JP2006190740A - Solid state imaging device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress black smear by preventing the formation of a junction FET. <P>SOLUTION: The process for manufacturing a solid state imaging device comprises a step for forming a first diffusion layer of a reverse conductivity type on a substrate of one conductivity type in a region for forming a photoelectric conversion element and a transistor, a step for forming a second diffusion layer of one conductivity type on the first diffusion layer in a region for forming a photoelectric conversion element, a step for forming a third diffusion layer of one conductivity type on the first diffusion layer in a region for forming the transistor continuously to the second diffusion layer, a step for forming a gate electrode having an opening on the substrate above the third diffusion layer, a step for forming a contact through layer of a conductive material on the surface of the substrate in the opening of the gate electrode, a step for forming an insulating film on the substrate including the gate electrode and the contact through layer, and a step for forming a source region by introducing impurities to the surface side on the third diffusion layer from above the contact through layer through a contact hole opened in the insulating film above the contact through layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、黒スミアの発生を防止するようにした固体撮像装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device that prevents generation of black smear and a manufacturing method thereof.

携帯電話などに搭載される固体撮像装置として、CCD(電荷結合素子)型のイメージセンサと、CMOS型のイメージセンサと、がある。CCD型のイメージセンサは画質に優れ、CMOS型のイメージセンサは消費電力が少なく、プロセスコストが低い。近年、高画質と低消費電力とを共に兼ね備えた閾値電圧変調方式のMOS型固体撮像装置が提案されている。閾値電圧変調方式のMOS型固体撮像装置については、例えば、特許文献1に開示されている。   As a solid-state imaging device mounted on a cellular phone or the like, there are a CCD (charge coupled device) type image sensor and a CMOS type image sensor. A CCD type image sensor has excellent image quality, and a CMOS type image sensor has low power consumption and low process cost. In recent years, a MOS type solid-state imaging device of a threshold voltage modulation method that has both high image quality and low power consumption has been proposed. A threshold voltage modulation type MOS solid-state imaging device is disclosed in, for example, Patent Document 1.

イメージセンサは、センサセルをマトリクス状に配列し、初期化、蓄積、読み出しの3つの状態を繰り返すことで、画像出力を得ている。特許文献1によって開示されたイメージセンサは、各単位画素が、蓄積を行うための受光ダイオードと、読み出しを行うためのトランジスタとを有している。   The image sensor obtains an image output by arranging sensor cells in a matrix and repeating three states of initialization, accumulation, and readout. In the image sensor disclosed in Patent Document 1, each unit pixel includes a light receiving diode for performing accumulation and a transistor for performing readout.

図12は特許文献1に開示されているイメージセンサを示す模式的断面図である。   FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the image sensor disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.

図12のイメージセンサは、基板100上において、各単位画素毎に、受光ダイオード111と絶縁ゲート型電界効果トランジスタ112とが隣接配置されている。トランジスタ112のゲート電極113はリング状に形成されており、ゲート電極113の中央の開口部分には、ソース領域114が形成されている。ゲート電極113の周辺にはドレイン領域115が形成されている。   In the image sensor of FIG. 12, a light receiving diode 111 and an insulated gate field effect transistor 112 are arranged adjacent to each other on a substrate 100 for each unit pixel. The gate electrode 113 of the transistor 112 is formed in a ring shape, and a source region 114 is formed in the central opening of the gate electrode 113. A drain region 115 is formed around the gate electrode 113.

受光ダイオード111の開口領域から入射した光によって発生した電荷(光発生電荷)は、ゲート電極113下方のP型のウェル領域116に転送されて、この部分に形成されたキャリアポケット117に蓄積される。キャリアポケット117に蓄積された光発生電荷によってトランジスタ112の閾値電圧が変化する。これにより、入射光に対応した信号(画素信号)を、トランジスタ112のソース領域114から取り出すことができるようになっている。   Charges (photogenerated charges) generated by light incident from the opening region of the light receiving diode 111 are transferred to the P-type well region 116 below the gate electrode 113 and accumulated in the carrier pocket 117 formed in this portion. . The threshold voltage of the transistor 112 is changed by the photo-generated charges accumulated in the carrier pocket 117. Accordingly, a signal (pixel signal) corresponding to incident light can be extracted from the source region 114 of the transistor 112.

なお、特許文献1の装置では、同一列に配列された単位画素の出力は、共通のソース線を介して取り出されるようになっている。トランジスタ112のゲートに印加する電圧をライン毎に制御することで、共通のソース線に接続された各単位画素のうち所定のラインの単位画素からの選択的な読み出しを可能にしている。即ち、読み出しを行う単位画素(選択画素)のトランジスタ112には比較的高いゲート電圧を印加し、他の読み出しを行わない単位画素(非選択画素)のトランジスタ112には比較的低いゲート電圧を印加する。高いゲート電圧を印加したトランジスタの出力の方が低いゲート電圧を印加したトランジスタの出力よりも高く、ソース線から選択画素の出力を得ることができる。
特開2001−177085号公報
In the device disclosed in Patent Document 1, the outputs of the unit pixels arranged in the same column are extracted through a common source line. By controlling the voltage applied to the gate of the transistor 112 for each line, selective reading from the unit pixels of a predetermined line among the unit pixels connected to the common source line is enabled. That is, a relatively high gate voltage is applied to the transistor 112 of the unit pixel (selected pixel) that performs reading, and a relatively low gate voltage is applied to the transistor 112 of the other unit pixel (non-selected pixel) that does not perform reading. To do. The output of the transistor to which the high gate voltage is applied is higher than the output of the transistor to which the low gate voltage is applied, and the output of the selected pixel can be obtained from the source line.
JP 2001-177085 A

ところで、図12の単位画素のソース領域114形成工程においては、不純物として例えばリンを注入する。ところが、リンは拡散係数が高いことから、ソース領域形成のためのイオン注入によって、ソース領域114下方のウェル領域116の一部(斜線領域)までリンが拡散されてしまう。即ち、ソース領域114によってウェル領域116が侵食されてしまい、侵食された部分とその隣接部分とによる破線にて囲った領域122において、ジャンクション電界効果トランジスタ(以下、ジャンクションFETともいう)が形成されてしまう。   Incidentally, in the step of forming the source region 114 of the unit pixel in FIG. 12, for example, phosphorus is implanted as an impurity. However, since phosphorus has a high diffusion coefficient, phosphorus is diffused to a part of the well region 116 (shaded region) below the source region 114 by ion implantation for forming the source region. That is, the well region 116 is eroded by the source region 114, and a junction field effect transistor (hereinafter also referred to as a junction FET) is formed in a region 122 surrounded by a broken line between the eroded portion and its adjacent portion. End up.

図13は図12の単位画素の等価回路を示す説明図である。ゲート電極113周辺のドレイン領域115とN型の拡散層118とは電気的に接続されており、図13に示すように、ドレイン領域115からN型拡散層118にいたるリーク経路125が形成される。N型拡散層118とソース領域114との間には、領域122においてJFET(図13のジャンクショントランジスタTr1)が形成されている。   FIG. 13 is an explanatory diagram showing an equivalent circuit of the unit pixel of FIG. The drain region 115 around the gate electrode 113 and the N-type diffusion layer 118 are electrically connected, and a leak path 125 extending from the drain region 115 to the N-type diffusion layer 118 is formed as shown in FIG. . A JFET (junction transistor Tr1 in FIG. 13) is formed in the region 122 between the N-type diffusion layer 118 and the source region 114.

図14は横軸に基板深さをとり縦軸に不純物濃度をとって、ソース領域114及びその下方のウェル領域116における濃度分布を示すグラフである。   FIG. 14 is a graph showing the concentration distribution in the source region 114 and the well region 116 therebelow, with the horizontal axis representing the substrate depth and the vertical axis representing the impurity concentration.

図14の曲線aはウェル領域116形成時の不純物注入による不純物濃度分布を示している。曲線aは、不純物を基板表面から若干離間したウェル領域116形成位置に対応した深さに注入したことを示している。これにより、ウェル領域116の拡散層118近傍における不純物濃度は比較的高い値となっている。   A curve a in FIG. 14 shows an impurity concentration distribution by impurity implantation when the well region 116 is formed. A curve a indicates that the impurity is implanted to a depth corresponding to the formation position of the well region 116 slightly separated from the substrate surface. As a result, the impurity concentration in the vicinity of the diffusion layer 118 in the well region 116 has a relatively high value.

曲線bはソース領域114形成時の不純物注入による不純物濃度分布を示している。基板表面近傍にソース領域114を形成するようにイオン注入が行われる。しかし、上述したように、ソース領域形成時のイオン注入によって不純物は比較的深い領域まで拡散する。これにより、ソース領域114の不純物濃度分布は、図14の曲線cに示すものに変化する。曲線a,cの比較から明らかなように、ウェル領域116はソース領域114の下方領域において、ソース領域形成のための不純物の影響によって濃度が低下する。   A curve b represents an impurity concentration distribution by impurity implantation when the source region 114 is formed. Ion implantation is performed so as to form the source region 114 in the vicinity of the substrate surface. However, as described above, the impurities are diffused to a relatively deep region by ion implantation at the time of forming the source region. As a result, the impurity concentration distribution of the source region 114 changes to that shown by the curve c in FIG. As is clear from the comparison of the curves a and c, the concentration of the well region 116 is lowered in the region below the source region 114 due to the influence of impurities for forming the source region.

なお、ソース領域114下方以外の領域のウェル領域116では、ソース領域114によるこのような侵食は生じない。つまり、ゲート電極113直下に形成したキャリアポケット117及びその下方のウェル領域116は高い濃度のP型で形成されるのに対し、ソース領域114の下方のウェル領域116は侵食されてしまい、侵食された部分とそれに隣接する濃いP型のウェル領域116とによってジャンクションFETが形成される。   Note that such erosion by the source region 114 does not occur in the well region 116 other than the region below the source region 114. That is, the carrier pocket 117 formed immediately below the gate electrode 113 and the well region 116 below the carrier pocket 117 are formed in a high concentration P type, whereas the well region 116 below the source region 114 is eroded and eroded. The junction FET is formed by this portion and the dense P-type well region 116 adjacent thereto.

曲線cに示すように、ソース領域114の下方のウェル領域116は電位障壁が著しく低下し、トランジスタ112が導通していない場合でも、ジャンクションFET(Tr1)は導通して、リーク経路125はドレイン領域115からソース領域114まで導通状態となる。このように、特許文献1の装置では、トランジスタ112が導通していない場合でも、ドレイン領域115とソース領域114との間にJFETによるリーク経路125が形成される。   As shown by the curve c, the well region 116 below the source region 114 has a significantly lower potential barrier, and even when the transistor 112 is not conductive, the junction FET (Tr1) is conductive and the leak path 125 is the drain region. The conductive state from 115 to the source region 114 is established. As described above, in the device of Patent Document 1, even when the transistor 112 is not conductive, the leak path 125 by JFET is formed between the drain region 115 and the source region 114.

このため、トランジスタ112の特性は、特にゲート電圧Vgが比較的低いレベルの領域において、リーク電流の影響を受けてしまう。このリーク電流の影響によって、非選択画素の出力が大きくなり、正確な受光量を検出することができなくなってしまうことがある。例えば、一部に強い光が入射した場合には、この強い光の入射光の影響によって黒く表示される縦筋ノイズ(以下黒スミア)が発生してしまうことがあるという問題点があった。   Therefore, the characteristics of the transistor 112 are affected by the leakage current, particularly in a region where the gate voltage Vg is relatively low. Due to the influence of this leakage current, the output of the non-selected pixels increases, and it may not be possible to detect the correct amount of received light. For example, when strong light is incident on a part, there is a problem in that vertical stripe noise (hereinafter referred to as black smear) that is displayed in black may be generated due to the influence of the incident light of the strong light.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ジャンクショントランジスタによるリーク電流を抑制し、変調トランジスタの特性を改善して、高画質化を図ることができる固体撮像装置及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 such a problem, and provides a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same capable of suppressing leakage current due to a junction transistor, improving characteristics of a modulation transistor, and achieving high image quality. The purpose is to provide.

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光電変換素子と該光電変換素子の隣に形成されたトランジスタとを含む固体撮像装置の製造方法において、前記光電変換素子及び前記トランジスタの形成領域の一導電型の基板に、逆導電型の第1拡散層を形成する工程と、前記光電変換素子の形成領域の前記第1拡散層上に一導電型の第2拡散層を形成する工程と、前記トランジスタの形成領域の前記第1の拡散層上に、前記第2拡散層と連続するように一導電型の第3拡散層を形成する工程と、前記第3拡散層上方の前記基板上方に開口部を有するゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の前記開口部に位置する前記基板上に、第1導電材料によってコンタクトスルー層を形成する工程と、前記ゲート電極及びコンタクトスルー層を含む基板上方に絶縁膜を形成する工程と、前記コンタクトスルー層上の前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトスルー層を介して不純物を導入して、前記第3拡散層内にソース領域を形成する工程と、前記コンタクトホールに第2導電材料を形成する工程とを具備したことを特徴とする。   A method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is a method for manufacturing a solid-state imaging device including a photoelectric conversion element and a transistor formed adjacent to the photoelectric conversion element. Forming a reverse conductivity type first diffusion layer on a conductive type substrate; forming a one conductivity type second diffusion layer on the first diffusion layer in a formation region of the photoelectric conversion element; Forming a third diffusion layer of one conductivity type on the first diffusion layer in a transistor formation region so as to be continuous with the second diffusion layer; and opening above the substrate above the third diffusion layer Forming a gate electrode having a portion, forming a contact through layer with a first conductive material on the substrate located in the opening of the gate electrode, and a substrate including the gate electrode and the contact through layer Forming an insulating film on the upper side; forming a contact hole in the insulating film on the contact through layer; and introducing an impurity through the contact through layer to form a source region in the third diffusion layer And a step of forming a second conductive material in the contact hole.

このような構成によれば、基板上に第1拡散層が形成され、この第1拡散層上に、第2及び第3拡散層が形成される。第2拡散層は、光電変換素子形成領域に形成されて、光発生電荷を発生させる。第3拡散層はトランジスタの形成領域に形成されて、第2拡散層からの光発生電荷が転送されて、トランジスタのチャネルの閾値電圧を制御する。ゲート電極の開口部の基板表面には導電性の材料によって形成されたコンタクトスルー層が設けられる。基板上方に形成された絶縁膜には、コンタクトスルー層上方においてコンタクトホールが形成される。このコンタクトホールを介して、コンタクトスルー層上から、ゲート電極の開口部の基板表面に不純物を導入して、ソース領域を形成する。不純物の一部は基板に導入される前にコンタクトスルー層によって阻止される。即ち、ソース領域は基板の浅い範囲にのみ形成される。これにより、第1拡散層とソース領域によるジャンクショントランジスタは形成されにくくなり、黒スミアの発生を抑制することができる。   According to such a configuration, the first diffusion layer is formed on the substrate, and the second and third diffusion layers are formed on the first diffusion layer. The second diffusion layer is formed in the photoelectric conversion element formation region and generates photogenerated charges. The third diffusion layer is formed in the transistor formation region, and photogenerated charges from the second diffusion layer are transferred to control the threshold voltage of the transistor channel. A contact through layer formed of a conductive material is provided on the substrate surface at the opening of the gate electrode. In the insulating film formed above the substrate, a contact hole is formed above the contact through layer. Impurities are introduced into the substrate surface at the opening of the gate electrode from above the contact through layer through this contact hole to form a source region. Some of the impurities are blocked by the contact through layer before being introduced into the substrate. That is, the source region is formed only in the shallow area of the substrate. This makes it difficult to form a junction transistor by the first diffusion layer and the source region, and can suppress the occurrence of black smear.

また、前記ゲート電極の前記開口部側の側面にサイドウォールを形成する工程を更に具備したことを特徴とする。   The method further includes forming a sidewall on a side surface of the gate electrode on the opening side.

このような構成によれば、サイドウォールによって、コンタクトスルー層とゲート電極とが短絡することが防止される。   According to such a configuration, the contact through layer and the gate electrode are prevented from being short-circuited by the sidewall.

また、前記コンタクトスルー層は、前記開口部内の前記基板表面及び前記サイドウォール表面上に形成されることを特徴とする。   The contact through layer may be formed on the substrate surface and the sidewall surface in the opening.

このような構成によれば、コンタクトホールの位置が比較的大きくずれた場合でも、確実にコンタクトホール内の導電材料とソース領域との電気的導通を図ることができる。   According to such a configuration, even when the position of the contact hole is relatively large, electrical conduction between the conductive material in the contact hole and the source region can be ensured.

また、前記コンタクトスルー層は、ポリシリコン又はシリコン材料によって構成されることを特徴とする。   The contact through layer is made of polysilicon or a silicon material.

このような構成によれば、後述するように、水素吸蔵性を十分に低くして基板表面のダングリングボンドの発生を抑制することができる。   According to such a configuration, as will be described later, the hydrogen occlusion can be sufficiently lowered to suppress the occurrence of dangling bonds on the substrate surface.

本発明に係る固体撮像装置は、光電変換素子と該光電変換素の隣に形成されたトランジスタとを含む固体撮像装置において、基板と、前記光電変換素子及び前記トランジスタの形成領域の前記基板に形成された第1拡散層と、前記光電変換素子の形成領域の前記第1の拡散層上に形成された第2拡散層と、前記トランジスタの形成領域の前記第1の拡散層上に形成され、前記第2拡散層と連続して形成された第3拡散層と、前記第3拡散層上方の前記基板上に形成された、開口部を有するゲート電極と、前記開口部下方の前記基板に形成されたソース領域と、前記ソース領域の前記基板上に、第1導電材料によって形成されたコンタクトスルー層と、前記ゲート電極及びコンタクトスルー層を含む基板上方に形成された絶縁膜と、前記コンタクトスルー層上の前記絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、前記コンタクトホールに形成された第2導電材料と、を具備したことを特徴とする。   The solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device including a photoelectric conversion element and a transistor formed adjacent to the photoelectric conversion element. The solid-state imaging device is formed on the substrate in a formation region of the substrate and the photoelectric conversion element and the transistor. The first diffusion layer formed, the second diffusion layer formed on the first diffusion layer in the formation region of the photoelectric conversion element, and the first diffusion layer in the formation region of the transistor, A third diffusion layer formed continuously with the second diffusion layer; a gate electrode having an opening formed on the substrate above the third diffusion layer; and formed on the substrate below the opening. A source region formed on the substrate, a contact through layer formed of a first conductive material on the substrate in the source region, an insulating film formed above the substrate including the gate electrode and the contact through layer, and the contour A contact hole formed in the insulating film on-through layer, characterized by comprising a second conductive material formed in the contact hole.

このような構成によれば、光電変換素子形成領域に発生した光発生電荷は、第2拡散層から第3拡散層に転送される。第3拡散層内に保持された光発生電荷によってトランジスタのチャネルの閾値電圧が制御されて、光発生電荷に応じた画素信号がトランジスタから出力される。ゲート電極の開口部の基板表面には、導電性の材料によって形成されたコンタクトスルー層が設けられる。基板上方に形成された絶縁膜には、コンタクトスルー層上方においてコンタクトホールが形成される。このコンタクトホールを介して、コンタクトスルー層上から不純物が基板に導入される。不純物の一部はコンタクトスルー層によって阻止され、ソース領域は比較的浅い範囲に形成される。これにより、第1拡散層とソース領域によるジャンクショントランジスタは形成されにくくなり、黒スミアの発生を抑制することができる。   According to such a configuration, photogenerated charges generated in the photoelectric conversion element formation region are transferred from the second diffusion layer to the third diffusion layer. The threshold voltage of the channel of the transistor is controlled by the photogenerated charge held in the third diffusion layer, and a pixel signal corresponding to the photogenerated charge is output from the transistor. A contact through layer formed of a conductive material is provided on the substrate surface at the opening of the gate electrode. In the insulating film formed above the substrate, a contact hole is formed above the contact through layer. Impurities are introduced into the substrate from the contact through layer through the contact hole. Part of the impurity is blocked by the contact through layer, and the source region is formed in a relatively shallow range. This makes it difficult to form a junction transistor by the first diffusion layer and the source region, and can suppress the occurrence of black smear.

また、前記コンタクトスルー層は、ポリシリコン又はシリコン材料によって形成されることを特徴とする。   The contact through layer is formed of polysilicon or a silicon material.

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

図1は本実施の形態に係る固体撮像装置の1センサセルの断面形状を示す模式的な断面図、図2は本実施の形態に係る固体撮像装置の1センサセルの平面形状を示す説明図である。なお、図1は図2のA−A’線断面図である。図3は素子の全体構造を等価回路によって示す回路ブロック図である。図4は本実施の形態におけるトランジスタ特性を示すグラフである。図5乃至図8は素子の製造方法を説明するための工程図である。図9乃至図11は素子の製造方法を説明するための平面図である。なお、上記各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional shape of one sensor cell of the solid-state imaging device according to the present embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing a planar shape of one sensor cell of the solid-state imaging device according to the present embodiment. . 1 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 2. FIG. 3 is a circuit block diagram showing the entire structure of the element by an equivalent circuit. FIG. 4 is a graph showing transistor characteristics in this embodiment. 5 to 8 are process diagrams for explaining a method of manufacturing an element. 9 to 11 are plan views for explaining a method for manufacturing the element. In each of the above drawings, the scale is different for each layer and each member so that each layer and each member can be recognized in the drawing.

<センサセルの構造>
本実施の形態における固体撮像装置は、単位画素であるセンサセルがマトリクス状に配列されて構成されたセンサセルアレイを有している。各センサセルは、入射光に応じて発生させた光発生電荷を収集・蓄積し、蓄積した光発生電荷に基づくレベルの画素信号を出力する。センサセルをマトリクス状に配列することで1画面の画像信号が得られる。
<Structure of sensor cell>
The solid-state imaging device according to the present embodiment has a sensor cell array in which sensor cells that are unit pixels are arranged in a matrix. Each sensor cell collects and accumulates photogenerated charges generated according to incident light, and outputs a pixel signal at a level based on the accumulated photogenerated charges. An image signal of one screen can be obtained by arranging the sensor cells in a matrix.

先ず、図1及び図2を参照して各センサセルの構造について説明する。図2は1つのセンサセルを示している。また、本実施の形態は光発生電荷として正孔を用いる例を示している。光発生電荷として電子を用いる場合でも同様に構成可能である。なお、図1は図2のA−A’線で切断したセルの断面構造を示している。   First, the structure of each sensor cell will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows one sensor cell. This embodiment shows an example in which holes are used as photogenerated charges. Even in the case where electrons are used as the photo-generated charges, the same configuration is possible. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of the cell cut along the line A-A ′ of FIG. 2.

図2の平面図に示すように、単位画素であるセンサセル3内に、フォトダイオードPDと変調トランジスタTMとが隣接して設けられている。変調トランジスタTMとしては、例えば、NチャネルディプレッションMOSトランジスタが用いられる。   As shown in the plan view of FIG. 2, a photodiode PD and a modulation transistor TM are provided adjacent to each other in a sensor cell 3 that is a unit pixel. As the modulation transistor TM, for example, an N-channel depletion MOS transistor is used.

光電変換素子形成領域であるフォトダイオードPD形成領域においては、基板1の表面に配線層を形成する段階において、光を透過する開口領域が形成される。基板1表面の比較的浅い位置には前記開口領域よりも広い領域のP型のウェルであり、光電変換素子によって発生した光発生電荷を収集する第2拡散層としての収集ウェル4が形成されている。収集ウェル4上には基板1の表面に、ピニング層としてのN型の拡散層32が形成されている。   In the photodiode PD formation region, which is a photoelectric conversion element formation region, an opening region that transmits light is formed in the step of forming a wiring layer on the surface of the substrate 1. A P-type well in a region wider than the opening region is formed at a relatively shallow position on the surface of the substrate 1, and a collection well 4 as a second diffusion layer for collecting photogenerated charges generated by the photoelectric conversion element is formed. Yes. An N-type diffusion layer 32 as a pinning layer is formed on the surface of the substrate 1 on the collection well 4.

収集ウェル4と略同じ基板深さの位置には、変調トランジスタTM形成領域にP型のウェルであり、収集ウェル4に収集された光発生電荷が転送されて変調トランジスタTMを制御するための第3拡散層としての変調用ウェル5が形成されている。なお、図1の例では、収集ウェル4と変調用ウェル5とは、一体的に形成されたPウェル24の各部分によって構成されるが、別々に形成してもよい。   A P-type well is formed in the modulation transistor TM formation region at a position substantially the same substrate depth as that of the collection well 4, and the photo-generated charges collected in the collection well 4 are transferred to control the modulation transistor TM. A modulation well 5 as a three diffusion layer is formed. In the example of FIG. 1, the collection well 4 and the modulation well 5 are configured by the respective parts of the P well 24 formed integrally, but may be formed separately.

変調用ウェル5上には、基板1表面に環状のゲート(リングゲート)6が形成されており、リングゲート6の中央の開口6a部分の基板1表面近傍領域には、高濃度N型領域であるソース領域7が形成されている。なお、図2ではリングゲート6及び後述するキャリアポケット等は円形状で示してあるが、楕円形状或いは任意の多角形状(例えば8角形状)であってもよい。リングゲート6の周囲にはN型のドレイン領域8が形成されている。ドレイン領域8の所定位置には、基板1表面近傍にN+層のドレインコンタクト領域(図示せず)が形成される。 An annular gate (ring gate) 6 is formed on the surface of the substrate 1 on the modulation well 5, and a region near the surface of the substrate 1 in the opening 6a at the center of the ring gate 6 is a high-concentration N-type region. A source region 7 is formed. In FIG. 2, the ring gate 6 and carrier pockets to be described later are shown in a circular shape, but may be in an elliptical shape or an arbitrary polygonal shape (for example, an octagonal shape). An N-type drain region 8 is formed around the ring gate 6. An N + drain contact region (not shown) is formed near the surface of the substrate 1 at a predetermined position of the drain region 8.

変調用ウェル5は変調トランジスタTMのチャネルの閾値電圧を制御するものである。変調用ウェル5内には、リングゲート6の下方にP型の高濃度領域であるキャリアポケット10が形成されている。変調トランジスタTMは、変調用ウェル5、リングゲート6、ソース領域7及びドレイン領域8によって構成されて、変調用ウェル5(キャリアポケット10)に蓄積された電荷に応じてチャネルの閾値電圧が変化するようになっている。   The modulation well 5 controls the threshold voltage of the channel of the modulation transistor TM. A carrier pocket 10 which is a P-type high concentration region is formed in the modulation well 5 below the ring gate 6. The modulation transistor TM is constituted by the modulation well 5, the ring gate 6, the source region 7 and the drain region 8, and the threshold voltage of the channel changes according to the electric charge accumulated in the modulation well 5 (carrier pocket 10). It is like that.

ドレイン領域8、拡散層22、拡散層21、拡散層21’及び拡散層32がドレイン電圧の印加によって正の電位にバイアスされることによって、フォトダイオードPDの開口領域下方においては、拡散層32と収集ウェル4との境界面、拡散層21と収集ウェル4の境界面から空乏層が収集ウェル4の全体及びその周囲に広がる。空乏領域において、前記開口領域を介して入射した光による光発生電荷が生じる。そして、上述したように、発生した光発生電荷は収集ウェル4に収集されるようになっている。   The drain region 8, the diffusion layer 22, the diffusion layer 21, the diffusion layer 21 ′, and the diffusion layer 32 are biased to a positive potential by the application of the drain voltage, so that the diffusion layer 32 and A depletion layer extends from the boundary surface with the collection well 4 and from the boundary surface between the diffusion layer 21 and the collection well 4 to the entire collection well 4 and its periphery. In the depletion region, photogenerated charges due to light incident through the opening region are generated. As described above, the generated photo-generated charges are collected in the collection well 4.

収集ウェル4に収集された電荷は、変調用ウェル5に転送されてキャリアポケット10に保持される。これにより、変調トランジスタTMのソース電位は、変調用ウェル5に転送された電荷の量、即ち、フォトダイオードPDへの入射光に応じたものとなる。   The charges collected in the collection well 4 are transferred to the modulation well 5 and held in the carrier pocket 10. As a result, the source potential of the modulation transistor TM is in accordance with the amount of charge transferred to the modulation well 5, that is, the incident light to the photodiode PD.

<センサセルの断面>
更に、図1を参照して、センサセル3の断面構造を詳細に説明する。
<Sensor cell cross section>
Furthermore, the cross-sectional structure of the sensor cell 3 will be described in detail with reference to FIG.

隣接するセル同士のフォトダイオードPD形成領域(PD)と変調トランジスタTM形成領域(TM)との間にアイソレーション領域22が設けられている。基板1の比較的深い位置には、P型基板1の全域に第1拡散層としてのN型ウェル21,21’が形成されている。フォトダイオード形成領域のN型ウェル21上には、P型の収集ウェル4が形成されている。収集ウェル4上の基板表面側には、ピニング層であるN型の拡散層32が形成されている。N型ウェル21は基板の比較的深い位置まで形成されている。   An isolation region 22 is provided between the photodiode PD formation region (PD) and the modulation transistor TM formation region (TM) of adjacent cells. N-type wells 21 and 21 ′ as first diffusion layers are formed in the entire region of the P-type substrate 1 at a relatively deep position of the substrate 1. A P-type collection well 4 is formed on the N-type well 21 in the photodiode formation region. An N-type diffusion layer 32 which is a pinning layer is formed on the substrate surface side above the collection well 4. The N-type well 21 is formed up to a relatively deep position on the substrate.

一方、変調トランジスタTM形成領域においては、基板1上にP型埋込層23が形成されている。P型埋込層23によってN型ウェル21’は基板の比較的浅い位置までに制限される。P型埋込層23上のN型ウェル21’上には、P型の変調用ウェル5が形成されている。変調用ウェル5内には、キャリアポケット10が形成されている。   On the other hand, a P-type buried layer 23 is formed on the substrate 1 in the modulation transistor TM formation region. The P-type buried layer 23 limits the N-type well 21 'to a relatively shallow position on the substrate. A P-type modulation well 5 is formed on the N-type well 21 ′ on the P-type buried layer 23. A carrier pocket 10 is formed in the modulation well 5.

キャリアポケット10は、リングゲート6の下方に、平面的には環状に形成されている。キャリアポケット10は、P+拡散による十分に濃い濃度の拡散層である。 The carrier pocket 10 is formed in a ring shape below the ring gate 6 in plan view. The carrier pocket 10 is a sufficiently high concentration diffusion layer by P + diffusion.

変調トランジスタTM形成領域においては、基板表面にゲート酸化膜31を介してリングゲート6が形成され、リングゲート6下の基板表面にはチャネルを構成するN型の拡散層27が形成される。リングゲート6は、導電材料による下層6aと絶縁層6bとの2相構造を有する。また、リングゲート6の側面にはサイドウォール6cが形成されている。リングゲート6の中央開口6d部分には基板表面にN+拡散層が形成されてソース領域7を構成する。 In the modulation transistor TM formation region, the ring gate 6 is formed on the substrate surface via the gate oxide film 31, and the N-type diffusion layer 27 constituting the channel is formed on the substrate surface below the ring gate 6. The ring gate 6 has a two-phase structure of a lower layer 6a and an insulating layer 6b made of a conductive material. A side wall 6 c is formed on the side surface of the ring gate 6. In the central opening 6d portion of the ring gate 6, an N + diffusion layer is formed on the substrate surface to constitute the source region 7.

ソース領域7は、サイドウォール6cを含むリングゲート6をマスクにして、リングゲート6の中央開口6d内に自己整合的に形成されるようになっている。   The source region 7 is formed in a self-aligned manner in the central opening 6d of the ring gate 6 using the ring gate 6 including the sidewall 6c as a mask.

また、リングゲート6の周囲の基板表面にはN型拡散層が形成されてドレイン領域8を構成する。チャネルを構成するN型拡散層27はソース領域7とドレイン領域8とに電気的に接続される。また前記アイソレーション領域22はN型ウェル21、21‘およびドレイン領域8とに電気的に接続される。   Further, an N-type diffusion layer is formed on the substrate surface around the ring gate 6 to constitute the drain region 8. The N type diffusion layer 27 constituting the channel is electrically connected to the source region 7 and the drain region 8. The isolation region 22 is electrically connected to the N-type wells 21, 21 ′ and the drain region 8.

本実施の形態においては、ソース領域7上の基板表面側、即ち、リングゲート6の中央開口6d内の基板表面及びサイドウォール6c表面には、例えば、ポリシリコンやシリコン材料による導電性のコンタクトスルー層9が形成されている。   In the present embodiment, a conductive contact through made of, for example, polysilicon or silicon material is provided on the substrate surface side on the source region 7, that is, the substrate surface in the central opening 6d of the ring gate 6 and the surface of the sidewall 6c. Layer 9 is formed.

コンタクトスルー層9は導電材料であれば、どのような材料を用いてもよい。しかし、望ましくは、アルミニウム、ポリシリコン、エピタキシャル成長させたシリコン、タングステン、タングステンシリサイド、タングステンナイトライド等の水素吸蔵性が十分に低い材料を用いる。逆に、チタン、コバルト、ニッケル等の遷移金属及び遷移金属を含む合金を、コンタクト接触層9として使用しない方が好ましい。   As long as the contact through layer 9 is a conductive material, any material may be used. However, it is desirable to use a material having a sufficiently low hydrogen storage property such as aluminum, polysilicon, epitaxially grown silicon, tungsten, tungsten silicide, tungsten nitride, or the like. Conversely, it is preferable not to use a transition metal such as titanium, cobalt, nickel or the like and an alloy containing the transition metal as the contact contact layer 9.

コンタクトスルー層9は、リングゲート6の上面(絶縁層6b)まで延設されている。即ち、図2の符号9にて示す円内の全域に設けられている。なお、少なくともソース領域7上方の基板表面にコンタクトスルー層9が形成されていればよく、必ずしもコンタクトスルー層9をサイドウォール6c、リングゲート6の上面まで延設する必要はない。コンタクトスルー層9は、例えば、基板全面に形成した導電材料をエッチングすることによって得られる。   The contact through layer 9 extends to the upper surface of the ring gate 6 (insulating layer 6b). That is, it is provided in the entire area within the circle indicated by reference numeral 9 in FIG. The contact through layer 9 may be formed at least on the substrate surface above the source region 7, and the contact through layer 9 does not necessarily extend to the upper surfaces of the sidewall 6 c and the ring gate 6. The contact through layer 9 is obtained, for example, by etching a conductive material formed on the entire surface of the substrate.

一部がコンタクトスルー層9に覆われたリングゲート6を含み、基板表面の全域に、層間絶縁膜41が形成されている。ソース領域7上、即ち、コンタクトスルー層9上の層間絶縁膜41には、コンタクトホール42が形成されており、コンタクトホール42には導電材料43が埋め込まれている。例えば、導電材料43としてチタン及びチタンナイトライドの2層構造膜が採用される。更に、導電材料43で囲まれたコンタクトホール42内は、例えばタングステン(図示せず)が埋め込まれ、これらの導電材料が層間絶縁膜41上に形成される図示しない配線層に接続されるようになっている。   An interlayer insulating film 41 is formed on the entire surface of the substrate including the ring gate 6 partially covered with the contact through layer 9. A contact hole 42 is formed in the interlayer insulating film 41 on the source region 7, that is, on the contact through layer 9, and a conductive material 43 is embedded in the contact hole 42. For example, a two-layer structure film of titanium and titanium nitride is employed as the conductive material 43. Furthermore, the contact hole 42 surrounded by the conductive material 43 is filled with, for example, tungsten (not shown) so that these conductive materials are connected to a wiring layer (not shown) formed on the interlayer insulating film 41. It has become.

本実施の形態においては、後述するように、ソース領域7はコンタクトホール42を介したイオン注入によって形成される。この場合において、コンタクトスルー層9は、ソース領域7形成のための不純物の一部が基板内に進むことを阻止する。これにより、コンタクトスルー層9を介したイオン注入によって形成されるソース領域7は、基板の比較的浅い領域のみに拡散する。こうして、図1のソース領域7は、例えば、基板深さが0.01−0.03μm程度の比較的浅い位置に形成される。   In the present embodiment, as will be described later, the source region 7 is formed by ion implantation through the contact hole 42. In this case, the contact through layer 9 prevents a part of impurities for forming the source region 7 from proceeding into the substrate. Thereby, the source region 7 formed by ion implantation through the contact through layer 9 is diffused only in a relatively shallow region of the substrate. Thus, the source region 7 in FIG. 1 is formed at a relatively shallow position, for example, with a substrate depth of about 0.01-0.03 μm.

この構成によって、N型ウェル21’からソース領域7へのリーク電流の経路長が長くなり、リーク電流を流れにくくすることができる。   With this configuration, the path length of the leak current from the N-type well 21 ′ to the source region 7 becomes long, and the leak current can be made difficult to flow.

<装置全体の回路構成>
次に、図3を参照して本実施の形態に係る固体撮像装置全体の回路構成について説明する。
<Circuit configuration of the entire device>
Next, a circuit configuration of the entire solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

固体撮像装置61は図2のセンサセル3を含むセンサセルアレイ62とセンサセルアレイ62中の各センサセル3を駆動する回路63〜65とを有している。センサセルアレイ62は、セル3をマトリクス状に配置して構成されている。センサセルアレイ62は、例えば、640×480のセル3と、オプティカルブラック(OB)のための領域(OB領域)を含む。OB領域を含めると、センサセルアレイ62は例えば712×500のセル3で構成される。   The solid-state imaging device 61 includes a sensor cell array 62 including the sensor cells 3 of FIG. 2 and circuits 63 to 65 for driving the sensor cells 3 in the sensor cell array 62. The sensor cell array 62 is configured by arranging the cells 3 in a matrix. The sensor cell array 62 includes, for example, a 640 × 480 cell 3 and an optical black (OB) region (OB region). When the OB region is included, the sensor cell array 62 is composed of, for example, 712 × 500 cells 3.

各センサセル3は、光電変換を行うフォトダイオードPDと、光信号を検出して読み出すための変調トランジスタTMとを含む。フォトダイオードPDは入射光に応じた電荷(光発生電荷)を生じさせ、生じた電荷は収集ウェル4(図3では接続点PDWに相当)内に収集される。収集ウェル4に収集された光発生電荷は、変調トランジスタTMの閾値変調用の変調用ウェル5(図3では接続点TMWに相当)内のキャリアポケット10に転送されて保持される。   Each sensor cell 3 includes a photodiode PD that performs photoelectric conversion and a modulation transistor TM for detecting and reading out an optical signal. The photodiode PD generates a charge (photogenerated charge) corresponding to the incident light, and the generated charge is collected in the collection well 4 (corresponding to the connection point PDW in FIG. 3). The photo-generated charges collected in the collection well 4 are transferred to and held in the carrier pocket 10 in the modulation well 5 (corresponding to the connection point TMW in FIG. 3) for threshold modulation of the modulation transistor TM.

変調トランジスタTMは、キャリアポケット10に光発生電荷が保持されることでバックゲートバイアスが変化したことと等価となり、キャリアポケット10内の電荷量に応じてチャネルの閾値電圧が変化する。これにより、変調トランジスタTMのソース電圧は、キャリアポケット10内の電荷に応じたもの、即ち、フォトダイオードPDの入射光の明るさに対応したものとなる。   The modulation transistor TM is equivalent to a change in the back gate bias due to the photogenerated charge held in the carrier pocket 10, and the channel threshold voltage changes according to the amount of charge in the carrier pocket 10. As a result, the source voltage of the modulation transistor TM corresponds to the charge in the carrier pocket 10, that is, corresponds to the brightness of the incident light of the photodiode PD.

このように各セル3は、変調トランジスタTMのリングゲート6、ソース領域7及びドレイン領域8に駆動信号が印加されることで、蓄積、転送、読み出し及び排出等の動作を呈する。なお、ソース領域7からは、コンタクトスルー層9及びコンタクトホール42内の導電材料43等を介して層間絶縁膜41上の図示しない配線に信号が出力される。   In this manner, each cell 3 exhibits operations such as accumulation, transfer, readout, and discharge by applying drive signals to the ring gate 6, the source region 7, and the drain region 8 of the modulation transistor TM. A signal is output from the source region 7 to a wiring (not shown) on the interlayer insulating film 41 through the contact through layer 9 and the conductive material 43 in the contact hole 42.

図示しないセル3の各部には図3に示すように、垂直駆動走査回路63、ドレイン駆動回路64及び水平駆動走査回路65から信号が供給されるようになっている。垂直駆動走査回路63は、各行のゲート線67に走査信号を供給し、ドレイン駆動回路64は各列のドレイン領域8にドレイン電圧を印加する。また、水平駆動走査回路65は、各ソース線66に接続されたスイッチ68に駆動信号を供給する。   Signals are supplied to each part of the cell 3 (not shown) from a vertical drive scanning circuit 63, a drain drive circuit 64, and a horizontal drive scanning circuit 65, as shown in FIG. The vertical drive scanning circuit 63 supplies a scanning signal to the gate line 67 in each row, and the drain drive circuit 64 applies a drain voltage to the drain region 8 in each column. The horizontal drive scanning circuit 65 supplies a drive signal to the switch 68 connected to each source line 66.

各セル3は、センサセルアレイ62に水平方向に配列された複数のソース線66と垂直方向に配列された複数のゲート線67との交点に対応して設けられている。水平方向に配列された各ラインの各セル3は、変調トランジスタTMのリングゲート6が共通のゲート線67に接続され、垂直方向に配列された各列の各セル3は、変調トランジスタTMのソースが共通のソース線66に接続される。   Each cell 3 is provided corresponding to the intersection of a plurality of source lines 66 arranged in the horizontal direction in the sensor cell array 62 and a plurality of gate lines 67 arranged in the vertical direction. In each cell 3 of each line arranged in the horizontal direction, the ring gate 6 of the modulation transistor TM is connected to a common gate line 67, and each cell 3 in each column arranged in the vertical direction is the source of the modulation transistor TM. Are connected to a common source line 66.

複数のゲート線67の1つにオン信号(選択ゲート電圧)を供給することで、オン信号が供給されたゲート線67に共通接続された各セルが同時に選択されて、これらの選択されたセルの各ソースから各ソース線66を介して画素信号が出力される。垂直駆動走査回路63は1フレーム期間においてゲート線67にオン信号を順次シフトさせながら供給する。オン信号が供給されたラインの各セルからの画素信号が1ライン分同時に各ソース線66から読み出されて各スイッチ68に供給される。1ライン分の画素信号は水平駆動走査回路65によって、スイッチ68から画素毎に順次出力(ライン出力)される。   By supplying an ON signal (selection gate voltage) to one of the plurality of gate lines 67, the cells commonly connected to the gate line 67 to which the ON signal is supplied are simultaneously selected, and these selected cells are selected. A pixel signal is output from each source via each source line 66. The vertical drive scanning circuit 63 supplies an ON signal to the gate line 67 while sequentially shifting it in one frame period. Pixel signals from each cell of the line to which the ON signal is supplied are simultaneously read from each source line 66 for one line and supplied to each switch 68. The pixel signals for one line are sequentially output (line output) for each pixel from the switch 68 by the horizontal drive scanning circuit 65.

各ソース線66に接続されたスイッチ68は、共通の定電流源(負荷回路)69を介して映像信号出力端子70に接続されている。各センサセル3の変調トランジスタTMのソースは定電流源69に接続されることになり、センサセル3のソースフォロワ回路が構成される。   The switch 68 connected to each source line 66 is connected to the video signal output terminal 70 via a common constant current source (load circuit) 69. The source of the modulation transistor TM of each sensor cell 3 is connected to the constant current source 69, and the source follower circuit of the sensor cell 3 is configured.

<作用>
上述した特許文献1の装置においても、同一列の全ての変調トランジスタのソース領域を共通接続して、選択行と非選択行とで変調トランジスタのゲートに印加する電圧を制御することで、所望の行の変調トランジスタのソース電圧を検出するようになっている。即ち、選択行の全画素について、ゲート電極の電位(Vg)を高く設定し、非選択行のゲート電極の電位(Vg)を接地電位とする。
<Action>
In the device of Patent Document 1 described above, the source regions of all the modulation transistors in the same column are connected in common, and the voltage applied to the gates of the modulation transistors in the selected row and the non-selected row is controlled, so The source voltage of the modulation transistor in the row is detected. That is, the potential (Vg) of the gate electrode is set high for all the pixels in the selected row, and the potential (Vg) of the gate electrode in the non-selected row is set to the ground potential.

また、各単位画素同士のばらつきや、各種ノイズの除去のために、読出し動作において、選択行の光信号の読出し動作に続いて、非選択行の画素への電位付与状態はそのままにして、その選択行の画素を初期化し、引き続き、初期化した状態での閾値電圧を読み出す。そして、光発生電荷量に対応する閾値電圧と初期化した状態での閾値電圧の差の信号を算出し、正味の光信号成分を映像信号として出力する。   In addition, in order to eliminate variations between unit pixels and various noises, in the read operation, following the read operation of the optical signal of the selected row, the potential application state to the pixels of the non-selected row is left as it is. The pixels in the selected row are initialized, and subsequently the threshold voltage in the initialized state is read out. Then, a signal of the difference between the threshold voltage corresponding to the photogenerated charge amount and the threshold voltage in the initialized state is calculated, and the net optical signal component is output as a video signal.

特許文献1の装置における読み出し処理を変調トランジスタTMの特性を示す図4を用いて説明する。図4の特性Aは暗時におけるVg(ゲート電圧)−Vs(ソース電圧)特性を示し、特性Bは通常の光の入射時におけるVg−Vs特性を示し、特性Cは極めて強い光の入射時におけるVg−Vs特性を示し、特性Dはクリア時におけるVg−Vs特性を示している。   A reading process in the apparatus of Patent Document 1 will be described with reference to FIG. 4 showing characteristics of the modulation transistor TM. A characteristic A in FIG. 4 shows a Vg (gate voltage) -Vs (source voltage) characteristic in the dark, a characteristic B shows a Vg-Vs characteristic in a normal light incidence, and a characteristic C in a very strong light incidence. The Vg-Vs characteristic is shown, and the characteristic D shows the Vg-Vs characteristic at the time of clearing.

図4において、矢印の範囲は、通常レベルの入射光が入射した選択行の画素に基づく画素信号のレベルVsaとその初期化後のノイズ成分による画素信号のレベルVnbとの差分を示している。また、レベルVcは極めて明るい入射光が入射した非選択行の画素に基づく画素信号のレベルを示している。通常の強さの光が入射した場合には、選択行の画素の画素信号として、レベルが(Vsa−Vnb)(矢印の範囲)の信号が得られる。   In FIG. 4, the range of the arrow indicates the difference between the level Vsa of the pixel signal based on the pixels in the selected row where the normal level of incident light is incident and the level Vnb of the pixel signal due to the noise component after initialization. Further, the level Vc indicates the level of the pixel signal based on the pixels in the non-selected row where the extremely bright incident light is incident. When light of normal intensity is incident, a signal having a level of (Vsa−Vnb) (arrow range) is obtained as the pixel signal of the pixel in the selected row.

いま、所定の列において、選択行の画素には通常レベルの入射光が入射し、非選択行の画素の1つに極めて明るい入射光が入射するものとする。選択行の画素に基づく初期化前の画素信号のレベルはVsaとなる。しかし、選択行の初期化後の画素信号のレベルVnbは、極めて強い光が入射した場合の非選択行の画素に基づく画素信号のレベルVcよりも低い。同一列ではソース領域は共通接続されていることから、初期化後の読み出し時には、より高いレベルVcが初期化後の画素信号のレベルとして得られる。即ち、選択行の画素の画素信号として、レベルが(Vsa−Vc)の信号が出力されることになる。(Vsa−Vc)は比較的小さい値であり、この画素信号出力に基づく表示は黒くなる。極めて強い光が入射した画素の初期化が行われるまでは、当該ソース線66に接続された各画素の出力は、全て比較的小さい値となって、画面表示は垂直方向の黒スミアとなる。   Now, in a predetermined column, it is assumed that normal level incident light is incident on the pixels in the selected row and extremely bright incident light is incident on one of the pixels in the non-selected rows. The level of the pixel signal before initialization based on the pixels in the selected row is Vsa. However, the level Vnb of the pixel signal after initialization of the selected row is lower than the level Vc of the pixel signal based on the pixels of the non-selected row when extremely strong light is incident. Since the source regions are commonly connected in the same column, a higher level Vc is obtained as the pixel signal level after initialization at the time of readout after initialization. That is, a signal having a level (Vsa−Vc) is output as the pixel signal of the pixel in the selected row. (Vsa−Vc) is a relatively small value, and the display based on the pixel signal output is black. Until initialization of a pixel to which extremely intense light is incident is performed, the output of each pixel connected to the source line 66 is a relatively small value, and the screen display is a black smear in the vertical direction.

これに対し、本実施の形態においては、ソース領域7の基板表面に接してコンタクトスルー層9を形成することによって、強い光が入射した場合の黒スミアの発生を防止するようになっている。   In contrast, in the present embodiment, the contact through layer 9 is formed in contact with the substrate surface of the source region 7 to prevent the occurrence of black smear when strong light is incident.

先ず、センサセル3のフォトダイオードPDの光検出及び光発生電荷の収集動作並びに変調トランジスタTMの読み出し動作について説明する。   First, the light detection and photogenerated charge collection operation of the photodiode PD of the sensor cell 3 and the read operation of the modulation transistor TM will be described.

変調トランジスタTMのリングゲート6に低いゲート電圧を印加し、ドレイン領域8にトランジスタの動作に必要な例えば約2〜4Vの電圧(VDD)を印加する。これにより、N型ウェル21が空乏化する。また、ドレイン領域8とソース領域7との間に電界が生じる。   A low gate voltage is applied to the ring gate 6 of the modulation transistor TM, and a voltage (VDD) of approximately 2 to 4 V, for example, necessary for the operation of the transistor is applied to the drain region 8. As a result, the N-type well 21 is depleted. An electric field is generated between the drain region 8 and the source region 7.

フォトダイオードPDの開口領域2を介して入射した光が、空乏化したN型ウェル21に入射することで、電子−正孔対(光発生電荷)が生じる。P型の収集ウェル4は高濃度のP型不純物が導入されてポテンシャルが低くなっており、N型ウェル21に発生した光発生電荷は収集ウェル4に収集される。更に、光発生電荷は収集ウェル4から変調トランジスタ形成領域内の変調用ウェル5に転送されて、キャリアポケット10に蓄積される。   Light incident through the opening region 2 of the photodiode PD enters the depleted N-type well 21 to generate electron-hole pairs (photogenerated charges). The P-type collection well 4 has a low potential due to the introduction of high-concentration P-type impurities, and the photogenerated charges generated in the N-type well 21 are collected in the collection well 4. Further, the photogenerated charges are transferred from the collection well 4 to the modulation well 5 in the modulation transistor formation region and accumulated in the carrier pocket 10.

この場合には、キャリアポケット10の下方における変調用ウェル5の膜厚が比較的薄く形成されており、光発生電荷は大部分が基板表面近傍のキャリアポケット10に蓄積される。これにより、高い変調効率を得ることができる。   In this case, the thickness of the modulation well 5 below the carrier pocket 10 is relatively thin, and most of the photogenerated charges are accumulated in the carrier pocket 10 near the substrate surface. Thereby, high modulation efficiency can be obtained.

キャリアポケット10に蓄積された光発生電荷によって、変調トランジスタTMの閾値電圧が変化する。この状態で、選択画素のリングゲート6に例えば約2〜4Vのゲート電圧(選択ゲート電圧)を印加し、ドレイン領域8に例えば約2〜4Vの電圧VDDを印加する。更に、変調トランジスタTMのソース領域7に定電流源69によって一定の電流を流す。これにより、変調トランジスタTMはソースフォロワ回路を形成し、光発生電荷による変調トランジスタTMの閾値電圧の変動に追随してソース電位が変化して、出力電圧が変化する。即ち、入射光に応じた出力が得られる。   The threshold voltage of the modulation transistor TM is changed by the photo-generated charges accumulated in the carrier pocket 10. In this state, a gate voltage (selection gate voltage) of about 2 to 4 V, for example, is applied to the ring gate 6 of the selected pixel, and a voltage VDD of about 2 to 4 V, for example, is applied to the drain region 8. Further, a constant current is passed through the source region 7 of the modulation transistor TM by the constant current source 69. As a result, the modulation transistor TM forms a source follower circuit, and the source potential changes following the change in the threshold voltage of the modulation transistor TM due to the photo-generated charges, so that the output voltage changes. That is, an output corresponding to the incident light can be obtained.

初期化時には、キャリアポケット10、収集ウェル4及び変調用ウェル5内に残留する電荷を排出する。例えば、変調トランジスタTMのドレイン領域8及びリングゲート6に5V以上の高い正電圧を印加する。ソース領域7の下方においては、変調用ウェル5下方のN型ウェル21’の厚さは薄く、また、N型ウェル21’に面する基板1には高濃度のP型埋込層23が形成されているので、リングゲート6に印加した電圧による影響は変調用ウェル5(特にソース領域7下方)及びその隣接領域にのみ作用する。即ち、変調用ウェル5に急激なポテンシャル変化が生じ、光発生電荷を基板1側に掃き出すような強い電界が主として変調用ウェル5に印加されて、残留した光発生電荷は、低いリセット電圧でより確実に基板1に排出される。   At the time of initialization, charges remaining in the carrier pocket 10, the collection well 4, and the modulation well 5 are discharged. For example, a high positive voltage of 5 V or more is applied to the drain region 8 and the ring gate 6 of the modulation transistor TM. Below the source region 7, the N-type well 21 ′ below the modulation well 5 is thin, and a high-concentration P-type buried layer 23 is formed on the substrate 1 facing the N-type well 21 ′. Therefore, the influence of the voltage applied to the ring gate 6 acts only on the modulation well 5 (particularly below the source region 7) and its adjacent region. That is, a sudden potential change occurs in the modulation well 5, and a strong electric field that sweeps out the photogenerated charge to the substrate 1 side is mainly applied to the modulation well 5, so that the remaining photogenerated charge is more reduced at a low reset voltage. It is reliably discharged onto the substrate 1.

初期化後において、非選択画素のリングゲートには、比較的低い電圧値の非選択ゲート電圧を印加すると共に、選択画素のリングゲート6には比較的高い電圧値の選択ゲート電圧を印加する。そして、共通接続されたソース線66から、選択画素の初期化後の信号出力を得る。   After initialization, a non-selection gate voltage having a relatively low voltage value is applied to the ring gate of the non-selection pixel, and a selection gate voltage having a relatively high voltage value is applied to the ring gate 6 of the selection pixel. Then, a signal output after initialization of the selected pixel is obtained from the commonly connected source line 66.

本実施の形態においては、ソース領域7の基板表面にはコンタクトスルー層9が形成されている。従って、コンタクトホール42を介したイオン注入時には、不純物は、コンタクトスルー層9を介して基板表面にインプラントされることになり、比較的厚さが薄いソース領域7が形成される。これにより、リーク経路となるジャンクションFETが形成されにくくなって、黒スミアの発生を防止することができる。   In the present embodiment, a contact through layer 9 is formed on the substrate surface of the source region 7. Therefore, at the time of ion implantation through the contact hole 42, the impurity is implanted into the substrate surface through the contact through layer 9, and the source region 7 having a relatively small thickness is formed. This makes it difficult to form a junction FET that serves as a leakage path, thereby preventing the occurrence of black smear.

図4は破線太線によって本実施の形態におけるトランジスタ特性の変化を示している。本実施の形態におけるトランジスタ特性は、ソース領域7が薄い厚さに形成されて、N型ウェル21’からソース領域7へのリーク電流経路が遮断されることから、変調トランジスタTMは低いゲート電圧の範囲においても、直線性が良好となる。図4は実線及び破線太線によって変調トランジスタTMの特性を示しており、各特性A〜Dは、破線太線にて変化を示すように、比較的低いゲート電圧の範囲においても、直線性に優れたVg−Vs特性となる。   FIG. 4 shows a change in transistor characteristics in the present embodiment by a thick broken line. The transistor characteristics in the present embodiment are that the source region 7 is formed with a small thickness and the leakage current path from the N-type well 21 ′ to the source region 7 is cut off, so that the modulation transistor TM has a low gate voltage. Also in the range, the linearity is good. FIG. 4 shows the characteristics of the modulation transistor TM by a solid line and a bold broken line, and each characteristic A to D is excellent in linearity even in a relatively low gate voltage range, as shown by the bold broken line. Vg-Vs characteristics are obtained.

図4に示すように、強い光が入射した非選択画素においても、十分に低い非選択ゲート電圧を印加した場合には、画素信号の出力レベルVc’は初期化後の選択画素の画素信号レベルVnbよりも低くなる。これにより、同一列の各画素が共通のソース線66に接続されている場合でも、十分に高い選択ゲート電圧を変調トランジスタTMのリングゲート6に印加することによって、初期化前後の画素信号として選択画素から得た画素信号を得ることができる。即ち、極めて強い光が入射した場合でも、通常の明るさの光が入射した場合と同様に、選択画素に基づく初期化前後の信号が得られることになり、入射光量に応じた正常な画素信号を出力することができ、黒スミアの発生を防止することができる。   As shown in FIG. 4, even when a sufficiently low non-selection gate voltage is applied even in a non-selection pixel where strong light is incident, the output level Vc ′ of the pixel signal is the pixel signal level of the selection pixel after initialization. It becomes lower than Vnb. Thereby, even when each pixel in the same column is connected to the common source line 66, a sufficiently high selection gate voltage is applied to the ring gate 6 of the modulation transistor TM to select it as a pixel signal before and after initialization. A pixel signal obtained from the pixel can be obtained. That is, even when extremely strong light is incident, a signal before and after initialization based on the selected pixel can be obtained in the same manner as when normal brightness light is incident, and a normal pixel signal corresponding to the amount of incident light is obtained. Can be output, and the occurrence of black smear can be prevented.

なお、本実施の形態においては、後述する製造工程中のサイドウォール6cの形成工程から、導電材料43の形成工程までの間のいずれかのタイミングで、水素シンタリングが実施されている。例えば、水素雰囲気下で約400℃に加熱することで、水素シンタリングを行う。   In the present embodiment, hydrogen sintering is performed at any timing from the formation step of the sidewall 6c in the manufacturing process described later to the formation step of the conductive material 43. For example, hydrogen sintering is performed by heating to about 400 ° C. in a hydrogen atmosphere.

ところで、コンタクトスルー層9上にコンタクトホールの埋込層として、チタン及びチタンナイトライドの2層構造の導電材料43が形成されている。しかし、本実施の形態においては、コンタクトスルー層9としてポリシリコン等の比較的水素吸蔵性が低い材料を用いることもできる。即ち、ソース領域7上方の基板表面と導電材料43を構成するチタン材料との間には、水素吸蔵性が十分に低いコンタクトスルー層9が形成される。これにより、基板表面から水素が取り去られることを阻止することができ、水素シンタリングによってダングリングボンドを低減させることができる。こうして、電気特性に優れた固体撮像装置を得ることができる。   By the way, a conductive material 43 having a two-layer structure of titanium and titanium nitride is formed on the contact through layer 9 as a buried layer of the contact hole. However, in the present embodiment, a material having a relatively low hydrogen storage property such as polysilicon can be used for the contact through layer 9. That is, the contact through layer 9 having a sufficiently low hydrogen storage property is formed between the substrate surface above the source region 7 and the titanium material constituting the conductive material 43. Thereby, removal of hydrogen from the substrate surface can be prevented, and dangling bonds can be reduced by hydrogen sintering. Thus, a solid-state imaging device having excellent electrical characteristics can be obtained.

また、本実施の形態においては、コンタクトエッチングの際に、基板に直接ダメージを与えないことから、暗電流の発生を抑制することができるという利点もある。   In addition, the present embodiment has an advantage that generation of dark current can be suppressed because the substrate is not directly damaged during contact etching.

なお、本実施の形態においては、リングゲート6の中央開口6d側の側面にも絶縁材料によるサイドウォール6cが形成されており、コンタクトスルー層9とリングゲート6の層6aとが短絡することを防止することができる。   In the present embodiment, a sidewall 6c made of an insulating material is also formed on the side surface of the ring gate 6 on the side of the central opening 6d, and the contact through layer 9 and the layer 6a of the ring gate 6 are short-circuited. Can be prevented.

更に、また、本実施の形態においては、ソース領域7はポリシリコン材料等によるコンタクトスルー層9に接続されており、接触抵抗が小さいことから、ソース領域7の濃度を薄くすることが可能である。そうすると、ソース領域7の深さは浅くなり、N型ウェル21’からソース領域7を経由したリーク経路が形成されにくくなって、黒スミアを一層低減することができるという利点もある。   Furthermore, in the present embodiment, the source region 7 is connected to the contact through layer 9 made of a polysilicon material or the like, and since the contact resistance is small, the concentration of the source region 7 can be reduced. . Then, the depth of the source region 7 becomes shallow, and it becomes difficult to form a leak path from the N-type well 21 ′ via the source region 7, and there is an advantage that black smear can be further reduced.

<プロセス>
次に、素子の製造方法について図5乃至図8の工程図及び図9乃至図11の平面形状の説明図を参照して説明する。図5乃至図8は図10乃至図11のA−A’切断線の位置における断面を示している。図5乃至図8において、基板上の矢印はイオン打ち込みを行うことを示している。
<Process>
Next, a method for manufacturing the element will be described with reference to the process diagrams of FIGS. 5 to 8 and the plan views of FIGS. 9 to 11. 5 to 8 show cross sections taken along the line AA ′ in FIGS. 10 to 11. 5 to 8, arrows on the substrate indicate that ion implantation is performed.

図5(a)に示すように、用意したP基板1の全面に、例えばボロン(B)イオンをイオン打ち込みして、基板1表面側において、P型ウェル24を形成する。このP型ウェル24は、フォトダイオード形成領域において収集ウェル4を構成し、変調トランジスタ形成領域において、変調用ウェル5を構成する。   As shown in FIG. 5A, boron (B) ions, for example, are implanted into the entire surface of the prepared P substrate 1 to form a P-type well 24 on the surface side of the substrate 1. The P-type well 24 constitutes the collection well 4 in the photodiode formation region and the modulation well 5 in the modulation transistor formation region.

次に、フォトダイオード形成領域以外の部分にレジストマスク91を形成して、例えば燐(リン(P))イオンの打ち込みを行ってN型ウェル21を形成する(図9(a))。このイオン注入はフォトダイオード形成領域について比較的深い位置まで行う(図5(b))。   Next, a resist mask 91 is formed in a portion other than the photodiode formation region, and, for example, phosphorus (phosphorus (P)) ions are implanted to form the N-type well 21 (FIG. 9A). This ion implantation is performed up to a relatively deep position in the photodiode formation region (FIG. 5B).

次に、基板1にリンのイオン打ち込みを行うことによって、P型ウェル24の下方にN型ウェルを形成する。こうして、フォトダイオード形成領域についてはN型ウェル21、変調トランジスタ形成領域についてはN型ウェル21’が形成される(図5(c))。   Next, phosphorus ions are implanted into the substrate 1 to form an N-type well below the P-type well 24. Thus, an N-type well 21 is formed in the photodiode formation region, and an N-type well 21 'is formed in the modulation transistor formation region (FIG. 5C).

次に、図5(d)に示すように、レジストマスク92を用いて、変調トランジスタ形成領域において、P型不純物を深くイオン注入して、P型埋込層23を形成する(図9(b))。更に、同一のレジストマスク92を用いて、基板1表面近傍に、変調トランジスタTMのチャネルを得るためのN型拡散層27を形成する。   Next, as shown in FIG. 5D, a P-type buried layer 23 is formed by deeply ion-implanting P-type impurities in the modulation transistor formation region using the resist mask 92 (FIG. 9B). )). Further, an N-type diffusion layer 27 for obtaining a channel of the modulation transistor TM is formed in the vicinity of the surface of the substrate 1 using the same resist mask 92.

次に、図6(a)に示すように、レジストマスク93を形成して、素子分離用のアイソレーション領域22を形成する(図9(c))。次いで、図6(b)に示すように、基板1表面にゲート酸化膜31を熱酸化によって形成する。   Next, as shown in FIG. 6A, a resist mask 93 is formed to form an isolation region 22 for element isolation (FIG. 9C). Next, as shown in FIG. 6B, a gate oxide film 31 is formed on the surface of the substrate 1 by thermal oxidation.

次に、図6(c)に示すように、レジストマスク94(図10(a))を用いて、リングゲート6下方の変調用ウェル5内に、濃いP+拡散層によるキャリアポケット10を形成する。リングゲート6の平面形状は、図10(a)に示すように、環状である。次に、図6(d)に示すように、ゲート酸化膜31上に、変調トランジスタTMのリングゲート6を形成する(図10(b))。なお、リングゲート6は、導電材料による下層6aと絶縁層6bとの2層構造である。 Next, as shown in FIG. 6C, a carrier pocket 10 made of a dense P + diffusion layer is formed in the modulation well 5 below the ring gate 6 using a resist mask 94 (FIG. 10A). To do. The planar shape of the ring gate 6 is annular as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 6D, the ring gate 6 of the modulation transistor TM is formed on the gate oxide film 31 (FIG. 10B). The ring gate 6 has a two-layer structure of a lower layer 6a and an insulating layer 6b made of a conductive material.

次に、図7(a)に示すように、リングゲート6の中央開口6dを塞ぐように形成されたレジストマスク96及びリングゲート6(図10(c))をマスクとして、N型不純物をイオン注入して、基板1表面にピニング層としてのN型拡散層32を形成する。   Next, as shown in FIG. 7A, N-type impurities are ionized using the resist mask 96 and the ring gate 6 (FIG. 10C) formed so as to close the central opening 6d of the ring gate 6 as masks. By implanting, an N-type diffusion layer 32 as a pinning layer is formed on the surface of the substrate 1.

次に、図7(b)に示すように、リングゲート6にサイドウォール6cを形成するために、酸化膜51を堆積させる。次いで、図7(c)に示すように、異方性エッチングによって、サイドウォール6cを形成する。   Next, as shown in FIG. 7B, an oxide film 51 is deposited in order to form the sidewall 6 c on the ring gate 6. Next, as shown in FIG. 7C, sidewalls 6c are formed by anisotropic etching.

更に、本実施の形態においては、図7(c)の基板を水素雰囲気下におき、400℃で加熱することで、水素シンタリングを実施する。これにより、ソース領域7の基板表面近傍におけるダングリングボンドが除去される。   Further, in this embodiment, hydrogen sintering is performed by placing the substrate of FIG. 7C in a hydrogen atmosphere and heating at 400 ° C. Thereby, dangling bonds in the vicinity of the substrate surface of the source region 7 are removed.

次に、図7(d)に示すように、コンタクトスルー層9を形成するために、水素吸蔵性が十分に低い導電性の材料、例えば、ポリシリコン材料52を、基板表面に形成する。コンタクトスルー層9を構成するポリシリコン材料52は、水素吸蔵性が十分に低いので、ソース領域7の基板表面において結合した水素は殆どコンタクトスルー層9に取込まれない。即ち、コンタクトスルー層9によってダングリングボンドが増加することを抑制することができる。   Next, as shown in FIG. 7D, in order to form the contact through layer 9, a conductive material having a sufficiently low hydrogen storage property, for example, a polysilicon material 52 is formed on the substrate surface. Since the polysilicon material 52 constituting the contact through layer 9 has a sufficiently low hydrogen storage property, the hydrogen bonded on the substrate surface of the source region 7 is hardly taken into the contact through layer 9. That is, an increase in dangling bonds due to the contact through layer 9 can be suppressed.

次に、図8(a)に示すように、リングゲート6の中央開口6dからリングゲート6の上面まで達するレジストマスク97(図11(a))を用いてエッチングを行い、図8(b)に示すコンタクトスルー層9を形成する。   Next, as shown in FIG. 8A, etching is performed using a resist mask 97 (FIG. 11A) extending from the central opening 6d of the ring gate 6 to the upper surface of the ring gate 6, and FIG. The contact through layer 9 shown in FIG.

次に、リングゲート開口及びフォトダイオード形成領域を覆うレジストマスク98及びリングゲート6(図11(b))をマスクとして、N型不純物をイオン注入してドレイン領域8を形成する(図8(c))。   Next, using the resist mask 98 and the ring gate 6 (FIG. 11B) covering the ring gate opening and the photodiode formation region as masks, N-type impurities are ion-implanted to form the drain region 8 (FIG. 8C). )).

次に、基板1表面上に層間絶縁膜41を形成した後、リングゲート6の開口の中央部に達するコンタクトホール42を形成する(図8(d))。次に、図8(d)に示すように、図11(c)に示すコンタクトホール42を介した基板表面へのイオン注入によって、ソース領域7を形成する。例えば、コンタクトスルー層9の膜厚を100−200nmとして、リンイオンを不純物とし、加速エネルギーを30−80KeVに設定して、イオン打ち込みを行う。この条件の場合には、ソース領域7の深さは、基板から0.01−0.03μmとなる。   Next, after forming an interlayer insulating film 41 on the surface of the substrate 1, a contact hole 42 reaching the center of the opening of the ring gate 6 is formed (FIG. 8D). Next, as shown in FIG. 8D, the source region 7 is formed by ion implantation into the substrate surface through the contact hole 42 shown in FIG. 11C. For example, the ion implantation is performed by setting the film thickness of the contact through layer 9 to 100 to 200 nm, using phosphorus ions as impurities, and setting the acceleration energy to 30 to 80 KeV. In the case of this condition, the depth of the source region 7 is 0.01-0.03 μm from the substrate.

ソース領域7上方の基板表面には、コンタクトスルー層9が形成されていることから、コンタクトホール42を介した不純物注入は、必ずコンタクトスルー層9を介して行われる。従って、不純物は一部がコンタクトスルー層9に吸収され、基板表面の比較的浅い部分のみにソース領域7が形成されることになる。これにより、N型ウェル21’及びソース領域7によるジャンクションFETが形成されることを防止することができ、黒スミアの発生を抑制することができる。   Since the contact through layer 9 is formed on the substrate surface above the source region 7, the impurity implantation through the contact hole 42 is always performed through the contact through layer 9. Therefore, a part of the impurities is absorbed by the contact through layer 9, and the source region 7 is formed only in a relatively shallow portion of the substrate surface. As a result, it is possible to prevent the junction FET from being formed by the N-type well 21 ′ and the source region 7 and to suppress the occurrence of black smear.

また、コンタクトスルー層9が形成されていることから、コンタクトホール42を形成するためのエッチングに際して、基板表面がエッチングによるダメージを受けることを防止することができる。これにより、暗電流の発生を抑制することが可能となる。   Further, since the contact through layer 9 is formed, it is possible to prevent the substrate surface from being damaged by the etching during the etching for forming the contact hole 42. As a result, the generation of dark current can be suppressed.

以後、コンタクトホール42に、チタン及びチタンナイトライドの2層構造を有する導電材料を形成し、更に、導電材料43で囲まれたコンタクトホール42内に、例えばタングステンによる埋込層を形成する。こうして、導電材料43はコンタクトスルー層9を介してソース領域7に接続されることになる。   Thereafter, a conductive material having a two-layer structure of titanium and titanium nitride is formed in the contact hole 42, and a buried layer of, for example, tungsten is formed in the contact hole 42 surrounded by the conductive material 43. Thus, the conductive material 43 is connected to the source region 7 through the contact through layer 9.

また、水素吸蔵性が高いチタンによって構成される導電材料43とソース領域7との間に、水素吸蔵性が十分に低いコンタクトスルー層9を設けているので、ダングリングボンドの発生を抑制して、電気的特性を改善することもできる。   In addition, since the contact through layer 9 having a sufficiently low hydrogen storage property is provided between the conductive material 43 made of titanium having a high hydrogen storage property and the source region 7, the generation of dangling bonds is suppressed. The electrical characteristics can also be improved.

本実施の形態に係る固体撮像装置の1センサセルの断面形状を示す模式的な断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional shape of one sensor cell of the solid-state imaging device according to the present embodiment. 本実施の形態に係る固体撮像装置の1センサセルの平面形状を示す説明図。Explanatory drawing which shows the planar shape of 1 sensor cell of the solid-state imaging device which concerns on this Embodiment. 素子の全体構造を等価回路によって示す回路ブロック図。The circuit block diagram which shows the whole structure of an element with an equivalent circuit. 本実施の形態におけるトランジスタ特性を示すグラフ。10 is a graph showing transistor characteristics in this embodiment. 素子の製造方法を説明するための工程図。Process drawing for demonstrating the manufacturing method of an element. 素子の製造方法を説明するための工程図。Process drawing for demonstrating the manufacturing method of an element. 素子の製造方法を説明するための工程図。Process drawing for demonstrating the manufacturing method of an element. 素子の製造方法を説明するための工程図。Process drawing for demonstrating the manufacturing method of an element. 素子の製造方法を説明するための平面図。The top view for demonstrating the manufacturing method of an element. 素子の製造方法を説明するための平面図。The top view for demonstrating the manufacturing method of an element. 素子の製造方法を説明するための平面図。The top view for demonstrating the manufacturing method of an element. 特許文献1に開示されているイメージセンサを示す模式的断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an image sensor disclosed in Patent Document 1. 図12の単位画素の等価回路を示す説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an equivalent circuit of the unit pixel in FIG. 12. 横軸に基板深さをとり縦軸に不純物濃度をとって、ソース領域114及びその下方のウェル領域116における濃度分布を示すグラフ。The graph showing the concentration distribution in the source region 114 and the well region 116 therebelow, with the substrate depth on the horizontal axis and the impurity concentration on the vertical axis.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、4…収集ウェル、5…変調用ウェル、6…リングゲート、7…ソース領域、8…ドレイン領域、9…コンタクトスルー層、10…キャリアポケット、PD…フォトダイオード、TM…変調トランジスタ。     DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 4 ... Collection well, 5 ... Modulation well, 6 ... Ring gate, 7 ... Source region, 8 ... Drain region, 9 ... Contact through layer, 10 ... Carrier pocket, PD ... Photodiode, TM ... Modulation transistor .

Claims (6)

光電変換素子と該光電変換素子の隣に形成されたトランジスタとを含む固体撮像装置の製造方法において、
前記光電変換素子及び前記トランジスタの形成領域の一導電型の基板に、逆導電型の第1拡散層を形成する工程と、
前記光電変換素子の形成領域の前記第1拡散層上に一導電型の第2拡散層を形成する工程と、
前記トランジスタの形成領域の前記第1の拡散層上に、前記第2拡散層と連続するように一導電型の第3拡散層を形成する工程と、
前記第3拡散層上方の前記基板上方に開口部を有するゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の前記開口部に位置する前記基板上に、第1導電材料によってコンタクトスルー層を形成する工程と、
前記ゲート電極及びコンタクトスルー層を含む基板上方に絶縁膜を形成する工程と、
前記コンタクトスルー層上の前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトスルー層を介して不純物を導入して、前記第3拡散層内にソース領域を形成する工程と、
前記コンタクトホールに第2導電材料を形成する工程とを具備したことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
In a method for manufacturing a solid-state imaging device including a photoelectric conversion element and a transistor formed next to the photoelectric conversion element,
Forming a first diffusion layer of reverse conductivity type on a substrate of one conductivity type in the formation region of the photoelectric conversion element and the transistor;
Forming a second diffusion layer of one conductivity type on the first diffusion layer in the formation region of the photoelectric conversion element;
Forming a third diffusion layer of one conductivity type on the first diffusion layer in the transistor formation region so as to be continuous with the second diffusion layer;
Forming a gate electrode having an opening above the substrate above the third diffusion layer;
Forming a contact through layer with a first conductive material on the substrate located in the opening of the gate electrode;
Forming an insulating film above the substrate including the gate electrode and the contact through layer;
Forming a contact hole in the insulating film on the contact through layer;
Introducing a impurity through the contact through layer to form a source region in the third diffusion layer;
And a step of forming a second conductive material in the contact hole.
前記ゲート電極の前記開口部側の側面にサイドウォールを形成する工程を更に具備したことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。   The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a step of forming a sidewall on a side surface of the gate electrode on the opening side. 前記コンタクトスルー層は、前記開口部内の前記基板表面及び前記サイドウォール表面上に形成されることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 2, wherein the contact through layer is formed on the substrate surface and the sidewall surface in the opening. 前記コンタクトスルー層は、ポリシリコン又はシリコン材料によって形成されることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。   The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the contact through layer is formed of polysilicon or a silicon material. 光電変換素子と該光電変換素の隣に形成されたトランジスタとを含む固体撮像装置において、
基板と、
前記光電変換素子及び前記トランジスタの形成領域の前記基板に形成された第1拡散層と、
前記光電変換素子の形成領域の前記第1の拡散層上に形成された第2拡散層と、
前記トランジスタの形成領域の前記第1の拡散層上に形成され、前記第2拡散層と連続して形成された第3拡散層と、
前記第3拡散層上方の前記基板上に形成された、開口部を有するゲート電極と、
前記開口部下方の前記基板に形成されたソース領域と、
前記ソース領域の前記基板上に、第1導電材料によって形成されたコンタクトスルー層と、
前記ゲート電極及びコンタクトスルー層を含む基板上方に形成された絶縁膜と、
前記コンタクトスルー層上の前記絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、
前記コンタクトホールに形成された第2導電材料と、を具備したことを特徴とする固体撮像装置。
In a solid-state imaging device including a photoelectric conversion element and a transistor formed next to the photoelectric conversion element,
A substrate,
A first diffusion layer formed on the substrate in a formation region of the photoelectric conversion element and the transistor;
A second diffusion layer formed on the first diffusion layer in the formation region of the photoelectric conversion element;
A third diffusion layer formed on the first diffusion layer in the transistor formation region and formed continuously with the second diffusion layer;
A gate electrode having an opening formed on the substrate above the third diffusion layer;
A source region formed in the substrate below the opening;
A contact through layer formed of a first conductive material on the substrate of the source region;
An insulating film formed above the substrate including the gate electrode and the contact through layer;
A contact hole formed in the insulating film on the contact through layer;
And a second conductive material formed in the contact hole.
前記コンタクトスルー層は、ポリシリコン又はシリコン材料によって形成されることを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the contact through layer is formed of polysilicon or a silicon material.
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