JP2011187751A - Solid-state image sensing device, method for manufacturing the same, and electronic information equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成されたCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサなどの固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor composed of a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject and images the same, a manufacturing method thereof, and the solid-state imaging device as an image input device. The present invention relates to an electronic information device such as a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera used for an imaging unit, an image input camera such as a surveillance camera, a scanner device, a facsimile device, a television phone device, and a camera-equipped mobile phone device.
CCDイメージセンサなどの半導体素子を用いた従来の固体撮像素子は、デジタルカメラを始め、スキャナ装置、デジタル複写機、ファクシミリ装置など様々な用途に利用されている。また、その普及につれて、小型化、低価格化などの要請はもとより、画素数の増大、受光感度の向上などの高機能化、高性能化が益々強まってきている。 Conventional solid-state image sensors using semiconductor elements such as CCD image sensors are used in various applications such as digital cameras, scanner devices, digital copying machines, and facsimile machines. Further, along with the widespread use, not only requests for downsizing and cost reduction, but also higher functions and higher performance, such as an increase in the number of pixels and an improvement in light receiving sensitivity, are increasing.
CCD型固体撮像素子は、受光面に縦横に配置されたフォトダイオードからなる複数の光電変換素子と、これらの光電変換素子の垂直方向の各配列に沿ってそれぞれ配置される複数の垂直CCDと、複数の垂直CCDの終端部に配置される水平CCDと、この水平CCDの終端部に配置され、水平CCDからの信号電荷を電圧信号に変換して増幅出力する信号出力部とを有している。 The CCD type solid-state imaging device includes a plurality of photoelectric conversion elements composed of photodiodes arranged vertically and horizontally on a light receiving surface, and a plurality of vertical CCDs respectively disposed along respective arrays in the vertical direction of these photoelectric conversion elements, A horizontal CCD disposed at the end of a plurality of vertical CCDs, and a signal output unit disposed at the end of the horizontal CCD for converting the signal charge from the horizontal CCD into a voltage signal for amplification output. .
このようなCCD型固体撮像素子の信号出力部の構成としては、一般的にFDA(Floating Diffusion Amplyfier)タイプのものが広く採用されている。 As the configuration of the signal output unit of such a CCD type solid-state imaging device, an FDA (Floating Diffusion Amplifier) type is generally widely used.
図11は、従来の固体撮像素子の信号出力部の要部構成例を示す平面図であり、図12は、図11のAA’線断面図である。 FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of a main part of a signal output unit of a conventional solid-state imaging device, and FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 11.
図11および図12に示すように、従来の固体撮像素子の信号出力部100は、電荷転送領域101から転送された信号電荷を蓄積し、この信号電荷に対応して電位を保持し、その後、リセット動作により、リセット電位になる動作を繰り返すFD部102と、電荷転送領域101からFD部102への信号電荷の転送を制御する水平出力トランジスタ103と、そのリセット動作を制御するリセットトランジスタ104と、FD部102の信号電荷の変位を電位信号に変換して増幅することにより撮像信号を出力する出力回路105とを有している。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
この出力回路105は、複数段(2〜3段)のソースフォロワ回路により構成されており、出力回路105を構成する初段トランジスタ105aは、半導体基板106上のP型ウェル領域107内に形成された不純物拡散領域108と、この不純物拡散領域108上にゲート絶縁膜109を介して配置されたゲート電極110とを有している。ゲート電極110は層間絶縁膜111により埋め込まれており、層間絶縁膜111に形成されたコンタクト112により、FD部102とゲート電極110が接続されると共に、層間絶縁膜111上に形成された配線113にFD部102およびゲート電極110が接続される。また、FD部102と不純物拡散領域108との間にはフィールド酸化膜114が埋め込まれている。
The
また、電荷転送領域101の終端部には、電荷転送領域101からFD部102への信号電荷の転送を制御する水平出力トランジスタ103が配置されている。この水平出力トランジスタ103は、ゲート絶縁膜109を介して配置されたゲート電極115を有している。また、FD部102に対して電荷転送領域101と反対側には、リセットトランジスタ104が配置されている。リセットトランジスタ104は、ゲート絶縁膜109を介して配置されたゲート電極116とリセットドレイン領域117とを有している。
A
このような構成のCCD型固体撮像素子100では、複数の光電変換素子で発生した信号電荷は、複数の垂直CCDにより水平CCDの電荷転送領域101に電荷転送され、電荷転送領域101に電荷転送された信号電荷は、更に電荷転送領域101によりその終端部の水平出力トランジスタゲート115を介してFD部102に電荷転送される。この結果、信号電荷はFD部102に電荷蓄積される。すると、FD部102は蓄積した信号電荷に対応する電位を保持し、この電位が出力回路105で増幅されて撮像信号として出力回路105から信号出力される。FD部102で電圧信号に変換された信号電荷は、リセットトランジスタゲート116によりFD部102からリセットドレイン領域117に排出される。
In the CCD solid-
ここで、その出力部における電荷電圧の変換についてはdV=Qsig /Cpの式が成立する。但し、dV:フローティングディフュージョン領域(FD部102)の電圧変化量、Qsig:フローティングディフュージョン領域(FD部102)に転送されてきた信号電荷量、Cp:ピックアップ容量である。このピックアップ容量Cpは、具体的にはフローティングディフュージョン領域(FD部102)の半導体基板106との間の容量(接合容量)と、フローティングディフュージョン領域(FD部102)に接続されている出力MOSトランジスタ(初段トランジスタ105a)のゲート電極110側とグランド(N型半導体基板106の表面部に形成されたP型ウェル107)との間の容量からなっている。
Here, the equation of dV = Qsig / Cp is established for the conversion of the charge voltage at the output section. Where dV is the amount of voltage change in the floating diffusion region (FD unit 102), Qsig is the amount of signal charge transferred to the floating diffusion region (FD unit 102), and Cp is the pickup capacitance. Specifically, the pickup capacitance Cp includes a capacitance (junction capacitance) between the floating diffusion region (FD portion 102) and the
したがって、この出力部の変換効率を高めるには、そのピックアップ容量Cpを小さくすることが必要であり、それには、フローティングディフュージョン領域(FD部102)と半導体基板106側との接合容量を小さくすることが有効である。
Therefore, in order to increase the conversion efficiency of the output portion, it is necessary to reduce the pickup capacitance Cp. To this end, the junction capacitance between the floating diffusion region (FD portion 102) and the
一方、特許文献1では、電荷転送部を終端する出力取り出し部と、その出力取り出し部からの配線が接続される出力部のMOSトランジスタとが、同じ上記素子分離領域に囲まれた単一の素子形成領域内に形成することにより、MOSトランジスタのゲ−ト電極となるポリシリコン層は、フイ−ルド酸化膜の端部のテーパー部の斜面を上下して配線される必要がなくなり、その分だけ寄生容量を低減させることができる。
On the other hand, in
また、特許文献2では、図13に示すように、CCD型固体撮像素子200は、電荷転送領域201の終端側のフローティングディフュージョン領域202とその幅方向両側のチャンネルストップ領域203との間にそれぞれ低容量化用シリコン酸化領域204をそれぞれ設けることにより寄生容量の低減を図っている。なお、205はリセットドレインである。
In
しかしながら、上記従来の構成では、FD部102と、出力回路105を構成する初段トランジスタ105aの不純物拡散領域108との間にフィールド酸化膜114が埋め込まれて素子分離されているため、寄生容量が大きく電圧変換効率が低下して感度特性が悪化するという問題があった。
However, in the above-described conventional configuration, the
特許文献1では、フィールド酸化膜が無くなるため、配線長は短くなるものの、膜厚が薄くなることによって、返って寄生容量の増大を招いてしまうという問題がある。
In
特許文献2では、工程が増加するにもかかわらず、シリコン酸化膜の誘電率低減が困難なため、寄生容量の低減効果が少ないという問題がある。
In
本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、簡便な方法で出力部の寄生容量を大幅に低減でき、従来構造よりも格段に高感度とすることができる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. A solid-state imaging device capable of significantly reducing the parasitic capacitance of the output unit by a simple method and significantly higher sensitivity than the conventional structure, and its manufacture It is an object of the present invention to provide a method and an electronic information device such as a camera-equipped mobile phone device using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit.
本発明の固体撮像素子は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部から電荷転送領域を通って電荷転送されてきた各信号電荷を順次蓄積して電圧検出するフローティングディフュージョン部と、該フローティングディフュージョン部で検出した検出電圧に応じて増幅して撮像信号を出力する信号出力回路とを有する固体撮像素子において、該フローティングディフュージョン部に接続される該信号出力回路を構成するトランジスタのゲート電極の一部が、該半導体基板との間に空間部を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device of the present invention is a floating diffusion unit that sequentially accumulates each signal charge that has been transferred through a charge transfer region from a plurality of light receiving units that photoelectrically convert incident light from a subject and captures an image. And a signal output circuit that outputs an image pickup signal after being amplified according to a detection voltage detected by the floating diffusion portion, and a transistor constituting the signal output circuit connected to the floating diffusion portion. A part of the gate electrode has a space portion between the gate electrode and the semiconductor substrate, whereby the above object is achieved.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における空間部上を覆う空間形成層が設けられている。 Preferably, a space forming layer is provided to cover the space portion in the solid-state imaging device of the present invention.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における空間形成層は、前記ゲート電極がkenyoushiteirukaまたは該ゲート電極以外の膜で構成されている。 Further preferably, in the space forming layer in the solid-state imaging device of the present invention, the gate electrode is constituted by kenyoushiteiruka or a film other than the gate electrode.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における空間形成層には、前記空間部を形成するための複数の開口部が形成されており、該複数の開口部は、平面視でマトリクス状に形成された複数の四角形および複数の円形、一または複数列に形成されたスリット形状のうちの少なくともいずれかを有している。 Further preferably, the space forming layer in the solid-state imaging device of the present invention has a plurality of openings for forming the space, and the plurality of openings are formed in a matrix in a plan view. And at least one of a plurality of quadrangles, a plurality of circles, and a slit shape formed in one or a plurality of rows.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるフローティングディフュージョン部と前記トランジスタの不純物拡散領域との間の基板表面部には素子分離絶縁層として前記空間部が形成されている。 Still preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, the space portion is formed as an element isolation insulating layer on the substrate surface portion between the floating diffusion portion and the impurity diffusion region of the transistor.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるトランジスタのゲート電極はポリシリコン配線材料により構成されている。 Further preferably, the gate electrode of the transistor in the solid-state imaging device of the present invention is made of a polysilicon wiring material.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるフローティングディフュージョン部の表面部に電気的に接続されたコンタクト手段により、前記トランジスタのゲート電極として機能する部分から延設された端部に電気的に接続されている。 Further preferably, the contact means electrically connected to the surface portion of the floating diffusion portion in the solid-state imaging device of the present invention is electrically connected to the end portion extending from the portion functioning as the gate electrode of the transistor. Has been.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、本発明の上記固体撮像素子を製造する固体撮像素子製造工程を有する固体撮像素子の製造方法であって、該固体撮像素子製造工程は、前記半導体基板上に空間形成層が形成されてその上に前記ゲート電極の一部が形成されているかまたは、該ゲート電極が該空間形成層を兼用しており、該空間形成層またはゲート電極に複数の開口部を形成し、該複数の開口部が形成された空間形成層またはゲート電極をマスクとして、該複数の開口部を通して該半導体基板または該半導体基板に形成された下地層をエッチングして、該半導体基板に前記空間部を形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device manufacturing method of the present invention is a solid-state imaging device manufacturing method including the solid-state imaging device manufacturing process for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention, and the solid-state imaging device manufacturing process is performed on the semiconductor substrate. A space forming layer is formed on the gate electrode, and a part of the gate electrode is formed thereon, or the gate electrode also serves as the space forming layer, and a plurality of openings are formed in the space forming layer or the gate electrode. The semiconductor substrate or the underlying layer formed on the semiconductor substrate is etched through the plurality of openings using the space forming layer or the gate electrode in which the plurality of openings are formed as a mask, and the semiconductor substrate The above-mentioned object is achieved by forming the space portion.
また、本発明の固体撮像素子の製造方法における固体撮像素子製造工程は、前記半導体基板上に前記フローティングディフュージョン部となる不純物拡散領域を形成した基板上に空間形成層となる膜を堆積する工程と、該空間形成層となる膜の一部に複数の開口部を形成する開口部形成工程と、該複数の開口部が形成された空間形成層をマスクとして、該半導体基板の一部を該複数の開口部を通してエッチングして前記空間部を形成する空間部形成工程と、該空間形成層上に、該複数の開口部を閉塞するための空間閉塞層となる膜を堆積する空間閉塞層堆積工程と、ゲート絶縁膜を形成する領域の前記空間形成層および前記空間閉塞層となる膜をエッチング除去する空間形成層および空間閉塞層形成工程と、該ゲート絶縁膜を形成した後に、該ゲート絶縁膜および該空間閉塞層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、該ゲート絶縁膜および該ゲート電極上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、該層間絶縁膜に、該フローティングディフュージョン部の表面に電気的に接続すると共に該ゲート電極から延設された端部に電気的に接続するコンタクト手段を形成するコンタクト手段形成工程とを有する。 The solid-state imaging device manufacturing process in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of depositing a film to be a space forming layer on a substrate in which an impurity diffusion region to be the floating diffusion portion is formed on the semiconductor substrate A step of forming a plurality of openings in a part of the film to be the space forming layer, and a part of the semiconductor substrate as a mask using the space forming layer in which the plurality of openings are formed as a mask. Forming a space portion by etching through the openings, and a space blocking layer depositing step of depositing a film serving as a space blocking layer for closing the plurality of openings on the space forming layer And after the formation of the gate insulating film, the space forming layer and the space blocking layer forming step of etching and removing the film to be the space forming layer and the space blocking layer in the region for forming the gate insulating film, A gate electrode forming step of forming a gate electrode on the gate insulating film and the space blocking layer; an interlayer insulating film forming step of forming an interlayer insulating film on the gate insulating film and the gate electrode; and And a contact means forming step of forming contact means that is electrically connected to the surface of the floating diffusion portion and is electrically connected to an end extending from the gate electrode.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における空間形成層は、SiO2材料またはSiN材料から構成されている。 Further preferably, the space forming layer in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is made of a SiO 2 material or a SiN material.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における空間部を、前記開口部を通して、SF6ガスを含むガスを電離プラズマ状態で前記半導体基板の一部を等方エッチングすることによって形成する。 Further preferably, the space portion in the method of manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is formed by isotropically etching a part of the semiconductor substrate through the opening with a gas containing SF 6 gas in an ionized plasma state. .
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における空間閉塞層が前記複数の空間部内に入り込まないように前記開口部のサイズおよび前記空間閉塞層の材料を設定する。 Further preferably, the size of the opening and the material of the space blocking layer are set so that the space blocking layer in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention does not enter the plurality of spaces.
また、本発明の固体撮像素子の製造方法における固体撮像素子製造工程は、前記半導体基板上に素子分離領域のフィールド酸化膜を形成した後に、前記フローティングディフュージョン部となる不純物拡散領域を形成し、該フィールド酸化膜および該不純物拡散領域が形成された基板上にゲート絶縁膜を堆積する工程と、該ゲート絶縁膜の所定領域上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、該ゲート電極に複数の開口部を形成する開口部形成工程と、該複数の開口部が形成されたゲート電極をマスクとして、該ゲート電極下にある前記フィールド酸化膜または該半導体基板の一部をエッチングして前記空間部を形成する空間部形成工程と、該ゲート絶縁膜および該ゲート電極上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、該層間絶縁膜に、該フローティングディフュージョン部の表面に接続すると共に該ゲート電極から延設された端部に電気的に接続するコンタクト手段を形成するコンタクト手段形成工程とを有する。 Further, in the solid-state imaging device manufacturing process of the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, after forming a field oxide film of the element isolation region on the semiconductor substrate, an impurity diffusion region to be the floating diffusion portion is formed, A step of depositing a gate insulating film on the substrate on which the field oxide film and the impurity diffusion region are formed; a gate electrode forming step of forming a gate electrode on a predetermined region of the gate insulating film; An opening forming step for forming an opening; and the gate electrode formed with the plurality of openings is used as a mask to etch a part of the field oxide film or the semiconductor substrate under the gate electrode to form the space Forming a space portion, forming an interlayer insulating film on the gate insulating film and the gate electrode, and forming the interlayer The edge membrane, and a contact unit forming step of forming a contact means for electrically connecting the end portion extending from the gate electrode as well as connected to the surface of the floating diffusion portion.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における空間部を、前記開口部を通して、SF4ガスを含むガスを電離プラズマ状態で前記半導体基板の一部を等方エッチングすることによって形成する。 Preferably, the space portion in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is formed by isotropically etching a part of the semiconductor substrate through the opening with a gas containing SF 4 gas in an ionized plasma state. .
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における空間部を、前記開口部を通してHFに浸液することにより前記フィールド酸化膜を等方エッチングすることによって形成する。 Further preferably, the space portion in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is formed by isotropically etching the field oxide film by immersing the HF through the opening.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記フィールド酸化膜および前記ゲート絶縁膜はSiO2材料から構成されている。 Further preferably, in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the field oxide film and the gate insulating film are made of a SiO 2 material.
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The electronic information device of the present invention uses the solid-state imaging device of the present invention as an image input device in an imaging unit, and thereby achieves the above object.
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。 With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.
本発明においては、被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部から電荷転送領域を通って電荷転送されてきた各信号電荷を順次蓄積して電圧検出するフローティングディフュージョン部と、フローティングディフュージョン部で検出した検出電圧に応じて増幅して撮像信号を出力する信号出力回路とを有する固体撮像素子において、フローティングディフュージョン部に接続される信号出力回路を構成するトランジスタのゲート電極の一部が、半導体基板との間に空間部を有している。このフローティングディフュージョン部とトランジスタの不純物拡散領域との間の基板には素子分離絶縁層として空間部が形成されている。 In the present invention, a floating diffusion unit that sequentially accumulates each signal charge transferred through a charge transfer region from a plurality of light-receiving units that photoelectrically convert incident light from a subject and picks up an image, and a floating detection unit. In a solid-state imaging device having a signal output circuit that outputs an imaging signal after amplification according to a detection voltage detected in the diffusion portion, a part of a gate electrode of a transistor that constitutes a signal output circuit connected to the floating diffusion portion A space is provided between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate. A space portion is formed as an element isolation insulating layer in the substrate between the floating diffusion portion and the impurity diffusion region of the transistor.
これによって、電荷転送領域の終端部にある信号出力取り出し部であるフローティングディフュージョン部と、その出力取り出し部からの配線が接続される信号出力回路のトランジスタとの間の素子分離領域を空洞化した空間部を有するので、従来の絶縁酸化膜から空気にして誘電率を約1/3以上に大幅に低減されることにより、簡便な方法でフローティングディフュージョン部から信号出力回路に向かう部分のゲート電極と基板間の寄生容量を大幅に低減することが可能になって、従来構造よりも格段に固体撮像素子の感度特性を高感度化することが可能となる。 As a result, the element isolation region between the floating diffusion portion, which is the signal output extraction portion at the end of the charge transfer region, and the transistor of the signal output circuit to which the wiring from the output extraction portion is connected is hollowed out. Since the dielectric constant is greatly reduced to about 1/3 or more from the conventional insulating oxide film by air from the conventional insulating oxide film, the gate electrode and the substrate in the portion from the floating diffusion portion to the signal output circuit by a simple method It is possible to significantly reduce the parasitic capacitance between the two, and the sensitivity characteristics of the solid-state imaging device can be greatly enhanced as compared with the conventional structure.
以上により、本発明によれば、フローティングディフュージョン部に接続される信号出力回路を構成するトランジスタのゲート電極の一部が、半導体基板との間に空間部を有しているため、従来の絶縁酸化膜を空気層に代えて誘電率を約1/3程度に大幅に低減することにより、フローティングディフュージョン領域に寄生する寄生容量を大幅に低減することができて、信号出力回路の変換効率を高めて固体撮像素子の感度特性を格段に高感度化することができる。 As described above, according to the present invention, since a part of the gate electrode of the transistor constituting the signal output circuit connected to the floating diffusion portion has a space portion between the semiconductor substrate and the conventional insulating oxide By replacing the membrane with an air layer and reducing the dielectric constant to about 1/3, the parasitic capacitance in the floating diffusion region can be greatly reduced, and the conversion efficiency of the signal output circuit is increased. The sensitivity characteristics of the solid-state imaging device can be remarkably increased.
以下に、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態1、2および、この固体撮像素子の実施形態1、2のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態3について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
Embodiments 1 and 2 of the solid-state imaging device and manufacturing method thereof according to the present invention, and a mobile phone device with a camera, for example, using any one of
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1における固体撮像素子の信号出力部の要部構成例を示す平面図であり、図2は、図1のBB’線断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view illustrating an exemplary configuration of a main part of a signal output unit of a solid-state imaging device according to
図1および図2において、本実施形態1の固体撮像素子1は、電荷転送領域2から電荷転送された信号電荷を蓄積し、この信号電荷に対応して電位を保持し、その後、リセット動作により、リセット電位になる動作を繰り返す電荷検出領域であるフローティングディフュージョン部3(FD部3)と、電荷転送領域2からFD部3への信号電荷の転送を制御する水平出力トランジスタ4と、そのリセット動作を制御するリセットトランジスタ5と、FD部3の信号電荷の変位を電位信号に変換して増幅することにより撮像信号を出力する出力回路6とを有している。
1 and 2, the solid-
この出力回路6は、複数段(2〜3段)のソースフォロワ回路により構成されており、FD部3の信号電荷の電位変動に応じた撮像信号を増幅出力するようになっている。出力回路6を構成する初段トランジスタ6aは、半導体基板7上のP型ウェル領域8内に形成された不純物拡散領域9と、この不純物拡散領域9上にゲート絶縁膜10を介して配置されたゲート電極11とを有している。ゲート電極11は層間絶縁膜12により埋め込まれており、層間絶縁膜12に形成されたコンタクト手段としてのコンタクト13により、FD部3とゲート電極11が接続されると共に、層間絶縁膜12上に形成された配線14にFD部3およびゲート電極11が接続される。即ち、FD部3の表面部に電気的に接続されたコンタクト13により、、初段トランジスタ6のゲート電極11として機能する部分から延設された端部側に電気的に接続されている。
The
また、FD部3と不純物拡散領域9との基板間にはフィールド酸化膜の厚膜の代わりに低誘電率の空洞部(または空間部)15を形成している。即ち、電荷転送領域2の終端部にある信号出力取り出し部としてのFD部3と、そのFD部3からの配線が接続される信号出力回路のトランジスタとの間の素子分離領域を空洞化した空洞部(または空間部)15を形成している。
A low dielectric constant cavity (or space) 15 is formed between the substrate of the
FD部3の不純物拡散層上にはコンタクト13を介して出力初段トランジスタ6aのゲート11が繋がっている。この空洞部15は、このゲート電極11下にあって、信号電荷を蓄積するFD部3と出力初段トランジスタ6aの不純物拡散領域9との間の基板に設けられている。出力初段トランジスタ6aのゲート電極11下に、空間閉塞層21で閉塞された状態で、更にその下側の空間形成層22を介して空洞部15が形成されている。空洞部15上の空間形成層22には複数の開口部23が形成されている。
A
この複数の開口部23の配置および形状については、まず、図3(a)に示すように、複数の開口部23aとして、開口形状が4角形でこれがマトリクス状に複数配設されている。次に、図3(b)に示すように、複数の開口部23bとして、開口形状が円形でこれがマトリクス状に複数配設されている。さらに、図3(c)に示すように、複数の開口部23cとして、開口形状がスリット形状でこれが複数本配設されている。
As for the arrangement and shape of the plurality of
電荷転送領域2の終端部には、電荷転送領域2からFD部3への信号電荷の転送を制御する水平出力トランジスタ4が配置されている。この水平出力トランジスタ4は、ゲート絶縁膜10を介して配置されたゲート電極16を有している。また、FD部3に対して電荷転送領域2と反対側には、リセットトランジスタ5が配置されている。リセットトランジスタ5は、ゲート絶縁膜10を介して配置されたゲート電極17とリセットドレイン領域18とを有している。
A
上記構成により、複数の光電変換素子で発生した信号電荷は、複数の垂直CCDにより水平CCDの電荷転送領域2に電荷転送され、電荷転送領域2に電荷転送された信号電荷は、更に電荷転送領域2によりその終端部の水平出力トランジスタゲート16を介してFD部3に電荷転送される。これにより、信号電荷はFD部3に電荷蓄積される。
With the above configuration, signal charges generated in the plurality of photoelectric conversion elements are transferred to the
次に、FD部3は蓄積した信号電荷に対応する電位を保持し、この電位がFD部3からコンタクト13を介して初段トランジスタ6aのゲート電極11に伝えられ、初段トランジスタ6aから出力回路6で増幅されて撮像信号として出力回路6から出力される。
Next, the
その後、FD部3で電圧信号に変換された信号電荷は、リセットトランジスタ5のゲート17によりFD部3からリセットドレイン領域18に排出されてFD部3の電位が所定電位にリセットされる。
Thereafter, the signal charge converted into a voltage signal by the
なお、本実施形態1では、半導体基板7はSi基板である。但し、半導体基板7としては、これに限定されることなく、GaAs基板など、半導体基板7として使用可能な種々の基板を用いることができる。
In the first embodiment, the
ここで、上記構成の本実施形態1の固体撮像素子1の製造方法について図4および図5を参照して説明する。
Here, a method for manufacturing the solid-
図4(a)〜図4(c)および図5(a)〜図5(c)はそれぞれ、図1および図2の固体撮像素子1の製造方法の各工程を模式的に示す縦断面図である。
4 (a) to 4 (c) and FIGS. 5 (a) to 5 (c) are longitudinal sectional views schematically showing the respective steps of the method for manufacturing the solid-
まず、図4(a)に示すように、半導体基板7上にP型ウェル領域8を形成した後に、素子分離領域であるフィールド酸化膜19を形成する。このフィールド酸化膜19は、LOCOS法によって形成された熱酸化膜またはSTI法(Shallow Trench Isolation)を用いて形成されたCVD酸化膜(SiO2膜)などでもよい。その後、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部(FD部3)となるN型不純物拡散領域3aを形成する。続いて、第1空間形成層22となる例えばSiO2膜22aを2000〜4000オングストロームの膜厚だけ堆積させることで形成する。
First, as shown in FIG. 4A, after forming a P-
次に、図4(b)に示すように、第1空間形成層22となる例えばSiO2膜22aの一部を、複数の開口部23をパターニングしたフォトレジスト24をマスクとして、0.1〜0.3μmの幅の複数のスリット状の開口部23cを形成してSiO2膜22bとする。
Next, as shown in FIG. 4B, a part of, for example, the SiO 2 film 22a to be the first
その後、図4(c)に示すように、フォトレジスト24を除去し、複数本のスリット状の開口部23cが形成された第1空間形成層22bをマスクとして、複数本のスリット状の開口部23cを介して、半導体基板7のP型ウェル領域8の表面部およびN型不純物拡散領域3aの端部をエッチングして空洞部15(または空間部)を形成する。この空洞部15(または空間部)は、SF6ガスを電離プラズマ状態で半導体基板7のシリコン材料を等方エッチングすることによって形成する。この空洞部15(または空間部)の位置は、FD部3と不純物拡散領域9との間の基板であって、初段トランジスタ6aのゲート電極11下の位置である。この空洞部(または空間部)15によって素子分離が為される。
Thereafter, as shown in FIG. 4C, the
さらに、SiO2膜22bの開口部23cを閉塞するために例えば厚さ2000〜5000オングストロームの空間閉塞層21となるSiO2膜を堆積させる。この場合、堆積膜としてはカバレッジのあまり良くない膜を選択し、空洞部15(または空間部)内への堆積膜の入り込みを抑制する。逆に言えば、開口部23cから空間閉塞層21となるSiO2膜が通過して空洞部15(または空間部)内に進入しない程度の寸法の開口部23cである必要がある。
Furthermore, depositing a SiO 2 film serving as the
続いて、図5(a)に示すように、トランジスタを形成するためのゲート絶縁膜を形成する領域の第1空間形成層22bおよび空間閉塞層21となるSiO2膜を、フォトレジスト25をマスクとして、エッチング除去する。段差抑制のために、この場合のエッチングは、等方性のエッチングが望ましい。
Subsequently, as shown in FIG. 5A, the first
次に、図5(b)に示すように、フォトレジスト25を除去し、厚さ100〜500オングストロームのゲート絶縁膜10を酸化または堆積法により形成する。その後、この上に厚さ1000〜5000オングストロームのポリシリコン膜を堆積し、フォトリソグラフィー技術を用い、所望の形状にポリシリコンエッチングを行うことにより、出力回路6における初段トランジスタ6aのゲート電極11を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 5B, the
続いて、図5(c)に示すように、ゲート絶縁膜10および初段トランジスタ6aのゲート電極11が形成された基板上を覆うBPSG膜などからなる層間絶縁膜12を形成して、これをリフロー処理する。その後、層間絶縁膜12に反応性イオンエッチング(RIE)法などによって、FD部3の表面に至るコンタクトホールを形成し、このコンタクトホール内を埋めるようにタングステンやアルミニウムなどの金属材料を成膜する。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, an
最後に、図5(c)に示すように、成膜した金属材料のうちの不要部を、エッチングすることによって除去することで、初段トランジスタ6のゲート電極11とN型不純物拡散領域(FD部3)とをコンタクト13を介して電気的に接続した金属材料からなる配線14を形成する。
Finally, as shown in FIG. 5C, unnecessary portions of the deposited metal material are removed by etching, so that the
即ち、本実施形態1の固体撮像素子1の製造方法は、半導体基板7上にFD部3となる不純物拡散領域9を形成した基板上に空間形成層22となる膜22aを堆積する工程と、空間形成層22となる膜22aの一部に複数の開口部23を形成する開口部形成工程と、複数の開口部23が形成された空間形成層22をマスクとして、半導体基板7の一部を複数の開口部23を通してエッチングして空間部15を形成する空間部形成工程と、空間形成層33上に、複数の開口部23を閉塞するための空間閉塞層21となる膜を堆積する空間閉塞層堆積工程と、ゲート絶縁膜10を形成する領域の空間形成層22および空間閉塞層21となる膜をエッチング除去する空間形成層および空間閉塞層形成工程と、ゲート絶縁膜10を形成した後に、ゲート絶縁膜10および空間閉塞層21上にゲート電極11を形成するゲート電極形成工程と、ゲート絶縁膜10およびゲート電極11上に層間絶縁膜12を形成する層間絶縁膜形成工程と、層間絶縁膜12に、FD部3の表面に電気的に接続すると共にゲート電極11に電気的に接続するコンタクト13を形成するコンタクト手段形成工程とを有している。
That is, the manufacturing method of the solid-
以上により、本実施形態1によれば、電荷転送領域2の終端部にある信号出力取り出し部であるFD部3と、そのFD部3からのコンタクト13が接続される出力回路6の初段トランジスタ6aとの間の素子分離領域を空洞化した空間部15を有するので、従来の絶縁酸化膜から空気層にして誘電率を約1/3程度に大幅に低減したことにより、簡便な方法でFD部3から出力回路6に向かう部分のゲート電極11と間の基板との寄生容量を大幅に低減することができて、従来構造よりも格段に固体撮像素子1の感度特性を高感度化することができる。
As described above, according to the first embodiment, the first-
(実施形態2)
図6は、本発明の実施形態2における固体撮像素子の信号出力部の要部構成例を示す平面図であり、図7は、図1のCC’線断面図である。なお、図6および図7では、図1および図2で用いた構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of a main part of a signal output unit of a solid-state imaging device according to
図6および図7において、本実施形態2の固体撮像素子1Aは、電荷転送領域2から電荷転送された信号電荷を蓄積するFD部3と、FD部3の手前にある水平出力トランジスタ4と、FD部3の電位を所定電位にリセットするリセットトランジスタ5と、FD部3の変位を制御電圧として増幅して撮像信号を出力する出力回路6とを有している。
6 and 7, the solid-
この出力回路6を構成する複数段のうちの初段トランジスタ6aは、半導体基板7上のP型ウェル領域8内に形成された不純物拡散領域9と、この不純物拡散領域9上にゲート絶縁膜10を介して配置されたゲート電極11Aとを有している。ゲート電極11Aは、層間絶縁膜12により埋め込まれており、層間絶縁膜12に形成されたコンタクト13により、FD部3とゲート電極11Aが接続されると共に、層間絶縁膜12上に形成された配線14にFD部3およびゲート電極11Aが接続される。また、FD部3と不純物拡散領域9との基板間にはフィールド酸化膜の厚膜の代わりに低誘電率の空洞部(または空間部)15を形成している。この場合、ゲート電極11Aは、空洞部(または空間部)15上を覆い、空間形成層を兼ねている。また、ゲート電極11A上を覆う層間絶縁膜12は、空間閉塞層21の機能を兼ねている。これらによって、製造工程が大幅に簡略化されている。
The
この空洞部15は、このゲート電極11Aに形成された一列の複数の開口部23d下にあって、信号電荷を蓄積するFD部3と出力初段トランジスタ6aの不純物拡散領域9との間の基板表面部に設けられている。
The
ここで、上記構成の本実施形態1の固体撮像素子1の製造方法について図4および図5を参照して説明する。
Here, a method for manufacturing the solid-
図8(a)および図8(b)、および図9(a)〜図9(c)はそれぞれ、図6および図7の固体撮像素子1Aの製造方法の各工程を模式的に示す縦断面図である。
8 (a), FIG. 8 (b), and FIG. 9 (a) to FIG. 9 (c) are longitudinal sections schematically showing respective steps of the manufacturing method of the solid-
まず、図8(a)に示すように、半導体基板7上にP型ウェル領域8を形成した後に、素子分離領域であるフィールド酸化膜19を形成する。このフィールド酸化膜19は、LOCOS法によって形成された熱酸化膜またはSTI法(Shallow Trench Isolation)を用いて形成されたCVD酸化膜(SiO2膜)などでもよい。その後、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部(FD部3)となるN型不純物拡散領域3を形成する。続いて、100〜500オングストロームのゲート絶縁膜10を酸化または堆積法により形成する。
First, as shown in FIG. 8A, after forming a P-
次に、図8(b)に示すように、このゲート絶縁膜10上に、厚さ1000〜5000オングストロームのポリシリコン膜を堆積し、フォトリソグラフィー技術を用いて、フォトレジスト26をマスクとして、ポリシリコン膜をエッチングすることにより、初段トランジスタ6aのゲート電極11の外形を所望の形状に形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a polysilicon film having a thickness of 1000 to 5000 angstroms is deposited on the
続いて、図9(a)に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて、所定形状にパターニングしたフォトレジスト27をマスクとして、初段トランジスタ6aのゲート電極11の一部をエッチング除去して、0.1〜0.3μmの幅の開口部23dを複数一列に形成する。このように、初段トランジスタ6aのゲート電極11を直接パターニングしてゲート電極11Aとすることにより第2空間形成層を兼ねることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 9A, a part of the
さらに、フォトレジスト27を除去し、図9(a)に示すように、初段トランジスタ6aのゲート電極11Aをマスクとして、一列の複数の開口部23dの領域下にあるフィールド酸化膜19を全てエッチング除去して、空洞部15(または空間部)を形成する。この空洞部15(または空間部)は、HFに浸液することでシリコン材料のSiO2を等方エッチングすることによって形成する。この空洞部15(または空間部)の位置は、FD部3と不純物拡散領域9との間の基板であって、初段トランジスタ6aのゲート電極11A下の位置である。この空洞部(または空間部)15によって素子分離が為される。
Further, the
その後、図9(b)に示すように、ゲート絶縁膜10および初段トランジスタ6aのゲート電極11Aが形成された基板上を覆うように、BPSG膜などからなる層間絶縁膜12を形成して、これをリフロー処理する。この層間絶縁膜12により、空洞部(または空間部)15の空間を維持したまま、一列の複数の開口部23dを上から閉塞する。
Thereafter, as shown in FIG. 9B, an
さらに、層間絶縁膜12に反応性イオンエッチング(RIE)法などによって、FD部3の表面に至るコンタクトホールを形成し、このコンタクトホール内を埋めるようにタングステンやアルミニウムなどの金属材料を成膜する。
Further, a contact hole reaching the surface of the
最後に、図9(b)に示すように、成膜した金属材料のうちの不要部を、エッチングすることによって除去することにより、初段トランジスタ6のゲート電極11AとN型不純物拡散領域(FD部3)とをコンタクト13を介して電気的に接続した金属材料からなる配線14を形成する。
Finally, as shown in FIG. 9B, unnecessary portions of the deposited metal material are removed by etching, whereby the
即ち、本実施形態2の固体撮像素子1Aの製造方法は、半導体基板7上に素子分離領域のフィールド酸化膜19を形成した後に、FD部3となる不純物拡散領域を形成し、フィールド酸化膜19およびFD部3となる不純物拡散領域が形成された基板上にゲート絶縁膜10を堆積する工程と、ゲート絶縁膜10の所定領域上にゲート電極11を形成するゲート電極形成工程と、ゲート電極11に複数の開口部23dを形成する開口部形成工程と、複数の開口部23dが形成されたゲート電極11Aをマスクとして、ゲート電極11Aの複数の開口部23dの領域下にあるフィールド酸化膜19(フィールド酸化膜19がない場合は半導体基板7の一部)をエッチングして空間部15Aを形成する空間部形成工程と、ゲート絶縁膜10およびゲート電極11A上に層間絶縁膜12を形成する層間絶縁膜形成工程と、層間絶縁膜12に、FD部3の表面部に接続すると共にゲート電極11Aに接続するコンタクト13を形成するコンタクト手段形成工程とを有している。
That is, in the method of manufacturing the solid-
以上により、本実施形態2によれば、上記実施形態1の効果の他に、初段トランジスタ6のゲート電極11Aを空間形成層として兼用するため、ゲート電極11Aの一列の複数の開口部23dの下部のみ選択的に空洞部(または空間部)15Aを形成することができかつ、製造工程の大幅な簡略化が可能となる。
As described above, according to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, since the
なお、本実施形態2では、図9(a)に示すように、初段トランジスタ6aのゲート電極11Aをマスクとして、一列の複数の開口部23dの領域下にあるフィールド酸化膜19を全てエッチング除去して、空洞部15(または空間部)を形成したが、これに限らず、図9(c)に示すように、初段トランジスタ6aのゲート電極11Aをマスクとして、一列の複数の開口部23dの領域下にあるフィールド酸化膜19を、1/2または1/3程度残すようにエッチングしても、空間部15Bによってゲート電極11と基板との寄生容量を大幅に低減することができて、従来構造よりも格段に固体撮像素子1の感度特性を高感度化することができる。この場合に、フィールド酸化膜19Aが残っている分だけ、エッチング時間が短縮されると共に、FD部3と初段トランジスタ6aの不純物拡散領域9との間に有る程度のフィールド酸化膜19Aが残っていることによって素子分離層機能が高まる。
In the second embodiment, as shown in FIG. 9A, all of the
(実施形態3)
図10は、本発明の実施形態3として、本発明の実施形態1、2のいずれかの固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using the solid-state imaging device according to any of
図10において、本実施形態3の電子情報機器90は、上記実施形態1、2の固体撮像素子1または1Aからの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置91と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理(例えばデータ圧縮処理)した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部92と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段93と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段94と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力手段95とを有している。なお、この電子情報機器90として、これに限らず、固体撮像装置91の他に、メモリ部92と、表示手段93と、通信手段94と、プリンタなどの画像出力手段95とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
In FIG. 10, an
この電子情報機器90としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置(PDA)などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
As described above, the
したがって、本実施形態3によれば、この固体撮像装置91からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力手段95により良好にプリントアウト(印刷)したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部92に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
Therefore, according to the third embodiment, on the basis of the color image signal from the solid-
なお、上記実施形態1では、特に説明しなかったが、固体撮像素子1または1Aを製造する固体撮像素子製造工程を有する固体撮像素子の製造方法として、空間部23を作製する固体撮像素子製造工程が、半導体基板7上に空間形成層22が形成されてその上にゲート電極11の一部が形成されているかまたは、ゲート電極11がゲート電極11Aのように空間形成層22を兼用しており、空間形成層22またはゲート電極11Aに複数の開口部23を形成し、複数の開口部23が形成された空間形成層22またはゲート電極11Aをマスクとして、複数の開口部23を通して半導体基板7または半導体基板7に形成された下地層(フィールド酸化膜19)を一部または全部エッチングして、半導体基板7に空間部23を形成する場合にも、FD部3に接続される信号出力回路6を構成する初段トランジスタ6aのゲート電極11または11Aの一部が、半導体基板7との間に空間部23を有していれば、簡便な方法で出力部(FD部3およびこれに接続される信号出力回路6)の寄生容量を大幅に低減できて、従来構造よりも格段に高感度とすることができる本発明の目的を達成することができる。
Although not particularly described in the first embodiment, the solid-state image sensor manufacturing process for manufacturing the
以上説明したように、本発明の好ましい実施形態1〜3を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1〜3に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1〜3の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本願明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
As described above, the present invention has been exemplified using the preferred first to third embodiments of the present invention, but the present invention should not be construed as being limited to the first to third embodiments. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成されたCCD(charge coupled device)イメージセンサなどの固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、フローティングディフュージョン部に接続される信号出力回路を構成するトランジスタのゲート電極の一部が、半導体基板との間に空間部を有しているため、従来の絶縁酸化膜を空気層に代えて誘電率を約1/3程度に大幅に低減することにより、フローティングディフュージョン領域に寄生する寄生容量を大幅に低減することができて、信号出力回路の変換効率を高めて固体撮像素子の感度特性を格段に高感度化することができる。 The present invention relates to a solid-state imaging device such as a CCD (charge coupled device) image sensor composed of a semiconductor device that photoelectrically converts image light from a subject and images the same, a manufacturing method thereof, and the solid-state imaging device as an image input device. Fields of electronic information equipment such as digital video cameras and digital still cameras used in the imaging unit, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, camera-equipped mobile phone devices, etc. In this case, a part of the gate electrode of the transistor constituting the signal output circuit connected to the floating diffusion portion has a space portion with the semiconductor substrate, so that the conventional insulating oxide film is replaced with an air layer. By significantly reducing the dielectric constant to about 1/3 Thus, the parasitic capacitance parasitic to the floating diffusion region can be greatly reduced, the conversion efficiency of the signal output circuit can be increased, and the sensitivity characteristics of the solid-state imaging device can be remarkably increased.
1、1A 固体撮像素子
2 電荷転送領域
3 フローティングディフュージョン部(FD部)
4 水平出力トランジスタ
5 リセットトランジスタ
6 出力回路
6a 初段トランジスタ
7 半導体基板
8 P型ウェル領域
9 不純物拡散領域
10 ゲート絶縁膜
11、11A、16、17 ゲート電極
12 層間絶縁膜
13 コンタクト
14 配線
15、15A 空洞部(または空間部)
18 リセットドレイン領域
19 フィールド酸化膜
21 空間閉塞層
22 空間形成層
23、23a、23b、23c、23d 開口部
90 電子情報機器
91 固体撮像装置
92 メモリ部
93 表示手段
94 通信手段
95 画像出力手段
DESCRIPTION OF
4
DESCRIPTION OF
Claims (17)
該フローティングディフュージョン部に接続される該信号出力回路を構成するトランジスタのゲート電極の一部が、該半導体基板との間に空間部を有している固体撮像素子。 A floating diffusion unit that sequentially accumulates each signal charge transferred through a charge transfer region from a plurality of light receiving units that photoelectrically convert incident light from a subject and picks up an image, and a detection by the floating diffusion unit In a solid-state imaging device having a signal output circuit that amplifies according to the detected voltage and outputs an imaging signal,
A solid-state imaging device in which a part of a gate electrode of a transistor constituting the signal output circuit connected to the floating diffusion portion has a space portion between the semiconductor substrate.
該固体撮像素子製造工程は、
前記半導体基板上に空間形成層が形成されてその上に前記ゲート電極の一部が形成されているかまたは、該ゲート電極が該空間形成層を兼用しており、
該空間形成層またはゲート電極に複数の開口部を形成し、該複数の開口部が形成された空間形成層またはゲート電極をマスクとして、該複数の開口部を通して該半導体基板または該半導体基板に形成された下地層をエッチングして、該半導体基板に前記空間部を形成する固体撮像素子の製造方法。 A method for manufacturing a solid-state imaging device comprising a solid-state imaging device manufacturing process for manufacturing the solid-state imaging device according to claim 1,
The solid-state imaging device manufacturing process includes:
A space forming layer is formed on the semiconductor substrate and a part of the gate electrode is formed thereon, or the gate electrode also serves as the space forming layer;
A plurality of openings are formed in the space forming layer or the gate electrode, and the semiconductor substrate or the semiconductor substrate is formed through the plurality of openings using the space forming layer or the gate electrode in which the plurality of openings are formed as a mask. A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the space layer is formed in the semiconductor substrate by etching the underlying layer.
前記固体撮像素子製造工程は、
前記半導体基板上に前記フローティングディフュージョン部となる不純物拡散領域を形成した基板上に空間形成層となる膜を堆積する工程と、
該空間形成層となる膜の一部に複数の開口部を形成する開口部形成工程と、
該複数の開口部が形成された空間形成層をマスクとして、該半導体基板の一部を該複数の開口部を通してエッチングして前記空間部を形成する空間部形成工程と、
該空間形成層上に、該複数の開口部を閉塞するための空間閉塞層となる膜を堆積する空間閉塞層堆積工程と、
ゲート絶縁膜を形成する領域の前記空間形成層および前記空間閉塞層となる膜をエッチング除去する空間形成層および空間閉塞層形成工程と、
該ゲート絶縁膜を形成した後に、該ゲート絶縁膜および該空間閉塞層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
該ゲート絶縁膜および該ゲート電極上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
該層間絶縁膜に、該フローティングディフュージョン部の表面に電気的に接続すると共に該ゲート電極から延設された端部に電気的に接続するコンタクト手段を形成するコンタクト手段形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 8,
The solid-state imaging device manufacturing process includes:
Depositing a film to be a space forming layer on a substrate in which an impurity diffusion region to be the floating diffusion portion is formed on the semiconductor substrate;
An opening forming step of forming a plurality of openings in a part of the film to be the space forming layer;
Using the space forming layer in which the plurality of openings are formed as a mask, a space forming step of forming a part of the semiconductor substrate by etching a part of the semiconductor substrate through the plurality of openings;
A space blocking layer depositing step of depositing a film to be a space blocking layer for closing the plurality of openings on the space forming layer;
A space forming layer and a space blocking layer forming step of etching and removing the space forming layer in the region for forming the gate insulating film and the film to be the space blocking layer;
A gate electrode forming step of forming a gate electrode on the gate insulating film and the space blocking layer after forming the gate insulating film;
An interlayer insulating film forming step of forming an interlayer insulating film on the gate insulating film and the gate electrode;
A solid-state imaging device having a contact means forming step for forming contact means electrically connected to the surface of the floating diffusion portion and electrically connected to an end portion extending from the gate electrode on the interlayer insulating film Manufacturing method.
前記固体撮像素子製造工程は、
前記半導体基板上に素子分離領域のフィールド酸化膜を形成した後に、前記フローティングディフュージョン部となる不純物拡散領域を形成し、該フィールド酸化膜および該不純物拡散領域が形成された基板上にゲート絶縁膜を堆積する工程と、
該ゲート絶縁膜の所定領域上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
該ゲート電極に複数の開口部を形成する開口部形成工程と、
該複数の開口部が形成されたゲート電極をマスクとして、該ゲート電極下にある前記フィールド酸化膜または該半導体基板の一部をエッチングして前記空間部を形成する空間部形成工程と、
該ゲート絶縁膜および該ゲート電極上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
該層間絶縁膜に、該フローティングディフュージョン部の表面に接続すると共に該ゲート電極から延設された端部に電気的に接続するコンタクト手段を形成するコンタクト手段形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 8,
The solid-state imaging device manufacturing process includes:
After forming a field oxide film of an element isolation region on the semiconductor substrate, an impurity diffusion region to be the floating diffusion portion is formed, and a gate insulating film is formed on the substrate on which the field oxide film and the impurity diffusion region are formed. Depositing, and
Forming a gate electrode on a predetermined region of the gate insulating film; and
An opening forming step of forming a plurality of openings in the gate electrode;
Using the gate electrode in which the plurality of openings are formed as a mask, etching the field oxide film or a part of the semiconductor substrate under the gate electrode to form the space portion; and
An interlayer insulating film forming step of forming an interlayer insulating film on the gate insulating film and the gate electrode;
A solid-state imaging device manufacturing method comprising: a contact means forming step for forming contact means connected to the surface of the floating diffusion portion and electrically connected to an end extending from the gate electrode on the interlayer insulating film .
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Cited By (2)
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WO2016158440A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state image-capturing element and electronic device |
JP2016195229A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state image capturing element and electronic device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63204744A (en) * | 1987-02-20 | 1988-08-24 | Sharp Corp | Wiring structure of semiconductor device |
JP2002299443A (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Fujitsu Quantum Devices Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2004040126A (en) * | 2003-08-22 | 2004-02-05 | Hitachi Ltd | Solid-state imaging device |
JP2004063878A (en) * | 2002-07-30 | 2004-02-26 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | Charge-detecting apparatus and solid-state image pickup device |
JP2005123449A (en) * | 2003-10-17 | 2005-05-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solid state imaging device and method for manufacturing the same |
-
2010
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63204744A (en) * | 1987-02-20 | 1988-08-24 | Sharp Corp | Wiring structure of semiconductor device |
JP2002299443A (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Fujitsu Quantum Devices Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2004063878A (en) * | 2002-07-30 | 2004-02-26 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | Charge-detecting apparatus and solid-state image pickup device |
JP2004040126A (en) * | 2003-08-22 | 2004-02-05 | Hitachi Ltd | Solid-state imaging device |
JP2005123449A (en) * | 2003-10-17 | 2005-05-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solid state imaging device and method for manufacturing the same |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016158440A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state image-capturing element and electronic device |
JP2016195229A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state image capturing element and electronic device |
US10396116B2 (en) | 2015-03-31 | 2019-08-27 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid-state image-capturing element and electronic device |
US10797097B2 (en) | 2015-03-31 | 2020-10-06 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid-state image-capturing element and electronic device |
JP2021122043A (en) * | 2015-03-31 | 2021-08-26 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state image-capturing element and electronic device |
US11183528B2 (en) | 2015-03-31 | 2021-11-23 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid-state image-capturing element and having floating diffusion and hollow regions |
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