JP2006086241A - 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】素子構造が微細化された場合であっても、高感度での撮像が可能な固体撮像装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】基板２の表面層に設けられた分離拡散層１２およびこの上部の分離絶縁膜１１からなる素子分離領域２ａと、素子分離領域２ａで分離された基板２の活性領域２ｂ上に設けられた読出ゲートと、読出ゲートを挟んで活性領域２ｂの表面側にそれぞれ配置された光電変換素子およびフローティングディフュージョンＦＤ−１とを備えた固体撮像装置１において、フローティングディフュージョンＦＤ−１は、読出ゲートに隣接して配置された低濃度領域３１と、分離絶縁膜１１の側壁に設けられた絶縁性のサイドウォール１４との間に間隔Ｄを有して活性領域２ｂの表面層に設けられた高濃度領域３２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特には分離絶縁膜とその下部に設けた分離拡散層とからなる素子分離領域を有するＭＯＳ型の固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法に関する。

昨今、モバイル機器(携帯電話、ＰＤＡ等)向けに低消費電力の画像入力用カメラの開発が盛んである。これらのカメラに搭載されている固体撮像装置の１つとして、ＭＯＳ型の固体撮像装置（いわゆるＣＭＯＳイメージセンサ：ＣＩＳ）が用いられている。このような固体撮像装置（ＣＩＳ）は、画素に対応する光電変換素子を２次元的に配列させる点において電荷結合素子（ＣＣＤ；Charge Coupled Device ）を用いたＣＣＤ固体撮像装置と同様である。しかしながら、信号の読み出しには、メモリデバイスのようにアルミ、銅線などで構成される選択線によって、画素ごとに蓄えられた信号を、選択された画素から読み出すものである。

すなわち図９に示すように、固体撮像装置（ＣＩＳ）１００においては、基板２の表面側に設けられた素子分離領域２ａで分離された各活性領域２ｂに、各光電変換素子（例えばフォトダイオード）ＰＤが設けられている。またこの活性領域２ｂには、光電変換素子ＰＤに隣接して基板２上に形成された転送ゲートＴＧ、転送ゲートＴＧに隣接するｎ型拡散層からなるフローティングディフュージョンＦＤが設けられている。さらに、フローティングディフュージョンＦＤに隣接して基板２上に形成されたリセットゲートＲＧ、リセットゲートＲＧに隣接するｎ型拡散層からなるリセットドレインＲＤ、リセットドレインＲＤ隣接して基板２上に形成されたアンプゲートＡＧ、およびアンプゲートＡＧに隣接するｎ型拡散層からなるソース拡散層ＡＳが配置されている。

尚ここでは、フローティングディフュージョンＦＤをソース拡散としたリセットトランジスタ３は、フローティングディフュージョンＦＤと同電位に保たれたソース拡散層を有していれば、周辺の領域に配置されても良い。つまり、別領域にリセットトランジスタが形成されていても、フローティングディフュージョンＦＤと、リセットトランジスタのソースが電気的に接続されていて、これらがフローティング状態になっていれば良い。また、リセットドレインＲＤをドレイン拡散層としたアンプトランジスタ４は、フローティングディフュージョンＦＤにアンプゲートＡＧが接続されたソースフォロア回路を構成していれば、周辺の領域に配置されても良い。したがって、アンプトランジスタとリセットトランジスタとが、リセットドレインを共有していなくても良い。

そして、素子分離領域２ａは、基板２の表面を覆う分離絶縁膜１１で規定され、この分離絶縁膜１１の下部には、ｐ型拡散層からなる分離拡散層１２が設けられている。

図１０は、このような構成の固体撮像装置１００の製造を示す断面工程図である。尚、これらの断面工程図は、図９のＡ−Ａ’断面に相当する。先ず、図１０（１）に示すように、表面側にウェル領域が形成された基板２を容易する。そして、この基板２における素子分離領域２ａのｐ型ウェル領域の表面層にｐ型拡散層からなる分離拡散層１２を形成し、さらにこの上部に酸化シリコンからなる分離絶縁膜１１を形成する。これにより、基板２の表面側を各活性領域２ｂに分離する。次に、分離絶縁膜１１が形成された基板２上に、ゲート絶縁膜を介してリセットゲートＲＧ、アンプゲートＡＧ、および転送ゲートＴＧ（断面図では図示省略）を形成する。

以上の後、図９を用いて説明した光電変換素子ＰＤ、フローティングディフュージョンＦＤ、リセットドレインＲＤ、ソース拡散層ＡＳ等の拡散層形成を行う（以上、下記特許文献１参照）。

これらの拡散層形成は、次の手順で行われる。先ず、断面図での図示は省略した光電変換素子ＰＤを構成する拡散層の形成を、分離絶縁膜１１とレジストパターンとをマスクに用いたイオン注入とその後の熱処理によって行う。

次に、図１０（２）に示すように、分離絶縁膜１１と各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ：断面図では図示省略）をマスクにしたリン（Ｐ）等のイオン注入により、活性領域２ｂに、ｎ型の低濃度拡散層１３をセルフアラインで形成する。尚、このイオン注入は、ここでの図示を省略したレジストパターンにより、先に形成した光電変換素子（ＰＤ）をマスクした状態で行われる。

次に、図１０（３）に示すように、各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ）の側壁に絶縁性のサイドウォール１４を形成する。このサイドウォール１４は、分離絶縁膜１１の側壁にも形成される。

この状態で、図１０（４）に示すように、分離絶縁膜１１、各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ）、サイドウォール１４をマスクにしたリン（Ｐ）等のイオン注入を行う。これにより、低濃度拡散層１３の中央部にｎ型の高濃度拡散層１５をセルフアラインで形成する。この高濃度拡散層１５は、先に形成した低濃度拡散層１３よりも深く形成される。これにより、それぞれセルフアラインで形成された低濃度拡散層１３と高濃度拡散層１５とからなるリセットドレインＲＤ、ソース拡散層ＡＳ、およびフローティングディフュージョンＦＤが形成される。尚、このイオン注入は、ここでの図示を省略したレジストパターンにより、先に形成された光電変換素子（ＰＤ）をマスクした状態で行われる。

以上の後には、ここでの図示は省略したが、基板２上に層間絶縁膜を形成し、各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ断面図では図示省略）および拡散層に達する接続孔をこの層間絶縁膜に形成する。そして、接続孔を介して各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ）および拡散層に接続された配線を層間絶縁膜上に形成し、先の固体撮像装置１００を完成させる。

特開平１１−１８６３７７号公報（図１，図３および関連箇所参照）

ところで、上述した構成の固体撮像装置においては、素子構造の微細化とこれにともなうゲート配線のさらなる細線化が要求されている。ゲート配線を細線化するためには、下地段差部分におけるゲート配線の段切れ防止を目的として、素子分離領域を構成する分離絶縁膜が薄膜化される傾向にある。ところが、素子分離膜が薄膜化された場合には、次のような課題が生じる。

すなわち、図１０（４）を用いて説明したように、フローティングディフュージョンＦＤ、リセットドレインＲＤ、およびソース拡散層Ｓを構成する高濃度拡散層１５は、分離絶縁膜１１、各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ）、サイドウォール１４をマスクにしたイオン注入によって形成される。ところが、高濃度拡散層１５は、ある程度の深さが要求されるため、イオン注入の際の注入エネルギーは、低濃度拡散層１３を形成する場合よりも高く設定される。このため、上述したように分離絶縁膜１１を薄膜化することにより、高濃度拡散層１５を形成するための高エネルギーでのイオン注入が、分離絶縁膜１１を突き抜けて基板２に達し易くなる。

そして、この際のイオン注入が分離絶縁膜１１を突き抜けて基板２に達した場合、高濃度拡散層１５が分離絶縁膜１１の下部にまで入り込んで形成されることになる。これにより、高濃度拡散層１５と分離拡散層１２との間隔ｄが狭くなり、フローティングディシュージョンＦＤ−分離拡散層１２間の寄生容量Ｃicsが高くなる。

ここで、 光電変換素子からフローティングディフュージョンＦＤに読み出された信号電荷を信号電圧に変換する際の変換効率ηは、電子１個の電荷量ｑ、ソースフォロア回路全体の利得Ｇ、フローティングディシュージョンＦＤの寄生容量Ｃfdとすると、η＝（ｑ×Ｇ）／Ｃfd…（ａ）で表される。そして、フローティングディシュージョンＦＤの寄生容量Ｃfdは、上述したフローティングディシュージョンＦＤ−分離拡散層１２間の寄生容量Ｃics、フローティングディフュージョンＦＤ−基板２間の寄生容量Ｃsub、さらにその他のフローティングディシュージョンＦＤの周囲に発生する寄生容量Ｃtotの合計で示される。つまり、Ｃfd＝Ｃics＋Ｃsub＋Ｃtot…（ｂ）となる。

したがって、上述したようにフローティングディシュージョンＦＤ−分離拡散層１２間の寄生容量Ｃicsが高くなると、式（ｂ）よりフローティングディシュージョンＦＤの寄生容量Ｃfdが上昇し、さらに式（ａ）より変換効率が低下することになる。これは、素子構造が微細化された固体撮像装置における感度低下の要因となる。

尚、このような感度低下は、素子構造の微細化によりサイドウォール１４幅が狭められることによっても同様に発生することになる。

そこで本発明は、素子構造が微細化された場合であっても、高感度での撮像が可能な固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の第１の固体撮像装置は、活性領域の表面層に読出ゲートを挟んで光電変換素子とフローティングディフュージョンが配置されたＭＯＳ型の固体撮像装置のうち、分離拡散層とその上部の分離絶縁膜とからなる素子分離領域により、基板の表面側の活性領域が分離された固体撮像装置に関する。この固体撮像装置は、フローティングディフュージョンが、読出ゲートに隣接して配置された第１領域と、当該第１領域よりも高濃度な第２領域とを備えている。そして特に、この第２領域が分離絶縁膜の側壁に設けられた絶縁性のサイドウォールとの間に間隔を有して活性領域の表面層に設けられ低ることを特徴としている。

このような構成の第１の固体撮像装置では、フローティングディフュージョンを構成する高濃度の第２領域が、分離絶縁膜の側壁に設けられた絶縁性のサイドウォールとの間に間隔を有して配置されている。このため、分離絶縁膜の下部に設けられた分離拡散層と第２領域との間隔は、サイドウォールの幅よりも広い間隔に保たれることになる。したがって、例えば、フローティングディフュージョンにおける接続領域として高濃度の第２領域を設けた場合であっても、この第２領域と分離拡散層との間に生じる寄生容量が小さく抑えられる。

また、本発明の第２の固体撮像装置は、第１の固体撮像装置と同様に、ＭＯＳ型の固体撮像装置のうち、分離拡散層とその上部の分離絶縁膜とからなる素子分離領域を有する固体撮像装置に関する。そして特に、フローティングディフュージョンと同電位のソース拡散層を有するリセットトランジスタとを備えており、フローティングディフュージョンがリセットトランジスタのドレイン拡散層よりも低濃度に構成されていることを特徴としている。

このような構成の第２の固体撮像装置では、フローティングディフュージョンがリセットトランジスタのドレイン拡散層と同程度の濃度である場合と比較して、フローティングディフュージョンと分離絶縁膜の下部に設けられた分離拡散層との間に生じる寄生容量が小さく抑えられる。

また本発明は、上述した第１の固体撮像装置の製造方法でもあり、フローティングディフュージョンにおける第２領域を形成する際には、当該第２領域部分を開口するマスクを基板上に形成し、当該マスク上から前記活性領域に不純物を導入することによって行うことを特徴としている。この際、第２領域の形成を、他のトランジスタのドレイン拡散層やチャネル拡散層の形成と同一工程で行うことにより、工程の増加が防止される。一方、マスクとして、フローティングディフュージョンに達する接続孔を備えた層間絶縁膜を用いた場合には、接続孔の底面のみに自己整合的に第２領域が形成される。

以上説明したように、本発明の第１および第２の固体撮像装置によれば、フローティングディフュージョンと分離絶縁膜の下部に設けられた分離拡散層との間に生じる寄生容量が小さく抑えられるため、このフローティングディフュージョンの寄生容量を小さく抑えることが可能になる。したがって、フローティングディフュージョンに読み出された信号電荷を信号電圧に変換する際の変換効率の向上を図り、さらに素子構造が微細化された固体撮像装置における感度の向上を図ることが可能になる。

また本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、上述した効果を得ることが可能な固体撮像装置を得ることが可能になる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。各実施の形態においては、先ず固体撮像装置の構成を説明し、次に固体撮像装置の製造方法を説明する。

＜第１実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１は、第１実施形態における固体撮像装置の要部構成を示す平面図であり、撮像素子の１画素分の要部を示している。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ’断面図である。尚、図９および図１０（４）を用いて説明した従来の固体撮像装置と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

これらの図１および図２に示す固体撮像装置１は、ＭＯＳ型の固体撮像装置１であり、分離拡散層１２とその上部の分離絶縁膜１１とからなる素子分離領域２ａにより、基板１の表面側の活性領域２ｂが分離されている。そして、この固体撮像装置１が、従来の固体撮像装置と異なるところは、フローティングディフュージョンＦＤ−１の構成にあり、その他の構成は同様である。

すなわち、本第１実施形態のフローティングディフュージョンＦＤ−１は、第１領域３１と、この第１領域３１よりも高濃度の第２領域３２とで構成されている。以下、第１領域３１を低濃度領域３１、第２領域３２を高濃度領域３２と称する。

このうち、低濃度領域３１は、従来と同様に、リセットトランジスタ３のリセットドレインＲＤやアンプトランジスタ４のソース拡散層ＡＳを構成する低濃度拡散層１３（断面図のみに図示）と同一工程で構成されたものであって良い。このため、この低濃度領域３１は、活性領域２ｂの表面層に、読出ゲートＴＧ（平面図のみに図示）、リセットゲートＲＧ、および分離絶縁膜１１の開口に対して自己整合的に設けられて、読出ゲートＴＧに対して隣接した状態で配置されている。

一方、高濃度領域３２は、活性領域２ｂの表面層に、分離絶縁膜１１の側壁に設けたサイドウォール１４との間に間隔Ｄを有して、活性領域２ｂの表面層に設けられている（断面図参照）。この間隔Ｄは、高濃度領域３２をフローティングディフュージョンＦＤ−１の接続領域として用いることが可能な程度に、高濃度領域３２の面積および表面形状が保たれる範囲に設定される。また、この間隔Ｄは、高濃度領域３２の全周において一定である必要はなく、分離絶縁膜１１と対向する側のは大きい値である程良い。そして、読出ゲートＴＧやリセットゲートＲＧの側壁に設けられたサイドウォール１４との間に関しては、この間隔Ｄを設ける必要はない。

さらに、この高濃度領域３２は、基板２上を覆う層間絶縁膜１６（断面図のみに図示）に設けられた接続孔１６ａの底部に設けられており、例えば接続孔１６ａに対してセルフアラインで設けられていて良い。そして、この接続孔１６ａ内を埋め込むプラグ１７およびプラグに接続された配線（例えばアルミニウムからなる選択線）１８の接続部として、この高濃度領域３２が用いられている。

このため、高濃度領域３２は、フローティングディフュージョンＦＤ−１の接続部として用いることを目的として、ある程度の深さを有することが好ましく、低濃度領域３２より深く形成されていることとする。尚、ここでの図示は省略したが、高濃度領域３２ａとプラグ１７との接続部には、金属シリサイド層が設けられていることが好ましい。

また、高濃度領域３２は、フローティングディフュージョンＦＤ−１の接続部として十分に低抵抗化されるように、不純物濃度が設定されていることとする。このため、高濃度領域３２における深さ方向の不純物プロファイルは、リセットトランジスタ３のリセットドレインＲＤやアンプトランジスタ４のソース拡散層ＡＳを構成する高濃度拡散層１５と同程度であって良い。

以上のような構成を有する固体撮像装置１によれば、フローティングディフュージョンＦＤ−１を構成する高濃度領域３２が、素子分離領域２ａを構成する分離絶縁膜１１側壁のサイドウォール１４との間に間隔Ｄを有して配置されている。このため、分離絶縁膜１１の下部に設けられた分離拡散層１２と高濃度領域３２との間隔ｄは、サイドウォール１４の幅よりも十分に広い間隔に保たれることになる。

したがって、フローティングディフュージョンＦＤ−１における接続部として設けられた高濃度領域３２と、分離拡散層１２の中央に設けられている高濃度領域との間に生じる寄生容量Ｃicsが小さく抑えられる。また、高濃度領域３２がサイドウォール１４に対して自己整合的に設けられている場合と比較して、高濃度領域３２の平面形状が縮小される。このため、フローティングディフュージョンＦＤ−１における高濃度領域３２−基板１２間の寄生容量Ｃsubも小さく抑えられることになる。

この結果、光電変換素子ＰＤから読出ゲートＴＧ（平面図のみに図示）を介してフローティングディフュージョンＦＤ−１に読み出された信号電荷を信号電圧に変換する際の変換効率の向上を図ることが可能になる。そして、さらに素子構造が微細化された固体撮像装置における感度の向上を図ることが可能になる。

次に、上述した第１実施形態の固体撮像装置の製造方法１〜３を、各断面工程図を用いて詳細に説明する。尚、各断面工程図は、図１におけるＡ−Ａ’断面に対応している。

［製造方法−１］
先ず、技術背景において図１０（１）〜図１０（３）を用いて説明したと同様の手順により、基板２の表面側にｎ型の低濃度拡散層１３をセルフアラインで形成し、さらに各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ：図示省略）の側壁に絶縁性のサイドウォール１４を形成するまでを行う。

尚、図３（１）に示すように、形成された低濃度拡散層１３のうち、フローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部分を構成する低濃度拡散層１３が、図１および図２を用いて説明したフローティングディフュージョン（ＦＤ−１）の低濃度領域３１となる。

このような状態で、基板２上にイオン注入用のマスクとしてレジストパターン４１を形成する。このレジストパターン４１は、先に形成された光電変換素子（ＰＤ：図示省略）およびｐチャンネルのトランジスタ形成領域をマスクすると共に、フローティングディフュージョン（ＦＤ−１）側に向かうサイドウォール１４を覆う形状に形成される。特に、レジストパターン４１は、フローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部分に向けて形成された分離絶縁膜１１側壁のサイドウォール１４から間隔Ｄまでの縁部を覆い、かつフローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部に達する開口４１ａを有する形状であることとする。

次この状態で、図３（２）に示すように、レジストパターン４１、分離絶縁膜１１、各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ）、およびサイドウォール１４をマスクにしたｎ型不純物、例えばリン（Ｐ）のイオン注入を行う。これにより、低濃度拡散層１３の中央部にｎ型の高濃度拡散層１５をセルフアラインで形成する。また、これと同時に、フローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部分の低濃度領域３１の中央部におけるレジストパターン４１の開口４１ａの底部に、ｎ型の高濃度領域３２を形成する。この高濃度領域３２は、分離絶縁膜１１側壁のサイドウォール１４から間隔Ｄを保って形成されることになる。

そして、低濃度拡散層１３の中央部にセルフアラインで高濃度拡散層１５を設けた構成の、リセットドレインＲＤおよびソース拡散層ＡＳを得る。またこれと同一工程で、低濃度領域３１の中央部において、分離絶縁膜１１側壁のサイドウォール１４との間に間隔Ｄを有して設けられた高濃度領域３２を備えたフローティングディフュージョンＦＤ−１を得る。

以上の後は、先の図２に示したように、基板２上に層間絶縁膜１６を形成し、次にフローティングディフュージョンＦＤ−１に達する接続孔１６ａを層間絶縁膜１６に形成した後、この接続孔１６ａ内にプラグ１７を埋め込み、さらにプラグ１７に接続された配線１８を層間絶縁膜１６上に形成することで固体撮像装置１を完成させる。

このような製造方法−１の手順によれば、図１および図２を用いて説明した構成の固体撮像装置１におけるフローティングディフュージョンＦＤ−１を、当該フローティングディフュージョンＦＤ−１をソース拡散層としたリセットトランジスタ３のリセットドレインＲＤ、およびリセットドレインＲＤをドレイン拡散層としたアンプトランジスタ４のソース拡散層ＡＳと同一工程で形成している。

このため、製造工程を追加することなく、第１実施形態の固体撮像装置１を得ることが可能である。

［製造方法−２］
先ず、技術背景において図１０（１）〜図１０（３）を用いて説明したと同様の手順により、基板２の表面側にｎ型の低濃度拡散層１３をセルフアラインで形成し、さらに各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ：図示省略）の側壁に絶縁性のサイドウォール１４を形成するまでを行う。

尚、図４（１）に示すように、形成された低濃度拡散層１３のうち、フローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部分を構成する低濃度拡散層１３が、図１および図２を用いて説明した低濃度領域３１となる。

このような状態で、基板２上にイオン注入用のマスクとしてレジストパターン４３を形成する。このレジストパターン４３は、先に形成された光電変換素子（ＰＤ）およびｐチャンネルのトランジスタ形成領域をマスクすると共に、フローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部の低濃度領域３１を完全に覆う形状に形成される。

次この状態で、図４（２）に示すように、レジストパターン４３、分離絶縁膜１１、各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ）、およびサイドウォール１４をマスクにしてｎ型不純物、たリン（Ｐ）のイオン注入を行う。これにより、低濃度拡散層１３の中央部にｎ型の高濃度拡散層１５をセルフアラインで形成し、リセットドレインＲＤおよびソース拡散層ＡＳを得る。

次に、図４（３）に示すように、基板２上に層間絶縁膜１６を形成し、この層間絶縁膜１６にフローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部分の低濃度領域３１に達する接続孔１６ａを形成する。特に、この接続孔１６ａは、フローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部分に向けて形成された分離絶縁膜１１側壁のサイドウォール１４から間隔Ｄを保って形成されることとする。

そして、この状態において、層間絶縁膜１６をマスクにしたｎ型不純物、例えばリン（Ｐ）等のイオン注入を行う。これにより、フローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部分の低濃度領域３１の中央部にｎ型の高濃度領域３２を形成する。この高濃度領域３２は、層間絶縁膜１６に形成された接続孔１６ａに対してセルフアラインで形成されることになる。また、分離絶縁膜１１側壁のサイドウォール１４から間隔Ｄを保って形成されることになる。

以上の後は、先の図２に示したように、層間絶縁膜１６の接続孔１６ａ内にプラグ１７を埋め込み、さらにプラグ１７に接続された配線１８を層間絶縁膜１６上に形成することで固体撮像装置１を完成させる。

このような製造方法−２の手順によれば、図１および図２を用いて説明した構成の固体撮像装置１におけるフローティングディフュージョンＦＤ−１の高濃度領域３２が、層間絶縁膜１６に形成された接続孔１６ａに対してセルフアラインで形成される。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ−１における必要部分のみに、接続部となる高濃度領域３２を形成することが可能になる。したがって、フローティングディフュージョンＦＤ−１の高濃度領域３２−基板２間の寄生容量Ｃsubを最も効果的に抑えることが可能になる。

この結果、素子構造が微細化した場合であっても、さらに感度の高い固体撮像装置を得ることが可能になる。

［製造方法−３］
先ず、技術背景において図１０（１）を用いて説明したと同様の手順により、基板２の素子分離領域２ａにおける表面側に、分離拡散層１２を形成し、さらにこの上部に分離絶縁膜１１を形成することにより、活性領域２ｂを分割するまでを行う。

次に、図５（１）に示すように、各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ）を形成する前に、基板２上にイオン注入用のマスクとしてレジストパターン４５を形成する。このレジストパターン４５は、次に形成されるリセットゲートＲＧを用いて構成されるリセットトランジスタをデプレッション型とするためのイオン注入にマスクとして用いられる。このため、次に形成されるリセットゲートＲＧ下方のチャネル部分に開口４５ａを有し、先に形成された光電変換素子（ＰＤ）を含むその他の部分を覆う形状となっている。

また、このレジストパターン４５には、次に形成されるフローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部分の中央部に達する開口４５ｂを有している。この開口４５ｂは、以降の工程でフローティングディフュージョン（ＦＤ−１）側に向けて分離絶縁膜１１の側壁に形成されるサイドウォール１４から間隔Ｄを保って形成されることとする。

この状態で、図５（２）に示すように、レジストパターン４５をマスクにしたｎ型不純物、例えばリン（Ｐ）等のイオン注入を行う。これにより、レジストパターン４５における開口４５ａの底部にｎ型のチャネル拡散層４７を形成する。また、これと同時に、フローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部分の中央部に、ｎ型の高濃度領域３２を形成する。この高濃度領域３２は、以降に分離絶縁膜１１側壁に形成されるサイドウォール１４から間隔Ｄを保って形成されることになる。

次に、図５（３）に示すように、分離絶縁膜１１が形成された基板２上に、ゲート絶縁膜を介して各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ）を形成し、さらにこれらのマスクに用いたｎ型拡散層、例えばリン（Ｐ）等のイオン注入により、基板２の表面側にｎ型の低濃度拡散層１３をセルフアラインで形成する。そして、形成された低濃度拡散層１３のうち、フローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部分を構成する低濃度拡散層が、図１および図２を用いて説明した低濃度領域３１となる。これにより、低濃度領域３１と高濃度領域３２とからなるフローティングディフュージョンＦＤ−１が形成される。

その後、図５（４）に示すように、各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ）、および分離絶縁膜１１の側壁に絶縁性のサイドウォール１４を形成する。次に、基板２上にイオン注入用のマスクとしてレジストパターン４９を形成する。このレジストパターン４９は、先に形成された光電変換素子（ＰＤ）およびｐチャンネルのトランジスタ形成領域をマスクすると共に、フローティングディフュージョンＦＤ−１を完全に覆う形状に形成される。

次いで、レジストパターン４９、分離絶縁膜１１、各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ）、およびサイドウォール１４をマスクにしたｎ型不純物、例えばリン（Ｐ）等のイオン注入を行う。これにより、低濃度拡散層１３の中央部にｎ型の高濃度拡散層１５をセルフアラインで形成し、リセットドレインＲＤおよびソース拡散層ＡＳを得る。尚、これにより、フローティングディフュージョンＦＤをソース拡散としたｎ型のリセットトランジスタ３は、リセットゲートＲＧ下にｎ型のチャネル拡散層４７を設けたデプレッション型となる。

以上の後は、先の図２に示したように、基板２上に層間絶縁膜１６を形成し、次にフローティングディフュージョンＦＤ−１の高濃度領域３２に達する接続孔１６ａを層間絶縁膜１６に形成した後、この接続孔１６ａ内にプラグ１７を埋め込み、さらにプラグ１７に接続された配線１８を層間絶縁膜１６上に形成することで固体撮像装置１を完成させる。

このような製造方法−３の手順によれば、図１および図２を用いて説明した構成の固体撮像装置１におけるフローティングディフュージョンＦＤ−１を、デプレッション型のリセットトランジスタ３のチャネル拡散層４７の形成および、およびリセットドレインＲＤの低濃度拡散層１３と同一工程で形成している。

このため、製造工程を追加することなく、第１実施形態の固体撮像装置１を得ることが可能である。

＜第２実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図６は、第２実施形態における固体撮像装置の構成を示す平面図であり、撮像素子の１画素分の要部を示している。また、図７は、図６におけるＡ−Ａ’断面図である。尚、図１および図２を用いて説明した第１実施形態の固体撮像装置と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

これらの図６および図７に示す固体撮像装置１’が、第１実施形態の固体撮像装置と異なるところは、フローティングディフュージョンＦＤ−２の構成にあり、その他の構成は同様である。

すなわち、本第２実施形態のフローティングディフュージョンＦＤ−２は、リセットトランジスタ３のリセットドレインＲＤや、アンプトランジスタ４のソース拡散層ＡＳよりも低濃度で構成されているところに特徴がある。ここでは、フローティングデュフュージョンＦＤ−２は、リセットトランジスタ３のリセットドレインＲＤやアンプトランジスタ４のソース拡散層ＡＳを構成する低濃度拡散層１３と同一工程で構成された低濃度拡散層１３のみからなることとする。このため、リセットドレインＲＤやソース拡散層ＡＳが、低濃度拡散層１３の中央部に高濃度拡散層１５を設けているのに対して、フローティングディフュージョンＦＤ−２は、低濃度拡散層１３のみで構成されているのである（断面図参照）。

このような構成の固体撮像装置１’においては、フローティングディフュージョンＦＤ−２が、リセットトランジスタ３のドレイン拡散層（リセットドレインＲＤ）と同程度の濃度である場合と比較して、フローティングディフュージョンＦＤ−２と分離絶縁膜１１の下部に設けられた分離拡散層１２との間に生じる寄生容量Ｃics、およびフローティングディフュージョンＦＤ−２と基板２との間に生じる寄生容量Ｃsubが小さく抑えられる。

したがって、第１実施形態の固体撮像装置と同様に、フローティングディフュージョンＦＤ−２に読み出された信号電荷を信号電圧に変換する際の変換効率の向上を図ることが可能であり、さらに素子構造が微細化された固体撮像装置における感度の向上を図ることが可能になる。

［製造方法］
次に、上述した第２実施形態の固体撮像装置の製造方法を、断面工程図を用いて詳細に説明する。

先ず、技術背景において図１０（１）〜図１０（３）を用いて説明したと同様の手順により、基板２の表面側にｎ型の低濃度拡散層１３をセルフアラインで形成し、さらに各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ：図示省略）の側壁に絶縁性のサイドウォール１４を形成するまでを行う。

そして、図８（１）に示すように、形成された低濃度拡散層１３のうち、フローティングディフュージョン（ＦＤ−１）部分を構成する低濃度拡散層１３が、そのままフローティングディフュージョンＦＤ−２となる。

このような状態で、基板２上にイオン注入用のマスクとしてレジストパターン５１を形成する。このレジストパターン５１は、先に形成された光電変換素子（ＰＤ）およびｐチャンネルのトランジスタ形成領域をマスクすると共に、フローティングディフュージョンＦＤ−２を完全に覆う形状に形成される。

次この状態で、図８（２）に示すように、レジストパターン５１、分離絶縁膜１１、各ゲートＲＧ，ＡＧ，（ＴＧ）、およびサイドウォール１４をマスクにしたｎ型不純物、例えばリン（Ｐ）等のイオン注入を行う。これにより、低濃度拡散層１３の中央部にｎ型の高濃度拡散層１５をセルフアラインで形成し、リセットドレインＲＤおよびソース拡散層ＡＳを得る。

以上の後は、先の図７に示したように、基板２上に層間絶縁膜１６を形成し、次にフローティングディフュージョンＦＤ−２に達する接続孔１６ａを層間絶縁膜１６に形成した後、この接続孔１６ａ内にプラグ１７を埋め込み、さらにプラグ１７に接続された配線１８を層間絶縁膜１６上に形成することで固体撮像装置１’を完成させる。

このような製造方法の手順によれば、図６および図７を用いて説明した構成の固体撮像装置におけるフローティングディフュージョンＦＤを、リセットドレインＲＤおよびソース拡散層ＡＳを構成する低濃度拡散層１３と同一工程で形成している。このため、製造工程を追加することなく、第２実施形態の固体撮像装置１’を得ることが可能である。

尚、上述した第１実施形態および第２実施形態においては、フローティングディフュージョンＦＤ−１，ＦＤ−２がリセットトランジスタ３のソース拡散層を兼ねた構成となっている。しかしながら、本発明は、フローティングディフュージョンＦＤと同電位に保たれたソース拡散層を有していれば良い。したがって、フローティングディフュージョンＦＤとソース拡散層とが配線を介して接続されている構成や、さらにリセットトランジスタ３が周辺の領域に配置されている構成の固体撮像装置にも適用可能である。また、リセットドレインＲＤをドレイン拡散層としたアンプトランジスタ４も、フローティングディフュージョンＦＤにアンプゲートＡＧが接続されたソースフォロア回路を構成していれば、アンプトランジスタ４が周辺の領域に配置されている構成の固体撮像装置にも適用可能である。

第１実施形態の固体撮像装置の要部構成を示す平面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の構成を示す図１のＡ−Ａ’断面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造方法−１を示す断面工程図である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造方法−２を示す断面工程図である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造方法−３を示す断面工程図である。 第２実施形態の固体撮像装置の要部構成を示す平面図である。 第２実施形態の固体撮像装置の構成を示す図６のＡ−Ａ’断面図である。 第２実施形態の固体撮像装置の製造方法の製造工程図である。 従来の固体撮像装置の要部構成を示す平面図である。 従来の固体撮像装置の製造方法を示す断面工程図である。

符号の説明

１，１’…固体撮像装置、２…基板、２ａ…素子分離領域、２ｂ…活性領域、３…リセットトランジスタ、４…アンプトランジスタ、１１…分離絶縁膜、１２…分離拡散層、１３…低濃度拡散層、１４…サイドウォール、１６…層間絶縁膜、１６ａ…接続孔、３１…低濃度領域（第１領域）、３２…高濃度領域（第２領域）、４１，４５…レジストパターン（マスク）、４７…チャネル拡散層、Ｄ…間隔、ＦＤ−１，ＦＤ−２…フローティングディフュージョン、ＰＤ…光電変換素子、ＲＤ…リセットトレイン（リセットトランジスタのドレイン拡散層）、ＴＧ…読出ゲート

Claims (9)

1. 基板の表面層に設けられた分離拡散層およびこの上部の分離絶縁膜からなる素子分離領域と、
   前記素子分離領域で分離された前記基板の活性領域上に設けられた読出ゲートと、
   前記読出ゲートを挟んで前記活性領域の表面側にそれぞれ配置された光電変換素子およびフローティングディフュージョンとを備えた固体撮像装置において、
   前記フローティングディフュージョンは、前記読出ゲートに隣接して配置された第１領域と、当該第１領域よりも高濃度でかつ前記分離絶縁膜の側壁に設けられた絶縁性のサイドウォールとの間に間隔を有して前記活性領域の表面層に設けられた第２領域とを備えている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１記載の固体撮像装置において、
   前記第１領域は、前記分離絶縁膜および読出ゲートに対して自己整合的に配置され、
   前記第２領域は、前記第１領域よりも深く設けられている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
3. 請求項１記載の固体撮像装置において、
   前記分離絶縁膜が形成された前記基板上は、前記フローティングディフュージョンの第２領域に達する接続孔を備えた層間絶縁膜で覆われている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
4. 請求項３記載の固体撮像装置において、
   前記第２領域は、前記接続孔の底部に自己整合的に配置されている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
5. 基板の表面層に設けられた分離拡散層およびこの上部の分離絶縁膜からなる素子分離領域と、
   前記素子分離領域で分離された前記基板の活性領域上に設けられた読出ゲートと、
   前記読出ゲートを挟んで前記活性領域の表面側にそれぞれ配置された光電変換素子およびフローティングディフュージョンと、
   前記フローティングディフュージョンと同電位のソース拡散層を有するリセットトランジスタとを備えた固体撮像装置において、
   前記フローティングディフュージョンは、前記リセットトランジスタのドレイン拡散層よりも低濃度に構成されている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
6. 分離拡散層とその上部の分離絶縁膜とからなる素子分離領域により基板の表面側の活性領域が分離され、読出ゲートを挟んだ当該活性領域の表面側に光電変換素子およびフローティングディフュージョンがそれぞれ配置されると共に、当該フローティングディフュージョンが、前記読出ゲートに隣接して配置された第１領域と、当該第１領域よりも高濃度でかつ前記分離絶縁膜の側壁に設けられた絶縁性のサイドウォールとの間に間隔を有して前記活性領域の表面層に設けられた第２領域とを備えてなる固体撮像装置の製造方法であって、
   前記フローティングディフュージョンにおける第２領域を形成する際には、当該第２領域部分を開口するマスクを基板上に形成し、当該マスク上から前記活性領域に不純物を導入することによって行う
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
7. 請求項６記載の固体撮像装置の製造方法において、
   前記フローティングディフュージョンにおける第１領域の形成は、前記基板の活性領域に形成されるトランジスタの低濃度拡散層の形成と同一工程で行われ、
   前記フローティングディフュージョンにおける第２領域の形成は、前記トランジスタのドレイン拡散層の形成と同一工程で行われる
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
8. 請求項６記載の固体撮像装置の製造方法において、
   前記フローティングディフュージョンにおける第２領域の形成に用いるマスクとして、当該フローティングディフュージョンに達する接続孔を備えた層間絶縁膜を用いる
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
9. 請求項６記載の固体撮像装置の製造方法において、
   前記フローティングディフュージョンにおける第１領域の形成は、前記基板の活性領域に形成されるトランジスタの低濃度拡散層の形成と同一工程で行われ、
   前記フローティングディフュージョンにおける第２領域の形成は、前記トランジスタのチャネル拡散層の形成と同一工程で行われる
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
   
   
   

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