JPH09260630A - Solid-state imaging device and its manufacturing method - Google Patents

Solid-state imaging device and its manufacturing method

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Publication number
JPH09260630A
JPH09260630A JP8070463A JP7046396A JPH09260630A JP H09260630 A JPH09260630 A JP H09260630A JP 8070463 A JP8070463 A JP 8070463A JP 7046396 A JP7046396 A JP 7046396A JP H09260630 A JPH09260630 A JP H09260630A
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JP
Japan
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region
pixel
drain region
drain
gate
Prior art date
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Application number
JP8070463A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideji Abe
秀司 阿部
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH09260630A publication Critical patent/JPH09260630A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce gate-drain capacitance and reduce also a dark current caused by avalanche by a method, wherein an insulation film on a drain region end in a pixel transistor is formed thicker than a gate insulation film. SOLUTION: After a source region 39 and a drain region 40 are formed utilizing a silicon nitride film 61 formed on a gate insulation film 36, they are thermally oxidized; and on the source region 39 and the drain region 40 which are not covered with the silicon nitride film 61, an insulation film thicker than the gate insulation film 36, namely a thermal oxide film 43, is formed. An insulation film on an end part in which the drain region 40 and a gate electrode 37 are thereby, partially overlapped, an electric field in a vertical direction is weakened near a drain region end. Further, near the drain region end, a drain diffused layer reaching a bird's beak 65 by thermal diffusion becomes a slow impurity distribution, and further, since an electric field in a vertical direction is weakened, it is possible to reduce a generation of a hot carrier due to avalanche when a channel is pinched off.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、増幅型固体撮像素
子及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an amplification type solid state image pickup device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、固体撮像素子の高解像度化の要求
に従って、CCD固体撮像素子に代わってスミアが無
く、微細画素の実現が可能である増幅型固体撮像素子が
開発されている。この増幅型固体撮像素子は、画素毎に
光信号を増幅するためのMOS型トランジスタを備え、
画素に光電変換により蓄積された電荷をトランジスタの
電流変調として信号を読み出すように構成されている。
2. Description of the Related Art In recent years, in response to a demand for higher resolution of a solid-state imaging device, an amplification type solid-state imaging device which has no smear and can realize fine pixels has been developed in place of a CCD solid-state imaging device. This amplification type solid-state imaging device includes a MOS type transistor for amplifying an optical signal for each pixel,
A signal is read out by using the electric charge accumulated in the pixel by photoelectric conversion as the current modulation of the transistor.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図10及び図11は、
先に提案した増幅型固体撮像素子の第1の比較例を示
す。この増幅型固体撮像素子1は、図11に示すよう
に、第1導電型例えばp型のシリコン半導体基板2上に
第2導電型即ちn型の半導体領域、即ちオーバーフロー
バリア領域3及びp型の半導体ウエル領域4が形成さ
れ、このp型半導体ウエル領域4上にSiO2 等による
ゲート絶縁膜5を介して光を透過しうる環状のゲート電
極6が形成され、その環状のゲート電極6の中心孔及び
外周に対応するp型半導体ウエル領域4にゲート電極6
をマスクとするセルファラインにて夫々n型のソース領
域7及びドレイン領域8が形成され、ここに1画素とな
るMOS型トランジスタ(以下、画素MOSトランジス
タと称する)9が構成される。環状のゲート電極6は、
光をできるだけ吸収しないように薄いか、透明の材料が
選ばれ、この例では薄膜の多結晶シリコンが用いられ
る。
FIG. 10 and FIG.
A first comparative example of the previously proposed amplification type solid-state imaging device will be shown. As shown in FIG. 11, this amplification type solid-state imaging device 1 has a second conductivity type, that is, an n type semiconductor region, that is, an overflow barrier region 3 and a p type, on a first conductivity type, for example, p type silicon semiconductor substrate 2. A semiconductor well region 4 is formed, and a ring-shaped gate electrode 6 capable of transmitting light is formed on the p-type semiconductor well region 4 through a gate insulating film 5 made of SiO 2 or the like, and the center of the ring-shaped gate electrode 6 is formed. The gate electrode 6 is formed in the p-type semiconductor well region 4 corresponding to the hole and the outer periphery.
An n-type source region 7 and a drain region 8 are formed by self-alignment using the mask as a mask, and a MOS type transistor (hereinafter referred to as a pixel MOS transistor) 9 which constitutes one pixel is formed therein. The ring-shaped gate electrode 6 is
A thin or transparent material is selected so as not to absorb light as much as possible. In this example, a thin film of polycrystalline silicon is used.

【0004】この画素MOSトランジスタ9が、図10
に示すように、複数個マトリックス状に配列され、各列
に対応する画素MOSトランジスタ9のソース領域7が
垂直方向に沿って形成された例えば第1層Alによる共
通の信号線11に接続され、この信号線11と直交する
ように画素MOSトランジスタ9の各行間に対応する位
置に例えば第2層Alによる垂直選択線12が水平方向
に沿って形成される。
This pixel MOS transistor 9 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the source regions 7 of the pixel MOS transistors 9 arranged in a matrix and corresponding to each column are connected to a common signal line 11 formed by, for example, the first layer Al formed along the vertical direction, A vertical selection line 12 made of, for example, the second layer Al is formed in the horizontal direction at a position corresponding to each row of the pixel MOS transistors 9 so as to be orthogonal to the signal line 11.

【0005】そして、水平方向に隣り合う2つの画素M
OSトランジスタ9の環状のゲート電極6に夫々またが
り、且つ対応する垂直選択線12に延長するように、例
えばV字型の画素間配線層13が形成され、この画素間
配線層13の両端が夫々2つの画素MOSトランジス
タ、即ちそのゲート電極6,6に電気的に接続されると
共に、中間部が垂直選択線12に電気的に接続される。
14は画素間配線層13と垂直選択線12とのコンタク
ト部、15は画素間配線層13とゲート電極6とのコン
タクト部である。16はソース領域7と信号線11との
コンタクト部である。
[0005] Two horizontally adjacent pixels M
For example, a V-shaped inter-pixel wiring layer 13 is formed so as to straddle the annular gate electrodes 6 of the OS transistor 9 and extend to the corresponding vertical selection line 12, and both ends of the inter-pixel wiring layer 13 are formed. The two pixel MOS transistors, that is, the gate electrodes 6 and 6 thereof are electrically connected, and the intermediate portion is electrically connected to the vertical selection line 12.
Reference numeral 14 is a contact portion between the inter-pixel wiring layer 13 and the vertical selection line 12, and 15 is a contact portion between the inter-pixel wiring layer 13 and the gate electrode 6. Reference numeral 16 is a contact portion between the source region 7 and the signal line 11.

【0006】更に、画素間配線層13にまたがらない画
素MOSトランジスタ9間に、ドレイン領域8に接続し
た例えば第1層Alによるドレイン電源線18が形成さ
れる。17はドレイン領域8とドレイン電源線18との
コンタクト部である。尚、19は画素MOSトランジス
タ9が形成されている画素領域を示す。
Further, a drain power source line 18 made of, for example, the first layer Al and connected to the drain region 8 is formed between the pixel MOS transistors 9 not extending over the inter-pixel wiring layer 13. Reference numeral 17 is a contact portion between the drain region 8 and the drain power supply line 18. Reference numeral 19 denotes a pixel area in which the pixel MOS transistor 9 is formed.

【0007】この画素MOSトランジスタ9では、図1
1に示すように、環状のゲート電極6を透過した光がシ
リコン中で光電変換して電子−正孔を発生し、このうち
の一方の電荷、この例では正孔hが信号電荷として環状
のゲート電極6下のp型半導体ウエル領域4に蓄積され
る。垂直選択線12を通して環状のゲート電極6に高い
電圧が印加され、画素MOSトランジスタ9がオンされ
ると、ドレイン電流(いわゆるチャネル電流)Idが表
面のチャネルに流れ、このドレイン電流Idが信号電荷
hにより変化を受けるので、このドレイン電流Idを信
号線11を通して出力し、その変化量を信号出力とす
る。
The pixel MOS transistor 9 shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the light transmitted through the ring-shaped gate electrode 6 is photoelectrically converted in silicon to generate electrons-holes, and one of the charges, in this example, the hole h is a ring-shaped signal charge. It is accumulated in the p-type semiconductor well region 4 below the gate electrode 6. When a high voltage is applied to the ring-shaped gate electrode 6 through the vertical selection line 12 and the pixel MOS transistor 9 is turned on, a drain current (so-called channel current) Id flows to the surface channel, and this drain current Id is the signal charge h. The drain current Id is output through the signal line 11 and the amount of change is used as a signal output.

【0008】図8及び図9は、更に改良した増幅型固体
撮像素子の第2の比較例を示す。この増幅型固体撮像素
子21は、その画素MOSトランジスタ22において、
ソース領域7及びドレイン領域8の下方にソース領域7
及びドレイン領域8と同導電型、即ちn型の不純物領域
24及び25が形成され、ゲート電極6下のチャネルに
対応する領域にp型半導体ウエル領域4より不純物濃度
の高いp型の電荷蓄積ウエル領域、いわゆるセンサウエ
ル領域26が形成される。また、隣り合う画素のゲート
電極6,6は、之と一体に延長するゲート電極6と同一
材料の画素間配線層27によって互に接続される。その
他の構成は、前述の図10及び図11と同じであるた
め、対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略
する。
FIGS. 8 and 9 show a second comparative example of a further improved amplification type solid-state image pickup device. This amplification type solid-state image pickup device 21 has
Below the source region 7 and the drain region 8, the source region 7
And n-type impurity regions 24 and 25 of the same conductivity type as the drain region 8 are formed, and a p-type charge accumulation well having a higher impurity concentration than the p-type semiconductor well region 4 is formed in a region corresponding to the channel under the gate electrode 6. A region, a so-called sensor well region 26, is formed. Further, the gate electrodes 6 and 6 of adjacent pixels are connected to each other by the inter-pixel wiring layer 27 made of the same material as that of the gate electrode 6 extending integrally. Other configurations are the same as those in FIGS. 10 and 11 described above, and therefore, corresponding parts will be denoted by the same reference numerals and redundant description will be omitted.

【0009】この画素MOSトランジスタ22では、ゲ
ート電極6を通過し、シリコン中で光電変換した電荷、
即ち正孔hがゲート電極6下のセンサウエル領域26内
に蓄積される。このセンサウエル領域26は、浅いソー
ス領域7及びドレイン領域8と、深い位置の不純物領域
24及び25とさらにそれより深い位置のオーバーフロ
ーバリア領域3によって電気的に囲まれる。大光量を受
光した時の余分な蓄積電荷hは、オーバーフローバリア
領域3を通して基板2側に排出される。赤色の感度を得
るため、オーバーフローバリア領域3は、数μmの深い
位置に形成されることが普通である。
In the pixel MOS transistor 22, charges passing through the gate electrode 6 and photoelectrically converted in silicon,
That is, the holes h are accumulated in the sensor well region 26 below the gate electrode 6. The sensor well region 26 is electrically surrounded by the shallow source region 7 and the drain region 8, the deep impurity regions 24 and 25, and the deeper overflow barrier region 3. Excess accumulated charges h when a large amount of light is received are discharged to the substrate 2 side through the overflow barrier region 3. In order to obtain red sensitivity, the overflow barrier region 3 is usually formed at a deep position of several μm.

【0010】それゆえ、深い不純物領域24及び25
は、浅いソース領域7及びドレイン領域8と、オーバー
フローバリア領域3に電位的に繋がっていなくてはなら
ない。即ち、ドレイン領域8の下方の不純物領域25
は、光電変換した電子と正孔のうちの非蓄積側の電荷を
浅いドレイン領域8に逃がすことと、隣接画素とのブル
ーミング防止の電位障壁(ポテンシャルバリア)の役を
している。
Therefore, the deep impurity regions 24 and 25
Must be electrically connected to the shallow source region 7 and drain region 8 and the overflow barrier region 3. That is, the impurity region 25 below the drain region 8
Plays the role of releasing the charges on the non-accumulation side of the electrons and holes that have been photoelectrically converted to the shallow drain region 8 and also serving as a potential barrier for preventing blooming with adjacent pixels.

【0011】この画素MOSトランジスタ22の形成に
おいては、ゲート電極6が薄いため、深い不純物領域を
形成するときのイオン注入用マスクとならないことか
ら、ゲート電極形成前に別のレジストマスクを用いて、
同時にイオン注入し、浅いソース領域7及びドレイン領
域8と、深い不純物領域24及び25とを同時にセルフ
ァライン的に形成する。その後、ゲート電極6となる多
結晶シリコン層を形成し、他のレジストマスクを用いて
パターニングし、ゲート電極6と之より延長する画素間
配線層27とを同時に形成する。ゲート電極6へのコン
タクトは、この画素間配線層27で行う。
In forming the pixel MOS transistor 22, since the gate electrode 6 is thin and does not serve as an ion implantation mask when forming a deep impurity region, another resist mask is used before forming the gate electrode.
At the same time, ions are implanted to simultaneously form the shallow source region 7 and drain region 8 and the deep impurity regions 24 and 25 in a self-aligning manner. After that, a polycrystalline silicon layer to be the gate electrode 6 is formed and patterned using another resist mask to simultaneously form the gate electrode 6 and the inter-pixel wiring layer 27 extending from the gate electrode 6. The contact with the gate electrode 6 is made in the inter-pixel wiring layer 27.

【0012】かかる増幅型固体撮像素子21では、前述
の図10及び図11の増幅型固体撮像素子1に比べて画
素MOSトランジスタ22におけるソース領域7及びド
レイン領域8下に設けた不純物領域24及び25によっ
て隣接画素へのブルーミングが確実に防止され、また、
画素間配線層27がゲート電極6と一体に形成されるこ
とによって、従来の画素間配線層13が省略され配線構
造の簡素化が図られる。
In the amplification type solid-state imaging device 21 as compared with the amplification type solid-state imaging device 1 of FIGS. 10 and 11, the impurity regions 24 and 25 provided below the source region 7 and the drain region 8 in the pixel MOS transistor 22. This surely prevents blooming to adjacent pixels, and
By forming the inter-pixel wiring layer 27 integrally with the gate electrode 6, the conventional inter-pixel wiring layer 13 is omitted, and the wiring structure is simplified.

【0013】ところで、図8及び図9に示す増幅型固体
撮像素子21においては、図9に示すように、画素間配
線層27の下の絶縁膜は、画素MOSトランジスタ22
のゲート絶縁膜5であり、薄いことに加え、ドレイン領
域8の形成の際にこの絶縁膜を通して通常1×1013
-2以上のドース量がイオン注入されるため、絶縁耐圧
が低く、製造歩留りの悪化及び信頼性の点で問題があっ
た。
By the way, in the amplification type solid-state image pickup device 21 shown in FIGS. 8 and 9, as shown in FIG. 9, the insulating film below the inter-pixel wiring layer 27 is the pixel MOS transistor 22.
In addition to being thin, it is usually 1 × 10 13 c through this insulating film when the drain region 8 is formed.
Since a dose of m −2 or more is ion-implanted, the dielectric strength is low, and there are problems in terms of manufacturing yield deterioration and reliability.

【0014】また、ドレイン−ゲート間の容量がどうし
ても大きくなるため、ゲートを駆動する回路が大きいも
のになること、ドレインとゲート間のクロストーク(即
ち、ゲートに電圧が印加されると、ドレイン電位も変化
する)が大きくなるという問題があった。そのため、画
素間配線層27の面積を小さくしなければならないが、
図10中のコンタクト部14との合わせ余裕を確保する
ため、小さくするには限界があった。
Further, since the capacitance between the drain and the gate inevitably becomes large, the circuit for driving the gate becomes large, and the crosstalk between the drain and the gate (that is, when a voltage is applied to the gate, the drain potential is increased). However, there was a problem that Therefore, it is necessary to reduce the area of the inter-pixel wiring layer 27.
In order to secure the alignment margin with the contact portion 14 in FIG. 10, there is a limit to the reduction.

【0015】別の問題として、ゲート絶縁膜5が薄いの
で、ドレイン領域8の近傍で垂直方向の電界が強くな
る。このため、画素信号を読み出すときなどチャネル電
流が流れる際、ドレインアバランシェによるホットキャ
リアが発生しやすい。このホットキャリアは、暗電流の
一原因となっており、暗電流発生を抑える画素の駆動が
非常に難しいものとなっている。
As another problem, since the gate insulating film 5 is thin, the electric field in the vertical direction becomes strong near the drain region 8. Therefore, when a channel current flows such as when reading a pixel signal, hot carriers are easily generated by the drain avalanche. This hot carrier is one of the causes of the dark current, and it is very difficult to drive the pixel to suppress the dark current generation.

【0016】また、ホットキャリアの発生は、画素MO
Sトランジスタ21のドレイン領域端で絶縁膜、即ち酸
化膜中に固定電荷を発生するとか、界面準位を発生する
とかの問題があり、画質の経時劣化を引き起こす原因と
なっている。
Further, the hot carriers are generated in the pixel MO.
There is a problem that fixed charges are generated in the insulating film, that is, an oxide film, or an interface state is generated at the end of the drain region of the S-transistor 21, which causes deterioration of image quality with time.

【0017】本発明は、上述の点に鑑み、画素の基本特
性を維持しつつ、より好ましくは、ソース領域及びドレ
イン領域と之より深い位置の不純物領域をセルファライ
ン的に形成し画素の基本特性を維持しつつ、ゲート−ド
レイン間容量を低減し、アバランシェ起因の暗電流も低
減できる増幅型固体撮像素子及びこの増幅型固体撮像素
子を歩留りよる製造できる製造方法を提供するものであ
る。
In view of the above points, the present invention more preferably maintains the basic characteristics of the pixel and more preferably forms the impurity region at a position deeper than the source region and the drain region in a serfaline manner. The present invention provides an amplification type solid-state imaging device capable of reducing the gate-drain capacitance and reducing the dark current due to avalanche while maintaining the above, and a manufacturing method capable of manufacturing the amplification type solid-state imaging device with a yield.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明に係る増幅型固体
撮像素子は、画素トランジスタにおけるドレイン領域端
上の絶縁膜がゲート絶縁膜より厚く形成された構成とす
る。
The amplification type solid-state image pickup device according to the present invention has a structure in which the insulating film on the edge of the drain region of the pixel transistor is formed thicker than the gate insulating film.

【0019】この構成においては、ドレイン領域端上の
絶縁膜がゲート絶縁膜より厚く形成されることにより、
ドレイン−ゲート間容量が減少する。また、ドレイン近
傍の垂直電界の低減が図られ、暗電流発生が抑えられ
る。
In this structure, since the insulating film on the edge of the drain region is formed thicker than the gate insulating film,
The drain-gate capacitance is reduced. Further, the vertical electric field in the vicinity of the drain can be reduced, and the generation of dark current can be suppressed.

【0020】本発明に係る増幅型固体撮像素子の製造方
法は、画素領域でゲート絶縁膜となる酸化膜上のシリコ
ン窒化膜を画素のチャネル形状にパターニングし、ソー
ス領域及びドレイン領域を形成した後、酸化処理してソ
ース領域及びドレイン領域上に厚い酸化膜を形成し、シ
リコン窒化膜を除去してゲート電極を形成する。
In the method for manufacturing an amplification type solid-state image pickup device according to the present invention, after the silicon nitride film on the oxide film which becomes the gate insulating film in the pixel region is patterned into the channel shape of the pixel, the source region and the drain region are formed. Then, a thick oxide film is formed on the source region and the drain region by oxidation treatment, and the silicon nitride film is removed to form a gate electrode.

【0021】この製法においては、ソース領域及びドレ
イン領域、之等の上に厚い酸化膜がセルファライン的に
形成され、本発明に係る増幅型固体撮像素子を歩留り良
く製造できる。
In this manufacturing method, a thick oxide film is formed on the source region, the drain region, and the like in a self-aligning manner, and the amplification type solid-state image pickup device according to the present invention can be manufactured with high yield.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明に係る増幅型固体撮像素子
は、画素トランジスタにおけるドレイン領域上、即ち少
くともゲート電極が一部かかるドレイン領域端上の絶縁
膜が、ゲート絶縁膜より厚く形成された構成とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In an amplification type solid-state imaging device according to the present invention, an insulating film on a drain region of a pixel transistor, that is, on an end of the drain region where at least a gate electrode partially covers is formed thicker than a gate insulating film. It has a different configuration.

【0023】本発明は、上記増幅型固体撮像素子におい
て、隣り合う画素トランジスタのゲート電極が、該ゲー
ト電極より之と一体にドレイン領域の絶縁膜上に延長す
る画素間配線層で接続された構成とする。
According to the present invention, in the amplification type solid-state imaging device, the gate electrodes of adjacent pixel transistors are connected to each other by an inter-pixel wiring layer extending integrally with the gate electrodes on the insulating film in the drain region. And

【0024】本発明に係る増幅型固体撮像素子の製造方
法は、画素領域において、ゲート絶縁膜となる酸化膜と
シリコン窒化膜を順次形成する工程と、シリコン窒化膜
を画素のチャネル形状にパターニングし、ソース領域及
びドレイン領域を形成する工程と、酸化処理してソース
領域及びドレイン領域上にゲート絶縁膜より厚い酸化膜
を形成する工程と、シリコン窒化膜を除去し、画素のゲ
ート電極を形成する工程を有する。
A method for manufacturing an amplification type solid-state image pickup device according to the present invention comprises a step of sequentially forming an oxide film and a silicon nitride film to be a gate insulating film in a pixel region, and patterning the silicon nitride film into a pixel channel shape. , Forming source and drain regions, forming an oxide film thicker than the gate insulating film on the source and drain regions by oxidation, removing the silicon nitride film, and forming a gate electrode of the pixel Have steps.

【0025】本発明は、上記増幅型固体撮像素子の製造
方法において、シリコン窒化膜をパターニングしたとき
のレジスト層をマスクにして、イオン注入にてソース領
域及びドレイン領域を形成する。
According to the present invention, in the method for manufacturing an amplification type solid-state image pickup device, the source region and the drain region are formed by ion implantation using the resist layer after patterning the silicon nitride film as a mask.

【0026】本発明は、上記増幅型固体撮像素子の製造
方法において、シリコン窒化膜をパターニングしたとき
のレジスト層をマスクにして、イオン注入し、ソース領
域及びドレイン領域と、このソース領域及びドレイン領
域より深い位置の不純物領域とをセルファライン的に形
成する。
According to the present invention, in the above-described method for manufacturing an amplification type solid-state image pickup device, ion implantation is performed by using the resist layer used for patterning the silicon nitride film as a mask, the source region and the drain region, and the source region and the drain region. The impurity region at a deeper position is formed in a self-aligned manner.

【0027】本発明は、上記増幅型固体撮像素子の製造
方法において、シリコン窒化膜を除去した後、厚い酸化
膜をマスクに電荷蓄積ウエル領域(いわゆるセンサウエ
ル領域)をイオン注入で形成する。
According to the present invention, in the method for manufacturing an amplification type solid-state image pickup device, after removing the silicon nitride film, a charge storage well region (so-called sensor well region) is formed by ion implantation using a thick oxide film as a mask.

【0028】以下、図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0029】本例に係る増幅型固体撮像素子31は、例
えば図1及び図2に示すように、第1導電型例えばp型
のシリコン半導体基板32上に第2導電型即ちn型の半
導体層、即ちオーバーフローバリア領域33及びp型半
導体ウエル領域34が形成され、さらにチャネルを構成
するp型の電荷蓄積ウエル領域、いわゆるセンサウエル
領域35が形成され、このセンサウエル領域35上にS
iO2 等によるゲート絶縁膜36を介して光を透過しう
る環状のゲート電極37が形成され、この環状のゲート
電極37の中心孔及び外周に対応するp型半導体ウエル
領域34に夫々イオン注入法でn型のソース領域39及
びドレイン領域40が形成されて、1画素となる画素M
OSトランジスタ41が構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the amplification type solid-state imaging device 31 according to the present embodiment has a second conductivity type or n type semiconductor layer on a silicon semiconductor substrate 32 of the first conductivity type, for example, p type. That is, an overflow barrier region 33 and a p-type semiconductor well region 34 are formed, and a p-type charge accumulation well region, which is a so-called sensor well region 35, which forms a channel is further formed, and S is formed on the sensor well region 35.
An annular gate electrode 37 capable of transmitting light is formed through a gate insulating film 36 made of iO 2 or the like, and an ion implantation method is performed on the p-type semiconductor well regions 34 corresponding to the central hole and the outer periphery of the annular gate electrode 37, respectively. The n-type source region 39 and the drain region 40 are formed by the
The OS transistor 41 is configured.

【0030】本例では、さらに、この画素OSトランジ
スタ41において、そのソース領域39及びドレイン領
域40上の絶縁膜として所謂選択酸化(LOCOS)法
により絶縁膜(いわゆる酸化膜)43が形成される。ま
た、浅いソース領域39及びドレイン領域40の夫々対
応する下方に、ソース領域39及びドレイン領域40と
同導電型のいわゆるn型の不純物領域44及び45が形
成される。特に、ドレイン領域40下の不純物領域45
は、前述の図8及び図9で説明したと同様に、光電変換
した電子とホールのうちの非蓄積側の電荷(本例では電
子)を浅いドレイン領域40に逃がすことと、隣接画素
とのブルーミング防止の電位障壁(ポテンシャルバリ
ア)いわゆるチャネルストップ領域としての役をなす。
In this example, in the pixel OS transistor 41, an insulating film (so-called oxide film) 43 is formed as an insulating film on the source region 39 and the drain region 40 by the so-called selective oxidation (LOCOS) method. Further, so-called n-type impurity regions 44 and 45 having the same conductivity type as the source region 39 and the drain region 40 are formed below the shallow source region 39 and the drain region 40, respectively. In particular, the impurity region 45 below the drain region 40
In the same manner as described above with reference to FIGS. 8 and 9, the non-accumulation side charges (electrons in this example) of the photoelectrically converted electrons and holes escape to the shallow drain region 40, and A potential barrier for preventing blooming serves as a so-called channel stop region.

【0031】また、隣り合う画素MOSトランジスタ4
1のゲート電極37,37が、ゲート電極37から之と
一体にドレイン領域40の厚い絶縁膜43上を延長する
画素間配線層47によって接続される。ゲート電極37
と画素間配線層47は同一電極材料によって同時のパタ
ーニングで形成される。
In addition, adjacent pixel MOS transistors 4
The first gate electrodes 37, 37 are connected to each other by the inter-pixel wiring layer 47 extending integrally with the gate electrode 37 on the thick insulating film 43 of the drain region 40. Gate electrode 37
The inter-pixel wiring layer 47 is formed of the same electrode material by simultaneous patterning.

【0032】n型不純物領域44及び45は、夫々浅い
ソース領域39及びドレイン領域40とオーバーフロー
バリア領域33間を電位的に繋がるように形成される。
例えば、n型不純物領域44及び45は、夫々ソース領
域39及びドレイン領域40からオーバーフローバリア
領域33に亘って形成してもよく、或は、ソース領域3
9及びドレイン領域40からオーバーフローバリア領域
33に亘ってポテンシャルデップが形成されるように、
ソース領域39及びドレイン領域40とオーバーフロー
バリア領域33の中間に形成するようにしてもよい。
The n-type impurity regions 44 and 45 are formed so as to electrically connect the shallow source region 39 and drain region 40 and the overflow barrier region 33, respectively.
For example, the n-type impurity regions 44 and 45 may be formed from the source region 39 and the drain region 40 to the overflow barrier region 33, respectively, or the source region 3
9 so that a potential dip is formed from 9 and the drain region 40 to the overflow barrier region 33,
It may be formed between the source region 39 and the drain region 40 and the overflow barrier region 33.

【0033】n型不純物領域44及び45の不純物濃度
は、ソース領域39及びドレイン領域40の不純物濃度
より低く、オーバーフローバリア領域33の不純物濃度
より高く設定される。
The impurity concentrations of the n-type impurity regions 44 and 45 are set to be lower than the impurity concentrations of the source region 39 and the drain region 40 and higher than that of the overflow barrier region 33.

【0034】一方、p型半導体基板32、p型半導体ウ
エル領域34及びp型のセンサウエル領域35の不純物
濃度関係は、センサウエル領域35が最も高く、次いで
p型半導体基板32、p型半導体ウエル領域34の順に
低くなっている。
On the other hand, regarding the impurity concentration relationship among the p-type semiconductor substrate 32, the p-type semiconductor well region 34, and the p-type sensor well region 35, the sensor well region 35 has the highest impurity concentration, followed by the p-type semiconductor substrate 32 and the p-type semiconductor well. It becomes lower in the order of the region 34.

【0035】環状のゲート電極37は、光をできるだけ
吸収しないように薄いか、透明の材料が選ばれ、例えば
多結晶シリコン、タングステンポリサイド、タングステ
ンシリサイド等を用いうる。本例では透光性のよい薄膜
の多結晶シリコンが用いられる。
The ring-shaped gate electrode 37 is made of a thin material or a transparent material so as not to absorb light as much as possible. For example, polycrystalline silicon, tungsten polycide, tungsten silicide or the like can be used. In this example, a thin film of polycrystalline silicon having a good light-transmitting property is used.

【0036】この画素MOSトランジスタ41が、図1
に示すように、複数個マトリックス状に配列され、各列
に対応する画素MOSトランジスタ41のソース領域3
9が垂直方向に沿って形成された例えば第1層Alによ
る共通の信号線51に接続され、この信号線51と直交
するように画素MOSトランジスタ41の各行間に対応
する位置に例えば第2層Alによる垂直選択線52が水
平方向に沿って形成され、この垂直選択線52とゲート
電極に接続された画素間配線層47とが接続される。
The pixel MOS transistor 41 shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the source regions 3 of the pixel MOS transistors 41 corresponding to each column are arranged in a matrix.
9 is connected to a common signal line 51 made of, for example, the first layer Al formed along the vertical direction, and is provided at a position corresponding to each row of the pixel MOS transistors 41 so as to be orthogonal to the signal line 51, for example, the second layer. A vertical selection line 52 made of Al is formed along the horizontal direction, and the vertical selection line 52 is connected to the inter-pixel wiring layer 47 connected to the gate electrode.

【0037】さらに、画素間配線層47によって接続さ
れない画素MOSトランジスタ41間に、ドレイン領域
40に接続した例えば第1層Alによるドレイン電極線
53が形成される。55はドレイン電源線54とドレイ
ン領域40とのドレインコンタクト部、56はソース領
域39と信号線51とのソースコンタクト部、57は画
素間配線層47と垂直選択線52とのコンタクト部であ
る。尚、図1において、58は画素MOSトランジスタ
41が配列されている画素領域を示す。
Further, between the pixel MOS transistors 41 not connected by the inter-pixel wiring layer 47, the drain electrode line 53 made of, for example, the first layer Al connected to the drain region 40 is formed. Reference numeral 55 is a drain contact portion between the drain power supply line 54 and the drain region 40, 56 is a source contact portion between the source region 39 and the signal line 51, and 57 is a contact portion between the inter-pixel wiring layer 47 and the vertical selection line 52. In FIG. 1, reference numeral 58 represents a pixel region in which the pixel MOS transistors 41 are arranged.

【0038】この増幅型固体撮像素子31の動作は、前
述と同様に、環状のゲート電極37を通過した光が光電
変換して一方の電荷、即ち正孔hがゲート電極37下の
センサウエル領域35内に蓄積される。そして、垂直選
択線52を通して環状のゲート電極37に高い電圧が印
加され、画素MOSトランジスタ41がオンされると、
ドレイン電流(いわゆるチャネル電流)がセンサウエル
領域34の表面のチャネルに流れ、このドレイン電流が
信号電荷hにより変化を受けることによって、このドレ
イン電流を信号線51を通して出力し、その変化量を信
号出力とする。
The operation of the amplification type solid-state image pickup device 31 is similar to that described above in that the light passing through the ring-shaped gate electrode 37 is photoelectrically converted so that one of the charges, that is, the hole h, is in the sensor well region under the gate electrode 37. It is accumulated in 35. Then, when a high voltage is applied to the ring-shaped gate electrode 37 through the vertical selection line 52 and the pixel MOS transistor 41 is turned on,
A drain current (so-called channel current) flows in the channel on the surface of the sensor well region 34, and the drain current is changed by the signal charge h, so that the drain current is output through the signal line 51 and the amount of change is output as a signal. And

【0039】上述した増幅型固体撮像素子31によれ
ば、ドレイン領域40及びソース領域39上にゲート絶
縁膜36より厚い絶縁膜43を有するので、ゲート−ド
レイン間、ゲート−ソース間の絶縁耐圧が高くなり、製
造歩留りを良好にし、信頼性を向上することができる。
According to the amplification type solid-state image pickup device 31 described above, since the insulating film 43 thicker than the gate insulating film 36 is provided on the drain region 40 and the source region 39, the dielectric breakdown voltage between the gate and the drain and between the gate and the source is increased. It is possible to increase the production yield, improve the production yield, and improve the reliability.

【0040】また、厚い絶縁膜43によってドレイン−
ゲート間の容量が減り、ドレイン−ゲート間のクロスト
ークも低減する。このため、画素間配線層47を余裕を
もった面積とすることができ、コンタクト部57との合
わせ余裕を確保することができる。
Further, the thick insulating film 43 causes the drain-
The capacitance between the gates is reduced and the drain-gate crosstalk is also reduced. For this reason, the inter-pixel wiring layer 47 can be made to have a sufficient area, and a matching margin with the contact portion 57 can be secured.

【0041】また、ドレイン領域40端上での絶縁膜4
3が厚いので、ドレイン領域40端の近傍で垂直方向の
電界が弱くなる。即ち、電界集中が緩和される。このた
め、画素信号を読み出すときなどのチャネル電流が流れ
る際、ドレインアバランシェによるホットキャリアの発
生が大きく低減し、暗電流の発生を低減することができ
る。
Further, the insulating film 4 on the end of the drain region 40
Since 3 is thick, the electric field in the vertical direction becomes weak near the edge of the drain region 40. That is, the electric field concentration is alleviated. Therefore, when a channel current flows such as when reading a pixel signal, the generation of hot carriers due to the drain avalanche is greatly reduced, and the generation of dark current can be reduced.

【0042】ドレインアバランシェによるホットキャリ
アの発生が低減できるので、ホットキャリアによるゲー
ト絶縁膜36中の固定電荷や界面準位の発生も減り、画
質の経時劣化を抑えることができる。
Since the generation of hot carriers due to the drain avalanche can be reduced, the generation of fixed charges and interface states in the gate insulating film 36 due to hot carriers is also reduced, and the deterioration of image quality over time can be suppressed.

【0043】ゲート電極37と画素間配線層47が同一
の多結晶シリコン薄膜で一体に形成されるので、図10
に示すような画素間配線層を別体に形成する配線構造に
比べて配線構造が簡素化される。また、画素間配線層4
7とゲート電極37が同じ電極材料(多結晶シリコン薄
膜)で形成されることから、図10で示したような仕事
関数差によるコンタクト部15下のチャネルポテンシャ
ルの局所的変化は回避される。これは画素毎の特性の均
一化、高画質化につながる。更に図10の画素間配線層
13を別体に設けた構造に比べて受光利用率が高くなり
受光感度が向上する。
Since the gate electrode 37 and the inter-pixel wiring layer 47 are integrally formed of the same polycrystalline silicon thin film, FIG.
The wiring structure is simplified as compared with the wiring structure in which the inter-pixel wiring layer is separately formed as shown in FIG. In addition, the inter-pixel wiring layer 4
7 and the gate electrode 37 are formed of the same electrode material (polycrystalline silicon thin film), the local change of the channel potential under the contact portion 15 due to the work function difference as shown in FIG. 10 is avoided. This leads to uniform characteristics for each pixel and high image quality. Further, as compared with the structure in which the inter-pixel wiring layer 13 of FIG. 10 is provided separately, the light reception utilization rate is increased and the light reception sensitivity is improved.

【0044】次に、上述の増幅型固体撮像素子31の製
造例を説明する。
Next, an example of manufacturing the above-mentioned amplification type solid-state image pickup device 31 will be described.

【0045】本例においては、図3Aに示すように、p
型シリコン基板32上にn型のオーバーフローバリア領
域33、p型半導体ウエル領域34を順次形成した後、
p型半導体ウエル領域34の表面に例えばSiO2 等の
酸化膜によるゲート絶縁膜36及びこの上のシリコン窒
化膜61を順次形成する。
In this example, as shown in FIG. 3A, p
After sequentially forming an n-type overflow barrier region 33 and a p-type semiconductor well region 34 on the type silicon substrate 32,
On the surface of the p-type semiconductor well region 34, a gate insulating film 36 made of an oxide film such as SiO 2 and a silicon nitride film 61 thereon are sequentially formed.

【0046】次に、図3Bに示すように、画素のチャネ
ル形状(即ち環状のゲート電極の形状)にパターニング
されたレジスト層62をマスクにしてシリコン窒化膜6
1を選択エッチングしてソース領域及びドレイン領域に
対応する部分を開口する。
Next, as shown in FIG. 3B, the silicon nitride film 6 is formed using the resist layer 62 patterned into the channel shape of the pixel (that is, the shape of the ring-shaped gate electrode) as a mask.
1 is selectively etched to open portions corresponding to the source region and the drain region.

【0047】次に、レジスト層62をマスクに第1の不
純物63のイオン注入で浅いn型のソース領域39及び
ドレイン領域40を形成し、同じレジスト層62をマス
クに第2の不純物64のイオン注入で深い位置にn型の
不純物領域44及び45を形成する。これによって、ソ
ース領域39及びドレイン領域40と、之に対応する不
純物領域44及び45とはセルファライン的に形成され
る。
Next, the shallow n-type source region 39 and the drain region 40 are formed by ion implantation of the first impurity 63 with the resist layer 62 as a mask, and the ions of the second impurity 64 are ionized with the same resist layer 62 as a mask. By implantation, n-type impurity regions 44 and 45 are formed at deep positions. As a result, the source region 39 and the drain region 40 and the corresponding impurity regions 44 and 45 are formed in a self-aligning manner.

【0048】深い不純物領域44及び45のイオン打込
みエネルギーは、突き抜けない厚さのレジスト層62に
することで、かなり自由に選べるため、デバイス的に最
適化できる。もし、シリコン窒化膜61をイオン注入用
マスクに適用できるくらい厚く形成できれば、レジスト
層62無でイオン注入することも可能である。
The ion implantation energies of the deep impurity regions 44 and 45 can be selected quite freely by forming the resist layer 62 having a thickness that does not penetrate, and can be optimized in terms of devices. If the silicon nitride film 61 can be formed thick enough to be applied to an ion implantation mask, it is possible to perform ion implantation without the resist layer 62.

【0049】次に、図3Cに示すように、レジスト層6
2を剥離した後、シリコン窒化膜を残した状態で熱酸化
処理を行ってソース領域39及びドレイン領域40上に
絶縁膜、即ち熱酸化膜43を少なくともゲート絶縁膜3
6よりも厚く成長する。シリコン窒化膜61で覆われた
領域は酸化されず、チャネル領域となる。この結果、L
OCOS(選択酸化)工程の形状に近いものが得られ
る。
Next, as shown in FIG. 3C, the resist layer 6
2 is peeled off, a thermal oxidation process is performed with the silicon nitride film left, and an insulating film, that is, a thermal oxide film 43 is formed on the source region 39 and the drain region 40 at least the gate insulating film 3
Grows thicker than six. The region covered with the silicon nitride film 61 is not oxidized and becomes a channel region. As a result, L
A shape close to the shape of the OCOS (selective oxidation) step can be obtained.

【0050】ここで、熱処理が多いと、ソース領域39
及びドレイン領域40の不純物が横方向に拡散し、後述
のセンサウエル領域と画素MOSトランジスタのチャネ
ル領域を狭め、ダイナミックレンジの低下や、画素のゲ
ートオフ特性を悪化させる。しかし、900℃以下のウ
エット酸化で熱酸化膜43の膜厚が数100nm以下で
あれば、ソース領域39及びドレイン領域40の不純物
をそれほど横方向に拡散させることはなく、その横方向
の不純物拡散をバーズビーク65の長さ程度の0.2μ
mに容易に制御可能である。なお、このバーズビーク長
は、シリコン窒化膜61と、ゲート絶縁膜(酸化膜)3
6と、厚い酸化膜43でほぼ決定される。
Here, if heat treatment is often performed, the source region 39 is formed.
The impurities in the drain region 40 and the drain region 40 are laterally diffused to narrow the sensor well region and the channel region of the pixel MOS transistor, which will be described later, and deteriorate the dynamic range and the gate-off characteristic of the pixel. However, if the thickness of the thermal oxide film 43 is several hundreds nm or less by wet oxidation at 900 ° C. or less, the impurities in the source region 39 and the drain region 40 are not diffused so much in the lateral direction, and the impurity diffusion in the lateral direction is not performed. The length of the bird's beak 65 is about 0.2μ
m can be easily controlled. The bird's beak length is equal to that of the silicon nitride film 61 and the gate insulating film (oxide film) 3
6, which is almost determined by the thick oxide film 43.

【0051】次に、図4Dに示すように、シリコン窒化
膜61を剥離した後、厚い酸化膜43をマスクにイオン
注入を行い、p型のセンサウエル領域35を形成する。
このときのイオン打込みエネルギーは、ゲート絶縁膜3
6を突き抜けるが、厚い酸化膜43を突き抜けない程度
で行う。もっとも、厚い酸化膜43下にもイオン注入不
純物が突き抜けるのであれば、初めにソース領域39及
びドレイン領域40を形成する際のイオン注入量を多め
にして置けばよい。
Next, as shown in FIG. 4D, after the silicon nitride film 61 is peeled off, ions are implanted using the thick oxide film 43 as a mask to form the p-type sensor well region 35.
The ion implantation energy at this time is the same as the gate insulating film 3
6, but the thick oxide film 43 is not penetrated. However, if the ion-implanted impurities penetrate under the thick oxide film 43, the ion-implantation amount may be increased when the source region 39 and the drain region 40 are first formed.

【0052】また、さかのぼって、図3Aのシリコン窒
化膜61のパターニング前か、シリコン窒化膜61の成
長前に、p型半導体ウエル領域34の表面全面にイオン
注入によりセンサウエル領域35を形成して置いても同
様に構わない。ともかく、このままでの工程で、完全に
チャネルと、センサウエル領域35と、ソース領域39
及びドレイン領域40と、深い位置のn型の不純物領域
44及び45とは、セルファライン的に形成され、画素
のセンサウエル領域35は画素内で均一に形成される。
Further, retrospectively, before patterning the silicon nitride film 61 of FIG. 3A or before growing the silicon nitride film 61, a sensor well region 35 is formed on the entire surface of the p-type semiconductor well region 34 by ion implantation. You can leave it as well. In any case, in the process as it is, the channel, the sensor well region 35, and the source region 39 are completely removed.
The drain region 40 and the deep n-type impurity regions 44 and 45 are formed in a self-aligned manner, and the sensor well region 35 of the pixel is uniformly formed in the pixel.

【0053】次に、ゲート絶縁膜36及び厚い酸化膜4
3上の全面にゲート電極材料である例えば多結晶シリコ
ン薄膜を形成し、之に不純物のドーピングをし、レジス
ト層によるマスクを介してパターニングして、多結晶シ
リコン薄膜によるゲート電極37及び画素間配線層47
を形成する。このとき、ゲート電極37は、一部ソース
領域39及びドレイン領域40上にかかるように形成す
る。斯くして、図4Eに示す目的の増幅型固体撮像素
子、即ちその画素MOSトランジスタ41を得る。
Next, the gate insulating film 36 and the thick oxide film 4 are formed.
3, a polycrystalline silicon thin film, which is a gate electrode material, is formed on the entire surface, and impurities are doped, and patterning is performed through a mask of a resist layer to form a gate electrode 37 and an inter-pixel wiring of the polycrystalline silicon thin film. Layer 47
To form At this time, the gate electrode 37 is formed so as to partially cover the source region 39 and the drain region 40. Thus, the intended amplification type solid-state imaging device shown in FIG. 4E, that is, the pixel MOS transistor 41 thereof is obtained.

【0054】上述の製法によれば、画素のチャネルと、
ソース領域39及びドレイン領域40と、深い位置のn
型不純物領域44及び45と、さらにセンサウエル領域
35とを、セルファライン的に形成することができ、均
一性に優れた画素特性をもたせることができる。
According to the above-described manufacturing method, the pixel channel and
The source region 39 and the drain region 40 and the deep n
The type impurity regions 44 and 45 and the sensor well region 35 can be formed in a self-aligned manner, and pixel characteristics with excellent uniformity can be provided.

【0055】ゲート絶縁膜36上に形成したシリコン窒
化膜61を利用して、ソース領域39及びドレイン領域
40を形成した後に熱酸化処理することにより、シリコ
ン窒化膜61が覆われないソース領域39及びドレイン
領域40上にゲート絶縁膜36より厚い絶縁膜、即ち熱
酸化膜43を形成することができる。これによって、ド
レイン領域40、ゲート電極37が一部重なる端部上の
絶縁膜43が厚くなるので、ドレイン領域端の近傍で垂
直方向の電界が弱くなる。
By using the silicon nitride film 61 formed on the gate insulating film 36 to form the source region 39 and the drain region 40 and then performing a thermal oxidation process, the source region 39 and the silicon nitride film 61 which are not covered are formed. An insulating film thicker than the gate insulating film 36, that is, a thermal oxide film 43 can be formed on the drain region 40. As a result, the insulating film 43 on the end where the drain region 40 and the gate electrode 37 partially overlap becomes thicker, and the electric field in the vertical direction becomes weaker near the end of the drain region.

【0056】また、ドレイン領域端の近傍では、熱拡散
によってバーズビーク65まで達したドレイン拡散層は
それ自身かなり不純物分布がゆるやか(いわゆるブロー
ド)になっていること、さらに上記したように、ドレイ
ン領域端の近傍でチャネル電流の流れる方向に垂直な電
界が弱くなるため、チャネルがピンチオフしたときのド
レインアバランシェによるホットキャリアの発生を効果
的に低減できる。当然、このことよりホットキャリアに
よるゲート絶縁膜36中の固定電荷や界面準位の発生も
大きく低減できる。
Further, in the vicinity of the edge of the drain region, the drain diffusion layer which has reached the bird's beak 65 by thermal diffusion itself has a fairly gentle impurity distribution (so-called broad). Since the electric field perpendicular to the channel current flowing direction becomes weak in the vicinity of, the generation of hot carriers due to the drain avalanche when the channel is pinched off can be effectively reduced. Naturally, this can greatly reduce the generation of fixed charges and interface states in the gate insulating film 36 due to hot carriers.

【0057】また、単純に、一般に不純物を多くドープ
したシリコン酸化膜は、絶縁耐圧が理想的な酸化膜より
低いが、本実施例ではドレイン領域40上に厚さが十分
に大きい絶縁膜43を形成できるので、ゲート−ドレイ
ン間の絶縁耐圧は全く問題なくなる。
In general, a silicon oxide film doped with a large amount of impurities generally has a lower withstand voltage than an ideal oxide film, but in this embodiment, an insulating film 43 having a sufficiently large thickness is formed on the drain region 40. Since it can be formed, the breakdown voltage between the gate and the drain does not pose any problem.

【0058】また、画素間配線層47とドレイン領域4
0間にはゲート絶縁膜36より厚い絶縁膜43が設けら
れるため、容量の面からは画素間配線層47の幅を広く
とれる。例えばゲート絶縁膜36の膜厚が30nm、ド
レイン領域40上の絶縁膜43の膜厚が150nmであ
れば、前述の図9の場合に比べて5倍の幅を有する画素
間配線層47を確保できる。
Further, the inter-pixel wiring layer 47 and the drain region 4
Since the insulating film 43 thicker than the gate insulating film 36 is provided between 0, the width of the inter-pixel wiring layer 47 can be widened in terms of capacitance. For example, if the film thickness of the gate insulating film 36 is 30 nm and the film thickness of the insulating film 43 on the drain region 40 is 150 nm, the inter-pixel wiring layer 47 having a width five times larger than that in the case of FIG. 9 is secured. it can.

【0059】図5及び図6は、夫々本発明に係る増幅型
固体撮像素子の画素領域での配線パターンの他の例を示
す。
5 and 6 show other examples of wiring patterns in the pixel region of the amplification type solid-state image pickup device according to the present invention.

【0060】上述したように、画素間配線層47の幅を
広くとれることから、例えば図5に示すように、水平方
向(横方向)の画素MOSトランジスタ41のゲート電
極37を全て繋ぐように、ゲート部を全て覆う幅広の共
通電極、即ちゲート電極37と画素間配線層47を兼ね
る共通電極66を形成して構成することができる。その
他は図1と同様の信号線51、垂直選択線52及びドレ
イン電源線53が形成される。本発明では、図5に示す
ような電極パターニングが、比較例よりも少ないゲート
−ドレイン間容量で実現できる。そして、かかる電極パ
ターンを有する構成では、ゲート電極37の横方向の合
わせずれを回避することができる。
Since the width of the inter-pixel wiring layer 47 can be widened as described above, for example, as shown in FIG. 5, all the gate electrodes 37 of the pixel MOS transistors 41 in the horizontal direction (horizontal direction) are connected to each other. A wide common electrode that covers the entire gate portion, that is, a common electrode 66 that also serves as the gate electrode 37 and the inter-pixel wiring layer 47 can be formed. A signal line 51, a vertical selection line 52, and a drain power supply line 53 similar to those of FIG. In the present invention, the electrode patterning as shown in FIG. 5 can be realized with a smaller gate-drain capacitance than the comparative example. Further, in the configuration having such an electrode pattern, misalignment of the gate electrode 37 in the lateral direction can be avoided.

【0061】また、図6に示すように、水平方向(横方
向)の画素MOSトランジスタ41のゲート電極を繋ぐ
ように、ゲート部を全て覆う同一幅の帯状共通電極、即
ちゲート電極37及び画素間配線層47を兼ねる共通電
極67を形成し、その共通電極67の有効画素領域58
の外部に導出された端部において、配線71を接続し、
更に有効画素領域58の端部のみで配線72を接続した
構成とすることができる。この構成では、配線構造が更
に単純化すると共に、さらに早いフレームレートで駆動
することができ、適用デバイスの範囲が広がる。
Further, as shown in FIG. 6, a strip-shaped common electrode having the same width, that is, the gate electrode 37 and the pixel between the pixels, which covers the entire gate portion so as to connect the gate electrodes of the pixel MOS transistors 41 in the horizontal direction (horizontal direction). A common electrode 67 that also serves as the wiring layer 47 is formed, and an effective pixel area 58 of the common electrode 67 is formed.
At the end portion led to the outside of the
Further, the wiring 72 may be connected only at the end of the effective pixel region 58. With this configuration, the wiring structure can be further simplified, and it can be driven at a higher frame rate, and the range of applicable devices is expanded.

【0062】尚、上例では、画素間配線層47とゲート
電極37とを同じ電極材料によって一体に形成した構成
としたが、その他、図7に示すように、画素間配線層6
8をゲート電極37とは別体に形成し、前述の図10と
同様に、この画素間配線層68を隣り合うゲート電極3
7にコンタクト部69を介して接続した構造の画素MO
Sトランジスタ70にも適用することができる。画素間
配線層68としては、例えばゲート電極と同じ多結晶シ
リコンで形成することもできる。
In the above example, the inter-pixel wiring layer 47 and the gate electrode 37 are integrally formed of the same electrode material, but in addition, as shown in FIG. 7, the inter-pixel wiring layer 6 is formed.
8 is formed separately from the gate electrode 37, and the inter-pixel wiring layer 68 is formed adjacent to the gate electrode 3 as in FIG.
Pixel MO having a structure connected to the No. 7 via a contact portion 69
It can also be applied to the S transistor 70. The inter-pixel wiring layer 68 can also be formed of, for example, the same polycrystalline silicon as the gate electrode.

【0063】この構成においても、ゲート電極47にか
かるドレイン領域40の端部上の絶縁膜43が選択酸化
により厚く形成されているので、ゲート−ドレイン間容
量が減り、ゲート−ドレイン間クロストークが低減し、
消費電力を低減できる。また、ドレインアバランシェに
よるホットキャリアの発生も抑えられ、暗電流の低減が
図れる。また、ゲート−ソース間、ゲート−ドレイン間
の絶縁耐圧も向上する等、上例と同様の作用効果を奏す
る。
Also in this structure, since the insulating film 43 on the end portion of the drain region 40 over the gate electrode 47 is formed thick by selective oxidation, the gate-drain capacitance is reduced and the gate-drain crosstalk is reduced. Reduced,
Power consumption can be reduced. Further, generation of hot carriers due to the drain avalanche can be suppressed, and dark current can be reduced. Further, the same operational effects as in the above example are achieved, such as improvement in the withstand voltage between the gate and the source and between the gate and the drain.

【0064】また、図示せざるも、不純物領域44及び
45が形成される、深さ程度に対応する位置において、
全域に亘ってセンサウエル領域35と同一極性のポテン
シャル調整用領域を形成することもできる。
Although not shown, at the position corresponding to the depth where the impurity regions 44 and 45 are formed,
It is also possible to form a potential adjusting region having the same polarity as the sensor well region 35 over the entire region.

【0065】上述したように、本実施例に係る増幅型固
体撮像素子は、画素特性に影響するセンサのチャネル
と、浅いソース領域及びドレイン領域と、深い不純物領
域の形成、さらにセンサウエル領域をセルファライン的
に形成し、画素特性の均一性に優れた特性をもたせつ
つ、以下の優れて点を実現できる。
As described above, the amplification type solid-state image pickup device according to the present embodiment is provided with the sensor channel which affects the pixel characteristics, the shallow source region and the drain region, the formation of the deep impurity region, and the sensor well region which is the cell surface. The following excellent points can be realized while being formed in a line and having excellent pixel characteristic uniformity.

【0066】ゲート−ドレイン間容量が減り、クロスト
ークが低減し、消費電力を低減することができる。
The gate-drain capacitance is reduced, crosstalk is reduced, and power consumption can be reduced.

【0067】画素間配線層を面積的に広げることがで
き、コンタクトのマージンを広げることかできる。究極
的には、有効画素端で別配線でコンタクトすることが可
能となり、画素領域内に横方向の配線を無くした構造が
可能となる。
The inter-pixel wiring layer can be expanded in area and the contact margin can be expanded. Ultimately, it is possible to contact with another wiring at the end of the effective pixel, and a structure without a horizontal wiring in the pixel area becomes possible.

【0068】ドレインアバランシェによるホットキャリ
アの発生が大きく低減し、暗電流の低減が図られつつ、
画素MOSトランジスタの長期信頼性に優れる。ゲート
とソース、ドレインとの間の絶縁耐圧が良くなり、歩留
りが向上する。
While the generation of hot carriers due to the drain avalanche is greatly reduced and the dark current is reduced,
Excellent long-term reliability of the pixel MOS transistor. The breakdown voltage between the gate and the source / drain is improved, and the yield is improved.

【0069】尚、上例では、画素MOSトランジスタ4
1としてnチャネル型について説明したが、pチャネル
型についても同様である。
In the above example, the pixel MOS transistor 4
Although the n-channel type has been described as 1, the same applies to the p-channel type.

【0070】[0070]

【発明の効果】本発明に係る増幅型固体撮像素子によれ
ば、画素トランジスタにおいて、ゲート−ドレイン間容
量が減少し、ゲート−ドレイン間のクロストークが低減
し、消費電極を低減することができる。ドレインアバン
ンシェによるホットキャリアの発生を大きく低減するこ
とができ、暗電流を低減することができ、且つ画素トラ
ンジスタの長期信頼性に優れる。
According to the amplification type solid-state imaging device of the present invention, in the pixel transistor, the gate-drain capacitance is reduced, the gate-drain crosstalk is reduced, and the consumption electrode can be reduced. . Generation of hot carriers due to the drain avanche can be significantly reduced, dark current can be reduced, and long-term reliability of the pixel transistor is excellent.

【0071】ゲート−ドレイン間の絶縁耐圧が良くな
り、製造歩留りが向上する。画素間配線層を面積的に広
げることができ、画素間配線層と垂直選択線とのコンタ
クトマージンを広げることができる。
The withstand voltage between the gate and the drain is improved, and the manufacturing yield is improved. The inter-pixel wiring layer can be expanded in area, and the contact margin between the inter-pixel wiring layer and the vertical selection line can be expanded.

【0072】本発明に係る増幅型固体撮像素子の製造方
法によれば、画素トランジスタにおけるチャネルとソー
ス領域及びドレイン領域をセルファライン的に形成する
ことができ、画素特性の均一性に優れた特性をもつ増幅
型固体撮像素子を製造することができる。
According to the method for manufacturing an amplification type solid-state image pickup device according to the present invention, the channel and the source region and the drain region in the pixel transistor can be formed in a self-aligning manner, and the pixel characteristic is excellent in uniformity. It is possible to manufacture an amplification type solid-state imaging device having the same.

【0073】画素トランジスタにおけるチャネルとソー
ス領域及びドレイン領域と、深い位置の不純物領域とを
フルファライン的に形成することができ、画素特性の均
一性に優れた特性をもつ増幅型固体撮像素子を製造する
ことができる。
A channel, a source region and a drain region in a pixel transistor, and an impurity region at a deep position can be formed in a full-faline manner, and an amplification type solid-state image pickup device having excellent pixel characteristic uniformity is provided. It can be manufactured.

【0074】画素トランジスタにおけるチャネルと、ソ
ース領域及びドレイン領域と、深い位置の不純物領域
と、電荷蓄積ウエル領域とをセルファライン的に形成す
ることができ、画素特性の均一性に優れた特性をもつ増
幅型固体撮像素子を製造することができる。
The channel in the pixel transistor, the source region and the drain region, the impurity region at a deep position, and the charge accumulation well region can be formed in a self-aligning manner, and the pixel characteristic is excellent in uniformity. An amplification type solid-state image sensor can be manufactured.

【0075】ソース領域及びドレイン領域上に選択的に
ゲート絶縁膜より厚い絶縁膜を形成することができ、ゲ
ート−ドレイン間容量が低減し、ドレインアバランシェ
に起因する暗電流が低減した信頼性の高い増幅型固体撮
像素子を歩留り良く製造することができる。
An insulating film thicker than the gate insulating film can be selectively formed on the source region and the drain region, the gate-drain capacitance is reduced, and the dark current due to the drain avalanche is reduced, which is highly reliable. The amplification type solid-state imaging device can be manufactured with high yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る増幅型固体撮像素子の一例を示す
平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an example of an amplification type solid-state imaging device according to the present invention.

【図2】図1の画素MOSトランジスタの断面である。FIG. 2 is a cross section of the pixel MOS transistor of FIG.

【図3】A 本発明に係る増幅型固体撮像素子の製造方
法の一例を示す製造工程図である。 B 本発明に係る増幅型固体撮像素子の製造方法の一例
を示す製造工程図である。 C 本発明に係る増幅型固体撮像素子の製造方法の一例
を示す製造工程図である。
FIG. 3A is a manufacturing process diagram illustrating an example of a method of manufacturing an amplification type solid-state imaging device according to the present invention. B is a manufacturing process diagram illustrating an example of a method of manufacturing an amplification type solid-state imaging device according to the present invention. C is a manufacturing process diagram illustrating an example of a method of manufacturing an amplification type solid-state imaging device according to the present invention.

【図4】D 本発明に係る増幅型固体撮像素子の製造方
法の一例を示す製造工程図である。 E 本発明に係る増幅型固体撮像素子の製造方法の一例
を示す製造工程図である。
FIG. 4D is a manufacturing process diagram illustrating an example of a method of manufacturing the amplification type solid-state imaging device according to the present invention. E is a manufacturing process diagram illustrating an example of a method of manufacturing an amplification type solid-state imaging device according to the present invention.

【図5】本発明に係る増幅型固体撮像素子の他の例を示
す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing another example of the amplification type solid-state imaging device according to the present invention.

【図6】本発明に係る増幅型固体撮像素子のさらに他の
例を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing still another example of the amplification type solid-state imaging device according to the present invention.

【図7】本発明に係る増幅型固体撮像素子の画素MOS
トランジスタの他の例を示す断面図である。
FIG. 7 is a pixel MOS of an amplification type solid-state imaging device according to the present invention.
It is sectional drawing which shows the other example of a transistor.

【図8】第2の比較例に係る増幅型固体撮像素子の平面
図である。
FIG. 8 is a plan view of an amplification type solid-state imaging device according to a second comparative example.

【図9】図8の画素MOSトランジスタの断面図であ
る。
9 is a cross-sectional view of the pixel MOS transistor of FIG.

【図10】第1比較例に係る増幅型固体撮像素子の平面
図である。
FIG. 10 is a plan view of an amplification type solid-state imaging device according to a first comparative example.

【図11】画素MOSトランジスタの断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a pixel MOS transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 増幅型固体撮像素子、36 ゲート絶縁膜、37
ゲート電極、39ソース領域、40 ドレイン領域、
41 画素MOSトランジスタ、43 厚い絶縁膜、4
7 画素間配線層、51 信号線、52 垂直選択線、
53 ドレイン電源線、58 画素領域、61 シリコ
ン窒化膜、62 レジスト層
31 amplification type solid-state imaging device, 36 gate insulating film, 37
Gate electrode, 39 source region, 40 drain region,
41 pixel MOS transistor, 43 thick insulating film, 4
7 inter-pixel wiring layer, 51 signal line, 52 vertical selection line,
53 drain power line, 58 pixel region, 61 silicon nitride film, 62 resist layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画素トランジスタにおけるドレイン領域
端上の絶縁膜が、ゲート絶縁膜より厚く形成されて成る
ことを特徴とする増幅型固体撮像素子。
1. An amplification type solid-state imaging device, wherein an insulating film on a drain region end of a pixel transistor is formed thicker than a gate insulating film.
【請求項2】 隣り合う画素トランジスタのゲート電極
が、該ゲート電極から之と一体に前記ドレイン領域の絶
縁膜上に延長する画素間配線層で接続されて成ることを
特徴とする請求項1に記載の増幅型固体撮像素子。
2. The gate electrodes of adjacent pixel transistors are connected to each other by an inter-pixel wiring layer extending integrally from the gate electrodes onto the insulating film in the drain region. The amplification type solid-state imaging device described.
【請求項3】 画素領域において、ゲート絶縁膜となる
酸化膜とシリコン窒化膜を順次形成する工程と、 前記シリコン窒化膜を画素のチャネル形状にパターニン
グし、ソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、 酸化処理して前記ソース領域及びドレイン領域上に前記
ゲート絶縁膜より厚い酸化膜を形成する工程と、 前記シリコン窒化膜を除去し、画素のゲート電極を形成
する工程を有することを特徴とする増幅型固体撮像素子
の製造方法。
3. A step of sequentially forming an oxide film to be a gate insulating film and a silicon nitride film in the pixel region, and a step of patterning the silicon nitride film into a channel shape of the pixel to form a source region and a drain region. And a step of forming an oxide film thicker than the gate insulating film on the source region and the drain region by oxidation treatment, and a step of removing the silicon nitride film and forming a gate electrode of a pixel. Manufacturing method of amplification type solid-state imaging device.
【請求項4】 前記シリコン窒化膜をパターニングした
ときのレジスト層をマスクにして、イオン注入にて前記
ソース領域及びドレイン領域を形成することを特徴とす
る請求項3に記載の増幅型固体撮像素子の製造方法。
4. The amplification type solid-state image pickup device according to claim 3, wherein the source region and the drain region are formed by ion implantation using a resist layer after patterning the silicon nitride film as a mask. Manufacturing method.
【請求項5】 前記シリコン窒化膜をパターニングした
ときのレジスト層をマスクにしてイオン注入し、前記ソ
ース領域及びドレイン領域と、該ソース領域及びドレイ
ン領域より深い位置の不純物領域とを、セルファライン
的に形成することを特徴とする請求項3に記載の増幅型
固体撮像素子。
5. The source region and the drain region and the impurity region located deeper than the source region and the drain region are ion-implanted by using the resist layer as a mask when the silicon nitride film is patterned to form a self-aligned structure. The amplification type solid-state imaging device according to claim 3, wherein the amplification type solid-state imaging device is formed.
【請求項6】 前記シリコン窒化膜を除去した後、前記
厚い酸化膜をマスクに電荷蓄積ウエル領域をイオン注入
で形成することを特徴とする請求項3に記載の増幅型固
体撮像素子の製造方法。
6. The method of manufacturing an amplification type solid-state imaging device according to claim 3, wherein after the silicon nitride film is removed, the charge storage well region is formed by ion implantation using the thick oxide film as a mask. .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101458430A (en) * 2007-12-11 2009-06-17 索尼株式会社 Light sensor and display
JP4594463B2 (en) * 1998-07-06 2010-12-08 インスティツュツ.フュール.ミクロエレクトロニック.シュツュツガルト.スティフタング.デ.オーフェントリシェン.リシェツ MOS transistor for photocell
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