate oxide film of the MIS structure in each section. MOS structures and MONOS (Metal-SiO 2 -Si) are currently the mainstream of this single type of oxide film.
3 N 4 —SiO 2 —Si) structure. Each of these structures will be described below.

【0005】先ず、MOS構造の転送用レジスタの製造
工程の一例を図10(a)〜(f)に示す。
First, an example of a manufacturing process of a transfer register having a MOS structure is shown in FIGS. 10 (a) to 10 (f).

【0006】工程(a)は、シリコン基板11のSiO2
酸化膜12上に1層目のポリシリコン13をデポジショ
ンする工程である。工程(b)では、レジスタの電極形
成のため、レジスト14をマスクとして1層目のポリシ
リコン13をエッチングする。このとき、ポリシリコン
13を完全にエッチングするためのオーバーエッチング
によってSiO2酸化膜12も同時にエッチングされ
る。
In the step (a), the SiO 2 of the silicon substrate 11 is
This is a step of depositing a first-layer polysilicon 13 on the oxide film 12. In the step (b), the first-layer polysilicon 13 is etched using the resist 14 as a mask to form an electrode of the resistor. At this time, the SiO 2 oxide film 12 is simultaneously etched by over-etching for completely etching the polysilicon 13.

【0007】工程(c)は、1層目と2層目のポリシリ
コンゲート間を絶縁するために1層目のポリシリコン1
3を酸化する工程である。この熱酸化によって1層目の
ポリシリコン13を酸化するとき、同時にポリシリコン
13に覆われていない部分も酸化される。工程(d)で
は、2層目のレジストの電極材としてポリシリコン15
をデポジションする。工程(e)では、2層目のレジス
タの電極形成のために、レジスト16をマスクとして2
層目のポリシリコン15をエッチングする。工程(f)
では、ポリシリコン酸化を施し、CCDレジスタ構造を
完成する。
In the step (c), the first polysilicon layer 1 is formed to insulate the first and second polysilicon gates from each other.
This is a step of oxidizing No. 3. When the first-layer polysilicon 13 is oxidized by this thermal oxidation, a portion not covered by the polysilicon 13 is also oxidized at the same time. In the step (d), polysilicon 15 is used as an electrode material for the second resist layer.
Is deposited. In the step (e), the resist 16 is used as a mask to form the second layer of electrodes for forming the electrodes of the register.
The layer of polysilicon 15 is etched. Step (f)
Then, polysilicon oxidation is performed to complete the CCD register structure.

【0008】以上のプロセスによって製造されるMOS
構造の転送用レジスタの場合には、1層目と2層目のゲ
ート酸化膜(SiO2酸化膜)を別々に形成するため
に、工程(c)で1層目のポリシリコン13を酸化する
際に、2層目のゲート酸化膜の膜厚を確保しようとする
と、1層目のゲート酸化膜の膜厚が厚くなって各々の酸
化膜の膜厚t1,t2が異なり、これによってチャネルポ
テンシャルが変わるという欠点がある。
MOS manufactured by the above process
In the case of a transfer register having a structure, the first-layer polysilicon 13 is oxidized in step (c) in order to separately form the first-layer and second-layer gate oxide films (SiO 2 oxide films). At this time, if an attempt is made to secure the thickness of the second-layer gate oxide film, the thickness of the first-layer gate oxide film is increased, and the thicknesses t 1 and t 2 of the respective oxide films are different. There is a disadvantage that the channel potential changes.

【0009】次に、図11(a)〜(f)に、MONO
S構造の転送用レジスタのゲート製造工程の一例を示
す。
Next, FIGS. 11 (a) to 11 (f) show the MONO
An example of a gate manufacturing process of an S-structure transfer register is shown.

【0010】工程(a)は、シリコン基板11のONO
(SiO2-Si3N4-SiO2) 酸化膜17上に、1層目のポリシリ
コン13をデポジションする工程である。工程(b)で
は、レジスト14をマスクとして1層目のポリシリコン
13をエッチングする。このとき、オーバーエッチング
のため、ONO酸化膜17の上層の薄いSiO2層(厚
さは、例えば10nm程度)18はエッチングされる
が、ポリシリコンとSi 34とのRIE(Reactive-Ion-
Etching)選択比を高くとることにより、中間層のSi3
4(厚さは、例えば50nm程度)は僅かにエッチン
グされるだけであり、このエッチング量は例えば1nm
程度であり、全体の酸化膜厚から見ると充分無視できる
量である。
In the step (a), ONO of the silicon substrate 11 is performed.
(SiOTwo-SiThreeNFour-SiOTwo) On the oxide film 17, the first polysilicon layer
This is a step of depositing the capacitor 13. In step (b)
Is the first layer of polysilicon using the resist 14 as a mask.
13 is etched. At this time, over etching
Therefore, a thin SiO 2 layer on the ONO oxide film 17TwoLayer (thick
(For example, about 10 nm) 18 is etched
But polysilicon and Si ThreeNFourRIE (Reactive-Ion-
Etching) By increasing the selectivity, the intermediate layer SiThree
NFour(The thickness is, for example, about 50 nm) is slightly etched
The etching amount is, for example, 1 nm.
Level, which is negligible when viewed from the overall oxide film thickness
Quantity.

【0011】工程(c)は、1層目のポリシリコン13
を酸化する工程である。熱酸化によってポリシリコン1
3を酸化するとき、ポリシリコン13に覆われていない
部分も酸化されてしまうが、実際には、ポリシリコンと
Si34の酸化速度が大きく異なるため、Si34の表
面が僅かに酸化されるだけで、その酸化による膜厚の増
減は全体の酸化膜厚から見ると充分無視できる。工程
(d)では、2層目のレジスタの電極材としてポリシリ
コン15をデポジションする。工程(e)では、2層目
のレジスタの電極形成のため、レジスト16をマスクと
して2層目のポリシリコン15をエッチングする。最終
の工程(f)では、ポリシリコン酸化を施し、CCDレ
ジスタ構造を完成する。
In the step (c), a first polysilicon layer 13 is formed.
This is the step of oxidizing. Polysilicon 1 by thermal oxidation
When oxidizing 3, a portion not covered with polysilicon 13 is also oxidized. However, actually, since the oxidation rates of polysilicon and Si 3 N 4 are greatly different, the surface of Si 3 N 4 is slightly Only by oxidation, the increase or decrease in the film thickness due to the oxidation can be sufficiently ignored from the viewpoint of the overall oxide film thickness. In step (d), polysilicon 15 is deposited as an electrode material of the second-layer resistor. In step (e), the second-layer polysilicon 15 is etched using the resist 16 as a mask to form an electrode of the second-layer resistor. In the final step (f), polysilicon oxidation is performed to complete the CCD register structure.

【0012】このプロセスでは、1層目と2層目のゲー
ト酸化膜を別々に形成するものの、Si34のエッチン
グ量と酸化量が充分微小にできるという特徴を生かし、
各々の酸化膜厚をほぼ一定にできるため、MOS構造の
プロセスに比べ1層目のポリシリコンと2層目のポリシ
リコンゲート下のチャネル部分のポテンシャル差を微小
にできるという利点がある。このため、転送用レジスタ
の製造プロセスにおいては、ゲート電極材(ポリシリコ
ン)との間に高いRIE選択比を持つONO膜17を用
いたMONOS構造が有利である。
In this process, although the first and second gate oxide films are separately formed, the feature that the etching amount and oxidation amount of Si 3 N 4 can be made sufficiently small is utilized.
Since the thickness of each oxide film can be made substantially constant, there is an advantage that the potential difference between the channel portion under the first-layer polysilicon and the second-layer polysilicon gate can be reduced as compared with the MOS structure process. Therefore, in the manufacturing process of the transfer register, the MONOS structure using the ONO film 17 having a high RIE selectivity with the gate electrode material (polysilicon) is advantageous.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、CC
D固体撮像装置が多画素化の傾向にある。この多画素化
に対応するためには、出力部9のソースフォロワ段の周
波数特性を上げなければならない。ソースフォロワ段の
周波数特性を上げるには、出力用トランジスタの相互コ
ンダクタンスgmを上げる必要があり、そのためゲート
酸化膜の膜厚を薄くできるMOS構造の方がMONOS
構造よりも有利である。
By the way, in recent years, CC
D solid-state imaging devices tend to have more pixels. In order to cope with this increase in the number of pixels, the frequency characteristics of the source follower stage of the output unit 9 must be improved. To increase the frequency characteristics of the source follower stage, it is necessary to increase the mutual conductance g m of the output transistor, the MONOS towards MOS structure which can reduce the thickness of that reason, the gate oxide film
It is more advantageous than the structure.

【0014】また、水平CCD5の出力部は、図12の
等価回路に示すように、水平CCD5からの信号電荷を
電圧変換するpn接合のフローティング・ディフュージ
ョン7と、このフローティング・ディフュージョン7の
電圧変化をインピーダンス変換して信号として出力する
ソースフォロワの出力用トランジスタ10と、フローテ
ィング・ディフュージョン7の電荷をリセットするため
のリセット用トランジスタ8とからなっている。
As shown in the equivalent circuit of FIG. 12, the output section of the horizontal CCD 5 has a pn junction floating diffusion 7 for converting a signal charge from the horizontal CCD 5 into a voltage, and a voltage change of the floating diffusion 7. It comprises an output transistor 10 of a source follower that outputs an impedance-converted signal, and a reset transistor 8 for resetting the charge of the floating diffusion 7.

【0015】この出力回路部において、高い電荷電圧変
換効率を得るためにはフローティング・ディフュージョ
ン7、出力用トランジスタ10の入力ゲート及びリセッ
ト用トランジスタ8の寄生容量を小さく抑える必要があ
る。すなわち、ソースフォロワ初段の入力ゲートを小面
積で作る必要がある。ところが、MONOS構造の場合
は、このような小面積のゲートでは、メモリと同様の構
造のため、図13に示すように、MONOS構造のSi
34−SiO2界面に電荷がトラップされた影響が出易
く、スレッショルドレベルVTHが変化し易いという欠点
がある。
In this output circuit section, in order to obtain high charge-voltage conversion efficiency, it is necessary to reduce the parasitic capacitance of the floating diffusion 7, the input gate of the output transistor 10, and the reset transistor 8. That is, it is necessary to form the input gate of the first stage of the source follower with a small area. However, in the case of the MONOS structure, such a gate having a small area has a structure similar to that of a memory. Therefore, as shown in FIG.
3 N 4 -SiO 2 liable to affect the charge trapped in the interface, there is a disadvantage of easily threshold level V TH is changed.

【0016】一方、MOS構造の場合には、Si34
SiO2界面自体が存在しないため、スレッショルドレ
ベルVTHの変化が起こり難く、従って、この部分ではM
OS構造の方が有利であるものの、先述したように、1
層目と2層目のゲート酸化膜の膜厚が異なることによ
り、チャネルポテンシャルが変わるため、CCDレジス
タ部では問題がある。
On the other hand, in the case of the MOS structure, Si 3 N 4
Since the SiO 2 interface itself does not exist, the change of the threshold level V TH is hard to occur.
Although the OS structure is more advantageous, as described above, 1
When the thicknesses of the gate oxide films of the second layer and the second layer are different, the channel potential changes, which causes a problem in the CCD register section.

【0017】そこで、本発明は、MOS構造とMONO
S構造の双方の利点を生かし、出力部分のトランジスタ
ではVTHが安定な酸化膜を、かつ転送部分では膜厚の均
一な酸化膜を得ることを可能とした固体撮像装置を提供
することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a MOS structure and a MONO
Aiming to provide a solid-state imaging device capable of obtaining an oxide film having a stable V TH in a transistor in an output portion and an oxide film having a uniform film thickness in a transfer portion, utilizing both advantages of the S structure. And

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、信号電荷を転送する転送用レジスタと、この転送
用レジスタによって転送されてきた信号電荷を検出して
出力信号を導出する不純物拡散層と、この不純物拡散層
の信号電荷をリセットするリセット用トランジスタとを
具備し、転送用レジスタのゲート絶縁膜が窒化膜を含む
多層構造の第1の絶縁膜からなり、リセット用トランジ
スタのゲート絶縁膜が窒化膜を含まない第2の絶縁膜か
らなり、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜の境界が上記不純
物拡散層上に位置する構成となっている。
A solid-state imaging device according to the present invention includes a transfer register for transferring a signal charge, and an impurity diffusion layer for detecting a signal charge transferred by the transfer register and deriving an output signal. And a reset transistor for resetting the signal charge of the impurity diffusion layer, wherein the gate insulating film of the transfer register comprises a first insulating film having a multilayer structure including a nitride film, and the gate insulating film of the reset transistor. Is composed of a second insulating film not containing a nitride film, and the boundary between the first insulating film and the second insulating film is located on the impurity diffusion layer.

【0019】上記構成の固体撮像装置において、そのゲ
ート絶縁膜構造として、転送部分にMONOS構造を、
出力部分にMOS構造を用いることにより、転送部分で
はMONOS構造の特質によって各ゲート層下の絶縁膜
の膜厚を均一にでき、かつ出力部分のトランジスタでは
MOS構造の特質によってVTHシフトを抑えることがで
きる。また、リセット用トランジスタのゲート絶縁膜に
ついてもMOS構造としその膜厚を薄く形成すること
で、リセット用トランジスタのスレッショルドレベルV
TH MONOS構造のものに比べて安定する。これに
より、リセット用トランジスタに与えるリセットパルス
の振幅が小さくて済む。
In the solid-state imaging device having the above structure, a MONOS structure is used as a gate insulating film structure in a transfer portion.
By using the MOS structure for the output part, the thickness of the insulating film under each gate layer can be made uniform by the characteristic of the MONOS structure in the transfer part, and the V TH shift can be suppressed by the characteristic of the MOS structure in the output part transistor. Can be. Also, the gate insulating film of the reset transistor has a MOS structure and is formed to be thin, so that the threshold level V of the reset transistor can be reduced.
TH is more stable than that of the MONOS structure. Thus, the amplitude of the reset pulse given to the reset transistor can be small.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0021】図1は、本発明の一実施形態に係るCCD
固体撮像装置の要部を示す断面構造図であり、水平転送
部分及び出力部分のみを示している。図1において、転
送用レジスタである水平CCD5及び水平出力ゲート6
には、そのゲート絶縁膜が窒化膜を含む多層構造の絶縁
膜、すなわちONO酸化膜17からなるMONOS構造
が採られ、出力用トランジスタ10には、そのゲート絶
縁膜が内部に電荷トラップを有しない絶縁膜、すなわち
SiO2酸化膜12からなるMOS構造が採られてい
る。
FIG. 1 shows a CCD according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional structure diagram illustrating a main part of the solid-state imaging device, illustrating only a horizontal transfer portion and an output portion. In FIG. 1, a horizontal CCD 5 and a horizontal output gate 6 which are transfer registers
Adopts a MONOS structure in which a gate insulating film has a multilayer structure including a nitride film, that is, an MONOS structure including an ONO oxide film 17, and the output transistor 10 does not have a charge trap inside the gate insulating film. An MOS structure composed of an insulating film, that is, an SiO 2 oxide film 12 is employed.

【0022】次に、上記構造の製造プロセスにつき、図
2及び図3の工程図(その1及びその2)に従って説明
する。
Next, the manufacturing process of the above structure will be described with reference to FIGS. 2 and 3 (steps 1 and 2).

【0023】工程(a)は、イオンインプランタ等によ
り所定の不純物をドープされたシリコン基板11上にO
NO酸化膜17を形成し、さらにこのONO酸化膜17
上に1層目のポリシリコン (1Poly)13をデポジション
する工程である。工程(b)では、水平CCD5の電極
形成のために、レジスト14をマスクとして1層目のポ
リシリコン13をエッチングする。このとき、オーバー
エッチングのため上層の薄いSiO2層はエッチングさ
れるが、ポリシリコンとSi34のRIE選択比を高く
とることにより、中間層のSi34は僅かにエッチング
されるだけで、このエッチング量は全体の酸化膜厚から
見ると充分無視できる。
In the step (a), O is implanted on a silicon substrate 11 doped with a predetermined impurity by an ion implanter or the like.
An NO oxide film 17 is formed.
This is a step of depositing a first-layer polysilicon (1Poly) 13 thereon. In the step (b), the first layer of polysilicon 13 is etched using the resist 14 as a mask to form electrodes of the horizontal CCD 5. At this time, the upper thin SiO 2 layer for the over-etching is etched by taking high RIE selectivity of polysilicon and Si 3 N 4, only Si 3 N 4 of the intermediate layer is slightly etched Thus, this etching amount can be sufficiently ignored from the viewpoint of the entire oxide film thickness.

【0024】工程(c)では、MOS形成部分のSi3
4−SiO2膜を除去するため、レジスト19をマスク
としてエッチングする。工程(d)は、1層目と2層目
のポリシリコンゲート間を絶縁するために、1層目のポ
リシリコン13を酸化する工程である。熱酸化によって
ポリシリコン13を酸化するとき、ポリシリコン13に
覆われていない部分も酸化されてしまうが、レジスタ形
成部分はSi34−SiO2膜が残されているため、実
際にはSi34が僅かに酸化されるだけで、このときの
膜厚の増減量は1層目のポリシリコン13下の酸化膜厚
から見ると充分無視できる量である。一方、MOS形成
部分は、予め酸化膜を取り除いておいたため充分酸化さ
れ、図に示すような形状となり、MOS構造用のSiO
2酸化膜を形成できる。
In the step (c), the Si 3 in the MOS formation portion is
To remove the N 4 —SiO 2 film, etching is performed using the resist 19 as a mask. Step (d) is a step of oxidizing the first-layer polysilicon 13 in order to insulate the first-layer and second-layer polysilicon gates. When the polysilicon 13 is oxidized by thermal oxidation, a portion that is not covered with the polysilicon 13 is also oxidized. However, since the Si 3 N 4 —SiO 2 film remains in the resistor forming portion, the Si 13 N Even when 3N 4 is slightly oxidized, the amount of increase or decrease in the film thickness at this time is sufficiently negligible when viewed from the oxide film thickness under the first polysilicon layer 13. On the other hand, the MOS formation portion is sufficiently oxidized because the oxide film has been removed in advance, and has a shape as shown in FIG.
2 An oxide film can be formed.

【0025】工程(e)では、2層目の電極材としてポ
リシリコン (2Poly)15をデポジションする。工程
(f)では、2層目のレジスタの電極形成及びMOSゲ
ート電極形成のために、レジスト16をマスクとして2
層目のポリシリコン15をエッチングする。そして、最
終の工程では、図1に示すように、ポリシリコン酸化を
施し、セルフアライメントでソース・ドレイン用のイオ
ンインプランテーションを行い、MOSトランジスタ構
造を形成する。
In the step (e), polysilicon (2Poly) 15 is deposited as a second layer electrode material. In the step (f), the resist 16 is used as a mask for forming the second-layer resistor electrodes and the MOS gate electrodes.
The layer of polysilicon 15 is etched. Then, in the final step, as shown in FIG. 1, polysilicon oxidation is performed, and ion implantation for source / drain is performed by self-alignment to form a MOS transistor structure.

【0026】以上の製造プロセスにより、同一CCD固
体撮像装置内の転送部分(CCDレジスタ)にMONO
S構造を、出力部分にMOS構造を持つCCD固体撮像
装置を実現できる。これにより、CCDレジスタ部分で
はMONOS構造を用いて各ゲート層下の酸化膜の膜厚
を均一にでき、かつ出力部分のトランジスタにはMOS
構造を使用してVTHシフトを抑えることができることに
なる。また、出力用トランジスタのゲート酸化膜の膜厚
をMOS構造によって薄く形成できることにより、出力
用トランジスタ10の相互コンダクタンスgmを上げる
ことができ、その結果ソースフォロワ段の周波数特性を
上げることができるため、高画素化に対応できることに
なる。
By the above manufacturing process, the MONO is stored in the transfer portion (CCD register) in the same CCD solid-state imaging device.
A CCD solid-state imaging device having an S structure and a MOS structure in an output portion can be realized. As a result, the thickness of the oxide film under each gate layer can be made uniform by using the MONOS structure in the CCD register portion, and the MOS transistor is provided in the output portion of the transistor.
The structure can be used to suppress V TH shift. Further, by the thickness of the gate oxide film of the output transistor can be formed thinner by a MOS structure, it is possible to increase the mutual conductance g m of the output transistor 10, since it is possible to increase the frequency characteristics of the resulting source-follower stage Therefore, it is possible to cope with an increase in the number of pixels.

【0027】図4は、本発明の他の実施形態に係るCC
D固体撮像装置の要部を示す断面構造図であり、水平転
送部分及び出力部分のみを示している。
FIG. 4 shows a CC according to another embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional structural view showing a main part of a solid-state imaging device D, and shows only a horizontal transfer portion and an output portion.

【0028】本実施形態に係るCCD固体撮像装置にお
いては、そのゲート酸化膜構造として、図9における読
出しゲート2、垂直CCD3、水平CCD5及び水平出
力ゲート(HOG)6にはMONOS構造を使用し、か
つリセット用トランジスタ8及び出力部9にはMOS構
造を使用し、さらにONO酸化膜17とSiO2酸化膜
12の境界をフローティング・ディフュージョン7上に
設けた構成となっている。
In the CCD solid-state imaging device according to the present embodiment, a MONOS structure is used for the read gate 2, vertical CCD 3, horizontal CCD 5 and horizontal output gate (HOG) 6 in FIG. In addition, a MOS structure is used for the reset transistor 8 and the output unit 9, and a boundary between the ONO oxide film 17 and the SiO 2 oxide film 12 is provided on the floating diffusion 7.

【0029】次に、本構造の製造プロセスにつき、図5
及び図6の工程図(その1及びその2)に従って説明す
る。なお、基本的な製造プロセスは先の実施例の場合と
同じであり、説明の簡略化のため、相違する部分につい
てのみ説明する。
Next, the manufacturing process of this structure will be described with reference to FIG.
The process will be described with reference to FIGS. Note that the basic manufacturing process is the same as that of the previous embodiment, and only different portions will be described for simplification of the description.

【0030】工程(c)では、Si34−SiO2膜を
除去すべくエッチングが行われることになるが、このと
きエッチングする境界が、フローティング・ディフュー
ジョン(FD)形成部(図4を参照)内に設定する。ま
た、工程(f)では、2層目のレジスタの電極形成及び
リセット用トランジスタ8のMOSゲート電極形成のた
めに、レジスト16をマスクとして2層目のポリシリコ
ン15をエッチングする。
In step (c), etching is performed to remove the Si 3 N 4 —SiO 2 film. At this time, the boundary to be etched is a floating diffusion (FD) forming portion (see FIG. 4). ). In the step (f), the second-layer polysilicon 15 is etched using the resist 16 as a mask in order to form an electrode of the second-layer resistor and a MOS gate electrode of the reset transistor 8.

【0031】工程(g)では、2層目のポリシリコン1
5に酸化を施すことにより、例えば60nm程度のSi
2酸化膜を得ることができる。工程(h)では、フロ
ーティング・ディフュージョン7の高濃度領域とリセッ
ト用トランジスタ8のドレイン(RD)部を形成するた
めに、レジスト20をマスクとし、また一部はセルフア
ライメントで不純物をイオンインプランテーションす
る。そして、最終の工程では、図4に示すように、フロ
ーティング・ディフュージョン7及びリセット用トラン
ジスタ8のドレイン(RD)部にコンタクトホール21
a,21bを穿設し、Al 電極22a,22bをパター
ニングして本構造を形成する。
In the step (g), the second polysilicon layer 1
5 is oxidized to form, for example, about 60 nm of Si.
An O 2 oxide film can be obtained. In the step (h), the resist 20 is used as a mask in order to form a high-concentration region of the floating diffusion 7 and a drain (RD) portion of the resetting transistor 8, and a part of the impurity is ion-implanted by self-alignment. . In the final step, as shown in FIG. 4, contact holes 21 are formed in the drain (RD) portions of the floating diffusion 7 and the reset transistor 8.
a and 21b are formed, and the Al electrodes 22a and 22b are patterned to form the present structure.

【0032】上記構造を採ることにより、リセット用ト
ランジスタ8のゲート構造がMOS構造のため、リセッ
ト用トランジスタ8のスレッショルドレベルVTHがMO
NOS構造のものに比べ安定している。このため、リセ
ットパルス振幅が小さくて済み、消費電力を少なくでき
る。このことを、図7に基づいて説明する。
By adopting the above structure, since the gate structure of the reset transistor 8 is a MOS structure, the threshold level V TH of the reset transistor 8 is
It is more stable than the NOS structure. For this reason, the reset pulse amplitude can be small, and the power consumption can be reduced. This will be described with reference to FIG.

【0033】図7において、(A)にMONOS構造に
必要なリセット振幅を、(B)にMOS構造に必要なリ
セット振幅をそれぞれ示す。図7(A)において、リセ
ット振幅1は本来リセットするのに必要な最小振幅2の
他に、不純物ドーズ量のばらつきやリセットパルス用ド
ライバの電源ばらつきの吸収のためのマージン3や、V
THシフトのばらつきの吸収のためのマージン4からなっ
ている。
FIG. 7A shows the reset amplitude required for the MONOS structure, and FIG. 7B shows the reset amplitude required for the MOS structure. In FIG. 7A, a reset amplitude 1 is not only a minimum amplitude 2 originally required for resetting, but also a margin 3 for absorbing variation in impurity dose amount and variation in power supply of a reset pulse driver, and V
It consists of a margin 4 for absorbing variations in the TH shift.

【0034】例えば、(リセットパルス振幅1)=9V
のうち、(VTHシフトのばらつきの吸収のためのマージ
ン4)=2Vとすると、VTHシフトの起こりにくいMO
S構造の場合、図7(B)に示すように、VTHシフトの
ばらつきの吸収のためのマージン4が必要ないため、
(リセットパルス振幅1)=7Vで良いことになる。消
費電力はパルス振幅の2乗に比例するため、MONOS
構造に比較してMOS構造の場合の消費電力は、(7×
7/9/9)=0.6、つまり60%で済むことにな
る。
For example, (reset pulse amplitude 1) = 9 V
Of these, if (margin 4 for absorbing variation in VTH shift) = 2 V, MO that is less likely to cause VTH shift
In the case of the S structure, as shown in FIG. 7B, since the margin 4 for absorbing the variation of the V TH shift is not required,
(Reset pulse amplitude 1) = 7V is sufficient. Since the power consumption is proportional to the square of the pulse amplitude, MONOS
Compared to the structure, the power consumption of the MOS structure is (7 ×
7/9/9) = 0.6, that is, 60%.

【0035】またこのとき、SiO2酸化膜12とON
O酸化膜17の境界をフローティング・ディフュージョ
ン7上に位置させているために、膜質の差による問題が
発生しない。フローティング・ディフュージョン7以
外、例えば水平出力ゲート(HOG)6やリセット用ト
ランジスタ8内に設けた場合には、たとえSiO2酸化
膜12とONO酸化膜17の電気的膜厚を同一にしたと
しても、図8に示すように、ONO酸化膜17の境界に
電子がトラップされ易いため、その境界部でチャネルポ
テンシャルが変化し、電荷の転送が阻害されることにな
る。
At this time, the SiO 2 oxide film 12 and the ON
Since the boundary of the O-oxide film 17 is located on the floating diffusion 7, a problem due to a difference in film quality does not occur. When provided in the horizontal output gate (HOG) 6 or the reset transistor 8 other than the floating diffusion 7, for example, even if the electrical film thicknesses of the SiO 2 oxide film 12 and the ONO oxide film 17 are the same, As shown in FIG. 8, electrons are easily trapped at the boundary of the ONO oxide film 17, so that the channel potential changes at the boundary and the transfer of charges is hindered.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像装置のゲート絶縁膜構造として、転送部分にM
ONOS構造を、出力部分にMOS構造をそれぞれ用い
た構成としたので、転送部分ではMONOS構造の特質
によって各ゲート層下の絶縁膜の膜厚を均一にでき、か
つ出力部分のトランジスタではMOS構造の特質によっ
てVTHシフトを抑えることができる。
As described above, according to the present invention,
As the gate insulating film structure of the solid-state imaging device, M
Since the ONOS structure is configured to use the MOS structure for the output portion, the thickness of the insulating film under each gate layer can be made uniform due to the characteristics of the MONOS structure in the transfer portion, and the MOS transistor for the output portion has the MOS structure. VTH shift can be suppressed depending on the characteristics.

【0037】また、リセット用トランジスタのゲート絶
縁膜の膜厚をMOS構造によって薄く形成したことで、
リセット用トランジスタのスレッショルドレベルVTH
MONOS構造のものに比べて安定しているため、
リセットパルス振幅が小さくて済み、消費電力を少なく
できる。さらに、転送用レジスタおよびリセット用トラ
ンジスタの各ゲート絶縁膜の境界を不純物拡散層上に位
置させたことで、膜質の差によって電荷転送が阻害され
るという問題も発生しない。
Further, the gate insulating film of the reset transistor is formed thin by the MOS structure,
Reset transistor threshold level V TH
Is more stable than that of the MONOS structure,
The reset pulse amplitude can be small, and power consumption can be reduced. Further, since the boundary between the gate insulating films of the transfer register and the reset transistor is located on the impurity diffusion layer, there is no problem that the charge transfer is hindered by a difference in film quality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係るCCD固体撮像装置
の要部のみを示す断面構造図である。
FIG. 1 is a sectional structural view showing only a main part of a CCD solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】一実施形態に係るCCD固体撮像装置の製造プ
ロセスを示す工程図(その1)である。
FIG. 2 is a process chart (1) showing a manufacturing process of the CCD solid-state imaging device according to the embodiment;

【図3】一実施形態に係るCCD固体撮像装置の製造プ
ロセスを示す工程図(その2)である。
FIG. 3 is a process diagram (part 2) illustrating a manufacturing process of the CCD solid-state imaging device according to the embodiment;

【図4】本発明の他の実施形態に係るCCD固体撮像装
置の要部のみを示す断面構造図である。
FIG. 4 is a sectional structural view showing only a main part of a CCD solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention.

【図5】他の実施形態に係る固体撮像装置の製造プロセ
スを示す工程図(その1)である。
FIG. 5 is a process chart (1) showing a manufacturing process of a solid-state imaging device according to another embodiment.

【図6】他の実施形態に係る固体撮像装置の製造プロセ
スを示す工程図(その2)である。
FIG. 6 is a process diagram (part 2) illustrating a manufacturing process for the solid-state imaging device according to another embodiment;

【図7】リセットパルス振幅の関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between reset pulse amplitudes.

【図8】水平出力ゲート(HOG)部分のチャネルポテ
ンシャル図である。
FIG. 8 is a channel potential diagram of a horizontal output gate (HOG) portion.

【図9】インターライン転送方式のCCD固体撮像装置
の一例を示す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of an interline transfer type CCD solid-state imaging device.

【図10】MOS構造の製造プロセスの一例を示す工程
図である。
FIG. 10 is a process chart showing an example of a manufacturing process of a MOS structure.

【図11】MONOS構造の製造プロセスの一例を示す
工程図である。
FIG. 11 is a process chart showing an example of a manufacturing process of a MONOS structure.

【図12】出力部の等価回路図である。FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of an output unit.

【図13】MONOS構造での電荷のトラップを示す図
である。
FIG. 13 is a diagram showing charge trapping in the MONOS structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…フォトセンサ、3…垂直CCD、5…水平CCD、
7…フローティング・ディフュージョン、8…リセット
用トランジスタ、10…出力用トランジスタ、11…シ
リコン基板、12…SiO2酸化膜、17…ONO酸化
1: photo sensor, 3: vertical CCD, 5: horizontal CCD,
7 ... floating diffusion, 8 ... reset transistor, 10 ... output transistor, 11 ... silicon substrate, 12 ... SiO 2 oxide film, 17 ... ONO oxide film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山村 道男 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 神戸 秀夫 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 阿部 秀司 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 眞野 三千雄 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 山岸 万千雄 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Michio Yamamura 6-35, Kita Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Hideo Kobe 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Shuji Abe 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (72) Inventor Michio Mano 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni (72) Inventor Machio Yamagishi 6-7-35 Kita Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 信号電荷を転送する転送用レジスタと、 前記転送用レジスタによって転送されてきた信号電荷を
検出して出力信号を導出する不純物拡散層と、 前記不純物拡散層の信号電荷をリセットするリセット用
トランジスタとを具備し、 前記転送用レジスタのゲート絶縁膜が窒化膜を含む多層
構造の第1の絶縁膜からなり、前記リセット用トランジ
スタのゲート絶縁膜が窒化膜を含まない第2の絶縁膜か
らなり、 前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜の境界が前記不純
物拡散層上に位置することを特徴とする固体撮像装置。
1. A transfer register for transferring a signal charge, an impurity diffusion layer for detecting a signal charge transferred by the transfer register to derive an output signal, and resetting a signal charge of the impurity diffusion layer. A reset transistor, wherein the gate insulating film of the transfer register comprises a first insulating film having a multilayer structure including a nitride film, and wherein the gate insulating film of the reset transistor does not include a nitride film. A solid-state imaging device comprising a film, wherein a boundary between the first insulating film and the second insulating film is located on the impurity diffusion layer.
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