JP2009188231A - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】画素アレイ部のトランジスタの領域にシリサイドを形成しない場合においてゲート電極の抵抗を低減する。
【解決手段】周辺回路部11を構成するトランジスタの領域にはシリサイド層140を形成する。画素アレイ部10のフォトダイオードおよびトランジスタの領域にはシリサイド層140を形成しないが、トランジスタのゲート電極122_10 は金属材で形成する。その製法としては、画素アレイ部10および周辺回路部11にフォトダイオードやトランジスタを形成した後、画素アレイ部のトランジスタの領域にはシリサイドが形成されないように窒化シリコンなどで覆って、周辺回路部11を構成するトランジスタの領域にシリサイド層140を形成する。その後、画素アレイ部10のトランジスタのゲート電極122_10 部分に存在していた電極材を金属材に置換する。
【選択図】図6The resistance of a gate electrode is reduced when silicide is not formed in a transistor region of a pixel array portion.
A silicide layer is formed in a region of a transistor constituting a peripheral circuit portion. Although the silicide layer 140 is not formed in the photodiode and transistor regions of the pixel array portion 10, the gate electrode 122_10 of the transistor is formed of a metal material. As a manufacturing method thereof, photodiodes and transistors are formed in the pixel array unit 10 and the peripheral circuit unit 11, and then covered with silicon nitride or the like so that silicide is not formed in the transistor region of the pixel array unit. A silicide layer 140 is formed in the region of the transistor constituting the. Thereafter, the electrode material existing in the gate electrode 122_10 portion of the transistor of the pixel array section 10 is replaced with a metal material.
[Selection] Figure 6
Description
本発明は、固体撮像装置とその製造方法に関する。特に、トランジスタの領域にシリサイドが形成されているものに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a transistor in which silicide is formed in a transistor region.
半導体集積回路装置の高集積化とともに、その構成要素であるトランジスタの微細化が進み、ゲート長は短くなり、ソース/ドレイン領域の深さは浅くなる。ソース/ドレイン領域の抵抗を低くするため、自己整合シリサイデーション(サリサイド工程)を行なうことが知られている。また、ゲート抵抗を低くするため、ゲート電極をシリサイド化することも知られている。 Along with higher integration of semiconductor integrated circuit devices, miniaturization of transistors that are constituent elements of the device progresses, gate lengths become shorter, and source / drain regions become shallower. In order to reduce the resistance of the source / drain region, it is known to perform self-aligned silicidation (salicide process). It is also known that the gate electrode is silicided in order to reduce the gate resistance.
また、ゲート電極の抵抗をさらに低減化するため、シリサイドより抵抗の低い金属でゲートを作成する仕組みが提案されている(たとえば特許文献1を参照)。この仕組みは、、先ずシリコン層で使い捨てゲートを形成し、その後に、シリコンをアルミニウムなどの金属に置換して置換金属ゲート電極を形成するものである。 In order to further reduce the resistance of the gate electrode, a mechanism has been proposed in which a gate is made of a metal having a resistance lower than that of silicide (see, for example, Patent Document 1). In this mechanism, a disposable gate is first formed of a silicon layer, and then a replacement metal gate electrode is formed by replacing silicon with a metal such as aluminum.
一方、たとえば、映像機器の分野では、物理量のうちの光(電磁波の一例)を検知するCCD(Charge Coupled Device )型あるいはMOS(Metal Oxide Semiconductor )やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor )型の固体撮像装置が使われている。これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。ここで“固体”とは半導体製であることを意味している。 On the other hand, for example, in the field of video equipment, solid-state imaging of a CCD (Charge Coupled Device) type, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type, or a CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor) type that detects light (an example of an electromagnetic wave) in a physical quantity. The device is in use. These read out, as an electrical signal, a physical quantity distribution converted into an electrical signal by a unit component (a pixel in a solid-state imaging device). Here, “solid” means made of semiconductor.
また、固体撮像装置の中には、電荷生成部で生成された信号電荷に応じた画素信号を生成する画素信号生成部に増幅用の駆動トランジスタを有する増幅型固体撮像装置(APS;Active Pixel Sensor /ゲインセルともいわれる)構成の画素を備えた増幅型固体撮像装置がある。たとえば、MOS型やCMOS型の固体撮像装置の多くはそのような構成をなしている。 In addition, among solid-state imaging devices, an amplifying solid-state imaging device (APS; Active Pixel Sensor) that has a driving transistor for amplification in a pixel signal generation unit that generates a pixel signal corresponding to the signal charge generated in the charge generation unit There is an amplification type solid-state imaging device including a pixel having a configuration (also called a gain cell). For example, many MOS and CMOS solid-state imaging devices have such a configuration.
CCD型の固体撮像装置(以下CCD固体撮像装置あるいはCCDSイメージセンサと称する)は、その製造に専用プロセスを必要とし、また、その動作には複数の電源電圧が必要であり、さらに複数の周辺IC(Integrated Circuit;半導体集積回路)を組み合わせて動作させる必要があるためシステムが非常に複雑化するといった処々の問題がある。 A CCD type solid-state image pickup device (hereinafter referred to as a CCD solid-state image pickup device or a CCDS image sensor) requires a dedicated process for its manufacture, and requires a plurality of power supply voltages for its operation, and a plurality of peripheral ICs. There is a problem that the system becomes very complicated because it is necessary to operate in combination with (Integrated Circuit).
これに対して、CMOS型の固体撮像装置(以下CMOS固体撮像装置あるいはCMOSイメージセンサと称する)は、その製造には世界中で生産されている一般的なCMOS型集積回路と同様の製造プロセスを用いることができ、また、単一電源での駆動ができ、さらにCMOSプロセスを用いたアナログ回路や論理回路を同一チップ内に混在させることが容易であるため、周辺ICの数を減らすことができるといった、非常に大きなメリットを複数持ち合わせている。このため、近年では、CCDに代わるイメージセンサとして、CCDイメージセンサが持つ前記の種々の問題を克服し得るCMOSイメージセンサが注目を集めている。 On the other hand, a CMOS type solid-state imaging device (hereinafter referred to as a CMOS solid-state imaging device or a CMOS image sensor) has a manufacturing process similar to that of a general CMOS type integrated circuit produced all over the world. It can be used, can be driven by a single power supply, and can easily mix analog circuits and logic circuits using a CMOS process in the same chip, so the number of peripheral ICs can be reduced. It has a number of very significant merits. For this reason, in recent years, CMOS image sensors that can overcome the above-mentioned various problems of CCD image sensors have attracted attention as image sensors that can replace CCDs.
ところで、固体撮像装置において、その高集積化に伴い、画素部を構成するフォトダイオードなどの電荷生成部や、画素部の周辺に配置される回路(周辺回路部と称する)を構成するトランジスタや他の半導体素子をより縮小して実装密度をさらに高める傾向にある。このため、種々の微細加工技術が研究、開発されており、たとえばCMOSイメージセンサでは、既にデザインルールにおいてはサブミクロンオーダーになっている。 By the way, in the solid-state imaging device, with the high integration, a charge generation unit such as a photodiode constituting the pixel unit, a transistor configuring a circuit (referred to as a peripheral circuit unit) arranged around the pixel unit, and the like There is a tendency to further reduce the size of the semiconductor element to further increase the mounting density. For this reason, various microfabrication techniques have been researched and developed. For example, in a CMOS image sensor, the design rule is already in the submicron order.
因みに、典型的なCMOSイメージセンサの場合、フォトダイオードなどの電荷生成部で検出された信号電荷に基づき画素信号を周辺回路部へ送り出すための画素信号検出回路(リードアウト回路などとも称される)も画素部に設けられる。この画素信号検出回路としては、たとえば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、および増幅トランジスタの3つのトランジスタで構成されるものや、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および垂直アドレスを選択する垂直選択トランジスタの4つのトランジスタで構成されるものなどが周知である。
Incidentally, in the case of a typical CMOS image sensor, a pixel signal detection circuit (also referred to as a lead-out circuit or the like) for sending a pixel signal to a peripheral circuit unit based on a signal charge detected by a charge generation unit such as a photodiode. Is also provided in the pixel portion. As this pixel signal detection circuit, for example, a transfer transistor, a reset transistor, and an amplifying transistor are constituted by three transistors, a transfer transistor, a reset transistor, an amplifying transistor, and a
ここで、一般的な半導体集積回路(たとえばLSI)などのCMOSロジックでは、高集積化に伴い、コンタクト抵抗下げるために、前述のように、ゲート電極やソース/ドレイン領域にシリサイド層を形成している。これに対して、CMOSイメージセンサでは、電荷生成部にシリサイド層を形成すると、光の透過率低下による感度が悪化し、また金属汚染により白点などのノイズが増加する。このため、周辺回路部のゲート電極やソース/ドレイン領域のみにシリサイド層を形成して、画素部の電荷生成部や画素信号検出回路を構成するトランジスタのゲート電極やソース/ドレイン領域にはシリサイド層を形成しないようにすることが考えられる。 Here, in a CMOS logic such as a general semiconductor integrated circuit (for example, LSI), as described above, a silicide layer is formed in the gate electrode and the source / drain region in order to reduce the contact resistance as the integration becomes higher. Yes. On the other hand, in a CMOS image sensor, when a silicide layer is formed in the charge generation portion, sensitivity due to a decrease in light transmittance deteriorates, and noise such as white spots increases due to metal contamination. Therefore, a silicide layer is formed only on the gate electrode and source / drain region of the peripheral circuit portion, and the silicide layer is formed on the gate electrode and source / drain region of the transistor constituting the charge generation portion of the pixel portion and the pixel signal detection circuit. It can be considered not to form.
これは、基本的には、画素部の電荷生成部にはシリサイド層を形成せずに、電荷生成部以外の画素信号検出回路並びに周辺回路部を構成するトランジスタのゲート電極やソース/ドレイン領域にはシリサイドを形成することも考えられるのであるが、画素部内において、電荷生成部ではシリサイド層を形成せずに、電荷生成部以外の画素信号検出回路を構成するトランジスタのゲート電極やソース/ドレイン領域にはシリサイドを形成することは、マスク自体の寸法精度やマスクの位置合わせ精度などとの関係で製造上の困難さを伴うことが背景にある。 Basically, a silicide layer is not formed in the charge generation portion of the pixel portion, but the pixel signal detection circuit other than the charge generation portion and the gate electrode and the source / drain region of the transistors constituting the peripheral circuit portion are formed. Although it is conceivable to form silicide, the gate electrode and the source / drain region of the transistor constituting the pixel signal detection circuit other than the charge generation unit without forming the silicide layer in the charge generation unit in the pixel unit. In the background, the formation of silicide is accompanied by manufacturing difficulties due to the dimensional accuracy of the mask itself and the alignment accuracy of the mask.
しかしながら、画素部のゲート電極やソース/ドレイン領域にシリサイド層を形成しないと、微細化が進む従ってコンタクト面積が小さくなり、ゲート電極やソース/ドレイン領域の抵抗値が大きくなる問題が浮上する。抵抗値が大きくなると、信号遅延により画素の電荷を高速に読み出すことができない。 However, if a silicide layer is not formed in the gate electrode or source / drain region of the pixel portion, a problem of increasing the resistance value of the gate electrode or source / drain region due to the progress of miniaturization will arise. When the resistance value increases, the charge of the pixel cannot be read out at a high speed due to signal delay.
また、電荷生成部のみにシリサイドを防止するシリサイド防止膜(たとえばSiN膜)を残す場合、加工バラツキと合わせズレを考慮する必要があり、その分電荷生成部の面積が小さくなり感度が低下する。 In addition, when a silicide prevention film (for example, a SiN film) for preventing silicide is left only in the charge generation portion, it is necessary to consider misalignment along with processing variations, and accordingly, the area of the charge generation portion is reduced and sensitivity is lowered.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、画素アレイ部のトランジスタの領域にシリサイドを形成しない場合においてゲート電極の抵抗を低減できる仕組みを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a mechanism capable of reducing the resistance of the gate electrode when silicide is not formed in the transistor region of the pixel array portion.
好ましくは、前述のように、画素アレイ部のトランジスタのゲート電極の抵抗を低減できる仕組みを採る場合に、その製造の困難性を回避できる仕組みを提供することを目的とする。 Preferably, as described above, it is an object to provide a mechanism that can avoid the difficulty of manufacturing when a mechanism that can reduce the resistance of the gate electrode of the transistor in the pixel array portion is employed.
本発明に係る固体撮像装置の一形態は、先ず、一般的な固体撮像装置と同様に、信号電荷を生成する電荷生成部、およびトランジスタを具備し電荷生成部で生成された信号電荷に基づき画素信号を生成する画素信号生成部を具備した単位画素が配置された画素アレイ部と、画素アレイ部の周辺に配置され、トランジスタを具備し、画素アレイ部の単位画素から出力された画素信号を画素アレイ部や装置外に読み出すための制御回路機能を備えた駆動制御部、あるいは画素信号生成部から読み出した画素信号を処理する信号処理部が設けられた周辺回路部とを備える。 In one embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention, first, similarly to a general solid-state imaging device, a charge generation unit that generates a signal charge and a pixel that includes a transistor and is based on the signal charge generated by the charge generation unit. A pixel array unit having a pixel signal generation unit that generates a signal and a pixel array unit disposed in the periphery of the pixel array unit, a transistor, and a pixel signal output from the unit pixel of the pixel array unit A drive control unit having a control circuit function for reading out the array unit and the outside of the apparatus, or a peripheral circuit unit provided with a signal processing unit for processing a pixel signal read out from the pixel signal generation unit.
そして、本発明に係る固体撮像装置の特徴的事項として、周辺回路部を構成するトランジスタの領域にはシリサイドが形成されているが、画素アレイ部の全体、つまり電荷生成部および画素信号生成部を構成するトランジスタの領域にはシリサイドが形成されておらず、この画素信号生成部を構成するトランジスタのゲート電極が金属材で形成されているものである。 As a characteristic matter of the solid-state imaging device according to the present invention, silicide is formed in the region of the transistor constituting the peripheral circuit unit, but the entire pixel array unit, that is, the charge generation unit and the pixel signal generation unit Silicide is not formed in the region of the transistor that constitutes the transistor, and the gate electrode of the transistor that constitutes the pixel signal generation unit is formed of a metal material.
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、前記本発明に係る固体撮像装置を製造する方法であって、先ず、通常の製法と同様に、電荷生成部および画素信号生成部を構成するトランジスタの領域を形成すると同時に、周辺回路部を構成するトランジスタの領域を形成する。この後、画素アレイ部の電荷生成部および画素信号生成部を構成するトランジスタの領域にはシリサイドが形成されないようにして(たとえば画素アレイ部の全体を窒化シリコンなどで覆って)、周辺回路部を構成するトランジスタの領域にシリサイドを形成する。こうすることで、周辺回路部を構成するトランジスタの領域にはシリサイドが形成されているが、画素アレイ部の全体、つまり電荷生成部および画素信号生成部を構成するトランジスタの領域にはシリサイドが形成されていない状態にする。 A method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention. First, as in a normal manufacturing method, the transistors constituting the charge generation unit and the pixel signal generation unit At the same time as forming the region, a region of a transistor constituting the peripheral circuit portion is formed. Thereafter, silicide is not formed in the regions of the transistors constituting the charge generation unit and the pixel signal generation unit of the pixel array unit (for example, the entire pixel array unit is covered with silicon nitride), and the peripheral circuit unit is Silicide is formed in the region of the transistor to be formed. In this way, silicide is formed in the transistor region constituting the peripheral circuit portion, but silicide is formed in the entire pixel array portion, that is, the transistor region constituting the charge generation portion and the pixel signal generation portion. It is in a state that has not been done.
そして、シリサイドを形成する工程後に、画素アレイ部の画素信号生成部を構成するトランジスタのゲート電極部分に存在していた電極材を金属材に置換する。こうすることで、画素信号生成部を構成するトランジスタのゲート電極が金属材で形成されているものとなる。 Then, after the step of forming the silicide, the electrode material existing in the gate electrode portion of the transistor constituting the pixel signal generation portion of the pixel array portion is replaced with a metal material. By doing so, the gate electrode of the transistor forming the pixel signal generation unit is formed of a metal material.
ここで、好ましくは、トランジスタを構成する工程において、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成し、また、ゲート電極両側にサイドウォールの側面に接するようにトランジスタを構成するソース/ドレイン領域を形成する。こうすることで、サイドウォールを利用して自己整合的にソース/ドレイン領域を形成できる。 Here, preferably, in the step of forming the transistor, a sidewall is formed on the side surface of the gate electrode, and source / drain regions that configure the transistor are formed on both sides of the gate electrode so as to be in contact with the side surface of the sidewall. By doing so, the source / drain regions can be formed in a self-aligning manner using the sidewalls.
加えて、ゲート電極部分に存在していた電極材を金属材に置換するに当たっても、サイドウォールを利用して自己整合的に、ゲート電極部分に存在していた電極材をシリサイドよりも抵抗の低い金属材に置換できる。 In addition, even when the electrode material existing in the gate electrode portion is replaced with a metal material, the resistance of the electrode material existing in the gate electrode portion is lower than that of silicide in a self-aligning manner using the sidewall. Can be replaced with metal material.
本発明の一形態によれば、画素アレイ部のトランジスタの領域にシリサイドを形成しない場合において、画素アレイ部内のトランジスタのゲート電極が金属材に置換されるので、ゲート電極の低抵抗化が実現される。 According to one embodiment of the present invention, when the silicide is not formed in the transistor region of the pixel array portion, the gate electrode of the transistor in the pixel array portion is replaced with the metal material, so that the resistance of the gate electrode is reduced. The
周辺回路部にはシリサイドを形成するが画素アレイ部の全体はシリサイドを形成しないので、周辺回路部と画素アレイ部を切り分けるだけでよく、寸法精度や位置合わせ精度がラフでよいマスクを使用して製造できるので、その製造の困難性が回避できる。また、サイドウォールを利用して自己整合的にソース/ドレイン領域やゲート置換電極を形成するようにすれば、ゲート電極幅をより狭く制限できるし、画素アレイ部のゲート電極幅を制限しつつ金属材に置き換えるのも容易になる。 Silicide is formed in the peripheral circuit portion, but the entire pixel array portion does not form silicide. Therefore, it is only necessary to separate the peripheral circuit portion from the pixel array portion, and use a mask with rough dimensional accuracy and alignment accuracy. Since it can be manufactured, the manufacturing difficulty can be avoided. Further, if the source / drain regions and the gate replacement electrode are formed in a self-aligning manner using the sidewall, the gate electrode width can be limited more narrowly, and the gate electrode width of the pixel array portion can be limited while the metal is limited. It becomes easy to replace it with a material.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下においては、X−Yアドレス型の固体撮像装置の一例であるCMOS固体撮像装置をデバイスとして使用した場合を例に説明する。また、CMOS固体撮像装置は、全ての画素がNMOSよりなるものであるとして説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a case where a CMOS solid-state imaging device, which is an example of an XY address type solid-state imaging device, is used as a device will be described as an example. The CMOS solid-state imaging device will be described on the assumption that all pixels are made of NMOS.
ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはMOS型の固体撮像装置に限らない。光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知用の固体撮像装置の全てに、後述する全ての実施形態が同様に適用できる。 However, this is an example, and the target device is not limited to the MOS type solid-state imaging device. All of the solid-state imaging devices for physical quantity distribution detection, in which a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from the outside, such as light and radiation, are arranged in a line or matrix, are described below. Embodiments are applicable as well.
<固体撮像装置の概略>
図1は、固体撮像装置の一実施形態であるCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図(平面チップイメージ)である。図示のように、画像形成装置1は、画素アレイ部10(画素部)と周辺回路部11を備える。
<Outline of solid-state imaging device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram (planar chip image) of a CMOS solid-state imaging device (CMOS image sensor) which is an embodiment of the solid-state imaging device. As illustrated, the
詳細は示していないが、画素アレイ部10には、入射光量に応じた信号を出力する受光素子(電荷生成部の一例)や画素信号生成部が設けられる(後述する図2を参照)。周辺回路部11には、画素アレイ部10の信号を順次画素アレイ部10外やさらにチップ外に読み出すための制御回路機能を備えた駆動制御部や画素アレイ部10から読み出した画素信号Soを処理する信号処理部が設けられ、それらにはトランジスタが使用される。
Although not shown in detail, the pixel array unit 10 is provided with a light receiving element (an example of a charge generation unit) that outputs a signal corresponding to the amount of incident light and a pixel signal generation unit (see FIG. 2 described later). The
駆動制御部としては、たとえば、クロックに同期して列アドレスを順番に選択し、画素信号をデジタル変換したデータを読み出す読出走査部の機能を持つ水平走査部(列走査回路)と、画素アレイ部の行アドレスを選択しその行に必要なパルスを供給する垂直走査部(行走査回路)と、内部クロックを生成するなどの機能を持つ通信・タイミング制御部などが設けられる。 As the drive control unit, for example, a horizontal scanning unit (column scanning circuit) having a function of a reading scanning unit that sequentially selects column addresses in synchronization with a clock and reads data obtained by digitally converting pixel signals, and a pixel array unit A vertical scanning unit (row scanning circuit) for selecting a row address and supplying a necessary pulse to the row, a communication / timing control unit having a function of generating an internal clock, and the like are provided.
信号処理部としては、たとえば、各画素からの信号出力をCDS(Correlated Double Sampling ;相関2重サンプリング)処理する差分処理部やアナログ信号をデジタル信号に変換するデジタル変換部(ADC;Analog Digital Converter)や、デジタル信号処理を行なうデジタル演算部や信号をチップ外に読み出すための出力回路(S/A:センスアンプ)などが設けられる。 Examples of the signal processing unit include a differential processing unit that performs CDS (Correlated Double Sampling) processing on the signal output from each pixel, and a digital conversion unit (ADC; Analog Digital Converter) that converts an analog signal into a digital signal. In addition, a digital arithmetic unit that performs digital signal processing, an output circuit (S / A: sense amplifier) for reading out signals from the chip, and the like are provided.
水平走査部や垂直走査部などの駆動制御部の各要素並びに差分処理部やデジタル変換部などの信号処理部の各要素は、画素アレイ部10とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成されたいわゆる1チップもの(同一の半導体基板上に設けられているもの)として、半導体システムの一例であるCMOSイメージセンサとして、本実施形態の固体撮像装置1の一部をなすように構成されている。
Each element of the drive control unit such as the horizontal scanning unit and the vertical scanning unit and each element of the signal processing unit such as the difference processing unit and the digital conversion unit use the same technology as the semiconductor integrated circuit manufacturing technology together with the pixel array unit 10. As a so-called one-chip device (provided on the same semiconductor substrate) integrally formed in a semiconductor region such as single-crystal silicon, a CMOS image sensor which is an example of a semiconductor system is used as the solid state of the present embodiment. It is configured to form part of the
<単位画素の回路構成例>
図2は、図1に示した固体撮像装置1に使用される単位画素の典型的な回路構成例(4TR構成)を示す図である。
<Circuit configuration example of unit pixel>
FIG. 2 is a diagram illustrating a typical circuit configuration example (4TR configuration) of a unit pixel used in the solid-
単位画素3の構成は、通常のCMOSイメージセンサと同様である。画素内アンプとしては、たとえばフローティングディフュージョンアンプ構成のものが用いられる。一例としては、電荷生成部に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、およびフローティングディフュージョンの電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタを有する、CMOSセンサとして汎用的な4つのトランジスタからなる4TR構成のものや、3つのトランジスタからなる3TR構成のものを使用することができる。図では4TR構成で示している。
The configuration of the
4TR構成の単位画素3は、フォトダイオードなどを主要部とする電荷生成部32、転送パルスTRG が供給される読出選択用トランジスタ34(転送トランジスタ)、リセットパルスRST が供給されるリセットトランジスタ36、フローティングディフュージョン38、垂直選択パルスVSELが供給される垂直選択用トランジスタ40、および増幅用トランジスタ42を有する。リセットトランジスタ36、フローティングディフュージョン38、垂直選択用トランジスタ40、増幅用トランジスタ42で画素信号生成部5が構成される。
A
電荷生成部32は、受光素子DET の一端(アノード側)が低電位側の基準電位Vss(負電位)に接続され、他端(カソード側)が読出選択用トランジスタ34の入力端(典型的にはソース)に接続されている。読出選択用トランジスタ34は、出力端(典型的にはドレイン)がリセットトランジスタ36とフローティングディフュージョン38と増幅用トランジスタ42とが接続される接続ノードに接続され、制御入力端(ゲート)には転送パルスTRG が供給される。
In the
リセットトランジスタ36は、ソースがフローティングディフュージョン38に、ドレインがリセット電源Vrd(通常は電源Vddと共通にする)にそれぞれ接続され、ゲート(リセットゲートRG)には画素リセットパルスRST が入力される。垂直選択用トランジスタ40は、一例として、ドレインが増幅用トランジスタ42のソースに、ソースが画素線51にそれぞれ接続され、ゲート(特に垂直選択ゲートSELVという)が垂直選択線52に接続されている。垂直選択線52には、垂直選択信号SELが印加される。
The
増幅用トランジスタ42は、ゲートがフローティングディフュージョン38に接続され、ドレインが電源Vddに、ソースは垂直選択用トランジスタ40を介して画素線51に接続され、さらに垂直信号線19に接続されるようになっている。さらに垂直信号線19は、その一端がカラム処理部26側に延在するとともに、その経路において、垂直信号線19に対し定電流源Iが接続され、増幅用トランジスタ42との間で、略一定の動作電流(読出電流)が供給されるソースフォロワ構成が採られるようになっている。
The amplifying
<断面構造>
図3は、画素アレイ部10と周辺回路部11の境界部に着目した断面構造の概要を示した図である。ここで、図3(1)は本実施形態の構成を示し、図3(2)は比較例の構成を示す。
<Cross-section structure>
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a cross-sectional structure focusing on the boundary between the pixel array unit 10 and the
図3(1)および図3(2)に示すように、本実施形態の構成および比較例の構成の何れも、半導体基板100(図ではSi基板)上の画素アレイ部10には、電荷生成部32(図ではフォトダイオードで示す)と画素信号生成部5を構成するトランジスタが形成され、周辺回路部11にはトランジスタが形成されている。半導体基板100には、素子分離のための絶縁物が満たされたSTI110(Shallow Trench Isolation)が設けられ、このSTI110によって電荷生成部32やトランジスタの領域が区分けされている。画素アレイ部10および周辺回路部11の何れにおいても、トランジスタの領域には、ソース/ドレイン領域となるエクステンション拡散領域120とゲート領域が設けられている。電荷生成部32やトランジスタの上層側には、窒化シリコンSiNなどの絶縁保護膜130が成膜され、さらに上層には平坦化膜として機能する酸化シリコンSiO2 の層間絶縁膜132が成膜されている。ゲート領域は、ゲート電極122の両側にサイドウォール124(絶縁膜スペーサ)が形成された構造となっている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, both the configuration of the present embodiment and the configuration of the comparative example generate charge in the pixel array unit 10 on the semiconductor substrate 100 (Si substrate in the drawing). Transistors forming the part 32 (indicated by photodiodes in the figure) and the pixel
ここで、周辺回路部11のトランジスタのゲート電極122_11 およびエクステンション拡散領域120_11 にはシリコン層と金属膜(たとえばCo,Ni,Wなどの膜)を反応させて形成したシリサイド層140を形成しているが、光の透過率低下による感度悪化や金属汚染による白点などのノイズを防止するべく電荷生成部32や画素信号生成部5のトランジスタのゲート電極122_10 およびエクステンション拡散領域120_10 にはシリサイド層を形成していない。
Here, a
そして、図3(2)に示すように比較例の構成では、画素信号生成部5のトランジスタのゲート電極122_10 はシリサイド層を形成していないポリシリコンのみのままであるのに対して、図3(1)に示すように本実施形態の構成では、画素信号生成部5のトランジスタのゲート電極122_10 は、ポリシリコンを金属材(たとえばタングステンWやアルミニウムAlなど)で置換した置換金属にて形成している点に特徴を有する。つまり、周辺回路部11のトランジスタのゲート電極120_11 やソース/ドレイン領域(エクステンション拡散領域120_11 )をシリサイド化反応で形成し、その後に、画素アレイ部10のトランジスタのゲート電極122_10 を金属材に置換して金属材のゲート電極122_10 を形成しているのである。
As shown in FIG. 3 (2), in the configuration of the comparative example, the gate electrode 122_10 of the transistor of the pixel
考え方としては、画素信号生成部5のトランジスタのゲート電極122_10 だけでなく、周辺回路部11のトランジスタのゲート電極122_11 も置換金属にて形成する構成を採り得るが、本実施形態ではそのような構造を採用していない。この点については、後述する製造方法との関係で説明する。
As a concept, not only the gate electrode 122_10 of the transistor of the pixel
図3(1)に示すような本実施形態の構造を採ると、セルフアラインで(自己整合的に)画素アレイ部10のゲート電極122_10 を金属膜(たとえばタングステンWなど)に置き換えることにより、ゲート電極122_10 のコンタク抵抗を下げることができ、フォトダイオードなどの電荷生成部32の面積を小さくする必要がないので、感度を低下させずに、画素電荷読み出しを高速化することができる。画素アレイ部10のゲート電極幅を制限して、金属膜の置き換えを容易にすることもできる。
When the structure of the present embodiment as shown in FIG. 3A is adopted, the gate electrode 122_10 of the pixel array section 10 is replaced with a metal film (for example, tungsten W) by self-alignment (in a self-alignment manner). Since the contact resistance of the electrode 122_10 can be lowered and it is not necessary to reduce the area of the
<製造方法>
図4〜図6は、本実施形態の固体撮像装置1を製造する手順(製造工程)を説明する図(断面図)である。ここで、図4は比較例の構成のものを製造する場合にも同様に適用され得るシリサイド形成までの手順を示し、図5および図6は、シリサイド形成後になされる本実施形態に特有の手順(その全体をゲート電極金属置換工程と称する)を示している。
<Manufacturing method>
4 to 6 are views (sectional views) for explaining a procedure (manufacturing process) for manufacturing the solid-
先ず、図4(1)に示すように、半導体基板100(Si基板)の表面に素子分離を行なうためのSTI110を形成する。たとえば、画素アレイ部10および周辺回路部11の半導体基板100に活性領域とフィールド領域を定義して、フィールド領域の半導体基板100にトレンチを形成し、トレンチ内に絶縁膜を満たしてSTI構造のフィールド酸化膜を形成することで、活性領域とフィールド領域とを区分する。
First, as shown in FIG. 4A, an
次に、図4(2)に示すように、半導体基板100の全面にゲート絶縁膜およびポリシリコン(多結晶シリコン)などの導電層を順次に蒸着し、リソグラフィー技術やRIE技術(Reactive Ion Etching; 反応性イオンエッチング技術)によりゲート電極パターン用マスクを用いたエッチング工程でゲート絶縁膜および導電層を選択的に除去して、画素アレイ部10および周辺回路部11のトランジスタ領域にゲート絶縁膜(図示せず)とゲート電極122を形成する。ここでは、画素アレイ部10のゲート電極122_10 の電極幅を0.2μm以下に制限することにする。
Next, as shown in FIG. 4B, a gate insulating film and a conductive layer such as polysilicon (polycrystalline silicon) are sequentially deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 100 to form a lithography technique or an RIE technique (Reactive Ion Etching; The gate insulating film and the conductive layer are selectively removed by an etching process using a gate electrode pattern mask by a reactive ion etching technique), and the gate insulating film (see FIG. And a
次に、図4(3)に示すように、半導体基板100の全面に窒化シリコンSiNを成膜して、RIE技術により窒化シリコン膜をゲート電極122側へエッチバックしてゲート電極122の両側にサイドウォール124を形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (3), silicon nitride SiN is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100, and the silicon nitride film is etched back to the
次に、図4(4)に示すように、画素アレイ部10の半導体基板100のうち、電荷生成部32やエクステンション拡散領域120を限定するマスクを用いてイオン注入技術やリソグラフィー技術などにより半導体基板100の活性領域に不純物イオンを注入して、フォトダイオードとエクステンション拡散領域120(ソース/ドレイン領域)を形成する。たとえば、半導体基板100がP型半導体基板である場合には、フォトダイオードやエクステンション拡散領域120を形成するためにn型不純物イオンを注入する。この際、ゲート電極122がマスクとして機能するので、自己整合的にエクステンション拡散領域120が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 4D, the semiconductor substrate is formed by an ion implantation technique, a lithography technique, or the like using a mask that limits the
次に、図4(5)に示すように、半導体基板100の全面に窒化シリコンSiNを成膜して、画素アレイ部10と周辺回路部11を区分けするマスクを用いてリソグラフィー技術やRIE技術により周辺回路部11側の窒化シリコンSiNを除去して画素アレイ部10のみに窒化シリコンSiNを残すことで、この窒化シリコンSiNをサリサイド防止膜として機能させる。すなわち、サリサイド防止膜として機能する窒化シリコンSiNは、画素アレイ部10上にのみ存在する。
Next, as shown in FIG. 4 (5), a silicon nitride SiN film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100, and a lithography technique or an RIE technique is performed using a mask that separates the pixel array section 10 and the
次に、図4(6)に示すように、サリサイド工程を実施して周辺回路部11のゲート電極122_11 とエクステンション拡散領域120_11 (ソース/ドレイン領域)の表面にシリサイド層140を形成する。すなわち、半導体基板100の全面に金属膜(たとえばCo)を成膜して、熱処理を行ない、金属膜とシリコン層のみを反応させて、周辺回路部11のゲート電極122_11 とエクステンション拡散領域120_11 (ソース/ドレイン領域)のみにCoシリサイドを形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (6), a salicide process is performed to form a
このサリサイド工程では、サリサイド防止膜として機能する窒化シリコンSiNを含む半導体基板100の全面に高融点の金属膜(Co,Wなど)を蒸着し、熱処理して、蒸着された金属膜と下部層のシリコンが反応するようにして、金属膜とシリコン層との界面にシリサイド層140を形成するのである。半導体基板100およびゲート電極122などはシリコン物質なので、周辺回路部11側のエクステンション拡散領域120_11 やゲート電極122_11 の上部にシリサイド層140が形成されるが、画素アレイ部10側は、サリサイド防止膜として機能する窒化シリコンSiNによってマスキングされているので、画素アレイ部10側にはシリサイド層140が形成されない。
In this salicide process, a high melting point metal film (Co, W, etc.) is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 100 containing silicon nitride SiN that functions as a salicide prevention film, and heat treatment is performed. The
次に、図4(7)に示すように、未反応の金属膜をWETエッチング技術により除去する。 Next, as shown in FIG. 4 (7), the unreacted metal film is removed by the WET etching technique.
この後、半導体基板100の全面に窒化シリコンSiNを絶縁保護膜130として成膜した後、さらに酸化シリコンSiO2 などの層間絶縁膜132を成膜し、化学機械研磨(CMP)技術により層間絶縁膜132の表面の凹凸が無くなる程度に平坦化すると、図3(2)に示した比較例の構成となる。本実施形態では、この平坦化工程での削り度合いを大きくしてゲート電極金属置換工程に移行する。 Thereafter, after forming silicon nitride SiN as an insulating protective film 130 on the entire surface of the semiconductor substrate 100, an interlayer insulating film 132 such as silicon oxide SiO2 is further formed, and the interlayer insulating film 132 is formed by a chemical mechanical polishing (CMP) technique. If the surface is flattened to such an extent that the surface irregularities are eliminated, the configuration of the comparative example shown in FIG. In the present embodiment, the degree of shaving in this planarization step is increased and the process proceeds to the gate electrode metal replacement step.
ゲート電極金属置換工程では、先ず、図5(1)に示すように、図4(7)に示す状態の半導体基板100の全面に窒化シリコンSiNを絶縁保護膜130として成膜した後、さらに酸化シリコンSiO2 などの層間絶縁膜132を成膜する。 In the gate electrode metal replacement step, first, as shown in FIG. 5A, silicon nitride SiN is formed as an insulating protective film 130 on the entire surface of the semiconductor substrate 100 in the state shown in FIG. An interlayer insulating film 132 such as silicon SiO2 is formed.
次に、図5(2)に示すように、CMP技術によりゲート電極122の上部が露出する程度まで平坦化する。
Next, as shown in FIG. 5B, planarization is performed to such an extent that the upper portion of the
次に、図5(3)に示すように、レジスト膜を半導体基板100の全面に成膜し、リソグラフィー技術により画素アレイ部10と周辺回路部11を区分けするマスクを用いたエッチング工程で画素アレイ部10側のレジスト膜を除去して周辺回路部11のみにレジストを残す。
Next, as shown in FIG. 5 (3), a resist film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100, and the pixel array is subjected to an etching process using a mask that separates the pixel array portion 10 and the
次に、図5(4)に示すように、DRYエッチング技術により画素アレイ部10のゲート電極122_10 のポリシリコンが露出するまで、窒化シリコンSiNをエッチングする。 Next, as shown in FIG. 5D, the silicon nitride SiN is etched by the DRY etching technique until the polysilicon of the gate electrode 122_10 of the pixel array section 10 is exposed.
さらに、図5(5)に示すように、DRYエッチング技術により画素アレイ部10のゲート電極122_10 のポリシリコンをエッチングしてポリシリコンを除去してしまい、ゲート電極溝を形成する。 Further, as shown in FIG. 5 (5), the polysilicon of the gate electrode 122_10 of the pixel array section 10 is etched by the DRY etching technique to remove the polysilicon, thereby forming a gate electrode groove.
次に、図6(1)に示すように、シリサイド層140の全面にPVD(Physical Vapor Deposition :物理的気相成長法)技術により窒化チタンTiNを10nm、CVD(Chemical Vapor Deposition :化学的気相成長法)技術によりタングステンWを150nm、など金属膜を成膜する。こうすることで、図5(5)に示す工程において形成されたゲート電極溝に金属材を埋め込む。換言すると、図5(4)に示す工程までに存在していたゲート電極122_10 は、使い捨てゲートとなる。
Next, as shown in FIG. 6 (1), titanium nitride TiN is deposited on the entire surface of the
次に、図6(2)に示すように、CMP技術により高選択比(絶縁層間膜/金属膜の選択比50以上)で余分な金属膜を除去して、画素アレイ部10のゲート電極122_10 のみに金属膜を残す。画素アレイ部10のゲート電極122_10 の電極幅を0.2μm以下に制限しているので、エロージョンを抑えて、精度良く加工することができる。研磨条件は、研磨装置:EPO222(荏原製作所製)、スラリー:W2000(Cabot製)、200cc/min、研磨圧力:3psi、プラテン回転数:90rpm、ヘッド回転数:91rpm、研磨時間:トルク式EPD+20%Over、洗浄薬液:シュウ酸ベースの薬液、30secなどとする。 Next, as shown in FIG. 6B, the excess metal film is removed at a high selection ratio (insulating interlayer film / metal film selection ratio of 50 or more) by CMP technique, and the gate electrode 122_10 of the pixel array section 10 is obtained. Only leave the metal film. Since the electrode width of the gate electrode 122_10 of the pixel array section 10 is limited to 0.2 μm or less, erosion can be suppressed and processing can be performed with high accuracy. Polishing conditions: polishing apparatus: EPO222 (manufactured by Ebara Seisakusho), slurry: W2000 (manufactured by Cabot), 200 cc / min, polishing pressure: 3 psi, platen rotation speed: 90 rpm, head rotation speed: 91 rpm, polishing time: torque type EPD + 20% Over, cleaning chemical: oxalic acid-based chemical, 30 sec.
次に、図6(3)に示すように、WET技術(HF試薬を使う)により酸化シリコンSiO2 などの層間絶縁膜132を除去する。 Next, as shown in FIG. 6C, the interlayer insulating film 132 such as silicon oxide SiO2 is removed by a WET technique (using an HF reagent).
次に、図6(4)に示すように、半導体基板100の全面に窒化シリコンSiNを絶縁保護膜130として、またその上層に酸化シリコンSiO2 を層間絶縁膜132として成膜する。そして、化学機械研磨(CMP)技術により層間絶縁膜132の表面の凹凸が無くなる程度に平坦化することで、図3(1)に示した本実施形態の構成を得る。 Next, as shown in FIG. 6 (4), silicon nitride SiN is formed as an insulating protective film 130 on the entire surface of the semiconductor substrate 100, and silicon oxide SiO2 is formed as an interlayer insulating film 132 thereon. Then, the structure of the present embodiment shown in FIG. 3A is obtained by flattening the surface of the interlayer insulating film 132 to a level that eliminates unevenness by a chemical mechanical polishing (CMP) technique.
このように、一旦画素アレイ部10についても周辺回路部11と同じようにしてポリシリコンのゲート電極122を形成しておき、その後に、ポリシリコンのゲート電極122_10 を金属材に置換することで、画素アレイ部10のトランジスタについては、シリサイド層140を具備しない金属材のゲート電極122_10 を形成する。このような金属材への置換工程を採ることで、微細なマスクを使用せずに選択的に画素アレイ部10のゲート電極122_10 のみを金属膜へ置換できるので、電荷生成部32(フォトダイオード)の面積を小さくする必要が無く、ゲート電極122_10 のコンタクト抵抗を下げることができ、感度を下げずに信号遅延を改善することができる。
In this manner, once the pixel array section 10 is also formed with the
ここで、本実施形態において、画素信号生成部5のトランジスタのゲート電極122_10 のみを金属材に置換し、周辺回路部11のトランジスタのゲート電極122_11 は置換金属にせずエクステンション拡散領域120_11 も含めてシリサイド層140を形成する構成、つまり画素アレイ部10のゲート電極122_10 のみ金属材に置き換える構成を採った理由について説明する。
Here, in the present embodiment, only the gate electrode 122_10 of the transistor of the pixel
先ず、画素アレイ部10のゲート幅は素子の微細化が進むと、たとえば0.2μm以下など厳しく制限することは可能であるが、周辺回路部11は設計的に困難である。これは、周辺回路部11のゲート電極122_11 も金属材に置き換えると、その金属材のCMP時に周辺回路部11のエロージョンやディッシングが発生し易く、ゲート高さのバラツキが増加する。画素アレイ部10のゲート電極122_10 「のみ」を金属材に置き換えることにより、周辺回路部11に厳しい制限を掛けずにプロセスを構築することができる利点がある。
First, the gate width of the pixel array section 10 can be strictly limited to 0.2 μm or less, for example, as the device becomes finer, but the
ここで、周辺回路部11にゲート長が大きく金属材のCMP時のディッシングなどが問題になる部分があるが、考え方としては、そうした部分はそもそも、シリサイド化する必要がないとも言える。たとえば、通常のロジックでも、微細な部分はシリサイド化し、周辺回路のラフな部分はシリサイドブロックを入れて、シリサイド化しないことも考えられる。
Here, there is a portion in the
この観点から言えば、ゲート電極122を金属材に置換することの問題がCMP加工時の問題だけとすると、画素アレイ部10と周辺回路部11の双方について、微細な部分(ゲート電極122について)は全て金属材に置換して金属ゲートにし、ゲート長の大きな部分は金属材への置換をせずにポリシリコンのゲート(ポリゲート:さらにシリサイド化なし)にすれば済むことで、わざわざサリサイドと金属ゲートとを作り分ける必要がないとも言い得る。換言すると、金属材のCMP加工の問題だけでは、画素アレイ部10のみ金属ゲートとすることの必然性が薄いとも言い得る。
From this point of view, if the problem of substituting the
一方、画素アレイ部10および周辺回路部11の双方についてゲート電極122をポリシリコンで形成し、周辺回路部11側のトランジスタ部分のみにシリサイド層140を形成し、その後に、画素アレイ部10のゲート電極122_10 のポリシリコンを金属材に置換する仕組みを採ると、画素アレイ部10側と周辺回路部11側を切り分けるラフなマスクで作り分けができ、合わせズレスペックも厳しくする必要がなく、作り分け(微細ゲートのみ金属材に置き換える)よりも、マスクコスト低減や再生回数低減により製造コストを低減できると言った利点が得られる。
On the other hand, the
たとえば、画素アレイ部10側および周辺回路部11側の何れも、ゲート電極122やサイドウォール124を利用して自己整合的にエクステンション拡散領域120を形成できる利点が得られるし、画素アレイ部10側についてゲート電極122_10 のポリシリコンを金属材に置換する際にも、サイドウォール124を利用して自己整合的に形成できる利点もある。
For example, both the pixel array unit 10 side and the
また、画素アレイ部10の電荷生成部32のみにシリサイド層140を形成せず、画素アレイ部10および周辺回路部11のトランジスタ部分にはシリサイド層140を形成することも考えられる。しかしながら、この場合、画素アレイ部10内において、シリサイド層140を形成する部分(画素信号生成部5のトランジスタ部分)と形成しない部分(電荷生成部32部分)を作り分けなければならず、微細なマスクや合わせズレスペックが厳しくなる難点がある。この観点では、本実施形態の場合、画素アレイ部10の全体をシリサイド層140を形成しない部分として扱うので、画素アレイ部10側と周辺回路部11側を切り分けるラフなマスクで作り分けができ、合わせズレスペックも厳しくする必要がない。
It is also conceivable that the
このように、画素アレイ部10に要求される条件(最低でも電荷生成部32にはシリサイド層140を形成しないが、ゲート電極122_10 の抵抗は小さくしたい)と、周辺回路部11に要求される条件(ゲート電極122_11 の電極幅は様々、ゲート電極122_11 やエクステンション拡散領域120_11 の抵抗は小さくしたい)に柔軟にまたバランスよく応える仕組みとしては、周辺回路部11のトランジスタにはシリサイド層140を形成し、画素アレイ部10側のトランジスタにはシリサイド層140を形成せずにゲート電極122_10 を置換金属ゲートにする仕組みを採ることが効果的である。
As described above, the conditions required for the pixel array unit 10 (at least, the
<<変形例>>
前述の製造工程は一例を示したもので、様々な変形が可能である。以下に、その変形例の幾つかについて簡単に説明する。なお、各変形例は自由に組み合わせることができる。 <変形例1>
図5(1)や図6(4)に示す工程において、酸化シリコンSiO2 の代わりに、SiOCやSiOFを使用してもよい。因みに、SiOCやSiOFは、酸化シリコンSiO2 に比べると、誘電率が小さく変換効率が小さいし、また、加工は困難である。
<< Modification >>
The above manufacturing process is an example, and various modifications are possible. Hereinafter, some of the modified examples will be briefly described. Each modification can be freely combined. <
In the steps shown in FIGS. 5 (1) and 6 (4), SiOC or SiOF may be used instead of silicon oxide SiO2. Incidentally, SiOC and SiOF have a smaller dielectric constant and lower conversion efficiency than silicon oxide SiO2, and are difficult to process.
<変形例2>
図5(4)に示す工程において、DRYエッチング技術の代わりに、WET技術で窒化シリコンSiNをエッチングしてもよい。WET技術は、DRYエッチング技術に比べると、半導体基板100に対してダメージを与えないという利点がある。ただし、エッチングの選択比を取れる薬液にその加工精度が左右される難点がある。
<
In the step shown in FIG. 5 (4), silicon nitride SiN may be etched by the WET technique instead of the DRY etching technique. The WET technique has an advantage that the semiconductor substrate 100 is not damaged compared to the DRY etching technique. However, there is a problem that the processing accuracy is affected by the chemical solution that can take the etching selectivity.
<変形例3>
トランジスタに要求される仕様(たとえば閾値電圧)次第ではあるが、図6(1)に示す工程において、タングステンWの代わりに、タンタルTa、ハフニウムHf、チタンTi、ルテニウムRuおよびこれらの合金を使用してもよい。
<
Depending on the specifications (for example, threshold voltage) required for the transistor, tantalum Ta, hafnium Hf, titanium Ti, ruthenium Ru and alloys thereof are used in place of tungsten W in the process shown in FIG. May be.
<変形例4>
図6(2)に示す工程において、CMP技術の代わりに、DRYエッチング技術により余分な金属膜を除去してもよい。
<
In the step shown in FIG. 6B, an excess metal film may be removed by the DRY etching technique instead of the CMP technique.
<変形例5>
図5(2)に示す工程において、CMP技術の代わりに、DRYエッチング技術によりSiO2 を削ってゲート電極122の上部が露出する程度まで平坦化してもよい。CMP技術よりもDRYエッチング技術の方が加工が容易である利点がある。ただし、DRYエッチング技術を適用した場合、ゲート電極122の上部が露出する程度にするには、実際には、図中に点線で示すように他の部分がより削られる。この影響は、その後の工程にまで引き摺ることになり、図6(1)に示す工程において金属膜を形成すると、削られ過ぎた分にまで金属膜が形成され、その後の図6(2)に示す工程において、余分な金属膜を除去する際、削られ過ぎた分に存在する金属膜を除去するのが難しくなる。
<
In the step shown in FIG. 5B, instead of the CMP technique, the SiO2 may be shaved by the DRY etching technique so that the upper portion of the
<変形例6>
画素信号生成部5を構成するトランジスタのゲート電極122_10 を金属材に置換するに当たり、図5(5)に示す工程においてゲート電極溝を形成してから図6(1)に示す工程において金属材でゲート電極溝を埋め込んでいたが、ゲート電極122_10 を金属材に置換する製法はこのようなものに限定されない。たとえば、特許文献1に記載のように、周辺回路部11のゲート電極122_11 をシリサイド化反応で形成し、画素アレイ部10の画素信号生成部5のゲート電極122_10 を金属材置換反応で形成してもよい。
<
In replacing the gate electrode 122_10 of the transistor constituting the pixel
1…固体撮像装置、10…画素アレイ部、100…半導体基板、11…周辺回路部、120…エクステンション拡散領域、122…ゲート電極、124…サイドウォール、130…絶縁保護膜、132…層間絶縁膜、140…シリサイド層、3…単位画素、32…電荷生成部、34…読出選択用トランジスタ、36…リセットトランジスタ、38…フローティングディフュージョン、40…垂直選択用トランジスタ、42…増幅用トランジスタ、5…画素信号生成部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記画素アレイ部の周辺に配置され、トランジスタを具備し、前記画素アレイ部の単位画素から出力された画素信号を前記画素アレイ部や装置外に読み出すための制御回路機能を備えた駆動制御部、あるいは前記画素信号生成部から読み出した画素信号を処理する信号処理部が設けられた周辺回路部と
を備え、
前記周辺回路部を構成するトランジスタの領域にはシリサイドが形成されており、
前記電荷生成部および前記画素信号生成部を構成するトランジスタの領域にはシリサイドが形成されておらず、当該トランジスタのゲート電極は金属材で形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。 A charge generation unit that generates a signal charge, and a pixel array unit that includes a unit pixel including a pixel signal generation unit that includes a transistor and generates a pixel signal based on the signal charge generated by the charge generation unit;
A drive control unit that is disposed around the pixel array unit, includes a transistor, and has a control circuit function for reading out a pixel signal output from a unit pixel of the pixel array unit to the outside of the pixel array unit or the device; Or a peripheral circuit unit provided with a signal processing unit for processing a pixel signal read from the pixel signal generation unit,
Silicide is formed in the region of the transistor constituting the peripheral circuit portion,
A solid-state imaging device, wherein no silicide is formed in a region of a transistor constituting the charge generation unit and the pixel signal generation unit, and a gate electrode of the transistor is formed of a metal material.
前記ゲート電極両側に、前記サイドウォールの側面に接するようにソース/ドレイン領域が形成されており、
前記画素信号生成部を構成するトランジスタのゲート電極を構成する金属は、前記サイドウォールを利用して自己整合的に、前記ゲート電極部分に存在していた電極材が前記シリサイドよりも抵抗の低い金属材に置換されて形成された置換金属である
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 Side walls are formed on the side surfaces of the gate electrode,
Source / drain regions are formed on both sides of the gate electrode so as to be in contact with the side surface of the sidewall,
The metal constituting the gate electrode of the transistor constituting the pixel signal generation unit is a metal whose electrode material existing in the gate electrode portion is lower in resistance than the silicide in a self-aligning manner using the sidewall. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is a substitution metal formed by substitution with a material.
前記電荷生成部および前記画素信号生成部を構成するトランジスタの領域を形成すると同時に、前記周辺回路部を構成するトランジスタの領域を形成する工程と、
前記画素アレイ部の前記電荷生成部および前記画素信号生成部を構成するトランジスタの領域にはシリサイドが形成されないようにして、前記周辺回路部を構成するトランジスタの領域にシリサイドを形成する工程と、
前記シリサイドを形成する工程後に、前記画素アレイ部の前記画素信号生成部を構成するトランジスタのゲート電極部分に存在していた電極材を金属材に置換する工程と
を備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A charge generation unit that generates a signal charge; and a pixel array unit that includes a transistor and includes a unit pixel including a pixel signal generation unit that generates a pixel signal based on the signal charge generated by the charge generation unit; A drive control unit that is disposed around the pixel array unit, includes a transistor, and has a control circuit function for reading out a pixel signal output from a unit pixel of the pixel array unit to the pixel array unit or the apparatus; or A manufacturing method of a solid-state imaging device including a peripheral circuit unit provided with a signal processing unit that processes a pixel signal read from the pixel signal generation unit,
Forming a transistor region constituting the peripheral circuit unit at the same time as forming a transistor region constituting the charge generation unit and the pixel signal generation unit;
Forming silicide in a region of a transistor constituting the peripheral circuit unit, so that no silicide is formed in a region of the transistor constituting the charge generation unit and the pixel signal generation unit of the pixel array unit;
And a step of replacing the electrode material existing in the gate electrode portion of the transistor constituting the pixel signal generation unit of the pixel array unit with a metal material after the step of forming the silicide. Device manufacturing method.
前記ゲート電極部分に存在していた電極材を金属材に置換する工程は、前記サイドウォールを利用して自己整合的に、前記ゲート電極部分に存在していた電極材を前記シリサイドよりも抵抗の低い金属材に置換する
ことを特徴とする請求項3に記載の製造方法。 The step of forming the transistor region includes a step of forming a sidewall on the side surface of the gate electrode and a step of forming source / drain regions constituting the transistor so as to be in contact with the side surface of the sidewall on both sides of the gate electrode. Including
The step of replacing the electrode material existing in the gate electrode portion with a metal material is performed by using the sidewall in a self-aligning manner so that the electrode material existing in the gate electrode portion is more resistant than the silicide. It replaces with a low metal material. The manufacturing method of Claim 3 characterized by the above-mentioned.
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