JP2011216530A5 - - Google Patents

Description

図１に示すように、単位画素２０Ａは、フォトダイオード（ＰＤ）２１に加えて、転送ゲート２４、浮遊拡散領域（ＦＤ：Floating Diffusion）２５、リセットトランジスタ２６、増幅トランジスタ２７、および選択トランジスタ２８を有する構成となっている。

本発明の一側面の第１の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域を形成する工程と、前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートにおける前記電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極と、前記電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートのゲート電極を形成する工程と、前記光電変換素子と前記電荷保持領域との境界部分であって、前記光電変換素子から前記電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、前記第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極を形成する工程と、前記光電変換素子と、前記第２転送ゲートによって前記電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域を形成する工程とを備える。

本発明の一側面の第１の固体撮像素子の製造方法においては、半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域が形成され、光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートにおける電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極と、電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートのゲート電極が形成され、光電変換素子と電荷保持領域との境界部分であって、光電変換素子から電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極が形成され、光電変換素子と、第２転送ゲートによって電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域が形成される。

本発明の一側面の第２の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域を形成する工程と、前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートと、前記電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートを形成する工程と、前記光電変換素子と、前記第２転送ゲートによって前記電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域を形成する工程と、前記第１転送ゲートにおける、前記電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極、および、前記光電変換素子と前記電荷保持領域との境界部分であって、前記光電変換素子から前記電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、前記第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極、並びに前記第２転送ゲートのゲート電極となる部分にイオンを注入する工程とを備える。

本発明の一側面の第２の固体撮像素子の製造方法においては、半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域が形成され、光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートと、電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートが形成され、光電変換素子と、第２転送ゲートによって電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域が形成され、第１転送ゲートにおける、電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極、および、光電変換素子と電荷保持領域との境界部分であって、光電変換素子から電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極、並びに第２転送ゲートのゲート電極となる部分にイオンが注入される。

本発明の一側面の第３の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域を形成する工程と、前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートにおける前記電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極と、前記電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートのゲート電極を形成する工程と、前記光電変換素子と、前記第２転送ゲートによって前記電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域を形成する工程と、前記半導体基板上に所定の層間絶縁膜を形成する工程と、前記光電変換素子と前記電荷保持領域との境界部分であって、前記光電変換素子から前記電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、前記第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極が配置可能となるように、前記層間絶縁膜をエッチングする工程と、前記層間絶縁膜の前記第２ゲート電極が配置可能な形状となった部分に、所定の絶縁膜を堆積して、所定の金属を積層した後、不要な金属層を除去することにより前記第２ゲート電極を形成する工程とを備える。

本発明の一側面の第３の固体撮像素子の製造方法においては、半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域が形成され、光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートにおける電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極と、電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートのゲート電極が形成され、光電変換素子と、第２転送ゲートによって電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域が形成され、半導体基板上に所定の層間絶縁膜が形成され、光電変換素子と電荷保持領域との境界部分であって、光電変換素子から電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極が配置可能となるように、層間絶縁膜がエッチングされ、層間絶縁膜の第２ゲート電極が配置可能な形状となった部分に、所定の絶縁膜を堆積して、所定の金属を積層した後、不要な金属層を除去することにより第２ゲート電極が形成される。

本発明の一側面の第４の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域を形成する工程と、前記電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートのゲート電極を形成する工程と、前記光電変換素子と、前記第２転送ゲートによって前記電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域を形成する工程と、前記半導体基板上に所定の層間絶縁膜を形成する工程と、前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートにおける前記電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極が配置可能となるように、前記層間絶縁膜をエッチングする工程と、前記層間絶縁膜の前記第１ゲート電極が配置可能な形状となった部分に、所定の絶縁膜を堆積して、第１金属を積層した後、不要な金属層を除去することにより前記第１ゲート電極を形成する工程と、前記光電変換素子と前記電荷保持領域との境界部分であって、前記光電変換素子から前記電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、前記第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極が配置可能となるように、前記層間絶縁膜をエッチングする工程と、前記層間絶縁膜の前記第２ゲート電極が配置可能な形状となった部分に、所定の絶縁膜を堆積して、前記第１金属と異なる第２金属を積層した後、不要な金属層を除去することにより前記第２ゲート電極を形成する工程とを備える。

本発明の一側面の第４の固体撮像素子の製造方法においては、半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域が形成され、電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートのゲート電極が形成され、光電変換素子と、第２転送ゲートによって電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域が形成され、半導体基板上に所定の層間絶縁膜が形成され、光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートにおける電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極が配置可能となるように、層間絶縁膜がエッチングされ、層間絶縁膜の第１ゲート電極が配置可能な形状となった部分に、所定の絶縁膜を堆積して、第１金属を積層した後、不要な金属層を除去することにより第１ゲート電極が形成され、光電変換素子と電荷保持領域との境界部分であって、光電変換素子から電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極が配置可能となるように、層間絶縁膜がエッチングされ、層間絶縁膜の第２ゲート電極が配置可能な形状となった部分に、所定の絶縁膜を堆積して、第１金属と異なる第２金属を積層した後、不要な金属層を除去することにより第２ゲート電極が形成される。

Claims (15)

1. 入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子と、
   前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートと、
   前記第１転送ゲートによって前記光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域と、
   前記電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートと、
   前記第２転送ゲートによって前記電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域と
   を有する複数の単位画素を備え、
   前記光電変換素子と前記電荷保持領域との境界部分には、所定電荷量を決めるポテンシャルにて形成され、前記所定電荷量を超える電荷を信号電荷として、前記光電変換素子から前記電荷保持領域に転送するオーバーフローパスが形成される構造を有しており、
   前記第１転送ゲートには、前記オーバーフローパスの上部と前記電荷保持領域の上部にそれぞれ配置されるゲート電極として、仕事関数の異なる２つの電極が設けられている
   固体撮像素子。
2. 前記ゲート電極は、前記オーバーフローパスの上部の電極の仕事関数が、前記電荷保持領域の上部の電極の仕事関数よりも小さくなる
   請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記ゲート電極は、前記オーバーフローパスの上部の電極がＮ型の多結晶シリコンであり、前記電荷保持領域の上部の電極がＰ型の多結晶シリコンである
   請求項２に記載の固体撮像素子。
4. 前記Ｎ型の多結晶シリコンと前記Ｐ型の多結晶シリコンは、絶縁層で分離されている
   請求項３に記載の固体撮像素子。
5. 前記ゲート電極は、同一層の多結晶シリコン構造であり、異なる不純物の注入により前記Ｎ型の多結晶シリコンと前記Ｐ型の多結晶シリコンとに分離されている
   請求項３に記載の固体撮像素子。
6. 前記ゲート電極は、前記オーバーフローパスの上部の電極が金属からなる電極であり、前記電荷保持領域の上部の電極がＰ型の多結晶シリコンである
   請求項２に記載の固体撮像素子。
7. 前記ゲート電極は、前記オーバーフローパスの上部の電極がＮ型の多結晶シリコンであり、前記電荷保持領域の上部の電極が金属からなる電極である
   請求項２に記載の固体撮像素子。
8. 前記ゲート電極は、前記オーバーフローパスの上部の電極と、前記電荷保持領域の上部の電極がそれぞれ異なる種類の金属からなる電極である
   請求項２に記載の固体撮像素子。
9. 前記ゲート電極は、それぞれの電極が同一の配線に接続されている
   請求項１に記載の固体撮像素子。
10. 半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域を形成する工程と、
    前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートにおける前記電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極と、前記電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートのゲート電極を形成する工程と、
    前記光電変換素子と前記電荷保持領域との境界部分であって、前記光電変換素子から前記電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、前記第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極を形成する工程と、
    前記光電変換素子と、前記第２転送ゲートによって前記電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域を形成する工程と
    を備える固体撮像素子の製造方法。
11. 半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域を形成する工程と、
    前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートと、前記電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートを形成する工程と、
    前記光電変換素子と、前記第２転送ゲートによって前記電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域を形成する工程と、
    前記第１転送ゲートにおける、前記電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極、および、前記光電変換素子と前記電荷保持領域との境界部分であって、前記光電変換素子から前記電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、前記第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極、並びに前記第２転送ゲートのゲート電極となる部分にイオンを注入する工程と
    を備える固体撮像素子の製造方法。
12. 前記イオンを注入する工程は、フォトレジストによるパターニングを行った後、Ｐ型のイオンを、前記第１転送ゲートの前記第１ゲート電極と、前記第２転送ゲートの前記ゲート電極となる部分に注入し、さらに、フォトレジストによるパターニングを行った後、Ｎ型となるイオンを、前記第１転送ゲートの前記第２ゲート電極に注入する
    請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
13. 半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域を形成する工程と、
    前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートにおける前記電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極と、前記電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートのゲート電極を形成する工程と、
    前記光電変換素子と、前記第２転送ゲートによって前記電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域を形成する工程と、
    前記半導体基板上に所定の層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記光電変換素子と前記電荷保持領域との境界部分であって、前記光電変換素子から前記電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、前記第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極が配置可能となるように、
    前記層間絶縁膜をエッチングする工程と、
    前記層間絶縁膜の前記第２ゲート電極が配置可能な形状となった部分に、所定の絶縁膜を堆積して、所定の金属を積層した後、不要な金属層を除去することにより前記第２ゲート電極を形成する工程と
    を備える固体撮像素子の製造方法。
14. 半導体基板に、入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域を形成する工程と、
    前記電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートのゲート電極を形成する工程と、
    前記光電変換素子と、前記第２転送ゲートによって前記電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域を形成する工程と、
    前記半導体基板上に所定の層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートにおける前記電荷保持領域の上部に配置される第１ゲート電極が配置可能となるように、前記層間絶縁膜をエッチングする工程と、
    前記層間絶縁膜の前記第１ゲート電極が配置可能な形状となった部分に、所定の絶縁膜を堆積して、第１金属を積層した後、不要な金属層を除去することにより前記第１ゲート電極を形成する工程と、
    前記光電変換素子と前記電荷保持領域との境界部分であって、前記光電変換素子から前記電荷保持領域に所定電荷量を超える電荷を転送するオーバーフローパスの上部に配置される、前記第１ゲート電極と仕事関数の異なる第２ゲート電極が配置可能となるように、前記層間絶縁膜をエッチングする工程と、
    前記層間絶縁膜の前記第２ゲート電極が配置可能な形状となった部分に、所定の絶縁膜を堆積して、前記第１金属と異なる第２金属を積層した後、不要な金属層を除去することにより前記第２ゲート電極を形成する工程と
    を備える固体撮像素子の製造方法。
15. 入射光量に応じた電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子と、
    前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する第１転送ゲートと、
    前記第１転送ゲートによって前記光電変換素子から転送される電荷を保持する電荷保持領域と、
    前記電荷保持領域に保持された電荷を転送する第２転送ゲートと、
    前記第２転送ゲートによって前記電荷保持領域から転送される電荷を信号として読み出すために保持する浮遊拡散領域と
    を有する複数の単位画素を備え、
    前記光電変換素子と前記電荷保持領域との境界部分には、所定電荷量を決めるポテンシャルにて形成され、前記所定電荷量を超える電荷を信号電荷として、前記光電変換素子から前記電荷保持領域に転送するオーバーフローパスが形成される構造を有しており、
    前記第１転送ゲートには、前記オーバーフローパスの上部と前記電荷保持領域の上部にそれぞれ配置されるゲート電極として、仕事関数の異なる２つの電極が設けられている
    固体撮像素子を搭載した電子機器。