JP2011187751A - Solid-state image sensing device, method for manufacturing the same, and electronic information equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a simple method to substantially reduce a parasitic capacity of an output unit, and to achieve dramatically higher sensitivity than that of conventional structures. <P>SOLUTION: A solid-state image sensing device has a space unit 15 which is formed by hollowing out an element isolation region between an FD unit 3 for extracting a signal existing at the termination portion of a charge transfer region 2 and a first stage transistor 6a of an output circuit 6 to which a contact 13 from the FD unit 3 is connected, and substantially reduced dielectric constant to approximately one-third by changing the conventional insulating film to an airspace. Therefore, parasitic capacitance between a gate electrode 11 at a portion from the FD unit 3 towards the output circuit 6 and a substrate is substantially reduced, thus significantly enhancing the sensitivity characteristics of the solid-state image sensing device 1 compared with that of conventional structures. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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 signal output unit 100 of the conventional solid-state imaging device accumulates the signal charge transferred from the charge transfer region 101, holds a potential corresponding to the signal charge, and then An FD unit 102 that repeats an operation to become a reset potential by a reset operation, a horizontal output transistor 103 that controls transfer of signal charges from the charge transfer region 101 to the FD unit 102, a reset transistor 104 that controls the reset operation, And an output circuit 105 that outputs an imaging signal by converting and amplifying the displacement of the signal charge of the FD unit 102 into a potential signal.

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 output circuit 105 is configured by a source follower circuit having a plurality of stages (2 to 3 stages), and the first stage transistor 105 a constituting the output circuit 105 is formed in the P-type well region 107 on the semiconductor substrate 106. Impurity diffusion region 108 and gate electrode 110 arranged on impurity diffusion region 108 with gate insulating film 109 interposed therebetween are included. The gate electrode 110 is embedded with an interlayer insulating film 111. The FD portion 102 and the gate electrode 110 are connected by a contact 112 formed on the interlayer insulating film 111, and a wiring 113 formed on the interlayer insulating film 111. The FD portion 102 and the gate electrode 110 are connected to each other. A field oxide film 114 is buried between the FD portion 102 and the impurity diffusion region 108.

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 horizontal output transistor 103 that controls the transfer of signal charges from the charge transfer region 101 to the FD unit 102 is disposed at the end of the charge transfer region 101. The horizontal output transistor 103 has a gate electrode 115 disposed via a gate insulating film 109. A reset transistor 104 is disposed on the opposite side of the FD portion 102 from the charge transfer region 101. The reset transistor 104 has a gate electrode 116 and a reset drain region 117 which are arranged with a gate insulating film 109 interposed therebetween.

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-state imaging device 100 having such a configuration, signal charges generated by a plurality of photoelectric conversion elements are transferred to the charge transfer region 101 of the horizontal CCD by the plurality of vertical CCDs and transferred to the charge transfer region 101. The signal charges are further transferred by the charge transfer region 101 to the FD unit 102 via the horizontal output transistor gate 115 at the end thereof. As a result, the signal charge is accumulated in the FD unit 102. Then, the FD unit 102 holds a potential corresponding to the accumulated signal charge, and this potential is amplified by the output circuit 105 and is output from the output circuit 105 as an imaging signal. The signal charge converted into a voltage signal by the FD unit 102 is discharged from the FD unit 102 to the reset drain region 117 by the reset transistor gate 116.

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 semiconductor substrate 106, and an output MOS transistor (connected to the floating diffusion region (FD portion 102)). The capacitance is between the gate electrode 110 side of the first stage transistor 105a) and the ground (P-type well 107 formed on the surface portion of the N-type semiconductor substrate 106).

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 semiconductor substrate 106 side must be reduced. Is effective.

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 Patent Document 1, a single element in which an output extraction unit that terminates a charge transfer unit and an MOS transistor in an output unit to which wiring from the output extraction unit is connected are surrounded by the same element isolation region. By forming in the formation region, the polysilicon layer that becomes the gate electrode of the MOS transistor does not need to be wired up and down the slope of the tapered portion at the end of the field oxide film. Parasitic capacitance can be reduced.

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 Patent Document 2, as shown in FIG. 13, the CCD solid-state imaging device 200 is low between the floating diffusion region 202 on the terminal side of the charge transfer region 201 and the channel stop regions 203 on both sides in the width direction. The parasitic capacitance is reduced by providing each of the siliconization regions 204 for capacitance. Reference numeral 205 denotes a reset drain.

特開平3−116840号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-116840 特開平11−297982号公報JP-A-11-297982

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 field oxide film 114 is embedded between the FD portion 102 and the impurity diffusion region 108 of the first stage transistor 105a constituting the output circuit 105 to isolate the element, so that the parasitic capacitance is large. There has been a problem that the voltage conversion efficiency is lowered and the sensitivity characteristic is deteriorated.

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 Patent Document 1, since the field oxide film is eliminated, the wiring length is shortened, but there is a problem that the parasitic capacitance is increased due to the thin film thickness.

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 Patent Document 2, there is a problem that the effect of reducing the parasitic capacitance is small because it is difficult to reduce the dielectric constant of the silicon oxide film despite the increase in the number of steps.

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、SiO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、SF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、SF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SiO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.

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る。It is a top view which shows the principal part structural example of the signal output part of the solid-state image sensor in Embodiment 1 of this invention. 図1のBB’線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line BB ′ in FIG. 1. (a)〜(c)はそれぞれ、図2の空洞部上の空間形成層に形成される複数の開口部を模式的に示す平面図である。(A)-(c) is a top view which shows typically the some opening part formed in the space formation layer on the cavity part of FIG. 2, respectively. (a)〜(c)はそれぞれ、図1および図2の固体撮像素子の製造方法の各工程(その1)を模式的に示す縦断面図である。(A)-(c) is a longitudinal cross-sectional view which shows typically each process (the 1) of the manufacturing method of the solid-state image sensor of FIG. 1 and FIG. 2, respectively. (a)〜(c)はそれぞれ、図1および図2の固体撮像素子の製造方法の各工程(その2)を模式的に示す縦断面図である。(A)-(c) is a longitudinal cross-sectional view which shows typically each process (the 2) of the manufacturing method of the solid-state image sensor of FIG. 1 and FIG. 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る。It is a top view which shows the principal part structural example of the signal output part of the solid-state image sensor in Embodiment 2 of this invention. 図1のCC’線断面図である。It is CC 'sectional view taken on the line of FIG. (a)および(b)はそれぞれ、図6および図7の固体撮像素子の製造方法の各工程(その1)を模式的に示す縦断面図である。(A) And (b) is a longitudinal cross-sectional view which shows typically each process (the 1) of the manufacturing method of the solid-state image sensor of FIG. 6 and FIG. 7, respectively. (a)〜(c)はそれぞれ、図6および図7の固体撮像素子の製造方法の各工程(その2)を模式的に示す縦断面図である。(A)-(c) is a longitudinal cross-sectional view which shows typically each process (the 2) of the manufacturing method of the solid-state image sensor of FIG. 6 and FIG. 7, respectively. 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。It is a block diagram which shows the schematic structural example of the electronic information apparatus which used the solid-state image sensor of any one of Embodiment 1, 2 of this invention for the imaging part as Embodiment 3 of this invention. 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る。It is a top view which shows the principal part structural example of the signal output part of the conventional solid-state image sensor. 図11のAA’線断面図である。It is AA 'line sectional drawing of FIG. 特許文献2に開示されている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る。It is a top view which shows the principal part structural example of the signal output part of the conventional solid-state image sensor currently disclosed by patent document 2. FIG.

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 Embodiments 1 and 2 of the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit A third embodiment of the electronic information device will be described in detail with reference to the drawings. In addition, each thickness, length, etc. of the structural member in each figure are not limited to the structure to illustrate from a viewpoint on drawing preparation.

(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 Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.

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-state imaging device 1 according to the first embodiment accumulates signal charges transferred from the charge transfer region 2, holds a potential corresponding to the signal charges, and then performs a reset operation. The floating diffusion section 3 (FD section 3), which is a charge detection region that repeats the operation to become the reset potential, the horizontal output transistor 4 that controls the transfer of signal charges from the charge transfer region 2 to the FD section 3, and the reset operation thereof And an output circuit 6 that outputs an imaging signal by converting the displacement of the signal charge of the FD unit 3 into a potential signal and amplifying it.

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 output circuit 6 is composed of a plurality of (two to three stages) source follower circuits, and amplifies and outputs an image pickup signal corresponding to the potential fluctuation of the signal charge of the FD section 3. The first stage transistor 6a constituting the output circuit 6 includes an impurity diffusion region 9 formed in a P-type well region 8 on a semiconductor substrate 7, and a gate disposed on the impurity diffusion region 9 via a gate insulating film 10. And an electrode 11. The gate electrode 11 is embedded with an interlayer insulating film 12, and the FD portion 3 and the gate electrode 11 are connected and formed on the interlayer insulating film 12 by a contact 13 as a contact means formed on the interlayer insulating film 12. The FD portion 3 and the gate electrode 11 are connected to the formed wiring 14. In other words, the contact 13 electrically connected to the surface portion of the FD portion 3 is electrically connected to the end portion extending from the portion functioning as the gate electrode 11 of the first stage transistor 6.

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 portion 3 and the impurity diffusion region 9 instead of the thick film of the field oxide film. That is, a cavity in which the element isolation region between the FD portion 3 as the signal output extraction portion at the terminal end of the charge transfer region 2 and the transistor of the signal output circuit to which the wiring from the FD portion 3 is connected is hollowed out A part (or space part) 15 is formed.

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 gate 11 of the output first stage transistor 6 a is connected to the impurity diffusion layer of the FD portion 3 through a contact 13. The cavity 15 is provided under the gate electrode 11 and on the substrate between the FD portion 3 for accumulating signal charges and the impurity diffusion region 9 of the output first stage transistor 6a. A cavity 15 is formed under the gate electrode 11 of the output first stage transistor 6a in a state of being blocked by the space blocking layer 21 and further via a space forming layer 22 therebelow. A plurality of openings 23 are formed in the space forming layer 22 on the cavity 15.

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 openings 23, first, as shown in FIG. 3A, the plurality of openings 23a are quadrangular and are arranged in a matrix. Next, as shown in FIG.3 (b), as the some opening part 23b, opening shape is circular and this is multiply arranged by the matrix form. Further, as shown in FIG. 3 (c), a plurality of openings 23c having a slit shape and a plurality of openings 23c are arranged.

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 horizontal output transistor 4 that controls the transfer of signal charges from the charge transfer region 2 to the FD unit 3 is disposed at the end of the charge transfer region 2. The horizontal output transistor 4 has a gate electrode 16 disposed through a gate insulating film 10. A reset transistor 5 is disposed on the opposite side of the charge transfer region 2 with respect to the FD portion 3. The reset transistor 5 includes a gate electrode 17 and a reset drain region 18 that are disposed with the gate insulating film 10 interposed therebetween.

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 charge transfer region 2 of the horizontal CCD by the plurality of vertical CCDs, and the signal charge transferred to the charge transfer region 2 is further transferred to the charge transfer region. 2, charges are transferred to the FD unit 3 through the horizontal output transistor gate 16 at the end. As a result, the signal charge is accumulated in the FD unit 3.

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 FD section 3 holds a potential corresponding to the accumulated signal charge, and this potential is transmitted from the FD section 3 to the gate electrode 11 of the first-stage transistor 6a through the contact 13, and the first-stage transistor 6a is connected to the output circuit 6 by the output circuit 6. Amplified and output from the output circuit 6 as an imaging signal.

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 FD unit 3 is discharged from the FD unit 3 to the reset drain region 18 by the gate 17 of the reset transistor 5, and the potential of the FD unit 3 is reset to a predetermined potential.

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 semiconductor substrate 7 is a Si substrate. However, the semiconductor substrate 7 is not limited to this, and various substrates that can be used as the semiconductor substrate 7 such as a GaAs substrate can be used.

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-state imaging device 1 of the first embodiment having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

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-state imaging device 1 of FIGS. It is.

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(SiO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SiO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-type well region 8 on a semiconductor substrate 7, a field oxide film 19 as an element isolation region is formed. The field oxide film 19 may be a thermal oxide film formed by a LOCOS method or a CVD oxide film (SiO 2 film) formed by using an STI method (Shallow Trench Isolation). Thereafter, an N-type impurity diffusion region 3a to be a floating diffusion portion (FD portion 3) for accumulating signal charges is formed. Subsequently, for example, a SiO 2 film 22a to be the first space forming layer 22 is formed by depositing a film thickness of 2000 to 4000 angstroms.

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SiO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SiO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 space forming layer 22 is formed on the photoresist 24 having a plurality of openings 23 as a mask, with a thickness of 0.1 to 0.1. A plurality of slit-like openings 23c having a width of 0.3 μm are formed to form the SiO 2 film 22b.

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、SF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 photoresist 24 is removed, and a plurality of slit-shaped openings are formed using the first space forming layer 22b in which the plurality of slit-shaped openings 23c are formed as a mask. Through the surface 23c, the surface portion of the P-type well region 8 and the end portion of the N-type impurity diffusion region 3a of the semiconductor substrate 7 are etched to form the cavity 15 (or space). This cavity 15 (or space) is formed by isotropically etching the silicon material of the semiconductor substrate 7 in an ionized plasma state with SF 6 gas. The position of the cavity portion 15 (or space portion) is a substrate between the FD portion 3 and the impurity diffusion region 9, and is a position below the gate electrode 11 of the first-stage transistor 6a. The element is separated by the cavity (or space) 15.

さらに、SiO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SiO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SiO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 spatial occlusion layer 21 having a thickness of 2000 to 5000 angstroms in order to close the opening 23c of the SiO 2 film 22b. In this case, a film with poor coverage is selected as the deposited film, and the entry of the deposited film into the cavity 15 (or the space) is suppressed. In other words, the opening 23c needs to have such a size that the SiO 2 film to be the space blocking layer 21 passes through the opening 23c and does not enter the cavity 15 (or the space).

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SiO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 space forming layer 22b and the SiO 2 film to be the space blocking layer 21 in the region where the gate insulating film for forming the transistor is formed are masked with the photoresist 25. Etching is removed. In order to suppress the level difference, the etching in this case is preferably isotropic etching.

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 photoresist 25 is removed, and a gate insulating film 10 having a thickness of 100 to 500 angstroms is formed by oxidation or deposition. Thereafter, a polysilicon film having a thickness of 1000 to 5000 angstroms is deposited thereon, and the gate electrode 11 of the first-stage transistor 6a in the output circuit 6 is formed by performing polysilicon etching into a desired shape using a photolithography technique. can do.

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 interlayer insulating film 12 made of a BPSG film covering the substrate on which the gate insulating film 10 and the gate electrode 11 of the first stage transistor 6a are formed is formed, and this is reflowed. To process. Thereafter, a contact hole reaching the surface of the FD portion 3 is formed in the interlayer insulating film 12 by a reactive ion etching (RIE) method or the like, and a metal material such as tungsten or aluminum is formed so as to fill the contact hole. .

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 gate electrode 11 of the first-stage transistor 6 and the N-type impurity diffusion region (FD portion) are removed. A wiring 14 made of a metal material that is electrically connected to 3) via a contact 13 is formed.

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-state imaging device 1 according to the first embodiment includes a step of depositing a film 22a to be the space forming layer 22 on the substrate in which the impurity diffusion region 9 to be the FD portion 3 is formed on the semiconductor substrate 7. An opening forming step of forming a plurality of openings 23 in a part of the film 22a to be the space forming layer 22, and a part of the semiconductor substrate 7 as a mask using the space forming layer 22 in which the plurality of openings 23 are formed as a mask. A space forming step of etching through the plurality of openings 23 to form the space 15, and a space blocking for depositing a film to be the space blocking layer 21 for closing the plurality of openings 23 on the space forming layer 33. After forming the gate insulating film 10, the layer deposition step, the space forming layer 22 and the space blocking layer forming step of etching and removing the film that becomes the space forming layer 22 and the space blocking layer 21 in the region where the gate insulating film 10 is formed, Game A gate electrode forming step of forming the gate electrode 11 on the insulating film 10 and the space blocking layer 21; an interlayer insulating film forming step of forming the interlayer insulating film 12 on the gate insulating film 10 and the gate electrode 11; And a contact means forming step of forming a contact 13 which is electrically connected to the surface of the FD portion 3 and electrically connected to the gate electrode 11.

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-stage transistor 6a of the output circuit 6 to which the FD unit 3 as the signal output extraction unit at the terminal end of the charge transfer region 2 and the contact 13 from the FD unit 3 are connected. Since the space portion 15 in which the element isolation region is made hollow is formed, the dielectric constant is greatly reduced to about 1/3 from the conventional insulating oxide film to the air layer. 3 can greatly reduce the parasitic capacitance with the substrate between the gate electrode 11 in the portion from 3 to the output circuit 6, and the sensitivity characteristics of the solid-state imaging device 1 can be made much higher than the conventional structure. it can.

(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 Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. 6 and 7, members having the same functions and effects as those of the constituent members used in FIGS. 1 and 2 are described with the same reference numerals.

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-state imaging device 1A of the second embodiment includes an FD unit 3 that accumulates signal charges transferred from the charge transfer region 2, a horizontal output transistor 4 that is in front of the FD unit 3, It has a reset transistor 5 that resets the potential of the FD unit 3 to a predetermined potential, and an output circuit 6 that amplifies the displacement of the FD unit 3 as a control voltage and outputs an imaging signal.

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 first stage transistor 6 a of the plurality of stages constituting the output circuit 6 includes an impurity diffusion region 9 formed in a P-type well region 8 on a semiconductor substrate 7, and a gate insulating film 10 on the impurity diffusion region 9. And a gate electrode 11A arranged therebetween. The gate electrode 11 </ b> A is embedded with the interlayer insulating film 12, and the FD portion 3 and the gate electrode 11 </ b> A are connected by the contact 13 formed in the interlayer insulating film 12 and the wiring formed on the interlayer insulating film 12. 14 is connected to the FD section 3 and the gate electrode 11A. A low dielectric constant cavity (or space) 15 is formed between the substrate of the FD portion 3 and the impurity diffusion region 9 instead of the thick film of the field oxide film. In this case, the gate electrode 11A covers the cavity (or space) 15 and also serves as a space forming layer. Further, the interlayer insulating film 12 covering the gate electrode 11 </ b> A also functions as the space blocking layer 21. These greatly simplify the manufacturing process.

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 cavity 15 is below the row of openings 23d formed in the gate electrode 11A, and the substrate surface between the FD portion 3 for accumulating signal charges and the impurity diffusion region 9 of the output first stage transistor 6a. Provided in the department.

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-state imaging device 1 of the first embodiment having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

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-state imaging device 1A of FIG. 6 and FIG. FIG.

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(SiO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-type well region 8 on a semiconductor substrate 7, a field oxide film 19 as an element isolation region is formed. The field oxide film 19 may be a thermal oxide film formed by a LOCOS method or a CVD oxide film (SiO 2 film) formed by using an STI method (Shallow Trench Isolation). Thereafter, an N-type impurity diffusion region 3 that forms a floating diffusion portion (FD portion 3) for accumulating signal charges is formed. Subsequently, a gate insulating film 10 having a thickness of 100 to 500 angstroms is formed by oxidation or deposition.

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 gate insulating film 10, and the photoresist 26 is used as a mask by a photolithography technique. By etching the silicon film, the outer shape of the gate electrode 11 of the first-stage transistor 6a is formed in a desired shape.

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 gate electrode 11 of the first-stage transistor 6a is removed by etching using the photoresist 27 patterned into a predetermined shape using a photolithography technique as a mask. A plurality of openings 23d having a width of 1 to 0.3 μm are formed in a line. As described above, the gate electrode 11 of the first-stage transistor 6a is directly patterned to form the gate electrode 11A, which can also serve as the second space forming layer.

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SiO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 photoresist 27 is removed and, as shown in FIG. 9A, the field oxide film 19 under the region of the plurality of openings 23d in a row is etched away using the gate electrode 11A of the first stage transistor 6a as a mask. Thus, the cavity 15 (or space) is formed. This cavity 15 (or space) is formed by isotropic etching of SiO 2 of silicon material by immersion in HF. The position of the cavity portion 15 (or space portion) is a substrate between the FD portion 3 and the impurity diffusion region 9, and is a position below the gate electrode 11A of the first-stage transistor 6a. The element is separated by the cavity (or space) 15.

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 interlayer insulating film 12 made of a BPSG film or the like is formed so as to cover the substrate on which the gate insulating film 10 and the gate electrode 11A of the first stage transistor 6a are formed. Reflow process. The interlayer insulating film 12 blocks the plurality of openings 23d in a row from above while maintaining the space of the cavity (or space) 15.

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 FD portion 3 is formed in the interlayer insulating film 12 by a reactive ion etching (RIE) method or the like, and a metal material such as tungsten or aluminum is formed so as to fill the contact hole. .

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 gate electrode 11A of the first-stage transistor 6 and the N-type impurity diffusion region (FD portion) are removed. A wiring 14 made of a metal material that is electrically connected to 3) via a contact 13 is formed.

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-state imaging device 1A of the second embodiment, after forming the field oxide film 19 of the element isolation region on the semiconductor substrate 7, the impurity diffusion region to be the FD portion 3 is formed, and the field oxide film 19 is formed. And a step of depositing the gate insulating film 10 on the substrate on which the impurity diffusion region to be the FD portion 3 is formed, a gate electrode forming step of forming the gate electrode 11 on the predetermined region of the gate insulating film 10, and the gate electrode 11 The step of forming a plurality of openings 23d in the gate electrode 11A and the field oxide film 19 (under the regions of the plurality of openings 23d of the gate electrode 11A using the gate electrode 11A formed with the plurality of openings 23d as a mask) In the absence of the field oxide film 19, a part of the semiconductor substrate 7 is etched to form the space part 15A, and the gate insulating film 10 and the gate insulating film 10 An interlayer insulating film forming step of forming an interlayer insulating film 12 on the first electrode 11A, and a contact means forming step of forming a contact 13 connected to the surface portion of the FD portion 3 and to the gate electrode 11A on the interlayer insulating film 12 And have.

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 gate electrode 11A of the first-stage transistor 6 is also used as a space forming layer, the lower portion of the plurality of openings 23d in one row of the gate electrode 11A is used. Only the cavity (or space) 15A can be selectively formed, and the manufacturing process can be greatly simplified.

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 field oxide film 19 under the region of the plurality of openings 23d in a row is removed by etching using the gate electrode 11A of the first-stage transistor 6a as a mask. Thus, the cavity 15 (or space) is formed. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 9C, a region of a plurality of openings 23d in a row using the gate electrode 11A of the first-stage transistor 6a as a mask. Even if the underlying field oxide film 19 is etched to leave about 1/2 or 1/3, the parasitic capacitance between the gate electrode 11 and the substrate can be greatly reduced by the space portion 15B. In addition, the sensitivity characteristics of the solid-state imaging device 1 can be significantly improved. In this case, the etching time is shortened by the amount of the field oxide film 19A remaining, and the field oxide film 19A to the extent that exists between the FD portion 3 and the impurity diffusion region 9 of the first stage transistor 6a remains. As a result, the element isolation layer function is enhanced.

(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 Embodiments 1 and 2 of the present invention as an imaging unit as Embodiment 3 of the present invention.

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 electronic information device 90 according to the third embodiment includes a solid-state imaging device 91 that obtains a color image signal by performing predetermined signal processing on the imaging signal from the solid-state imaging device 1 or 1A according to the first and second embodiments. The memory unit 92 such as a recording medium that can record data after performing predetermined signal processing (for example, data compression processing) on the color image signal from the solid-state imaging device 91 and the color image from the solid-state imaging device 91 A display means 93 such as a liquid crystal display device that can display a signal on a display screen such as a liquid crystal display screen after processing the signal for a predetermined signal for display, and a color image signal from the solid-state image pickup device 91 for communication The communication means 94 such as a transmission / reception device that can perform communication processing after signal processing and the color image signal from the solid-state imaging device 91 are subjected to predetermined print signal processing for printing. And an image output means 95 such as a printer which allows printing later. The electronic information device 90 is not limited to this, but in addition to the solid-state imaging device 91, at least one of a memory unit 92, a display unit 93, a communication unit 94, and an image output unit 95 such as a printer. You may have.

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 electronic information device 90 includes, for example, a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera, an in-vehicle camera such as a surveillance camera, a door phone camera, and an in-vehicle rear surveillance camera, and a video phone camera. An electronic device having an image input device such as an image input camera, a scanner device, a facsimile device, a camera-equipped mobile phone device, and a portable terminal device (PDA) is conceivable.

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-state imaging device 91, the image is displayed on the display screen, or the image is output by the image output means 95 on the paper. (Printing), communicating this as communication data in a wired or wireless manner, performing a predetermined data compression process in the memory unit 92 and storing it in a good manner, or performing various data processings satisfactorily Can do.

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 space portion 23 as a method for manufacturing the solid-state image sensor including the solid-state image sensor manufacturing process for manufacturing the solid-state image sensor 1 or 1A. However, the space forming layer 22 is formed on the semiconductor substrate 7 and a part of the gate electrode 11 is formed thereon, or the gate electrode 11 also serves as the space forming layer 22 like the gate electrode 11A. A plurality of openings 23 are formed in the space forming layer 22 or the gate electrode 11A, and the semiconductor substrate 7 or the semiconductor substrate 7 through the plurality of openings 23 using the space forming layer 22 or the gate electrode 11A in which the plurality of openings 23 are formed as a mask. Even when the space layer 23 is formed in the semiconductor substrate 7 by partially or entirely etching the base layer (field oxide film 19) formed on the semiconductor substrate 7, If a part of the gate electrode 11 or 11A of the first stage transistor 6a constituting the signal output circuit 6 connected to the D portion 3 has the space portion 23 between the semiconductor substrate 7, the output is performed in a simple manner. The parasitic capacitance of the portion (FD portion 3 and the signal output circuit 6 connected thereto) can be greatly reduced, and the object of the present invention can be achieved which can make the sensitivity much higher than that of the conventional structure.

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 preferred embodiments 1 to 3 of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited in this specification should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described in the present specification. Understood.

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 SYMBOLS 1, 1A Solid-state image sensor 2 Charge transfer area 3 Floating diffusion part (FD part)
4 Horizontal output transistor 5 Reset transistor 6 Output circuit 6a First stage transistor 7 Semiconductor substrate 8 P-type well region 9 Impurity diffusion region 10 Gate insulating film 11, 11A, 16, 17 Gate electrode 12 Interlayer insulating film 13 Contact 14 Wiring 15, 15A Cavity Part (or space part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 Reset drain area | region 19 Field oxide film 21 Space blockage layer 22 Space formation layer 23, 23a, 23b, 23c, 23d Opening 90 Electronic information equipment 91 Solid-state imaging device 92 Memory part 93 Display means 94 Communication means 95 Image output means

Claims (17)

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.
請求項1に記載の固体撮像素子において、前記空間部上を覆う空間形成層が設けられている固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a space forming layer that covers the space portion. 請求項2に記載の固体撮像素子において、前記空間形成層は、前記ゲート電極が兼用しているかまたは該ゲート電極以外の膜で構成されている固体撮像素子。   3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the space forming layer is shared by the gate electrode or is formed of a film other than the gate electrode. 請求項3に記載の固体撮像素子において、前記空間形成層には、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固体撮像素子。   4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the space forming layer includes a plurality of openings for forming the space, and the openings are formed in a matrix in a plan view. A solid-state imaging device having at least one of a plurality of squares, a plurality of circles, and a slit shape formed in one or a plurality of rows. 請求項1に記載の固体撮像素子において、前記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固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the space portion is formed as an element isolation insulating layer on a substrate surface portion between the floating diffusion portion and the impurity diffusion region of the transistor. 請求項1に記載の固体撮像素子において、前記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固体撮像素子。   2. The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the gate electrode of the transistor is made of a polysilicon wiring material. 請求項1に記載の固体撮像素子において、前記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固体撮像素子。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the contact means electrically connected to the surface portion of the floating diffusion portion is electrically connected to an end portion extending from a portion functioning as a gate electrode of the transistor. Solid-state imaging device. 請求項1に記載の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.
請求項8に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
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.
請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法において、前記空間形成層は、SiO材料またはSiN材料から構成されている固体撮像素子の製造方法。 10. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 9, wherein the space forming layer is made of a SiO 2 material or a SiN material. 請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法において、前記空間部を、前記開口部を通して、SF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固体撮像素子の製造方法。 10. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 9, wherein the space portion 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. Manufacturing method of solid-state image sensor. 請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法において、前記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固体撮像素子の製造方法。   The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 9, wherein the size of the opening and the material of the space blocking layer are set so that the space blocking layer does not enter the plurality of spaces. . 請求項8に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
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 .
請求項13に記載の固体撮像素子の製造方法において、前記空間部を、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固体撮像素子の製造方法。   14. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 13, wherein the space is formed by isotropically etching the field oxide film by immersing the space in HF through the opening. 請求項13に記載の固体撮像素子の製造方法において、前記空間部を、前記開口部を通して、SF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固体撮像素子の製造方法。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 13, the space through the opening, formed by isotropically etching a portion of said semiconductor substrate a gas containing SF 4 gas ionized plasma state Manufacturing method of solid-state image sensor. 請求項13に記載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SiO材料から構成されている固体撮像素子の製造方法。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 13, wherein the field oxide film and the gate insulating film manufacturing method of the solid-state imaging device and a SiO 2 material. 請求項1〜7のいずれかに記載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電子情報機器。   The electronic information apparatus which used the solid-state image sensor in any one of Claims 1-7 as an image input device for the imaging part.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
JP7282822B2 (en) 2015-03-31 2023-05-29 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 sensor and electronic equipment
US11929380B2 (en) 2015-03-31 2024-03-12 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state image-capturing element having floation diffusion and hollow regions

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