(57)【要約】【課題】特性が安定した固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１１に形成された光電変換部で生じた信号電荷を転送する転送電極と、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部１２と、フローティングディフュージョン部１２に電気的に接続されるゲート電極１６と、を備え、ゲート電極１６とフローティングディフュージョン部１２とを接続するシェアードコンタクト部２６が設けられ、シェアードコンタクト部２６が転送電極１８を覆う遮光膜２４と同じ材料で構成され、かつ、ゲート電極１６全体を覆うように形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された光電変換部で生じた信号電荷を転送する転送電極と、
信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、
前記フローティングディフュージョン部に電気的に接続されるゲート電極と、を備え、
前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン部とを接続するシェアードコンタクト部が設けられ、前記シェアードコンタクト部が前記転送電極を覆う遮光膜と同じ材料で構成され、かつ、前記ゲート電極全体を覆うように形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記シェアードコンタクト部がタングステンであることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記ゲート電極と前記シェアードコンタクト部との間の一部に絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
半導体基板に形成された光電変換部で生じた信号電荷を転送する転送電極と、
信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、
前記フローティングディフュージョン部に電気的に接続されるゲート電極と、を備えた固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板に前記ゲート電極を形成した後、前記フローティングディフュージョン部を露呈させるためのコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールに、前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン部とを電気的に接続するシェアードコンタクト部を形成する際に、前記ゲート電極全体を前記シェアードコンタクト部によって覆うように形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記シェアードコンタクト部がタングステンであることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板上に前記ゲート電極を形成した後、絶縁膜を形成し、前記シェアードコンタクト部を形成する際に、該シェアードコンタクト部と前記ゲート電極との間の一部に前記絶縁膜が形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、該フローティングディフュージョン部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有する固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型の固体撮像素子は、受光面に縦横に配置したフォトダイオードからなる複数の光電変換素子と、各光電変換素子の垂直方向に対応して配置される垂直転送電極と、垂直転送電極の終端に配置される水平転送電極と、水平転送電極の終端に配置され、水平転送電極からの転送電荷を電圧信号に変換して出力する信号出力部とを備えている。    
【０００３】
信号出力部の構成としては、例えば特許文献１に記載されているようなＦＤＡ（Floating Diffusion Amplyfier）タイプのものが広く採用されている。これは、水平転送電極からの信号電荷を蓄積してそれに対応した電位となり、その後リセットされて所定のリセット電位になる動作を一定の周期で繰り返すフローティングディフュージョン（ＦＤ）部と、そのリセットを行うリセットトランジスタと、ＦＤ部の電位変化に応じた信号を増幅して出力する出力回路とからなるのが通常である。出力回路は、一般に複数段（２段又は３段）のソースフォロワ回路により構成されている。
【０００４】
従来、フローティングディフュージョン領域と出力回路を構成する駆動トランジスタのゲート電極をシェアードコンタクトするために、スパッタによって成膜したアルミニウム配線が用いられている。アルミニウム配線は、ステップカバレージが良い膜ではないため、配線部の表面積が大きくなって配線容量を増大させてしまう。そこで、下記特許文献３では、遮光膜として用いるているタングステン膜をシェアードコンタクト部の金属配線の材料と用いて、ゲート電極とフローティングディフュージョン部とを電気的に接続させることが提案されている。こうすることでプロセスの安定性の確保とフローティングディフュージョン領域での電荷電圧変換効率を改善することによる感度向上を実現することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６８２０３号公報
【特許文献２】特開２００３−２４３６４５号公報
【特許文献３】特願２００５−１６６９２８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献３ではタングステン膜のエッチング時に、該タングステンの一部がゲート電極の周縁の一部にエッチング除去されずに残ってしまうことがあった。すると、ゲート電極の周縁に部分的に残存するタングステンの影響を受けて信号電荷を電圧に変換する電気特性が変わり、ノイズが発生してしまう現象が見られる。このため、固体撮像素子の特性が不安定になってしまう点で改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、特性が安定した固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）半導体基板に形成された光電変換部で生じた信号電荷を転送する転送電極と、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部に電気的に接続されるゲート電極と、を備え、前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン部とを接続するシェアードコンタクト部が設けられ、前記シェアードコンタクト部が前記転送電極を覆う遮光膜と同じ材料で構成され、かつ、前記ゲート電極全体を覆うように形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
（２）前記シェアードコンタクト部がタングステンであることを特徴とする上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記ゲート電極と前記シェアードコンタクト部との間の一部に絶縁膜が形成されていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の固体撮像素子。
（４）半導体基板に形成された光電変換部で生じた信号電荷を転送する転送電極と、信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部に電気的に接続されるゲート電極と、を備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板に前記ゲート電極を形成した後、前記フローティングディフュージョン部を露呈させるためのコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールに、前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン部とを電気的に接続するシェアードコンタクト部を形成する際に、前記ゲート電極全体を前記シェアードコンタクト部によって覆うように形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
（５）前記シェアードコンタクト部がタングステンであることを特徴とする上記（４）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（６）前記半導体基板上に前記ゲート電極を形成した後、絶縁膜を形成し、前記シェアードコンタクト部を形成する際に、該シェアードコンタクト部と前記ゲート電極との間の一部に前記絶縁膜が形成されることを特徴とする上記（４）又は（５）に記載の固体撮像素子の製造方法。
【０００９】
本発明は、ゲート電極とフローティングディフュージョン部とを接続するシェアードコンタクト部を、ゲート電極全体を覆うように形成することで、その後、エッチングなどによって除去することなく残している。このため、ゲート電極の周縁には全てシェアードコンタクト部が形成されているため、ゲート電極に蓄積される信号電荷の電気特性に変化が生じることを防止できる。このため、固体撮像素子の信号電荷の電気特性を安定させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、特性が安定した固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。                    
図１は、本実施形態の固体撮像素子の信号出力部の部分断面図である。本実施形態の固体撮像素子の信号出力部は、上述した構成と同様に、水平転送電極からの信号電荷を蓄積してそれに対応した電位となり、その後リセットされて所定のリセット電位になる動作を一定の周期で繰り返すフローティングディフュージョン部（以下、ＦＤ部という。）を備えている。また、信号出力部は、その電位のリセットを行うリセットトランジスタと、ＦＤ部の電位変化に応じた信号を出力する出力回路とを有する構成である。
【００１２】
出力回路には、２段又は３段接続されたソースフォロワ回路が含まれており、各ソースフォロワ回路は、駆動トランジスタと負荷トランジスタとを含んでいる。本実施形態で説明する以下の図では、ＦＤ部と、出力回路に含まれる初段のソースフォロワ回路の駆動トランジスタのゲート電極との接続部分について図示している。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の固体撮像素子１０は、ｎ型のシリコン基板上にｐウェル層が形成されてなる半導体基板１１備えている。半導体基板１１のｐウェル層には、ＦＤ部１２が形成されている。
【００１４】
半導体基板１１上には、ＯＮＯ膜等からなるゲート絶縁膜１４が形成されている。ＯＮＯ膜は、半導体基板１１上に、順に、酸化シリコン膜１４ａと、窒化シリコン膜１４ｂと、酸化シリコン膜１４ｃとを堆積させた構造を有する。
【００１５】
半導体基板１１のゲート絶縁膜１４上には、ポリシリコンからなるゲート電極１６と、垂直転送電極及び水平転送電極（これらを総称して転送電極とする。）１８とが形成されている。転送電極１８は、ゲート電極１６と同じポリシリコンを用いて同じフォトリソグラフィ工程によって形成することができる。
【００１６】
ゲート絶縁膜１４において、ＦＤ部１２の上部で且つゲート電極１６の近傍位置には、該ＦＤ部の少なくとも一部を露呈させるコンタクトホールＣが形成されている。また、転送電極１８は、酸化膜などの絶縁膜２２によって覆われ、絶縁膜２２上に、固体撮像素子１０の上面から入射した光が転送電極１８に照射されることを防止するため、タングステンなどの金属材料からなる遮光膜２４が形成されている。
【００１７】
また、コンタクトホールＣを覆うように形成され、コンタクトホールＣの下側位置で露呈するＦＤ部１２と一部が接触するシェアードコンタクト部２６が形成されている。シェアードコンタクト部２６は、ゲート電極１６と接触し、ＦＤ部１２とゲート電極１６とを電気的に接続している。本実施形態では、遮光膜２４とシェアードコンタクト部２６とはともにタングステンで形成されている。
【００１８】
遮光膜２４及びシェアードコンタクト部２６上には、層間絶縁膜となる平坦化膜３２が形成され、平坦化膜３２上には、金属配線部２８が形成されている。
【００１９】
本実施形態の固体撮像素子１０は、ゲート電極１６の全体が、シェアードコンタクト部２６によって上方から覆われている。
【００２０】
次に、図２から図５に基づいて、本実施形態の固体撮像素子を製造する手順を説明する。
最初に、図２に示すように、半導体基板１１上に不純物イオンを注入することでＦＤ部１２を形成する。半導体基板１１上に、ＣＶＤなどによってＯＮＯ膜構造を有するゲート絶縁膜１４を形成する。
【００２１】
ゲート絶縁膜１４上に、フォトリソグラフィ工程を使用してポリシリコンをパターン形成することで、ゲート電極１６と、垂直転送電極及び水平転送電極を含む転送電極１８を形成する。その後、ゲート電極１６及び転送電極１８を覆うように酸化膜などの絶縁膜２２を形成する。
【００２２】
次に、図３に示すように、ゲート絶縁膜１４のおいて、ゲート電極１６の近傍位置で、且つ、ＦＤ部１２の上方にシェアードコンタクト部２６を形成するためのコンタクトホールＣを形成する。このとき、コンタクトホールＣの下方位置において、ＦＤ部１２の少なくとも一部が上方の露呈するようにする。
【００２３】
その後、図４に示すように、遮光膜２４及びシェアードコンタクト部２６を構成するタングステンを成膜する。タングステンの成膜には、スパッタ法、ＣＶＤ法などを用いることができる。タングステンの成膜をＣＶＤ法で行う場合には、タングステンの下地への密着性を確保するため、チタン（Ti）、窒化チタン（TiN）、タングステン（W）の積層構造とすることが好ましく、または、窒化チタン（TiN）、タングステン（W）の積層構造とすることが好ましい。
【００２４】
タングステンを成膜した後、フォトリソグラフィ工程を用いて、遮光膜２４及びシェアードコンタクト部２６をパターン形成する。本実施形態では、従来の遮光膜２４のパターン形成領域に加え、同時にシェアードコンタクト部２６のパターン形成領域を設定してパターニングを行っている。このため、従来使用していたアルミニウム配線でのシェアードコンタクト形成が不要となったので、以降の製造手順では、コンタクトホールＣの形成やアルミニウムのパターニングは不要となる。
【００２５】
図５は、図４のシェアードコンタクト部及びゲート電極を上方視した状態を示している。図５では、説明のため、ＦＤ部１２及びゲート電極１６を透視した状態で示している。
図４，５に示すように、シェアードコンタクト部２６は、ゲート電極１６及びＦＤ部１２の周縁部全体を覆うようにパターニングによって形成される。
【００２６】
本実施形態によれば、ゲート電極１６とフローティングディフュージョン部１２とを接続するシェアードコンタクト部２６を、ゲート電極１６全体を覆うように形成することで、その後、エッチングなどによって除去することなく残している。このため、ゲート電極１６の周縁には全てシェアードコンタクト部２６が形成されているため、ゲート電極１６に蓄積される信号電荷の電気特性に変化が生じることを防止できる。このため、固体撮像素子１０の信号電荷の電気特性を安定させることができる。
【００２７】
なお、本実施形態の固体撮像素子は、上記構成に限定されず、適宜変形することができる。例えば、シェアードコンタクト部２６の形状は、ゲート電極１６全体を覆うことができる範囲で変形することができる。
図６は、本実施形態の固体撮像素子の変形例を示す部分断面図である。図６に示す固体撮像素子は、ゲート電極１６及び転送電極１８を形成し、絶縁膜２２を形成した後、コンタクトホールＣを形成する際に、ゲート電極１６上に絶縁膜２２を残している。そして、上記手順と同様に、ゲート電極１６全体を覆うようにシェアードコンタクト部２６をパターン形成している。このようにゲート電極１６の周縁を含む全体を覆うように形成すれば、ゲート電極１６とシェアードコンタクト部２６との間に絶縁膜２２を残していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にかかる固体撮像素子の第１実施形態を示す部分断面図である。
【図２】第１実施形態の固体撮像素子の製造手順を説明する図である。
【図３】第１実施形態の固体撮像素子の製造手順を説明する図である。
【図４】第１実施形態の固体撮像素子の製造手順を説明する図である。
【図５】シェアードコンタクト部の形態を説明する平面図である。
【図６】固体撮像素子の変形例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０    固体撮像素子
１１    半導体基板
１６    ゲート電極
１８    転送電極
２４    遮光膜
２６    シェアードコンタクト部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008117910.tif 000006
【図５】
2008117910.tif 000007
【図６】
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