JP4535766B2 - Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic information device - Google Patents
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Description
本発明は、例えばCCD型固体撮像素子などの固体撮像素子およびその製造方法、これを例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラおよびカメラ付き携帯電話機などの撮像部に用いる電子情報機器に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device such as a CCD solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, and an electronic information device using the solid-state imaging device for an imaging unit such as a digital still camera, a digital video camera, and a camera-equipped mobile phone.
この種の固体撮像素子は、近年の高画素化の傾向に伴って、電荷転送の高速化が要求されている。これらの高画素化および電荷転送の高速化を実現するためには、電荷転送電極間の結合容量の低減化、電荷転送電極の低抵抗化および電荷転送電極の微細化が極めて重要である。また、固体撮像素子の高画素化に伴って、入射光が電荷転送領域内に漏れ出すスミアの低減化も極めて重要となっている。この従来の固体撮像素子について図6〜図8を用いて説明する。 This type of solid-state imaging device is required to increase the charge transfer speed in accordance with the recent trend toward higher pixel count. In order to realize these higher pixels and faster charge transfer, it is extremely important to reduce the coupling capacitance between the charge transfer electrodes, to lower the resistance of the charge transfer electrodes, and to make the charge transfer electrodes finer. In addition, with the increase in the number of pixels in a solid-state imaging device, it is also extremely important to reduce smear that causes incident light to leak into the charge transfer region. This conventional solid-state imaging device will be described with reference to FIGS.
図6は従来のCCD型固体撮像素子の構造例を示す要部平面図、図7は図6のAA’線断面図、図8は図6のBB’線断面図である。 6 is a plan view of an essential part showing a structural example of a conventional CCD type solid-state imaging device, FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 6, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG.
図6〜図8に示すように、CCD型固体撮像素子10は、2層ポリシリコン構造であり、図示しない半導体基板表面に光電変換素子としてのフォトダイオード11と、隣接するフォトダイオード11から読み出された電荷を転送する電荷転送領域12と、この電荷転送領域12上にゲート絶縁膜13を介して設けられたポリシリコンからなる第1電荷転送電極14および第2電荷転送電極15とを有しており、第1電荷転送電極14および第2電荷転送電極15上を覆うように、フォトダイオード11上に開口部11aを有する絶縁膜16さらに遮光膜17が設けられている。
As shown in FIGS. 6 to 8, the CCD solid-
フォトダイオード11は、半導体基板表面に設けられたP型低濃度不純物領域(P−Well)18と、その上に設けられたN型高濃度不純物層19とを有し、表面に設けられたP型高濃度不純物層20によって埋め込み構造とされている。このCCD型固体撮像素子10では、フォトダイオード11が正方形格子状に配置された正方形格子配列のものが広く用いられている。
The
電荷転送方向(図6では縦方向)に隣接するフォトダイオード11の境界部には、P型低濃度不純物領域(P−Well)18上に素子分離領域21が設けられている。
An
第1電荷転送電極14および第2電荷転送電極15は電荷転送方向に交互に配置されており、素子分離領域21上には、電荷転送方向に直交する方向に隣接する第1電荷転送電極14および第2電荷転送電極15のそれぞれを電気的に接続する配線部14aおよび15aが設けられている。第2電荷転送電極15は第1電荷転送電極14上に端部が一部重なっており、第2電荷転送電極15の配線部15aは第1電荷転送電極14の配線部14a上に一部重なっているため、それぞれの重なり部には段差が形成される。
The first
遮光膜17は、電荷転送方向に直交する方向に隣接する第1電荷転送電極14を電気的に接続する配線部14aと、電荷転送方向に直交する方向に隣接する第2電荷転送電極15を電気的に接続する配線部15aとの上に絶縁膜16を介して設けられており、第1電荷転送電極14と第2電荷転送電極15との重なり部の段差を反映して、遮光膜17にも段差が形成される。
The
このように構成された従来の固体撮像素子10において、各フォトダイオード11の縦方向の境界部に設けられた素子分離領域21上には、第1電荷転送電極14および第2電荷転送電極15の配線部14aおよび15aのためのスペースがあり、感度を犠牲にしないためには、その幅を可能な限り狭くすることが好ましい。
In the conventional solid-
しかしながら、図8に示す素子分離領域21の幅を狭くすると、ポリシリコンからなる第1電荷転送電極14および第2電荷転送電極15の幅が狭まり、電気抵抗が増大するという問題がある。このため、従来の固体撮像素子10では、この素子分離領域21の配線部14aおよび15aの幅を狭くすると共に、第1電荷転送電極14、第2電荷転送電極15、それらの配線部14aおよび15aの膜厚を厚くして電気抵抗を低下させるようにしている。
However, if the width of the
しかしながら、ポリシリコンからなる電荷転送電極(以下、ポリシリコン電極という)の膜厚を厚くすることは、微細加工の妨げとなり、また、膜厚を厚くすることにも限界がある。将来、固体撮像素子の高画素化およびイメージサイズの大型化などが進むと、このようなポリシリコン電極の電気抵抗が問題となり、電荷転送時に高い転送効率を維持することが困難になってくる。 However, increasing the thickness of the charge transfer electrode made of polysilicon (hereinafter referred to as polysilicon electrode) hinders microfabrication, and there is a limit to increasing the thickness. In the future, when the number of pixels of the solid-state imaging device increases and the image size increases, the electrical resistance of such a polysilicon electrode becomes a problem, and it becomes difficult to maintain high transfer efficiency during charge transfer.
固体撮像素子において、電荷転送電極の電気抵抗を低下させるための方法としては、ポリシリコン電極の膜厚を厚くすることの他にも、ポリシリコン電極中に含まれるリンまたは砒素などの不純物濃度を増加させることも考えられる。しかしながら、この方法では、不純物の固溶限界以上に濃度を高めても比抵抗は下がらないため、ポリシリコン電極の膜厚を厚くする場合と同様に、固体撮像素子の高画素化およびイメージサイズの大型化、高速駆動化などに対応するためには限界がある。 In the solid-state imaging device, as a method for reducing the electric resistance of the charge transfer electrode, in addition to increasing the thickness of the polysilicon electrode, the concentration of impurities such as phosphorus or arsenic contained in the polysilicon electrode is set. It is also possible to increase it. However, in this method, even if the concentration is increased beyond the solid solution limit of the impurity, the specific resistance does not decrease. Therefore, as in the case where the thickness of the polysilicon electrode is increased, the solid-state imaging device has a higher pixel and the image size is reduced. There is a limit to cope with increasing size and driving speed.
そこで、電荷転送電極の電気抵抗を低下させるための他の方法として、例えば特許文献1には、ポリシリコン電極上に裏打ち金属配線(いわゆるメタル裏打ち)を設けた構造が提案されている。例えば、CCD型固体撮像素子に裏打ち金属配線を設ける場合には、垂直電荷転送領域の上部に縦方向に金属配線が延設され、コンタクトホールを介して金属配線と各層のポリシリコン電極とが電気的に接続された構造となるようにしている。 Therefore, as another method for reducing the electric resistance of the charge transfer electrode, for example, Patent Document 1 proposes a structure in which a backing metal wiring (so-called metal backing) is provided on a polysilicon electrode. For example, when a backing metal wiring is provided in a CCD type solid-state imaging device, the metal wiring is extended in the vertical direction above the vertical charge transfer region, and the metal wiring and the polysilicon electrode of each layer are electrically connected via a contact hole. It is designed to have a connected structure.
ところで、CCD型固体撮像素子では、通常、上記図6〜図8に示すような2層のポリシリコン層、または3層のポリシリコン層を用いて電荷転送電極が構成される。このとき、各ポリシリコン電極(電荷転送電極およびそれらの配線部)の重なり部では、その段差が大きくなる。また、電荷転送電極上には、電荷転送時の光進入を防ぐために遮光膜が形成される。この遮光膜は、例えば、アルミニュムなどをスパッタリング法により成膜し、その後、フォトリソグラフィ工程およびドライエッチング工程にてフォトダイオード上に開口部を形成することによって作製される。このとき、下層のポリシリコン電極の段差が大きいと、遮光膜のスパッタリングにおける段差カバレッジを向上させるために、遮光膜の膜厚を十分確保する必要がある。また、下層のポリシリコン電極の段差が大きいと、フォトダイオードの開口部を形成するためのフォトリソグラフィ工程において、レジスト塗布時の膜厚にばらつきが生じることなどにより、遮光膜のパターンニング精度に画素間でばらつきが発生し、フォトダイオードの感度ばらつきが生じる要因となる。 By the way, in the CCD type solid-state imaging device, the charge transfer electrode is usually configured by using two polysilicon layers or three polysilicon layers as shown in FIGS. At this time, the level difference becomes large in the overlapping portion of the polysilicon electrodes (charge transfer electrodes and their wiring portions). Further, a light shielding film is formed on the charge transfer electrode to prevent light from entering during charge transfer. For example, the light shielding film is formed by depositing aluminum or the like by a sputtering method, and then forming an opening on the photodiode by a photolithography process and a dry etching process. At this time, if the level difference of the underlying polysilicon electrode is large, it is necessary to ensure a sufficient thickness of the light shielding film in order to improve the step coverage in sputtering of the light shielding film. In addition, if the level difference of the polysilicon electrode in the lower layer is large, the patterning accuracy of the light-shielding film is increased due to variations in the film thickness during resist application in the photolithography process for forming the opening of the photodiode. Variation occurs between the photodiodes, which causes a variation in photodiode sensitivity.
そこで、遮光膜を安定して形成する方法として、例えば特許文献2および特許文献3には、化学的機械的研磨法(Chemical Mechamical Polishing;CMP法)によりポリシリコン電極を研磨して、ポリシリコン電極の重なり部を平坦化する方法が提案されている。
上述したように、従来の固体撮像素子では、感度を犠牲にしないために素子分離領域の幅を狭くすると、ポリシリコンからなる電荷転送電極の幅が狭まり、電気抵抗が増大するという問題がある。 As described above, in the conventional solid-state imaging device, if the width of the element isolation region is reduced in order not to sacrifice the sensitivity, there is a problem that the width of the charge transfer electrode made of polysilicon is reduced and the electric resistance is increased.
また、電荷転送電極の電気抵抗を低下させるためにポリシリコンからなる電荷転送電極の膜厚を厚くすると、微細加工の妨げとなり、また、膜厚を厚くすることにも限界がある。また、電荷転送電極の電気抵抗を低下させるためにポリシリコンからなる電荷転送電極中に含まれる不純物濃度を増加させる方法にも限界がある。 Further, if the thickness of the charge transfer electrode made of polysilicon is increased in order to reduce the electric resistance of the charge transfer electrode, it becomes an obstacle to fine processing, and there is a limit to increasing the thickness. Further, there is a limit to a method for increasing the concentration of impurities contained in the charge transfer electrode made of polysilicon in order to reduce the electric resistance of the charge transfer electrode.
また、特許文献1に開示されているように、CCD型固体撮像素子に裏打ち金属配線を設ける場合には、垂直電荷転送領域の上部に縦方向に金属配線が延設され、コンタクトホールを介して金属配線と各層のポリシリコン電極とが電気的に接続された構造となる。しかしながら、この構造では、金属配線の配置および金属配線とポリシリコン電極とを電気的に接続するコンタクトホールの配置が限定される。また、3層のポリシリコンからなる電荷転送電極(3層ポリシリコン構造)では、3層の電極が重なっているため、各層の電荷転送電極を十分に露呈させることが困難であり、全ての層のポリシリコン電極に対して裏打ち金属配線を設けることは困難である。 Further, as disclosed in Patent Document 1, when a backing metal wiring is provided in a CCD type solid-state imaging device, a metal wiring extends in the vertical direction above the vertical charge transfer region, and is connected via a contact hole. The metal wiring and the polysilicon electrode of each layer are electrically connected. However, in this structure, the arrangement of the metal wiring and the arrangement of the contact hole that electrically connects the metal wiring and the polysilicon electrode are limited. Further, in the charge transfer electrode (three-layer polysilicon structure) made of three layers of polysilicon, since the three layers of electrodes are overlapped, it is difficult to sufficiently expose the charge transfer electrodes of each layer. It is difficult to provide a backing metal wiring for the polysilicon electrode.
さらに、特許文献2および3に開示されているように、CCD型固体撮像素子において、ポリシリコン電極をCMP法によって研磨する方法では、配線部のポリシリコン層も研磨される。これによって、従来の3層ポリシリコン構造の電荷転送電極に対してこの特許文献2および3の方法を適用することは困難である。 Further, as disclosed in Patent Documents 2 and 3, in the CCD solid-state imaging device, in the method of polishing the polysilicon electrode by the CMP method, the polysilicon layer of the wiring portion is also polished. Accordingly, it is difficult to apply the methods of Patent Documents 2 and 3 to the conventional charge transfer electrode having a three-layer polysilicon structure.
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、電荷転送電極の低抵抗化により電荷転送速度の高速化および低消費電力化を図ると共に、電荷転送電極の段差を低減して上層に設けられる遮光膜の加工を容易化し、光電変換素子の感度特性ばらつきおよびスミアの低減を図って、固体撮像素子の高画素化および電荷転送の高速化に対応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撮像部に用いる電子情報機器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and by reducing the resistance of the charge transfer electrode, the charge transfer speed is increased and the power consumption is reduced, and the step of the charge transfer electrode is reduced and provided in the upper layer. A solid-state imaging device capable of facilitating the processing of the light-shielding film, reducing sensitivity characteristic variation and smear of the photoelectric conversion device, and corresponding to an increase in the number of pixels of the solid-state imaging device and a high speed of charge transfer, and a manufacturing method thereof, An object of the present invention is to provide an electronic information device that uses this solid-state imaging device for an imaging unit.
本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面に設けられた複数の光電変換素子と、該光電変換素子に隣接して該半導体基板表面に設けられ、該光電変換素子から読み出された電荷を転送可能とする電荷転送領域と、該電荷転送領域上にゲート絶縁膜を介して設けられた複数の電荷転送電極と、該電荷転送電極上を覆い、該光電変換素子上に開口部を有する遮光膜とを備えた固体撮像素子において、電荷転送方向に順次隣接する複数の電荷転送電極が互いに重ならずに同じ厚みで設けられ、該電荷転送方向と交差する所定方向に隣接する各電荷転送電極の間に配線部は設けられておらず、当該間が当該電荷転送電極よりも上層に設けられた配線層によって電気的に接続されており、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 has a plurality of photoelectric conversion elements provided on the surface of the semiconductor substrate, and is provided on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the photoelectric conversion elements, and transfers charges read from the photoelectric conversion elements. A charge transfer region that can be enabled, a plurality of charge transfer electrodes provided on the charge transfer region via a gate insulating film, and a light-shielding film that covers the charge transfer electrode and has an opening on the photoelectric conversion element A plurality of charge transfer electrodes sequentially adjacent in the charge transfer direction are provided with the same thickness without overlapping each other, and each charge transfer electrode adjacent in a predetermined direction intersecting the charge transfer direction is provided. No wiring portion is provided between them, and the space is electrically connected by a wiring layer provided above the charge transfer electrode, thereby achieving the above object.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における電荷転送電極はポリシリコン層からなり、前記配線層は金属層からなる。 Preferably, the charge transfer electrode in the solid-state imaging device of the present invention is made of a polysilicon layer, and the wiring layer is made of a metal layer.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における複数の電荷転送電極は、前記電荷転送方向に交互に配置された第1および第2電荷転送電極を有し、該第1電荷転送電極と第2電荷転送電極とが互いに重ならずに同じ厚みで設けられ、該電荷転送方向と交差する所定方向に隣接する該第1および第2電荷転送電極のそれぞれの間の配線部は設けられておらず、当該間が前記配線層によって電気的に接続されている。
Further preferably, the plurality of charge transfer electrodes in the solid-state imaging device of the present invention include first and second charge transfer electrodes alternately arranged in the charge transfer direction, the first charge transfer electrode and the second charge transfer electrode. The charge transfer electrodes are provided with the same thickness without overlapping each other, and no wiring portion is provided between each of the first and second charge transfer electrodes adjacent to each other in a predetermined direction intersecting the charge transfer direction. The space is electrically connected by the wiring layer.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における複数の電荷転送電極は、前記電荷転送方向に順次繰り返し配置された第1〜第4電荷転送電極を有し、該第1〜第4電荷転送電極が順次重ならずに同じ厚みで設けられ、該電荷転送方向と交差する所定方向に隣接する該第1〜第4電荷転送電極のそれぞれの間に配線部は設けられておらず、当該間が前記配線層によって電気的に接続されている。
Further preferably, the plurality of charge transfer electrodes in the solid-state imaging device of the present invention have first to fourth charge transfer electrodes sequentially and repeatedly arranged in the charge transfer direction, and the first to fourth charge transfer electrodes. Are provided with the same thickness without sequentially overlapping, and no wiring portion is provided between each of the first to fourth charge transfer electrodes adjacent to each other in a predetermined direction intersecting with the charge transfer direction. They are electrically connected by the wiring layer.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における遮光膜上を覆うように、表面が平坦化された層間絶縁膜が設けられ、前記配線層は、該層間絶縁膜上に設けられている。 Further preferably, an interlayer insulating film having a planarized surface is provided so as to cover the light shielding film in the solid-state imaging device of the present invention, and the wiring layer is provided on the interlayer insulating film.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における電荷転送電極と配線層とを電気的に接続するためのコンタクト部が、該電荷転送電極と配線層の間に介在する前記層間絶縁膜に設けられている。 Further preferably, a contact portion for electrically connecting the charge transfer electrode and the wiring layer in the solid-state imaging device of the present invention is provided in the interlayer insulating film interposed between the charge transfer electrode and the wiring layer. ing.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるコンタクト部は、前記配線層と電荷転送電極間に設けられたコンタクトホールを介した埋め込み型コンタクト構造である。 Further preferably, the contact portion in the solid-state imaging device of the present invention has a buried contact structure through a contact hole provided between the wiring layer and the charge transfer electrode.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における遮光膜には、前記コンタクト部のコンタクトホール径よりも大きく、該コンタクトホールを貫通可能とするコンタクト用穴が設けられている。 Further preferably, the light shielding film in the solid-state imaging device of the present invention is provided with a contact hole which is larger than the contact hole diameter of the contact portion and can penetrate the contact hole.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における配線層の幅サイズは、前記遮光膜の幅サイズと同じサイズに形成されている。 Further preferably, the width size of the wiring layer in the solid-state imaging device of the present invention is formed to be the same size as the width size of the light shielding film.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板表面に設けられた複数の光電変換素子と、該光電変換素子に隣接して該半導体基板表面に設けられ、該光電変換素子から読み出された電荷を転送可能とする電荷転送領域と、該電荷転送領域上にゲート絶縁膜を介して電荷転送方向に交互に配置された第1および第2電荷転送電極と、該電荷転送電極を覆い、該光電変換素子上に開口部を有する遮光膜とを備えた固体撮像素子の製造方法において、 該光電変換素子および電荷転送領域が設けられた半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜上に第1電荷転送電極となる層を形成する工程と、第2電荷転送電極膜を成膜し、化学的機械的研磨法によって該第1電荷転送電極となる層に対する該第2電荷転送電極膜の重なり部を取り去って平坦化し、該第1電荷転送電極および第2電荷転送電極が互いに重ならないように同じ厚みに形成する工程と、該第1および第2電荷転送電極を覆うように遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、該電荷転送方向と交差する所定方向に隣接する該第1および第2電荷転送電極のそれぞれの間に配線部を設けることなく、該電荷転送電極よりも上層でかつ遮光膜の上方に、該間を電気的に接続する配線層を形成する工程とを有し、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 includes a plurality of photoelectric conversion elements provided on the surface of a semiconductor substrate, and provided on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the photoelectric conversion elements, and read from the photoelectric conversion elements A charge transfer region capable of transferring charge; first and second charge transfer electrodes alternately arranged in the charge transfer direction on the charge transfer region via a gate insulating film; and covering the charge transfer electrode, In a method for manufacturing a solid-state imaging device comprising a light-shielding film having an opening on a photoelectric conversion element, a step of forming a gate insulating film on a surface of a semiconductor substrate provided with the photoelectric conversion element and a charge transfer region, and the gate Forming a layer serving as a first charge transfer electrode on the insulating film; forming a second charge transfer electrode film; and subjecting the second charge to the layer serving as the first charge transfer electrode by a chemical mechanical polishing method. Transfer electrode film overlap Forming the same thickness so that the first charge transfer electrode and the second charge transfer electrode do not overlap with each other, and forming a light-shielding film so as to cover the first and second charge transfer electrodes The light-shielding film forming step and the first and second charge-transfer electrodes adjacent to each other in a predetermined direction intersecting the charge-transfer direction are provided in a layer above the charge-transfer electrode and shielded from light without providing a wiring portion. above the film, and forming a wiring layer for electrically connecting the above-described object can be achieved.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板表面に設けられた複数の光電変換素子と、該光電変換素子に隣接して該半導体基板表面に設けられ、該光電変換素子から読み出された電荷を転送可能とする電荷転送領域と、該電荷転送領域上にゲート絶縁膜を介して電荷転送方向に順次繰り返し配置された第1〜第4電荷転送電極と、該電荷転送電極上を覆い、該光電変換素子上に開口部を有する遮光膜とを備えた固体撮像素子の製造方法において、該光電変換素子および電荷転送領域が設けられた半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜上に第1および第3電荷転送電極となる層を形成する工程と、第2および第4電荷転送電極膜を成膜し、化学的機械的研磨法によって該第1および第3電荷転送電極となる層に対する第2および第4電荷転送電極膜の重なり部を取り去って平坦化し、該第1〜第4電荷転送電極が互いに重ならないように同じ厚みで形成する工程と、該第1〜第4電荷転送電極を覆うように遮光膜を形成する工程と、該電荷転送方向と交差する所定方向に隣接する該第1〜第4電荷転送電極のそれぞれの間に配線部を設けることなく、該電荷転送電極よりも上層でかつ該遮光膜の上方に、該間を電気的に接続する配線層を形成する工程とを有し、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 includes a plurality of photoelectric conversion elements provided on the surface of a semiconductor substrate, and provided on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the photoelectric conversion elements, and read from the photoelectric conversion elements A charge transfer region capable of transferring charge, first to fourth charge transfer electrodes sequentially and repeatedly arranged in the charge transfer direction via a gate insulating film on the charge transfer region, and covering the charge transfer electrode, In a method for manufacturing a solid-state imaging device comprising a light-shielding film having an opening on the photoelectric conversion element, a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate surface provided with the photoelectric conversion element and a charge transfer region; and Forming a layer to be the first and third charge transfer electrodes on the gate insulating film; forming second and fourth charge transfer electrode films; and performing the first and third charges by chemical mechanical polishing. In the layer that becomes the transfer electrode Removing the planarized portion of the second and fourth charge transfer electrode films and flattening the first and fourth charge transfer electrodes so as not to overlap each other, and the first to fourth charge transfer The charge transfer electrode is formed without providing a wiring portion between the step of forming a light shielding film so as to cover the electrode and the first to fourth charge transfer electrodes adjacent to each other in a predetermined direction intersecting the charge transfer direction. above the upper a and the light shielding film than, and forming a wiring layer for electrically connecting the above-described object can be achieved.
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遮光膜形成工程の後に、該遮光膜を覆うように層間絶縁膜を成膜し、化学的機械的研磨法によって該層間絶縁膜の表面を平坦化する層間絶縁膜形成工程を更に有し、前記配線層形成工程において、平坦化した該層間絶縁膜の表面上に前記配線層を形成する。 Preferably, after the light shielding film forming step in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, an interlayer insulating film is formed so as to cover the light shielding film, and the surface of the interlayer insulating film is formed by a chemical mechanical polishing method. A step of forming an interlayer insulating film for flattening, and in the wiring layer forming step, the wiring layer is formed on the surface of the flattened interlayer insulating film.
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、前記配線層と電荷転送電極との間に介在する前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールを介して該電荷転送電極と配線層とを電気的に接続するコンタクト部を形成するコンタクト部形成工程を更に有する。 Further preferably, in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a contact hole is formed in the interlayer insulating film interposed between the wiring layer and the charge transfer electrode, and the charge transfer electrode is formed through the contact hole. And a contact portion forming step of forming a contact portion for electrically connecting the wiring layer and the wiring layer.
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コンタクト部形成工程は、前記層間絶縁膜のコンタクトホール上にコンタクト用導電膜を成膜して該コンタクトホール内にコンタクト用導電膜材料を埋め込むと共に、該層間絶縁膜上に形成されたコンタクト用導電膜を化学的機械的研磨法を用いて除去する。 Further preferably, in the contact part forming step in the method of manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the contact conductive film is formed on the contact hole of the interlayer insulating film, and the contact conductive film material is formed in the contact hole. At the same time, the conductive film for contact formed on the interlayer insulating film is removed using a chemical mechanical polishing method.
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遮光膜形成工程は、前記コンタクト部形成工程において、前記コンタクトホールの外周部が貫通可能とするコンタクト用穴を前記遮光膜に形成する。 Further preferably, in the light shielding film forming step in the method of manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, in the contact portion forming step, a contact hole that allows an outer peripheral portion of the contact hole to pass through is formed in the light shielding film.
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遮光膜形成工程の前工程として、前記電荷転送電極上にエッチングストッパ用の絶縁膜を形成する工程を更に有し、前記コンタクト部形成工程において、前記層間絶縁膜および該絶縁膜に前記コンタクトホールを形成する。 Furthermore, preferably, the method further includes a step of forming an insulating film for an etching stopper on the charge transfer electrode as a pre-process of the light shielding film forming step in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, and the contact portion forming step The contact hole is formed in the interlayer insulating film and the insulating film.
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配線層の形成工程は、該配線層の幅サイズを前記遮光膜の幅サイズと同じサイズに形成する。 Further preferably, in the step of forming a wiring layer in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the width of the wiring layer is formed to be the same as the width of the light shielding film.
本発明の電子情報機器は、請求項1〜9のいずれかに記載の固体撮像素子を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。 An electronic information device according to the present invention uses the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 9 for an imaging unit, thereby achieving the above object.
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。 The operation of the present invention will be described below with the above configuration.
本発明においては、2層ポリシリコン構造CCD型固体撮像素子および3層ポリシリコン構造CCD型固体撮像素子などの固体撮像素子において、電荷転送方向に隣接する電荷転送電極が化学的機械的研磨法(CMP法)などにより研磨されて互いに順次重ならないように形成されるため、結合容量の増加を低減することが可能となる。また、複数の電荷転送電極が互いに順次重ならずに同じ厚みで形成されるため、その上層に形成される遮光膜の段差を減らして遮光膜の形成を容易化することが可能となる。これにより、遮光膜の加工ばらつきを低減し、フォトダイオードなどの光電変換素子特性のばらつきをも低減すると共にスミアを低減することが可能となる。 In the present invention, in a solid-state image pickup device such as a two-layer polysilicon structure CCD solid-state image pickup device and a three-layer polysilicon structure CCD solid-state image pickup device, a charge transfer electrode adjacent in the charge transfer direction is subjected to a chemical mechanical polishing method ( Since it is formed so as not to sequentially overlap each other by CMP or the like, it is possible to reduce an increase in coupling capacitance. In addition, since the plurality of charge transfer electrodes are formed with the same thickness without sequentially overlapping each other, the step of the light shielding film formed thereon can be reduced to facilitate the formation of the light shielding film. As a result, variations in processing of the light shielding film can be reduced, variations in characteristics of photoelectric conversion elements such as photodiodes can be reduced, and smear can be reduced.
また、電荷転送方向と交差する方向(直交する方向を含む)に隣接する電荷転送電極の間は、電荷転送電極よりも上層に設けられた配線層によって接続されるため、配線部分を遮光膜で覆う必要がなく、遮光部の面積を減らして光電変換素子上の開口部の面積を広げ、感度低下を低減することが可能となる。 In addition, since the charge transfer electrodes adjacent to the direction crossing the charge transfer direction (including the direction orthogonal to each other) are connected by a wiring layer provided above the charge transfer electrode, the wiring portion is covered with a light shielding film. There is no need to cover, and the area of the light-shielding portion can be reduced to widen the area of the opening on the photoelectric conversion element, thereby reducing the sensitivity reduction.
この場合に、金属配線層でも遮光されるが、金属配線層はポリシリコン層からなる配線部よりも低抵抗化できるため、幅を更に狭くすることができ、また、配線部を覆う遮光膜よりも金属配線層だけの方が幅が狭いため、開口部の面積を広げることが可能となる。 In this case, although the metal wiring layer is also shielded from light, the metal wiring layer can be made lower in resistance than the wiring part made of the polysilicon layer, so that the width can be further reduced, and moreover than the light shielding film covering the wiring part. Since only the metal wiring layer is narrower, the area of the opening can be increased.
さらに、配線層を金属層として、例えばAl、Al−Si、Al−Cu、CuもしくはWなどの単層膜、またはこれらとTiN、Ti、TiWまたはWなどとの多層膜を用いることにより、電荷転送電極をより低抵抗化して電荷転送効率を向上させることが可能となる。 Furthermore, by using a wiring layer as a metal layer, for example, a single layer film such as Al, Al-Si, Al-Cu, Cu or W, or a multilayer film of these with TiN, Ti, TiW or W, etc. Charge transfer efficiency can be improved by lowering the resistance of the transfer electrode.
この配線層は、半導体製造工程に用いられるCMP法などで平坦化された層間絶縁膜上に設けることが可能であり、この配線層と電荷転送電極とのコンタクト部を埋め込み型コンタクト構造とすることにより、平坦化されて薄膜化された電荷転送電極がコンタクト部形成時のドライエッチング工程などにより削られることを防ぐことができる。 This wiring layer can be provided on an interlayer insulating film flattened by a CMP method or the like used in a semiconductor manufacturing process, and the contact portion between this wiring layer and the charge transfer electrode has a buried contact structure. Thus, the flattened and thinned charge transfer electrode can be prevented from being scraped by a dry etching process or the like when forming the contact portion.
また、微細コンタクト形成技術を用いることにより、コンタクト径を例えば0.2um程度と小さくすることができるため、電荷転送電極上のいずれの場所にも、配線層と電荷転送電極(ポリシリコン電極)とのコンタクト部を形成することができる。例えば、電荷転送電極で覆われた素子分離領域上に設置することも可能となる。 In addition, since the contact diameter can be reduced to, for example, about 0.2 μm by using the fine contact formation technique, the wiring layer and the charge transfer electrode (polysilicon electrode) can be provided anywhere on the charge transfer electrode. The contact portion can be formed. For example, it can be installed on an element isolation region covered with a charge transfer electrode.
さらに、遮光膜にコンタクト用穴を設けて、ポリシリコンからなる電荷転送電極と金属からなる配線層とを接続するためのコンタクト用導電材料をコンタクト用穴内に充填する場合、配線層を、遮光膜の電荷転送方向と交差する方向のサイズと同じサイズに形成することにより、遮光膜のコンタクト用穴から光が侵入することを防ぐことが可能となる。 Further, when a contact hole is provided in the light shielding film and a contact conductive material for connecting the charge transfer electrode made of polysilicon and the wiring layer made of metal is filled in the contact hole, the wiring layer is made It is possible to prevent light from entering from the contact hole of the light shielding film by forming the same size as the size in the direction intersecting with the charge transfer direction.
以上のように、本発明によれば、電荷転送電極の重なりによる結合容量の増加を抑制し、金属配線の使用により電荷転送電極の低抵抗化を図り、遮光部の面積低減および遮光膜の加工ばらつきの低減により光電変換素子特性のばらつきおよびスミアを低減すると共に感度低下を抑制することができる。これにより、今後の固体撮像素子の高画素化、電荷転送速度の高速化および低消費電力化に対応することができる。 As described above, according to the present invention, an increase in coupling capacitance due to overlapping of charge transfer electrodes is suppressed, the resistance of the charge transfer electrodes is reduced by using metal wiring, the area of the light shielding portion is reduced, and the light shielding film is processed. By reducing the variation, it is possible to reduce variations in the characteristics of the photoelectric conversion element and smear, and to suppress a decrease in sensitivity. Thereby, it is possible to cope with future increase in the number of pixels of the solid-state imaging device, increase in the charge transfer rate, and reduction in power consumption.
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について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の固体撮像素子の一実施形態の構造例を示す要部平面図、図2は図1のCC’線断面図である。なお、CC’線方向は、電荷転送方向と交差(または直交)する方向(図1では横方向)である。 FIG. 1 is a main part plan view showing a structural example of an embodiment of a solid-state imaging device of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. The CC ′ line direction is a direction (horizontal direction in FIG. 1) that intersects (or is orthogonal to) the charge transfer direction.
図1および図2に示すように、固体撮像素子30は、2層ポリシリコン構造であり、図示しない半導体基板表面に光電変換素子としてのフォトダイオード31と、隣接するフォトダイオード31から読み出された電荷を転送するための電荷転送領域32と、この電荷転送領域32上にゲート絶縁膜33を介して設けられたポリシリコン層からなる第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35とを有しており、第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35上を覆うように、フォトダイオード31上に開口部を有する遮光膜36が設けられている。フォトダイオード31上の全てが開口部になっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the solid-
フォトダイオード31は、図6〜図8に示す従来の固体撮像素子10の場合と同様に、半導体基板表面に設けられたP型低濃度不純物領域(P−Well)とその上に設けられたN型高濃度不純物層とを有し、P型高濃度不純物層が埋め込み構造となっている。
As in the case of the conventional solid-
電荷転送方向(図1では縦方向)に隣接するフォトダイオード10の境界部には、P型低濃度不純物領域(P−Well)上に素子分離領域41が設けられている。
An
第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35は、電荷転送方向に交互に配置されており、第1電荷転送電極34と第2電荷転送電極35とが互いに順次重ならないように同じ厚みで設けられている。
The first
また、電荷転送方向と交差(または直交)する方向(図1では横方向)に隣接する第1電荷転送電極34の間および第2電荷転送電極35の間は、電荷転送電極34および35よりも上層に設けられた配線層37によって電気的に接続されている。
Further, between the first
遮光膜36は、第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35上に絶縁膜38を介して設けられている。第1電荷転送電極34と第2電荷転送電極35とは互いに重なっておらず、段差部が無いため、遮光膜36にも段差部は生じることなく、薄膜化することができる。
The
遮光膜36上には、表面が平坦化された層間絶縁膜39が設けられており、この層間絶縁膜39上に金属層からなる配線層37が設けられている。絶縁膜38および層間絶縁膜39には、第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35上にそれぞれ各コンタクトホールがそれぞれ設けられており、この各コンタクトホール内をそれぞれ埋め込むようにコンタクト用導電膜材料が設けられて、第1電荷転送電極34または第2電荷転送電極35と配線層37とを電気的に接続する埋め込み型コンタクト構造のコンタクト部40が形成されている。
An interlayer insulating
遮光膜36には、このコンタクト用導電膜が通るコンタクト用穴36aが形成されている。このコンタクト用穴36aの径はコンタクト部40のコンタクトホール径よりも大きい。第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35のそれぞれの各間を電気的に接続する各配線層37が遮光膜36よりも上層であるため、遮光膜36は、隣接するフォトダイオード31間の素子分離領域41上に設けられていない。
A
このように構成された本実施形態の固体撮像素子30の製造方法について、以下に、図1〜図5を用いて説明する。
A method for manufacturing the solid-
図3は、図1の固体撮像素子の電荷転送電極となる層の形成工程を説明するためのDD’線断面図、図4は、本実施形態の固体撮像素子の製造方法における遮光膜形成工程の一例を説明するための要部平面図、図5は、図1の固体撮像素子の電荷転送電極部研磨工程を説明するためのDD’線断面図である。なお、DD’線方向は電荷転送方向(図1では縦方向)である。 FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ for explaining a process for forming a layer serving as a charge transfer electrode of the solid-state image sensor of FIG. 1, and FIG. 4 is a light-shielding film forming process in the method for manufacturing the solid-state image sensor of this embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ for explaining the charge transfer electrode portion polishing step of the solid-state imaging device in FIG. 1. The DD ′ line direction is the charge transfer direction (vertical direction in FIG. 1).
まず、Siなどからなる半導体基板上にフォトリソグラフィ法によりマスクを形成し、このマスクを用いて半導体基板中にイオン注入法により不純物を添加することにより、図1および図3に示すように、P型低濃度不純物領域42、電荷転送領域32、光電変換素子(フォトダイオード)31および画素分離するための素子分離領域41を形成する。
First, a mask is formed on a semiconductor substrate made of Si or the like by a photolithography method, and an impurity is added into the semiconductor substrate by using the mask by an ion implantation method. As shown in FIGS. A low-
次に、光電変換素子31および電荷転送領域32が設けられた半導体基板表面にゲート絶縁膜33を形成する。即ち、基板表面の熱酸化を行うか、またはCVD法により酸化膜、窒化膜もしくはそれらの積層層を成膜することによって、厚み50n〜100nmのゲート絶縁膜33を形成する。
Next, a
さらに、ゲート絶縁膜33上に第1電荷転送電極34を形成する。即ち、第1電荷転送電極34となるポリシリコン層をCVD法により厚み50nm〜1000nm、例えば300nmに成膜した後、フォトリソグラフィ法により第1電荷転送電極34のパターンをパターニングしてレジストマスクを形成し、例えばドライエッチング法により選択的にポリシリコン層をエッチングすることにより、図3に示すように、第1電荷転送電極34となる層34aを形成する。このとき、従来では、電荷転送方向と交差する方向(図1では横方向)に隣接する第1電荷転送電極34の間を接続する配線部も形成されていたが、本実施形態では、第1電荷転送電極34の間を接続する配線部は形成されない。
Further, the first
さらに、第2電荷転送電極膜35となる層35aを成膜し、化学的機械的研磨法によって第1電荷転送電極34aと第2電荷転送電極膜35aとの重なり部を平坦化して、第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35が互いに重ならないように同じ厚みで形成する。即ち、第1電荷転送電極部34aのエッチング時にオーバーエッチングによって失われたゲート絶縁膜33を補うための絶縁膜を成膜し、図3に示すように、第2電荷転送電極35となるポリシリコン層35aを第1電荷転送電極34となるポリシリコン層34aと同様に成膜する。その後、CMP法により第2電荷転送電極35となるポリシリコン層35aおよび第1電荷転送電極部34となるポリシリコン層34aを順次研磨して、任意の電荷転送電極膜厚、例えば100nmまで研磨する。
Further, a
その後、フォトリソグラフィ法により第2電荷転送電極35のパターンをパターニングしてレジストマスクを形成し、例えばドライエッチング法により選択的にポリシリコン層をエッチングすることにより、図5に示すように、第2電荷転送電極35を形成する。このとき、従来では、電荷転送方向と交差する方向(図1では横方向)に隣接する第2電荷転送電極35の間を接続する配線部も形成されていたが、本実施形態では、第2電荷転送電極35の間を接続する配線部は形成されない。
Thereafter, the pattern of the second
これにより、図4および図5に示すように、第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35が電荷転送方向(図1および図4では縦方向)に交互に配置されて重ならないように同じ厚みで設けられ、電荷転送方向と交差する方向(図1および図4では横方向)に隣接する第1電荷転送電極34の間および第2電荷転送電極35の間には、従来のように配線部が設けられていない第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35が形成される。なお、第2電荷転送電極35を形成するためのエッチング工程は、CMP法による研磨の前に行ってもよい。
As a result, as shown in FIGS. 4 and 5, the first
さらに、第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35上に、電荷転送電極34,35と金属配線層37とを接続するコンタクトホール形成のためのエッチング時にオーバーエッチングを防ぐためのストッパとなる窒化膜をCVD法により形成し、必要に応じてCVD法による酸化膜を積層して、図2に示すように、50nm〜100nmの絶縁膜38を形成する。
Further, the first
その後、第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35を覆うように遮光膜36を形成する。即ち、絶縁膜38上に、Al、Al−Si、Al−Cu、CuもしくはWなどの単層膜、またはこれらとTiN、Ti、TiWもしくはWなどとの多層膜を用いて遮光膜36となる層を成膜する。この遮光膜36となる層は、平坦な電荷転送電極34,35上をカバーするため、従来のように段差部を有する電荷転送電極およびそれらの配線部を覆う遮光膜に比べて薄膜化することが可能である。その後、フォトリソグラフィ法により遮光膜36のパターンにパターンニングしてレジストマスクを形成し、例えばドライエッチング法を用いて選択的に遮光膜36となる層をエッチングすることにより、図2および図4に示すように遮光膜36を形成する。
Thereafter, a
このとき、従来のパターンと異なり、本実施形態ではポリシリコン層からなる配線部が設けられていないため、図4に示すように、遮光膜36は電荷転送電極34および35上にのみ形成される。このとき、電荷転送電極34および35と金属配線層37とを接続するコンタクト部形成時に遮光膜36がコンタクト用導電膜と接触しないように、十分に余裕を有するコンタクト用穴36aが遮光膜36に形成される。
At this time, unlike the conventional pattern, the wiring portion made of the polysilicon layer is not provided in the present embodiment, so that the
次に、CVD法により層間絶縁膜39となる層である酸化膜またはBPSG膜などを成膜し、CMP法を用いて表面(最も高い位置)から200nm〜500nm程度の高さまで均一に研磨することによって、図2に示すように、表面が平坦化された層間絶縁膜39を形成する。
Next, an oxide film, a BPSG film, or the like, which is a layer that becomes the interlayer insulating
その後、フォトリソグラフィ法により電荷転送電極34および35上に、電荷転送電極34および35と金属配線層37とを接続するコンタクトホールのパターンをパターンニングしてレジストマスクを形成し、例えばドライエッチング法を用いて選択的にエッチングすることにより層間絶縁膜39にコンタクトホールを形成する。
Thereafter, a resist mask is formed on the
このとき、電荷転送電極34および35上に積層された窒化膜(絶縁膜38)によって選択的にエッチングを一旦停止させ、その後、窒化膜(絶縁膜38)のみをエッチングすることなどにより、電荷転送電極膜のオーバーエッチングを極力防ぐようにする。このように、平坦化されて薄膜化された電荷転送電極34,35がコンタクト部形成時のドライエッチング工程などにより削られることを防ぐことができる。
At this time, the etching is selectively stopped by the nitride film (insulating film 38) laminated on the
その後、コンタクト部用導電膜としてCu、WもしくはTiWなどの単層膜、またはこれらとTiもしくはTiNなどとの多層膜を成膜してコンタクトホール内を導電材料にて埋め込んだ後、CMP法を用いて層間絶縁膜39上のコンタクト部用導電膜を除去することにより、図2に示すように埋め込み型コンタクト構造のコンタクト部40をコンタクトホール内に形成する。
After that, a single layer film such as Cu, W or TiW or a multilayer film of these with Ti or TiN is formed as the contact portion conductive film, and the contact hole is filled with a conductive material, and then the CMP method is performed. The contact portion conductive film on the
さらに、第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35のそれぞれの間(第1電荷転送電極34間または第2電荷転送電極35間)を電気的に接続する配線層37を形成する。即ち、Al、Al−Si、Al−Cu、CuもしくはWなどの単層膜またはこれらとTiN、Ti、TiWもしくはWなどとの多層膜を用いて金属配線層を成膜し、フォトリソグラフィ法により金属配線層37のパターンにパターンニングしてレジストマスクを形成し、例えばドライエッチング法を用いて選択的に金属配線層37となる層をエッチングすることにより、図2に示すように金属配線層37を形成する。
Further, a
このとき、金属配線層37は、図2に示すように、遮光膜36に開口されたコンタクト用穴36aから電荷転送領域32への入光を防ぐために、遮光膜36上において遮光膜36の電荷転送方向(図4では縦方向)と交差(または直交)する方向(図4では横方向)のサイズと同等のサイズに形成される。コンタクト用穴36aの上方には金属配線層37が形成されており、コンタクト用穴36aは金属配線層37により遮光されている状態である。
At this time, as shown in FIG. 2, the
以上のように作製された本実施形態の固体撮像素子30は、電荷転送方向(図1では縦方向)に隣接する第1電荷転送電極34と第2電荷転送電極35とがCMP法により研磨されて互いに順次重ならないように形成されるため、結合容量の増加を低減することができる。
In the solid-
また、第1電荷転送電極34と第2電荷転送電極35とが互いに順次重ならずに同じ厚みで形成されるため、その上層に形成される遮光膜36の段差を減らして遮光膜36の形成を容易化することができる。これにより、遮光膜36の加工ばらつきを低減し、フォトダイオード31の特性ばらつきを低減すると共にスミアを低減することができる。
In addition, since the first
さらに、電荷転送方向(図1では縦方向)と交差(または直交)する方向(図1では横方向)に隣接する第1電荷転送電極34および第2電荷転送電極35のそれぞれの間(第1電荷転送電極34間と、第2電荷転送電極35間)は、電荷転送電極34,35よりも上層に設けられた配線層37によって接続されるため、従来のように配線部を遮光膜で覆う必要がなく、遮光部の面積を充分に減らして開口部を広げ、感度低下を低減することができる。
Further, between each of the first
さらに、配線層37が金属層からなるため、電荷転送電極を低抵抗化して電荷転送効率を向上させることができる。また、配線層37は、表面が平坦化された層間絶縁膜39上に設けられており、埋め込み型コンタクト構造のコンタクト部40によって電荷転送電極34,35と電気的に接続されている。
Furthermore, since the
また、微細コンタクト形成技術を用いることにより、コンタクト径を例えば0.2um程度と小さくすることができるため、電荷転送電極34および35上のいずれの場所にも、配線層37と電荷転送電極(ポリシリコン電極)34および35とのコンタクト部40を形成することができる。
In addition, since the contact diameter can be reduced to, for example, about 0.2 μm by using the fine contact formation technique, the
さらに、配線層37を、遮光膜36の電荷転送方向と交差(または直交)する方向のサイズ(遮光膜36の幅サイズ)と同じ幅サイズに形成する。これによって、遮光膜36のコンタクト用穴36aから入射光が侵入することを防ぐことができる。
Further, the
以上をまとめると、本実施形態によれば、電荷転送方向に隣接するポリシリコン電荷転送電極34,35がCMP法により研磨されて重ならずに略同じ厚みに形成され、電荷転送方向と交差(または直交)する方向に隣接する電荷転送電極の間が上層に設けられた金属配線層37によって電気的に接続されている。このため、金属配線層37は遮光膜によって覆われていないため、フォトダイオード上の開口部31の面積を広げることができる。また、電荷転送電極34,35の低抵抗化により電荷転送速度の高速化および低消費電力化を図ると共に、従来のような電荷転送電極34,35の段差を低減して上層に設けられる遮光膜36の加工を容易化し、光電変換素子の感度特性ばらつきおよびスミアの低減を図ることができる。
In summary, according to the present embodiment, the polysilicon
なお、本実施形態では、2層ポリシリコン構造のCCD型固体撮像素子30を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、3層ポリシリコン構造(4相駆動方式で1画素あたり4個の転送電極を所有)やそれ以上の複数層ポリシリコン構造に対しても適用可能である。3層ポリシリコン構造の場合、電荷転送方向と交差(または直交)する方向に隣接する電荷転送電極34および35のそれぞれの間を接続する金属配線層37を2層構造として、上層の電荷転送電極上の配線層はフォトダイオードの開口部を遮光しないように細く形成することが好ましい。また、配線層を1層で構成する場合には、素子分離領域41上に4本の金属配線層を設けた構造とすることができる。ここで、3層ポリシリコン構造の場合、4相駆動方式になり4個の転送電極を所有することになって、今回のCMPによる方式を取る場合2層ポリシリコン構造と同じ加工方法となり、転送電極の転送方法の幅が小さくなる。
In the present embodiment, the CCD type solid-
また、本実施形態では特に説明しなかったが、本実施形態の固体撮像素子30を、例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機などの各種の電子情報機器の撮像部に用いることができて、従来のような電荷転送電極の重なりによる結合容量の増加を抑制し、電荷転送電極の低抵抗化を図り、光電変換素子特性のばらつきおよびスミアを低減すると共に感度低下を抑制できる本発明の作用効果を奏することができ、この結果、電子情報機器の撮像部で撮像した画像の表示品位が良好で高速処理により低消費電力可能とすることができる。
Although not specifically described in the present embodiment, the solid-
以上のように、本発明の好ましい実施形態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 mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. 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 from the description of specific preferred embodiments of the present invention based on the description of the present invention and common general technical knowledge. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、例えばCCD型固体撮像素子などの固体撮像素子およびその製造方法、これを例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラおよびカメラ付き携帯電話機などの撮像部に用いる電子情報機器の分野において、従来のような電荷転送電極の重なりによる結合容量の増加を抑制し、電荷転送電極の低抵抗化を図り、光電変換素子特性のばらつきおよびスミアを低減すると共に感度低下を抑制することができるため、今後の固体撮像素子の高画素化、電荷転送速度の高速化および低消費電力化に対応することができる。 The present invention relates to a solid-state imaging device such as a CCD solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, and a conventional method in the field of electronic information equipment using the imaging device such as a digital still camera, a digital video camera, and a mobile phone with a camera. In the future, the increase in the coupling capacitance due to the overlap of the charge transfer electrodes can be suppressed, the resistance of the charge transfer electrodes can be lowered, the variation in the characteristics of the photoelectric conversion elements and smear can be reduced, and the sensitivity can be reduced. It is possible to cope with an increase in the number of pixels of a solid-state imaging device, an increase in charge transfer speed, and a reduction in power consumption.
本発明の固体撮像素子は、例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機などの電子情報機器の撮像部に広く利用することが可能であり、表示品位が良好な撮像画像を高速処理により低消費電力で得ることができる。 The solid-state imaging device of the present invention can be widely used in an imaging unit of an electronic information device such as a digital still camera, a digital video camera, or a camera-equipped mobile phone, and a captured image with a good display quality can be obtained by high-speed processing. It can be obtained with low power consumption.
30 固体撮像素子
31 光電変換素子(フォトダイオード)の開口部
32 電荷転送領域
33 ゲート絶縁膜
34,35 電荷転送領域
36 遮光膜
37 金属配線層
38 絶縁膜
39 層間絶縁膜
40 コンタクト部
41 素子分離領域
42 P型低濃度不純物領域(P−Well)
DESCRIPTION OF
Claims (18)
電荷転送方向に順次隣接する複数の電荷転送電極が互いに重ならずに同じ厚みで設けられ、該電荷転送方向と交差する所定方向に隣接する各電荷転送電極の間に配線部は設けられておらず、当該間が当該電荷転送電極よりも上層に設けられた配線層によって電気的に接続されている固体撮像素子。 A plurality of photoelectric conversion elements provided on the surface of the semiconductor substrate, a charge transfer region provided on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the photoelectric conversion elements and capable of transferring charges read from the photoelectric conversion elements; A solid-state imaging device comprising: a plurality of charge transfer electrodes provided on the charge transfer region via a gate insulating film; and a light shielding film that covers the charge transfer electrode and has an opening on the photoelectric conversion element. ,
A plurality of charge transfer electrodes sequentially adjacent in the charge transfer direction are provided with the same thickness without overlapping each other, and a wiring portion is not provided between each charge transfer electrode adjacent in a predetermined direction intersecting the charge transfer direction. First, a solid-state imaging device in which the space is electrically connected by a wiring layer provided above the charge transfer electrode.
該光電変換素子および電荷転送領域が設けられた半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
該ゲート絶縁膜上に第1電荷転送電極となる層を形成する工程と、
第2電荷転送電極膜を成膜し、化学的機械的研磨法によって該第1電荷転送電極となる層に対する該第2電荷転送電極膜の重なり部を取り去って平坦化し、該第1電荷転送電極および第2電荷転送電極が互いに重ならないように同じ厚みに形成する工程と、
該第1および第2電荷転送電極を覆うように遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、
該電荷転送方向と交差する所定方向に隣接する該第1および第2電荷転送電極のそれぞれの間に配線部を設けることなく、該電荷転送電極よりも上層でかつ遮光膜の上方に、該間を電気的に接続する配線層を形成する工程とを有する固体撮像素子の製造方法。 A plurality of photoelectric conversion elements provided on the surface of the semiconductor substrate, a charge transfer region provided on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the photoelectric conversion elements and capable of transferring charges read from the photoelectric conversion elements; First and second charge transfer electrodes alternately arranged in the charge transfer direction via a gate insulating film on the charge transfer region, and a light-shielding film that covers the charge transfer electrode and has an opening on the photoelectric conversion element In a method for manufacturing a solid-state imaging device comprising:
Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate provided with the photoelectric conversion element and the charge transfer region;
Forming a layer to be a first charge transfer electrode on the gate insulating film;
Forming a second charge transfer electrode film, and removing and planarizing the overlapping portion of the second charge transfer electrode film with respect to a layer to be the first charge transfer electrode by a chemical mechanical polishing method; And forming the same thickness so that the second charge transfer electrodes do not overlap each other;
A light shielding film forming step of forming a light shielding film so as to cover the first and second charge transfer electrodes;
Without providing a wiring portion between each of the first and second charge transfer electrodes adjacent in a predetermined direction intersecting the charge transfer direction, above the upper a and the light-shielding film than the charge transfer electrodes, between said Forming a wiring layer that electrically connects the solid-state imaging device.
該光電変換素子および電荷転送領域が設けられた半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
該ゲート絶縁膜上に第1および第3電荷転送電極となる層を形成する工程と、
第2および第4電荷転送電極膜を成膜し、化学的機械的研磨法によって該第1および第3電荷転送電極となる層に対する第2および第4電荷転送電極膜の重なり部を取り去って平坦化し、該第1〜第4電荷転送電極が互いに重ならないように同じ厚みで形成する工程と、
該第1〜第4電荷転送電極を覆うように遮光膜を形成する工程と、
該電荷転送方向と交差する所定方向に隣接する該第1〜第4電荷転送電極のそれぞれの間に配線部を設けることなく、該電荷転送電極よりも上層でかつ該遮光膜の上方に、該間を電気的に接続する配線層を形成する工程とを有する固体撮像素子の製造方法。 A plurality of photoelectric conversion elements provided on the surface of the semiconductor substrate, a charge transfer region provided on the surface of the semiconductor substrate adjacent to the photoelectric conversion elements and capable of transferring charges read from the photoelectric conversion elements; The first to fourth charge transfer electrodes sequentially and repeatedly arranged in the charge transfer direction via the gate insulating film on the charge transfer region, and the light shielding covering the charge transfer electrode and having an opening on the photoelectric conversion element In a method for manufacturing a solid-state imaging device comprising a film,
Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate provided with the photoelectric conversion element and the charge transfer region;
Forming a layer to be first and third charge transfer electrodes on the gate insulating film;
The second and fourth charge transfer electrode films are formed, and the overlapping portions of the second and fourth charge transfer electrode films with respect to the layers to be the first and third charge transfer electrodes are removed by chemical mechanical polishing to be flat. Forming the same thickness so that the first to fourth charge transfer electrodes do not overlap each other;
Forming a light shielding film so as to cover the first to fourth charge transfer electrodes;
Without providing a wiring portion between each of said fourth charge transfer electrode adjacent to the predetermined direction crossing the charge transfer direction, above the upper a and the light shielding film than the charge transfer electrodes, said And a step of forming a wiring layer that electrically connects them.
An electronic information device using the solid-state imaging device according to claim 1 for an imaging unit.
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