(57)【要約】      （修正有）【課題】ソース領域の基板表面のダングリングボンドを除去して、電気的特性を向上させる。【解決手段】  光電変換素子と該光電変換素の隣に形成されたトランジスタとを含む固体撮像装置において、基板と、第１拡散層２１，２１’と、第２拡散層４と、前記第２拡散層と連続して形成された第３拡散層５と、前記第３拡散層上方の前記基板上に形成された、開口部を有する環状のゲート電極６と、前記開口部下方の前記基板に形成されたソース領域７と、前記ソース領域の前記基板表面に、チタンよりも水素吸蔵性が低い材料によって形成されたコンタクト接触層９と、前記ゲート電極及びコンタクト接触層を含む基板上に形成された絶縁膜４１と、前記ソース領域上方の前記絶縁膜に開口されたコンタクトホールに前記コンタクト接触層に接して形成された導電材料４３とを具備したことを特徴とする。【選択図】図１
2006190738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と該光電変換素の隣に形成されたトランジスタとを含む固体撮像装置において、
基板と、
前記光電変換素子及び前記トランジスタの形成領域の前記基板に形成された第１拡散層と、
前記光電変換素子の形成領域の前記第１の拡散層上に形成された第２拡散層と、
前記トランジスタの形成領域の前記第１の拡散層上に形成され、前記第２拡散層と連続して形成された第３拡散層と、
前記第３拡散層上方の前記基板上に形成された、開口部を有するゲート電極と、
前記開口部下方の前記基板に形成されたソース領域と、
前記ソース領域の前記基板上に、チタンよりも水素吸蔵性が低い材料によって形成されたコンタクト接触層と、
前記ゲート電極及びコンタクト接触層を含む基板上方に形成された絶縁膜と、
前記コンタクト接触層上方の前記絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、
前記コンタクトホールに形成された導電材料と、を具備したことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記ゲート電極は、前記開口部側の側面にサイドウォールを有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記コンタクト接触層は、前記開口部内の前記基板表面及び前記サイドウォール表面上に形成されることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記コンタクト接触層は、ポリシリコン又はシリコン材料によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記導電材料は、チタンを含む、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
光電変換素子と該光電変換素子の隣に形成されたトランジスタとを含む固体撮像装置の製造方法において、
前記光電変換素子及び前記トランジスタの形成領域の一導電型の基板に、逆導電型の第１拡散層を形成する工程と、
前記光電変換素子の形成領域の前記第１拡散層上に一導電型の第２拡散層を形成する工程と、
前記トランジスタの形成領域の前記第１の拡散層上に、前記第２拡散層と連続するように一導電型の第３拡散層を形成する工程と、
前記第３拡散層上方の前記基板上方に開口部を有するゲート電極を形成する工程と、
前記第３拡散層上の前記基板表面側にソース領域を形成する工程と、
前記基板に水素シンタリングを施す工程と、
前記ソース領域の前記基板上に、チタンよりも水素吸蔵性が低い材料によってコンタクト接触層を形成する工程と、
前記ゲート電極及びコンタクト接触層を含む基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記コンタクト接触層上方の前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールに導電材料を形成する工程と、を具備したことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記導電材料は、チタンを含む、請求項６に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的特性が優れた固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などに搭載される固体撮像装置として、ＣＣＤ（電荷結合素子）型のイメージセンサと、ＣＭＯＳ型のイメージセンサと、がある。ＣＣＤ型のイメージセンサは画質に優れ、ＣＭＯＳ型のイメージセンサは消費電力が少なく、プロセスコストが低い。近年、高画質と低消費電力とを共に兼ね備えた閾値電圧変調方式のＭＯＳ型固体撮像装置が提案されている。閾値電圧変調方式のＭＯＳ型固体撮像装置については、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００３】
イメージセンサは、センサセルをマトリクス状に配列し、初期化、蓄積、読み出しの３つの状態を繰り返すことで、画像出力を得ている。特許文献１によって開示されたイメージセンサは、各単位画素が、蓄積を行うための受光ダイオードと、読み出しを行うためのトランジスタとを有している。
【０００４】
図１１は特許文献１に開示されているイメージセンサを示す模式的断面図である。
【０００５】
図１１のイメージセンサは、基板１００上において、各単位画素毎に、受光ダイオード１１１と絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１１２とが隣接配置されている。トランジスタ１１２のゲート電極１１３はリング状に形成されており、ゲート電極１１３の中央の開口部分には、ソース領域１１４が形成されている。ゲート電極１１３の周辺にはドレイン領域１１５が形成されている。
【０００６】
受光ダイオード１１１の開口領域から入射した光によって発生した電荷（光発生電荷）は、ゲート電極１１３下方のＰ型のウェル領域１１６に転送されて、この部分に形成されたキャリアポケット１１７に蓄積される。キャリアポケット１１７に蓄積された光発生電荷によってトランジスタ１１２の閾値電圧が変化する。これにより、入射光に対応した信号（画素信号）を、トランジスタ１１２のソース領域１１４から取り出すことができるようになっている。
【０００７】
リング状のゲート電極１１３を含む基板上には図示しない層間絶縁膜が形成され、層間絶縁膜上に配線層等が形成される。この配線層とソース領域１１４とは、層間絶縁膜に設けたコンタクトホールを介して電気的に接続されるようになっている。一般的には、例えばコンタクトホール内には、先ずチタン及びチタンナイトライドの２層構造の膜を形成する。チタンナイトライド上のコンタクトホール内は、タングステンで充填されるようになっている。これらのチタンナイトライド及びタングステンに接してアルミニウム等の配線層を形成する。リング状のゲート電極１１３の中央のソース領域１１４は、基板表面のコンタクトホール内においてチタンに接し、チタン、チタンナイトライド及びタングステンを介して、配線層に接続される。
【特許文献１】特開２００１−１７７０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、シリコン基板表面に生じるダングリングボンドによって、界面リーク等の特性劣化が生じる。そこで、水素シンタリングを実施してダングリングボンドを水素終端することが考えられる。
【０００９】
ところが、チタンは水素吸蔵性を有する。即ち、ソース領域の基板表面に接したチタンによって、水素シンタリングによる水素も取込まれてしまい、水素終端が阻害される。これにより、ダングリングボンドが残り、特性劣化を生じるという問題点があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ダングリングボンドを低減して特性を改善することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る固体撮像装置は、光電変換素子と該光電変換素の隣に形成されたトランジスタとを含む固体撮像装置において、基板と、前記光電変換素子及び前記トランジスタの形成領域の前記基板に形成された第１拡散層と、前記光電変換素子の形成領域の前記第１の拡散層上に形成された第２拡散層と、前記トランジスタの形成領域の前記第１の拡散層上に形成され、前記第２拡散層と連続して形成された第３拡散層と、前記第３拡散層上方の前記基板上に形成された、開口部を有するゲート電極と、前記開口部下方の前記基板に形成されたソース領域と、前記ソース領域の前記基板上に、チタンよりも水素吸蔵性が低い材料によって形成されたコンタクト接触層と、前記ゲート電極及びコンタクト接触層を含む基板上方に形成された絶縁膜と、前記コンタクト接触層上方の前記絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、前記コンタクトホールに形成された導電材料と、を具備したことを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、光電変換素子形成領域に発生した光発生電荷は、第２拡散層から第３拡散層に転送される。第３拡散層内に保持された光発生電荷によってトランジスタのチャネルの閾値電圧が制御されて、光発生電荷に応じた画素信号がトランジスタから出力される。ソース領域の基板表面には、水素吸蔵性がチタンよりも低い材料によって形成されたコンタクト接触層が設けられる。これにより、ソース領域の基板表面の水素は、コンタクト接触層には取込まれにくく、基板表面におけるダングリングボンドの発生が抑制される。これにより、電気的特性を向上させることができる。
【００１３】
また、前記ゲート電極は、前記開口部側の側面にサイドウォールを有することを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、サイドウォールによって、コンタクト接触層とゲート電極とが短絡することが防止される。
【００１５】
また、前記コンタクト接触層は、前記開口部内の前記基板表面及び前記サイドウォール表面上に形成されることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、コンタクトホールの位置が多少ずれた場合でも、コンタクト接触層を介して、確実にコンタクトホール内の導電材料とソース領域との電気的導通を図ることができる。
【００１７】
また、前記コンタクト接触層は、ポリシリコン又はシリコン材料によって構成されることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、コンタクト接触層の水素吸蔵性を十分に低くすることができる。
【００１９】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光電変換素子と該光電変換素子の隣に形成されたトランジスタとを含む固体撮像装置の製造方法において、前記光電変換素子及び前記トランジスタの形成領域の一導電型の基板に、逆導電型の第１拡散層を形成する工程と、前記光電変換素子の形成領域の前記第１拡散層上に一導電型の第２拡散層を形成する工程と、前記トランジスタの形成領域の前記第１の拡散層上に、前記第２拡散層と連続するように一導電型の第３拡散層を形成する工程と、前記第３拡散層上方の前記基板上方に開口部を有するゲート電極を形成する工程と、前記第３拡散層上の前記基板表面側にソース領域を形成する工程と、前記基板に水素シンタリングを施す工程と、前記ソース領域の前記基板上に、チタンよりも水素吸蔵性が低い材料によってコンタクト接触層を形成する工程と、前記ゲート電極及びコンタクト接触層を含む基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記コンタクト接触層上方の前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールに導電材料を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
【００２０】
このような構成によれば、基板上に第１拡散層が形成され、この第１拡散層上に、第２及び第３拡散層が形成される。第２拡散層は、光電変換素子形成領域に形成されて、光発生電荷を発生させる。第３拡散層はトランジスタの形成領域に形成されて、第２拡散層からの光発生電荷が転送されて、トランジスタのチャネルの閾値電圧を制御する。ソース領域の基板表面には、水素吸蔵性がチタンよりも低い材料によって形成されたコンタクト接触層が設けられる。これにより、ソース領域の基板表面の水素は、コンタクト接触層には取込まれにくく、基板表面におけるダングリングボンドの発生が抑制される。こうして、電気的特性を向上させることができる。
【００２１】
また、前記導電材料は、チタンを含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は本実施の形態に係る固体撮像装置の１センサセルの断面形状を示す模式的な断面図、図２は本実施の形態に係る固体撮像装置の１センサセルの平面形状を示す説明図である。なお、図１は図２のＡ−Ａ’線断面図である。図３は素子の全体構造を等価回路によって示す回路ブロック図である。図４乃至図７は素子の製造方法を説明するための工程図である。図８乃至図１０は素子の製造方法を説明するための平面図である。なお、上記各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【００２４】
＜センサセルの構造＞
本実施の形態における固体撮像装置は、単位画素であるセンサセルがマトリクス状に配列されて構成されたセンサセルアレイを有している。各センサセルは、入射光に応じて発生させた光発生電荷を収集・蓄積し、蓄積した光発生電荷に基づくレベルの画素信号を出力する。センサセルをマトリクス状に配列することで１画面の画像信号が得られる。
【００２５】
先ず、図１及び図２を参照して各センサセルの構造について説明する。図２は１つのセンサセルを示している。また、本実施の形態は光発生電荷として正孔を用いる例を示している。光発生電荷として電子を用いる場合でも同様に構成可能である。なお、図１は図２のＡ−Ａ’線で切断したセルの断面構造を示している。
【００２６】
図２の平面図に示すように、単位画素であるセンサセル３内に、フォトダイオードＰＤと変調トランジスタＴＭとが隣接して設けられている。変調トランジスタＴＭとしては、例えば、ＮチャネルディプレッションＭＯＳトランジスタが用いられる。
【００２７】
光電変換素子形成領域であるフォトダイオードＰＤ形成領域においては、基板１の表面に配線層を形成する段階において、光を透過する開口領域が形成される。基板１表面の比較的浅い位置には前記開口領域よりも広い領域のＰ型のウェルであり、光電変換素子によって発生した光発生電荷を収集する第２拡散層としての収集ウェル４が形成されている。収集ウェル４上には基板１の表面に、ピニング層としてのＮ型の拡散層３２が形成されている。
【００２８】
収集ウェル４と略同じ基板深さの位置には、変調トランジスタＴＭ形成領域にＰ型のウェルであり、収集ウェル４に収集された光発生電荷が転送されて変調トランジスタＴＭを制御するための第３拡散層としての変調用ウェル５が形成されている。なお、図１の例では、収集ウェル４と変調用ウェル５とは、一体的に形成されたＰウェル２４の各部分によって構成されるが、別々に形成してもよい。
【００２９】
変調用ウェル５上には、基板１表面に環状のゲート（リングゲート）６が形成されており、リングゲート６の中央の開口６ａ部分の基板１表面近傍領域には、高濃度Ｎ型領域であるソース領域７が形成されている。なお、図２ではリングゲート６及び後述するキャリアポケット等は円形状で示してあるが、楕円形状或いは任意の多角形状（例えば８角形状）であってもよい。リングゲート６の周囲にはＮ型のドレイン領域８が形成されている。ドレイン領域８の所定位置には、基板１表面近傍にＮ+層のドレインコンタクト領域（図示せず）が形成される。
【００３０】
変調用ウェル５は変調トランジスタＴＭのチャネルの閾値電圧を制御するものである。変調用ウェル５内には、リングゲート６の下方にＰ型の高濃度領域であるキャリアポケット１０が形成されている。変調トランジスタＴＭは、変調用ウェル５、リングゲート６、ソース領域７及びドレイン領域８によって構成されて、変調用ウェル５（キャリアポケット１０）に蓄積された電荷に応じてチャネルの閾値電圧が変化するようになっている。
【００３１】
ドレイン領域８、拡散層２２、拡散層２１、拡散層２１’及び拡散層３２がドレイン電圧の印加によって正の電位にバイアスされることによって、フォトダイオードＰＤの開口領域下方においては、拡散層３２と収集ウェル４との境界面、拡散層２１と収集ウェル４の境界面から空乏層が収集ウェル４の全体及びその周囲に広がる。空乏領域において、前記開口領域を介して入射した光による光発生電荷が生じる。そして、上述したように、発生した光発生電荷は収集ウェル４に収集されるようになっている。
【００３２】
収集ウェル４に収集された電荷は、変調用ウェル５に転送されてキャリアポケット１０に保持される。これにより、変調トランジスタＴＭのソース電位は、変調用ウェル５に転送された電荷の量、即ち、フォトダイオードＰＤへの入射光に応じたものとなる。
【００３３】
＜センサセルの断面＞
更に、図１を参照して、センサセル３の断面構造を詳細に説明する。
【００３４】
隣接するセル同士のフォトダイオードＰＤ形成領域（ＰＤ）と変調トランジスタＴＭ形成領域（ＴＭ）との間にアイソレーション領域２２が設けられている。基板１の比較的深い位置には、Ｐ型基板１の全域に第１拡散層としてのＮ型ウェル２１，２１’が形成されている。フォトダイオード形成領域のＮ型ウェル２１上には、Ｐ型の収集ウェル４が形成されている。収集ウェル４上の基板表面側には、ピニング層であるＮ型の拡散層３２が形成されている。Ｎ型ウェル２１は基板の比較的深い位置まで形成されている。
【００３５】
一方、変調トランジスタＴＭ形成領域においては、基板１上にＰ型埋込層２３が形成されている。Ｐ型埋込層２３によってＮ型ウェル２１’は基板の比較的浅い位置までに制限される。Ｐ型埋込層２３上のＮ型ウェル２１’上には、Ｐ型の変調用ウェル５が形成されている。変調用ウェル５内には、キャリアポケット１０が形成されている。
【００３６】
キャリアポケット１０は、リングゲート６の下方に、平面的には環状に形成されている。キャリアポケット１０は、Ｐ+拡散による十分に濃い濃度の拡散層である。
【００３７】
変調トランジスタＴＭ形成領域においては、基板表面にゲート酸化膜３１を介してリングゲート６が形成され、リングゲート６下の基板表面にはチャネルを構成するＮ型の拡散層２７が形成される。リングゲート６は、導電材料による下層６ａと絶縁層６ｂとの２相構造を有する。また、リングゲート６の側面にはサイドウォール６ｃが形成されている。リングゲート６の中央開口６ｄ部分には基板表面にＮ+拡散層が形成されてソース領域７を構成する。
【００３８】
ソース領域７は、サイドウォール６ｃを含むリングゲート６をマスクにして、リングゲート６の中央開口６ｄ内に自己整合的に形成されるようになっている。なお、ソース領域７は、後述するコンタクトホール４２形成後に、このコンタクトホール４２を介したイオン注入によって形成してもよい。
【００３９】
また、リングゲート６の周囲の基板表面にはＮ型拡散層が形成されてドレイン領域８を構成する。チャネルを構成するＮ型拡散層２７はソース領域７とドレイン領域８とに電気的に接続される。また前記アイソレーション領域２２はＮ型ウェル２１、２１‘およびドレイン領域８とに電気的に接続される。
【００４０】
本実施の形態においては、ソース領域７上の基板表面側、即ち、リングゲート６の中央開口６ｄ内の基板表面及びサイドウォール６ｃ表面には、水素吸蔵性が十分に低い材料、例えば、ポリシリコンやシリコン材料によるコンタクト接触層９が形成されている。なお、コンタクト接触層９を構成する材料としては、水素吸蔵性が高いチタンを除き、種々の材料を用いることができる。
【００４１】
例えば、コンタクト接触層９としては、アルミニウム、ポリシリコン、エピタキシャル成長させたシリコン、タングステン、タングステンシリサイド、タングステンナイトライド等の水素吸蔵性が十分に低い材料を用いる。逆に、チタン、コバルト、ニッケル等の遷移金属及び遷移金属を含む合金を、コンタクト接触層９として使用しない。なお、コンタクト接触層９の材料としては、少なくともチタンよりも水素吸蔵性が低い材料であれば使用可能である。
【００４２】
コンタクト接触層９は、リングゲート６の上面（絶縁層６ｂ）まで延設されている。即ち、図２の符号９にて示す円内の全域に設けられている。なお、少なくともソース領域７上方の基板表面にコンタクト接触層９が形成されていればよく、必ずしもコンタクト接触層９をサイドウォール６ｃ、リングゲート６の上面まで延設する必要はない。
【００４３】
一部がコンタクト接触層９に覆われたリングゲート６を含み、基板表面の全域に、層間絶縁膜４１が形成されている。ソース領域７上の層間絶縁膜４１には、コンタクトホール４２が形成されており、コンタクトホール４２には導電材料４３が埋め込まれている。例えば、導電材料４３としてチタン及びチタンナイトライドの２層構造膜が採用される。更に、導電材料４３で囲まれたコンタクトホール４２内は、例えばタングステン（図示せず）が埋め込まれ、これらの導電材料が層間絶縁膜４１上に形成される図示しない配線層に接続されるようになっている。
【００４４】
＜装置全体の回路構成＞
次に、図３を参照して本実施の形態に係る固体撮像装置全体の回路構成について説明する。
【００４５】
固体撮像装置６１は図２のセンサセル３を含むセンサセルアレイ６２とセンサセルアレイ６２中の各センサセル３を駆動する回路６３〜６５とを有している。センサセルアレイ６２は、セル３をマトリクス状に配置して構成されている。センサセルアレイ６２は、例えば、６４０×４８０のセル３と、オプティカルブラック（ＯＢ）のための領域（ＯＢ領域）を含む。ＯＢ領域を含めると、センサセルアレイ６２は例えば７１２×５００のセル３で構成される。
【００４６】
各センサセル３は、光電変換を行うフォトダイオードＰＤと、光信号を検出して読み出すための変調トランジスタＴＭとを含む。フォトダイオードＰＤは入射光に応じた電荷（光発生電荷）を生じさせ、生じた電荷は収集ウェル４（図３では接続点ＰＤＷに相当）内に収集される。収集ウェル４に収集された光発生電荷は、変調トランジスタＴＭの閾値変調用の変調用ウェル５（図３では接続点ＴＭＷに相当）内のキャリアポケット１０に転送されて保持される。
【００４７】
変調トランジスタＴＭは、キャリアポケット１０に光発生電荷が保持されることでバックゲートバイアスが変化したことと等価となり、キャリアポケット１０内の電荷量に応じてチャネルの閾値電圧が変化する。これにより、変調トランジスタＴＭのソース電圧は、キャリアポケット１０内の電荷に応じたもの、即ち、フォトダイオードＰＤの入射光の明るさに対応したものとなる。
【００４８】
このように各セル３は、変調トランジスタＴＭのリングゲート６、ソース領域７及びドレイン領域８に駆動信号が印加されることで、蓄積、転送、読み出し及び排出等の動作を呈する。なお、ソース領域７からは、コンタクト接触層９及びコンタクトホール４２内の導電材料４３等を介して層間絶縁膜４１上の図示しない配線に信号が出力される。
【００４９】
図示しないセル３の各部には図３に示すように、垂直駆動走査回路６３、ドレイン駆動回路６４及び水平駆動走査回路６５から信号が供給されるようになっている。垂直駆動走査回路６３は、各行のゲート線６７に走査信号を供給し、ドレイン駆動回路６４は各列のドレイン領域８にドレイン電圧を印加する。また、水平駆動走査回路６５は、各ソース線６６に接続されたスイッチ６８に駆動信号を供給する。
【００５０】
各セル３は、センサセルアレイ６２に水平方向に配列された複数のソース線６６と垂直方向に配列された複数のゲート線６７との交点に対応して設けられている。水平方向に配列された各ラインの各セル３は、変調トランジスタＴＭのリングゲート６が共通のゲート線６７に接続され、垂直方向に配列された各列の各セル３は、変調トランジスタＴＭのソースが共通のソース線６６に接続される。
【００５１】
複数のゲート線６７の１つにオン信号（選択ゲート電圧）を供給することで、オン信号が供給されたゲート線６７に共通接続された各セルが同時に選択されて、これらの選択されたセルの各ソースから各ソース線６６を介して画素信号が出力される。垂直駆動走査回路６３は１フレーム期間においてゲート線６７にオン信号を順次シフトさせながら供給する。オン信号が供給されたラインの各セルからの画素信号が１ライン分同時に各ソース線６６から読み出されて各スイッチ６８に供給される。１ライン分の画素信号は水平駆動走査回路６５によって、スイッチ６８から画素毎に順次出力（ライン出力）される。
【００５２】
各ソース線６６に接続されたスイッチ６８は、共通の定電流源（負荷回路）６９を介して映像信号出力端子７０に接続されている。各センサセル３の変調トランジスタＴＭのソースは定電流源６９に接続されることになり、センサセル３のソースフォロワ回路が構成される。
【００５３】
本実施の形態においては、後述する製造工程中のサイドウォール６ｃの形成工程から、導電材料４３の形成工程までの間のいずれかのタイミングで、水素シンタリングが実施されている。例えば、水素雰囲気下で約４００℃に加熱することで、水素シンタリングを行う。
【００５４】
この場合において、本実施の形態においては、ソース領域７上方の基板表面には、水素吸蔵性が十分に低い材料によるコンタクト接触層９が形成されている。そして、このコンタクト接触層９上にコンタクトホールの埋込層として、チタン及びチタンナイトライドの２層構造の導電材料４３が形成されている。即ち、ソース領域７上方の基板表面と導電材料４３を構成するチタン材料との間には、水素吸蔵性が十分に低いコンタクト接触層９が形成されている。これにより、基板表面から水素が取り去られることを阻止することができ、水素シンタリングによってダングリングボンドを低減させることができる。これにより、電気特性に優れた固体撮像装置を得ることができる。
【００５５】
また、コンタクトエッチングの際に、基板に直接ダメージを与えないことから、暗電流の発生を抑制することができるという利点もある。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、リングゲート６の中央開口６ｄ側の側面にも絶縁材料によるサイドウォール６ｃが形成されており、コンタクト接触層９とリングゲート６の層６ａとが短絡することを防止することができる。
【００５７】
ところで、従来のように、ソース領域７とコンタクトホール４２の埋込層とを直接接続する場合には、接触抵抗が大きいことから、ソース領域７を濃い濃度で形成する必要がある。この場合には、ソース領域７も深い位置まで形成され、Ｎ型ウェル２１’からソース領域７を経由したリーク経路が形成されやすくなり、黒スミアが生じるという欠点があった。
【００５８】
これに対し、本実施の形態においては、ソース領域７はポリシリコン材料等によるコンタクト接触層９に接続されており、接触抵抗が小さいことから、ソース領域７の濃度を薄くすることが可能である。そうすると、ソース領域７の深さも浅くなり、Ｎ型ウェル２１’からソース領域７を経由したリーク経路が形成されにくくなって、黒スミアを低減することができるという利点もある。
【００５９】
＜プロセス＞
次に、素子の製造方法について図４乃至図７の工程図及び図８乃至図１０の平面形状の説明図を参照して説明する。図６乃至図８は図９乃至図１０のＡ−Ａ’切断線の位置における断面を示している。図４乃至図７において、基板上の矢印はイオン打ち込みを行うことを示している。
【００６０】
図４（ａ）に示すように、用意したＰ基板１の全面に、例えばボロン（Ｂ）イオンをイオン打ち込みして、基板１表面側において、Ｐ型ウェル２４を形成する。このＰ型ウェル２４は、フォトダイオード形成領域において収集ウェル４を構成し、変調トランジスタ形成領域において、変調用ウェル５を構成する。
【００６１】
次に、フォトダイオード形成領域以外の部分にレジストマスク９１を形成して、例えば燐（リン（Ｐ））イオンの打ち込みを行ってＮ型ウェル２１を形成する（図８（ａ））。このイオン注入はフォトダイオード形成領域について比較的深い位置まで行う（図４（ｂ））。
【００６２】
次に、基板１にリンのイオン打ち込みを行うことによって、Ｐ型ウェル２４の下方にＮ型ウェルを形成する。こうして、フォトダイオード形成領域についてはＮ型ウェル２１、変調トランジスタ形成領域についてはＮ型ウェル２１’が形成される（図４（ｃ））。
【００６３】
次に、図４（ｄ）に示すように、レジストマスク９２を用いて、変調トランジスタ形成領域において、Ｐ型不純物を深くイオン注入して、Ｐ型埋込層２３を形成する（図８（ｂ））。更に、同一のレジストマスク９２を用いて、基板１表面近傍に、変調トランジスタＴＭのチャネルを得るためのＮ型拡散層２７を形成する。
【００６４】
次に、図５（ａ）に示すように、レジストマスク９３を形成して、素子分離用のアイソレーション領域２２を形成する（図８（ｃ））。次いで、図５（ｂ）に示すように、基板１表面にゲート酸化膜３１を熱酸化によって形成する。
【００６５】
次に、図５（ｃ）に示すように、レジストマスク９４（図９（ａ））を用いて、リングゲート６下方の変調用ウェル５内に、濃いＰ+拡散層によるキャリアポケット１０を形成する。リングゲート６の平面形状は、図９（ａ）に示すように、環状である。次に、図５（ｄ）に示すように、ゲート酸化膜３１上に、変調トランジスタＴＭのリングゲート６を形成する（図９（ｂ））。なお、リングゲート６は、導電材料による下層６ａと絶縁層６ｂとの２層構造である。
【００６６】
次に、図６（ａ）に示すように、リングゲート６の中央開口６ｄを塞ぐように形成されたレジストマスク９６及びリングゲート６（図９（ｃ））をマスクとして、Ｎ型不純物をイオン注入して、基板１表面にピニング層としてのＮ型拡散層３２を形成する。
【００６７】
次に、図６（ｂ）に示すように、リングゲート６にサイドウォール６ｃを形成するために、酸化膜５１を堆積させる。次いで、図６（ｃ）に示すように、異方性エッチングによって、サイドウォール６ｃを形成する。次に、リングゲート６の外側をレジストマスクで覆い（図示省略）、このレジストマスク及びサイドウォール６ｃを含むリングゲート６をマスクとしてイオン打ち込み行い、自己整合的にソース領域７を形成する（図６（ｃ））。
【００６８】
更に、本実施の形態においては、図６（ｃ）の基板を水素雰囲気下におき、４００℃で加熱することで、水素シンタリングを実施する。これにより、ソース領域７の基板表面近傍におけるダングリングボンドが除去される。
【００６９】
次に、図６（ｄ）に示すように、コンタクト接触層９を形成するために、水素吸蔵性が十分に低い材料、例えば、ポリシリコン材料５２を、基板表面に形成する。コンタクト接触層９を構成するポリシリコン材料５２は、水素吸蔵性が十分に低いので、ソース領域７の基板表面において結合した水素は殆どコンタクト接触層９に取込まれない。即ち、コンタクト接触層９によってダングリングボンドが増加することを抑制することができる。
【００７０】
次に、図７（ａ）に示すように、リングゲート６の中央開口６ｄからリングゲート６の上面まで達するレジストマスク９７（図１０（ａ））を用いてエッチングを行い、図７（ｂ）に示すコンタクト接触層９を形成する。
【００７１】
次に、リングゲート開口及びフォトダイオード形成領域を覆うレジストマスク９８及びリングゲート６（図１０（ｂ））をマスクとして、Ｎ型不純物をイオン注入してドレイン領域８を形成する（図７（ｃ））。
【００７２】
次に、基板１表面上に層間絶縁膜４１を形成した後、リングゲート６の開口の中央部に達するコンタクトホール４２を形成する（図７（ｄ））。基板表面にはコンタクト接触層９が形成されていることから、コンタクトホール４２を形成するためのエッチングに際して、基板表面がエッチングによるダメージを受けることを防止することができる。これにより、暗電流の発生を抑制することが可能となる。
【００７３】
以後、コンタクトホール４２に、チタン及びチタンナイトライドの２層構造を有する導電材料を形成し、更に、導電材料４３で囲まれたコンタクトホール４２内に、例えばタングステンによる埋込層を形成する。水素吸蔵性が高いチタンによって構成される導電材料４３とソース領域７との間に、水素吸蔵性が十分に低いコンタクト接触層９を設けているので、ダングリングボンドの発生を抑制して、電気的特性を改善することができる。
【００７４】
なお、上記説明では、リングゲート６のサイドウォール６ｃ形成後に、ソース領域７を形成したが、コンタクトホール４２の形成後に、コンタクトホール４２を介したイオン注入によってソース領域７を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本実施の形態に係る固体撮像装置の１センサセルの断面形状を示す模式的な断面図。
【図２】本実施の形態に係る固体撮像装置の１センサセルの平面形状を示す説明図。
【図３】素子の全体構造を等価回路によって示す回路ブロック図。
【図４】素子の製造方法を説明するための工程図。
【図５】素子の製造方法を説明するための工程図。
【図６】素子の製造方法を説明するための工程図。
【図７】素子の製造方法を説明するための工程図。
【図８】素子の製造方法を説明するための平面図。
【図９】素子の製造方法を説明するための平面図。
【図１０】素子の製造方法を説明するための平面図。
【図１１】特許文献１に開示されているイメージセンサを示す模式的断面図。
【符号の説明】
【００７６】
１…基板、４…収集ウェル、５…変調用ウェル、６…リングゲート、７…ソース領域、８…ドレイン領域、９…コンタクト接触層、１０…キャリアポケット、ＰＤ…フォトダイオード、ＴＭ…変調トランジスタ。  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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