JP2011077457A - Solid-state imaging element, method of manufacturing the same, and imaging device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element that improves the efficiency of light condensing on a semiconductor region functioning as a photoelectric conversion portion by reducing a thickness of an interlayer insulating film on the photoelectric conversion portion of the pixel by an easy method, a method of manufacturing the same, and an imaging device. <P>SOLUTION: In the solid-state imaging element, a part of a conductive pattern formed of the same layer with a gate electrode pattern is disposed on an element isolation film, a thickness of the part of the conductive pattern disposed on the element isolation film is made smaller than a thickness of a gate electrode layer disposed on the gate insulating film to maintain the thickness of the interlayer insulating film at a film thickness for suppressing parasitic capacitance, thereby reducing the thickness of the interlayer insulating film on the photoelectric conversion portion of the pixel. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像素子及びその製造方法と撮像装置に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, and an imaging apparatus.

CCDイメージセンサやCMOSセンサなどの固体撮像素子は、近年、二次元画像入力装置、あるいは、一次元画像読み取り装置などの撮像装置に用いられている。二次元画像入力装置としては、例えば、ディジタルスチルカメラ、ビデオカムコーダーを中心とする画像入力装置がある。一方、一次元画像読み取り装置としては、例えば、ファクシミリ、スキャナーを中心とする画像読み取り装置がある。特に、CMOS型固体撮像素子は、高画質と高速出力とを両立する撮像素子として、急速に普及している。このCMOS型固体撮像素子では、光電変換を行なうフォトダイオードとこのフォトダイオードから信号を読み出すためのCMOS回路が1つの半導体装置に集積されている。このCMOS回路に使用されるトランジスタは、通常のCMOS回路で使用されているNMOSやPMOSと同じものである。CMOS型固体撮像素子は、通常のCMOSプロセスに光電変換部を形成するための工程を追加したプロセスフローで製造されている。   In recent years, solid-state imaging devices such as CCD image sensors and CMOS sensors are used in imaging devices such as two-dimensional image input devices or one-dimensional image reading devices. As the two-dimensional image input device, for example, there is an image input device centering on a digital still camera and a video camcorder. On the other hand, examples of the one-dimensional image reading apparatus include an image reading apparatus mainly including a facsimile and a scanner. In particular, CMOS solid-state imaging devices are rapidly spreading as imaging devices that achieve both high image quality and high-speed output. In this CMOS type solid-state imaging device, a photodiode for performing photoelectric conversion and a CMOS circuit for reading a signal from the photodiode are integrated in one semiconductor device. The transistors used in this CMOS circuit are the same as the NMOS and PMOS used in ordinary CMOS circuits. The CMOS type solid-state imaging device is manufactured by a process flow in which a process for forming a photoelectric conversion unit is added to a normal CMOS process.

CMOS型固体撮像素子のプロセスでは、素子分離技術としてLOCOS(Local Oxdation of Silicon)法やSTI(Shallow Trench Isolation)法などが用いられる。いずれの方法においても、MOSトランジスタの制御電極を構成するポリシリコン膜は、MOSトランジスタのゲート絶縁膜上と素子分離酸化膜上とを連続的に被覆する構造を有する。例えば、特許文献1には、固体撮像素子において、ゲート電極層がゲート絶縁層と素子分離絶縁層とをまたいで配される構成が示されている。また、特許文献2では、固体撮像素子において、ポリシリコンゲート配線からなる垂直選択線とポリシリコンゲート配線からなるリセット線とが選択酸化素子分離領域の上に配されている。そして、ポリシリコンゲート配線からなるゲート電極部がゲート絶縁膜の上に配されている例が示されている。   In the process of the CMOS type solid-state imaging device, a LOCOS (Local Oxdation of Silicon) method, an STI (Shallow Trench Isolation) method, or the like is used as an element isolation technique. In any method, the polysilicon film constituting the control electrode of the MOS transistor has a structure that continuously covers the gate insulating film and the element isolation oxide film of the MOS transistor. For example, Patent Document 1 shows a configuration in which a gate electrode layer is disposed across a gate insulating layer and an element isolation insulating layer in a solid-state imaging device. In Patent Document 2, in a solid-state imaging device, a vertical selection line made of a polysilicon gate wiring and a reset line made of a polysilicon gate wiring are arranged on the selective oxidation element isolation region. An example in which a gate electrode portion made of polysilicon gate wiring is arranged on a gate insulating film is shown.

特開2000−353801号公報JP 2000-353801 A 特開平11−307752号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-307752

ところが、固体撮像素子の高解像度化が進むにつれて画素ピッチが縮小する。一方、撮像装置において同じ開口数のレンズを装着したしたときに画素ピッチが縮小しても感度が劣化しないように、固体撮像素子の画素の高さ方向の寸法も縮小する必要がある。固体撮像素子の画素の高さを低減する方法は一般に「低背化」と呼ばれ、画素上の配線層数の減少や、層間絶縁膜の厚さを低減するなどの種々の提案がなされている。しかし、固体撮像素子の画素ピッチが縮小するにつれ、従来の「低背化」の手法では高さ低減の限界が来つつある。そこで、種々の手法の組み合わせにより、より低コストで高さの低減を行なう必要に迫られている。   However, the pixel pitch is reduced as the resolution of the solid-state imaging device increases. On the other hand, when a lens with the same numerical aperture is mounted in the imaging apparatus, it is necessary to reduce the height dimension of the pixels of the solid-state imaging device so that the sensitivity does not deteriorate even if the pixel pitch is reduced. The method of reducing the pixel height of a solid-state imaging device is generally called “reducing the height”, and various proposals such as reducing the number of wiring layers on the pixel and reducing the thickness of the interlayer insulating film have been made. Yes. However, as the pixel pitch of the solid-state image sensor is reduced, the conventional “low profile” technique is reaching the limit of height reduction. Therefore, it is necessary to reduce the height at a lower cost by combining various methods.

従来のCMOS型固体撮像素子において、素子分離絶縁膜とゲート絶縁膜とにまたがる導電層を形成する場合、シリコン基板から測って、素子分離絶縁膜の上面はゲート絶縁膜の上面より離れた遠い位置にある。従って、画素上に積層される構造の高さを低減する際に、素子分離絶縁膜上の導電層の上面の高さが固体撮像素子の高さの低減を制限してしまう。素子分離絶縁膜上の導電層の上面には更に層間絶縁膜が積層されるが、素子分離絶縁膜上の導電層と層間絶縁膜の上層の配線との間の寄生容量を抑制するためには、この導電層上の層間絶縁膜は一定以上の膜厚を確保する必要があった。従って、画素上の素子分離絶縁膜上の導電膜の上面の高さとこの導電層上の層間絶縁膜の膜厚の下限値とが、固体撮像素子の高さの下限を律していた。   In a conventional CMOS solid-state imaging device, when forming a conductive layer that spans between the element isolation insulating film and the gate insulating film, the upper surface of the element isolation insulating film is far from the upper surface of the gate insulating film as measured from the silicon substrate. It is in. Therefore, when the height of the structure stacked on the pixel is reduced, the height of the upper surface of the conductive layer on the element isolation insulating film limits the reduction in the height of the solid-state imaging device. An interlayer insulating film is further laminated on the upper surface of the conductive layer on the element isolation insulating film. In order to suppress the parasitic capacitance between the conductive layer on the element isolation insulating film and the wiring in the upper layer of the interlayer insulating film, The interlayer insulating film on the conductive layer must have a certain thickness. Accordingly, the height of the upper surface of the conductive film on the element isolation insulating film on the pixel and the lower limit value of the film thickness of the interlayer insulating film on the conductive layer define the lower limit of the height of the solid-state imaging device.

本発明は、簡便な方法で画素の光電変換部上にある層間絶縁膜の厚さを低減することで、光電変換部として機能する半導体領域への集光効率を向上する固体撮像素子及びその製造方法と撮像装置を提供する。   The present invention relates to a solid-state imaging device that improves the light collection efficiency to a semiconductor region functioning as a photoelectric conversion unit by reducing the thickness of an interlayer insulating film on the photoelectric conversion unit of a pixel by a simple method, and its manufacture A method and an imaging device are provided.

上記課題に鑑み、本発明の固体撮像素子は、半導体基板の上に形成された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部のそれぞれの上に形成された複数のゲート絶縁膜と、前記複数の光電変換部をそれぞれ取り囲む複数の素子分離膜と、前記複数のゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極パターンとを有し、前記ゲート電極パターンと同じ層に配置された導電パターンの一部が前記素子分離膜の上に配置されている固体撮像素子において、前記導電パターンのうち前記素子分離膜の上に配置されている部分の厚さが、前記ゲート絶縁膜の上に配置されている前記ゲート電極パターンの厚さより薄いことを特徴とする。   In view of the above problems, a solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion units formed on a semiconductor substrate, a plurality of gate insulating films formed on each of the plurality of photoelectric conversion units, A conductive pattern having a plurality of element isolation films surrounding each of the plurality of photoelectric conversion portions and a gate electrode pattern formed on the plurality of gate insulating films, and disposed in the same layer as the gate electrode pattern. In a solid-state imaging device in which a portion is disposed on the element isolation film, a thickness of a portion of the conductive pattern disposed on the element isolation film is disposed on the gate insulating film. The gate electrode pattern is thinner than the thickness of the gate electrode pattern.

本発明によれば、簡便な方法で、固体撮像素子における画素の光電変換部上にある層間絶縁膜の厚さを低減することで、光電変換部として機能する半導体領域への集光効率を向上することができる。   According to the present invention, the light collection efficiency to the semiconductor region functioning as the photoelectric conversion unit is improved by reducing the thickness of the interlayer insulating film on the photoelectric conversion unit of the pixel in the solid-state imaging device by a simple method. can do.

(a)は本実施例に係る固体撮像素子における画素Pの回路構成例を示す図であり、(b)は本実施例に係る固体撮像素子を適用した撮像装置の構成例を示すブロック図である。(A) is a figure which shows the circuit structural example of the pixel P in the solid-state image sensor which concerns on a present Example, (b) is a block diagram which shows the structural example of the imaging device to which the solid-state image sensor which concerns on a present Example is applied. is there. (a)は実施例1に係る固体撮像素子の構成例を示す断面図であり、(b)は従来の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the structural example of the solid-state image sensor which concerns on Example 1, (b) is sectional drawing which shows the structural example of the conventional solid-state image sensor. 実施例1に係る固体撮像素子の製造方法の特徴的工程を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a characteristic process of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to Example 1. FIG. 実施例2に係る固体撮像素子の構成例を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a solid-state imaging element according to Embodiment 2. FIG. 実施例2に係る固体撮像素子の製造方法の特徴的工程を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a characteristic process of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to Example 2. FIG. 実施例3に係る固体撮像素子の構成例を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a solid-state imaging element according to Embodiment 3. FIG. 実施例3に係る固体撮像素子の製造方法の特徴的工程を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a characteristic process of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to Example 3. FIG.

<本実施例に係る固体撮像素子の回路構成例> 図1の(a)は、本実施例に係る固体撮像素子100,200,300の画素Pの回路構成例を示す図である。実際の固体撮像素子では、画素Pが2次元あるいは1次元アレイ状に配置され、アレイの外周部には、画素を駆動する走査回路、読み出し回路、出力増幅回路などが配置される。図1の(a)において、画素Pは、光電変換部31、転送トランジスタ32、フローティングディフュージョン(以下FD)33、リセットトランジスタ34、増幅トランジスタ36、及び選択トランジスタ35を含む。   <Circuit Configuration Example of Solid-State Imaging Device According to This Embodiment> FIG. 1A is a diagram illustrating a circuit configuration example of the pixel P of the solid-state imaging device 100, 200, 300 according to this embodiment. In an actual solid-state imaging device, pixels P are arranged in a two-dimensional or one-dimensional array, and a scanning circuit, a readout circuit, an output amplifier circuit, and the like that drive the pixels are arranged on the outer periphery of the array. 1A, the pixel P includes a photoelectric conversion unit 31, a transfer transistor 32, a floating diffusion (hereinafter referred to as FD) 33, a reset transistor 34, an amplification transistor 36, and a selection transistor 35.

光電変換部31は、光がその受光面に入射すると、光に応じた電荷(ここでは電子)を発生して蓄積する。光電変換部31は、例えば、フォトダイオードであり、アノードとカソードとの界面で光電変換を行い発生させた電荷をカソードに蓄積する。転送トランジスタ32は、チャネルが導通した際に(以下トランジスタを導通させることを「オンする」、非導通とさせることを「オフする」と記載する)、光電変換部31で発生した電荷をFD33へ転送する。FD33は、転送された電荷を電圧に変換する。リセットトランジスタ34は、オンした際にFD33をリセットする。増幅トランジスタ36は、垂直信号線37に接続された定電流源38とともにソースフォロワ動作を行うことにより、FD33の電圧に応じた信号を垂直信号線37へ出力する。この垂直信号線37は列方向の他の画素と接続し、複数の画素で共有化されている。すなわち、増幅トランジスタ36は、リセットトランジスタ34によりFD33がリセットされた状態では、FD33の電圧に応じたノイズ信号を垂直信号線37へ出力する。増幅トランジスタ36は、光電変換部31で発生した電荷が転送トランジスタ32によりFD33へ転送された状態では、FD33の電圧に応じた光信号を垂直信号線37へ出力する。選択トランジスタ35は、オンした際に画素Pを選択状態にし、オフした際に画素Pを非選択状態にする。なお、FD33の電位により画素Pの選択状態/非選択状態を制御する場合、画素Pは選択トランジスタ35が省略されても良く、1つの増幅トランジスタ36に対して複数の光電変換部31を有する構造でもよい。なお、詳細には示さないが、例えば、読み出し回路39で垂直信号線37の列方向の複数画素の信号は1次元の撮像結果として、あるいは他の垂直信号線37と行方向に合成されて2次元の撮像結果として、固体撮像素子から出力信号として出力される。   When light enters the light receiving surface, the photoelectric conversion unit 31 generates and accumulates charges (electrons here) corresponding to the light. The photoelectric conversion unit 31 is, for example, a photodiode, and accumulates charges generated by performing photoelectric conversion at the interface between the anode and the cathode on the cathode. The transfer transistor 32 transfers the charge generated in the photoelectric conversion unit 31 to the FD 33 when the channel is turned on (hereinafter referred to as turning on the transistor and turning it off). Forward. The FD 33 converts the transferred charge into a voltage. The reset transistor 34 resets the FD 33 when turned on. The amplification transistor 36 outputs a signal corresponding to the voltage of the FD 33 to the vertical signal line 37 by performing a source follower operation together with the constant current source 38 connected to the vertical signal line 37. The vertical signal line 37 is connected to other pixels in the column direction and is shared by a plurality of pixels. That is, the amplification transistor 36 outputs a noise signal corresponding to the voltage of the FD 33 to the vertical signal line 37 in a state where the FD 33 is reset by the reset transistor 34. The amplification transistor 36 outputs an optical signal corresponding to the voltage of the FD 33 to the vertical signal line 37 in a state where the charge generated in the photoelectric conversion unit 31 is transferred to the FD 33 by the transfer transistor 32. The selection transistor 35 brings the pixel P into a selected state when turned on, and puts the pixel P into a non-selected state when turned off. Note that when the selection state / non-selection state of the pixel P is controlled by the potential of the FD 33, the selection transistor 35 may be omitted from the pixel P, and a structure having a plurality of photoelectric conversion units 31 for one amplification transistor 36. But you can. Although not shown in detail, for example, the signals of a plurality of pixels in the column direction of the vertical signal line 37 are combined with the other vertical signal lines 37 in the row direction as two-dimensional imaging results. A three-dimensional imaging result is output as an output signal from the solid-state imaging device.

<本実施例の撮像装置の構成例> 図1の(b)は、本実施例の固体撮像素子100,200,300を適用した撮像装置の一例である。以下、実施例1の固体撮像素子100を代表させて説明するが、固体撮像素子200及び300でも同様である。撮像装置90は、主として、光学系、撮像部86及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター91、レンズ92及び絞り93を備える。撮像部86は、本実施例の固体撮像素子100を含む。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路95、A/D変換器96、画像信号処理部97、メモリ部87、外部I/F部89、タイミング発生部98、全体制御・演算部99、記録媒体88及び記録媒体制御I/F部94を備える。なお、信号処理部は、記録媒体88を備えなくても良い。   <Configuration Example of Imaging Device of This Embodiment> FIG. 1B is an example of an imaging device to which the solid-state imaging device 100, 200, 300 of this embodiment is applied. Hereinafter, the solid-state imaging device 100 according to the first embodiment will be described as a representative, but the same applies to the solid-state imaging devices 200 and 300. The imaging device 90 mainly includes an optical system, an imaging unit 86, and a signal processing unit. The optical system mainly includes a shutter 91, a lens 92, and a diaphragm 93. The imaging unit 86 includes the solid-state imaging device 100 of the present embodiment. The signal processing unit mainly includes an imaging signal processing circuit 95, an A / D converter 96, an image signal processing unit 97, a memory unit 87, an external I / F unit 89, a timing generation unit 98, an overall control / calculation unit 99, and a recording. A medium 88 and a recording medium control I / F unit 94 are provided. The signal processing unit may not include the recording medium 88.

シャッター91は、光路上においてレンズ92の手前に設けられ、露出を制御する。レンズ92は、入射した光を屈折させて、撮像部86の固体撮像素子100の撮像面に被写体の像を形成する。絞り93は、光路上においてレンズ92と固体撮像素子100との間に設けられ、レンズ92を通過後に固体撮像素子100へ導かれる光の量を調節する。   The shutter 91 is provided in front of the lens 92 on the optical path, and controls exposure. The lens 92 refracts the incident light and forms an image of the subject on the imaging surface of the solid-state imaging device 100 of the imaging unit 86. The diaphragm 93 is provided between the lens 92 and the solid-state image sensor 100 on the optical path, and adjusts the amount of light guided to the solid-state image sensor 100 after passing through the lens 92.

撮像部86の固体撮像素子100は、固体撮像素子100の撮像面に形成された被写体の像を画像信号に変換する。撮像部86は、その画像信号を固体撮像素子100から読み出して出力する。撮像信号処理回路95は、撮像部86に接続されており、撮像部86から出力された画像信号を処理する。A/D変換器96は、撮像信号処理回路95に接続されており、撮像信号処理回路95から出力された処理後の画像信号(アナログ信号)を画像信号(デジタル信号)へ変換する。画像信号処理部97は、A/D変換器96に接続されており、A/D変換器96から出力された画像信号(デジタル信号)に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部87、外部I/F部89、全体制御・演算部99及び記録媒体制御I/F部94などへ供給される。メモリ部87は、画像信号処理部97に接続されており、画像信号処理部97から出力された画像データを記憶する。外部I/F部89は、画像信号処理部97に接続されている。これにより、画像信号処理部97から出力された画像データを、外部I/F部89を介して外部の機器(パソコン等)へ転送する。   The solid-state imaging device 100 of the imaging unit 86 converts an image of a subject formed on the imaging surface of the solid-state imaging device 100 into an image signal. The imaging unit 86 reads out the image signal from the solid-state imaging device 100 and outputs it. The imaging signal processing circuit 95 is connected to the imaging unit 86 and processes the image signal output from the imaging unit 86. The A / D converter 96 is connected to the imaging signal processing circuit 95 and converts the processed image signal (analog signal) output from the imaging signal processing circuit 95 into an image signal (digital signal). The image signal processing unit 97 is connected to the A / D converter 96, and performs various kinds of arithmetic processing such as correction on the image signal (digital signal) output from the A / D converter 96 to generate image data. To do. The image data is supplied to the memory unit 87, the external I / F unit 89, the overall control / calculation unit 99, the recording medium control I / F unit 94, and the like. The memory unit 87 is connected to the image signal processing unit 97 and stores the image data output from the image signal processing unit 97. The external I / F unit 89 is connected to the image signal processing unit 97. Thus, the image data output from the image signal processing unit 97 is transferred to an external device (such as a personal computer) via the external I / F unit 89.

タイミング発生部98は、撮像部86、撮像信号処理回路95、A/D変換器96及び画像信号処理部97に接続されている。これにより、撮像部86、撮像信号処理回路95、A/D変換器96及び画像信号処理部97へタイミング信号を供給する。そして、撮像部86、撮像信号処理回路95、A/D変換器96及び画像信号処理部97がタイミング信号に同期して動作する。全体制御・演算部99は、タイミング発生部98、画像信号処理部97及び記録媒体制御I/F部94に接続されており、タイミング発生部98、画像信号処理部97及び記録媒体制御I/F部94を全体的に制御する。記録媒体88は、記録媒体制御I/F部94に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部97から出力された画像データを、記録媒体制御I/F部94を介して記録媒体88へ記録する。   The timing generator 98 is connected to the imaging unit 86, the imaging signal processing circuit 95, the A / D converter 96, and the image signal processing unit 97. Thereby, a timing signal is supplied to the imaging unit 86, the imaging signal processing circuit 95, the A / D converter 96, and the image signal processing unit 97. The imaging unit 86, the imaging signal processing circuit 95, the A / D converter 96, and the image signal processing unit 97 operate in synchronization with the timing signal. The overall control / arithmetic unit 99 is connected to the timing generation unit 98, the image signal processing unit 97, and the recording medium control I / F unit 94, and the timing generation unit 98, the image signal processing unit 97, and the recording medium control I / F. The unit 94 is controlled as a whole. The recording medium 88 is detachably connected to the recording medium control I / F unit 94. As a result, the image data output from the image signal processing unit 97 is recorded on the recording medium 88 via the recording medium control I / F unit 94.

以上の構成により、本実施例の固体撮像素子100,200,300において良好な画像信号が得られれば、撮像装置において良好な画像(画像データ)を得ることができる。   With the above configuration, if a good image signal is obtained in the solid-state imaging device 100, 200, 300 of the present embodiment, a good image (image data) can be obtained in the imaging device.

[実施例1]
<実施例1の画素の断面構成例> 図2の(a)は、図1(a)の回路構成を有する1画素の部分の固体撮像素子の構成例を示した断面図である。具体的には、図1(a)の光電変換部31とリセットトランジスタ34の断面図である。図2の(a)において、各MOSトランジスタを接続する電極や配線は省略されている。固体撮像素子100は、半導体基板SB、第1のゲート電極8、第2のゲート電極9−1、第3のゲート電極15−1、層間絶縁膜10、配線層14、コンタクトプラグ13を備える。
[Example 1]
<Example of Cross-Sectional Configuration of Pixel of Example 1> FIG. 2A is a cross-sectional view showing a configuration example of a solid-state imaging device of a portion of one pixel having the circuit configuration of FIG. Specifically, it is a cross-sectional view of the photoelectric conversion unit 31 and the reset transistor 34 in FIG. In FIG. 2A, electrodes and wirings connecting the MOS transistors are omitted. The solid-state imaging device 100 includes a semiconductor substrate SB, a first gate electrode 8, a second gate electrode 9-1, a third gate electrode 15-1, an interlayer insulating film 10, a wiring layer 14, and a contact plug 13.

半導体基板SBは、Pウエル1、素子分離部(素子分離膜)2、第2の半導体領域3、第1の半導体領域6を含む。Pウエル1は、P型の不純物を比較的低い濃度で含む。素子分離部2は、素子分離を行う。素子分離法には、LOCOS法、メサ型法、STI法などがあり、いずれの分離法を用いても本発明の趣旨には矛盾しない。素子分離部2は、例えば、シリコン酸化物で形成されている。第1の半導体領域6は、光電変換部31(図1(a)参照)として機能し、光電変換により発生した電荷を蓄積するための領域である。第1の半導体領域6は、N型の不純物をPウエル1におけるP型の不純物の濃度より高い濃度で含む。第2の半導体領域3は、ソース電極又はドレイン電極(例えば、図1(a)に示す転送トランジスタ32のドレイン電極であるFD33)として機能する。第2の半導体領域3は、N型の不純物をPウエル1におけるP型の不純物の濃度より高い濃度で含む。第3の半導体領域5は、第1の半導体領域6を保護し、光電変換部31(フォトダイオード)を埋め込み構造とするための領域である。第3の半導体領域5は、P型の不純物をPウエル1より高い濃度で含む。   The semiconductor substrate SB includes a P well 1, an element isolation part (element isolation film) 2, a second semiconductor region 3, and a first semiconductor region 6. The P well 1 contains P-type impurities at a relatively low concentration. The element isolation unit 2 performs element isolation. The element isolation method includes a LOCOS method, a mesa type method, an STI method, etc., and any of the isolation methods is consistent with the gist of the present invention. The element isolation part 2 is made of, for example, silicon oxide. The first semiconductor region 6 functions as a photoelectric conversion unit 31 (see FIG. 1A) and is a region for accumulating charges generated by photoelectric conversion. The first semiconductor region 6 contains N-type impurities at a concentration higher than the concentration of P-type impurities in the P well 1. The second semiconductor region 3 functions as a source electrode or a drain electrode (for example, FD33 which is the drain electrode of the transfer transistor 32 shown in FIG. 1A). Second semiconductor region 3 contains N-type impurities at a concentration higher than the concentration of P-type impurities in P well 1. The third semiconductor region 5 is a region for protecting the first semiconductor region 6 and making the photoelectric conversion unit 31 (photodiode) have a buried structure. Third semiconductor region 5 contains P-type impurities at a higher concentration than P well 1.

第1のゲート電極8は、ゲート絶縁膜7を介して半導体基板SBの上に配されている。実施例1の第2のゲート電極9−1は、素子分離部2の上に配されている。実施例1の第3のゲート電極15−1は、ゲート絶縁膜17の上から素子分離部2の上へ乗り上げて配されている。層間絶縁膜10は、半導体基板SBの表面SBa、第1のゲート電極8、第2のゲート電極9−1、第3のゲート電極15−1、およびコンタクトプラグ13を覆うように配されている。この層間絶縁膜10は、半導体基板SBの表面SBaと配線層14とを絶縁している。層間絶縁膜12は、第1のゲート電極8、第2のゲート電極9−1、第3のゲート電極15−1、及び層間絶縁膜10の上に接するように配されている。この層間絶縁膜12は、第1のゲート電極8、第2のゲート電極9−1、及び第3のゲート電極15−1と、配線層14とを絶縁している。配線層14は、層間絶縁膜12の上に配されている。すなわち、配線層14は、第1のゲート電極8、第2のゲート電極9−1、および第3のゲート電極15−1の上方において第1の半導体領域6(光電変換部31)に対する開口領域OAを規定するように配されている。ここで、開口領域OAは配線層14以外の配線層によって規定されていてもよい。コンタクトプラグ13は、第2の半導体領域3と配線層14とを電気的に接続するように、層間絶縁膜10と層間絶縁膜12とを貫通したコンタクトホールに導電体を配したものである。なお、本明細書では、ゲート絶縁膜7の上に形成された第1のゲート電極8をゲート電極パターン、全体及び一部が素子分離部2の上に形成された第2及び第3のゲート電極9,15を導電パターンとも称する。   The first gate electrode 8 is disposed on the semiconductor substrate SB via the gate insulating film 7. The second gate electrode 9-1 of the first embodiment is disposed on the element isolation unit 2. The third gate electrode 15-1 of the first embodiment is disposed so as to run on the element isolation portion 2 from the gate insulating film 17. The interlayer insulating film 10 is disposed so as to cover the surface SBa of the semiconductor substrate SB, the first gate electrode 8, the second gate electrode 9-1, the third gate electrode 15-1, and the contact plug 13. . The interlayer insulating film 10 insulates the surface SBa of the semiconductor substrate SB from the wiring layer 14. The interlayer insulating film 12 is disposed so as to be in contact with the first gate electrode 8, the second gate electrode 9-1, the third gate electrode 15-1, and the interlayer insulating film 10. The interlayer insulating film 12 insulates the wiring layer 14 from the first gate electrode 8, the second gate electrode 9-1, and the third gate electrode 15-1. The wiring layer 14 is disposed on the interlayer insulating film 12. That is, the wiring layer 14 is an opening region with respect to the first semiconductor region 6 (photoelectric conversion unit 31) above the first gate electrode 8, the second gate electrode 9-1, and the third gate electrode 15-1. It is arranged to define OA. Here, the opening area OA may be defined by a wiring layer other than the wiring layer 14. The contact plug 13 is formed by arranging a conductor in a contact hole penetrating the interlayer insulating film 10 and the interlayer insulating film 12 so as to electrically connect the second semiconductor region 3 and the wiring layer 14. In the present specification, the first gate electrode 8 formed on the gate insulating film 7 is a gate electrode pattern, and the second and third gates are formed entirely and partially on the element isolation portion 2. The electrodes 9 and 15 are also referred to as a conductive pattern.

ここで、第2のゲート電極9−1の底面から上面までの高さは、第1のゲート電極8の底面から上面までの高さより低い。第3のゲート電極15−1のうち、素子分離部の上に配された部分の底面から上面までの高さは、第1のゲート電極8の底面から上面までの高さより低い。これにより、第1の半導体領域6(光電変換部31)に対する開口領域OAを規定している配線層14の半導体基板SBの表面SBaからの高さを低く抑えることができる。この結果、光電変換部として機能する半導体領域への集光効率を向上することができる。なお、実施例1と従来技術との対比のために、図2の(b)に従来技術に従って製造された固体撮像素子100'の図2の(a)に対応する断面図を示した。図2の(b)では、第1のゲート電極8、第2のゲート電極9、及び第3のゲート電極15の膜厚が同じままであるため、第2のゲート電極9及び第3のゲート電極15の素子分離部2の上部の上面が、下限膜厚のある層間絶縁膜12の下面となる。従って、第1の半導体領域6(光電変換部31)に対する開口領域OAを規定している配線層14の半導体基板SBの表面SBaからの高さを抑えることに限界がある。   Here, the height from the bottom surface to the top surface of the second gate electrode 9-1 is lower than the height from the bottom surface to the top surface of the first gate electrode 8. Of the third gate electrode 15-1, the height from the bottom surface to the top surface of the portion disposed on the element isolation portion is lower than the height from the bottom surface to the top surface of the first gate electrode 8. Thereby, the height from the surface SBa of the semiconductor substrate SB of the wiring layer 14 that defines the opening region OA with respect to the first semiconductor region 6 (the photoelectric conversion unit 31) can be suppressed. As a result, the light collection efficiency to the semiconductor region functioning as the photoelectric conversion unit can be improved. For comparison between Example 1 and the prior art, FIG. 2B shows a cross-sectional view corresponding to FIG. 2A of the solid-state imaging device 100 ′ manufactured according to the prior art. In FIG. 2B, since the film thicknesses of the first gate electrode 8, the second gate electrode 9, and the third gate electrode 15 remain the same, the second gate electrode 9 and the third gate electrode are the same. The upper surface of the upper portion of the element isolation portion 2 of the electrode 15 becomes the lower surface of the interlayer insulating film 12 having a lower limit film thickness. Therefore, there is a limit to suppressing the height from the surface SBa of the semiconductor substrate SB of the wiring layer 14 that defines the opening region OA with respect to the first semiconductor region 6 (photoelectric conversion unit 31).

<実施例1の固体撮像素子の製造工程例> 図3の(a1)〜(d1)は、図2(a)の固体撮像素子100の製造方法を説明する図である
図3(a1)に示す工程では、まず、シリコンなどの半導体基板SB内にPウエル1とNウエル(図示せず)、素子分離部2を形成する。素子分離部2はSTI、選択酸化法などにより形成される。次に、半導体基板SB上に、熱酸化法又はCVD法等により、ゲート絶縁膜7,17を形成する。半導体基板SB上のゲート絶縁膜7,17の上に、ゲート電極となるべきポリシリコン層を形成してパターニングすることにより、第1のゲート電極8、第2のゲート電極9、及び第3のゲート電極15を形成する。半導体基板SBにn型の不純物を注入することにより、光電変換部31として機能する第1の半導体領域6を半導体基板SB内(半導体基板内)に高濃度で形成する。また、半導体基板SBにp型の不純物を注入することにより、第1の半導体領域6を保護するための第3の半導体領域5を半導体基板SBの表面SBa近傍に高濃度で形成する。このゲート電極の形成と半導体領域の形成の順番は適宜選択可能である。そして、レジストパターン及びゲート電極をマスクとして半導体基板SBにn型の不純物を注入することにより、半導体領域3となるべき半導体領域などトランジスタのソースおよびドレイン領域を半導体基板SBの表面SBa近傍に高濃度で形成する。ソースおよびドレイン領域は、第1のゲート電極8、第2のゲート電極9、及び第3のゲート電極15等に自己整合した領域となっている。
<Example of Manufacturing Process of Solid-State Image Sensor of Example 1> (a1) to (d1) of FIG. 3 are diagrams for explaining a method of manufacturing the solid-state image sensor 100 of FIG. 2 (a). In the illustrated process, first, a P well 1 and an N well (not shown) and an element isolation portion 2 are formed in a semiconductor substrate SB such as silicon. The element isolation portion 2 is formed by STI, selective oxidation, or the like. Next, gate insulating films 7 and 17 are formed on the semiconductor substrate SB by a thermal oxidation method or a CVD method. By forming and patterning a polysilicon layer to be a gate electrode on the gate insulating films 7 and 17 on the semiconductor substrate SB, the first gate electrode 8, the second gate electrode 9, and the third gate electrode are formed. A gate electrode 15 is formed. By injecting an n-type impurity into the semiconductor substrate SB, the first semiconductor region 6 that functions as the photoelectric conversion unit 31 is formed in the semiconductor substrate SB (in the semiconductor substrate) with a high concentration. In addition, by implanting p-type impurities into the semiconductor substrate SB, the third semiconductor region 5 for protecting the first semiconductor region 6 is formed in the vicinity of the surface SBa of the semiconductor substrate SB at a high concentration. The order of forming the gate electrode and the semiconductor region can be selected as appropriate. Then, by implanting an n-type impurity into the semiconductor substrate SB using the resist pattern and the gate electrode as a mask, the source and drain regions of the transistor such as the semiconductor region to be the semiconductor region 3 are highly concentrated in the vicinity of the surface SBa of the semiconductor substrate SB. Form with. The source and drain regions are regions that are self-aligned with the first gate electrode 8, the second gate electrode 9, the third gate electrode 15, and the like.

図3(b1)に示す工程では、半導体基板SBの表面SBaと第1のゲート電極8、第2のゲート電極9、及び第3のゲート電極15とを覆うように、絶縁膜10iを堆積する。図3(c1)に示す工程では、図3(b1)で堆積された絶縁膜膜10iの表面を研磨することにより、平坦化を行う。これにより、第1の層間絶縁膜10(第1の絶縁膜)を形成する。この際に、第1のゲート電極8の上面が露出するまで研磨を行う。その為、素子分離部2の上に形成された第2のゲート電極9と第3のゲート電極15の一部とは、素子分離部2の半導体基板SBから突出した高さ分、第1のゲート電極8の膜厚よりも薄くなる。かかる研磨後の薄くなったゲート電極を第2のゲート電極9−1と第3のゲート電極15−1で示す。図3(d1)に示す工程では、層間絶縁膜10と、第1のゲート電極8、第2のゲート電極9−1、及び第3のゲート電極15−1の露出した表面を覆うように、絶縁膜12iを堆積する。   In the step shown in FIG. 3B1, the insulating film 10i is deposited so as to cover the surface SBa of the semiconductor substrate SB and the first gate electrode 8, the second gate electrode 9, and the third gate electrode 15. . In the step shown in FIG. 3C1, planarization is performed by polishing the surface of the insulating film 10i deposited in FIG. 3B1. Thereby, a first interlayer insulating film 10 (first insulating film) is formed. At this time, polishing is performed until the upper surface of the first gate electrode 8 is exposed. For this reason, the second gate electrode 9 and a part of the third gate electrode 15 formed on the element isolation part 2 have a height corresponding to the height protruding from the semiconductor substrate SB of the element isolation part 2. It becomes thinner than the film thickness of the gate electrode 8. The thinned gate electrode after the polishing is indicated by a second gate electrode 9-1 and a third gate electrode 15-1. In the step shown in FIG. 3D1, the interlayer insulating film 10 and the exposed surfaces of the first gate electrode 8, the second gate electrode 9-1, and the third gate electrode 15-1 are covered. An insulating film 12i is deposited.

その後、図2(a)に示すように、第2の半導体領域3の上面と、ゲート電極の上面(図示せず)とを露出するように、層間絶縁膜10と絶縁膜12iとを貫通するコンタクトホールを形成する。そして、コンタクトホール内、及び絶縁膜12iの表面に導電材料を堆積し、次に、絶縁膜12i及び導電材料を研磨する。具体的には、表面の導電材料及びその下の絶縁膜12iの表面を研磨することにより、第2の層間絶縁膜12とコンタクトプラグ13とを形成する。次に、第2の層間絶縁膜12の上に、第1の半導体領域3に対する開口領域OAを規定するように配線層14を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 2A, the interlayer insulating film 10 and the insulating film 12i are penetrated so as to expose the upper surface of the second semiconductor region 3 and the upper surface (not shown) of the gate electrode. A contact hole is formed. Then, a conductive material is deposited in the contact hole and on the surface of the insulating film 12i, and then the insulating film 12i and the conductive material are polished. Specifically, the second interlayer insulating film 12 and the contact plug 13 are formed by polishing the surface conductive material and the surface of the underlying insulating film 12i. Next, a wiring layer 14 is formed on the second interlayer insulating film 12 so as to define an opening region OA for the first semiconductor region 3.

このように、第2のゲート電極9−1、及び第3のゲート電極15−1の素子分離領域上面に接する部分の底面から上面までの高さが、第1のゲート電極8のゲート絶縁膜7上面に接する部分の底面から上面までの高さより低くした。従って、第2のゲート電極9−1、及び第3のゲート電極15−1の上面と配線層との距離を十分に確保できる。そのため、配線層の高さを低くした場合でも、第2のゲート電極9−1、及び第3のゲート電極15−1と配線層14との間における寄生容量の増加を抑制できる。   As described above, the height from the bottom surface to the top surface of the portions of the second gate electrode 9-1 and the third gate electrode 15-1 that are in contact with the upper surface of the element isolation region is the gate insulating film of the first gate electrode 8. 7 Lower than the height from the bottom surface to the top surface of the portion in contact with the top surface. Accordingly, a sufficient distance can be secured between the upper surfaces of the second gate electrode 9-1 and the third gate electrode 15-1 and the wiring layer. Therefore, even when the height of the wiring layer is lowered, an increase in parasitic capacitance between the second gate electrode 9-1 and the third gate electrode 15-1 and the wiring layer 14 can be suppressed.

<実施例1の効果> 本実施例によれば、ゲート絶縁膜7上面に接するゲート電極と素子分離部上面に接するゲート電極を有する固体撮像装置において、以下の理由で集光効率を上げることができる。すなわち、第2のゲート電極9−1、及び第3のゲート電極15−1の素子分離部の上面に接する部分の底面から上面までの高さが、第1のゲート電極8のゲート絶縁膜7上面に接する部分の底面から上面までの高さより低くなる。これにより、半導体基板SBの表面SBaから素子分離部の上に配されたゲート電極上面までの高さを低くできる。この結果、半導体基板から配線層までの高さも低くすることができるので、その配線層により規定される開口領域を通過した光の第1の半導体領域への集光効率が上がる。   <Effect of Embodiment 1> According to this embodiment, in a solid-state imaging device having a gate electrode in contact with the upper surface of the gate insulating film 7 and a gate electrode in contact with the upper surface of the element isolation portion, the light collection efficiency can be increased for the following reasons. it can. That is, the height from the bottom surface to the top surface of the portion of the second gate electrode 9-1 and the third gate electrode 15-1 that is in contact with the upper surface of the element isolation portion is the gate insulating film 7 of the first gate electrode 8. It becomes lower than the height from the bottom surface to the top surface of the portion in contact with the top surface. As a result, the height from the surface SBa of the semiconductor substrate SB to the upper surface of the gate electrode disposed on the element isolation portion can be reduced. As a result, since the height from the semiconductor substrate to the wiring layer can also be reduced, the light collection efficiency of the light passing through the opening region defined by the wiring layer to the first semiconductor region is increased.

[実施例2]
<実施例2の固体撮像素子の構成例> 図4は、実施例2に係る固体撮像素子200の画素の構成例を示す断面図である。以下では、実施例1と異なる部分を中心に説明する。図4において、固体撮像素子200は、素子分離部2上に位置する第2のゲート電極9−2の上面、及び、第3のゲート電極15−3の素子分離部2の上に配された部分の上面に接する熱酸化膜11を備える。素子分離部23上に位置する第2のゲート電極9−2の上面、及び、第3のゲート電極15−2の素子分離部2の上に配された部分の上面と配線層14とは熱酸化膜11によって絶縁されている。一方、半導体基板SB、及び第1のゲート電極8のゲート絶縁膜7と接する部分と配線層14とは層間絶縁膜10によって絶縁されている。図4において、第2のゲート電極9−2、及び第3のゲート電極15−2の素子分離領域上面に接する部分の底面から上面までの高さが、第1のゲート電極8のゲート絶縁膜7上面に接する部分の底面から上面までの高さより低い。これにより、第1の半導体領域6(光電変換部31)に対する開口領域OAを規定している配線層14の半導体基板SBの表面SBaからの高さを低く抑えることができる点は、実施例1と同様である。
[Example 2]
<Configuration Example of Solid-State Image Sensor of Example 2> FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a pixel of a solid-state image sensor 200 according to Example 2. Below, it demonstrates centering on a different part from Example 1. FIG. In FIG. 4, the solid-state imaging element 200 is disposed on the upper surface of the second gate electrode 9-2 located on the element isolation unit 2 and on the element isolation unit 2 of the third gate electrode 15-3. A thermal oxide film 11 in contact with the upper surface of the portion is provided. The upper surface of the second gate electrode 9-2 located on the element isolation portion 23 and the upper surface of the portion disposed on the element isolation portion 2 of the third gate electrode 15-2 and the wiring layer 14 are heated. It is insulated by the oxide film 11. On the other hand, the portion of the semiconductor substrate SB and the first gate electrode 8 that are in contact with the gate insulating film 7 and the wiring layer 14 are insulated by the interlayer insulating film 10. In FIG. 4, the height from the bottom surface to the top surface of the portion of the second gate electrode 9-2 and the third gate electrode 15-2 that contacts the upper surface of the element isolation region is the gate insulating film of the first gate electrode 8. 7 Lower than the height from the bottom surface to the top surface of the portion in contact with the top surface. As a result, the height from the surface SBa of the semiconductor substrate SB of the wiring layer 14 that defines the opening region OA to the first semiconductor region 6 (photoelectric conversion unit 31) can be kept low. It is the same.

<実施例2の固体撮像素子の製造工程例> 図5は、図4の固体撮像素子200の製造方法の特徴ある工程を示す断面図である。なお、実施例2において、実施例1の図3(a1)及び(b1)までの工程は同様である。その後の次の工程が、実施例1と異なる。   <Example of Manufacturing Process of Solid-State Image Sensor of Example 2> FIG. 5 is a cross-sectional view showing a characteristic process of the method of manufacturing the solid-state image sensor 200 of FIG. In the second embodiment, the steps up to FIGS. 3A1 and 3B1 in the first embodiment are the same. The subsequent steps after that are different from those of the first embodiment.

図5(c2)に示す工程では、図3(b1)で堆積された絶縁膜10iを、ゲート電極の上面の最も高い位置、すなわち、第2のゲート電極9、及び第3のゲート電極15の素子分離部2に乗り上げている部分の上面が露出するまで研磨を行う。なお、絶縁膜10iとゲート電極との研磨レートの違いを利用し、ゲート電極をストッパー層として研磨を行っても良い。図5(d2)に示す工程では、露出しているゲート電極の表層を酸化することにより、熱酸化膜11を形成する。すなわち、第2のゲート電極9、及び第3のゲート電極15の素子分離部2に乗り上げている部分の表層が酸化されて、熱酸化膜11が形成される。この結果、第2のゲート電極9、及び第3のゲート電極15の素子分離部2に乗り上げている部分は、膜厚が薄くなる。かかる酸化による熱酸化膜11の形成は、熱酸化膜11の下面が第1のゲート電極8の上面と略同じになるように調整される。この酸化後のゲート電極を、第2のゲート電極9−2及び第3のゲート電極15−2で表している。図5(e2)に示す工程では、絶縁膜10と熱酸化膜11とを覆うように絶縁膜12iを形成する。図5(f2)に示す工程では、絶縁膜12i及び熱酸化膜11の研磨を行い、絶縁膜10を露出させる。必要に応じて、層間絶縁膜12を残してもよい。例えば、第1のゲート電極8上の絶縁膜10の膜厚、あるいは熱酸化膜11の膜厚が、各ゲート電極と配線層14との間の寄生容量を充分に抑制できない厚さの場合には、層間絶縁膜12を残すように調整される。   In the step shown in FIG. 5C2, the insulating film 10i deposited in FIG. 3B1 is formed at the highest position on the upper surface of the gate electrode, that is, the second gate electrode 9 and the third gate electrode 15. Polishing is performed until the upper surface of the portion riding on the element isolation portion 2 is exposed. Note that polishing may be performed using the gate electrode as a stopper layer by utilizing the difference in polishing rate between the insulating film 10i and the gate electrode. In the step shown in FIG. 5D2, the thermal oxide film 11 is formed by oxidizing the exposed surface layer of the gate electrode. That is, the surface layer of the second gate electrode 9 and the portion of the third gate electrode 15 that rides on the element isolation portion 2 is oxidized to form the thermal oxide film 11. As a result, the portions of the second gate electrode 9 and the third gate electrode 15 that run over the element isolation portion 2 are thin. The formation of the thermal oxide film 11 by such oxidation is adjusted so that the lower surface of the thermal oxide film 11 is substantially the same as the upper surface of the first gate electrode 8. The oxidized gate electrode is represented by a second gate electrode 9-2 and a third gate electrode 15-2. In the step shown in FIG. 5E 2, the insulating film 12 i is formed so as to cover the insulating film 10 and the thermal oxide film 11. In the step shown in FIG. 5F2, the insulating film 12i and the thermal oxide film 11 are polished to expose the insulating film 10. If necessary, the interlayer insulating film 12 may be left. For example, when the thickness of the insulating film 10 on the first gate electrode 8 or the thickness of the thermal oxide film 11 is such a thickness that the parasitic capacitance between each gate electrode and the wiring layer 14 cannot be sufficiently suppressed. Is adjusted to leave the interlayer insulating film 12.

実施例2における図5(f2)の状態は、実施例1の図3(d1)の状態に相当する。従って、その後の工程は実施例1と同様である。すなわち、第2の半導体領域3の上面と、素子分離部2の上に配されたゲート電極の上面(図示せず)とを露出するように絶縁膜10にコンタクトホールを形成する。コンタクトホール内、及び絶縁膜10の表面に導電材料を堆積する。導電材料と絶縁膜10とを研磨する。層間絶縁膜10の上に、第1の半導体領域3に対する開口領域OAを規定するように配線層14を形成する。   The state of FIG. 5 (f2) in the second embodiment corresponds to the state of FIG. 3 (d1) of the first embodiment. Therefore, the subsequent steps are the same as those in the first embodiment. That is, a contact hole is formed in the insulating film 10 so as to expose the upper surface of the second semiconductor region 3 and the upper surface (not shown) of the gate electrode disposed on the element isolation portion 2. A conductive material is deposited in the contact hole and on the surface of the insulating film 10. The conductive material and the insulating film 10 are polished. A wiring layer 14 is formed on the interlayer insulating film 10 so as to define an opening region OA for the first semiconductor region 3.

<実施例2の製造工程の変形例> なお、図5(d2)に示す工程において、露出しているゲート電極の表層を酸化する前に、露出したゲート電極の表層を除去してもよい。ゲート電極の表層の除去は、層間絶縁膜10とゲート電極とのエッチレートの違いを利用し、ウェットエッチングを用いても良いし、ドライエッチングを用いても良い。その場合、ゲート電極表層の除去量と、その後のゲート電極表層の酸化量とを加減することにより、熱酸化膜11の上面と絶縁膜10の上面とを、連続した面に形成することにより、この後の層間絶縁層の平坦化を省略することができる。   <Modification of Manufacturing Process of Example 2> In the step shown in FIG. 5D2, the exposed surface layer of the gate electrode may be removed before oxidizing the exposed surface layer of the gate electrode. For removing the surface layer of the gate electrode, wet etching may be used or dry etching may be used by utilizing the difference in etch rate between the interlayer insulating film 10 and the gate electrode. In that case, by adjusting the removal amount of the gate electrode surface layer and the subsequent oxidation amount of the gate electrode surface layer, the upper surface of the thermal oxide film 11 and the upper surface of the insulating film 10 are formed on a continuous surface, Subsequent planarization of the interlayer insulating layer can be omitted.

[実施例3]
<実施例1の画素の断面構成例> 図6は、実施例3に係る固体撮像素子300の画素構成例を示す断面図である。以下では、実施例2と異なる部分を中心に説明する。図6の固体撮像素子300は、素子分離部2上に位置する第2ゲート電極9−3の上面、及び、第3のゲート電極15−3の素子分離部2の上に配された部分の上面に接する膜が、CVD法等により形成された絶縁膜16である点で、実施例2と異なる。
[Example 3]
<Example of Cross-Sectional Configuration of Pixel of First Embodiment> FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of a pixel configuration of a solid-state imaging device 300 according to the third embodiment. Below, it demonstrates centering on a different part from Example 2. FIG. The solid-state imaging device 300 in FIG. 6 includes a top surface of the second gate electrode 9-3 positioned on the element isolation unit 2 and a portion of the third gate electrode 15-3 disposed on the element isolation unit 2. The second embodiment is different from the second embodiment in that the film in contact with the upper surface is the insulating film 16 formed by the CVD method or the like.

<実施例3の固体撮像素子の製造工程例> 図7は、図6の固体撮像素子300の製造方法の特徴ある工程を示す断面図である。なお、実施例3において、実施例1の図3(a1)及び(b1)、実施例2の図5(c2)までの工程は同様である。その後の次の工程が、実施例2と異なる。   <Example of Manufacturing Process of Solid-State Image Sensor of Example 3> FIG. 7 is a cross-sectional view showing a characteristic process of the method of manufacturing the solid-state image sensor 300 of FIG. In Example 3, the processes up to FIGS. 3A1 and 3B1 in Example 1 and FIG. 5C2 in Example 2 are the same. The next process after that is different from the second embodiment.

図7(d3)に示す工程では、露出した第2及び第3のゲート電極9,15の表層を除去する。ゲート電極の表層の除去は、絶縁膜10とゲート電極とのエッチレートの違いを利用し、ウェットエッチングを用いても良いし、ドライエッチングを用いても良い。この結果を、図7(d3)の第2ゲート電極9−3及び第3のゲート電極15−3で表す。図7(e3)に示す工程では、層間絶縁膜10と露出したゲート電極表面を覆うようにCVD法等により絶縁膜16iを形成する。この際、第2ゲート電極9−3及び第3のゲート電極15−3上のゲート電極表層を除去したことによって発生した溝を埋設するように、絶縁膜16iを形成する。図8(f3)に示す工程では、絶縁膜16iの研磨を行い、絶縁膜10を露出させる。第2ゲート電極9−3及び第3のゲート電極15−3上には、絶縁膜16が残される。必要に応じて、層間絶縁膜12を残してもよい。例えば、第1のゲート電極8上の絶縁膜10の膜厚、あるいは絶縁膜16の膜厚が、各ゲート電極と配線層14との間の寄生容量を充分に抑制できない厚さの場合には、層間絶縁膜12を残すように調整される。   In the step shown in FIG. 7D3, the exposed surface layers of the second and third gate electrodes 9 and 15 are removed. For removing the surface layer of the gate electrode, wet etching may be used or dry etching may be used by utilizing a difference in etching rate between the insulating film 10 and the gate electrode. This result is represented by the second gate electrode 9-3 and the third gate electrode 15-3 in FIG. 7 (d3). In the step shown in FIG. 7E3, the insulating film 16i is formed by CVD or the like so as to cover the interlayer insulating film 10 and the exposed gate electrode surface. At this time, the insulating film 16i is formed so as to bury a groove generated by removing the gate electrode surface layer on the second gate electrode 9-3 and the third gate electrode 15-3. In the step shown in FIG. 8F3, the insulating film 16i is polished so that the insulating film 10 is exposed. The insulating film 16 is left on the second gate electrode 9-3 and the third gate electrode 15-3. If necessary, the interlayer insulating film 12 may be left. For example, when the thickness of the insulating film 10 on the first gate electrode 8 or the thickness of the insulating film 16 is such a thickness that the parasitic capacitance between each gate electrode and the wiring layer 14 cannot be sufficiently suppressed. The interlayer insulating film 12 is adjusted.

[他の実施例] なお、以上の説明はnMOSトランジスタを用いた例について説明したが、CMOSプロセスで固体撮像装置を作製する場合には、導電型を変えれば同じようにpMOSトランジスタを作ることができる。   [Other Embodiments] In the above description, an example using an nMOS transistor has been described. However, when a solid-state imaging device is manufactured by a CMOS process, a pMOS transistor can be similarly manufactured by changing the conductivity type. it can.

1 Pウエル、2 素子分離部、3 第2の半導体領域、5 第3の半導体領域、6 第1の半導体領域、7 ゲート絶縁膜、8 第1のゲート電極、9,9' 第2のゲート電極、10,11 層間絶縁膜、12,16 絶縁膜、13 コンタクトプラグ、14 配線層、15,15' 第3のゲート電極、17 ゲート絶縁膜、31 光電変換部、32 転送トランジスタ、33 フローティングディフュージョン(FD)、34 リセットトランジスタ、35 選択トランジスタ、36 増幅トランジスタ、37 垂直信号線、38 定電流源、39 読み出し回路39、100,200,300 固体撮像素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 P well, 2 Element isolation part, 3 2nd semiconductor region, 5 3rd semiconductor region, 6 1st semiconductor region, 7 Gate insulating film, 8 1st gate electrode, 9, 9 '2nd gate Electrode 10, 11 Interlayer insulating film, 12, 16 Insulating film, 13 Contact plug, 14 Wiring layer, 15, 15 'Third gate electrode, 17 Gate insulating film, 31 Photoelectric converter, 32 Transfer transistor, 33 Floating diffusion (FD), 34 reset transistor, 35 selection transistor, 36 amplification transistor, 37 vertical signal line, 38 constant current source, 39 readout circuit 39, 100, 200, 300 solid-state imaging device

Claims (7)

半導体基板の上に形成された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部のそれぞれの上に形成された複数のゲート絶縁膜と、前記複数の光電変換部をそれぞれ取り囲む複数の素子分離膜と、前記複数のゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極パターンとを有し、前記ゲート電極パターンと同じ層に配置された導電パターンの一部が前記素子分離膜の上に配置されている固体撮像素子において、
前記導電パターンのうち前記素子分離膜の上に配置されている部分の厚さが、前記ゲート絶縁膜の上に配置されている前記ゲート電極パターンの厚さより薄いことを特徴とする固体撮像素子。
A plurality of photoelectric conversion units formed on a semiconductor substrate, a plurality of gate insulating films formed on each of the plurality of photoelectric conversion units, and a plurality of element isolation films respectively surrounding the plurality of photoelectric conversion units And a part of the conductive pattern disposed on the same layer as the gate electrode pattern is disposed on the element isolation film. In solid-state image sensor,
A solid-state imaging device, wherein a thickness of a portion of the conductive pattern disposed on the element isolation film is thinner than a thickness of the gate electrode pattern disposed on the gate insulating film.
前記素子分離膜の上に配置されている前記導電パターンの上面と、前記ゲート絶縁膜の上に配置されている前記ゲート電極パターンの上面とによって連続した面が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   A continuous surface is formed by the upper surface of the conductive pattern disposed on the element isolation film and the upper surface of the gate electrode pattern disposed on the gate insulating film. The solid-state imaging device according to claim 1. 前記ゲート電極パターン及び前記導電パターンの上に層間絶縁膜を介して形成された配線層を更に有し、
前記素子分離膜の上に配置されている前記導電パターンの上面と前記配線層との間に熱酸化膜または前記層間絶縁膜と異なる絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像素子。
A wiring layer formed on the gate electrode pattern and the conductive pattern via an interlayer insulating film;
The insulating film different from the thermal oxide film or the interlayer insulating film is formed between the upper surface of the conductive pattern disposed on the element isolation film and the wiring layer. 2. A solid-state imaging device according to 2.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の撮像面へ像を形成する光学系と、
前記固体撮像素子によって得られた信号を処理する信号処理部とを備えることを特徴とする撮像装置。
A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3,
An optical system that forms an image on the imaging surface of the solid-state imaging device;
An image pickup apparatus comprising: a signal processing unit that processes a signal obtained by the solid-state image pickup device.
半導体基板に素子分離膜を形成する工程と、
前記半導体基板にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜及び前記素子分離膜に接する導電パターンを形成する工程と、
前記導電パターンと配線層との間に層間絶縁膜を形成する工程と、
を有する固体撮像素子の製造方法において、
前記層間絶縁膜を形成する工程は、
前記導電パターンを含む半導体基板の上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜と前記素子分離膜に接する導電パターンの上部とを、前記ゲート絶縁膜に接する導電パターンが露出するまで研磨する工程と、
研磨された前記第1の層間絶縁膜及び前記素子分離膜に接する導電パターンの上に第2の層間絶縁膜を形成する工程とを備えることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
Forming an element isolation film on a semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a conductive pattern in contact with the gate insulating film and the element isolation film;
Forming an interlayer insulating film between the conductive pattern and the wiring layer;
In a method for manufacturing a solid-state imaging device having:
The step of forming the interlayer insulating film includes:
Forming a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate including the conductive pattern;
Polishing the first interlayer insulating film and an upper portion of the conductive pattern in contact with the element isolation film until the conductive pattern in contact with the gate insulating film is exposed;
And a step of forming a second interlayer insulating film on the polished conductive pattern in contact with the first interlayer insulating film and the element isolation film.
半導体基板に素子分離膜を形成する工程と、
前記半導体基板にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜及び前記素子分離膜に接する導電パターンを形成する工程と、
前記導電パターンと配線層との間に層間絶縁膜を形成する工程と、
を有する固体撮像素子の製造方法において、
前記層間絶縁膜を形成する工程は、
前記導電パターンを含む半導体基板の上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜を、前記素子分離膜に接する導電パターンが露出するまで研磨する工程と、
前記素子分離膜に接する導電パターンの表層を絶縁膜に変える工程と、
研磨された前記第1の層間絶縁膜及び前記素子分離膜に接する導電パターンの表層にある絶縁膜の上に第2の層間絶縁膜を形成する工程とを備えることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
Forming an element isolation film on a semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a conductive pattern in contact with the gate insulating film and the element isolation film;
Forming an interlayer insulating film between the conductive pattern and the wiring layer;
In a method for manufacturing a solid-state imaging device having:
The step of forming the interlayer insulating film includes:
Forming a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate including the conductive pattern;
Polishing the first interlayer insulating film until a conductive pattern in contact with the element isolation film is exposed;
Changing the surface layer of the conductive pattern in contact with the element isolation film to an insulating film;
And a step of forming a second interlayer insulating film on the polished insulating film on the surface layer of the conductive pattern in contact with the first interlayer insulating film and the element isolation film. Production method.
前記素子分離膜に接する導電パターンの表層の絶縁膜に変える工程は、前記素子分離膜に接する導電パターンの表層を酸化する工程を含む、あるいは前記素子分離膜に接する導電パターンの表層をエッチングして前記素子分離膜に接する導電パターンの上に溝を形成する工程と、前記素子分離膜に接する導電パターンの上に形成された溝を絶縁膜で埋める工程とを含むことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子の製造方法。   The step of changing to the insulating film on the surface of the conductive pattern in contact with the element isolation film includes a step of oxidizing the surface layer of the conductive pattern in contact with the element isolation film, or etching the surface layer of the conductive pattern in contact with the element isolation film. 7. The method of forming a groove on the conductive pattern in contact with the element isolation film and filling the groove formed on the conductive pattern in contact with the element isolation film with an insulating film. The manufacturing method of the solid-state image sensor as described in 1 ..
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