JP2008227357A - Solid image pickup device and method for manufacturing the same - Google Patents

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高寿 齊藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve picture quality by reducing the noise of an in-pixel transistor, and validly preventing the crystal defect of the periphery of an FD part. <P>SOLUTION: An element separation region (LOCOS or STI) 121 is formed at the predetermined position of a silicon substrate 100, and a silicon oxide film 111 for a diffusion layer element separation part 110 is formed. Afterwards, various types of ion injection or gate electrode pattern formation are carried out so that an in-layer insulating film 114 can be formed. Afterwards, connection holes 116, 117, 126, and 127 different in length are successively formed by the etching of another process, and conductive materials (tungsten/titanium nitride/titanium) are filled in those respective connection holes 116, 117, 126 and 127, and metallic plugs 118, 119. 128 and 129 different in length are formed. Also, one portion of a plug corresponding to the FD part can be replaced with a poly-silicon material. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、画素アレイ部を設けた半導体基板上に上部配線を含む積層膜を設けたCMOSイメージセンサ等に代表される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 represented by a CMOS image sensor or the like, in which a laminated film including an upper wiring is provided on a semiconductor substrate provided with a pixel array portion, and a method for manufacturing the same.

近年、CMOSイメージセンサに代表される増幅型の固体撮像装置の開発が活発化している。この増幅型固体撮像装置は、撮像部(画素アレイ部)を構成する複数の画素のそれぞれに、光電変換部であるフォトダイオードと、このフォトダイオードで生成した信号電荷をFD(フローティングデフュージョン)部に読み出す読み出しトランジスタと、このFD部に読み出された信号電荷を画素信号に変換して垂直信号線に出力する増幅トランジスタと、FD部の信号電荷をリセットするリセットトランジスタと、増幅トランジスタによる出力タイミングを選択する選択トランジスタ等を設けたものである。
なお、画素内に形成される各種トランジスタ(MOSFET)を画素トランジスタと総称する。また、シリコン基板上の素子分離には、LOCOS、STI、拡散層分離といった様々な構造が採用されている。このうち拡散層素子分離は、従来のLOCOSやSTIに比べて、CMOSイメージセンサの画素で発生する暗電流や白点等のノイズを低減するために有効であり、出力画像のダイナミックレンジの拡大に寄与するものである。
また、このような画素等を設けたシリコン基板上には、各画素トランジスタ等の配線やプラグを含む積層膜が形成され、その上にカラーフィルタやマイクロレンズが形成されている。なお、配線材料やプラグ材料には、使用部位に応じてポリシリコン膜や各種金属膜が使用される。
In recent years, amplification-type solid-state imaging devices represented by CMOS image sensors have been actively developed. In this amplification type solid-state imaging device, a photodiode which is a photoelectric conversion unit and a signal charge generated by the photodiode are FD (floating diffusion) unit to each of a plurality of pixels constituting the imaging unit (pixel array unit). Read transistor, an amplification transistor that converts the signal charge read to the FD portion into a pixel signal and outputs the pixel signal to a vertical signal line, a reset transistor that resets the signal charge of the FD portion, and an output timing by the amplification transistor A selection transistor or the like for selecting is provided.
Various transistors (MOSFETs) formed in the pixel are collectively referred to as a pixel transistor. Further, various structures such as LOCOS, STI, and diffusion layer isolation are employed for element isolation on the silicon substrate. Among them, diffusion layer element isolation is effective in reducing noise such as dark current and white spots generated in pixels of a CMOS image sensor compared to conventional LOCOS and STI, and increases the dynamic range of the output image. It contributes.
On the silicon substrate provided with such pixels and the like, a laminated film including wirings and plugs such as pixel transistors is formed, and color filters and microlenses are formed thereon. Note that a polysilicon film and various metal films are used for the wiring material and the plug material depending on the use site.

図12及び図13は拡散層素子分離技術を用いたCMOSイメージセンサの素子構成を示す断面図であり、図12は画素部の構成を示し、図13は周辺回路部の構成を示している。
まず、図12において、シリコン基板400の上層部には、素子分離領域401によって絶縁分離された領域にFD部402やMOSトランジスタ403が形成されている。
また、素子分離領域401は、シリコン基板400内にP型拡散層を注入したものであり、その上部に積層されるシリコン酸化膜411との組み合わせにより、拡散層素子分離部を構成している。
また、シリコン基板400の上には、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して拡散層素子分離部のシリコン酸化膜411が形成されるとともに、ゲート電極412が形成されている。
ゲート電極412はポリシリコン膜より形成され、図示のように一部が拡散層素子分離部の上に乗り上げる状態で形成されている。
また、ゲート電極412の上には、各種の絶縁膜413及び層間絶縁膜414を介して図示の例では金属配線(第一金属配線)415が配置され、この金属配線415とゲート電極412やFD部402の間には、必要に応じてコンタクトホール(接続孔)416が形成され、タングステン等のプラグ417が埋め込まれることにより、各素子が上部配線と接続される。
12 and 13 are cross-sectional views showing the element configuration of a CMOS image sensor using diffusion layer element isolation technology, FIG. 12 shows the configuration of the pixel portion, and FIG. 13 shows the configuration of the peripheral circuit portion.
First, in FIG. 12, the FD portion 402 and the MOS transistor 403 are formed in a region isolated by the element isolation region 401 in the upper layer portion of the silicon substrate 400.
The element isolation region 401 is obtained by injecting a P-type diffusion layer into the silicon substrate 400, and constitutes a diffusion layer element isolation portion by a combination with the silicon oxide film 411 laminated thereon.
On the silicon substrate 400, a silicon oxide film 411 of the diffusion layer element isolation portion is formed via a gate insulating film (not shown), and a gate electrode 412 is formed.
The gate electrode 412 is formed of a polysilicon film, and is partially formed on the diffusion layer element isolation portion as shown in the figure.
In addition, a metal wiring (first metal wiring) 415 is arranged on the gate electrode 412 through various insulating films 413 and an interlayer insulating film 414 in the illustrated example, and the metal wiring 415 and the gate electrode 412 and the FD are arranged. A contact hole (connection hole) 416 is formed between the portions 402 as necessary, and a plug 417 such as tungsten is embedded to connect each element to the upper wiring.

また、図13においても同様に、シリコン基板400の上層部には、素子分離領域421によって絶縁分離された領域に各種のMOSトランジスタ422が形成されている。
こちらの素子分離領域421は、シリコン基板400内に酸化膜を埋め込んだSTIを採用している。また、図13において、MOSトランジスタ422にはCMOS構造でNチャネル、Pチャネルの双方が含まれるため、特にN型、P型の区別は記載していない。
また、シリコン基板400の上には、ゲート絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極423が形成されており、このゲート電極423の上には、各種の絶縁膜413及び層間絶縁膜414を介して金属配線415が配置され、この金属配線415とゲート電極423の間には、必要に応じてコンタクトホール416が形成され、タングステン等のプラグ417が埋め込まれることにより、各素子が上部配線と接続される。
なお、上部配線は通常複数層の積層構造を有し、最上層には平坦化膜を介してカラーフィルタやマイクロレンズ等が配置されている。
Similarly, in FIG. 13, various MOS transistors 422 are formed in a region insulated and isolated by the element isolation region 421 in the upper layer portion of the silicon substrate 400.
This element isolation region 421 employs STI in which an oxide film is embedded in the silicon substrate 400. In FIG. 13, since the MOS transistor 422 has a CMOS structure and includes both N-channel and P-channel, the distinction between N-type and P-type is not particularly described.
A gate electrode 423 is formed on the silicon substrate 400 via a gate insulating film (not shown). Various insulating films 413 and an interlayer insulating film 414 are formed on the gate electrode 423. A metal wiring 415 is arranged between the metal wiring 415 and the gate electrode 423 as necessary, and a contact hole 416 is formed as necessary, and a plug 417 such as tungsten is embedded so that each element is connected to the upper wiring. Connected.
The upper wiring usually has a laminated structure of a plurality of layers, and a color filter, a microlens, and the like are arranged on the uppermost layer via a planarizing film.

また、このようなCMOSイメージセンサにおいて、画素内のコンタクト接続に関する結晶欠陥起因のノイズ低減技術については、FD部に金属プラグによるコンタクト接続を形成した場合、金属とシリコンの合金形成に伴う結晶欠陥が発生し、映像信号のノイズ発生源となっていることが報告されている(例えば特許文献1参照)。
そして、この結晶欠陥対策として、コンタクト接続の材料をポリシリコンとすることが提案されている。
特開2005−72178号公報
In addition, in such a CMOS image sensor, with regard to noise reduction technology due to crystal defects related to contact connection in a pixel, when contact connection by a metal plug is formed in the FD portion, there is a crystal defect due to formation of an alloy of metal and silicon. It has been reported that this is a noise generation source of video signals (see, for example, Patent Document 1).
As a countermeasure against this crystal defect, it has been proposed to use polysilicon as a contact connection material.
JP 2005-72178 A

しかしながら、図12及び図13に示す従来技術では以下のような課題がある。
1)増幅トランジスタのノイズ低減
まず、増幅トランジスタのゲート電極にコンタクトホールをエッチング方法で開口するときに、MOSFETにPID(process induced damage)が生じている。
このPIDが原因となって各画素の増幅トランジスタの特性ばらつきが大きくなり、イメージセンサの出力信号差が生じ、映像信号の画質を劣化させている。
以下、この現象について説明する。
However, the prior art shown in FIGS. 12 and 13 has the following problems.
1) Noise reduction of amplification transistor First, when a contact hole is opened in the gate electrode of the amplification transistor by an etching method, PID (process induced damage) occurs in the MOSFET.
Due to this PID, the variation in the characteristics of the amplification transistors of each pixel is increased, and an output signal difference of the image sensor is generated, thereby degrading the image quality of the video signal.
Hereinafter, this phenomenon will be described.

上述のように画素内の素子分離に拡散層分離技術を採用した場合、この拡散層素子分離領域に形成されるトランジスタのゲート電極と第一層の金属配線とを接続するコンタクトホールは図12に示す構造となり、コンタクトホールをエッチングで開口するときに、層間絶縁膜の膜厚が最も薄くなっているのは画素内のゲート電極となっている。
つまり、コンタクト形成部分の層間絶縁膜の膜厚は、画素内トランジスタのゲート電極上で薄く、周辺回路部のゲート電極上で厚く、さらにゲート電極のない領域では、より厚いものとなる。
このため、コンタクトホール開口時に、同一のリソグラフィ工程でフォトレジストマスクを形成してエッチングを行うと、最初に導電性物体(すなわち画素内のゲート電極)がエッチングのプラズマで生成される帯電したエッチャントにさらされ、最後にシリコン基板が帯電したエッチャントにさらされることになる。
よって、ゲート電極はシリコン基板と比較して長い時間帯電したエッチャントにさらされて電荷が蓄積され、この電荷の蓄積によってシリコン基板との電位差が大きくなると、ゲート絶縁膜(通常はシリコン酸化膜)を通してシリコン基板に流れ出し、この現象によってシリコン酸化膜とシリコン基板の界面が損傷し、トランジスタの特性にばらつきが生じることになる。
この結果、特に画素内の増幅トランジスタ特性にばらつきが生じ、イメージセンサを構成する数多くの画素内素子においてフォトダイオードで発生した信号(電子数)に比例した信号に増幅させることができなくなるという問題があり、映像信号のノイズの一因となっている。
As described above, when the diffusion layer isolation technique is adopted for element isolation in the pixel, the contact hole for connecting the gate electrode of the transistor formed in the diffusion layer element isolation region and the metal wiring of the first layer is shown in FIG. When the contact hole is opened by etching, the interlayer insulating film has the smallest thickness in the gate electrode in the pixel.
That is, the film thickness of the interlayer insulating film in the contact formation portion is thin on the gate electrode of the in-pixel transistor, thick on the gate electrode of the peripheral circuit portion, and thicker in the region without the gate electrode.
For this reason, when a contact mask is opened and a photoresist mask is formed in the same lithography process and etching is performed, a conductive object (that is, a gate electrode in a pixel) is first formed into a charged etchant generated by etching plasma. Finally, the silicon substrate is exposed to a charged etchant.
Therefore, the gate electrode is exposed to an etchant charged for a long time as compared with the silicon substrate, and charges are accumulated. When the potential difference from the silicon substrate increases due to the accumulation of the charges, the gate electrode passes through the gate insulating film (usually a silicon oxide film). This phenomenon flows into the silicon substrate, and this phenomenon damages the interface between the silicon oxide film and the silicon substrate, resulting in variations in transistor characteristics.
As a result, the characteristics of the amplifying transistor in the pixel vary, and it becomes impossible to amplify the signal in proportion to the signal (number of electrons) generated by the photodiode in the many elements in the pixel constituting the image sensor. Yes, it contributes to the noise of the video signal.

2)FD部と接続孔の界面の結晶欠陥
接続孔とシリコン基板との界面は、シリコン基板とチタンで構成されている。すなわち、タングステンをプラグの主材料とする場合において、材料の構成は、シリコン基板→チタン→窒化チタン→タングステンとなっている。
このため接続孔の界面では、シリコンとチタンの合金化反応(シリコン表面に存在する自然形成されたシリコン酸化膜をチタンで還元除去するために必要)が生じ、シリコン基板に結晶欠陥が生じており、この欠陥が原因となって、映像信号にノイズが加えられていた。
この対策として、例えば特許文献1に開示されるように、プラグの材料にポリシリコンを使用することが提案されている。
しかしながら、この方法では、接続孔がFD部に隣接して形成されるゲート電極と自己整合的な構造をとっている。このため接続孔とゲート電極との間の間隔が近接することになり、寄生容量が大きくなり、結果としてFD部に蓄積された電荷信号が寄生容量の影響によって読み出しが困難になる(すなわち、全ての電荷を読み出すことができない)という問題がある。
2) Crystal defects at the interface between the FD portion and the connection hole The interface between the connection hole and the silicon substrate is composed of a silicon substrate and titanium. That is, when tungsten is used as the main material of the plug, the material composition is silicon substrate → titanium → titanium nitride → tungsten.
For this reason, an alloying reaction between silicon and titanium (necessary for reducing and removing the naturally formed silicon oxide film existing on the silicon surface with titanium) occurs at the interface of the connection hole, and crystal defects occur in the silicon substrate. Because of this defect, noise was added to the video signal.
As a countermeasure, for example, as disclosed in Patent Document 1, it has been proposed to use polysilicon as a plug material.
However, in this method, the connection hole has a self-aligned structure with the gate electrode formed adjacent to the FD portion. For this reason, the distance between the connection hole and the gate electrode becomes close, and the parasitic capacitance increases, and as a result, it is difficult to read out the charge signal accumulated in the FD portion due to the influence of the parasitic capacitance (that is, all Cannot be read).

そこで本発明は、画素内トランジスタのノイズ低減やFD部周辺の結晶欠陥を有効に防止でき、画質の向上を図ることが可能な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。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of effectively preventing noise in an in-pixel transistor and crystal defects around the FD portion and improving the image quality, and a method for manufacturing the same.

上述の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、複数の画素を形成した半導体基板と、前記半導体基板上に形成される積層膜とを有し、かつ、前記画素内に、受光量に応じた信号電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン部に読み出し、画素信号に変換して出力する複数の画素トランジスタとを具備し、前記積層膜に形成される接続孔のうち、前記複数の画素トランジスタの少なくとも1つの画素トランジスタのゲート電極に接続するための接続孔と、前記半導体基板に接続するための接続孔が、互いに独立したエッチング工程によって形成されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a semiconductor substrate on which a plurality of pixels are formed, and a stacked film formed on the semiconductor substrate, and the amount of light received in the pixels. And a plurality of pixel transistors that read out the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit to a floating diffusion unit, convert the signal charges into a pixel signal, and output the pixel signal. The connection hole for connecting to the gate electrode of at least one pixel transistor of the plurality of pixel transistors and the connection hole for connecting to the semiconductor substrate are formed by an etching process independent from each other. It is formed.

また本発明の製造方法は、複数の画素を形成した半導体基板と、前記半導体基板上に形成される積層膜とを有し、かつ、前記画素内に、受光量に応じた信号電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン部に読み出し、画素信号に変換して出力する複数の画素トランジスタとを具備した固体撮像装置の製造方法であって、前記積層膜に形成される接続孔のうち、前記複数の画素トランジスタの少なくとも1つの画素トランジスタのゲート電極に接続するための接続孔と、前記半導体基板に接続するための接続孔を、互いに独立したエッチング工程によって形成することを特徴とする。   The manufacturing method of the present invention includes a semiconductor substrate on which a plurality of pixels are formed, and a laminated film formed on the semiconductor substrate, and stores signal charges corresponding to the amount of received light in the pixels. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a photoelectric conversion unit; and a plurality of pixel transistors that read out signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit to a floating diffusion unit, convert the signal charges into pixel signals, and output the pixel signals. Of the connection holes formed in the film, the connection hole for connecting to the gate electrode of at least one pixel transistor of the plurality of pixel transistors and the connection hole for connecting to the semiconductor substrate are independent of each other. It is characterized by forming by.

本発明の固体撮像装置及びその製造方法によれば、画素トランジスタのゲート電極に接続するための接続孔と、半導体基板に接続するための接続孔を、互いに独立したエッチング工程によって形成したことから、それぞれの接続孔を適正に形成することが可能となり、画素内トランジスタのノイズ低減やFD部周辺の結晶欠陥を有効に防止でき、画質の向上を図ることが可能となる。   According to the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof of the present invention, the connection hole for connecting to the gate electrode of the pixel transistor and the connection hole for connecting to the semiconductor substrate are formed by etching processes independent from each other. Each connection hole can be appropriately formed, noise in the pixel transistor can be reduced, crystal defects around the FD portion can be effectively prevented, and image quality can be improved.

本発明の実施の形態では、CMOSイメージセンサにおける画素内トランジスタのゲート電極のPID低減、及びFD部の結晶欠陥の低減のために、以下のような方法を採用するものである。
まず、画素の増幅トランジスタのゲート電極のPIDに起因するノイズ発生を低減するために、次のような接続孔の形成を行う。
まず、画素領域におけるシリコン基板と第一層金属配線間の接続孔と、周辺回路領域におけるシリコン基板と第一層金属配線間の接続孔を共通の工程で作成する。
また、画素領域における拡散層素子分離上のゲート電極と第一層金属配線間の接続孔を別の工程で作成する。
さらに、周辺回路領域における素子分離(LOCOS、STIなど)上のゲート電極と第一層金属配線間の接続孔をさらに別の工程で作成する。
このようにして層間絶縁膜の厚さに応じた孔開け工程を別々に行い、適正なコンタクトプラグの形成によって画素内トランジスタのゲート電極のPIDを低減し、ノイズの抑制を実現する。
次に、FD部の結晶欠陥の低減のために、次のような接続孔の形成を行う。
まず、接続孔に埋め込むプラグ材料に、ポリシリコンを使用する。そして、FD部に隣接するゲート電極と自己整合的な形成を行わない構造とする。
In the embodiment of the present invention, the following method is adopted to reduce the PID of the gate electrode of the transistor in the pixel and the crystal defect of the FD portion in the CMOS image sensor.
First, in order to reduce noise generation due to PID of the gate electrode of the pixel amplification transistor, the following connection hole is formed.
First, a connection hole between the silicon substrate and the first layer metal wiring in the pixel region and a connection hole between the silicon substrate and the first layer metal wiring in the peripheral circuit region are formed in a common process.
In addition, a connection hole between the gate electrode on the diffusion layer element isolation in the pixel region and the first layer metal wiring is formed in another process.
Further, a connection hole between the gate electrode on the element isolation (LOCOS, STI, etc.) in the peripheral circuit region and the first layer metal wiring is formed in a further step.
In this way, a hole forming process corresponding to the thickness of the interlayer insulating film is performed separately, and by forming an appropriate contact plug, the PID of the gate electrode of the transistor in the pixel is reduced and noise suppression is realized.
Next, in order to reduce crystal defects in the FD portion, the following connection holes are formed.
First, polysilicon is used as a plug material embedded in the connection hole. In addition, the gate electrode adjacent to the FD portion is not self-aligned.

以下、本実施の形態で用いる接続孔の形成工程について概略を説明する。
工程1)シリコン基板及びMOSトランジスタのゲート電極と第一層金属配線との接続孔形成は各部位毎に分割したエッチング法によって開口する。
工程2)FD部には、接続孔をエッチングにて開口し、CVD法にて不純物イオン(例えばリンドープまたは砒素ドープ等)を含むポリシリコンで充填する。そして、接続孔以外のポリシリコンは、CMP法やエッチング法で除去する。
工程3)シリコン基板の拡散層形成領域の接続孔は、リソグラフィ法でレジストパターニングを行い、次にエッチング法で開口する。
工程4)拡散層分離以外の素子分離(LOCOSもしくはSTIなど)上のゲート電極の接続孔をリソグラフィ法でレジストパターニングを行い、次にエッチング法で開口する。
工程5)拡散層素子分離上の接続孔は、リソグラフィ法でレジストパターニングを行い、次にエッチング法で開口する。
The outline of the connection hole forming process used in this embodiment will be described below.
Step 1) The connection hole between the silicon substrate and the gate electrode of the MOS transistor and the first layer metal wiring is opened by an etching method divided for each part.
Step 2) A connection hole is opened in the FD portion by etching and filled with polysilicon containing impurity ions (for example, phosphorus-doped or arsenic-doped) by a CVD method. Then, polysilicon other than the connection hole is removed by a CMP method or an etching method.
Step 3) The connection hole in the diffusion layer formation region of the silicon substrate is subjected to resist patterning by a lithography method and then opened by an etching method.
Step 4) Resist patterning is performed on the connection hole of the gate electrode on element isolation (such as LOCOS or STI) other than diffusion layer isolation by lithography, and then opening is performed by etching.
Step 5) The connection hole on the diffusion layer element isolation is subjected to resist patterning by a lithography method and then opened by an etching method.

なお、上記工程4)の接続孔形成時のPIDがイメージセンサの動作において映像信号のノイズ発生源とならない場合は、工程3)と工程4)の接続孔を同時に形成してもよい。
また、上記工程3)、工程4)、工程5)で接続孔のエッチング法による開口において、ゲート電極上のエッチング時以外のPIDが少ない場合には、工程3)から工程4)の開口順序を前後させても良い。また、上記工程3)と工程4)のエッチングでトランジスタのPIDが実使用において許容できるほど小さい場合には、同時にエッチング開口しても良い。
なお、接続孔にプラグを形成した以降は、従来のCMOSイメージセンサと同様の製造方法を用いるものとする。
If the PID at the time of forming the connection hole in step 4) does not become a noise source of the video signal in the operation of the image sensor, the connection holes in step 3) and step 4) may be formed simultaneously.
If the PID other than the time of etching on the gate electrode is small in the connection hole etching method in the above step 3), step 4) and step 5), the order of opening from step 3) to step 4) is changed. It may be moved back and forth. Further, when the PID of the transistor is small enough to be allowed in actual use in the etching in the above steps 3) and 4), the etching opening may be performed simultaneously.
In addition, after forming a plug in a connection hole, the manufacturing method similar to the conventional CMOS image sensor shall be used.

以上のような方法を用いることにより、以下のような効果を得ることが可能である。
まず、上記工程2)で示した方法を用いることで、FD部と接続孔の界面の結晶欠陥を無くすことができる。かつ接続孔とFD部に隣接して形成されるトランジスタのゲート電極との間の距離を確保することによって、自己整合的に形成した場合の接続孔とゲート電極間の寄生容量を小さくすることが可能となる。
また、3)〜5)で示す接続孔の形成方法を用いることで、ゲート電極上に接続孔をエッチング法で開口するときの層間絶縁膜の膜厚をウェーハ面内で統一することが可能となり、この結果として接続孔の開口エッチングのオーバーエッチング時間を短くすることができる。
以上により、ノイズの少ないCMOSイメージセンサの製造が可能となる。
By using the method as described above, the following effects can be obtained.
First, by using the method shown in the above step 2), crystal defects at the interface between the FD portion and the connection hole can be eliminated. In addition, by securing the distance between the connection hole and the gate electrode of the transistor formed adjacent to the FD portion, the parasitic capacitance between the connection hole and the gate electrode when formed in a self-aligned manner can be reduced. It becomes possible.
In addition, by using the connection hole forming method shown in 3) to 5), it becomes possible to unify the thickness of the interlayer insulating film in the wafer plane when the connection hole is opened on the gate electrode by the etching method. As a result, the over-etching time of the opening etching of the connection hole can be shortened.
As described above, a CMOS image sensor with less noise can be manufactured.

以下、本発明の具体的な実施例を図面を用いて説明する。
まず、本発明を適用するCMOSイメージセンサの全体構成について説明する。
図1は本発明の実施例における固体撮像装置の具体例を示す平面図であり、CMOSイメージセンサの例を示している。また、図2は図1に示す固体撮像装置の画素内の回路構成を示す回路図である。
本実施例の固体撮像装置は、図1に示すように、2次元方向に配置された複数の画素16によって撮像領域を構成する画素アレイ部20と、画素アレイ部20の各画素を垂直方向に走査して画素信号の読み出し動作を制御する垂直走査回路21と、画素アレイ部20の各画素列(カラム)から導かれた垂直信号線28を制御する負荷MOSトランジスタ回路24と、画素アレイ部20の各画素列から読み出された画素信号を取り込み、相関二重サンプリング処理によるノイズ除去を行うCDS回路26と、CDS回路26の画素信号を水平信号線27に出力する水平選択トランジスタ回路26と、水平選択トランジスタ回路26を水平方向に順次選択して画素信号の出力を制御する水平走査回路22とを有する。
そして、水平信号線27に出力された画素信号はバッファアンプを介して後段の回路に伝送される。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the overall configuration of a CMOS image sensor to which the present invention is applied will be described.
FIG. 1 is a plan view showing a specific example of a solid-state imaging device in an embodiment of the present invention, and shows an example of a CMOS image sensor. FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit configuration in a pixel of the solid-state imaging device shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device of the present embodiment includes a pixel array unit 20 that forms an imaging region by a plurality of pixels 16 arranged in a two-dimensional direction, and each pixel of the pixel array unit 20 is arranged in the vertical direction. A vertical scanning circuit 21 that scans and controls a pixel signal reading operation, a load MOS transistor circuit 24 that controls a vertical signal line 28 led from each pixel column of the pixel array unit 20, and a pixel array unit 20 A CDS circuit 26 that takes in pixel signals read from each pixel column and removes noise by correlated double sampling processing, a horizontal selection transistor circuit 26 that outputs pixel signals of the CDS circuit 26 to a horizontal signal line 27, A horizontal scanning circuit 22 for sequentially selecting the horizontal selection transistor circuit 26 in the horizontal direction and controlling the output of the pixel signal.
The pixel signal output to the horizontal signal line 27 is transmitted to the subsequent circuit through the buffer amplifier.

また、各画素16は、図2に示すように、入射した光を光電変換するフォトダイオード(PD)1と、光電変換された電気信号を転送パルス(ΦTRG)に基づいてフローティングデフュージョン(FD)部3に転送するトランジスタ(TG)12と、リセットパルス(ΦRST)に基づいてFD部3の電位を電源電圧VDDにリセットするリセットトランジスタ(RST)14、FD部3の電位変動を電圧信号または電流信号に変換する増幅トランジスタ(AMP)13と、選択信号(ΦSEL)に基づいて増幅トランジスタ13の出力を垂直信号線28に接続する選択トランジスタ15とを有する。
したがって、画素16の近傍には、垂直方向に垂直信号線28や電源線23等が配線され、水平方向に読み出し線17、リセット線18、選択線19等が配線されている。
Further, as shown in FIG. 2, each pixel 16 includes a photodiode (PD) 1 that photoelectrically converts incident light, and a floating diffusion (FD) based on a transfer pulse (ΦTRG) of the photoelectrically converted electric signal. The transistor (TG) 12 transferred to the unit 3, the reset transistor (RST) 14 that resets the potential of the FD unit 3 to the power supply voltage VDD based on the reset pulse (ΦRST), and the potential fluctuation of the FD unit 3 as a voltage signal or current An amplification transistor (AMP) 13 that converts the signal into a signal and a selection transistor 15 that connects the output of the amplification transistor 13 to the vertical signal line 28 based on the selection signal (ΦSEL).
Therefore, in the vicinity of the pixel 16, a vertical signal line 28, a power supply line 23, and the like are wired in the vertical direction, and a readout line 17, a reset line 18, a selection line 19, and the like are wired in the horizontal direction.

次に本発明の実施例による接続孔の形成方法について説明する。
図3〜図6は本発明の実施例1による接続孔の形成方法を示す断面図であり、第一金属配線に対する接続プラグに金属材料を用いた場合を示している。
まず図3(A)(画素領域)において、シリコン基板100の上層部には、素子分離領域101によって絶縁分離された領域にFD部102やMOSトランジスタ103が形成され、その上にゲート絶縁膜(図示せず)を介して拡散層分離部のシリコン酸化膜111、ポリシリコン製のゲート電極112が形成され、さらに各種の絶縁膜113及び層間絶縁膜114が積層されている。
また、図3(B)(周辺回路領域)においても同様に、シリコン基板100の上層部には、STIの素子分離領域121によって絶縁分離された領域に各種のMOSトランジスタ122が形成されている。なお、MOSトランジスタ122にはCMOS構造でNチャネル、Pチャネルの双方が含まれるため、特にN型、P型の区別は記載していない。
また、シリコン基板100の上には、ゲート絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極123が形成され、このゲート電極123の上に、各種の絶縁膜113及び層間絶縁膜114が積層されている。
Next, a method for forming a connection hole according to an embodiment of the present invention will be described.
3 to 6 are cross-sectional views showing a method of forming a connection hole according to the first embodiment of the present invention, and show a case where a metal material is used for a connection plug for the first metal wiring.
First, in FIG. 3A (pixel region), an FD portion 102 and a MOS transistor 103 are formed in a region isolated by the element isolation region 101 in the upper layer portion of the silicon substrate 100, and a gate insulating film ( A silicon oxide film 111 and a polysilicon gate electrode 112 are formed in the diffusion layer separation portion, and various insulating films 113 and interlayer insulating films 114 are stacked.
Similarly, in FIG. 3B (peripheral circuit region), various MOS transistors 122 are formed in regions isolated by STI element isolation regions 121 in the upper layer portion of the silicon substrate 100. Note that the MOS transistor 122 has a CMOS structure and includes both N-channel and P-channel, so that the distinction between N-type and P-type is not particularly described.
A gate electrode 123 is formed on the silicon substrate 100 via a gate insulating film (not shown), and various insulating films 113 and an interlayer insulating film 114 are laminated on the gate electrode 123. Yes.

この図3に示す構成は、例えば以下のような手順で形成される。
まず、シリコン基板100の所定位置に素子分離領域(LOCOSもしくはSTI)121を形成した後、拡散層素子分離部110用のシリコン酸化膜111を形成する。
次に、シリコン基板100の各領域にフォトレジストでパターンを形成し、不純物イオン注入を行う。そして、イオン注入後は薬液処理でフォトレジストを剥離する。
次に、ゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)を形成し、その上にポリシリコン膜をCVDで成膜し、フォトレジストパターン形成、エッチング、レジスト剥離によってゲート電極パターンを形成する。
この後、LDD形成を行い、ソース・ドレイン領域に不純物イオン注入を行う。そして、熱処理を行い、注入したイオンを活性化させる。
そして、この上に層間絶縁膜を形成する。
The configuration shown in FIG. 3 is formed by the following procedure, for example.
First, after an element isolation region (LOCOS or STI) 121 is formed at a predetermined position on the silicon substrate 100, a silicon oxide film 111 for the diffusion layer element isolation part 110 is formed.
Next, a pattern is formed in each region of the silicon substrate 100 with a photoresist, and impurity ion implantation is performed. Then, after the ion implantation, the photoresist is peeled off by chemical treatment.
Next, a gate insulating film (gate oxide film) is formed, a polysilicon film is formed thereon by CVD, and a gate electrode pattern is formed by photoresist pattern formation, etching, and resist stripping.
Thereafter, LDD formation is performed, and impurity ion implantation is performed in the source / drain regions. Then, heat treatment is performed to activate the implanted ions.
Then, an interlayer insulating film is formed thereon.

そして、このような積層状態で、画素領域と周辺回路領域の双方にシリコン基板(FD部)100に到達する接続孔116、126を形成する。これらは介在する絶縁膜の膜種、及び膜厚が共通であるので、同じ条件でエッチングを行うことにより、適正な時間で高精度に形成できる。
次に、図4に示すように、LOCOSやSTIの素子分離領域上に存在するゲート電極123に到達する接続孔127を形成する。
次に、図5に示すように、拡散層素子分離部110上に存在するゲート電極112に到達する接続孔117を形成する。
この後、図6に示すように、各接続孔116、117、126、127に導電性材料(タングステン/窒化チタン/チタン)を埋め込み、長さの異なるプラグ118、119、128、129を形成する。
なお、この上面に、図示しない第一金属配線を形成するが、これ以降の製造方法は、従来と同様であるので説明は省略する。
Then, in such a stacked state, connection holes 116 and 126 that reach the silicon substrate (FD portion) 100 are formed in both the pixel region and the peripheral circuit region. Since these films have the same type and thickness of the intervening insulating film, they can be formed with high accuracy in an appropriate time by performing etching under the same conditions.
Next, as shown in FIG. 4, a connection hole 127 reaching the gate electrode 123 existing on the LOCOS or STI element isolation region is formed.
Next, as shown in FIG. 5, a connection hole 117 reaching the gate electrode 112 existing on the diffusion layer element isolation part 110 is formed.
Thereafter, as shown in FIG. 6, conductive materials (tungsten / titanium nitride / titanium) are embedded in the connection holes 116, 117, 126, and 127 to form plugs 118, 119, 128, and 129 having different lengths. .
A first metal wiring (not shown) is formed on the upper surface, but the subsequent manufacturing method is the same as the conventional method, and the description thereof is omitted.

次に実施例2について説明する。
図7〜図8は本発明の実施例2による接続孔の形成方法を示す断面図であり、第一金属配線に対する接続プラグの一部にポリシリコン材料を用いた場合を示している。なお、図3〜図6と共通する構成については同一符号を付して説明する。
図7に示す状態は、図3に示す状態とほぼ同様であるが、層間絶縁膜114Aの膜厚が図3に示す層間絶縁膜114に比較し、所定量だけ薄い状態で形成されている。
この状態で、例えばFD部102に対応する領域にポリシリコンプラグを用いる接続孔116Aを形成する。そして、図8に示すように、この接続孔116A内にポリシリコン材料を埋め込み、プラグ118A(ここでは第二層ポリシリコンプラグという)を形成する。
Next, Example 2 will be described.
7 to 8 are cross-sectional views showing a method of forming a connection hole according to the second embodiment of the present invention, and show a case where a polysilicon material is used for a part of the connection plug for the first metal wiring. In addition, about the structure which is common in FIGS. 3-6, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated.
The state shown in FIG. 7 is substantially the same as the state shown in FIG. 3, but the interlayer insulating film 114A is formed in a state where it is thinner by a predetermined amount than the interlayer insulating film 114 shown in FIG.
In this state, for example, a connection hole 116A using a polysilicon plug is formed in a region corresponding to the FD portion 102. Then, as shown in FIG. 8, a polysilicon material is buried in the connection hole 116A to form a plug 118A (herein referred to as a second layer polysilicon plug).

次に、図9に示すように、層間絶縁膜114Aの上に追加の層間絶縁膜114Bを積層する。これにより、図3に示す層間絶縁膜114と同等の膜厚に形成される。
次に、それぞれ別工程で、層間絶縁膜114Bに対して接続孔116Aの残りの接続孔116Bを形成し、層間絶縁膜114A、114Bに対して接続孔117を形成し、層間絶縁膜114A、114Bに対して接続孔126を形成し、層間絶縁膜114A、114Bに対して接続孔127を形成する。
そして、これらの接続孔116B、117、126、127にプラグ材となる導電性材料(タングステン/窒化チタン/チタン)を埋め込み形成し、金属プラグ118B(ここでは第一層金属プラグという)、119、128、129を形成する。
このようにしてFD部上にだけポリシリコンプラグを用いた構成を作成できる。
なお、個別の成膜や孔開け等の工程は実施例1と同様であるので説明は省略する。
Next, as shown in FIG. 9, an additional interlayer insulating film 114B is stacked on the interlayer insulating film 114A. As a result, the film is formed to a thickness equivalent to that of the interlayer insulating film 114 shown in FIG.
Next, in a separate process, the remaining connection hole 116B of the connection hole 116A is formed in the interlayer insulating film 114B, the connection hole 117 is formed in the interlayer insulating films 114A and 114B, and the interlayer insulating films 114A and 114B are formed. A connection hole 126 is formed for the interlayer insulating films 114A and 114B.
Then, a conductive material (tungsten / titanium nitride / titanium) serving as a plug material is embedded in these connection holes 116B, 117, 126, 127 to form metal plugs 118B (herein referred to as first layer metal plugs), 119, 128 and 129 are formed.
In this way, a configuration using a polysilicon plug can be created only on the FD portion.
In addition, since processes such as individual film formation and perforation are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

以上のような実施例では、次のような効果を期待できる。
(1)画素内のゲート電極に加えられる接続孔形成時のオーバーエッチングを減らすことができ、結果としてトランジスタのPIDによる特性劣化を無くすことができる。
これにより、増幅トランジスタで均一な信号増幅ができ、ノイズ発生を低減することができる。
(2)FD部の接続孔に自己整合構造ではない接続孔を設ける構造とし、接続孔の材料にポリシリコンを使用することで、接続孔とシリコン基板の界面の結晶欠陥を無くすことができる。
(3)画素の増幅トランジスタのゲート電極とFD部を第二層ポリシリコンプラグで接続することにより、従来使用していた第一層金属プラグの一部を置き換えることができる。これによって、第一層金属プラグの配線占有率を低下させて照明光の開口面積を拡大することができる。さらに第一層金属プラグの面積を少なくすることに伴い、光が金属配線で反射する現象(いわゆるケラレという)を少なくすることができる。
これにより、FD部に蓄積された電荷を正確に信号読み出しすることができる。
In the above embodiment, the following effects can be expected.
(1) Overetching at the time of forming a connection hole applied to the gate electrode in the pixel can be reduced, and as a result, characteristic deterioration due to PID of the transistor can be eliminated.
Thereby, uniform signal amplification can be performed by the amplification transistor, and noise generation can be reduced.
(2) By using a connection hole that is not a self-alignment structure in the connection hole of the FD portion and using polysilicon as the material of the connection hole, crystal defects at the interface between the connection hole and the silicon substrate can be eliminated.
(3) By connecting the gate electrode of the amplification transistor of the pixel and the FD portion with the second layer polysilicon plug, a part of the first layer metal plug that has been conventionally used can be replaced. As a result, the wiring occupation ratio of the first-layer metal plug can be reduced and the opening area of the illumination light can be expanded. Further, as the area of the first-layer metal plug is reduced, the phenomenon that light is reflected by the metal wiring (so-called vignetting) can be reduced.
Thereby, it is possible to accurately read out the charges accumulated in the FD portion.

以上、本発明による固体撮像装置の具体的な実施例について説明したが、本発明はさらに種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、1画素内に4つのトランジスタ(読み出し、リセット、増幅、選択)を設けた構成を前提にして説明しているが、例えば選択トランジスタを省略した3トランジスタ構成のものや、行選択と列選択の2つのトランジスタを設けた5トランジスタ構成のものも提案されており、いずれも方式においても本発明を適用できるものである。
また、本発明の適用できる固体撮像装置は、図示のような2次元エリア型のCMOSイメージセンサに限らず、1次元配列のリニアセンサ型の固体撮像装置にも適用可能であり、FD部を有する固体撮像装置に広くできるものである。
The specific embodiments of the solid-state imaging device according to the present invention have been described above, but the present invention can be further modified in various ways. For example, in the above embodiment, the description is given on the assumption that four transistors (reading, reset, amplification, and selection) are provided in one pixel. For example, a three-transistor configuration in which the selection transistor is omitted, A five-transistor configuration having two transistors for row selection and column selection has also been proposed, and the present invention can be applied to any method.
The solid-state imaging device to which the present invention can be applied is not limited to the two-dimensional area type CMOS image sensor as shown in the figure, and can be applied to a one-dimensional array linear sensor type solid-state imaging device, and has an FD section. It can be widely applied to solid-state imaging devices.

また、固体撮像装置は1チップ上にイメージセンサ等を構成したものに限らず、撮像部と信号処理部や光学系がまとめてパッケージ化されたモジュールであってもよい。また、カメラシステムや携帯電話器に利用される装置であってもよい。なお、本発明では、CMOSイメージセンサの機能を単体で有する構成を固体撮像装置といい、固体撮像装置と他の要素(制御回路、操作部、表示部、さらにはデータ蓄積機能、通信機能等)と一体化された構成を撮像装置というものとする。   The solid-state imaging device is not limited to an image sensor or the like configured on one chip, and may be a module in which an imaging unit, a signal processing unit, and an optical system are packaged together. Moreover, the apparatus utilized for a camera system or a mobile telephone device may be used. In the present invention, a configuration having a CMOS image sensor function alone is called a solid-state imaging device, and the solid-state imaging device and other elements (control circuit, operation unit, display unit, data storage function, communication function, etc.) An integrated configuration is referred to as an imaging device.

以下、本発明を適用した撮像装置の具体例を説明する。
図11は本例のCMOSイメージセンサを用いたカメラ装置の構成例を示すブロック図である。
図11において、撮像部310は、例えば図1に示したCMOSイメージセンサを用いて被写体の撮像を行うものであり、撮像信号をメイン基板に搭載されたシステムコントロール部320に出力する。
すなわち、撮像部310では、上述したCMOSイメージセンサの出力信号に対し、AGC(自動利得制御)、OB(オプティカルブラック)クランプ、CDS(相関二重サンプリング)、A/D変換といった処理を行い、デジタル撮像信号を生成して出力する。
Hereinafter, a specific example of an imaging apparatus to which the present invention is applied will be described.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of a camera device using the CMOS image sensor of this example.
In FIG. 11, an imaging unit 310 performs imaging of a subject using, for example, the CMOS image sensor shown in FIG. 1, and outputs an imaging signal to a system control unit 320 mounted on the main board.
That is, the imaging unit 310 performs processing such as AGC (automatic gain control), OB (optical black) clamping, CDS (correlated double sampling), and A / D conversion on the output signal of the above-described CMOS image sensor, and performs digital processing. An imaging signal is generated and output.

なお、本例では、撮像部310内で撮像信号をデジタル信号に変換してシステムコントロール部320に出力する例について示しているが、撮像部310からアナログ撮像信号をシステムコントロール部320に送り、システムコントロール部320側でデジタル信号に変換する構成であってもよい。
また、撮像部310内での具体的な制御動作や信号処理等も従来から種々の方法が提供されており、本発明の撮像装置において特に限定しないことは勿論である。
In this example, an example in which an imaging signal is converted into a digital signal and output to the system control unit 320 in the imaging unit 310 is shown. However, an analog imaging signal is sent from the imaging unit 310 to the system control unit 320, and the system The control unit 320 may convert to a digital signal.
Various methods have been conventionally provided for specific control operations, signal processing, and the like in the imaging unit 310, and it is needless to say that the imaging device of the present invention is not particularly limited.

また、撮像光学系300は、鏡筒内に配置されたズームレンズ301や絞り機構302等を含み、CMOSイメージセンサの受光部に被写体像を結像させるものであり、システムコントロール部320の指示に基づく駆動制御部330の制御により、各部を機械的に駆動してオートフォーカス等の制御が行われる。   The imaging optical system 300 includes a zoom lens 301 and an aperture mechanism 302 disposed in a lens barrel, and forms a subject image on the light receiving unit of the CMOS image sensor. Under the control of the drive control unit 330 based on this, each part is mechanically driven to perform control such as autofocus.

また、システムコントロール部320には、CPU321、ROM322、RAM323、DSP324、外部インターフェース325等が設けられている。
CPU321は、ROM322及びRAM323を用いて本カメラ装置の各部に指示を送り、システム全体の制御を行う。
DSP324は、撮像部310からの撮像信号に対して各種の信号処理を行うことにより、所定のフォーマットによる静止画または動画の映像信号(例えばYUV信号等)を生成する。
外部インターフェース325には、各種エンコーダやD/A変換器が設けられ、システムコントロール部320に接続される外部要素(本例では、ディスプレイ330、メモリ媒体340、操作パネル部350)との間で、各種制御信号やデータをやり取りする。
The system control unit 320 includes a CPU 321, a ROM 322, a RAM 323, a DSP 324, an external interface 325, and the like.
The CPU 321 uses the ROM 322 and the RAM 323 to send an instruction to each part of the camera apparatus to control the entire system.
The DSP 324 performs various kinds of signal processing on the imaging signal from the imaging unit 310, thereby generating a still image or moving image video signal (for example, a YUV signal) in a predetermined format.
The external interface 325 is provided with various encoders and D / A converters, and with external elements (in this example, the display 330, the memory medium 340, and the operation panel unit 350) connected to the system control unit 320. Various control signals and data are exchanged.

ディスプレイ330は、本カメラ装置に組み込まれた例えば液晶パネル等の小型表示器であり、撮像した画像を表示する。なお、このようなカメラ装置に組み込まれた小型表示器に加えて、外部の大型表示装置に画像データを伝送し、表示できる構成とすることも勿論可能である。
メモリ媒体340は、例えば各種メモリカード等に撮影された画像を適宜保存しておけるものであり、例えばメモリ媒体コントローラ341に対してメモリ媒体を交換可能なものとなっている。メモリ媒体340としては、各種メモリカードの他に、磁気や光を用いたディスク媒体等を用いることができる。
操作パネル部350は、本カメラ装置で撮影作業を行うに際し、ユーザが各種の指示を行うための入力キーを設けたものであり、CPU321は、この操作パネル部350からの入力信号を監視し、その入力内容に基づいて各種の動作制御を実行する。
The display 330 is a small display such as a liquid crystal panel incorporated in the camera apparatus, and displays a captured image. In addition to the small display device incorporated in such a camera device, it is of course possible to transmit the image data to an external large display device for display.
The memory medium 340 can appropriately store images taken on, for example, various memory cards, and can replace the memory medium with the memory medium controller 341, for example. As the memory medium 340, in addition to various memory cards, a disk medium using magnetism or light can be used.
The operation panel unit 350 is provided with input keys for a user to give various instructions when performing a photographing operation with the camera device. The CPU 321 monitors an input signal from the operation panel unit 350, Various operation controls are executed based on the input contents.

このようなカメラ装置に、本発明の固体撮像装置を適用することにより、高品位の撮像装置を提供できる。なお、以上の構成において、システムの構成要素となる単位デバイスや単位モジュールの組み合わせ方、セットの規模等については、製品化の実情等に基づいて適宜選択することが可能であり、本発明の撮像装置は、種々の変形を幅広く含むものとする。   By applying the solid-state imaging device of the present invention to such a camera device, a high-quality imaging device can be provided. In the above configuration, unit devices and unit modules as system components, a combination method, a set size, and the like can be appropriately selected based on the actual state of commercialization and the like. The device shall include a wide variety of variations.

また、本発明の固体撮像装置及び撮像装置において、撮像対象(被写体)としては、人や景色等の一般的な映像に限らず、偽札検出器や指紋検出器等の特殊な微細画像パターンの撮像にも適用できるものである。
この場合の装置構成としては、図11に示した一般的なカメラ装置ではなく、さらに特殊な撮像光学系やパターン解析を含む信号処理系を含むことになり、この場合にも本発明の作用効果を十分発揮して、精密な画像検出を実現することが可能となる。
さらに、遠隔医療や防犯監視、個人認証等のように遠隔システムを構成する場合には、上述のようにネットワークと接続した通信モジュールを含む装置構成とすることも可能であり、幅広い応用が実現可能である。
In the solid-state imaging device and imaging device of the present invention, the imaging target (subject) is not limited to a general image such as a person or a landscape, but a special fine image pattern such as a counterfeit bill detector or a fingerprint detector. It can also be applied to.
The apparatus configuration in this case is not the general camera apparatus shown in FIG. 11, but further includes a special imaging optical system and a signal processing system including pattern analysis. In this case as well, the operational effects of the present invention are included. This makes it possible to realize accurate image detection.
Furthermore, when configuring a remote system such as telemedicine, security monitoring, personal authentication, etc., it is also possible to configure the device configuration including a communication module connected to the network as described above, and a wide range of applications can be realized. It is.

本発明の実施例における固体撮像装置の具体例を示す平面図である。It is a top view which shows the specific example of the solid-state imaging device in the Example of this invention. 図1に示す固体撮像装置の画素内の回路構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit configuration in a pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1. 本発明の実施例1によるCMOSイメージセンサの形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the CMOS image sensor by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1によるCMOSイメージセンサの形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the CMOS image sensor by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1によるCMOSイメージセンサの形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the CMOS image sensor by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1によるCMOSイメージセンサの形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the CMOS image sensor by Example 1 of this invention. 本発明の実施例2によるCMOSイメージセンサの形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the CMOS image sensor by Example 2 of this invention. 本発明の実施例2によるCMOSイメージセンサの形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the CMOS image sensor by Example 2 of this invention. 本発明の実施例2によるCMOSイメージセンサの形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the CMOS image sensor by Example 2 of this invention. 本発明の実施例2によるCMOSイメージセンサの形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the CMOS image sensor by Example 2 of this invention. 本発明の他の実施例におけるカメラ装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the camera apparatus in the other Example of this invention. 従来のCMOSイメージセンサの画素領域内のFD部周辺の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of FD part periphery in the pixel area | region of the conventional CMOS image sensor. 従来のCMOSイメージセンサの周辺回路領域内の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure in the peripheral circuit area | region of the conventional CMOS image sensor.

符号の説明Explanation of symbols

100……シリコン基板、101、121……素子分離領域、102……FD部、103、122……MOSトランジスタ、110…拡散層分離部、112、123……ゲート電極、113……絶縁膜、114……層間絶縁膜。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Silicon substrate, 101, 121 ... Element isolation region, 102 ... FD part, 103, 122 ... MOS transistor, 110 ... Diffusion layer isolation part, 112, 123 ... Gate electrode, 113 ... Insulating film, 114... Interlayer insulating film.

Claims (10)

複数の画素を形成した半導体基板と、前記半導体基板上に形成される積層膜とを有し、かつ、前記画素内に、受光量に応じた信号電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン部に読み出し、画素信号に変換して出力する複数の画素トランジスタとを具備し、
前記積層膜に形成される接続孔のうち、前記複数の画素トランジスタの少なくとも1つの画素トランジスタのゲート電極に接続するための接続孔と、前記半導体基板に接続するための接続孔が、互いに独立したエッチング工程によって形成されている、
ことを特徴とする固体撮像装置。
A photoelectric conversion unit having a semiconductor substrate on which a plurality of pixels are formed and a stacked film formed on the semiconductor substrate, and storing signal charges in accordance with the amount of received light in the pixels; and the photoelectric conversion A plurality of pixel transistors that read out the signal charge accumulated in the unit to the floating diffusion unit, convert it into a pixel signal, and output it,
Of the connection holes formed in the stacked film, a connection hole for connecting to a gate electrode of at least one pixel transistor of the plurality of pixel transistors and a connection hole for connecting to the semiconductor substrate are independent from each other. Formed by an etching process,
A solid-state imaging device.
前記積層膜に形成される接続孔のうち、前記フローティングディフュージョン部に接続するための接続孔に、前記フローティングディフュージョン部に隣接する画素トランジスタのゲート電極に用いる導電性材料と自己整合的に隣接しない接続孔を有することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。   Of the connection holes formed in the laminated film, the connection holes for connecting to the floating diffusion portion are not adjacent to the conductive material used for the gate electrode of the pixel transistor adjacent to the floating diffusion portion in a self-aligning manner. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a hole. 前記フローティングディフュージョン部に接続するための接続孔に形成されるプラグ材料に導電性を高めるための不純物を含むポリシリコン材料を用いたことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。   3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein a polysilicon material containing an impurity for enhancing conductivity is used as a plug material formed in a connection hole for connecting to the floating diffusion portion. 前記不純物がリンもしくは砒素であることを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。   4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the impurity is phosphorus or arsenic. 前記画素トランジスタのゲート電極の接続孔に形成されるプラグ材料にポリシリコン材料を使用し、前記フローティングディフュージョン部の接続孔に形成されるプラグ材料にポリシリコン材料を使用し、この両者を接続する配線材料にポリシリコン材料もしくはポリシリコンの上部に金属配線を積層させた材料を使用することを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。   A polysilicon material is used for the plug material formed in the connection hole of the gate electrode of the pixel transistor, and a polysilicon material is used for the plug material formed in the connection hole of the floating diffusion portion. 3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein a polysilicon material or a material in which metal wiring is laminated on the polysilicon is used as the material. 複数の画素を形成した半導体基板と、前記半導体基板上に形成される積層膜とを有し、かつ、前記画素内に、受光量に応じた信号電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン部に読み出し、画素信号に変換して出力する複数の画素トランジスタとを具備した固体撮像装置の製造方法であって、
前記積層膜に形成される接続孔のうち、前記複数の画素トランジスタの少なくとも1つの画素トランジスタのゲート電極に接続するための接続孔と、前記半導体基板に接続するための接続孔を、互いに独立したエッチング工程によって形成する、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
A photoelectric conversion unit having a semiconductor substrate on which a plurality of pixels are formed and a stacked film formed on the semiconductor substrate, and storing signal charges in accordance with the amount of received light in the pixels; and the photoelectric conversion A method of manufacturing a solid-state imaging device including a plurality of pixel transistors that read out signal charges accumulated in the unit to the floating diffusion unit, convert the pixel charges into pixel signals, and output the pixel signals,
Of the connection holes formed in the stacked film, a connection hole for connecting to a gate electrode of at least one pixel transistor of the plurality of pixel transistors and a connection hole for connecting to the semiconductor substrate are independent of each other. Formed by an etching process,
A method of manufacturing a solid-state imaging device.
前記積層膜に形成される接続孔のうち、前記フローティングディフュージョン部に接続するための接続孔に、前記フローティングディフュージョン部に隣接する画素トランジスタのゲート電極に用いる導電性材料と自己整合的に隣接しない接続孔を形成することを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置の製造方法。   Of the connection holes formed in the laminated film, the connection holes for connecting to the floating diffusion portion are not adjacent to the conductive material used for the gate electrode of the pixel transistor adjacent to the floating diffusion portion in a self-aligning manner. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 6, wherein a hole is formed. 前記フローティングディフュージョン部に接続するための接続孔に形成されるプラグ材料に導電性を高めるための不純物を含むポリシリコン材料を用いたことを特徴とする請求項7記載の固体撮像装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 7, wherein a polysilicon material containing an impurity for enhancing conductivity is used as a plug material formed in a connection hole for connecting to the floating diffusion portion. 前記不純物がリンもしくは砒素であることを特徴とする請求項8記載の固体撮像装置の製造方法。   9. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 8, wherein the impurity is phosphorus or arsenic. 前記画素トランジスタのゲート電極の接続孔に形成されるプラグ材料にポリシリコン材料を使用し、前記フローティングディフュージョン部の接続孔に形成されるプラグ材料にポリシリコン材料を使用し、この両者を接続する配線材料にポリシリコン材料もしくはポリシリコンの上部に金属配線を積層させた材料を使用することを特徴とする請求項7記載の固体撮像装置の製造方法。   A polysilicon material is used for the plug material formed in the connection hole of the gate electrode of the pixel transistor, and a polysilicon material is used for the plug material formed in the connection hole of the floating diffusion portion. 8. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 7, wherein a polysilicon material or a material in which a metal wiring is laminated on the polysilicon is used as the material.
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