JP4147829B2 - Method for manufacturing solid-state imaging device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばCMOSイメージセンサ等のように1つの半導体チップ上に画素アレイ部と周辺回路部を搭載した固体撮像装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3はCMOSイメージセンサにおける単位画素の一例を示す図であり、図3(A)は単位画素内の等価回路図、図3(B)は素子構造を示す断面図、図3(C)はフォトダイオードから信号電荷を読み出す転送ゲートのポテンシャル図を示している。
図3(A)において、フォトダイオード(以下、PDという)は受光量に応じた電子を光電変換によって生成、蓄積するものであり、転送トランジスタTgはPDに蓄積された光電変換電子をフローティングデフュージョン部(以下、FD部という)に転送する。
【0003】
転送選択トランジスタTyは、図示しない垂直(V)スキャナからの行選択パルスを転送トランジスタTgに供給するものである。
増幅トランジスタTaは、転送トランジスタTgによって読み出された光電変換電子によるFD部の電位変動を検出し、電気信号として出力するものであり、読み出しトランジスタTxは、m番目の水平(H)読み出し信号に基づいて増幅トランジスタTaの出力を電流信号として図示しないIV(電流−電圧)変換回路に出力する。
リセットトランジスタTrは、m−1番目のリセット信号に基づいてFD部の電位を電源電圧VDDにリセットするものである。
【0004】
また、図3(B)において、PDは半導体基板表面のP+領域(正孔分離領域)10とその下層のN−領域(光電子蓄積領域)11からなり、FD部は転送トランジスタTgのドレインとなるN+領域12より形成されている。
そして、PDとFD部との間に転送トランジスタTgのチャネル領域13が形成され、その上層に絶縁膜14を介してゲート電極15が形成されている。
このような構成において、PDから転送トランジスタTgで転送するキャリアは、エレクトロン(e−)であり、転送トランジスタTgはNチャネルトランジスタ、転送トランジスタTgのゲート電極15はN型の極性を持ち、チャネルは基板表面に形成される。
なお、このような転送トランジスタTgは、図示のような画素構造のものに限らず、各種のCMOSイメージセンサにおいて共通するものである。
【0005】
そして、転送トランジスタTgのゲート下の基板表面に界面準位があると、図3(C)に示すように、転送中または蓄積中に転送トランジスタTgのゲート下から暗電流が発生する。この暗電流は、ノイズ信号として画像信号に加わり、画質を劣化させる。
そこで、図4に示すように、Nチャネルの転送トランジスタTgに対してP型ゲート電極25を用い、ゲート下の基板表面にN型層26を形成する方法、すなわち、埋め込みチャネル型トランジスタを用いる方法が提案されている。
このような埋め込みチャネル型トランジスタでは、電流を通すチャネル27が半導体表面から少し内部に入ったポテンシャル極小のところに形成されるため、表面の界面準位の影響を受けないことから、転送トランジスタTgのゲート下の暗電流によるノイズを低減させることができる。
【0006】
また、光電変換電子を蓄積するPDのN−領域11を形成するにあたっては、転送ゲートにN型ドーパントが注入されないように、イオン注入の際、転送ゲートをマスクする必要がある。
そこで、例えば図5(A)に示すように、ゲート加工後に新たにパターニングしたレジスト31で転送ゲート電極15を覆い、かつ、PD領域を開口するには、合わせずれ0のレジストパターニングが必要になり、現実には不可能な方法となる。
そこで、例えば図5(B)に示すように、ゲート加工のレジスト32に重ねてPDのN−領域形成用のレジスト33をパターン形成する方法が用いることが必要となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、0.18μm世代以降のLSIでは、通常、Nチャネルトランジスタのゲート電極をN型、Pチャネルトランジスタのゲート電極をP型に作り分けている。
このような構成では、ゲート電極と拡散層の極性が同じであるため、ゲート電極と拡散層とを同時にイオン注入し、不足分をゲート電極に追加注入することにより、ゲート極性を作り分けている。
しかし、上述した埋め込みチャネル型の転送トランジスタは、拡散層とゲート電極の極性が異なるため、上述のように拡散層とゲート電極を同時にイオン注入するプロセスでP+型ゲート電極を形成することができない。
すなわち、N型拡散層のイオンがP+型ゲート電極にも注入されてしまうので、それを打ち消すようなイオン注入を追加で行う必要があり、工程(PR+イオン注入)が増加する。
【0008】
また、PDのN−領域を形成する際に、いわゆる二重レジスト技術(一層目のレジストを除去せず、重ねて二層目のレジストを塗布してパターニングする)を使用すると、二層目のレジストパターンを再生したときに、一層目のレジストも除去されるため、一層目のパターンを再生不可能となり、PDが有効に形成できず、製造不良となる危険性が増加する。
【0009】
そこで本発明の目的は、埋め込みチャネル型トランジスタの形成プロセスと、パターンの再現性に優れた光電変換領域の形成プロセスとを両立することができる固体撮像装置の製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、光の受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換手段によって被写体の撮像を行う複数の単位画素を配置した画素アレイ部と、前記画素アレイ部の制御及び撮像信号の信号処理を行う周辺回路部とを備え、前記周辺回路部がN型ゲートトランジスタとP型ゲートトランジスタとを含む固体撮像装置の製造方法において、
前記画素アレイ部の各単位画素、前記光電変換手段と、前記光電変換手段の信号電荷を取り出す電荷検出部と、前記光電変換手段から前記電荷検出部に信号電荷を転送する埋め込みチャネル型の転送トランジスタとを含み、前記埋め込みチャネル型の転送トランジスタは、チャネル領域の極性とゲート電極の極性が逆極性であり、前記画素アレイ部の前記各単位画素の転送トランジスタ及び前記周辺回路部のトランジスタのゲート電極となるシリコン膜の製膜後に該シリコン膜にN型またはP型のイオン注入を行うことで、前記画素アレイ部の前記各単位画素の転送トランジスタ及び前記周辺回路部のトランジスタのゲート電極の極性をN型とP型とに作り分けるゲート電極イオン注入工程を含み、前記ゲート電極イオン注入工程の後に、前記埋め込みチャネル型の転送トランジスタ及び前記周辺回路部のトランジスタのゲート電極となる前記シリコン膜上にシリコン酸化膜を製膜し、それらシリコン膜及びシリコン酸化膜にパターニングを施すことで、表面がシリコン酸化膜で覆われたゲート電極を形成するゲート電極形成工程を含み、前記ゲート電極形成工程の後に、前記周辺回路部のトランジスタのソース−ドレイン拡散層と前記画素アレイ部の前記光電変換手段の電荷蓄積領域へそれぞれイオン注入を行う工程を含み、それらイオン注入工程に際して、前記ゲート電極の表面の前記シリコン酸化被膜によって前記ゲート電極へのイオン注入がマスクされるようにしたことを特徴とする。
【0011】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、画素アレイ部の単位画素の転送トランジスタ及び周辺回路部トランジスタ形成工程で、それらトランジスタのゲート電極となるシリコン膜の製膜後に、そのシリコン膜にN型またはP型のイオン注入を行うことで、ゲート電極の極性をN型とP型とに作り分ける。そして、画素アレイ部の単位画素の埋め込みチャネル型の転送トランジスタ及び周辺回路部のトランジスタのゲート電極となるシリコン膜上にシリコン酸化膜を製膜し、それらシリコン膜及びシリコン酸化膜にパターニングを施すことで、表面がシリコン酸化膜で覆われたゲート電極を形成し、しかる後に、周辺回路部のトランジスタのソース−ドレイン拡散層と画素アレイ部の光電変換手段の電荷蓄積領域へのイオン注入を行い、このイオン注入工程に際して、ゲート電極の表面のシリコン酸化被膜によってゲート電極へのイオン注入がマスクされるようにしたことから、埋め込みチャネル型の転送トランジスタの形成プロセスと、パターンの再現性に優れた光電変換領域の形成プロセスとを両立することができる。
したがって、埋め込みチャネル型の転送トランジスタによって画アレイ部における暗電流の発生や画像上のノイズを抑制でき、画質の向上を図り得るとともに、製造工程の効率化や歩留の改善、撮像特性の向上等を図ることが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態例について説明する。
本実施の形態は、CMOSイメージセンサのトランジスタ形成工程において、MOSトランジスタのゲート電極になるシリコン膜の製膜形成の直後にN型またはP型のイオン注入を行い、ゲート電極の極性を作り分け、その後、拡散層とPDのN−領域形成のイオン注入をマスクする絶縁膜をシリコン膜上に製膜し、ゲート電極をパターニングするようにしたものである。
このプロセスにより、P型ゲートのN型転送トランジスタの形成プロセスと再生可能なPDのN−領域形成プロセスとを両立することができる。
なお、CMOSイメージセンサの構成としては、1つの半導体チップ上に2次元配列で単位画素を配置した画アレイ部と、この画アレイ部の駆動や撮像信号の信号処理を行う周辺回路部とを搭載したものであり、単位画素の構造としては、例えば上記図3に示したものを適用することが可能である。
【0013】
図1、図2は、本発明の実施の形態例によるCMOSイメージセンサの製造方法の各工程を示す断面図であり、図中左側が埋め込みチャネル型の転送トランジスタの製造工程を示し、右側が他のトランジスタの製造工程を示している。
まず、通常用いられる方法により、N型シリコン基板40に図示しない素子分離領域を形成した後、画素領域のトランジスタおよび周辺回路部のトランジスタの形成に必要なイオン注入を行う。
そして、図1(A)において、画素領域にはシリコン基板40の深い領域(>0.3μm)にP−型層41を形成し、FDと転送トランジスタTgの下部には、シリコン基板とP−型層41の間にもP−型層42を形成する。
また、周辺回路領域には、N型トランジスタ領域にP型ウェル領域51を設けるとともに、その上面に閾値電圧Vth調整用のイオン注入層52を設ける。
また、P型トランジスタ領域にN型ウェル領域53を設けるとともに、その上面に閾値電圧Vth調整用のイオン注入層54を設ける。
また、転送トランジスタTgの形成領域に対応する基板40の表面領域には、チャネル及びゲート電極と逆極性のN−型層43を形成する。
【0014】
そして、図1(B)において、シリコン基板40上にゲート絶縁膜61を形成した後、ゲート電極となるポリシリコン膜62を成膜する。これは、例えばCVD(chemical vapor deposition )法により、200nmの膜厚で堆積する。
次に、図1(C)において、FD領域および周辺回路部のP型トランジスタのポリシリコン膜62には、P型ドーパントとしてのホウ素イオンB+を、例えば5KeV、3.00E+15/cm2 の条件でイオン注入を行う。
また、周辺回路部のN型トランジスタ領域のポリシリコン膜62には、N型ドーパントとしてのリンイオンP+を、例えば15KeV、4E14/cm2 の条件でイオン注入を行う。
その後、それらの不純物を活性化するために、例えば、N2 雰囲気中で、800°C、60分間のアニールを行う。
【0015】
次に、図2(D)において、ポリシリコン膜62上にシリコン酸化膜(SiO2 )63を例えば250nmの膜厚で、CVD法により堆積する。このシリコン酸化膜63は、トランジスタのソース−ドレイン拡散層とPDの電荷蓄積領域へのイオン注入をマスクするための絶縁膜となるものである。
この後、レジスト64のパターニングとドライエッチングにより、ポリシリコン膜62およびシリコン酸化膜63を所定のパターン形状に加工する。
次に、図2(E)において、図2(D)の加工で用いたレジスト64を除去し、新たなレジスト65によってPD領域が開口したレジストパターンを形成し、ヒ素イオンAsを、例えば300KeV、2.3E12/cm2 の条件でイオン注入を行い、PDのN−領域71を形成する。
このとき、絶縁膜(シリコン酸化膜)63があるために、転送ゲートは自己整合的にマスクされる。
【0016】
次に、図2(F)において、PDのN−領域71に包含される領域の基板表面に、フッ化ホウ素イオンBF2 を、例えば50KeV、1E13/cm2 の条件でイオン注入を行い、PDのP+層72を形成する。その後、通常用いられる方法により、トランジスタのソース−ドレイン拡散層73および上層構造(図示せず)を形成し、CMOSイメージセンサの画素とする。
ここで、ソースドレイン拡散層73への注入イオンは、250nmの絶縁膜(シリコン酸化膜63)にとどまり、200nmのポリシリコン膜(ゲート電極)62には注入されないことになる。
【0017】
以上のような本例による製造方法では、トランジスタのゲート電極になるシリコン膜62の製膜形成の直後にN型またはP型のイオン注入を行い、ゲート電極の極性を作り分け、その後、拡散層とPDのN−領域形成のイオン注入をマスクする絶縁膜63をシリコン膜62上に製膜し、ゲート電極をパターニングするようにしたことにより、以下のような効果を得ることが可能である。
(1)PDからFDに信号電荷を転送する方式の画素構造において、転送トランジスタに埋め込みチャネル型トランジスタを用いることにより、転送トランジスタの下部から発生する暗電流を低減することが可能となる。
【0018】
(2)また、同様に転送トランジスタに埋め込みチャネル型トランジスタを用いることにより、画像信号に加わるノイズを低減でき、出力画像の画質を向上できる。
(3)また、埋め込みチャネル型トランジスタのイオン注入をゲート電極用の絶縁膜をマスクとして用いることができ、従来のロジックプロセスに新たな工程を追加して埋め込みチャネル型の転送トランジスタを形成する場合と比べて、少ない工程で実現することが可能となる。
(4)さらに、PDのN−領域形成のためのレジストマスクに二重レジスト技術を用いる必要がなくなり、レジストパターンを容易に再生することが可能となる。
【0019】
なお、以上は本発明を5トランジスタ構造の単位画素を有するCMOSイメージセンサに用いた場合を説明したが、本発明は、他の画素構造を有する固体撮像装置に広く適用できるものである。
また、上述した説明中のイオン種や注入条件は一例であり、本発明の主旨を達成する範囲で種々の変形が可能であることは勿論である。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、画素アレイ部の単位画素の転送トランジスタ及び周辺回路部トランジスタ形成工程で、それらトランジスタのゲート電極となるシリコン膜の製膜後に、そのシリコン膜にN型またはP型のイオン注入を行うことで、ゲート電極の極性をN型とP型とに作り分ける。そして、画素アレイ部の単位画素の埋め込みチャネル型の転送トランジスタ及び周辺回路部のトランジスタのゲート電極となるシリコン膜上にシリコン酸化膜を製膜し、それらシリコン膜及びシリコン酸化膜にパターニングを施すことで、表面がシリコン酸化膜で覆われたゲート電極を形成し、しかる後に、周辺回路部のトランジスタのソース−ドレイン拡散層と画素アレイ部の光電変換手段の電荷蓄積領域へのイオン注入を行い、このイオン注入工程に際して、ゲート電極の表面のシリコン酸化被膜によってゲート電極へのイオン注入がマスクされるようにしたことから、埋め込みチャネル型の転送トランジスタの形成プロセスと、パターンの再現性に優れた光電変換領域の形成プロセスとを両立することができる。
したがって、埋め込みチャネル型の転送トランジスタによって画アレイ部における暗電流の発生や画像上のノイズを抑制でき、画質の向上を図り得るとともに、製造工程の効率化や歩留の改善、撮像特性の向上等を図ることが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例によるCMOSイメージセンサの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態例によるCMOSイメージセンサの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図3】CMOSイメージセンサにおける単位画素の一例を示す図であり、(A)は等価回路図、(B)は断面図、(C)はポテンシャル図を示している。
【図4】埋め込みチャネル型の転送トランジスタを用いたCMOSイメージセンサにおける単位画素の一例を示す図であり、(A)は断面図、(B)はポテンシャル図を示している。
【図5】図4に示すCMOSイメージセンサにおけるPDへのイオン注入のためのレジストマスクの例を示す断面図である。
【符号の説明】
40……N型シリコン基板、41、42……P−型層、43、71……N−型層、51、53……P型ウェル領域、52、54……イオン注入層、61……ゲート絶縁膜、62……ポリシリコン膜、63……シリコン酸化膜、64、65……レジスト、72……P+層。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a pixel array unit and a peripheral circuit unit are mounted on a single semiconductor chip such as a CMOS image sensor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 is a diagram showing an example of a unit pixel in a CMOS image sensor, FIG. 3A is an equivalent circuit diagram in the unit pixel, FIG. 3B is a cross-sectional view showing an element structure, and FIG. The potential diagram of the transfer gate which reads a signal charge from a photodiode is shown.
In FIG. 3A, a photodiode (hereinafter referred to as PD) generates and stores electrons corresponding to the amount of received light by photoelectric conversion, and a transfer transistor Tg converts the photoelectric conversion electrons stored in the PD into floating diffusion. Part (hereinafter referred to as FD part).
[0003]
The transfer selection transistor Ty supplies a row selection pulse from a vertical (V) scanner (not shown) to the transfer transistor Tg.
The amplification transistor Ta detects the potential fluctuation of the FD portion due to the photoelectric conversion electrons read by the transfer transistor Tg and outputs it as an electric signal. The read transistor Tx outputs the mth horizontal (H) read signal. Based on this, the output of the amplification transistor Ta is output as a current signal to an IV (current-voltage) conversion circuit (not shown).
The reset transistor Tr resets the potential of the FD unit to the power supply voltage VDD based on the (m-1) th reset signal.
[0004]
In FIG. 3B, PD is composed of a P + region (hole separation region) 10 on the surface of the semiconductor substrate and an N− region (photoelectron accumulation region) 11 therebelow, and the FD portion is the drain of the transfer transistor Tg. An N + region 12 is formed.
A channel region 13 of the transfer transistor Tg is formed between the PD and the FD portion, and a gate electrode 15 is formed on the upper layer via an insulating film 14.
In such a configuration, the carrier transferred from the PD by the transfer transistor Tg is an electron (e−), the transfer transistor Tg is an N-channel transistor, the gate electrode 15 of the transfer transistor Tg has an N-type polarity, and the channel is It is formed on the substrate surface.
Such a transfer transistor Tg is not limited to the pixel structure shown in the figure, and is common to various CMOS image sensors.
[0005]
If there is an interface state on the substrate surface under the gate of the transfer transistor Tg, dark current is generated from under the gate of the transfer transistor Tg during transfer or accumulation as shown in FIG. This dark current is added to the image signal as a noise signal and degrades the image quality.
Therefore, as shown in FIG. 4, a method of forming a N-type layer 26 on the substrate surface under the gate using a P-type gate electrode 25 for the N-channel transfer transistor Tg, that is, a method of using a buried channel transistor. Has been proposed.
In such a buried channel type transistor, since the channel 27 through which the current passes is formed at a potential minimum slightly inside the semiconductor surface, it is not affected by the interface state of the surface, so that the transfer transistor Tg Noise due to dark current under the gate can be reduced.
[0006]
In forming the N-region 11 of the PD for accumulating photoelectric conversion electrons, it is necessary to mask the transfer gate at the time of ion implantation so that the N-type dopant is not implanted into the transfer gate.
Thus, for example, as shown in FIG. 5A, in order to cover the transfer gate electrode 15 with the newly patterned resist 31 after gate processing and to open the PD region, resist patterning with zero misalignment is required. It becomes an impossible method in reality.
Therefore, for example, as shown in FIG. 5B, it is necessary to use a method of patterning a resist 33 for forming the N-region of the PD so as to overlap the resist 32 for gate processing.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the LSI of the 0.18 μm generation and later, normally, the gate electrode of the N channel transistor is made N-type and the gate electrode of the P channel transistor is made P-type.
In such a configuration, since the polarities of the gate electrode and the diffusion layer are the same, the gate electrode and the diffusion layer are ion-implanted at the same time, and the insufficient amount is additionally injected into the gate electrode, thereby making the gate polarity different. .
However, since the buried channel type transfer transistor described above has different polarities between the diffusion layer and the gate electrode, the P + type gate electrode cannot be formed by the process of simultaneously ion-implanting the diffusion layer and the gate electrode as described above.
In other words, since ions in the N-type diffusion layer are also implanted into the P + type gate electrode, it is necessary to additionally perform ion implantation that cancels the ions, increasing the number of steps (PR + ion implantation).
[0008]
Further, when forming the N-region of the PD, if a so-called double resist technique (without removing the first layer resist and coating and patterning the second layer resist), the second layer is formed. When the resist pattern is regenerated, the first layer resist is also removed, so that the first layer pattern cannot be regenerated, PD cannot be formed effectively, and the risk of manufacturing defects increases.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device capable of achieving both a formation process of a buried channel transistor and a formation process of a photoelectric conversion region having excellent pattern reproducibility.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a pixel array unit in which a plurality of unit pixels for imaging a subject by a photoelectric conversion unit that generates a signal charge according to the amount of received light, a control of the pixel array unit, and a peripheral circuit portion which performs signal processing of an image signal, before Symbol peripheral circuit section in the production method of the solid-state imaging device and an N-type gate transistor and the P-type gate transistor,
Each unit pixel of the pixel array section, said photoelectric conversion means, a charge detecting unit for taking out the signal charges of the photoelectric conversion means, transferred from the photoelectric conversion means of the buried channel type for transferring signal charges to said charge detecting section look including a transistor, the transfer transistor of the buried channel type is a polarity opposite the polarity of the polarity and the gate electrode of the channel region, of the pixel array portion and the transistor of the transfer transistor and the peripheral circuit portion of each unit pixel After forming a silicon film to be a gate electrode, N-type or P-type ion implantation is performed on the silicon film, so that the transfer transistor of each unit pixel in the pixel array section and the gate electrode of the transistor in the peripheral circuit section Including a gate electrode ion implantation step in which the polarity is made to be N-type and P-type, and after the gate electrode ion implantation step, Serial to form a film of silicon oxide film on said silicon film to be the gate electrode of the transistor of the transfer transistor and the peripheral circuit portion of the buried channel type, by performing patterning on their silicon film and a silicon oxide film, the surface of silicon oxide It includes a gate electrode forming step of forming a gate electrode covered with a film, after the step of forming a gate electrode, the source of the transistor of the previous SL peripheral circuit portion - drain diffusion layer and the charge of the photoelectric conversion unit of the pixel array unit comprising the step of performing each ion implantation into the storage area, when they ion implantation step, ion implantation into the gate electrode by the silicon oxide film on the surface of the gate electrode is characterized in that so as to be masked.
[0011]
In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, after forming a silicon film to be a gate electrode of a transistor in a unit pixel of a pixel array unit and a transistor in a peripheral circuit unit, N is formed on the silicon film. By performing type or P type ion implantation, the polarity of the gate electrode is divided into N type and P type. Then, a silicon oxide film is formed on the silicon film to be a gate electrode of the buried channel type transfer transistor of the unit pixel of the pixel array unit and the transistor of the peripheral circuit unit, and the silicon film and the silicon oxide film are patterned. in the surface to form a gate electrode covered with a silicon oxide film, and thereafter, the source of the transistor of the peripheral circuit portion - performing ion implantation into the charge accumulating region of the photoelectric conversion means of the drain diffusion layer and the pixel array unit, In this ion implantation process, the silicon oxide film on the surface of the gate electrode is masked for ion implantation into the gate electrode, so that the formation process of the buried channel type transfer transistor and the photoelectric conversion with excellent pattern reproducibility are possible. It is possible to achieve both the formation process of the conversion region.
Therefore, it is possible to suppress noise on the dark current of the generator and the image in the image element array portion by the transfer transistor of the buried channel type, with obtaining aims to improve the image quality, improvement of efficiency and yield of the manufacturing process, improvement of imaging characteristics Etc. can be achieved.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below.
In this embodiment, in the transistor formation process of the CMOS image sensor, N-type or P-type ion implantation is performed immediately after the formation of the silicon film to be the gate electrode of the MOS transistor, and the polarity of the gate electrode is made different. Thereafter, an insulating film for masking ion implantation for forming the diffusion layer and the N-region of the PD is formed on the silicon film, and the gate electrode is patterned.
By this process, it is possible to achieve both a process for forming a P-type gate N-type transfer transistor and a process for forming a reproducible PD N-region.
As the configuration of a CMOS image sensor, the image element array arranged unit pixels in a two-dimensional array on a single semiconductor chip, and the peripheral circuit section which performs signal processing of the drive and the imaging signal of the image element array portion As the structure of the unit pixel, for example, the structure shown in FIG. 3 can be applied.
[0013]
1 and 2 are cross-sectional views showing respective steps of a CMOS image sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention, in which the left side shows a manufacturing process of a buried channel type transfer transistor and the right side shows other steps. The manufacturing process of this transistor is shown.
First, after an element isolation region (not shown) is formed on the N-type silicon substrate 40 by a commonly used method, ion implantation necessary for forming a transistor in the pixel region and a transistor in the peripheral circuit portion is performed.
In FIG. 1A, a P− type layer 41 is formed in the deep region (> 0.3 μm) of the silicon substrate 40 in the pixel region, and the silicon substrate and P− are formed below the FD and the transfer transistor Tg. A P-type layer 42 is also formed between the mold layers 41.
In the peripheral circuit region, a P-type well region 51 is provided in the N-type transistor region, and an ion implantation layer 52 for adjusting the threshold voltage Vth is provided on the upper surface thereof.
An N-type well region 53 is provided in the P-type transistor region, and an ion implantation layer 54 for adjusting the threshold voltage Vth is provided on the upper surface thereof.
Further, an N − -type layer 43 having a polarity opposite to that of the channel and gate electrodes is formed in the surface region of the substrate 40 corresponding to the formation region of the transfer transistor Tg.
[0014]
In FIG. 1B, after forming a gate insulating film 61 on the silicon substrate 40, a polysilicon film 62 to be a gate electrode is formed. This is deposited with a film thickness of 200 nm by, for example, CVD (chemical vapor deposition).
Next, in FIG. 1C, boron ions B + as a P-type dopant are ionized on the polysilicon film 62 of the P-type transistor in the FD region and the peripheral circuit section, for example, under the conditions of 5 KeV and 3.00E + 15 / cm 2. Make an injection.
The polysilicon film 62 in the N-type transistor region of the peripheral circuit portion is ion-implanted with phosphorus ions P + as an N-type dopant under conditions of 15 KeV, 4E14 / cm @ 2, for example.
Thereafter, in order to activate these impurities, for example, annealing is performed at 800 DEG C. for 60 minutes in an N2 atmosphere.
[0015]
Next, in FIG. 2D, a silicon oxide film (SiO2) 63 is deposited on the polysilicon film 62 to a thickness of, for example, 250 nm by the CVD method. The silicon oxide film 63 serves as an insulating film for masking ion implantation into the source-drain diffusion layer of the transistor and the charge storage region of the PD.
Thereafter, the polysilicon film 62 and the silicon oxide film 63 are processed into a predetermined pattern shape by patterning the resist 64 and dry etching.
Next, in FIG. 2E, the resist 64 used in the processing of FIG. 2D is removed, a resist pattern having a PD region opened by a new resist 65 is formed, and arsenic ions As are, for example, 300 KeV, Ion implantation is performed under the condition of 2.3E12/cm@2 to form an N-region 71 of PD.
At this time, since the insulating film (silicon oxide film) 63 is present, the transfer gate is masked in a self-aligning manner.
[0016]
Next, in FIG. 2 (F), boron fluoride ions BF2 are ion-implanted on the substrate surface in the region included in the N-region 71 of the PD under the conditions of, for example, 50 KeV and 1E13 / cm @ 2, and the P + Layer 72 is formed. Thereafter, a source-drain diffusion layer 73 and an upper layer structure (not shown) of the transistor are formed by a commonly used method to form a pixel of the CMOS image sensor.
Here, ions implanted into the source - drain diffusion layer 73 remain in the 250 nm insulating film (silicon oxide film 63) and are not implanted into the 200 nm polysilicon film (gate electrode) 62.
[0017]
In the manufacturing method according to the present example as described above, N-type or P-type ion implantation is performed immediately after the formation of the silicon film 62 to be the gate electrode of the transistor, the polarity of the gate electrode is made, and then the diffusion layer is formed. The following effects can be obtained by forming the insulating film 63 masking the ion implantation for forming the N-region of the PD on the silicon film 62 and patterning the gate electrode.
(1) In a pixel structure in which signal charges are transferred from PD to FD, by using a buried channel transistor as a transfer transistor, dark current generated from the lower portion of the transfer transistor can be reduced.
[0018]
(2) Similarly, by using a buried channel type transistor for the transfer transistor, noise added to the image signal can be reduced, and the image quality of the output image can be improved.
(3) In addition, a buried channel type transfer transistor can be formed by using a gate electrode insulating film as a mask for ion implantation of a buried channel type transistor and adding a new process to the conventional logic process. In comparison, it can be realized with fewer steps.
(4) Furthermore, it is not necessary to use a double resist technique for the resist mask for forming the N-region of the PD, and the resist pattern can be easily reproduced.
[0019]
In the above, the case where the present invention is used for a CMOS image sensor having a unit pixel having a five-transistor structure has been described. However, the present invention can be widely applied to solid-state imaging devices having other pixel structures.
Moreover, the ion species and the implantation conditions in the above description are examples, and it goes without saying that various modifications are possible within the scope of achieving the gist of the present invention.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention, in the process of forming the transfer transistor of the unit pixel of the pixel array unit and the transistor of the peripheral circuit unit , the silicon film that forms the gate electrode of these transistors is formed. Later, by performing N-type or P-type ion implantation into the silicon film, the polarity of the gate electrode is made different between N-type and P-type. Then, a silicon oxide film is formed on the silicon film to be a gate electrode of the buried channel type transfer transistor of the unit pixel of the pixel array unit and the transistor of the peripheral circuit unit, and the silicon film and the silicon oxide film are patterned. Then, a gate electrode whose surface is covered with a silicon oxide film is formed, and thereafter, ion implantation is performed on the source-drain diffusion layer of the transistor in the peripheral circuit portion and the charge accumulation region of the photoelectric conversion means in the pixel array portion, In this ion implantation process, the silicon oxide film on the surface of the gate electrode is masked for ion implantation into the gate electrode, so that the formation process of the buried channel type transfer transistor and the photoelectric conversion with excellent pattern reproducibility are possible. It is possible to achieve both the formation process of the conversion region.
Therefore, it is possible to suppress noise on the dark current of the generator and the image in the image element array portion by the transfer transistor of the buried channel type, with obtaining aims to improve the image quality, improvement of efficiency and yield of the manufacturing process, improvement of imaging characteristics There is an effect that can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing each step of a manufacturing method of a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing each step of a method for manufacturing a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams illustrating an example of a unit pixel in a CMOS image sensor, where FIG. 3A is an equivalent circuit diagram, FIG. 3B is a cross-sectional view, and FIG. 3C is a potential diagram.
4A and 4B are diagrams illustrating an example of a unit pixel in a CMOS image sensor using a buried channel type transfer transistor, where FIG. 4A is a cross-sectional view and FIG. 4B is a potential diagram.
5 is a cross-sectional view showing an example of a resist mask for ion implantation into a PD in the CMOS image sensor shown in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
40... N-type silicon substrate, 41 and 42... P-type layer, 43 and 71... N-type layer, 51 and 53... P-type well region, 52 and 54. Gate insulating film, 62... Polysilicon film, 63... Silicon oxide film, 64, 65... Resist, 72.

Claims (3)

光の受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換手段によって被写体の撮像を行う複数の単位画素を配置した画素アレイ部と、前記画素アレイ部の制御及び撮像信号の信号処理を行う周辺回路部とを備え、前記周辺回路部がN型ゲートトランジスタとP型ゲートトランジスタとを含む固体撮像装置の製造方法において、
前記画素アレイ部の各単位画素、前記光電変換手段と、前記光電変換手段の信号電荷を取り出す電荷検出部と、前記光電変換手段から前記電荷検出部に信号電荷を転送する埋め込みチャネル型の転送トランジスタとを含み、
前記埋め込みチャネル型の転送トランジスタは、チャネル領域の極性とゲート電極の極性が逆極性であり、
前記画素アレイ部の前記各単位画素の転送トランジスタ及び前記周辺回路部のトランジスタのゲート電極となるシリコン膜の製膜後に該シリコン膜にN型またはP型のイオン注入を行うことで、前記画素アレイ部の前記各単位画素の転送トランジスタ及び前記周辺回路部のトランジスタのゲート電極の極性をN型とP型とに作り分けるゲート電極イオン注入工程を含み、
前記ゲート電極イオン注入工程の後に、前記埋め込みチャネル型の転送トランジスタ及び前記周辺回路部のトランジスタのゲート電極となる前記シリコン膜上にシリコン酸化膜を製膜し、それらシリコン膜及びシリコン酸化膜にパターニングを施すことで、表面がシリコン酸化膜で覆われたゲート電極を形成するゲート電極形成工程を含み、
前記ゲート電極形成工程の後に、前記周辺回路部のトランジスタのソース−ドレイン拡散層と前記画素アレイ部の前記光電変換手段の電荷蓄積領域へそれぞれイオン注入を行う工程を含み、それらイオン注入工程に際して、前記ゲート電極の表面の前記シリコン酸化被膜によって前記ゲート電極へのイオン注入がマスクされるようにした、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
A pixel array unit in which a plurality of unit pixels for imaging a subject by a photoelectric conversion unit that generates a signal charge according to the amount of received light, and a peripheral circuit unit for controlling the pixel array unit and performing signal processing of an imaging signal with the door, before Symbol peripheral circuit section in the production method of the solid-state imaging device and an N-type gate transistor and the P-type gate transistor,
Each unit pixel of the pixel array section, said photoelectric conversion means, a charge detecting unit for taking out the signal charges of the photoelectric conversion means, transferred from the photoelectric conversion means of the buried channel type for transferring signal charges to said charge detecting section look including a transistor,
In the buried channel type transfer transistor, the polarity of the channel region and the polarity of the gate electrode are opposite,
By performing N-type or P-type ion implantation on the silicon film after forming a silicon film to be a gate electrode of the transfer transistor of each unit pixel of the pixel array section and the transistor of the peripheral circuit section, the pixel array Including a gate electrode ion implantation step in which the polarity of the gate electrode of the transfer transistor of each unit pixel of the unit and the transistor of the peripheral circuit unit is made to be N-type and P-type,
After the gate electrode ion implantation step, a silicon oxide film is formed on the silicon film to be a gate electrode of the buried channel type transfer transistor and the peripheral circuit transistor, and the silicon film and the silicon oxide film are patterned. Including a gate electrode forming step of forming a gate electrode whose surface is covered with a silicon oxide film,
After the step of forming a gate electrode, the source of the transistor of the previous SL peripheral circuit portion - comprises the step of respectively performing ion implantation into the charge storage region of the photoelectric conversion means with the drain diffusion layer and the pixel array unit, in which the ion implantation step The ion implantation into the gate electrode is masked by the silicon oxide film on the surface of the gate electrode.
A method of manufacturing a solid-state imaging device.
前記ゲート電極イオン注入工程では、N型ゲート領域にN型ドーパント、P型ゲート領域にP型ドーパントをイオン注入することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。  2. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein, in the gate electrode ion implantation step, an N-type dopant is ion-implanted into the N-type gate region and a P-type dopant is ion-implanted into the P-type gate region. 前記画素アレイ部の前記光電変換手段は、上層のP+型領域と下層のN−型領域とを含むフォトダイオードよりなることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。  2. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion means of the pixel array section includes a photodiode including an upper P + type region and a lower N- type region.
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