JP5019934B2 - Manufacturing method of solid-state imaging device - Google Patents
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本発明は、カメラ付き携帯電話やディジタルスチルカメラ、あるいは監視カメラ等に用いる固体撮像素子およびその製造方法並びに電子情報機器に関し、特に、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部(以下FD部という。)と、該FD部の拡散領域に電気的に接続されたゲート電極を有するトランジスタを含み、該FD部の電荷変化に応じた信号を、該トランジスタを介して出力する出力回路とを有する固体撮像素子およびその製造方法並びに電子情報機器に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device used in a mobile phone with a camera, a digital still camera, a surveillance camera, and the like, a manufacturing method thereof, and an electronic information device. A solid-state imaging device including a transistor having a gate electrode electrically connected to the diffusion region of the FD portion, and an output circuit that outputs a signal corresponding to the charge change of the FD portion through the transistor; The present invention relates to a manufacturing method and electronic information equipment.
この種の従来の固体撮像素子には、CCD型の固体撮像素子と、CMOS型の固体撮像素子とがある。 This type of conventional solid-state imaging device includes a CCD solid-state imaging device and a CMOS solid-state imaging device.
図7は、CCD型の固体撮像素子を説明する概略図である。 FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a CCD type solid-state imaging device.
CCD型の固体撮像素子100は、受光面に縦横に配置された、フォトダイオードからなる複数の光電変換素子1と、該素子の垂直方向の配列に沿って配置される垂直CCD10と、該垂直CCD10の終端に配置される水平CCD20と、該水平CCD20の終端に配置され、該水平CCD20からの電荷を電圧信号に変換して出力する信号出力部Aとを備えている。なお図中、100aは、光電変換素子1及び垂直CCD10が配置された画素部である。
The CCD type solid-
このような固体撮像素子の信号出力部Aの構成は、一般的にFDA(Floating Diffusion Amplyfier)タイプのものが広く採用されている。 As the configuration of the signal output unit A of such a solid-state imaging device, an FDA (Floating Diffusion Amplifier) type is generally widely used.
図8は、上記信号出力部Aの詳細を示す平面図であり、図8及び図7を参照して、信号出力部Aについて説明する。なお、図8中、図7と同一符号は同一のものを示す。 FIG. 8 is a plan view showing details of the signal output unit A. The signal output unit A will be described with reference to FIGS. 8 and 7. In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same components.
固体撮像素子の信号出力部Aは、水平CCD20から転送された電荷を蓄積し、電荷に対応して電位を保持し、その後リセット動作により、リセット電位になる動作を繰り返すFD部30と、水平CCD20からFD部30への電荷の転送を制御する水平出力トランジスタ31と、そのリセット動作を制御するリセットトランジスタ32と、FD部30の電荷の変位を信号に変換し増幅して出力する出力回路40とからなる。
The signal output unit A of the solid-state imaging device accumulates the charges transferred from the
この出力回路40は複数段(2〜3段)のソースフォロワ回路により構成されており、出力回路40を構成する初段トランジスタ41は、基板上に形成された不純物拡散領域41bと、該不純物拡散領域41b上にゲート絶縁膜(図示せず)を介して配置されたゲート電極41aとを有している。また、水平CCD20の終端部には、水平CCD20からFD部30への電荷の転送を制御する水平出力トランジスタ31が配置されており、該水平出力トランジスタ31は、上記水平CCD20を構成する不純物拡散領域20aにつながった不純物拡散領域31bと、該不純物拡散領域31b上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極31aとを有している。また、FD部30に対して水平CCD20と反対側には、上記リセットトランジスタ32が配置されており、該リセットトランジスタ32は、FD部30を構成する不純物拡散領域30aにつながった不純物拡散領域32bと、該不純物拡散領域32b上にゲート絶縁膜(図示せず)を介して配置されたゲート電極32aとを有している。
The
このような構成のCCD型の固体撮像素子では、光電変換素子1で発生した電荷は、垂直CCD10により水平CCD20に転送され、該水平CCD20に転送された電荷は、さらに該水平CCD20により水平出力トランジスタ31を介してFD部30に転送され、該FD部30に蓄積される。すると、FD部30は蓄積した電荷に対応する電位を保持し、この電位が出力回路40で増幅されて出力される。電圧信号に変換された電荷は、リセットトランジスタ32によりFD部30から排出される。
In the CCD type solid-state imaging device having such a configuration, the charge generated in the
次に、CMOS型の固体撮像素子について簡単に説明する。 Next, a CMOS type solid-state imaging device will be briefly described.
図9は、CMOS型の固体撮像素子を説明する概略的な平面図であり、光電変換素子および該光電変換素子からの電荷を信号電圧に変換する信号出力部を示している。 FIG. 9 is a schematic plan view for explaining a CMOS type solid-state imaging device, and shows a photoelectric conversion element and a signal output unit for converting charges from the photoelectric conversion element into a signal voltage.
このCMOS型の固体撮像素子においても、受光面に光電変換素子としてのフォトダイオードが縦横に配置されているが、図9では、そのようなフォトダイオードの隣接する2つのみを示している。 Also in this CMOS type solid-state imaging device, photodiodes as photoelectric conversion elements are arranged vertically and horizontally on the light receiving surface, but FIG. 9 shows only two adjacent photodiodes.
このCMOS型の固体撮像素子では、フォトダイオード1aで発生した電荷を電圧信号に変換して出力する信号出力部Bを、隣接する2つのフォトダイオード1aで共有している。該信号出力部Bは、フォトダイオード1aからの電荷を蓄積し、電荷に対応して電位を保持し、その後リセット動作により、リセット電位になる動作を繰り返すFD部60と、フォトダイオードからFD部60への電荷の転送を制御する転送トランジスタ61と、上記リセット動作を制御するリセットトランジスタ62と、FD部60の電荷の変位を信号に変換し増幅して出力する出力回路70とからなる。
In this CMOS type solid-state imaging device, the two
この出力回路70を構成する出力初段トランジスタ71は、基板上に形成された不純物拡散領域71bと、該不純物拡散領域71b上にゲート絶縁膜(図示せず)を介して配置されたゲート電極71aとを有している。また、上記転送トランジスタ61は、フォトダイオード1aとFD部60との間に位置する不純物拡散領域61bと、該不純物拡散領域61b上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極61aとを有している。また、FD部60に対してフォトダイオード1aと反対側には、上記リセットトランジスタ62が配置されており、該リセットトランジスタ62は、FD部60とリセットドレイン部63との間に位置する不純物拡散領域62bと、該不純物拡散領域62b上にゲート絶縁膜(図示せず)を介して配置されたゲート電極62aとを有している。
An output
このような構成のCMOS型の固体撮像素子では、フォトダイオード部1aで発生した電荷は、転送トランジスタ61を介してFD部60に蓄積され、FD部60は該蓄積された電荷に応じた信号を発生する。すると、初段トランジスタ71を含む出力回路70では、電圧信号を増幅して出力する。電圧信号に変換された電荷は、リセットトランジスタ62を介してリセットドレイン63に排出される。
In the CMOS solid-state imaging device having such a configuration, charges generated in the
ところで、上記CCD型の固体撮像素子では、FD部30と出力回路40のゲート電極41bとは、該ゲート電極41b上に絶縁膜(図示せず)を介して形成された配線層51により接続されている。つまり、配線層51の一端部は、該絶縁膜に形成されたコンタクトホール33を介してFD部30を構成する不純物拡散領域30aに接続され、配線層51の他端部は上記絶縁膜に形成されたコンタクトホール43を介して、出力回路41の初段トランジスタのゲート電極41aに接続されている。
In the CCD solid-state imaging device, the
固体撮像素子における、このようなFD部30と出力回路40のゲート電極41aとの接続構造は、例えば、特許文献1や特許文献2に開示されている。
Such a connection structure between the
まず、図10を用いて、特許文献1に開示の接続構造を説明する。
First, the connection structure disclosed in
n型シリコン基板(n−sub)201の表面領域にはpウェル層(p−well)202が形成され、該pウェル層2には、フィールド酸化膜203及びn+不純物拡散領域204が形成されている。該拡散領域204はFD部となるものである。また、フィールド酸化膜203上にはゲート酸化膜205を介してゲート電極206が配置されている。このゲート電極206は上記出力回路(図7及び図8参照)のゲート電極である。そして、該ゲート電極206及び上記拡散領域204上には、これらにまたがるようにTiNなどからなる導電性膜207が形成され、該導電膜207上には、タングステンなどの高融点金属からなる導電性膜208が形成されている。
A p-well layer (p-well) 202 is formed in the surface region of the n-type silicon substrate (n-sub) 201, and a
つまり、上記特許文献1では、シリコン基板201のpウェル層202上にゲート絶縁膜205を介してゲート電極206を形成し、該ゲート絶縁膜205に開口を形成して、該シリコン基板201のpウェル層内202に形成したFD部の拡散領域を露出させた後、ゲート電極206と、露出したFD部の拡散領域とにまたがるよう選択的に導電性膜207および208を形成することにより、ゲート電極とFD部とを電気的に接続している。
That is, in
次に、図11を用いて、特許文献2に開示の、FD部と出力回路のゲート電極との接続構造を説明する。
Next, a connection structure between the FD portion and the gate electrode of the output circuit disclosed in
n型の半導体基板212の表面領域に、上記FD部としての拡散領域215が形成されている。該半導体基板212上には、シリコン酸化膜213を介して配線210が形成されている。この配線210は、上記出力回路のゲート電極から延長されたものである。該配線210及びシリコン酸化膜213上にはさらにシリコン酸化膜214が形成されており、該シリコン酸化膜214の該配線210上の部分にコンタクト部211が形成され、上記シリコン酸化膜213及び214の、FD部上の部分にはコンタクト部219が形成されている。該シリコン酸化膜214上には配線部212が形成され、この配線部212の一端はコンタクト部219を介して上記FD部215に接続され、該配線部212の他端はコンタクト部211を介して、上記ゲート電極から延長された配線210に接続されている。
A
つまり、上記特許文献2では、ゲート電極としての配線210を形成した後、その上に絶縁膜214を形成し、該ゲート電極としての配線210上の絶縁膜213、およびFD部上の絶縁膜213及び214に開口を形成した後、これらの開口にまたがるよう金属配線材料を形成することにより、FD部の拡散領域と出力回路のゲート電極とを電気的に接続している。
That is, in
また特許文献3には、図8に示すFD部30と出力回路41のゲート電極41aとの接続構造の他の例が開示されており、図12を用いて、この接続構造について説明する。
Further, Patent Document 3 discloses another example of a connection structure between the
半導体基板223の表面部には、上記FD部を構成するn+拡散領域(FD領域)226が形成され、また半導体基板223上にはゲート絶縁膜224を介してゲート電極221が形成されている。さらに、ゲート電極221およびゲート絶縁膜224上には層間絶縁膜227が形成され、該層間絶縁膜227の、ゲート電極とFD部との隣接部分にはコンタクトホール228が形成されている。このコンタクトホールには、タングステンプラグ220が埋め込まれており、該プラグ220により、ゲート電極221とFD領域226とが電気的に接続されている。
An n + diffusion region (FD region) 226 constituting the FD portion is formed on the surface portion of the
また、CMOS型の固体撮像素子においても、FD部60と出力回路70を構成する出力トランジスタのゲート電極71aとは、CCD型の固体撮像素子と同様、該ゲート電極71a上に絶縁膜(図示せず)を介して形成された配線層52などにより接続されている。つまり、配線層52の一端部は、該絶縁膜に形成されたコンタクトホール64を介してFD部60の不純物拡散領域60aに接続され、配線層52の他端部は上記絶縁膜に形成されたコンタクトホール74を介して、出力回路70を構成する出力トランジスタ71のゲート電極71aに接続されている。
しかしながら、特許文献1および特許文献2では、FD部と出力トランジスタのゲート電極とを接続する配線を、金属配線材料を加工することにより形成しているので、該金属配線材料を加工する際の基板へのダメージにより、また金属配線材料の構成物質の拡散、例えばTiNからのTi拡散の影響により、画素特性劣化(白傷等)が発生するという問題がある。
However, in
また、特許文献3で示されている金属プラグ(タングステン材)による接続を行う場合、タングステンの堆積前に層間絶縁膜の平坦化を行うか、若しくはタングステンの堆積後に平坦化を金属研磨法により行う必要があり、この平坦化処理に起因して、画素部の基板と集光レンズとの間の距離が拡大し、集光効率が低下し、画素特性の劣化(感度劣化)が発生する。 Further, in the case of performing the connection using the metal plug (tungsten material) disclosed in Patent Document 3, the interlayer insulating film is planarized before the tungsten is deposited, or the planarization is performed by a metal polishing method after the tungsten is deposited. It is necessary, and due to this flattening process, the distance between the substrate of the pixel portion and the condensing lens is enlarged, the condensing efficiency is lowered, and the pixel characteristics are deteriorated (sensitivity deterioration).
以下、この平坦化処理に起因して、画素部の基板と集光レンズとの間の距離が拡大する点について、図13〜図15を用いて説明する。 Hereinafter, the point that the distance between the substrate of the pixel portion and the condensing lens increases due to the flattening process will be described with reference to FIGS.
例えば、図13(a)に示すように、半導体基板23上に形成した層間絶縁膜27aの表面が平坦でない状態で、該層間絶縁膜27aにコンタクトホール28a及び28bを形成し、全面にタングステンなどの金属材料を堆積すると、層間絶縁膜27aの薄い部分には、その厚い部分に比べて、金属材料が厚く堆積されることとなる。
For example, as shown in FIG. 13A,
このため、図13(b)に示すように、層間絶縁膜27aの薄い部分のコンタクトホール28aの開口が露出するよう、堆積した金属材料を全面エッチバックすると、層間絶縁膜27aの厚い部分では、コンタクトホール28b内に埋め込まれた金属材料までエッチングされ、段差部が形成されてしまう。
For this reason, as shown in FIG. 13B, when the deposited metal material is etched back so that the opening of the
このような段差部が形成された部分に、配線層を形成すると、配線の断線や、配線とコンタクトホール内の金属材料との接続不良などを招くこととなる。 If a wiring layer is formed in a portion where such a step portion is formed, disconnection of the wiring, poor connection between the wiring and the metal material in the contact hole, and the like are caused.
従って、層間絶縁膜は平坦化しておく必要がある。ところが、層間絶縁膜の平坦化は、画素部の基板と集光レンズとの間の距離の拡大を招くこととなる。 Therefore, the interlayer insulating film needs to be planarized. However, the flattening of the interlayer insulating film causes an increase in the distance between the substrate of the pixel portion and the condenser lens.
簡単に説明すると、画素部10では、図14(a)に示すように、フォトダイオード1の両側には垂直CCDの拡散領域10aが配置され、該拡散領域10a上には、垂直CCDのゲート電極10bが配置されているので、層間絶縁膜12の平坦化を行わない場合は、該層間絶縁膜12は、フォトダイオード1の上の部分で窪んでおり、マイクロレンズ13は、フォトダイオード1の上の、層間絶縁膜12の窪んだ部分に配置される。なお、図14(a)は、図7のA−A’線部分に相当する断面を示しており、基板11の表面とマイクロレンズ13とは距離L1だけ離れている。
Briefly, in the
一方、層間絶縁膜12の平坦化を行った場合は、図14(b)に示すように、基板11の表面とマイクロレンズ13との距離は、距離L2に増大する。
On the other hand, when the
その理由は、層間絶縁膜12の平坦化を行う場合は、図15(a)に示すように、層間絶縁膜12aを厚く形成しておき、該層間絶縁膜12aを、図15(b)に示すように、その表面が平坦になるようエッチバックするため、エッチバック後の層間絶縁膜12aの厚さL2は、平坦化を行わない場合の層間絶縁膜12の、フォトダイオード1部分での厚さL1より厚くなるからである。
The reason is that when the
また、このように、タングステンなどの金属材料を層間絶縁膜上に堆積する前に層間絶縁膜の平坦化を行う場合だけでなく、タングステンなどの金属材料を層間絶縁膜上に堆積した後に平坦化を金属研磨法により行う場合でも、層間絶縁膜は厚く形成しておく必要があるため、基板11の表面とマイクロレンズ13との距離は増大することとなる。
In addition, in this way, not only when the interlayer insulating film is planarized before depositing a metal material such as tungsten on the interlayer insulating film, but also after the metal material such as tungsten is deposited on the interlayer insulating film. Even when the step is performed by a metal polishing method, since the interlayer insulating film needs to be formed thick, the distance between the surface of the
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、配線工程に起因する画素特性劣化を引き起すことがなく、高い信頼性を確保することができる素子構造を有する固体撮像素子を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and does not cause deterioration of pixel characteristics due to a wiring process, and has a device structure that can ensure high reliability. The purpose is to obtain.
本発明は、配線工程に起因する画素特性の劣化を引き起こすことなく、信頼性の高い固体撮像素子を製造することができる固体撮像素子の製造方法を得ることを目的とする。 An object of the present invention is to obtain a method for manufacturing a solid-state imaging device capable of manufacturing a solid-state imaging device with high reliability without causing deterioration of pixel characteristics due to a wiring process.
本発明にかかる固体撮像素子の製造方法は、固体撮像素子を製造する方法であって、半導体基板上に、信号電荷を蓄積するフローティングディフージョン部となる不純物拡散領域を形成する工程と、該不純物拡散領域上に形成されたゲート絶縁膜に、該不純物拡散領域の一部が露出するよう開口を形成する工程と、全面にゲート電極材料を堆積させる工程と、該堆積したゲート電極材料をパターニングすることにより、該フローティングディフージョン部の電荷の変動に応じた信号を出力するトランジスタのゲート電極を形成する工程とを含み、該トランジスタのゲート電極は、その一部が、該ゲート絶縁膜の開口を介して、該フローティングディフージョン部となる不純物拡散領域に接触するように配置されており、該ゲート電極を形成する工程では、該堆積したゲート電極材料を、該ゲート電極の平面形状が該ゲート絶縁膜の開口の平面形状を含むようパターニングし、該ゲート電極を形成した後、800℃を越える熱処理を行う工程を、さらに含み、該熱処理により該ゲート電極材内の不純物である燐を、該フローティングディフージョン部となる不純物拡散領域に拡散させることにより、該不純物拡散領域と該ゲート電極とを電気的に接続するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
A method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is a method of manufacturing a solid-state imaging device, the step of forming an impurity diffusion region serving as a floating diffusion portion that accumulates signal charges on a semiconductor substrate, and the impurities A step of forming an opening in the gate insulating film formed on the diffusion region so that a part of the impurity diffusion region is exposed, a step of depositing a gate electrode material on the entire surface, and patterning the deposited gate electrode material Forming a gate electrode of a transistor that outputs a signal in accordance with a change in charge of the floating diffusion portion, and a part of the gate electrode of the transistor has an opening in the gate insulating film. through it, it is disposed so as to come in contact to the impurity diffusion region serving as the floating diffusion portion, to form the gate electrode In the step, the deposited gate electrode material is patterned so that the planar shape of the gate electrode includes the planar shape of the opening of the gate insulating film, and after the gate electrode is formed, a heat treatment exceeding 800 ° C. is performed. In addition, the impurity diffusion region and the gate electrode are electrically connected by diffusing phosphorus, which is an impurity in the gate electrode material, into the impurity diffusion region serving as the floating diffusion portion by the heat treatment. Therefore, the above object can be achieved.
好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるゲート電極材料にポリシリコン配線材を用いる。 Preferably, a polysilicon wiring material is used as the gate electrode material in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention.
好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記ゲート電極を形成した後、該ゲート電極を覆う絶縁膜を形成する工程をさらに含む。 Preferably, the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention further includes a step of forming an insulating film covering the gate electrode after the gate electrode is formed.
好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるゲート電極を覆う絶縁膜には、SiO2材料を使用し、該絶縁膜の形成は、熱酸化法もしくはCVD法により行う。
Preferably, an
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、フローティングディフージョン部(FD部)の蓄積電荷に応じた信号を出力する出力回路のトランジスタのゲート電極を、その一部が該FD部を構成する不純物拡散領域に接触するように配置しており、このため、出力回路のトランジスタのゲート電極と、FD部の不純物拡散領域とをコンタクトホールを介して接続する配線の形成工程をなくすことができる。従って、FD部と出力初段トランジスタのゲート電極の接続方法にコンタクトホールを形成する場合に比べて、シリコン基板へのダメージを減らすことができ、これにより素子の信頼性を向上させることができる。 In the present invention, the gate electrode of the transistor of the output circuit that outputs a signal corresponding to the accumulated charge in the floating diffusion portion (FD portion) is so that a part thereof is in contact with the impurity diffusion region constituting the FD portion. Therefore, it is possible to eliminate the step of forming a wiring for connecting the gate electrode of the transistor of the output circuit and the impurity diffusion region of the FD portion through the contact hole. Accordingly, damage to the silicon substrate can be reduced as compared with the case of forming a contact hole in the method of connecting the FD portion and the gate electrode of the output first stage transistor, thereby improving the reliability of the element.
また、出力回路のトランジスタのゲート電極とFD部との接続に金属配線を使用しないため、金属配線材料の構成物質が画素部へ拡散するといった画素部への影響がない。これにより画質劣化を回避できる。 In addition, since the metal wiring is not used for the connection between the gate electrode of the transistor of the output circuit and the FD portion, there is no influence on the pixel portion such that the constituent material of the metal wiring material diffuses into the pixel portion. As a result, image quality deterioration can be avoided.
また、出力回路のトランジスタのゲート電極とFD部との接続に金属プラグを用いた場合のような、画素部の基板と集光レンズとの間の距離の増大はなく、集光効率の低下による画素特性の劣化が生ずることもない。 Further, there is no increase in the distance between the substrate of the pixel portion and the condensing lens as in the case where a metal plug is used for connection between the gate electrode of the transistor of the output circuit and the FD portion, which is caused by a decrease in condensing efficiency. There is no deterioration of pixel characteristics.
本発明においては、前記ゲート電極はポリシリコン配線材により構成されているので、FD部を構成する拡散領域には、ゲート電極の構成材料であるポリシリコンから不純物がオートドープされることとなる。このため、ゲート電極とFD部の拡散領域との接触抵抗を低減するための高濃度拡散領域を形成した場合の寄生容量の増大を抑えつつ、接触抵抗を低減することができる。これにより、FD部の蓄積電荷を電圧信号に変換する変換率の低下を回避することができる。この結果、変換率の低下および画質劣化のない固体撮像素子を提供することができる。 In the present invention, since the gate electrode is made of a polysilicon wiring material, the diffusion region constituting the FD portion is auto-doped with polysilicon from the polysilicon constituting the gate electrode. For this reason, it is possible to reduce the contact resistance while suppressing an increase in parasitic capacitance when a high concentration diffusion region for reducing the contact resistance between the gate electrode and the diffusion region of the FD portion is formed. Thereby, it is possible to avoid a decrease in the conversion rate for converting the accumulated charge in the FD portion into a voltage signal. As a result, it is possible to provide a solid-state imaging device that has no reduction in conversion rate and no deterioration in image quality.
本発明においては、堆積したゲート電極材料を、ゲート電極の平面形状が、FD部上でのゲート絶縁膜開口の平面形状を含むようパターニングすることにより、ゲート電極を形成するので、ゲート電極材料であるポリシリコン膜をパターニングする際に、FD部の基板がエッチングされるのを回避できる。 In the present invention, the gate electrode is formed by patterning the deposited gate electrode material so that the planar shape of the gate electrode includes the planar shape of the gate insulating film opening on the FD portion. When patterning a certain polysilicon film, etching of the substrate of the FD portion can be avoided.
以上により、本発明によれば、FD部の拡散領域と、該FD部からの電荷を信号電圧に変換して出力する出力回路のトランジスタのゲート電極との接続構造を、基板へのダメージや、画素部の基板と集光レンズとの間の距離の拡大を発生させることなく、形成することが可能となり、画素特性劣化のない、信頼性の高い固体撮像素子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the connection structure between the diffusion region of the FD portion and the gate electrode of the transistor of the output circuit that converts the electric charge from the FD portion into a signal voltage and outputs the signal, damage to the substrate, It is possible to form the pixel portion without increasing the distance between the substrate of the pixel portion and the condensing lens, and it is possible to provide a highly reliable solid-state imaging device that does not deteriorate pixel characteristics.
以下、本発明の実施形態について説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1によるCCD型の固体撮像素子を説明する図であり、図1(a)は該固体撮像素子の信号出力部を示す平面図、図1(b)は、図1(a)のIb−Ib線断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram for explaining a CCD type solid-state imaging device according to
本実施形態1のCCD型の固体撮像素子は、図7に示す従来のCCD型の固体撮像素子と同様、受光面に縦横に配置された、フォトダイオードからなる複数の光電変換素子と、該素子の垂直方向の配列に沿って配置される垂直CCDと、該垂直CCDの終端に配置される水平CCDと、該水平CCDの終端に配置され、該水平CCDからの電荷を電圧信号に変換して出力する信号出力部とを備えている。また、図1に示す本実施形態1の固体撮像素子における信号出力部A1も、従来の固体撮像素子と同様にFDAタイプのものである。 The CCD solid-state imaging device according to the first embodiment is similar to the conventional CCD solid-state imaging device shown in FIG. 7, and includes a plurality of photoelectric conversion elements including photodiodes arranged vertically and horizontally on the light receiving surface, and the element. A vertical CCD arranged along the vertical arrangement of the horizontal CCD, a horizontal CCD arranged at the end of the vertical CCD, and arranged at the end of the horizontal CCD, and converts the charge from the horizontal CCD into a voltage signal. And a signal output unit for outputting. In addition, the signal output unit A1 in the solid-state imaging device of the first embodiment shown in FIG.
本実施形態1の信号出力部Aは、水平CCD120から転送された電荷を蓄積し、電荷に対応して電位を保持し、その後リセット動作により、リセット電位になる動作を繰り返すフローティングデフュージョン(以下FD部という。)114と、水平CCD120からFD部114への電荷の転送を制御する水平出力トランジスタ125と、そのリセット動作を制御するリセットトランジスタ126と、FD部114の電荷の変位を信号に変換し増幅して出力する出力回路140とからなる。
The signal output unit A according to the first embodiment accumulates the charges transferred from the
この出力回路140は、従来の固体撮像素子における出力回路40と同一のもので、複数段(2〜3段)のソースフォロワ回路により構成されている。該出力回路140を構成する初段トランジスタ124は、基板110の表面のPウェル115に形成された不純物拡散領域(以下、活性化領域という。)124bと、該活性化領域124b上にゲート絶縁膜119を介して配置されたゲート電極124aとを有している。ここで、該活性化領域124bは、上記Pウェル115の表面にP型不純物の注入により得られた、初段トランジスタ124のしきい値を調整するための不純物注入領域116を含んでいる。
The
水平CCD120の不純物拡散領域120aの終端部には、水平CCDからFD部11への電荷の転送を制御する水平出力トランジスタ125が配置されている。該水平出力トランジスタ125は、上記水平CCDの不純物拡散領域(以下拡散領域という。)120aにつながった不純物拡散領域(以下拡散領域という。)125bと、該拡散領域125b上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極125aとを有している。また、FD部114に対して水平CCDと反対側には、上記リセットトランジスタ126が配置されている。該リセットトランジスタ126は、FD部114を構成する不純物拡散領域(以下拡散領域という。)117につながった不純物拡散領域(以下拡散領域という。)126bと、該拡散領域126b上にゲート絶縁膜(図示せず)を介して配置されたゲート電極126aとを有している。なお、本実施形態1の固体撮像素子における該水平出力トランジスタ125とリセットトランジスタ126とは、従来の固体撮像素子におけるものと同一のものである。
A
そして、本実施形態1のCCD型の固体撮像素子では、出力初段トランジスタ124のゲート電極124aは、その一部が、FD部114の拡散領域117に、該拡散領域117上に形成されたゲート酸化膜118の開口103を介して接触するよう配置されている。つまり、該ゲート電極124aのFD部114の拡散領域117上に位置する部分124a1は、該拡散領域117上の、ゲート絶縁膜118に開口103が形成された部分で、該開口103内に露出する拡散領域117に接触している。これにより、水平CCD部から転送された電荷を蓄積し、該電荷の蓄積量に応じた電位を保持するFD部114と、該FD部114の保持する電位を増幅して電圧信号を出力する出力回路140の初段トランジスタのゲート電極とが電気的に接続されている。
In the CCD type solid-state imaging device according to the first embodiment, a part of the
また、ゲート電極124aの、FD部114の拡散領域117上に位置する部分124a1は、該ゲート絶縁膜118の開口103の平面形状を含む、より大きな平面形状を有している。
Further, a
次に動作について、図7及び図1を参照して簡単に説明する。 Next, the operation will be briefly described with reference to FIGS.
このような構成のCCD型の固体撮像素子では、光電変換素子1で発生した電荷は、垂直CCDにより水平CCD120に転送され、該水平CCD120に転送された電荷は、さらに該水平CCD120により水平出力トランジスタ125を介してFD部114に転送され、該FD部114に蓄積される。すると、FD部114は蓄積した電荷に対応する電位を保持し、この電位が出力回路140で増幅されて出力される。電圧信号に変換された電荷は、リセットトランジスタ126によりFD部114から排出される。
In the CCD type solid-state imaging device having such a configuration, the charges generated in the
次に、本実施形態1の固体撮像素子の製造方法について、図1〜図5を参照して説明する。図2(a)〜図4(a)はそれぞれ、固体撮像素子の製造方法における特定の段階での上記信号出力部の状態を示す平面図であり、図2(b)は図2(a)のIIb−IIb線断面図、図3(b)は図3(a)のIIIb−IIIb線断面図、図4(b)は図4(a)のIV−IV線断面図である。これらの図2〜図5において、図1と同一符号は同一のものを示す。 Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 4 (a) are plan views showing the state of the signal output unit at a specific stage in the method of manufacturing the solid-state imaging device, and FIG. 2 (b) is a plan view of FIG. IIb-IIb sectional view, FIG. 3B is a sectional view taken along line IIIb-IIIb in FIG. 3A, and FIG. 4B is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2 to 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components.
図4(b)に示すように、シリコン基板110上に、Pウェル領域115、フィールド酸化膜112及び熱酸化膜111を形成する。該フィールド酸化膜112は、LOCOS法によって形成された熱酸化膜、若しくはSTI法(Shallow Trench Isolation)を用いて形成された、CVD二酸化酸化膜(SiO2膜)でもよい。また、ここで、熱酸化膜111は100〜1000オングストローム程度の厚さに形成され、Pウェル領域115は、一般的にイオン種にはボロンを使用したP型注入により形成される。また、出力回路140の初段トランジスタの活性領域(拡散領域)124bとなる部分と、フローティングデフュージョン部(FD部)114となる部分とは、図4(a)に示すように、フィールド酸化膜112により分離されている。また、図4(a)には、水平CCDの活性領域(拡散領域)120aとなる部分、水平転送トランジスタの活性領域(拡散領域)131bとなる部分、リセットトランジスタの活性領域(拡散領域)132bとなる部分が示されている。
As shown in FIG. 4B, a
次に、図3(b)に示すように、初段トランジスタの活性領域124bとなる部分に該初段トランジスタの閾値を調整するための浅いP型注入を行って、チャネル注入領域116を形成する。ただし、このP型注入は必ずしも行う必要はない。また、水平CCD120の活性領域120aとなる部分、水平転送トランジスタの活性領域131bとなる部分、FD部114の活性領域117となる部分、及びリセットトランジスタの活性領域132bとなる部分に、N型不純物を拡散して、これらの活性領域を形成する。このとき、画素部では、垂直CCDの活性領域も形成される。
Next, as shown in FIG. 3B, shallow P-type implantation for adjusting the threshold value of the first-stage transistor is performed on the portion that becomes the
その後、ONO膜等からなる第1ゲート絶縁膜118及び第1ゲート電極の形成を行い、垂直CCD及び水平CCDを構成する第1ゲートトランジスタの構造を形成する。このとき、図5(a)に示すように、画素部10(図7参照)側では、Pウェル115上に第1ゲート絶縁膜118及び第1ゲート(1Gate)G1が形成され、出力回路114側では、第1ゲート絶縁膜のみ形成される。なお、該第1ゲート絶縁膜118は、下層の酸化膜118a上に窒化膜118bを介して上層の酸化膜118cを積層してなるものである。また、第1ゲート電極には、ポリシリコン(PolySi)膜を使用する。その後、図5(b)に示すように、画素部側で、熱酸化による酸化膜108aの形成、およびシリコン窒化膜(SiN膜)108bの形成を行う。この工程により、画素部では、第1ゲート電極G1は、後ほどその上層に配置される第2ゲート電極(2Gate)G2と完全に絶縁されることとなる。
Thereafter, the first
さらに、出力初段トランジスタの活性領域124bとなる部分(出力回路140側)で、第1ゲート絶縁膜として形成したONO膜118を削除し、チャネル注入領域116上に第2ゲート酸化膜119を形成する(図5(c)参照)。
Further, the
その後、FD部114のONO膜118に開口部103(図4(b)参照)を形成する。この開口部103は、第2ゲート電極、つまり出力初段トランジスタ124のゲート電極124aと、FD部の拡散領域117とを電気的に接続させるためのコンタクト部となる。この開口部の形成方法は、公知のフォトレジストマスク121を用いたエッチング法を用いれば良い。つまり、FD部114の拡散領域117上に開口121aを有するフォトレジストマスク121を形成し、上記ONO膜118を選択的にエッチングして、該ONO膜の、上記拡散領域117上の部分に開口103を形成する。
Thereafter, an opening 103 (see FIG. 4B) is formed in the
なお、図3(a)は、チャネル注入領域116上に第2ゲート酸化膜119を形成した後、全面に、FD部114の拡散領域117上に開口121aを有するフォトレジストマスク121を形成した状態を示している。
In FIG. 3A, after the second
次に、フォトレジストマスク121を除去した後、図4(b)に示すように、全面に上記第2ゲート電極となるポリシリコン膜(PolySi膜)122を形成する。このPolySi膜122には、N型不純物を1E20〜1E21(atms/cm−3)含んでいるものを使用する。このN型不純物は一般的に燐(P31)を使用し、該不純物の注入は、PolySi堆積中にガスに添加する方法や、PolySi膜の形成後に、注入及び熱拡散を行ってドーピングする方法を使用すればよい。そして、ドライエッチ法によるPolySi膜122のパターン形成を行うためのフォトレジストマスク123を形状する。
Next, after removing the
なお、図4(a)は、全面に形成した第2ゲート電極となるポリシリコン膜(PolySi膜)122上に、パターン形成用のフォトレジストマスク123a、123b、123cを形成した状態を示している。フォトレジストマスク123aは、出力初段トランジスタのゲート電極のパターンに対応するもの、フォトレジストマスク123bは、水平転送トランジスタのゲート電極のパターンに対応するもの、フォトレジストマスク123cは、リセットトランジスタのゲート電極のパターンに対応するものである。
4A shows a state in which
そして、これらのフォトレジストマスクを用いて、ドライエッチング法により上記ポリシリコン膜(PolySi膜)122をパターニングする。このとき、出力回路140側では、図1(a),図1(b),図5(c)に示すように、第2ゲート電極である出力初段トランジスタ124のゲート電極124aが形成され、FD部では、図1(a),図1(b)に示すように、水平出力トランジスタ125のゲート電極125a、およびリセットトランジスタ126のゲート電極126aが形成され、画素部10側では、図5(c)に示すように、窒化膜108b上に第2ゲート電極(2Gate)G2が形成される。
Then, using the photoresist mask, the polysilicon film (PolySi film) 122 is patterned by a dry etching method. At this time, on the
この時、出力初段トランジスタ124のゲート電極124aは、その一部が、上記FD部144上に配置されたゲート絶縁膜開口部103を介して、FD部114の拡散領域117と接触したものとなり、該ゲート電極124aとFD部114の拡散領域117が電気的に接続されたものとなる。
At this time, a part of the
また、ゲート電極124aの、FD部114の拡散領域117上に位置する部分124a1は、その平面形状を、該ゲート絶縁膜118の開口103の平面形状を含むよう、この平面形状より大きな平面形状としている。このため、ゲート電極形成時のPolySi膜のエッチングにより、FD部のSi基板表面の拡散領域をエッチングすることなく、第2ゲート電極として、上記各トランジスタ124、125、126のゲート電極を形成することが可能となる。
Further, the portion 124a1 of the
その後、800℃を越える高温アニール処理を行い、第2ゲート電極である出力初段トランジスタ124のゲート電極124aから、FD114部の拡散領域117への熱処理によるN型不純物拡散を行い、第2ゲート電極とFD部を電気的に接続する。
Thereafter, a high temperature annealing process exceeding 800 ° C. is performed, and N-type impurity diffusion is performed by heat treatment from the
その後、全面に絶縁膜(図示せず)を形成し、該絶縁膜上に遮蔽膜を配置し、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)膜等からなる絶縁膜を形成し、リフロー処理を行う。さらにこの後、透明樹脂等からなる平坦化膜を形成し、この上にカラーフィルターを形成し、平坦化膜を介してマイクロレンズを形成する。これにより固体撮像素子を完成させる。 After that, an insulating film (not shown) is formed on the entire surface, a shielding film is disposed on the insulating film, an insulating film made of a BPSG (boron phosphorus silicate glass) film or the like is formed, and reflow treatment is performed. Thereafter, a planarizing film made of a transparent resin or the like is formed, a color filter is formed thereon, and a microlens is formed through the planarizing film. Thereby, a solid-state image sensor is completed.
このように本実施形態1では、フローティングディフージョン部(FD部)114の蓄積電荷に応じた信号を出力する出力回路140のトランジスタ124のゲート電極124aを、その一部が該FD部114を構成する不純物拡散領域117に接触するように配置しているので、出力回路のトランジスタのゲート電極124aと、FD部の不純物拡散領域117とをコンタクトホールを介して接続する配線の形成工程をなくすことができる。従って、FD部と出力初段トランジスタのゲート電極の接続方法にコンタクトホールを形成する場合に比べて、シリコン基板へのダメージを減らすことができ、これにより素子の信頼性を向上させることができる。
As described above, in the first embodiment, the
また、出力回路のトランジスタのゲート電極124aとFD部114との接続に金属配線を使用しないため、金属配線材料の構成物質が画素部へ拡散するといった画素部への影響がなく、これにより画質劣化を回避できる。
In addition, since metal wiring is not used for connection between the
また、出力回路のトランジスタのゲート電極124aとFD部114との接続に金属プラグを用いた場合のような、画素部の基板と集光レンズとの間の距離の増大はなく、集光効率の低下による画素特性の劣化が生ずることもない。
Further, there is no increase in the distance between the substrate of the pixel portion and the condensing lens as in the case where a metal plug is used for connection between the
さらに、前記ゲート電極124aはポリシリコン配線材により構成されているので、FD部を構成する拡散領域117には、ゲート電極の構成材料であるポリシリコンから不純物がオートドープされることとなる。このため、ゲート電極124aとFD部の拡散領域117との接触抵抗を低減するための高濃度拡散領域を形成した場合の寄生容量の増大を抑えつつ、接触抵抗を低減することができる。これにより、FD部の蓄積電荷を電圧信号に変換する変換率の低下を回避することができる。この結果、変換率の低下および画質劣化のない固体撮像素子を提供することができる。
Further, since the
さらにまた、ゲート電極124aの、FD部114の拡散領域117上に位置する部分124a1は、その平面形状を、該ゲート絶縁膜118の開口103の平面形状を含むよう、この平面形状より大きな平面形状としているので、ゲート電極形成時のPolySi膜のエッチングにより、FD部のSi基板表面の拡散領域がエッチングされるのを回避することができる。
(実施形態2)
図6は、本発明の実施形態2によるCMOS型の固体撮像素子を説明する概略的な平面図であり、光電変換素子および該光電変換素子からの電荷を信号電圧に変換する信号出力部を示している。
Furthermore, the portion 124a1 of the
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a schematic plan view for explaining a CMOS type solid-state imaging device according to
この実施形態2のCMOS型の固体撮像素子においても、実施形態1のCCD型の固体撮像素子と同様に、受光面に光電変換素子としてのフォトダイオードが縦横に配置されているが、図6では、そのようなフォトダイオードの隣接する2つのみを示している。 In the CMOS type solid-state imaging device of the second embodiment as well as the CCD solid-state imaging device of the first embodiment, photodiodes as photoelectric conversion elements are arranged vertically and horizontally on the light receiving surface, but in FIG. Only two adjacent photodiodes are shown.
このCMOS型の固体撮像素子では、フォトダイオード101aで発生した電荷を電圧信号に変換して出力する信号出力部B1は、従来のCMOS型の固体撮像素子と同様、隣接する2つのフォトダイオード101aで共有されている。また、該信号出力部B1は、図9に示す従来のものと同様、FD部160と、転送トランジスタ161、リセットトランジスタ162、及び出力回路170からなる。ここで、FD部160、転送トランジスタ161、及びリセットトランジスタ162は、それぞれ、従来の固体撮像素子におけるFD部60、転送トランジスタ61、及びリセットトランジスタ62と同一のものである。つまり、転送トランジスタ161は、フォトダイオード101aとFD部160の拡散領域160aとの間に位置する不純物拡散領域161bと、該不純物拡散領域161a上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極161aとを有している。また、上記リセットトランジスタ162は、FD部160の拡散領域160aとリセットドレイン部163との間に位置する不純物拡散領域162bと、該不純物拡散領域162b上にゲート絶縁膜(図示せず)を介して配置されたゲート電極162aとを有している。
In this CMOS type solid-state imaging device, the signal output unit B1 that converts the electric charge generated in the
また、この実施形態2では、上記出力回路170を構成する出力初段トランジスタ171は、基板上に形成された不純物拡散領域171bと、該不純物拡散領域171b上にゲート絶縁膜(図示せず)を介して配置されたゲート電極171aとを有している。
In the second embodiment, the output
そして、この実施形態2では、出力初段トランジスタ171のゲート電極171aは、その一部が、FD部160の拡散領域160aに、該拡散領域160aに形成されたゲート酸化膜のコンタクト開口部164を介して接触するよう配置されている。つまり、該ゲート電極172aのFD部160の拡散領域160a上に位置する部分171a1は、該拡散領域160a上の、ゲート絶縁膜にコンタクト開口部164が形成された部分で、該開口部164内に露出する拡散領域160aに接触している。これにより、水平CCD部から転送された電荷を蓄積し、該電荷の蓄積量に応じた電位を保持するFD部160と、該FD部160の保持する電位を増幅して電圧信号を出力する出力回路170の初段トランジスタのゲート電極171aとが電気的に接続されている。
In the second embodiment, a part of the
また、上記CMOS型の固体撮像素子では、前記ゲート電極材料にポリシリコン配線材が用いられる。 In the CMOS solid-state imaging device, a polysilicon wiring material is used as the gate electrode material.
また、上記CMOS型の固体撮像素子では、上記ゲート電極171aの、FD部160の拡散領域160a上に位置する部分171a1は、その平面形状を、該ゲート絶縁膜の開口164の平面形状を含むよう、この平面形状より大きな平面形状としている。
In the CMOS solid-state imaging device, the portion 171a1 of the
このような構成のCMOS型の固体撮像素子では、フォトダイオード部101aで発生した電荷は、転送トランジスタ161を介してFD部160に蓄積され、FD部160は該蓄積された電荷に応じた信号を発生する。すると、初段トランジスタ171を含む出力回路170では該電圧信号を増幅して出力する。なお電圧信号に変換された電荷は、リセットトランジスタ162を介してリセットドレイン163に排出される。
In the CMOS solid-state imaging device having such a configuration, charges generated in the
また、このCMOS型の固体撮像素子の製造方法では、上記出力初段トランジスタのゲート電極171aと、FD部160の拡散領域160aとの接続構造は以下の工程により形成される。
Further, in this CMOS type solid-state imaging device manufacturing method, the connection structure between the
つまり、半導体基板上に、信号電荷を蓄積するFD部160となる不純物拡散領域160aを形成する。次に、該不純物拡散領域160a上に形成されたゲート絶縁膜に、該不純物拡散領域の一部が露出するようコンタクト開口部164を形成する。続いて、全面にゲート電極材料を堆積させ、該堆積したゲート電極材料をパターニングすることにより、出力初段トランジスタ171のゲート電極171aを形成する。これにより、出力初段トランジスタ171のゲート電極171aは、その一部が、ゲート絶縁膜の開口を介して、該FD部となる不純物拡散領域に接触するように配置されたものとなっている。
That is, the
また、上記CMOS型の固体撮像素子の製造方法では、ゲート電極171aを形成した後、800℃を越える熱処理が行われる。該熱処理により前記ゲート電極材内の不純物が、該FD部となる不純物拡散領域160aに拡散して、該不純物拡散領域160aの該ゲート電極171aとの接続部分の抵抗が低減する。
In the method for manufacturing a CMOS solid-state imaging device, a heat treatment exceeding 800 ° C. is performed after the
さらに、上記CMOS型の固体撮像素子の製造方法では、ゲート電極171aを形成した後、該ゲート電極を覆う絶縁膜が形成される。該ゲート電極を覆う絶縁膜には、SiO2材料を使用し、該絶縁膜の形成は、熱酸化法もしくはCVD法により行われる。
Further, in the method for manufacturing a CMOS solid-state imaging device, after forming the
このような本実施形態2では、実施形態1と同様に、FD部160と出力初段トランジスタ171のゲート電極171aとの接続方法にコンタクトホールを形成する場合に比べて、シリコン基板へのダメージを減らすことができ、これにより素子の信頼性を向上させることができる。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the damage to the silicon substrate is reduced as compared with the case where the contact hole is formed in the connection method between the
また、出力回路のトランジスタのゲート電極171aとFD部160との接続に金属配線を使用しないため、金属配線材料の構成物質が画素部へ拡散するといった画素部への影響がなく、これにより画質劣化を回避できる。
In addition, since metal wiring is not used for connection between the
また、出力回路のトランジスタのゲート電極171aとFD部160との接続に金属プラグを用いた場合のような、画素部の基板と集光レンズとの間の距離の増大はなく、集光効率の低下による画素特性の劣化が生ずることもない。
Further, there is no increase in the distance between the substrate of the pixel portion and the condensing lens as in the case where a metal plug is used for the connection between the
さらに、前記ゲート電極171aはポリシリコン配線材により構成されているので、FD部を構成する拡散領域160aには、ゲート電極の構成材料であるポリシリコンから不純物がオートドープされることとなる。このため、ゲート電極171aとFD部の拡散領域160aとの接触抵抗を低減するための高濃度拡散領域を形成した場合の寄生容量の増大を抑えつつ、接触抵抗を低減することができる。これにより、FD部の蓄積電荷を電圧信号に変換する変換率の低下を回避することができる。この結果、変換率の低下および画質劣化のない固体撮像素子を提供することができる。
Further, since the
さらにまた、ゲート電極171aの、FD部160の拡散領域160a上に位置する部分171a1は、その平面形状を、該ゲート絶縁膜の開口164の平面形状を含むよう、この平面形状より大きな平面形状としたものであるので、ゲート電極形成時のPolySi膜のエッチングにより、FD部のSi基板表面の拡散領域がエッチングされるのを回避することができる。
Furthermore, the portion 171a1 of the
なお、上記実施形態1〜2では、特に説明しなかったが、上記実施形態1〜2の固体撮像素子の少なくともいずれかを撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。
Although not particularly described in
本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態1〜2の固体撮像素子の少なくともいずれかを撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷(印字)して出力(プリントアウト)する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
The electronic information device according to the present invention performs high-quality image data obtained by using at least one of the solid-state imaging devices according to
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 based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. 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、カメラ付き携帯電話やディジタルスチルカメラ、あるいは監視カメラ等に用いる固体撮像素子であって、特に、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部(FD部)と、該FD部の拡散領域に電気的に接続されたゲート電極を有するトランジスタを含み、該FD部の電荷変化に応じた信号を、該トランジスタを介して出力する出力回路とを有する固体撮像素子、およびその製造方法の分野において、FD部の拡散領域と、該FD部からの電荷を信号電圧に変換して出力する出力回路のトランジスタのゲート電極との接続構造を、基板へのダメージや、画素部の基板と集光レンズとの間の距離の拡大を発生させることなく、形成することが可能となり、画素特性劣化のない、信頼性の高い固体撮像素子を提供することができる。 The present invention is a solid-state imaging device used for a camera-equipped mobile phone, a digital still camera, a surveillance camera, or the like, and in particular, a floating diffusion unit (FD unit) that accumulates signal charges and a diffusion region of the FD unit. In the field of a solid-state imaging device including an output circuit that includes a transistor having an electrically connected gate electrode and outputs a signal corresponding to a change in charge of the FD portion through the transistor, The connection structure between the diffusion region of the portion and the gate electrode of the transistor of the output circuit that converts the electric charge from the FD portion into a signal voltage and outputs the signal, and damage between the substrate and the substrate of the pixel portion and the condenser lens It is possible to provide a highly reliable solid-state imaging device that can be formed without causing an increase in the distance between them and that has no deterioration in pixel characteristics. Kill.
103,164 FD部第1ゲート絶縁膜開口孔
110 シリコン基板(Si基板)
111 酸化膜
112 フィールド酸化膜
114,160 FD部
115 Pウェル不純物拡散領域
116 出力初段トランジスタのチャネル注入領域
118 第1ゲート絶縁膜
119 第2ゲート絶縁膜
120 水平CCD
120a 水平CCDのN型拡散領域
121 フォトレジスト
122 第2ゲート電極材(PolySi膜)
123 フォトレジスト
124,171 出力初段トランジスタ
124a,171a 出力初段トランジスタゲート電極
124b,171b 出力初段トランジスタ活性化領域
125,161 水平出力トランジスタ
125a,161a 水平出力トランジスタゲート電極
125b,161b 水平出力トランジスタ活性化領域
126,162 リセットトランジスタ
126a,162a リセットトランジスタゲート電極
126b,162b リセットトランジスタ活性化領域
140,170 出力回路
A1,B1 信号出力部
103,164 FD portion first gate insulating film opening 110 Silicon substrate (Si substrate)
120a Horizontal CCD N-
Claims (4)
半導体基板上に、信号電荷を蓄積するフローティングディフージョン部となる不純物拡散領域を形成する工程と、
該不純物拡散領域上に形成されたゲート絶縁膜に、該不純物拡散領域の一部が露出するよう開口を形成する工程と、
該全面にゲート電極材料を堆積させる工程と、
該堆積したゲート電極材料をパターニングすることにより、該フローティングディフージョン部の電荷の変動に応じた信号を出力するトランジスタのゲート電極を形成する工程と
を含み、
該トランジスタのゲート電極は、その一部が、該ゲート絶縁膜の開口を介して、該フローティングディフージョン部となる不純物拡散領域に接触するように配置されており、
該ゲート電極を形成する工程では、該堆積したゲート電極材料を、該ゲート電極の平面形状が該ゲート絶縁膜の開口の平面形状を含むようパターニングし、
該ゲート電極を形成した後、800℃を越える熱処理を行う工程を、さらに含み、
該熱処理により該ゲート電極材内の不純物である燐を、該フローティングディフージョン部となる不純物拡散領域に拡散させることにより、該不純物拡散領域と該ゲート電極とを電気的に接続する、固体撮像素子の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device,
Forming an impurity diffusion region serving as a floating diffusion portion for accumulating signal charges on a semiconductor substrate;
Forming an opening in the gate insulating film formed on the impurity diffusion region so that a part of the impurity diffusion region is exposed;
Depositing a gate electrode material on the entire surface;
Patterning the deposited gate electrode material to form a gate electrode of a transistor that outputs a signal corresponding to a change in charge of the floating diffusion portion, and
A part of the gate electrode of the transistor is disposed so as to be in contact with the impurity diffusion region serving as the floating diffusion portion through the opening of the gate insulating film .
In the step of forming the gate electrode, the deposited gate electrode material is patterned so that the planar shape of the gate electrode includes the planar shape of the opening of the gate insulating film,
The method further includes a step of performing a heat treatment exceeding 800 ° C. after forming the gate electrode,
A solid-state imaging device for electrically connecting the impurity diffusion region and the gate electrode by diffusing phosphorus, which is an impurity in the gate electrode material, into the impurity diffusion region serving as the floating diffusion portion by the heat treatment Manufacturing method.
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 3 , wherein an SiO 2 material is used for the insulating film covering the gate electrode, and the insulating film is formed by a thermal oxidation method or a CVD method.
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