JP3149855B2 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその製造方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置、特
に、スミアの発生を抑制することのできる固体撮像装置
に関する。
に、スミアの発生を抑制することのできる固体撮像装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】アクティブ型XYアドレス方式の固体撮
像装置であるCMOSセンサの基本セルを図1に示す。
10はP型シリコン基板、12はP型ウェル、14はフ
ォトダイオードとなるN型領域(光電変換領域)、16
はゲートSiO2 膜、18はリセットゲートとなるポリ
シリコン、20はリセットドレインとなるN+ 型領域、
21は素子分離のためのフィールド酸化膜、22は遮光
膜となる金属膜であり光が入射する開口23を規定す
る。光電変換領域と遮光膜との間には、層間絶縁膜や配
線層が設けられている。24は選択スイッチMOSトラ
ンジスタ26を含むソースフォロワアンプである。ソー
スフォロワアンプは、検出用MOSトランジスタ28お
よび負荷用MOSトランジスタ29よりなる。検出用M
OSトランジスタ28のゲートは光電変換領域14に接
続されている。
像装置であるCMOSセンサの基本セルを図1に示す。
10はP型シリコン基板、12はP型ウェル、14はフ
ォトダイオードとなるN型領域(光電変換領域)、16
はゲートSiO2 膜、18はリセットゲートとなるポリ
シリコン、20はリセットドレインとなるN+ 型領域、
21は素子分離のためのフィールド酸化膜、22は遮光
膜となる金属膜であり光が入射する開口23を規定す
る。光電変換領域と遮光膜との間には、層間絶縁膜や配
線層が設けられている。24は選択スイッチMOSトラ
ンジスタ26を含むソースフォロワアンプである。ソー
スフォロワアンプは、検出用MOSトランジスタ28お
よび負荷用MOSトランジスタ29よりなる。検出用M
OSトランジスタ28のゲートは光電変換領域14に接
続されている。
【0003】このような構成のCMOSセンサは次のよ
うに動作する。すなわち、まず、リセットゲート18に
ハイパルスφR を印加することにより、フォトダイオー
ドとなるN型領域14の電位をセットする。次に、リセ
ットゲート18にローパルスφR を印加することによ
り、空乏層中に光電変換された電荷を蓄積する。蓄積さ
れた電荷量により、フォトダイオードの電位は変動し、
その電位変化をソースフォロワアンプ24の出力端子3
0から出力する。
うに動作する。すなわち、まず、リセットゲート18に
ハイパルスφR を印加することにより、フォトダイオー
ドとなるN型領域14の電位をセットする。次に、リセ
ットゲート18にローパルスφR を印加することによ
り、空乏層中に光電変換された電荷を蓄積する。蓄積さ
れた電荷量により、フォトダイオードの電位は変動し、
その電位変化をソースフォロワアンプ24の出力端子3
0から出力する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のCMOSセンサ
の構造では、開口を規定する遮光膜22とシリコン基板
10上の光電変換領域14との間に層間絶縁膜および複
数の配線層が存在するため、遮光膜22と光電変換領域
14との間隔が非常に大きくなり、開口23から入射し
た光の回折効果により回折された入射光25が、図1に
示すように光電変換領域14の周辺部に入射する。
の構造では、開口を規定する遮光膜22とシリコン基板
10上の光電変換領域14との間に層間絶縁膜および複
数の配線層が存在するため、遮光膜22と光電変換領域
14との間隔が非常に大きくなり、開口23から入射し
た光の回折効果により回折された入射光25が、図1に
示すように光電変換領域14の周辺部に入射する。
【0005】したがって、従来のCMOSセンサの構造
では、光の回折効果により光電変換領域の周辺部に入射
した光による光電変換で発生した偽信号(一般にスミア
と呼ばれる)が発生するという欠点があった。
では、光の回折効果により光電変換領域の周辺部に入射
した光による光電変換で発生した偽信号(一般にスミア
と呼ばれる)が発生するという欠点があった。
【0006】さらに、この偽信号が、隣接する他の光電
変換領域、あるいはソースフォロワアンプ24の拡散層
にトラップされ、映像信号のS/Nが劣化するという欠
点があった。
変換領域、あるいはソースフォロワアンプ24の拡散層
にトラップされ、映像信号のS/Nが劣化するという欠
点があった。
【0007】本発明の目的は、上記欠点を解消した固体
撮像装置を提供することにある。
撮像装置を提供することにある。
【0008】本発明の他の目的は、上記の固体撮像装置
を製造する方法を提供することにある。
を製造する方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様である固
体撮像装置は、シリコン基板に光電変換領域を備え、光
電変換領域の表面でその周辺を縁取る平面をシリサイド
化し、シリサイド化された領域で光電変換領域の光入射
領域を規定している。シリサイド化された領域は、スミ
ア発生の原因となる光の入射をさえぎる。
体撮像装置は、シリコン基板に光電変換領域を備え、光
電変換領域の表面でその周辺を縁取る平面をシリサイド
化し、シリサイド化された領域で光電変換領域の光入射
領域を規定している。シリサイド化された領域は、スミ
ア発生の原因となる光の入射をさえぎる。
【0010】このような固体撮像装置は、シリコン基板
に光電変換領域を形成する工程と、光電変換領域の光入
射領域を規定するために、光電変換領域の表面で光電変
換領域の周辺を縁取る平面をシリサイド化する工程とを
含む製造方法により製造される。
に光電変換領域を形成する工程と、光電変換領域の光入
射領域を規定するために、光電変換領域の表面で光電変
換領域の周辺を縁取る平面をシリサイド化する工程とを
含む製造方法により製造される。
【0011】また本発明の他の態様の固体撮像装置は、
シリコン基板に光電変換領域とリセットゲートとリセッ
トドレイン領域とを備え、光電変換領域の上方に開口を
規定する遮光膜を備え、光電変換領域の表面で光電変換
領域の周辺を縁取る平面をシリサイド化し、シリサイド
化された領域で、開口からの回折光の入射をさえぎる構
成となっている。
シリコン基板に光電変換領域とリセットゲートとリセッ
トドレイン領域とを備え、光電変換領域の上方に開口を
規定する遮光膜を備え、光電変換領域の表面で光電変換
領域の周辺を縁取る平面をシリサイド化し、シリサイド
化された領域で、開口からの回折光の入射をさえぎる構
成となっている。
【0012】このような固体撮像装置は、シリコン基板
内に、このシリコン基板とは逆導電型の領域を光電変換
領域として形成する工程と、シリコン基板上にリセット
ゲートを形成する工程と、シリコン基板内に、シリコン
基板とは逆導電型のリセットドレイン領域を形成する工
程と、光電変換領域の光入射領域を規定するために、光
電変換領域の表面で光電変換領域の周辺を縁取る平面を
シリサイド化する工程と、光電変換領域の上方に、開口
を規定する遮光膜を形成する工程を含む製造方法により
製造される。
内に、このシリコン基板とは逆導電型の領域を光電変換
領域として形成する工程と、シリコン基板上にリセット
ゲートを形成する工程と、シリコン基板内に、シリコン
基板とは逆導電型のリセットドレイン領域を形成する工
程と、光電変換領域の光入射領域を規定するために、光
電変換領域の表面で光電変換領域の周辺を縁取る平面を
シリサイド化する工程と、光電変換領域の上方に、開口
を規定する遮光膜を形成する工程を含む製造方法により
製造される。
【0013】
【発明の実施の形態】図2は、本発明の一実施例である
CMOSセンサの基本セルを示す図である。図1に示し
たCMOSセンサの構造と基本的に同じであるが、光電
変換領域14の周辺を縁取る平面をシリサイド化し、シ
リサイド化された領域(シリサイド領域)32で光電変
換領域の光入射領域(開口領域)を規定している点が異
なっている。なお図2では、図1と同じ構成要素には同
一の参照番号を付して示す。
CMOSセンサの基本セルを示す図である。図1に示し
たCMOSセンサの構造と基本的に同じであるが、光電
変換領域14の周辺を縁取る平面をシリサイド化し、シ
リサイド化された領域(シリサイド領域)32で光電変
換領域の光入射領域(開口領域)を規定している点が異
なっている。なお図2では、図1と同じ構成要素には同
一の参照番号を付して示す。
【0014】このような構造のCMOSセンサでは、シ
リサイド領域32が光電変換領域14の表面に配置され
ているため、スミアの原因となるような光が回折入射す
る間隔が存在しない。したがって、光電変換領域14に
はスミアの発生原因となる光の入射がさえぎられる。
リサイド領域32が光電変換領域14の表面に配置され
ているため、スミアの原因となるような光が回折入射す
る間隔が存在しない。したがって、光電変換領域14に
はスミアの発生原因となる光の入射がさえぎられる。
【0015】次に、本実施例のCMOSセンサの基本セ
ルの製造方法を説明する。図3,図4は、その製造工程
の一例を説明するための図である。
ルの製造方法を説明する。図3,図4は、その製造工程
の一例を説明するための図である。
【0016】まず、図3(A)に示すように、P型シリ
コン基板10を用意する。
コン基板10を用意する。
【0017】次に、図3(B)に示すように、素子分離
(分離距離0.6μm)のためのフィールド酸化膜21
を形成する。
(分離距離0.6μm)のためのフィールド酸化膜21
を形成する。
【0018】次に、図3(C)に示すように、ホウ素
(B)をイオン注入してP型ウェル12を形成する。イ
オン注入は、例えば注入エネルギー300keV,ドー
ズ量1×1013/cm2 、100keV,5×1012/
cm2 、60keV,2.5×1012/cm2 の条件で
3回連続して行う。なお、基板濃度のままでも素子特性
が得られる場合、P型ウェル形成工程は省略できる。
(B)をイオン注入してP型ウェル12を形成する。イ
オン注入は、例えば注入エネルギー300keV,ドー
ズ量1×1013/cm2 、100keV,5×1012/
cm2 、60keV,2.5×1012/cm2 の条件で
3回連続して行う。なお、基板濃度のままでも素子特性
が得られる場合、P型ウェル形成工程は省略できる。
【0019】次に、図3(D)に示すように、厚さ10
nm程度のSiO2 膜34を形成し、続いてSiO2 膜
上にリセットゲート18を形成する。ゲートは、ポリシ
リコン、またはポリシリコンとWシリサイドの2層構造
よりなるポリサイドで形成することができる。次に、例
えばヒ素(As)を注入エネルギー70keV,ドーズ
量1×1016/cm2 で注入し、N+ 型領域よりなるリ
セットドレイン20を形成する。次に、リセットドレイ
ン領域をレジストで被覆し、例えばリン(P)を注入エ
ネルギー150keV,ドーズ量1×1013/cm2 で
注入し、N型領域よりなる光電変換領域14を形成す
る。
nm程度のSiO2 膜34を形成し、続いてSiO2 膜
上にリセットゲート18を形成する。ゲートは、ポリシ
リコン、またはポリシリコンとWシリサイドの2層構造
よりなるポリサイドで形成することができる。次に、例
えばヒ素(As)を注入エネルギー70keV,ドーズ
量1×1016/cm2 で注入し、N+ 型領域よりなるリ
セットドレイン20を形成する。次に、リセットドレイ
ン領域をレジストで被覆し、例えばリン(P)を注入エ
ネルギー150keV,ドーズ量1×1013/cm2 で
注入し、N型領域よりなる光電変換領域14を形成す
る。
【0020】次に、図4(E)に示すように、シリサイ
ド化したい光電変換領域14上のゲートSiO2 膜34
を除去する。すなわち、光電変換領域の周辺を縁取る平
面上のゲートSiO2 膜34を除去する。
ド化したい光電変換領域14上のゲートSiO2 膜34
を除去する。すなわち、光電変換領域の周辺を縁取る平
面上のゲートSiO2 膜34を除去する。
【0021】この例では、シリサイド領域の形成のため
のSiO2 膜34は、同時にゲートSiO2 膜16をも
形成するようにしているが、図3(D)のリセットゲー
ト18を形成後に、ゲート18の下側のSiO2 膜以外
の他のすべてのゲートSiO 2 膜を除去した後に、厚さ
50nm程度の新たなSiO2 膜を形成してもよい。
のSiO2 膜34は、同時にゲートSiO2 膜16をも
形成するようにしているが、図3(D)のリセットゲー
ト18を形成後に、ゲート18の下側のSiO2 膜以外
の他のすべてのゲートSiO 2 膜を除去した後に、厚さ
50nm程度の新たなSiO2 膜を形成してもよい。
【0022】次に、図4(F)に示すように、SiO2
膜が除去された部分に40nm程度の厚さのTiをスパ
ッタにより堆積した後、1分間,700℃で加熱処理し
て、シリサイド領域32を形成する。その後、SiO2
膜34を除去する。リセットゲート18の下側のSiO
2 膜は、ゲートSiO2 膜16となる。
膜が除去された部分に40nm程度の厚さのTiをスパ
ッタにより堆積した後、1分間,700℃で加熱処理し
て、シリサイド領域32を形成する。その後、SiO2
膜34を除去する。リセットゲート18の下側のSiO
2 膜は、ゲートSiO2 膜16となる。
【0023】この例では、Tiのシリサイド層を形成し
たが、これに限定されるものではなく、一般に、Mo,
W,Coなどの高融点金属のシリサイド層を形成するこ
とができる。
たが、これに限定されるものではなく、一般に、Mo,
W,Coなどの高融点金属のシリサイド層を形成するこ
とができる。
【0024】その後、層間膜,配線,および遮光膜を形
成して、図2に示した基本セルを作製する。
成して、図2に示した基本セルを作製する。
【0025】以上の実施例では、シリサイド層を光電変
換領域の周辺にのみ形成したが、リセットドレイン領域
上にシリサイド層を低抵抗の電極として同時に形成して
もよい。
換領域の周辺にのみ形成したが、リセットドレイン領域
上にシリサイド層を低抵抗の電極として同時に形成して
もよい。
【0026】図5は、リセットドレイン領域16上にも
シリサイド層を形成したCMOSセンサの基本セルを示
す図である。リセットドレイン20上に形成されたシリ
サイド層を36で示している。この様にすることで、コ
ンタクト抵抗を低減できる。
シリサイド層を形成したCMOSセンサの基本セルを示
す図である。リセットドレイン20上に形成されたシリ
サイド層を36で示している。この様にすることで、コ
ンタクト抵抗を低減できる。
【0027】図6には、この基本セルの製造方法を示
す。図3,図4で説明した工程と基本的に同じである
が、SiO2 膜の形成のみ異なる。図6(A)に示すよ
うに、SiO2 膜34は、光電変換領域の周辺を縁取る
平面上のSiO2 膜のみならず、リセットドレイン領域
16上のSiO2 膜も除去される。次に、図6(B)に
示すように、Tiをスパッタにより堆積し、加熱処理し
てシリサイド層32,36を形成する。シリサイド層3
6は、リセットドレイン領域20上に形成されたTiシ
リサイド層である。
す。図3,図4で説明した工程と基本的に同じである
が、SiO2 膜の形成のみ異なる。図6(A)に示すよ
うに、SiO2 膜34は、光電変換領域の周辺を縁取る
平面上のSiO2 膜のみならず、リセットドレイン領域
16上のSiO2 膜も除去される。次に、図6(B)に
示すように、Tiをスパッタにより堆積し、加熱処理し
てシリサイド層32,36を形成する。シリサイド層3
6は、リセットドレイン領域20上に形成されたTiシ
リサイド層である。
【0028】以上の実施例では、ソースフォロワアンプ
の検出用MOSFETのゲートは、光電変換領域に接続
しているが、光電変換領域の周辺に設けられたシリサイ
ド層32に接続してもよい。
の検出用MOSFETのゲートは、光電変換領域に接続
しているが、光電変換領域の周辺に設けられたシリサイ
ド層32に接続してもよい。
【0029】以上本発明の固体撮像装置をCMOSセン
サについて説明したが、本発明はCCDセンサにも適用
できることは明らかである。
サについて説明したが、本発明はCCDセンサにも適用
できることは明らかである。
【0030】
【発明の効果】本発明の固体撮像装置は、シリサイド化
領域がシリコン表面に配置されているため、スミアの原
因となるような光が回折入射する間隔が存在しない。し
たがって、光電変換領域には、スミア発生の原因となる
光の入射がさえぎられる。
領域がシリコン表面に配置されているため、スミアの原
因となるような光が回折入射する間隔が存在しない。し
たがって、光電変換領域には、スミア発生の原因となる
光の入射がさえぎられる。
【0031】このため、光の回折効果により光電変換領
域の周辺領域に入射した光による光電変換で発生した偽
信号の発生を抑制することができる。さらに、この偽信
号が隣接する他の光電変換領域、あるいは出力回路の拡
散層にトラップされ、映像信号のS/Nが劣化を抑制す
ることができる。
域の周辺領域に入射した光による光電変換で発生した偽
信号の発生を抑制することができる。さらに、この偽信
号が隣接する他の光電変換領域、あるいは出力回路の拡
散層にトラップされ、映像信号のS/Nが劣化を抑制す
ることができる。
【図1】アクティブ型XYアドレス方式の固体撮像装置
であるCMOSセンサの基本セルを示す図である。
であるCMOSセンサの基本セルを示す図である。
【図2】本発明の一実施例であるCMOSセンサの基本
セルを示す図である。
セルを示す図である。
【図3】図2の基本セルの製造工程の一例を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図4】図2の基本セルの製造工程の一例を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図5】リセットドレイン領域上にもシリサイド層を形
成したCMOSセンサの基本セルを示す図である。
成したCMOSセンサの基本セルを示す図である。
【図6】図5の基本セルの製造工程の一例を説明するた
めの図である。
めの図である。
10 P型シリコン基板 12 P型ウェル 14 N型領域 16 ゲートSiO2 膜 18 リセットゲート 20 リセットドレイン 21 フィールド酸化膜 22 遮光膜 23 開口 24 ソースフォロワアンプ 25 回折光 26 選択スイッチMOSトランジスタ 28 検出用MOSトランジスタ 29 負荷用MOSトランジスタ 30 出力端子 32 シリサイド領域 34 SiO2 膜 36 シリサイド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/14 H01L 27/146 H01L 27/148 H04N 5/335
Claims (18)
- 【請求項1】光電変換領域を備えた固体撮像装置におい
て、 前記光電変換領域の表面で前記光電変換領域の周辺を縁
取る平面をシリサイド化し、シリサイド化された領域で
前記光電変換領域の光入射領域を規定することを特徴と
する固体撮像装置。 - 【請求項2】前記シリサイド化された領域が、スミア発
生の原因となる光の入射をさえぎることを特徴とする請
求項1記載の固体撮像装置。 - 【請求項3】固体撮像装置がCMOSセンサまたはCC
Dセンサであることを特徴とする請求項1または2記載
の固体撮像装置。 - 【請求項4】光電変換領域と、リセットゲート電極と、
リセットドレイン領域とを備えた固体撮像装置におい
て、 前記光電変換領域の表面で前記光電変換領域の周辺を縁
取る平面をシリサイド化し、シリサイド化された領域で
前記光電変換領域の光入射領域を規定することを特徴と
する固体撮像装置。 - 【請求項5】光電変換領域と、リセットゲート電極と、
リセットドレイン領域とを備えた固体撮像装置におい
て、 前記光電変換領域の表面で前記光電変換領域の周辺を縁
取る平面をシリサイド化し、シリサイド化された領域で
前記光電変換領域の光入射領域を規定し、さらに前記リ
セットドレイン領域の表面をシリサイド化したことを特
徴とする固体撮像装置。 - 【請求項6】前記光電変換領域の表面のシリサイド化さ
れた領域が、スミアの発生原因となる光の入射をさえぎ
ることを特徴とする請求項4または5記載の固体撮像装
置。 - 【請求項7】前記シリサイド化された領域は、高融点金
属のシリサイドよりなることを特徴とする請求項1〜6
のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項8】光電変換領域と、この光電変換領域の上方
に開口を規定する遮光膜とを備えた固体撮像装置におい
て、 前記光電変換領域の表面で前記光電変換領域の周辺を縁
取る平面をシリサイド化し、シリサイド化された領域
で、前記開口からの回折光の入射をさえぎることを特徴
とする固体撮像装置。 - 【請求項9】光電変換領域と、この光電変換領域の上方
に開口を規定する遮光膜と、リセットゲート電極と、リ
セットドレイン領域とを備えた固体撮像装置において、 前記光電変換領域の表面で前記光電変換領域の周辺を縁
取る平面をシリサイド化し、シリサイド化された領域
で、前記開口からの回折光の入射をさえぎることを特徴
とする固体撮像装置。 - 【請求項10】光電変換領域と、この光電変換領域の上
方に開口を規定する遮光膜と、リセットゲート電極と、
リセットドレイン領域とを備えた固体撮像装置におい
て、 前記光電変換領域の表面で前記光電変換領域の周辺を縁
取る平面をシリサイド化し、シリサイド化された領域
で、前記開口からの回折光の入射をさえぎり、さらに前
記リセットドレイン領域の表面をシリサイド化したこと
を特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項11】前記シリサイド化された領域は、高融点
金属のシリサイドよりなることを特徴とする請求項8〜
10のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項12】シリコン基板内に、シリコン基板とは逆
導電型の領域を光電変換領域として形成する工程と、 前記光電変換領域の光入射領域を規定するために、前記
光電変換領域の表面で前記光電変換領域の周辺を縁取る
平面をシリサイド化する工程と、 を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項13】前記光電変換領域の上方に、開口を規定
する遮光膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とす
る請求項12記載の固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項14】シリコン基板内に、シリコン基板とは逆
導電型の領域を光電変換領域として形成する工程と、 前記シリコン基板上にリセットゲートを形成する工程
と、 前記シリコン基板内に、シリコン基板とは逆導電型のリ
セットドレイン領域を形成する工程と、 前記光電変換領域の光入射領域を規定するために、前記
光電変換領域の表面で前記光電変換領域の周辺を縁取る
平面をシリサイド化する工程と、を含むことを特徴とす
る固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項15】シリコン基板内にウェルを形成する工程
と、 前記ウェル内に、ウェルとは逆導電型の領域を光電変換
領域として形成する工程と、 前記ウェル上にリセットゲートを形成する工程と、 前記ウェル内に、ウェルとは逆導電型のリセットドレイ
ン領域を形成する工程と、 前記光電変換領域の光入射領域を規定するために、前記
光電変換領域の表面で前記光電変換領域の周辺を縁取る
平面をシリサイド化する工程と、を含むことを特徴とす
る固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項16】前記シリサイド化の工程の際に、前記リ
セットドレイン領域の表面も同時にシリサイド化するこ
とを特徴とする請求項14または15記載の固体撮像装
置の製造方法。 - 【請求項17】前記光電変換領域の上方に、開口を規定
する遮光膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とす
る請求項14,15または16記載の固体撮像装置の製
造方法。 - 【請求項18】前記シリサイド化は、高融点金属を堆積
し、加熱処理することにより行うことを特徴とする請求
項12〜17のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方
法。
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