JP2004304012A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】雑音が小さく感度の高い固体撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置は、複数の感光セルと、複数の感光セルを駆動するために設けられた駆動手段とを備えており、各感光セルは、入射光を光電変換して得られた信号電荷を蓄積するために半導体基板９の表面に露出するように形成されたフォトダイオード５と、フォトダイオード５によって蓄積された信号電荷を転送するための転送トランジスタ６と、転送トランジスタ６によって転送された信号電荷を一時的に蓄積するための浮遊拡散層１と、浮遊拡散層１に一時的に蓄積された信号電荷を増幅するための増幅トランジスタ２とを有しており、増幅トランジスタ２に設けられたソース／ドレイン拡散層３はサリサイド層４によって覆われており、浮遊拡散層１は半導体基板９の表面に露出するように形成されている。
【選択図】 図５
【解決手段】固体撮像装置は、複数の感光セルと、複数の感光セルを駆動するために設けられた駆動手段とを備えており、各感光セルは、入射光を光電変換して得られた信号電荷を蓄積するために半導体基板９の表面に露出するように形成されたフォトダイオード５と、フォトダイオード５によって蓄積された信号電荷を転送するための転送トランジスタ６と、転送トランジスタ６によって転送された信号電荷を一時的に蓄積するための浮遊拡散層１と、浮遊拡散層１に一時的に蓄積された信号電荷を増幅するための増幅トランジスタ２とを有しており、増幅トランジスタ２に設けられたソース／ドレイン拡散層３はサリサイド層４によって覆われており、浮遊拡散層１は半導体基板９の表面に露出するように形成されている。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用ビデオカメラ、デジタルスチルカメラおよび携帯電話用カメラ等に用いられるエリアイメージセンサを備えた固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、従来の固体撮像装置９０の構成を示す回路図である。フォトダイオード９５、転送ゲート９６、増幅トランジスタ９２およびリセットトランジスタ９７によって構成される感光セル９８が３行×３列のマトリックス状に配列されている。
【０００３】
増幅トランジスタ９２およびリセットトランジスタ９７のドレインは、共通ドレイン線３０６に接続されている。増幅トランジスタ９２のソースは図１３に示すように垂直信号線１５に接続されている。垂直信号線１５の一端には負荷トランジスタ３０５が接続されており、他端には雑音抑圧回路１２が接続されている。雑音抑圧回路１２の出力は水平ドライバ回路１３によって駆動される水平トランジスタ１４に接続されている。各感光セル９８は垂直ドライバ回路１１によって駆動される。
【０００４】
図１４は、従来の固体撮像装置９０に設けられた感光セル９８の構成を示す平面図である。フォトダイオード９５の信号は転送ゲート９６をとおって浮遊拡散層９１に読み出される。この浮遊拡散層９１において電圧変換された信号は浮遊拡散層コンタクト２０３から増幅トランジスタ９２のゲート３０４に印加される。増幅トランジスタ９２のソース／ドレインは共通ドレイン線３０６と垂直信号線１５とに接続されている。浮遊拡散層９１の信号電荷はリセットトランジスタ９７をとおって共通ドレイン線３０６に排出される。
【０００５】
図１５は、図１４に示す面ＸＹＺＷに沿った断面図である。Ｐ型半導体基板９に、ｎ型フォトダイオード拡散層４０２及びｐ型リーク阻止層４０３からなるフォトダイオード９５が形成されている。
【０００６】
転送ゲート９６、リセットトランジスタ９７および増幅トランジスタ９２を構成するＭＯＳトランジスタのゲート電極はポリシリコン層４０６とサリサイド層４０７との２重構造になっている。
【０００７】
浮遊拡散層９１は、ＬＤＤ拡散層４０４とソース／ドレイン拡散層４０５とからなる２重の拡散層の上部にサリサイド層４０７を有する。
【０００８】
ＭＯＳトランジスタのソース／ドレインはＬＤＤ拡散層４０４とソース／ドレイン拡散層４０５とからなる２重の拡散層の上部にサリサイド層４０７を有する。サリサイド層４０７は光を通さないのでフォトダイオード３０１の上部からは除去する。
【０００９】
図１６ないし図１９は、従来の固体撮像装置９０の製造方法を示す断面図である。図１６に示すように、半導体基板９に素子分離層５０２を形成した後、写真蝕刻工程によってレジスト５０１を所定のパターンに形成し、イオン注入によりｎ型フォトダイオード拡散層４０２及びｐ型リーク阻止層４０３を形成する。
【００１０】
そして、レジスト５０１を除去した後、図１７に示すように、転送ゲート９６、リセットトランジスタ９７および増幅トランジスタ９２を構成するＭＯＳトランジスタのゲート電極となるポリシリコン層４０６を形成する。しかる後、フォトダイオード９５を覆うようにサリサイドブロック膜５０３を形成した後、イオン注入工程によりポリシリコン層４０６に自己整合するようにＬＤＤ拡散層４０４を形成する。
【００１１】
そして図１８に示すように、サリサイドブロック膜５０３、ポリシリコン層４０６およびＬＤＤ拡散層４０４を覆うようにＬＤＤ酸化膜５０４を堆積する。次に図１９に示すように、異方性エッチングによりＬＤＤ酸化膜５０４を除去すると、垂直方向に厚く堆積したポリシリコン層４０６の両端にＬＤＤ酸化膜５０４の一部が残る。このＬＤＤ酸化膜に自己整合するようにソース／ドレイン拡散層４０５を形成する。この後チタン（Ｔｉ）およびコバルト（Ｃｏ）等の金属材料をスパッタ工程によって堆積して熱工程を加えると半導体基板及びポリシリコンが剥き出しになっていた部分のみが反応してサリサイド化し、サリサイド層４０７が残る。
【００１２】
【特許文献１】
特開平８−３３５６８８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述した従来の固体撮像装置の感光セルの構成では、浮遊拡散層９１はフォトダイオード９５の信号を一時蓄積するが、そのとき浮遊拡散層９１におけるｐｎ接合の逆方向リーク電流があると信号に重畳して雑音となる。
【００１４】
入射光を光電変換して蓄積するフォトダイオード９５に比べ信号電荷が滞在する時間は短いのでフォトダイオードほどｐｎ接合逆方向リーク電流の要求は厳しくないが、ほかのトランジスタのソースドレインと同様な作り方をするとｐｎ接合逆方向リーク電流が増加しやはり深刻な雑音となる。この雑音が大きいと、固体撮像装置の感度が低下して、信号のＳ／Ｎ比が劣化する等の問題となる。
【００１５】
本発明の目的は、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板上の感光領域にマトリックス状に配置された複数の感光セルと、前記複数の感光セルを駆動するために設けられた駆動手段とを備えており、各感光セルは、入射光を光電変換して得られた信号電荷を蓄積するために前記半導体基板の表面に露出するように形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードによって蓄積された前記信号電荷を転送するために前記半導体基板に形成された転送トランジスタと、前記転送トランジスタによって転送された前記信号電荷を一時的に蓄積するために前記半導体基板に形成された浮遊拡散層と、前記浮遊拡散層に一時的に蓄積された前記信号電荷を増幅するために前記半導体基板に形成された増幅トランジスタとを有しており、前記増幅トランジスタに設けられたソース／ドレイン拡散層はサリサイド層によって覆われており、前記浮遊拡散層は前記半導体基板の表面に露出するように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、本発明に係る固体撮像装置の製造方法であって、前記フォトダイオードと前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとを前記半導体基板に形成する工程と、前記フォトダイオードと前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとを覆うようにレジストを所定のパターンに形成する工程と、前記浮遊拡散層を形成するために前記レジストをマスクとして前記半導体基板にイオンを注入する工程と、前記レジストを除去して、前記浮遊拡散層と前記フォトダイオードとを覆うようにサリサイドブロック膜を形成する工程と、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を形成する工程と、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を覆うようにサリサイド層を形成する工程とを包含することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る固体撮像装置の他の製造方法は、本発明に係る固体撮像装置の製造方法であって、前記半導体基板の上にレジストを所定のパターンに形成する工程と、前記フォトダイオードを形成するために前記レジストをマスクとしてイオンを注入する工程と、前記レジストを除去して、前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとを前記半導体基板に形成する工程と、前記フォトダイオードを覆うように第１サリサイドブロック膜を形成する工程と、前記浮遊拡散層と前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層とを形成するために前記半導体基板にイオンを注入する工程と、前記浮遊拡散層を覆うように第２サリサイドブロック膜を形成する工程と、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を覆うようにサリサイド層を形成する工程とを包含することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本実施の形態に係る固体撮像装置においては、増幅トランジスタに設けられたソース／ドレイン拡散層はサリサイド層によって覆われており、浮遊拡散層は半導体基板の表面に露出するように形成されている。このため、浮遊拡散層の表面にはサリサイド層が形成されない。従って、浮遊拡散層においてｐｎ接合の逆方向リーク電流が低減する。その結果、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置を得ることができる。
【００２０】
この実施の形態では、前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっていることが好ましい。
【００２１】
各感光セルは、前記浮遊拡散層をリセットするために形成されたリセットトランジスタをさらに有しており、前記駆動手段は、前記転送トランジスタと前記リセットトランジスタとを垂直方向に沿って同時に駆動する垂直ドライバ回路と、前記感光領域に垂直方向に沿って配置された複数の垂直信号線に出力される信号を取り込む雑音抑圧回路と、水平方向に沿って配置された複数の水平トランジスタを順次スイッチすることによって前記雑音抑圧回路からの信号を時系列に出力するために設けられた水平ドライバ回路とを含んでおり、前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタに設けられたソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっていることが好ましい。
【００２２】
前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタに設けられたソース／ドレイン拡散層は、サリサイド層によって覆われていることが好ましい。
【００２３】
前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとは、ｎ型ＭＯＳトランジスタによって構成されていることが好ましい。
【００２４】
前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路は、ダイナミックロジック回路によって構成されていることが好ましい。
【００２５】
前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの一部のソース／ドレイン拡散層の不純物濃度は、前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの他の一部のソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっていることが好ましい。
【００２６】
前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの一部のソース／ドレイン拡散層は前記半導体基板の表面に露出するように形成されており、前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの他の一部のソース／ドレイン拡散層はサリサイド層によって覆われていることが好ましい。
【００２７】
前記浮遊拡散層の不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以下になっていることが好ましい。
【００２８】
本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法においては、浮遊拡散層とフォトダイオードとを覆うようにサリサイドブロック膜を形成する工程と、増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を形成する工程と、増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を覆うようにサリサイド層を形成する工程とを備えている。このため、浮遊拡散層の表面にはサリサイド層が形成されない。従って、浮遊拡散層においてｐｎ接合の逆方向リーク電流が低減する。その結果、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置を得ることができる。
【００２９】
前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっていることが好ましい。
【００３０】
他の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法においては、浮遊拡散層を覆うように第２サリサイドブロック膜を形成する工程と、増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を覆うようにサリサイド層を形成する工程とを備えている。このため、浮遊拡散層の表面にはサリサイド層が形成されない。従って、浮遊拡散層においてｐｎ接合の逆方向リーク電流が低減する。その結果、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置を得ることができる。
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１は、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の構成を示す回路図である。フォトダイオード５、転送ゲート６、増幅トランジスタ２およびリセットトランジスタ７によって構成される感光セル８が３行×３列のマトリックス状に配列されている。
【００３３】
増幅トランジスタ２およびリセットトランジスタ７のドレインは、共通ドレイン線３０６に接続されている。増幅トランジスタ２のソースは図１に示すように垂直信号線１５に接続されている。垂直信号線１５の一端には負荷トランジスタ３０５が接続されており、他端には雑音抑圧回路１２が接続されている。雑音抑圧回路１２の出力は水平ドライバ回路１３によって駆動される水平トランジスタ１４に接続されている。各感光セル８は垂直ドライバ回路１１によって駆動される。
【００３４】
図２は、固体撮像装置１００に設けられた感光セル８の構成を示す平面図である。フォトダイオード５の信号は転送ゲート６をとおって浮遊拡散層１に読み出される。この浮遊拡散層１において電圧変換された信号は浮遊拡散層コンタクト２０３から増幅トランジスタ２のゲート３０４に印加される。増幅トランジスタ２のソース／ドレインは共通ドレイン線３０６と垂直信号線１５とに接続されている。浮遊拡散層１の信号電荷はリセットトランジスタ７をとおって共通ドレイン線３０６に排出される。
【００３５】
図３〜図５は、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の製造方法を示す断面図である。図３を参照すると、転送ゲート６、リセットトランジスタ７および増幅トランジスタ２を構成するＭＯＳトランジスタのゲート電極のポリシリコン層４０６を形成する。その後、写真蝕刻工程により浮遊拡散層となる部分を空けるように形成されたレジスト７０１を形成する。そして、レジスト７０１をマスクに低濃度浮遊拡散層１をイオン注入により形成する。
【００３６】
図４を参照すると、しかる後サリサイドブロック膜５０３をフォトダイオード５と浮遊拡散層１とを覆うように形成する。
【００３７】
図５を参照すると、その後、前述した従来技術と同じ方法によってソースドレイン層３およびサリサイド層４を形成する。
【００３８】
図６は、固体撮像装置１００における接合リーク電流の頻度を示すグラフである。横軸は接合リーク電流の大きさを示しており、縦軸は横軸の接合リーク電流を示すｐｎ接合浮遊拡散層の数を表している。濃い実線６０１によって示した分布はサリサイド層４が浮遊拡散層１の上に形成されているものの分布を示しており、薄い点線６０２はサリサイド層４が浮遊拡散層１の上に形成されていないものの分布でを示している。サリサイド層４が形成されているものはサリサイド層４が形成されていないものに比べて全体的に接合リーク電流の大きい方に分布が移動しているだけでなく、局所的に非常に接合リーク電流の大きな分布６０３が存在する。これは固体撮像装置では点欠陥となって不良品なる。
【００３９】
図７は、固体撮像装置１００における浮遊物拡散層１の不純物濃度と接合リーク電流との間の関係を示すグラフである。横軸は浮遊物拡散層１の不純物濃度を示しており、縦軸は接合リーク電流を示している。浮遊物拡散層１の不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上になると接合リーク電流が急激に増加する。
【００４０】
以上のように本実施の形態によれば、増幅トランジスタ２に設けられたソース／ドレイン拡散層３はサリサイド層４によって覆われており、浮遊拡散層１は半導体基板９の表面に露出するように形成されている。このため、浮遊拡散層１の表面にはサリサイド層４が形成されない。従って、浮遊拡散層１においてｐｎ接合の逆方向リーク電流が低減する。その結果、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置を得ることができる。
【００４１】
図８〜図１０は、本実施の形態に係る固体撮像装置の他の製造方法を示す断面図である。図３〜図５を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００４２】
図８を参照すると、前述した図４および図５と同様にＬＤＤ拡散層を形成する。そして図９を参照すると、第２のサリサイドブロック膜８０１を浮遊拡散層１を覆うように形成する。図１０を参照すると、その後は、前述した従来技術と同じ方法によってソースドレイン層３およびサリサイド層４を形成する。
【００４３】
図１１は、本実施の形態に係る他の固体撮像装置の要部の構成を示す平面図である。図２を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００４４】
浮遊拡散層１の部分のうち全部の領域に関してサリサイド層を除去して拡散層不純物濃度を下げるのではなく、一部の領域についてサリサイド層を除去して拡散層不純物濃度を下げてもよい。図１１において浮遊拡散層１のコンタクト部２０３の周辺９０１以外についてサリサイド層を除去して低濃度化することが有効である。
【００４５】
図１２は、本実施の形態に係る固体撮像装置に設けられたダイナミックロジック回路の構成を示す回路図である。近年ＣＭＯＳロジックが半導体の主流になったため、ＭＯＳ型撮像装置はＣＭＯＳロジックで構成される事が多い。ＣＭＯＳロジックは工程が長くかつ微細化により工程が決められており、センサのために工程を変更することが非常に難しい。
【００４６】
特に微細化された工程ではｐ型チャネルのトランジスタの動作が難しい。その理由はｐ型不純物であるボロンの質量が軽く、動きやすいため半導体の内部において小さく作ることが難しいためである。そのため、特に微細化したトランジスタを用いてセンサ特有の製造工程を作るにはＮＭＯＳのみで構成することが有利である。
【００４７】
ＮＭＯＳのみの回路を使うと一般に消費電力がＣＭＯＳに比べて大きくなるので、ダイナミックロジックと言う回路を使う。このダイナミックロジック回路はＭＯＳの容量によって電圧を持ち上げるブートと言う動作を行うが、このＭＯＳ容量の部分もリーク電流が大きくなると動作しなくなる。すなわち本発明の低リーク電流化の目的とまさに合致する。
【００４８】
特に近年デジタルスチルカメラに応用される撮像素子には、長時間露光といって非常にゆっくり動作させるモードが入っている。そのためＮＭＯＳダイナミックロジック回路においても低リーク電流の素子分離が必須となる。ダイナミックロジック回路によって構成されたシフトレジスタ回路の例を図１２に示す。動作の説明はここでは省略するが、ＭＯＳ容量９０２のリーク電流が大きいとゆっくりした動作ができなくなる。このＭＯＳ容量９０２の素子分離に本発明の素子分離を用いることは非常に有効である。
【００４９】
すなわち、固体撮像装置を微細化するとき、素子分離等の高性能化を目指す低リーク電流技術を確立する際において、微細トランジスタを作りにくいｐ−ｃｈを排除しＮ−ｃｈＭＯＳのみで構成し、ＣＭＯＳ並みの低消費電力のためのダイナミックロジック回路を設計するためにもやはり低リーク電流化は必須となる。微細トランジスタ、ｎチャネルのみのＭＯＳ、低リーク素子分離、ダイナミックロジック回路は高性能な固体撮像装置を実現するための最短コースにある。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図
【図２】本実施の形態に係る固体撮像装置の要部の構成を示す平面図
【図３】本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図４】本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図５】本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図６】本実施の形態に係る固体撮像装置における接合リーク電流の頻度を示すグラフ
【図７】本実施の形態に係る固体撮像装置における浮遊物拡散層の不純物濃度と接合リーク電流との間の関係を示すグラフ
【図８】本実施の形態に係る固体撮像装置の他の製造方法を示す断面図
【図９】本実施の形態に係る固体撮像装置の他の製造方法を示す断面図
【図１０】本実施の形態に係る固体撮像装置の他の製造方法を示す断面図
【図１１】本実施の形態に係る他の固体撮像装置の要部の構成を示す平面図
【図１２】本実施の形態に係る固体撮像装置に設けられたダイナミックロジック回路の構成を示す回路図
【図１３】従来の固体撮像装置の構成を示す回路図
【図１４】従来の固体撮像装置の要部の構成を示す平面図
【図１５】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図
【図１６】従来の固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図１７】従来の固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図１８】従来の固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図１９】従来の固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【符号の説明】
１ 浮遊拡散層
２ 増幅トランジスタ
３ ソースドレイン層
４ サリサイド層
５ フォトダイオード
６ 転送トランジスタ
７ リセットトランジスタ
８ 感光セル
９ 半導体基板
１１ 垂直ドライバ
１２ 雑音抑圧回路
１３ 水平ドライバ回路
１４ 水平トランジスタ
１５ 垂直信号線
１６ ダイナミックロジック回路
１００ 固体撮像装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用ビデオカメラ、デジタルスチルカメラおよび携帯電話用カメラ等に用いられるエリアイメージセンサを備えた固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、従来の固体撮像装置９０の構成を示す回路図である。フォトダイオード９５、転送ゲート９６、増幅トランジスタ９２およびリセットトランジスタ９７によって構成される感光セル９８が３行×３列のマトリックス状に配列されている。
【０００３】
増幅トランジスタ９２およびリセットトランジスタ９７のドレインは、共通ドレイン線３０６に接続されている。増幅トランジスタ９２のソースは図１３に示すように垂直信号線１５に接続されている。垂直信号線１５の一端には負荷トランジスタ３０５が接続されており、他端には雑音抑圧回路１２が接続されている。雑音抑圧回路１２の出力は水平ドライバ回路１３によって駆動される水平トランジスタ１４に接続されている。各感光セル９８は垂直ドライバ回路１１によって駆動される。
【０００４】
図１４は、従来の固体撮像装置９０に設けられた感光セル９８の構成を示す平面図である。フォトダイオード９５の信号は転送ゲート９６をとおって浮遊拡散層９１に読み出される。この浮遊拡散層９１において電圧変換された信号は浮遊拡散層コンタクト２０３から増幅トランジスタ９２のゲート３０４に印加される。増幅トランジスタ９２のソース／ドレインは共通ドレイン線３０６と垂直信号線１５とに接続されている。浮遊拡散層９１の信号電荷はリセットトランジスタ９７をとおって共通ドレイン線３０６に排出される。
【０００５】
図１５は、図１４に示す面ＸＹＺＷに沿った断面図である。Ｐ型半導体基板９に、ｎ型フォトダイオード拡散層４０２及びｐ型リーク阻止層４０３からなるフォトダイオード９５が形成されている。
【０００６】
転送ゲート９６、リセットトランジスタ９７および増幅トランジスタ９２を構成するＭＯＳトランジスタのゲート電極はポリシリコン層４０６とサリサイド層４０７との２重構造になっている。
【０００７】
浮遊拡散層９１は、ＬＤＤ拡散層４０４とソース／ドレイン拡散層４０５とからなる２重の拡散層の上部にサリサイド層４０７を有する。
【０００８】
ＭＯＳトランジスタのソース／ドレインはＬＤＤ拡散層４０４とソース／ドレイン拡散層４０５とからなる２重の拡散層の上部にサリサイド層４０７を有する。サリサイド層４０７は光を通さないのでフォトダイオード３０１の上部からは除去する。
【０００９】
図１６ないし図１９は、従来の固体撮像装置９０の製造方法を示す断面図である。図１６に示すように、半導体基板９に素子分離層５０２を形成した後、写真蝕刻工程によってレジスト５０１を所定のパターンに形成し、イオン注入によりｎ型フォトダイオード拡散層４０２及びｐ型リーク阻止層４０３を形成する。
【００１０】
そして、レジスト５０１を除去した後、図１７に示すように、転送ゲート９６、リセットトランジスタ９７および増幅トランジスタ９２を構成するＭＯＳトランジスタのゲート電極となるポリシリコン層４０６を形成する。しかる後、フォトダイオード９５を覆うようにサリサイドブロック膜５０３を形成した後、イオン注入工程によりポリシリコン層４０６に自己整合するようにＬＤＤ拡散層４０４を形成する。
【００１１】
そして図１８に示すように、サリサイドブロック膜５０３、ポリシリコン層４０６およびＬＤＤ拡散層４０４を覆うようにＬＤＤ酸化膜５０４を堆積する。次に図１９に示すように、異方性エッチングによりＬＤＤ酸化膜５０４を除去すると、垂直方向に厚く堆積したポリシリコン層４０６の両端にＬＤＤ酸化膜５０４の一部が残る。このＬＤＤ酸化膜に自己整合するようにソース／ドレイン拡散層４０５を形成する。この後チタン（Ｔｉ）およびコバルト（Ｃｏ）等の金属材料をスパッタ工程によって堆積して熱工程を加えると半導体基板及びポリシリコンが剥き出しになっていた部分のみが反応してサリサイド化し、サリサイド層４０７が残る。
【００１２】
【特許文献１】
特開平８−３３５６８８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述した従来の固体撮像装置の感光セルの構成では、浮遊拡散層９１はフォトダイオード９５の信号を一時蓄積するが、そのとき浮遊拡散層９１におけるｐｎ接合の逆方向リーク電流があると信号に重畳して雑音となる。
【００１４】
入射光を光電変換して蓄積するフォトダイオード９５に比べ信号電荷が滞在する時間は短いのでフォトダイオードほどｐｎ接合逆方向リーク電流の要求は厳しくないが、ほかのトランジスタのソースドレインと同様な作り方をするとｐｎ接合逆方向リーク電流が増加しやはり深刻な雑音となる。この雑音が大きいと、固体撮像装置の感度が低下して、信号のＳ／Ｎ比が劣化する等の問題となる。
【００１５】
本発明の目的は、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板上の感光領域にマトリックス状に配置された複数の感光セルと、前記複数の感光セルを駆動するために設けられた駆動手段とを備えており、各感光セルは、入射光を光電変換して得られた信号電荷を蓄積するために前記半導体基板の表面に露出するように形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードによって蓄積された前記信号電荷を転送するために前記半導体基板に形成された転送トランジスタと、前記転送トランジスタによって転送された前記信号電荷を一時的に蓄積するために前記半導体基板に形成された浮遊拡散層と、前記浮遊拡散層に一時的に蓄積された前記信号電荷を増幅するために前記半導体基板に形成された増幅トランジスタとを有しており、前記増幅トランジスタに設けられたソース／ドレイン拡散層はサリサイド層によって覆われており、前記浮遊拡散層は前記半導体基板の表面に露出するように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、本発明に係る固体撮像装置の製造方法であって、前記フォトダイオードと前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとを前記半導体基板に形成する工程と、前記フォトダイオードと前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとを覆うようにレジストを所定のパターンに形成する工程と、前記浮遊拡散層を形成するために前記レジストをマスクとして前記半導体基板にイオンを注入する工程と、前記レジストを除去して、前記浮遊拡散層と前記フォトダイオードとを覆うようにサリサイドブロック膜を形成する工程と、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を形成する工程と、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を覆うようにサリサイド層を形成する工程とを包含することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る固体撮像装置の他の製造方法は、本発明に係る固体撮像装置の製造方法であって、前記半導体基板の上にレジストを所定のパターンに形成する工程と、前記フォトダイオードを形成するために前記レジストをマスクとしてイオンを注入する工程と、前記レジストを除去して、前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとを前記半導体基板に形成する工程と、前記フォトダイオードを覆うように第１サリサイドブロック膜を形成する工程と、前記浮遊拡散層と前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層とを形成するために前記半導体基板にイオンを注入する工程と、前記浮遊拡散層を覆うように第２サリサイドブロック膜を形成する工程と、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を覆うようにサリサイド層を形成する工程とを包含することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本実施の形態に係る固体撮像装置においては、増幅トランジスタに設けられたソース／ドレイン拡散層はサリサイド層によって覆われており、浮遊拡散層は半導体基板の表面に露出するように形成されている。このため、浮遊拡散層の表面にはサリサイド層が形成されない。従って、浮遊拡散層においてｐｎ接合の逆方向リーク電流が低減する。その結果、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置を得ることができる。
【００２０】
この実施の形態では、前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっていることが好ましい。
【００２１】
各感光セルは、前記浮遊拡散層をリセットするために形成されたリセットトランジスタをさらに有しており、前記駆動手段は、前記転送トランジスタと前記リセットトランジスタとを垂直方向に沿って同時に駆動する垂直ドライバ回路と、前記感光領域に垂直方向に沿って配置された複数の垂直信号線に出力される信号を取り込む雑音抑圧回路と、水平方向に沿って配置された複数の水平トランジスタを順次スイッチすることによって前記雑音抑圧回路からの信号を時系列に出力するために設けられた水平ドライバ回路とを含んでおり、前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタに設けられたソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっていることが好ましい。
【００２２】
前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタに設けられたソース／ドレイン拡散層は、サリサイド層によって覆われていることが好ましい。
【００２３】
前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとは、ｎ型ＭＯＳトランジスタによって構成されていることが好ましい。
【００２４】
前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路は、ダイナミックロジック回路によって構成されていることが好ましい。
【００２５】
前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの一部のソース／ドレイン拡散層の不純物濃度は、前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの他の一部のソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっていることが好ましい。
【００２６】
前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの一部のソース／ドレイン拡散層は前記半導体基板の表面に露出するように形成されており、前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの他の一部のソース／ドレイン拡散層はサリサイド層によって覆われていることが好ましい。
【００２７】
前記浮遊拡散層の不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以下になっていることが好ましい。
【００２８】
本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法においては、浮遊拡散層とフォトダイオードとを覆うようにサリサイドブロック膜を形成する工程と、増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を形成する工程と、増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を覆うようにサリサイド層を形成する工程とを備えている。このため、浮遊拡散層の表面にはサリサイド層が形成されない。従って、浮遊拡散層においてｐｎ接合の逆方向リーク電流が低減する。その結果、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置を得ることができる。
【００２９】
前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっていることが好ましい。
【００３０】
他の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法においては、浮遊拡散層を覆うように第２サリサイドブロック膜を形成する工程と、増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を覆うようにサリサイド層を形成する工程とを備えている。このため、浮遊拡散層の表面にはサリサイド層が形成されない。従って、浮遊拡散層においてｐｎ接合の逆方向リーク電流が低減する。その結果、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置を得ることができる。
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１は、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の構成を示す回路図である。フォトダイオード５、転送ゲート６、増幅トランジスタ２およびリセットトランジスタ７によって構成される感光セル８が３行×３列のマトリックス状に配列されている。
【００３３】
増幅トランジスタ２およびリセットトランジスタ７のドレインは、共通ドレイン線３０６に接続されている。増幅トランジスタ２のソースは図１に示すように垂直信号線１５に接続されている。垂直信号線１５の一端には負荷トランジスタ３０５が接続されており、他端には雑音抑圧回路１２が接続されている。雑音抑圧回路１２の出力は水平ドライバ回路１３によって駆動される水平トランジスタ１４に接続されている。各感光セル８は垂直ドライバ回路１１によって駆動される。
【００３４】
図２は、固体撮像装置１００に設けられた感光セル８の構成を示す平面図である。フォトダイオード５の信号は転送ゲート６をとおって浮遊拡散層１に読み出される。この浮遊拡散層１において電圧変換された信号は浮遊拡散層コンタクト２０３から増幅トランジスタ２のゲート３０４に印加される。増幅トランジスタ２のソース／ドレインは共通ドレイン線３０６と垂直信号線１５とに接続されている。浮遊拡散層１の信号電荷はリセットトランジスタ７をとおって共通ドレイン線３０６に排出される。
【００３５】
図３〜図５は、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の製造方法を示す断面図である。図３を参照すると、転送ゲート６、リセットトランジスタ７および増幅トランジスタ２を構成するＭＯＳトランジスタのゲート電極のポリシリコン層４０６を形成する。その後、写真蝕刻工程により浮遊拡散層となる部分を空けるように形成されたレジスト７０１を形成する。そして、レジスト７０１をマスクに低濃度浮遊拡散層１をイオン注入により形成する。
【００３６】
図４を参照すると、しかる後サリサイドブロック膜５０３をフォトダイオード５と浮遊拡散層１とを覆うように形成する。
【００３７】
図５を参照すると、その後、前述した従来技術と同じ方法によってソースドレイン層３およびサリサイド層４を形成する。
【００３８】
図６は、固体撮像装置１００における接合リーク電流の頻度を示すグラフである。横軸は接合リーク電流の大きさを示しており、縦軸は横軸の接合リーク電流を示すｐｎ接合浮遊拡散層の数を表している。濃い実線６０１によって示した分布はサリサイド層４が浮遊拡散層１の上に形成されているものの分布を示しており、薄い点線６０２はサリサイド層４が浮遊拡散層１の上に形成されていないものの分布でを示している。サリサイド層４が形成されているものはサリサイド層４が形成されていないものに比べて全体的に接合リーク電流の大きい方に分布が移動しているだけでなく、局所的に非常に接合リーク電流の大きな分布６０３が存在する。これは固体撮像装置では点欠陥となって不良品なる。
【００３９】
図７は、固体撮像装置１００における浮遊物拡散層１の不純物濃度と接合リーク電流との間の関係を示すグラフである。横軸は浮遊物拡散層１の不純物濃度を示しており、縦軸は接合リーク電流を示している。浮遊物拡散層１の不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上になると接合リーク電流が急激に増加する。
【００４０】
以上のように本実施の形態によれば、増幅トランジスタ２に設けられたソース／ドレイン拡散層３はサリサイド層４によって覆われており、浮遊拡散層１は半導体基板９の表面に露出するように形成されている。このため、浮遊拡散層１の表面にはサリサイド層４が形成されない。従って、浮遊拡散層１においてｐｎ接合の逆方向リーク電流が低減する。その結果、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置を得ることができる。
【００４１】
図８〜図１０は、本実施の形態に係る固体撮像装置の他の製造方法を示す断面図である。図３〜図５を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００４２】
図８を参照すると、前述した図４および図５と同様にＬＤＤ拡散層を形成する。そして図９を参照すると、第２のサリサイドブロック膜８０１を浮遊拡散層１を覆うように形成する。図１０を参照すると、その後は、前述した従来技術と同じ方法によってソースドレイン層３およびサリサイド層４を形成する。
【００４３】
図１１は、本実施の形態に係る他の固体撮像装置の要部の構成を示す平面図である。図２を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００４４】
浮遊拡散層１の部分のうち全部の領域に関してサリサイド層を除去して拡散層不純物濃度を下げるのではなく、一部の領域についてサリサイド層を除去して拡散層不純物濃度を下げてもよい。図１１において浮遊拡散層１のコンタクト部２０３の周辺９０１以外についてサリサイド層を除去して低濃度化することが有効である。
【００４５】
図１２は、本実施の形態に係る固体撮像装置に設けられたダイナミックロジック回路の構成を示す回路図である。近年ＣＭＯＳロジックが半導体の主流になったため、ＭＯＳ型撮像装置はＣＭＯＳロジックで構成される事が多い。ＣＭＯＳロジックは工程が長くかつ微細化により工程が決められており、センサのために工程を変更することが非常に難しい。
【００４６】
特に微細化された工程ではｐ型チャネルのトランジスタの動作が難しい。その理由はｐ型不純物であるボロンの質量が軽く、動きやすいため半導体の内部において小さく作ることが難しいためである。そのため、特に微細化したトランジスタを用いてセンサ特有の製造工程を作るにはＮＭＯＳのみで構成することが有利である。
【００４７】
ＮＭＯＳのみの回路を使うと一般に消費電力がＣＭＯＳに比べて大きくなるので、ダイナミックロジックと言う回路を使う。このダイナミックロジック回路はＭＯＳの容量によって電圧を持ち上げるブートと言う動作を行うが、このＭＯＳ容量の部分もリーク電流が大きくなると動作しなくなる。すなわち本発明の低リーク電流化の目的とまさに合致する。
【００４８】
特に近年デジタルスチルカメラに応用される撮像素子には、長時間露光といって非常にゆっくり動作させるモードが入っている。そのためＮＭＯＳダイナミックロジック回路においても低リーク電流の素子分離が必須となる。ダイナミックロジック回路によって構成されたシフトレジスタ回路の例を図１２に示す。動作の説明はここでは省略するが、ＭＯＳ容量９０２のリーク電流が大きいとゆっくりした動作ができなくなる。このＭＯＳ容量９０２の素子分離に本発明の素子分離を用いることは非常に有効である。
【００４９】
すなわち、固体撮像装置を微細化するとき、素子分離等の高性能化を目指す低リーク電流技術を確立する際において、微細トランジスタを作りにくいｐ−ｃｈを排除しＮ−ｃｈＭＯＳのみで構成し、ＣＭＯＳ並みの低消費電力のためのダイナミックロジック回路を設計するためにもやはり低リーク電流化は必須となる。微細トランジスタ、ｎチャネルのみのＭＯＳ、低リーク素子分離、ダイナミックロジック回路は高性能な固体撮像装置を実現するための最短コースにある。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、雑音が小さく感度の高い固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図
【図２】本実施の形態に係る固体撮像装置の要部の構成を示す平面図
【図３】本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図４】本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図５】本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図６】本実施の形態に係る固体撮像装置における接合リーク電流の頻度を示すグラフ
【図７】本実施の形態に係る固体撮像装置における浮遊物拡散層の不純物濃度と接合リーク電流との間の関係を示すグラフ
【図８】本実施の形態に係る固体撮像装置の他の製造方法を示す断面図
【図９】本実施の形態に係る固体撮像装置の他の製造方法を示す断面図
【図１０】本実施の形態に係る固体撮像装置の他の製造方法を示す断面図
【図１１】本実施の形態に係る他の固体撮像装置の要部の構成を示す平面図
【図１２】本実施の形態に係る固体撮像装置に設けられたダイナミックロジック回路の構成を示す回路図
【図１３】従来の固体撮像装置の構成を示す回路図
【図１４】従来の固体撮像装置の要部の構成を示す平面図
【図１５】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図
【図１６】従来の固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図１７】従来の固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図１８】従来の固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図１９】従来の固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【符号の説明】
１ 浮遊拡散層
２ 増幅トランジスタ
３ ソースドレイン層
４ サリサイド層
５ フォトダイオード
６ 転送トランジスタ
７ リセットトランジスタ
８ 感光セル
９ 半導体基板
１１ 垂直ドライバ
１２ 雑音抑圧回路
１３ 水平ドライバ回路
１４ 水平トランジスタ
１５ 垂直信号線
１６ ダイナミックロジック回路
１００ 固体撮像装置
Claims (13)
- 半導体基板上の感光領域にマトリックス状に配置された複数の感光セルと、
前記複数の感光セルを駆動するために設けられた駆動手段とを備えており、
各感光セルは、入射光を光電変換して得られた信号電荷を蓄積するために前記半導体基板の表面に露出するように形成されたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードによって蓄積された前記信号電荷を転送するために前記半導体基板に形成された転送トランジスタと、
前記転送トランジスタによって転送された前記信号電荷を一時的に蓄積するために前記半導体基板に形成された浮遊拡散層と、
前記浮遊拡散層に一時的に蓄積された前記信号電荷を増幅するために前記半導体基板に形成された増幅トランジスタとを有しており、
前記増幅トランジスタに設けられたソース／ドレイン拡散層はサリサイド層によって覆われており、前記浮遊拡散層は前記半導体基板の表面に露出するように形成されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっている、請求項１記載の固体撮像装置。
- 各感光セルは、前記浮遊拡散層をリセットするために形成されたリセットトランジスタをさらに有しており、
前記駆動手段は、前記転送トランジスタと前記リセットトランジスタとを垂直方向に沿って同時に駆動する垂直ドライバ回路と、
前記感光領域に垂直方向に沿って配置された複数の垂直信号線に出力される信号を取り込む雑音抑圧回路と、
水平方向に沿って配置された複数の水平トランジスタを順次スイッチすることによって前記雑音抑圧回路からの信号を時系列に出力するために設けられた水平ドライバ回路とを含んでおり、
前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタに設けられたソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっている、請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタに設けられたソース／ドレイン拡散層は、サリサイド層によって覆われている、請求項３記載の固体撮像装置。
- 前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとは、ｎ型ＭＯＳトランジスタによって構成されている、請求項１記載の固体撮像装置。
- 前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路は、ダイナミックロジック回路によって構成されている、請求項３記載の固体撮像装置。
- 前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの一部のソース／ドレイン拡散層の不純物濃度は、前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの他の一部のソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっている、請求項３記載の固体撮像装置。
- 前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの一部のソース／ドレイン拡散層は前記半導体基板の表面に露出するように形成されており、前記垂直ドライバ回路および前記水平ドライバ回路を構成する複数のトランジスタの他の一部のソース／ドレイン拡散層はサリサイド層によって覆われている、請求項３記載の固体撮像装置。
- 前記浮遊拡散層の不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以下になっている、請求項１記載の固体撮像装置。
- 請求項１記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記フォトダイオードと前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとを前記半導体基板に形成する工程と、
前記フォトダイオードと前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとを覆うようにレジストを所定のパターンに形成する工程と、
前記浮遊拡散層を形成するために前記レジストをマスクとして前記半導体基板にイオンを注入する工程と、
前記レジストを除去して、前記浮遊拡散層と前記フォトダイオードとを覆うようにサリサイドブロック膜を形成する工程と、
前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を形成する工程と、
前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を覆うようにサリサイド層を形成する工程とを包含することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっている、請求項１０記載の固体撮像装置。
- 請求項１記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記半導体基板の上にレジストを所定のパターンに形成する工程と、
前記フォトダイオードを形成するために前記レジストをマスクとしてイオンを注入する工程と、
前記レジストを除去して、前記転送トランジスタと前記増幅トランジスタとを前記半導体基板に形成する工程と、
前記フォトダイオードを覆うように第１サリサイドブロック膜を形成する工程と、
前記浮遊拡散層と前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層とを形成するために前記半導体基板にイオンを注入する工程と、
前記浮遊拡散層を覆うように第２サリサイドブロック膜を形成する工程と、
前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層を覆うようにサリサイド層を形成する工程とを包含することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記浮遊拡散層の不純物濃度は、前記増幅トランジスタのソース／ドレイン拡散層の不純物濃度よりも低くなっている、請求項１２記載の固体撮像装置。
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