JP2006186187A - Solid-state imaging device and its manufacturing method - Google Patents

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Mikiya Uchida
幹也 内田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device which secures a large surface area for the opening of a photodiode and avoids blockage of light incident to the photodiode, and also to provide a method for manufacturing the imaging device. <P>SOLUTION: In a salicide formation process, a detecting wiring line 217 for connecting a floating diffusion 203 and a gate electrode 104g of an amplification transistor 104 is formed in the form of a high-melting-point metallic material not reacting with the silicide reaction on a non-silicon surface generated in the salicide formation process. Consequently, the wiring is located in a region narrower than in the prior art, and thus the opening surface area of a photodiode is made large. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

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 pixel cell 100 includes a photodiode 101, a transfer transistor 102, a reset transistor 103, and an amplification transistor 104. The cathode of the photodiode 101 and the sources and drains of the transistors 102 to 104 are constituted by N-type impurity regions 201 to 205 formed on the surface portion of a P-type semiconductor substrate, as indicated by dotted lines in FIG. Has been. In this example, the anode of the photodiode 101 is a P-type semiconductor substrate.

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 photodiode 101 has a rectangular shape, and the transfer transistor 102 extends along the short side of the charge storage layer 201. An impurity region 202 (hereinafter referred to as a charge extraction layer 202) is provided. The charge storage layer 201 and the charge extraction layer 202 are disposed so as to partially overlap each other inside the semiconductor substrate and are electrically connected.

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 reset transistor 103 are common, and are configured as a common impurity region 203 (hereinafter referred to as a floating diffusion 203). In the example of FIG. 12, the floating diffusion 203 faces the charge extraction layer 202 with a gate electrode 102g (hereinafter referred to as transfer gate electrode 102g) of the transfer transistor 102 disposed in parallel with the long side of the charge storage layer 201 interposed therebetween. It is arranged at the position to

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 reset transistor 103 and the drain of the amplification transistor 104 are also formed of a common impurity region 204 (hereinafter referred to as a potential diffusion layer 204). This potential diffusion layer 204 faces the floating diffusion 203 with a gate electrode 103g (hereinafter referred to as a reset gate electrode 103g) of the reset transistor 103 disposed along a direction perpendicular to the transfer gate electrode 102g interposed therebetween. Placed in position.

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 transfer gate electrode 102g is configured to function as a common electrode for all the pixel cells arranged along the long side direction of the charge storage layer 201, and is illustrated in FIG. It is connected to the vertical driver circuit 107. Further, the reset gate electrode 103g of all the pixel cells shared by the transfer gate electrode 102g has an end located on the opposite side of the transfer gate electrode 102g by a reset line 121 arranged in parallel with the transfer gate electrode 102g. Similar to the transfer gate electrode 102g, it is connected to the vertical driver circuit 107 shown in FIG.

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 gate electrode 104g (hereinafter referred to as a detection gate electrode 104g) of the amplification transistor 104 disposed in parallel with the reset gate electrode 103g between the transfer gate electrode 102g and the reset line 121. An impurity region 205 (hereinafter referred to as an output layer 205) that constitutes the source of the amplification transistor 104 is disposed at a position opposite to the potential diffusion layer 204 across the electrode.

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 gate electrodes 102g, 103g, 104g and the reset line 121 described above are formed as a pattern of polysilicon or the like on the surface of the semiconductor substrate, and are formed on the surface of the semiconductor substrate immediately below the gate electrodes 102g, 103g, 104g. Are provided with a gate insulating film made of a silicon oxide film or the like. In FIG. 12, the group of wires are indicated by broken lines.

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 gate electrode 102g, 103g, and 104g, a first metal wiring layer made of Al or the like is disposed via a first interlayer insulating film 225 (see FIG. 14) made of a silicon nitride film or the like. The

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 detection wiring 211, a connection pattern 212, and a vertical signal line 111 are formed by this first metal wiring layer (shown by a solid line in FIG. 12).

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 detection wiring 211 is a wiring for connecting the detection gate electrode 104g and the floating diffusion 203, and the floating diffusion 203 and the detection gate electrode through the contact holes 231 and 232 penetrating the first interlayer insulating film 225. 104g. The connection pattern 212 is a pattern that serves as a connection portion between the power diffusion layer 204 and a second metal wiring layer, which will be described later, and the power diffusion layer via a contact hole 233 that penetrates the first interlayer insulating film 225. 204 is connected. Further, the vertical signal line 111 is a wiring connected to the output layer 205 of all the pixel cells arranged along the short side direction of the charge storage layer 201, and is connected to the output layer 205 through the contact hole 234. ing.

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 vertical signal line 111 is connected to the output signal line 113 via the load transistor 105, and the other end thereof is connected to the noise suppression circuit 108 and the horizontal transistor 110. It is connected to the ground line 112. The gate of the horizontal transistor 110 is connected to the horizontal driver circuit 109.

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 power supply wiring 213 having an opening above the charge storage layer 201 is formed as a second metal wiring layer. The power supply wiring 213 is connected to the connection pattern 212 through the via hole 235 that penetrates the second interlayer insulating film 226, and as a result, connected to the power supply diffusion layer 204.

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 power supply wiring 213 is connected to the power supply 106 as shown in FIG. 11A, and has a function of supplying power to each transistor and preventing light from entering other than the charge storage layer 201. Yes.

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 charge accumulation layer 201. Here, when the vertical driver circuit 107 applies a voltage to the transfer gate electrode 102g to turn on the transfer transistor 102, the signal charge flows into the floating diffusion 203 (hereinafter, abbreviated as FD 203 as appropriate), and the FD 203. Of the signal fluctuate in accordance with the amount of the signal charge.

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 detection gate electrode 104g by the detection wiring 211. Therefore, in this state, when the horizontal driver circuit 109 applies a voltage to the horizontal transistor 110 corresponding to the pixel cell 100 to turn on the horizontal transistor 110, the amplification transistor 104 becomes a source follower circuit and is stored in the FD 203. An output signal corresponding to the signal charge is output to the vertical signal line 111. Thereafter, when the vertical driver circuit 107 applies a voltage to the reset gate electrode 103g to turn on the reset transistor 103, the signal charge accumulated in the FD 203 is discharged from the FD 203 via the reset line 121, and the potential of the FD 203 Becomes equal to the potential of the power source diffusion layer 204. As a result, the FD 203 is initialized.

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 pixel cell 100, in order to improve the sensitivity and saturation output of the pixel, it is preferable that the light receiving area of the photodiode 101 (the area of the charge storage portion 201 shown in FIG. 12) is as large as possible. However, the area that can be occupied by one pixel cell on the semiconductor substrate is limited by the chip size of the solid-state imaging device, the number of pixels to be formed, and the like. Therefore, in the layout of the pixel cell 100, it is preferable to reduce the area of the region other than the photodiode 101 as much as possible. For this reason, the gate electrode of each transistor and the pattern of the first metal wiring layer are arranged as close as possible, and these wirings are arranged so as not to prevent light incidence on the photodiode 101. It becomes important.

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 contact hole 232 immediately above the amplification transistor 104, the detection gate electrode 104g extends to the outside of the transistor region, and the contact hole 232 is formed at a position adjacent to the amplification transistor 104. A space for forming is provided. In order to secure this space, the interval between the transfer gate electrode 102g and the reset line 121 is widened, and as a result, the opening area of the photodiode 101 is reduced.

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 detection wiring 211 and the connection pattern 212 side by side in the first metal wiring layer, the pattern of the detection wiring 211 is arranged to overlap above the transfer gate electrode 102g. Yes. In this layout, as shown in FIG. 14 (A-A cross section in FIG. 12), a part of the light L incident obliquely on the photodiode 101 is blocked by the detection wiring 211 and incident on the photodiode 101. The problem that the quantity of light to reduce will also generate | occur | produce will occur.

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 detection gate electrode 104g as a wiring for connecting the detection gate electrode 104g and the FD 203 as shown in FIG. That is, the electrode pattern of the detection gate electrode 104g is extended to a position overlapping the contact 203a provided on the FD 203, and the FD 203 and the detection gate electrode 104g are connected.

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。
特開2003−197892号公報
According to this configuration, the contact hole 232 (and the contact hole 231) is not necessary, so that the interval between the transfer gate electrode 102g and the reset line 121 can be reduced. Further, since the detection wiring 211 is not necessary, the light L incident in an oblique direction is not blocked.
JP 2003-197892 A

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 detection gate electrode 104g is directly connected to the FD 203, the transfer gate electrode 102g and the detection gate electrode 104g are arranged in parallel. Since both are gate electrodes of the transistor, a pattern is formed by the same photolithography process. Therefore, the minimum distance d (see FIG. 15) between the transfer gate electrode 102g and the detection gate electrode 104g is limited by the resolution limit of the photolithography process.

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 photodiode 101 as large as possible, it is necessary to make it possible to arrange the wiring in a narrower region.

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 photodiode 101, a transfer transistor 102, a reset transistor 103, and an amplification transistor 104. Further, the process until the gate electrodes 102g, 103g, and 104g of each transistor are formed is formed by a known CMOS process. FIG. 2 shows the gate electrodes 102g, 103g, 104g is formed.

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 element isolation 224 that electrically isolates the pixel cell 100 and each of the active elements 101, 102, 103, and 104 is formed using a known element isolation method such as LOCOS (Local Oxidation of Silicon) or STI (Shallow Trench Isolation). Is done.

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 semiconductor substrate 200. Thereafter, a surface oxide film serving as a gate insulating film of each of the transistors 102, 103, and 104 is formed on the surface of the semiconductor substrate 200, and gate electrodes 102g, 103g, and 104g having sidewalls 223 are formed. In this embodiment, the gate electrodes 102g, 103g, and 104g are formed of polysilicon, and the sidewalls 223 are formed of a silicon oxide film.

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 gate electrodes 102g, 103g, and 104g are formed by a known salicide structure formation process, and the formation process will be briefly described here. In the salicide structure forming process described below, the charge storage layer 201 is covered with a resist film or the like and is not damaged during the process.

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 gate electrodes 102g, 103g, 104g and the reset line 121 are formed by photolithography and etching.

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 semiconductor substrate 200 by an ion implantation method or the like using the patterns of the gate electrodes 102g, 103g, and 104g as masks to form shallow impurity regions having a relatively low concentration. Then, a silicon oxide film covering the gate electrodes 102g, 103g, and 104g is deposited by using a CVD method, and each gate electrode 102g, 103g is subjected to etch back using anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching). 104 g of sidewalls 223 are formed.

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 gate electrodes 102g, 103g, and 104g provided with the sidewalls 223 as masks, N-type impurities are introduced into the semiconductor substrate 200 at a high concentration by ion implantation or the like, whereby the charge extraction layer 202, the FD 203, the power source A diffusion layer 204 and an output layer 205 are formed, and impurity regions corresponding to the transistors 102, 103, and 104 are completed. The element isolation 224 is formed in the semiconductor substrate 200 immediately below the gate electrodes 102g, 103g, and 104g excluding the regions of the transistors 102, 103, and 104, and directly below the reset line 121. Needless to say, they are electrically separated.

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 charge storage layer 201 with the gate electrodes 102g, 103g, 104g formed as described above, as shown in FIG. A film 218 is formed. The silicide block film 218 is formed, for example, by forming a silicon oxide film on the semiconductor substrate 200 by CVD or the like, and performing photolithography and etching on the silicon oxide film.

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 silicide block film 218 in the vertical direction (the direction in which the vertical signal line 111 extends in FIG. 1) by forming a silicide described later. In order to be able to do so, it is positioned above the transfer gate electrode 102g and above the reset line 121 of the adjacent pixel cell. In the horizontal direction (the direction in which the reset line 121 extends in FIG. 1), a common silicide block film 218 is formed over all the pixel cells 100 formed along the direction.

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 refractory metal film 219 is deposited on the semiconductor substrate 200 on which the silicide block film 218 is formed. For example, the refractory metal film 219 may be formed by depositing a material such as cobalt or titanium on the entire surface of the semiconductor substrate 200 using a sputtering method or the like. Note that a titanium nitride film (not shown) may be deposited on the refractory metal film 219 as necessary. For example, when the refractory metal film 219 is a titanium film, this titanium nitride film can improve the controllability of the salicide reaction described later, and when the refractory metal film 219 is a cobalt film, Oxidation can be prevented.

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 refractory metal film 219 is formed as described above, silicide is formed by reacting the refractory metal film 219 with silicon of the semiconductor substrate 200 or silicon of the gate electrodes 102g, 103g, and 104g. The first heat treatment is performed.

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 refractory metal film 219 and the silicon substrate 200, and the refractory metal film 219 and the gate electrodes 102g, 103g, and 104g are brought into contact with each other. Silicide 220 is formed in the existing region. At this time, the refractory metal film 219 formed on the element isolation 224, the sidewall 223, and the silicide block film 218 is not silicided because there is no reactive silicon.

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 silicide 220 formed over the FD 203, the potential diffusion layer 204, and the output layer 205 functions as an electrode electrically connected to each layer. Therefore, in the state shown in FIGS. 4A and 4B, the FD 203, the potential diffusion layer 204, the output layer 205, and the gate electrodes 102g, 103g, and 104g are separated from the refractory metal film 219 via the silicide 220. Each is electrically connected.

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 FD 203. However, depending on the heat treatment conditions, the refractory metal 219 may all become silicide 220. is there. In the drawing, for the sake of convenience, the interface between the silicide 220 and the unreacted refractory metal film 219 is clearly shown. However, as is well known, silicide is generated by an alloying reaction between a refractory metal and silicon. It is. Therefore, between the unreacted refractory metal 219 and the silicide 220, the composition continuously changes from unreacted refractory metal to silicide.

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 film 221 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the surface of the refractory metal film 219. Note that, when the semiconductor substrate 200 is exposed to a high temperature of 500 ° C. or higher in the process of forming the insulating film 221, silicon aggregation occurs in the silicide 220 and wiring resistance increases. In order to avoid this, it is preferable to employ a low-temperature process such as plasma CVD in which the semiconductor substrate is not exposed to a high temperature exceeding 500 ° C. for forming the insulating film 221.

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、C58,C46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 pattern 222 corresponding to the wiring connecting the FD 203 and the detection gate electrode 104g is formed on the insulating film 221 by photolithography. Then, by selectively etching the insulating film 221 using the resist pattern 222 as an etching mask, the pattern of the insulating film 221 shown in FIGS. 7A and 7B is formed. For the etching of the insulating film 221, for example, dry etching can be used. In this case, it is preferable to use an unsaturated CF-based gas such as C 5 F 8 or C 4 F 6 having a high selection ratio with respect to the refractory metal 219 or the silicide 220 as an etching gas.

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 pattern 222 by ashing or the like, the unreacted refractory metal film 219 is selectively removed using the pattern of the insulating film 221 as an etching mask. As a result, the detection wiring 217 shown in FIGS. 9A and 9B is formed. The removal of the refractory metal film 219 can be performed, for example, by wet etching using a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide as an etching solution.

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 detection wiring 217 that connects the FD 203 and the detection gate electrode 104g is formed of a refractory metal. According to this configuration, it is possible to form a wiring that connects the FD 203 and the detection gate electrode 104g in a narrower region than a conventional wiring using polysilicon used as a gate electrode.

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 detection wiring 217 is formed, first, the resist pattern 222 is formed. Since the resist pattern 222 is an isolated pattern, the layout rule between the polysilicon wirings is not applied, and the space width d (overlapping margin) with the adjacent polysilicon wiring (transfer gate electrode 102g in FIG. 1) is not applied. Only will be constrained by the layout rules. The space width d is about 0.1 μm in the above-described CMOS process corresponding to the 0.18 μm node.

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 FD 203 and the detection gate electrode 104g, the wiring is arranged more than the polysilicon wiring conventionally used for the wiring. This makes it possible to reduce the area of the necessary region.

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 detection wiring 217 is completed, the second heat treatment is performed, for example, at 780 to 850 ° C. for 10 to 40 sec in an N 2 atmosphere. This heat treatment reduces the resistance of the silicide formed on the FD 203, the power supply diffusion layer 204, the output layer 205, the transfer gate electrode 102g, the reset gate electrode 103g, the detection gate electrode 104g, and the reset line 121.

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 interlayer insulating film 225, the first metal wiring layer, the second interlayer insulating film 226, the second metal wiring layer, and the protective film 227 are formed. The solid-state imaging device is completed by forming. In these steps, processing may be performed using a known CMOS process.

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 detection wiring 217 for connecting the floating diffusion 203 and the detection gate electrode 104g can be made smaller 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 detection wiring 217 that connects the floating diffusion 203 and the detection gate electrode 104g is formed in the same wiring layer as the gate electrode. For this reason, it is not necessary to provide a wiring for connecting the floating diffusion 203 and the detection gate electrode 104g with a metal wiring formed in the upper layer of the gate electrode layer through the first interlayer insulating film 225. That is, as shown in FIG. 10, in the solid-state imaging device according to the present invention, there is no metal wiring that obstructs the light L incident on the photodiode 101 (charge storage layer 201), and more incident light is transmitted to the photodiode. 201.

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 detection wiring 217 is formed using a refractory metal film. For this reason, it is not necessary to significantly change the manufacturing process of the conventional solid-state imaging device, and the etching mask patterning process made of an insulating film and the etching process of the refractory metal film through the etching mask are added to the conventional processes It is possible to manufacture a solid-state imaging device having the above structure only by adding.

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 pixel cell 100 illustrated in the above embodiment is a specific example, and the present invention is not limited to the above structure. Any layout can be adopted as long as the effects of the present invention can be obtained.

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.

本発明に係る固体撮像装置の画素セルのレイアウトを示す平面図。1 is a plan view showing a layout of pixel cells of a solid-state imaging device according to the present invention. 本発明に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明に係る固体撮像装置の画素セルへの斜め入射光特性を示す断面図。Sectional drawing which shows the oblique incident light characteristic to the pixel cell of the solid-state imaging device concerning this invention. MOS型の固体撮像装置の構成を示す回路図。1 is a circuit diagram showing a configuration of a MOS type solid-state imaging device. 従来の固体撮像装置の画素セルのレイアウトを示す平面図。The top view which shows the layout of the pixel cell of the conventional solid-state imaging device. 従来の固体撮像装置の画素セルのレイアウトを示す平面図。The top view which shows the layout of the pixel cell of the conventional solid-state imaging device. 従来の固体撮像装置の画素セルへの斜め入射光特性を示す断面図。Sectional drawing which shows the oblique incident light characteristic to the pixel cell of the conventional solid-state imaging device. 従来の固体撮像装置の画素セルの他のレイアウトを示す平面図。The top view which shows the other layout of the pixel cell of the conventional solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 101 Photodiode 102 Transfer transistor 102g Transfer gate electrode 103 Reset transistor 103g Reset gate electrode 104 Amplification transistor 104g Detection gate electrode 121 Reset line 203 Floating diffusion 203a Contact 204 Power supply diffusion layer 211 Detection wiring 217 Detection wiring 218 Silicide block film 219 High Melting point metal film 220 Silicide 221 Insulating film 222 Resist L Incident light

Claims (4)

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において、
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.
前記配線は、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に、それぞれ前記高融点金属のシリサイドを介して接続された請求項1に記載の固体撮像装置。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the wiring is connected to the floating diffusion and a gate electrode of the amplification transistor via silicide of the refractory metal. 前記配線は、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請求項2に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the wiring continuously transitions from the refractory metal to the silicide at both ends thereof. 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において、
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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