JP2006186187A - Solid-state imaging device and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、特に、MOS型の固体撮像装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a MOS type solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.
公知のように、MOS型の固体撮像装置は、各画素セルにMOSトランジスタが配置されている。各画素セルのフォトダイオード部で生成された信号電荷は、当該MOSトランジスタを介して画素セルごとに電気信号として取り出される。このようなMOS型の固体撮像装置は、CCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像装置に比べて、走査自由度が高い、CMOSプロセスを使用するため製造コストが安い、駆動方式が簡単である、システム・オン・チップを実現できる等の特徴を有している。 As is well known, in a MOS type solid-state imaging device, a MOS transistor is arranged in each pixel cell. The signal charge generated in the photodiode portion of each pixel cell is taken out as an electric signal for each pixel cell via the MOS transistor. Such a MOS type solid-state imaging device has a higher scanning freedom than a CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device, uses a CMOS process, has a low manufacturing cost, and has a simple driving method. It has features such as realizing a system-on-chip.
以下、従来の固体撮像装置の画素セルの構造および動作について簡単に説明する。図11(a)は、一般的なMOS型の固体撮像装置の回路図であり、図11(b)は、図11(a)の画素セル部分を拡大して示した回路図である。また、図12は、MOS型の固体撮像装置の画素セルのパターンレイアウトの一例を示す平面図である。図11、図12において、二点鎖線で囲まれた領域が1つの画素セルに対応している。なお、図11と図12の対応を容易とするため、図11(b)には、図12において対応する部分の符号を付している。 Hereinafter, the structure and operation of a pixel cell of a conventional solid-state imaging device will be briefly described. FIG. 11A is a circuit diagram of a general MOS solid-state imaging device, and FIG. 11B is an enlarged circuit diagram of the pixel cell portion of FIG. 11A. FIG. 12 is a plan view showing an example of the pattern layout of the pixel cell of the MOS type solid-state imaging device. 11 and 12, a region surrounded by a two-dot chain line corresponds to one pixel cell. In addition, in order to make correspondence with FIG. 11 and FIG. 12 easy, the code | symbol of the part corresponding in FIG. 11 (b) is attached | subjected.
図11(b)に示すように、各画素セル100は、フォトダイオード101、転送トランジスタ102、リセットトランジスタ103、および増幅トランジスタ104から構成される。フォトダイオード101のカソード、および、各トランジスタ102〜104のソース、ドレインは、図12に点線で示すように、P型の半導体基板の表面部に形成されたN型の不純物領域201〜205により構成されている。なお、この例では、フォトダイオード101のアノードは、P型の半導体基板である。
As shown in FIG. 11B, each
図12に示す例では、フォトダイオード101のカソードを構成する不純物領域201(以下、電荷蓄積層201という。)は矩形形状を有し、当該電荷蓄積層201の短辺に沿って、転送トランジスタ102のソースを構成する不純物領域202(以下、電荷引出層202という。)が設けられる。また、電荷蓄積層201と電荷引出層202とは、半導体基板の内部で互いに一部が重なるように配置されており、電気的に接続されている。
In the example shown in FIG. 12, an impurity region 201 (hereinafter referred to as a charge storage layer 201) that constitutes the cathode of the
図11(b)に示すように、転送トランジスタ102のドレインとリセットトランジスタ103のソースとは共通であり、共通の不純物領域203(以下、フローティングディフュージョン203という。)として構成される。図12の例では、フローティングディフュージョン203は、電荷蓄積層201の長辺と平行に配置された転送トランジスタ102のゲート電極102g(以下、転送ゲート電極102gという。)を挟んで電荷引出層202と対向する位置に配置される。
As shown in FIG. 11B, the drain of the transfer transistor 102 and the source of the
また、リセットトランジスタ103のドレインと増幅トランジスタ104のドレインも共通の不純物領域204(以下、電位拡散層204という。)で構成される。この電位拡散層204は、転送ゲート電極102gに対して垂直な方向に沿って配置されたリセットトランジスタ103のゲート電極103g(以下、リセットゲート電極103gという。)を挟んで、フローティングディフュージョン203と対向する位置に配置される。
Further, the drain of the
なお、転送ゲート電極102gは、電荷蓄積層201の長辺方向に沿って配置されているすべての画素セルに対して共通の電極として機能するように構成されており、図11(a)に示す垂直ドライバ回路107に接続されている。また、転送ゲート電極102gにより共通化されたすべての画素セルのリセットゲート電極103gは、転送ゲート電極102gと平行に配置されたリセット線121により、転送ゲート電極102gと反対側に位置する端部が連結され、転送ゲート電極102gと同様に、図11(a)に示す垂直ドライバ回路107に接続されている。
Note that the
さらに、図12に示すように、転送ゲート電極102gとリセット線121との間で、リセットゲート電極103gと平行に配置された増幅トランジスタ104のゲート電極104g(以下、検出ゲート電極104gという。)を挟んで電位拡散層204と対向する位置には、増幅トランジスタ104のソースを構成する不純物領域205(以下、出力層205という。)が配置されている。
Further, as shown in FIG. 12, a
なお、上述の各ゲート電極102g、103g、104g、および、リセット線121は、半導体基板の表面に、ポリシリコン等のパターンとして形成され、ゲート電極102g、103g、104gの直下の半導体基板の表面には、シリコン酸化膜等からなるゲート絶縁膜が設けられている。また、図12では、これら一群の配線を破線で示している。
The
一方、各ゲート電極102g、103g、および104gの上には、シリコン窒化膜等からなる第1の層間絶縁膜225(図14参照)を介してAl等からなる第1のメタル配線層が配置される。
On the other hand, on each
図12の例では、この第1のメタル配線層により、検出用配線211、接続用パターン212、および垂直信号線111が形成されている(図12に実線で示す。)。
In the example of FIG. 12, a
上記検出用配線211は、検出ゲート電極104gとフローティングディフュージョン203とを接続する配線であり、第1の層間絶縁膜225を貫通するコンタクトホール231、232を介して、フローティングディフュージョン203、および検出ゲート電極104gに接続されている。また、接続用パターン212は、電源拡散層204と後述の第2のメタル配線層との接続部となるパターンであり、第1の層間絶縁膜225を貫通するコンタクトホール233を介して電源拡散層204と接続される。さらに、垂直信号線111は、電荷蓄積層201の短辺方向に沿って配置されたすべての画素セルの出力層205に接続される配線であり、コンタクトホール234を介して出力層205に接続されている。
The
なお、垂直信号線111は、図11(a)に示すように、一端が負荷トランジスタ105を介して出力信号線113に接続されるとともに、他端が雑音抑制回路108および水平トランジスタ110を介して接地線112に接続されている。また、水平トランジスタ110のゲートは水平ドライバ回路109に接続されている。
As shown in FIG. 11A, one end of the
上記第1のメタル配線層の各パターン上には、シリコン窒化膜等からなる第2の層間絶縁膜226(図14参照)を介してAl等からなる第2のメタル配線層が形成され、最上面にシリコン窒化膜等からなる保護膜227(図14参照)が形成される。 On each pattern of the first metal wiring layer, a second metal wiring layer made of Al or the like is formed via a second interlayer insulating film 226 (see FIG. 14) made of a silicon nitride film or the like. A protective film 227 (see FIG. 14) made of a silicon nitride film or the like is formed on the upper surface.
図13は、図12の上層に第2のメタル配線層が形成された状態を示す平面図である。図13に示すように、第2のメタル配線層として、電荷蓄積層201の上方に開口を有する電源配線213が形成されている。電源配線213は、第2の層間絶縁膜226を貫通するヴィアホール235を介して上記接続用パターン212に接続されており、結果として、電源拡散層204と接続される。
FIG. 13 is a plan view showing a state in which the second metal wiring layer is formed in the upper layer of FIG. As shown in FIG. 13, a
また、電源配線213は、図11(a)に示すように電源106に接続されており、各トランジスタに電源供給を行うとともに、電荷蓄積層201以外への光の入射を防止する機能を担っている。
Further, the
上記構成において、入射光に応じて光電変換により生成された信号電荷は電荷蓄積層201に蓄積される。ここで、垂直ドライバ回路107が、転送ゲート電極102gに電圧を印加して転送トランジスタ102をオン状態にすると、信号電荷はフローティングディフュージョン203(以下、適宜、FD203と省略する。)に流入し、FD203の電位が当該信号電荷の電荷量に応じて変動する。
In the above structure, signal charges generated by photoelectric conversion in response to incident light are accumulated in the
上述したように、FD203は検出用配線211により検出ゲート電極104gと接続されている。したがって、この状態で、水平ドライバ回路109が、当該画素セル100に対応する水平トランジスタ110に電圧を印加して水平トランジスタ110をオン状態にすると、増幅トランジスタ104はソースフォロア回路となりFD203に蓄積された信号電荷に応じた出力信号が垂直信号線111に出力される。その後、垂直ドライバ回路107が、リセットゲート電極103gに電圧を印加してリセットトランジスタ103をオン状態にすると、FD203に蓄積されていた信号電荷はリセット線121を介してFD203から排出され、FD203の電位は電源拡散層204の電位と等しくなる。これにより、FD203が初期化される。
As described above, the FD 203 is connected to the
ところで、画素セル100のレイアウトにおいて、画素の感度および飽和出力を向上させるためには、フォトダイオード101の受光面積(図12に示す電荷蓄積部201の面積)が可能な限り大きいことが好ましい。しかしながら、半導体基板上において1つの画素セルが占有可能な面積は、固体撮像装置のチップサイズおよび形成する画素数等により制限される。したがって、画素セル100のレイアウトでは、上述のフォトダイオード101以外の領域の面積を可能な限り小さくすることが好ましい。このため、各トランジスタのゲート電極や第1のメタル配線層のパターンを可能な限り近接させて配置するとともに、これらの配線をフォトダイオード101への光入射を妨げることがないように配置することが重要となる。
Incidentally, in the layout of the
図12の例では、増幅トランジスタ104の直上にコンタクトホール232を形成することが好ましくないため、検出ゲート電極104gをトランジスタ領域の外部にまで延伸し、増幅トランジスタ104に隣接する位置にコンタクトホール232を形成するためのスペースを設けている。このスペースを確保するために、転送ゲート電極102gとリセット線121との間隔は広げられ、結果的に、フォトダイオード101の開口面積が小さくなっている。
In the example of FIG. 12, since it is not preferable to form the
さらに、第1メタル配線層において、検出用配線211と接続用パターン212とを並べて配置する必要があるため、検出用配線211のパターンが転送ゲート電極102gの上方にオーバーラップするように配置されている。このレイアウトでは、図14(図12のA−Aの断面)に示すように、フォトダイオード101に斜めに入射する光Lの一部を検出用配線211が遮る状態になり、フォトダイオード101に入射する光量が減少してしまうという問題も発生してしまう。
Furthermore, since it is necessary to arrange the
この対策として、後掲の特許文献1には、図15に示すように、検出ゲート電極104gとFD203とを接続する配線として検出ゲート電極104gの電極パターンを使用する技術が開示されている。すなわち、検出ゲート電極104gの電極パターンを、FD203に設けたコンタクト203aにオーバーラップする位置まで延伸させて、FD203と検出ゲート電極104gとを接続している。
As a countermeasure, Patent Document 1 described later discloses a technique of using the electrode pattern of the
この構成によれば、上記コンタクトホール232(および、コンタクトホール231)が不要となるため、転送ゲート電極102gとリセット線121との間隔を狭めることが可能となる。また、検出用配線211も不要となるため、斜め方向に入射する光Lを遮ることもない。
上記特許文献1に記載されている技術を採用した場合、検出ゲート電極104gを直接FD203に接続しているため、転送ゲート電極102gと検出ゲート電極104gとが平行に配置されることになる。両者はともにトランジスタのゲート電極であるため、同一のフォトリソグラフィ工程によりパターンが形成される。このため、転送ゲート電極102gと検出ゲート電極104gとの最小間隔d(図15参照)は、当該フォトリソグラフィ工程の解像限界により制限されることになる。
When the technique described in Patent Document 1 is adopted, since the
近年の素子寸法の微細化に伴い、1つの画素セルに割り当てられる面積は、今後、ますます小さくなることが予想される。このため、フォトダイオード101の開口面積をできるだけ広く確保するためにも、配線をより狭い領域に配置可能にする必要がある。
With the recent miniaturization of element dimensions, the area allocated to one pixel cell is expected to become smaller in the future. For this reason, in order to secure the opening area of the
本発明は、上記従来の事情を鑑みてなされたものであり、従来に比べて、フォトダイオードの開口面積を大きく確保できるとともに、フォトダイオードへの光の入射を妨げることのない配線配置を行うことができる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。 The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and it is possible to secure a large opening area of the photodiode as compared with the conventional case, and to perform a wiring arrangement that does not prevent light from entering the photodiode. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of performing the same and a manufacturing method thereof.
前記の目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は以下の手段を採用している。まず、本発明は、フォトダイオードにおいて光電変換により生成された信号電荷を、当該信号電荷を一時的に蓄積するフローティングディフュージョンに転送するとともに、当該フローティングディフュージョンの電位に応じた信号を、増幅トランジスタを介して出力する画素セルがマトリックス状に配置された固体撮像装置を前提としている。 In order to achieve the above object, the solid-state imaging device according to the present invention employs the following means. First, the present invention transfers a signal charge generated by photoelectric conversion in a photodiode to a floating diffusion that temporarily accumulates the signal charge, and sends a signal corresponding to the potential of the floating diffusion through an amplification transistor. It is assumed that a solid-state imaging device in which pixel cells to be output are arranged in a matrix.
そして、本発明に係る固体撮像装置は、上記フローティングディフュージョンと上記増幅トランジスタのゲート電極とが、当該ゲート電極と同一の配線層に形成された高融点金属を主材料とする配線により接続された構成を採用している。ここで、同一の配線層とは、前記配線が絶縁膜を介することなく、すなわち、スルーホールを介することなく接続されていることを指す。 The solid-state imaging device according to the present invention has a configuration in which the floating diffusion and the gate electrode of the amplification transistor are connected by a wiring mainly composed of a refractory metal formed in the same wiring layer as the gate electrode. Is adopted. Here, the same wiring layer indicates that the wiring is connected without an insulating film, that is, without a through hole.
また、フローティングディフュージョンと増幅トランジスタのゲート電極とを接続する上記配線は、フローティングディフュージョンおよび増幅トランジスタと、高融点金属のシリサイドを介して接触していることが好ましい。さらに、当該配線は、その両端部において前記高融点金属から前記シリサイドに連続的に遷移する構成を採用してもよい。 Further, it is preferable that the wiring connecting the floating diffusion and the gate electrode of the amplification transistor is in contact with the floating diffusion and the amplification transistor through a refractory metal silicide. Furthermore, the wiring may adopt a configuration in which the refractory metal continuously transitions to the silicide at both ends thereof.
一方、他の観点では、本発明は、上記固体撮像装置の製造方法を提供することができる。本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオードにおいて光電変換により生成された信号電荷を、当該信号電荷を一時的に蓄積するフローティングディフュージョンに転送するとともに、当該フローティングディフュージョンの電位に応じた信号を、増幅トランジスタを介して出力する画素セルがマトリックス状に配置された固体撮像装置の製造方法を前提としている。 On the other hand, in another aspect, the present invention can provide a method for manufacturing the solid-state imaging device. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention transfers a signal charge generated by photoelectric conversion in a photodiode to a floating diffusion that temporarily accumulates the signal charge, and a signal corresponding to the potential of the floating diffusion. Is premised on a method of manufacturing a solid-state imaging device in which pixel cells that output through an amplification transistor are arranged in a matrix.
そして、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、まず、半導体基板上に形成されたフローティングディフュージョンおよび増幅トランジスタのゲート電極の少なくとも一部を共に被覆する高融点金属を主材料とする導電膜を形成する。そして、当該導電膜と、当該導電膜に接触しているフローティングディフュージョンおよび増幅トランジスタのゲート電極の材料とを反応させてシリサイドを形成する。この状態で、前記シリサイドおよび未反応の前記導電膜上に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜を選択的に除去することにより、フローティングディフュージョンと増幅トランジスタのゲート電極とを接続する配線に対応する絶縁膜パターンを形成する。この絶縁膜パターンをマスクとして導電膜を選択的に除去し、フローティングディフュージョンと増幅トランジスタのゲート電極とを接続する配線のパターンを形成する。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, first, a conductive film mainly composed of a refractory metal that covers at least part of the gate electrode of the floating diffusion and the amplification transistor formed on the semiconductor substrate is formed. Form. Then, silicide is formed by reacting the conductive film with the material of the floating diffusion and the gate electrode of the amplification transistor which are in contact with the conductive film. In this state, an insulating film is formed on the silicide and the unreacted conductive film, and the insulating film is selectively removed, thereby insulating corresponding to the wiring connecting the floating diffusion and the gate electrode of the amplification transistor. A film pattern is formed. Using the insulating film pattern as a mask, the conductive film is selectively removed to form a wiring pattern that connects the floating diffusion and the gate electrode of the amplification transistor.
本発明によれば、MOS型の固体撮像装置において、フローティングディフュージョンと増幅トランジスタのゲート電極とを接続する配線を配置するために必要な領域を、従来に比べて狭くすることができる。このため、フォトダイオードの開口面積(受光面積)をより大きくすることができ、従来の配線配置を採用した固体撮像装置に比べて、検出感度および飽和出力を向上させることができる。 According to the present invention, in the MOS type solid-state imaging device, the area necessary for arranging the wiring connecting the floating diffusion and the gate electrode of the amplification transistor can be made narrower than the conventional one. For this reason, the opening area (light receiving area) of the photodiode can be increased, and the detection sensitivity and the saturation output can be improved as compared with the solid-state imaging device employing the conventional wiring arrangement.
また、フローティングディフュージョンと増幅トランジスタのゲート電極とを接続する上記配線はゲート電極と同一の配線層に形成されているため、フォトダイオードへの光の入射を妨げるメタル配線も削減することができる。 Further, since the wiring connecting the floating diffusion and the gate electrode of the amplification transistor is formed in the same wiring layer as the gate electrode, metal wiring that prevents light from entering the photodiode can be reduced.
以下、本発明に係る固体撮像装置を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明を適用した固体撮像装置の画素セルのパターンレイアウトの一例を示す平面図である。なお、図1は、図12と同様に、第1のメタル配線層のパターンが形成された状態を示す平面図であり、第2の層間絶縁膜および第2のメタル配線層のパターンは図示していない。また、図2〜図9は、本発明に係る固体撮像装置の製造工程の一部を示す要部断面図である。図2〜図9において、図2(a)〜図9(a)は、図1に示すA−Aの断面を示す図であり、図2(b)〜図9(b)は、図1に示すB−Bの断面を示す図である。 FIG. 1 is a plan view showing an example of a pixel cell pattern layout of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. FIG. 1 is a plan view showing a state in which the pattern of the first metal wiring layer is formed, as in FIG. 12, and the pattern of the second interlayer insulating film and the second metal wiring layer is shown. Not. 2 to 9 are cross-sectional views of the main part showing a part of the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the present invention. 2 to 9, FIGS. 2A to 9A are cross-sectional views taken along the line AA in FIG. 1, and FIGS. 2B to 9B are FIGS. It is a figure which shows the cross section of BB shown in FIG.
以下、本発明に係る固体撮像装置の構造を、その製造工程とともに説明する。また、図面において、従来と同一の部分には同一符号を付している。 Hereinafter, the structure of the solid-state imaging device according to the present invention will be described together with the manufacturing process thereof. In the drawings, the same parts as those in the prior art are denoted by the same reference numerals.
本発明の固体撮像装置は、回路構成上は図11に示した従来の固体撮像装置と同一であり、フォトダイオード101、転送トランジスタ102、リセットトランジスタ103、および増幅トランジスタ104を備えている。また、各トランジスタのゲート電極102g、103g、104gが形成されるまでの工程は、公知のCMOSプロセスにより形成されるものであり、図2は、当該プロセスにより、各トランジスタのゲート電極102g、103g、104gが形成された状態を示している。
The solid-state imaging device of the present invention is the same as the conventional solid-state imaging device shown in FIG. 11 in terms of circuit configuration, and includes a
図1、および図2(a)、(b)に示すように、P型のシリコン半導体基板200(あるいは、深いP型のウェルが形成されたN型のシリコン半導体基板)の表面部に、各画素セル100および各能動素子101、102、103、104を電気的に分離する素子分離224が、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)やSTI(Shallow Trench Isolation)等の公知の素子分離手法を用いて形成される。
As shown in FIG. 1 and FIGS. 2A and 2B, each surface portion of a P-type silicon semiconductor substrate 200 (or an N-type silicon semiconductor substrate in which a deep P-type well is formed) An
また、N型の不純物がイオン注入法等により導入され、半導体基板200の表面部に電荷蓄積部201(フォトダイオード101)が形成される。この後、半導体基板200の表面に、各トランジスタ102、103、104のゲート絶縁膜となる表面酸化膜が形成され、サイドウォール223を備えたゲート電極102g、103g、104gが形成される。なお、本実施の形態では、各ゲート電極102g、103g、104gをポリシリコンで形成し、サイドウォール223をシリコン酸化膜で形成している。
In addition, an N-type impurity is introduced by an ion implantation method or the like, and a charge accumulation portion 201 (photodiode 101) is formed on the surface portion of the
これらのゲート電極102g、103g、104gは、公知のサリサイド構造の形成プロセスにより形成されるものであるが、ここでその形成工程を簡単に説明する。なお、以下のサリサイド構造の形成プロセスでは、電荷蓄積層201はレジスト膜等により被覆され、当該プロセス中にダメージ等を受けることがない状態になっている。
These
まず、上記ゲート絶縁膜上に、ポリシリコンからなる導電膜がCVD法等により成膜され、フォトリソグラフィおよびエッチングにより各ゲート電極102g、103g、104g、およびリセット線121のパターンが形成される。
First, a conductive film made of polysilicon is formed on the gate insulating film by a CVD method or the like, and patterns of the
次に、各ゲート電極102g、103g、104gのパターンをマスクとして、イオン注入法等により半導体基板200にN型の不純物が導入され、比較的低濃度の浅い不純物領域が形成される。そして、ゲート電極102g、103g、104g上を被覆するシリコン酸化膜がCVD法を用いて堆積され、RIE(Reactive Ion Etching)等の異方性エッチングを用いたエッチバックにより、各ゲート電極102g、103g、104gのサイドウォール223が形成される。
Next, N-type impurities are introduced into the
そして、サイドウォール223を備えた各ゲート電極102g、103g、104gをマスクとして、イオン注入法等によりN型の不純物を半導体基板200に高濃度で導入することにより、電荷引出層202、FD203、電源拡散層204、出力層205が形成され、各トランジスタ102、103、104に対応する不純物領域が完成される。なお、各トランジスタ102、103、104の領域を除く各ゲート電極102g、103g、104gの直下、および、リセット線121の直下の半導体基板200には、上記素子分離224が形成され、半導体基板200と電気的に分離されていることはいうまでもない。
Then, using the
さて、本発明に係る固体撮像装置では、上記のようにゲート電極102g、103g、104gが形成された状態で、図2(a)に示すように、電荷蓄積層201の上面を被覆するシリサイドブロック膜218が形成される。当該シリサイドブロック膜218は、例えば、CVD法等により半導体基板200上にシリコン酸化膜を成膜し、当該シリコン酸化膜に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことで形成される。
Now, in the solid-state imaging device according to the present invention, the silicide block that covers the upper surface of the
なお、図2(a)に示すように、シリサイドブロック膜218の垂直方向(図1において、垂直信号線111が伸びる方向)の端部は、後述のシリサイド形成により、配線抵抗を低下させることができるように、転送ゲート電極102gの上部と、隣接する画素セルのリセット線121の上部とに位置させている。また、水平方向(図1において、リセット線121が伸びる方向)は、当該方向に沿って形成されたすべての画素セル100に渡って、共通のシリサイドブロック膜218を形成している。
As shown in FIG. 2A, the wiring resistance is reduced at the end of the
次に、図3(a)、(b)示すように、シリサイドブロック膜218が形成された半導体基板200上に高融点金属膜219が堆積される。当該高融点金属膜219は、例えば、コバルトやチタン等の材料を、スパッタリング法等を用いて半導体基板200の全面に堆積すればよい。なお、高融点金属膜219上には、必要に応じて窒化チタン膜(図示せず)を堆積してもよい。この窒化チタン膜は、例えば、高融点金属膜219がチタン膜である場合は後述のサリサイド反応の制御性を向上させることができ、高融点金属膜219がコバルト膜である場合にはコバルト膜の酸化を防止することができる。
Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, a
上述のように高融点金属膜219を成膜した後、当該高融点金属膜219と半導体基板200のシリコン、または、各ゲート電極102g、103g、104gのシリコンとを反応させてシリサイドを形成するための第1の熱処理を行う。
After the
この第1の熱処理により、図4(a)、(b)に示すように、高融点金属膜219とシリコン基板200、および高融点金属膜219とゲート電極102g、103g、104gとが接触している領域にシリサイド220が形成される。このとき、素子分離224、サイドウォール223、シリサイドブロック膜218上に成膜された高融点金属膜219は、反応可能なシリコンが存在しないため、シリサイド化されることはない。
By this first heat treatment, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
また、第1の熱処理において、FD203、電位拡散層204、および出力層205上に形成されたシリサイド220は、各層に電気的に接続された電極として機能する。したがって、図4(a)、(b)に示す状態では、FD203、電位拡散層204、出力層205、および、各ゲート電極102g、103g、104gは、シリサイド220を介して高融点金属膜219とそれぞれ電気的に接続されていることになる。
In the first heat treatment, the
なお、図4(a)、(b)では、FD203上に未反応の高融点金属が残留している状態を示しているが、熱処理条件によっては高融点金属219がすべてシリサイド220となることもある。また、図面では、便宜上、シリサイド220と未反応の高融点金属膜219との界面を明示しているが、公知のように、シリサイドは高融点金属とシリコンとの合金化反応によって生成されるものである。したがって、未反応の高融点金属219とシリサイド220の間では、組成が未反応の高融点金属からシリサイドに連続的に遷移している。
4A and 4B show a state in which an unreacted refractory metal remains on the
第1の熱処理が完了した後、図5(a)、(b)に示すように、高融点金属膜219の表面に、例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜221を成膜する。なお、絶縁膜221の成膜過程において、半導体基板200が500℃以上の高温にさらされると、上記シリサイド220にシリコン凝集が発生して配線抵抗が増大してしまう。これを避けるため、絶縁膜221の成膜には、プラズマCVD等のような半導体基板が500℃を越える高温にさらされることのない低温プロセスを採用することが好ましい。
After the first heat treatment is completed, as shown in FIGS. 5A and 5B, an insulating
次に、図6(a)、(b)に示すように、絶縁膜221上に、FD203と検出ゲート電極104gとを接続する配線に対応するレジストパターン222をフォトリソグラフィ法により形成する。そして、このレジストパターン222をエッチングマスクとして、絶縁膜221を選択的にエッチングすることで図7(a)、(b)に示す絶縁膜221のパターンが形成される。当該絶縁膜221のエッチングには、例えば、ドライエッチングを使用することができる。この場合、エッチングガスとして、高融点金属219やシリサイド220に対する選択比が高い、C5F8,C4F6等の不飽和CF系ガスを用いることが好ましい。
Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, a resist
そして、図8(a)、(b)に示すように、アッシング等によりレジストパターン222を除去した後、絶縁膜221のパターンをエッチングマスクとして、未反応の高融点金属膜219を選択的に除去することにより、図9(a)、(b)に示す検出用配線217が形成される。なお、この高融点金属膜219の除去は、例えば、硫酸と過酸化水素との混合溶液をエッチング液としたウエットエッチングにより行うことができる。
Then, as shown in FIGS. 8A and 8B, after removing the resist
上述のように、本発明では、FD203と検出ゲート電極104gとを接続する検出用配線217を高融点金属により形成している。本構成によれば、ゲート電極として用いられるポリシリコンを利用した従来の配線に比べて、より狭い領域にFD203と検出ゲート電極104gとを接続する配線を形成することが可能となる。
As described above, in the present invention, the
すなわち、ポリシリコンからなる配線(ゲート電極)は、周知のように、CMOSプロセスの加工限界に基づいて規定されるレイアウトルールによりその配置が制限されている。例えば、0.18μmノード対応のCMOSプロセスでは、ポリシリコン配線はライン幅L=0.18μm、隣接する配線間のスペース幅S=0.18μmが最小値とされている。このため、略平行に配置されたポリシリコン配線間に、新たに1本のポリシリコン配線を配置するために必要となる最小幅は、スペース幅+ライン幅+スペース幅=0.18+0.18+0.18=0.54μmとなる。 That is, the wiring (gate electrode) made of polysilicon is restricted by the layout rule defined based on the processing limit of the CMOS process, as is well known. For example, in a CMOS process corresponding to a 0.18 μm node, a polysilicon wiring has a minimum value of a line width L = 0.18 μm and a space width S between adjacent wirings S = 0.18 μm. For this reason, the minimum width required for newly arranging one polysilicon wiring between the polysilicon wirings arranged substantially in parallel is: space width + line width + space width = 0.18 + 0.18 + 0. 18 = 0.54 μm.
一方、本発明では、検出用配線217のパターンを形成する際に、まず、レジストパターン222を形成している。当該レジストパターン222は孤立パターンであるため、ポリシリコン配線間のレイアウトルールが適用されることはなく、隣接するポリシリコン配線(図1では転送ゲート電極102g)とのスペース幅d(重ね合わせマージン)のみがレイアウトルールにより制約されることになる。このスペース幅dは、上述の0.18μmノード対応のCMOSプロセスでは約0.1μmである。
On the other hand, in the present invention, when the pattern of the
したがって、高融点金属からなる配線の加工限界が、ポリシリコン配線と同程度(0.18μm)であるとすると、ポリシリコン配線とポリシリコン配線の間に、新たに1本の高融点金属からなる配線を配置するために必要となる最小幅は、スペース幅+ライン幅+スペース幅=0.1+0.18+0.1=0.38μmとなる。 Therefore, if the processing limit of the wiring made of a refractory metal is about the same as that of the polysilicon wiring (0.18 μm), it is newly made of one refractory metal between the polysilicon wiring and the polysilicon wiring. The minimum width required for arranging the wiring is space width + line width + space width = 0.1 + 0.18 + 0.1 = 0.38 μm.
このように、FD203と検出ゲート電極104gとを接続する配線に、高融点金属からなる配線を採用することにより、従来、当該配線に使用されていたポリシリコン配線よりも、配線を配置するために必要となる領域の面積を小さくすることが可能となるのである。
As described above, by adopting a wiring made of a refractory metal as a wiring connecting the
なお、上述の検出用配線217の形成が完了した後、第2の熱処理が、例えば、780〜850℃、10〜40sec、N2雰囲気で行われる。この熱処理により、FD203、電源拡散層204、および出力層205、並びに、転送ゲート電極102g、リセットゲート電極103g、検出ゲート電極104g、および、リセット線121に形成されたシリサイドが低抵抗化される。
Note that after the formation of the above-described
上述のようにしてゲート電極の形成工程が完了した後、第1の層間絶縁膜225、第1の金属配線層、第2の層間絶縁膜226、第2の金属配線層、および保護膜227を形成することで固体撮像装置が完成する。なお、これらの工程では、公知のCMOSプロセスを使用して加工を行えばよい。
After the gate electrode formation step is completed as described above, the first
以上説明したように、本発明によれば、フローティングディフュージョン203と検出ゲート電極104gとを接続する検出用配線217を配置するために必要な領域を、従来に比べて小さくすることができる。このため、フォトダイオードの開口面積(受光面積)をより大きくすることができ、従来の配線配置を採用した固体撮像装置に比べて、検出感度および飽和出力を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, the area necessary for arranging the
また、フローティングディフュージョン203と検出ゲート電極104gとを接続する検出用配線217が、ゲート電極と同一の配線層に形成されている。このため、第1の層間絶縁膜225を介してゲート電極層の上層に形成されるメタル配線により、フローティングディフュージョン203と検出ゲート電極104gとを接続する配線を設ける必要がない。すなわち、図10に示すように、本発明に係る固体撮像装置には、フォトダイオード101(電荷蓄積層201)へ入射する光Lを妨げるメタル配線は存在せず、より多くの入射光をフォトダイオード201に取り入れることができる。
Further, a
さらに、本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、トランジスタのソースおよびドレイン領域と電気的なコンタクトを得るために形成されるシリサイドの形成過程において、従来から半導体基板上に形成されていた高融点金属膜を利用して検出用配線217を形成している。このため、従来の固体撮像装置の製造プロセスを大幅に変更する必要がなく、従来の工程に絶縁膜からなるエッチングマスクのパターニング工程、および、当該エッチングマスクを介した高融点金属膜のエッチング工程を加えるだけで、上記構造を有する固体撮像装置を製造することが可能である。
Furthermore, according to the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the silicide is formed on the semiconductor substrate in the process of forming the silicide formed to obtain electrical contact with the source and drain regions of the transistor. The
ところで、高融点金属を配線材料として用いると、配線抵抗が高くなりエレクトロマイグレーション寿命が低下するという問題が発生する可能性がある。しかしながら、本発明に係る固体撮像装置では、高融点金属の配線を、回路構成上電流がほとんど流れることのないフローティングディフュージョンと検出ゲート電極とを接続する配線として使用しているので、問題が生じることはない。 By the way, when a refractory metal is used as a wiring material, there is a possibility that the wiring resistance becomes high and the electromigration life is reduced. However, in the solid-state imaging device according to the present invention, a refractory metal wiring is used as a wiring for connecting a floating diffusion and a detection gate electrode, in which a current hardly flows in the circuit configuration, and thus a problem occurs. There is no.
なお、上記実施の形態で例示した画素セル100のパターンレイアウトは、具体例を示したものであり、本願発明が上記構成に限定されるものではない。本発明の効果を奏することが可能である限り、任意のレイアウトを採用することができる。
The pattern layout of the
また、上記実施の形態において使用したプロセスは、具体例を示したものであり本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明は、ゲート電極と同一の配線層に設けた高融点金属からなる配線により、フローティングディフュージョンと検出ゲート電極とが接続されることが特徴である。したがって、上述したプロセスと等価な公知のプロセスで置換した場合であっても、本発明の効果を奏することは可能である。また、プロセス順も上述した順序に限定されるものではなく、本発明と同一の構造が形成可能である限り、プロセス順を入れ替えることも可能である。 Moreover, the process used in the said embodiment shows a specific example, and does not restrict | limit the technical scope of this invention. The present invention is characterized in that the floating diffusion and the detection gate electrode are connected by a wiring made of a refractory metal provided in the same wiring layer as the gate electrode. Therefore, even if the process is replaced with a known process equivalent to the process described above, the effects of the present invention can be obtained. Further, the process order is not limited to the order described above, and the process order can be changed as long as the same structure as that of the present invention can be formed.
さらに、上記実施の形態では、信号電荷が電子である場合について説明したが、上記の半導体基板および半導体基板中に形成される不純物層の導電型を、全て逆導電型とすることで、信号電荷を正孔とした固体撮像装置が構成できることは勿論である。 Furthermore, although the case where the signal charge is an electron has been described in the above embodiment, the signal charge can be obtained by setting all the conductivity types of the semiconductor substrate and the impurity layer formed in the semiconductor substrate to a reverse conductivity type. Of course, it is possible to construct a solid-state imaging device having holes as holes.
本発明は、画素セルのパターンレイアウトにおいてフォトダイオード開口面積の確保と入射光の妨害の回避ができるという効果を有し、固体撮像装置に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an effect of ensuring a photodiode opening area and avoiding interference of incident light in a pixel cell pattern layout, and is useful for a solid-state imaging device.
101 フォトダイオード
102 転送トランジスタ
102g 転送ゲート電極
103 リセットトランジスタ
103g リセットゲート電極
104 増幅トランジスタ
104g 検出ゲート電極
121 リセット線
203 フローティングディフュージョン
203a コンタクト
204 電源拡散層
211 検出用配線
217 検出用配線
218 シリサイドブロック膜
219 高融点金属膜
220 シリサイド
221 絶縁膜
222 レジスト
L 入射光
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記フローティングディフュージョンと前記増幅トランジスタのゲート電極とが、当該ゲート電極と同一の配線層に設けられた高融点金属を主材料とする配線により接続されたことを特徴とする固体撮像装置。 In a solid-state imaging device in which pixel cells that transfer signal charges generated by photoelectric conversion in a photodiode to a floating diffusion and output a signal corresponding to the potential of the floating diffusion through an amplification transistor are arranged in a matrix ,
A solid-state imaging device, wherein the floating diffusion and the gate electrode of the amplification transistor are connected by a wiring mainly made of a refractory metal provided in the same wiring layer as the gate electrode.
少なくとも前記フローティングディフュージョンの一部および前記増幅トランジスタのゲート電極の一部を共に被覆する高融点金属を主材料とする導電膜を形成する工程と、
前記導電膜と、前記フローティングディフュージョンおよび前記増幅トランジスタのゲート電極の材料とを反応させてシリサイドを形成する工程と、
前記シリサイドおよび未反応の前記導電膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を選択的に除去し、前記フローティングディフュージョン部と前記増幅トランジスタのゲート電極とを接続する配線に対応する絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記絶縁膜パターンをマスクとして前記導電膜を選択的に除去し、前記配線のパターンを形成する工程と、
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
In a solid-state imaging device in which signal charges generated by photoelectric conversion in a photodiode are transferred to a floating diffusion, and pixel cells that output a signal corresponding to the potential of the floating diffusion through an amplification transistor are arranged in a matrix. In the manufacturing method,
Forming a conductive film mainly composed of a refractory metal that covers at least a part of the floating diffusion and a part of the gate electrode of the amplification transistor;
Reacting the conductive film with the material of the floating diffusion and the gate electrode of the amplification transistor to form silicide;
Forming an insulating film on the silicide and the unreacted conductive film;
Selectively removing the insulating film, and forming an insulating film pattern corresponding to a wiring connecting the floating diffusion portion and the gate electrode of the amplification transistor;
Selectively removing the conductive film using the insulating film pattern as a mask to form a pattern of the wiring;
A method for manufacturing a solid-state imaging device.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008041689A (en) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Canon Inc | Photoelectric conversion device, and imaging system using the same |
JP2009295799A (en) * | 2008-06-05 | 2009-12-17 | Sharp Corp | Method of manufacturing solid-state imaging apparatus |
US8193600B2 (en) | 2008-04-18 | 2012-06-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Shared-pixel-type image sensor and method of fabricating the same |
KR20180016369A (en) | 2015-06-09 | 2018-02-14 | 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 | An imaging device, a driving method, and an electronic device |
US11778349B2 (en) | 2015-06-09 | 2023-10-03 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging element, driving method, and electronic device |
-
2004
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008041689A (en) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Canon Inc | Photoelectric conversion device, and imaging system using the same |
US8222682B2 (en) | 2006-08-01 | 2012-07-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion apparatus and image pickup system using photoelectric conversion apparatus |
US8193600B2 (en) | 2008-04-18 | 2012-06-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Shared-pixel-type image sensor and method of fabricating the same |
JP2009295799A (en) * | 2008-06-05 | 2009-12-17 | Sharp Corp | Method of manufacturing solid-state imaging apparatus |
KR20180016369A (en) | 2015-06-09 | 2018-02-14 | 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 | An imaging device, a driving method, and an electronic device |
US10728475B2 (en) | 2015-06-09 | 2020-07-28 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging element, driving method, and electronic device |
US11778349B2 (en) | 2015-06-09 | 2023-10-03 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging element, driving method, and electronic device |
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