(57)【要約】【課題】フローティングディフュージョン部の面積を小さくして、出力回路の変換効率を高める。【解決手段】深さ１１Ｂがゲート絶縁膜３と絶縁膜５の２層分だけの浅いコンタクトホール１０１内に、フローティングディフュージョン部２と出力アンプ部を構成する駆動トランジスタのゲート電極４とを接続するアルミニュウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）またはこれらの合金などの金属材料からなる導電性材料部７Ｂを、層間膜６の形成前に形成するため、配線接続用のコンタクトホール１０１のアスペクト比が改善され、埋め込み性が良くなる。【選択図】図１
2008171898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部が２次元状に配置された受光部領域と、該光電変換部からの信号電荷を電荷転送する電荷転送部と、該電荷転送部からの転送電荷を信号電圧に変換して出力する出力回路部とを備え、
該出力回路部は、該半導体基板内に不純物領域によって形成され、該電荷転送部からの信号電荷を信号電圧に変換する信号電荷／信号電圧変換部と、該信号電荷／信号電圧変換部の電位を増幅出力する出力アンプ部とを有し、該信号電荷／信号電圧変換部および該半導体基板上に該第１絶縁膜を介して、該出力アンプ部を構成する駆動トランジスタの第１ゲート電極が形成され、該第１ゲート電極および該第１絶縁膜上に第２絶縁膜が形成されており、
該信号電荷／信号電圧変換部と該第１ゲート電極とが、該第１絶縁膜および該第２絶縁膜に形成されたコンタクトホール内に設けられた導電性材料部を介して電気的に接続されており、該導電性材料部上に層間膜が設けられている固体撮像素子。
【請求項２】
前記信号電荷／信号電圧変換部は、前記電荷転送部からの信号電荷を受け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ように為されたフローティングディフュージョン部であり、前記出力アンプ部は、該フローティングディフュージョン部の電位をインピーダンス変換して増幅出力する請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記電荷転送部上に第３絶縁膜を介して第２ゲート電極が設形成され、該第２ゲート電極上に第４絶縁膜を介して遮光膜が設けられている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記導電性材料部と前記遮光膜とは、同一材料で同一工程により形成されている請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第４絶縁膜は、前記第２ゲート電極と前記遮光膜間のリーク防止用に形成されている請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記第３絶縁膜は前記第１絶縁膜と同一材料で同一工程により形成され、前記第４絶縁膜は前記第２絶縁膜と同一材料で同一工程により形成されている請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記第２絶縁膜の膜厚は、前記導電性材料部および前記第１ゲート電極と前記半導体基板との電気的耐圧に応じて設定されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記層間膜は、前記半導体基板との間に所定距離を保って該層間膜上に設けられた金属層と該半導体基板間に発生する容量を抑制するように設けられている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記第１ゲート電極は、前記信号電荷／信号電圧変換部と平面視で一部重なるように形成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記コンタクトホールは、前記信号電荷／信号電圧変換部から前記半導体基板へ電荷が抜けないように、平面視で該信号電荷／信号電圧変換部上から外側の半導体基板上にはみ出さないように形成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記コンタクトホールは、前記信号電荷／信号電圧変換部および前記第１ゲート電極上まで形成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部が２次元状に配置された受光部領域と、該光電変換部からの信号電荷を電荷転送する電荷転送部と、該電荷転送部からの転送電荷を信号電圧に変換して出力する出力回路部とを備え、
該出力回路部に、該半導体基板内に不純物領域によって形成され、該電荷転送部からの信号電荷を信号電圧に変換する信号電荷／信号電圧変換部と、該信号電荷／信号電圧変換部の電位を増幅出力する出力アンプ部とを有した固体撮像素子の製造方法であって、
該半導体基板に該信号電荷／信号電圧変換部を形成する工程と、
該半導体基板上に第１絶縁膜を介して、該出力アンプ部を構成する駆動トランジスタの第１ゲート電極を形成する工程と、
該第１絶縁膜および該第１ゲート電極上に該第１ゲート電極の膜厚よりも薄い第２絶縁膜を形成する工程と、
該第１絶縁膜および該第２絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
該コンタクトホール内で該信号電荷／信号電圧変換部と該第１ゲート電極とを電気的に接続させるための導電性材料部を形成する工程と、
該導電性材料部が形成された基板部上に層間膜を形成する工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
前記信号電荷／信号電圧変換部は、前記電荷転送部からの信号電荷を受け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ようにしたフローティングディフュージョン部であり、前記出力アンプ部は、該フローティングディフュージョン部の電位をインピーダンス変換して増幅出力する請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
前記電荷転送部上に第３絶縁膜を介して第２ゲート電極を形成し、該第２ゲート電極上に第４絶縁膜を介して遮光膜を形成する請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
前記導電性材料部と前記遮光膜とを、同一材料を用いて同一工程により形成する請求項１４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第４絶縁膜を、前記第２ゲート電極と前記遮光膜間のリーク防止用に形成する請求項１４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第３絶縁膜を前記第１絶縁膜と同一材料で同一工程により形成し、前記第４絶縁膜を前記第２絶縁膜と同一材料で同一工程により形成する請求項１４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第２絶縁膜の膜厚を、前記導電性材料部および前記第１ゲート電極と前記半導体基板との電気的耐圧に応じて設定する請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
前記層間膜を、前記半導体基板との間に所定距離を保って、該層間膜上に設けられた金属層と該半導体基板間の容量抑制用に形成する請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１ゲート電極を、前記信号電荷／信号電圧変換部と平面視で一部重なるように形成する請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２１】
前記コンタクトホールを、前記信号電荷／信号電圧変換部から前記半導体基板へ電荷が抜けないように、平面視で該信号電荷／信号電圧変換部上から外側の半導体基板上にはみ出さないように形成する請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２２】
前記コンタクトホールを、前記信号電荷／信号電圧変換部上および前記第１ゲート電極上まで形成する請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２３】
請求項１〜１１のいずれかに記載の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この製造方法により作製された固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の固体撮像素子は、ＣＣＤ型などがあり、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部が２次元状（マトリクス状）に配置された受光部と、その光電変換部からの信号電荷を電荷転送する電荷転送部と、その電荷転送部からの転送電荷を信号電圧に変換して出力する出力回路部とを備えている。この出力回路部には、電荷転送部からの信号電荷を信号電圧に変換して出力するための信号電荷−信号電圧変換部として、半導体基板内にＮ＋不純物領域によって形成されたフローティングディフュージョン部と、フローティングディフュージョン部で変換された信号電圧を増幅する出力アンプ部とが設けられている。
【０００３】
フローティングディフュージョン部は、電荷転送部からの信号電荷を受けてそれに対応した電位となり、その後に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ようになっている。
【０００４】
出力アンプ部は、駆動トランジスタのゲート電極がフローティングディフュージョン部に接続されており、このフローティングディフュージョン部の電位をインピーダンスに変換し、これを増幅して出力する。
【０００５】
図２は、従来の固体撮像素子におけるフローティングディフュージョン部領域の層構造を示す図であって、（ａ）は部分縦断面図、（ｂ）はその平面図である。
【０００６】
図２（ａ）および図２（ｂ）において、従来の固体撮像素子は、半導体基板１内の表面部にフローティングディフュージョン部２が形成され、これらの半導体基板１およびフローティングディフュージョン部２上にゲート絶縁膜３が形成されている。このフローティングディフュージョン部２の一方側に重なるゲート絶縁膜３上に、ゲート電極４が形成されており、さらに、このゲート電極４およびゲート絶縁膜３上に絶縁膜５および層間膜６がこの順に形成されている。このフローティングディフュージョン部２の中央部に対応する絶縁膜５および層間膜６にはコンタクトホール１０がフローティングディフュージョン部２まで形成されており、このフローティングディフュージョン部２とゲート電極４との両者間が、コンタクトホール１０内に埋め込まれた導電性材料部７によって電気的に接続されている。このゲート電極４が、出力アンプ部における駆動トランジスタのゲート電極である。
【０００７】
このような従来の固体撮像素子のフローティングディフュージョン領域部分の製造方法として、従来、例えば以下のような固体撮像素子の製造方法が用いられている。
【０００８】
まず、フローティングディフュージョン部２が表面部分の所定位置に形成された半導体基板１上の所定領域にゲート絶縁膜３を酸化などの方法によって形成する。
【０００９】
次に、ゲート絶縁膜３上にポリシリコン膜を全面に成膜して、フローティングディフュージョン部２の一方側に一部重なるように所定の形状にパターニングすることによりゲート電極４を形成する。
【００１０】
ゲート絶縁膜３およびゲート電極４上の全面に酸化膜からなる絶縁膜５とその上の層間膜６とを成膜し、フローティングディフュージョン部２に対応したゲート絶縁膜３、絶縁膜５および層間膜６の位置にコンタクトホール１０を形成する。
【００１１】
最後に、導電性材料を全面に成膜してエッチバックすることによって導電性材料部７をコンタクトホール１０内に形成し、図２に示すようなフローティングディフュージョン部領域の層構造を作製することができる。
【００１２】
上記図２に示す固体撮像素子の層構造において、コンタクトホール１０の半導体基板１への位置関係は、平面視でフローティングディフュージョン部２の範囲内であることが好ましい。コンタクトホール１０の開口位置（横方向の開口サイズ１０Ａ、深さ１１）がフローティングディフュージョン部２内から外の半導体基板１側に外れてしまうと、半導体基板１に電荷が抜けてしまい、変換効率の低下を招いてしまうからである。このため、図２（ｂ）に示すように、コンタクトホール１０は、フローティングディフュージョン部２よりも平面視で縦方向合わせマージン１２および横方向合わせマージン１３だけ小さくなるように設定されている。
【００１３】
なお、上記絶縁膜５および層間膜６は、それぞれ異なる目的を持っている。例えば、絶縁膜５はシリコン酸化膜などによって構成された膜厚１００ｎｍ以下の膜であり、図３で後述する読み出しゲートのゲート電極４ａと、図３で後述する金属材料の遮光膜２２とが電気的にリークすることを防ぐために設けられている。また、層間膜６は、ＢＰＳＧなどのように熱処理により形状が変化する膜によって構成され、膜厚が４００ｎｍ以上の厚い膜であって、半導体基板１との所定距離を保って層間膜６上に設けられる金属層と半導体基板１との間に容量が発生することを抑制するために設けられている。
【００１４】
図３は、図２の従来の固体撮像素子における受光部領域およびその周辺部の層構造を示す要部縦断面図である。
【００１５】
図３に示すように、従来の固体撮像素子における受光部領域には、入射光を信号電荷に変換するためにフォトダイオード部２１である光電変換部が複数の画素としてマトリクス状に設けられている。この受光部ではフォトダイオード部２１のみに光が照射されればよいため、フォトダイオード部２１から信号電荷を読み出すためのトランジスタ（読み出ゲート）のゲート電極４ａ全ては絶縁膜５を介して遮光膜２２によって覆われている。この遮光膜２２は、ゲート電極４ａに光が照射されるのを防ぐためのものであり、アルミニウムやタングステンなど、光を透過せず光を反射する金属膜によって構成されている。また、この遮光膜２２は、光を遮蔽することが目的であるため、電圧は０Ｖに固定されている。よって、ゲート電極４ａと遮光膜２２との間で電流がリークすることを防ぐために、絶縁膜５がそれらの間に形成されている。
【００１６】
ところで、前述したフローティングディフュージョン部２および出力アンプ部を有する出力回路部における変換効率ηは、Ｇ／Ｃｆｄに比例する。ここで、Ｇは出力回路の利得であり、Ｃｆｄはフローティングディフュージョン部２に関する全寄生容量値である。したがって、変換効率ηを上げるためには、フローティングディフュージョン部２の全寄生容量値Ｃｆｄを小さくすればよい。
【００１７】
図４は、図２の従来の固体撮像素子におけるフローティングディフュージョン部領域およびそれらの周辺部のキャパシタンスモデルを説明するための模式図である。
【００１８】
図４に示すように、フローティングディフュージョン部２は、水平出力ゲート電極４ｃとリセットゲート電極４ｄ間の半導体基板１内に形成されており、リセットゲート電極４ｄのフローティングディフュージョン部２と反対側にはリセットドレインが設けられている。また、フローティングディフュージョン部２は、出力アンプ部を構成する駆動トランジスタ４１のゲート電極４と接続されている。フローティングディフュージョン部２と水平出力ゲート４ｃとの間には容量Ｃｏｇ、フローティングディフュージョン部２とリセットゲート電極４ｃとの間には容量Ｃｒｇ、フローティングディフュージョン部２と半導体基板１との間には容量Ｃｓ、フローティングディフュージョン部２とゲート電極４とを接続する配線部（図２の導電性材料部７）には配線容量Ｃｌ、駆動トランジスタ４１には容量Ｃｍが形成されている。
【００１９】
したがって、フローティングディフュージョン部２に関する全寄生容量Ｃｆｄは、
Ｃｆｄ  ＝  Ｃｏｇ  ＋  Ｃｒｇ  ＋  Ｃｓ  ＋  Ｃｌ  ＋  Ｃｍ
となる。このＣｆｄはこれらの容量値の和であるため、上記いずれかの容量値が小さくなれば、Ｃｆｄを小さくして変換効率ηを高めることができる。
【特許文献１】特開２００２−３６８２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
前述したように、ＣＣＤなどの従来の固体撮像素子において、出力回路部に設けられた電荷−電圧変換部には、電荷−電圧変換の変換効率ηをさらに向上させることが求められている。この変換効率ηを向上させるためには、寄生容量を低くすればよく、そのためにはフローティングディフュージョン部２の表面積を小さくすることが効果的である。
【００２１】
フローティングディフュージョン部２は、半導体基板１との間のＰＮ接合ダイオードによって構成されているため、上記図４に示すような接合容量Ｃｓを有している。フローティングディフュージョン部２の面積が小さくなるほど、接合容量Ｃｓは小さくなり、上記全体の寄生容量Ｃｆｄも小さくなるからである。
【００２２】
しかしながら、フローティングディフュージョン部２の開口面積を小さくすると、コンタクトホール１０の面積も小さくする必要がある。
【００２３】
一般的に、導電性材料部７には、アルミニウムなどのような埋め込み性が悪い膜がスパッタリングにより形成されており、コンタクトホール１０の開口面積が小さくなると、コンタクトホール１０の深さ１１と長辺１０Ａ（または円形ホールの場合には径）の比率であるコンタクトアスペクト比（アスペクト比は、深さ／長辺または深さ／径）が高くなって埋め込み不良が発生し、断線などが生じるという問題がある。
【００２４】
この問題に対して、例えば特許文献１のように、導電性材料部７の材料として、アルミニウム以外のカバレージがよいタングステンなどを用いて、配線部の体積および表面積を小さくするという技術が用いられている。
【００２５】
このような従来技術のように、コンタクトホール１０の埋め込み性をよくするために導電性材料部７の材質を変更するというアプローチもあるが、コンタクトホール１０の深さ１１は変更されておらず、寄生容量を少なくするためにフローティングディフュージョン部２の面積を小さくすると、コンタクトホール１０の開口面積も小さくなってコンタクトアスペクト比は高いままである。したがって、従来の固体撮像素子の製造方法によれば、フローティングディフュージョン部２の面積を小さくすることが困難であり、出力回路部における電荷−電圧変換の変換効率ηを向上させることができないという問題があった。
【００２６】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、フローティングディフュージョン部の面積を小さくするために、コンタクトアスペクト比を低くして、出力回路における電荷−電圧変換の変換効率ηを向上させることができる固体撮像素子およびその製造方法、この製造法により作製された固体撮像素子を用いた電子情報機器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】
【００２７】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部が２次元状に配置された受光部領域と、該光電変換部からの信号電荷を電荷転送する電荷転送部と、該電荷転送部からの転送電荷を信号電圧に変換して出力する出力回路部とを備え、該出力回路部は、該半導体基板内に不純物領域によって形成され、該電荷転送部からの信号電荷を信号電圧に変換する信号電荷／信号電圧変換部と、該信号電荷／信号電圧変換部の電位を増幅出力する出力アンプ部とを有し、該信号電荷／信号電圧変換部および該半導体基板上に該第１絶縁膜を介して、該出力アンプ部を構成する駆動トランジスタの第１ゲート電極が形成され、該第１ゲート電極および該第１絶縁膜上に第２絶縁膜が形成され、該信号電荷／信号電圧変換部と該第１ゲート電極とが、該第１絶縁膜および該第２絶縁膜に形成されたコンタクトホール内に設けられた導電性材料部を介して電気的に接続されており、該導電性材料部上に層間膜が設けられているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２８】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における信号電荷／信号電圧変換部は、前記電荷転送部からの信号電荷を受け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ように為されたフローティングディフュージョン部であり、前記出力アンプ部は、該フローティングディフュージョン部の電位をインピーダンス変換して増幅出力する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における電荷転送部上に第３絶縁膜を介して第２ゲート電極が設形成され、該第２ゲート電極上に第４絶縁膜を介して遮光膜が設けられている。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における導電性材料部と前記遮光膜とは、同一材料で同一工程により形成されている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第４絶縁膜は、前記第２ゲート電極と前記遮光膜間のリーク防止用に形成されている。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第３絶縁膜は前記第１絶縁膜と同一材料で同一工程により形成され、前記第４絶縁膜は前記第２絶縁膜と同一材料で同一工程により形成されている。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第２絶縁膜の膜厚は、前記導電性材料部および前記第１ゲート電極と前記半導体基板との電気的耐圧に応じて設定されている。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層間膜は、前記半導体基板との間に所定距離を保って該層間膜上に設けられた金属層と該半導体基板間に発生する容量を抑制するように設けられている。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第１ゲート電極は、前記信号電荷／信号電圧変換部と平面視で一部重なるように形成されている。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるコンタクトホールは、前記信号電荷／信号電圧変換部から前記半導体基板へ電荷が抜けないように、平面視で該信号電荷／信号電圧変換部上から外側の半導体基板上にはみ出さないように形成されている。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるコンタクトホールは、前記信号電荷／信号電圧変換部および前記第１ゲート電極上まで形成されている。
【００３８】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部が２次元状に配置された受光部領域と、該光電変換部からの信号電荷を電荷転送する電荷転送部と、該電荷転送部からの転送電荷を信号電圧に変換して出力する出力回路部とを備え、該出力回路部に、該半導体基板内に不純物領域によって形成され、該電荷転送部からの信号電荷を信号電圧に変換する信号電荷／信号電圧変換部と、該信号電荷／信号電圧変換部の電位を増幅出力する出力アンプ部とを有した固体撮像素子の製造方法であって、該半導体基板に該信号電荷／信号電圧変換部を形成する工程と、該半導体基板上に第１絶縁膜を介して、該出力アンプ部を構成する駆動トランジスタの第１ゲート電極を形成する工程と、該第１絶縁膜および該第１ゲート電極上に該第１ゲート電極の膜厚よりも薄い第２絶縁膜を形成する工程と、該第１絶縁膜および該第２絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、該コンタクトホール内で該信号電荷／信号電圧変換部と該第１ゲート電極とを電気的に接続させるための導電性材料部を形成する工程と、該導電性材料部が形成された基板部上に層間膜を形成する工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における信号電荷／信号電圧変換部は、前記電荷転送部からの信号電荷を受け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ようにしたフローティングディフュージョン部であり、前記出力アンプ部は、該フローティングディフュージョン部の電位をインピーダンス変換して増幅出力する。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における電荷転送部上に第３絶縁膜を介して第２ゲート電極を形成し、該第２ゲート電極上に第４絶縁膜を介して遮光膜を形成する。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における導電性材料部と前記遮光膜とを、同一材料を用いて同一工程により形成する。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における第４絶縁膜を、前記第２ゲート電極と前記遮光膜間のリーク防止用に形成する。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記第３絶縁膜を前記第１絶縁膜と同一材料で同一工程により形成し、前記第４絶縁膜を前記第２絶縁膜と同一材料で同一工程により形成する。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記第２絶縁膜の膜厚を、前記導電性材料部および前記第１ゲート電極と前記半導体基板との電気的耐圧に応じて設定する。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層間膜を、前記半導体基板との間に所定距離を保って、該層間膜上に設けられた金属層と該半導体基板間の容量抑制用に形成する。
【００４６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における第１ゲート電極を、前記信号電荷／信号電圧変換部と平面視で一部重なるように形成する。
【００４７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるコンタクトホールを、前記信号電荷／信号電圧変換部から前記半導体基板へ電荷が抜けないように、平面視で該信号電荷／信号電圧変換部上から外側の半導体基板上にはみ出さないように形成する。
【００４８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるコンタクトホールを、前記信号電荷／信号電圧変換部上および前記第１ゲート電極上まで形成する。
【００４９】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５０】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００５１】
従来の固体撮像素子の製造方法においては、図２に示すように、絶縁膜５および層間膜６の形成後にコンタクトホール１０を形成して信号電荷／信号電圧変換部としてのフローティングディフュージョン部２とゲート電極４（第１ゲート電極）とを電気的に接続する導電性材料部７を形成する。このため、コンタクトホール１０の深さ１１は、ゲート絶縁膜３、絶縁膜５および厚い層間膜６との３層分である。
【００５２】
これに対して、本発明にあっては、図１に示すように、信号電荷／信号電圧変換部としてのフローティングディフュージョン部２とゲート電極４（第１ゲート電極）とを電気的に接続する導電性材料部７Ｂの形成工程を、層間膜６を形成する工程よりも前に行う。これにより、コンタクトホール１０１の深さ１１Ｂは、膜厚が薄いゲート絶縁膜３（第１絶縁膜）および絶縁膜５（第２絶縁膜）の２層分だけとなり、コンタクトアスペクト比を従来技術（図２）に比べて低くすることが可能となる。
【００５３】
このように、コンタクトアスペクト比を低くすることにより、導電性材料部７Ｂの体積を少なくして表面積を小さくすることが可能となる。これにより、導電性材料部７Ｂと半導体基板１との間で発生する容量Ｃｌを低下させることが可能となる。また、コンタクトホール１０１の深さ１１Ｂが少なくなるため、コンタクト径やコンタクト長辺１０Ｂを小さくしても埋め込み不良が生じないようにすることが可能となる。これにより、従来技術（図２）に比べてフローティングディフュージョン部２の開口面積を小さくしてフローティングディフュージョン部２と半導体基板１との間の接合容量Ｃｓを低下させることができる。
【００５４】
以上のように容量ＣｌおよびＣｓを低下させることができるため、全体の寄生容量Ｃｆｄを低下させて、出力回路部における信号電荷の電荷電圧変換効率ηを高めることができる。
【００５５】
さらに、図３に示すように、受光部領域で用いられている遮光膜２２と導電性材料部７Ａとして同一材料を用いることにより、遮光膜２２とフローティングディフュージョン部領域の配線部を同一工程で同時に形成することが可能となり、工程増加を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００５６】
以上により、本発明によれば、信号電荷／信号電圧変換部としてのフローティングディフュージョン部の面積および配線部となる導電性材料部の表面積を低減させて寄生容量ＣｓおよびＣｌを低下させることができる。これにより、信号電荷／信号電圧変換部としてのフローティングディフュージョン部に関する全容量Ｃｆｄを低下させることができるため、出力回路部における信号電荷の電荷電圧変換効率を高めることができる。
【００５７】
また、コンタクトアスペクト比が改善されるため、導電性材料の埋め込み性に支配されずにコンタクト面積を小さくすることができる。よって、従来から用いられているゲート電極の遮光膜を上記導電性材料として用いることにより、工程数増加を最小限に抑えて、出力回路部における信号電荷の電荷電圧変換効率を高めることができる。
【００５８】
さらに、層間膜の膜厚が製造上のばらつきやプロセス変更などによって変化した場合でも、コンタクトホールのアスペクト比は変化せず、導電性材料による配線を安定して形成することができる。また、コンタクトホールのアスペクト比を低くするために層間膜の厚みを薄くする必要がなく、層間膜の膜厚が信号電荷／信号電圧変換部としてのフローティングディフュージョン部によって影響されることがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
以下に、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６０】
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子におけるフローティングディフュージョン部領域の層構造を示す図であって、（ａ）はその要部縦断面図、（ｂ）はその要部平面図である。なお、上記図２〜図４の構成部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付している。
【００６１】
図１（ａ）および図１（ｂ）において、本実施形態の固体撮像素子は、半導体基板１内に信号電荷／信号電圧変換部としてのフローティングディフュージョン部２が形成され、その上に第１絶縁膜としてのゲート絶縁膜３を介して、フローティングディフュージョン部２上の一方側に第１ゲート電極としてのゲート電極４が平面視で重なるように設けられており、さらに、ゲート絶縁膜３およびゲート電極４上には第２絶縁膜としての絶縁膜５が形成されている。この絶縁膜５およびゲート絶縁膜３にはコンタクトホール１０１が設けられており、フローティングディフュージョン部２とゲート電極４との両者間が導電性材料部７Ｂによって電気的に接続されている。その上には層間膜６が設けられている。
【００６２】
また、本実施形態の固体撮像素子は、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部２１が２次元状（またはマトリクス状）に配置された受光部領域と、この光電変換部２１からの信号電荷を電荷転送する電荷転送部と、この電荷転送部からの転送電荷を信号電圧に変換して出力する出力回路部とが設けられている。
【００６３】
フローティングディフュージョン部２は、電荷転送部からの信号電荷を受け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ように為された出力回路部の信号電荷／信号電圧変換部を構成するものである。
【００６４】
ゲート電極４は、信号電荷／信号電圧変換部における出力アンプ部の駆動トランジスタのゲートを構成している。
【００６５】
一方、図３に示す受光部領域において、電荷転送部上に第３絶縁膜としてのゲート絶縁膜３を介して第２ゲート電極としてのゲート電極４ａが形成され、このゲート電極４ａ上に第４絶縁膜としての絶縁膜５を介して遮光膜２２が設けられている。この場合、導電性材料部７Ｂと遮光膜２２とは、同一材料で同一工程により形成されている。即ち、受光部領域の第３絶縁膜とフローティングディフュージョン部領域の第１絶縁膜とはゲート絶縁膜３で同じものであり、受光部領域の第４絶縁膜とフローティングディフュージョン部領域の第２絶縁膜とは絶縁膜５で同じものである。この第４絶縁膜としての絶縁膜５は、第２ゲート電極としてのゲート電極４ａと、このゲート電極４ａに光が照射されないように遮光する遮光膜２２とが電気的にリークすることを防ぐために設けられている。なお、図３に示すような受光部領域および電荷転送部については、従来技術と同様に構成することができるため、ここではその説明を省略している。
【００６６】
層間膜６は、半導体基板１との所定距離を保って層間膜６上に設けられる金属層と半導体基板１との間に所定以上の容量が発生することを極力防ぐために設けられている。
【００６７】
図１に示すような固体撮像素子のフローティングディフュージョン部領域の製造方法として、例えば以下のような製造方法を用いることができる。
【００６８】
まず、Ｎ＋不純物領域からなるフローティングディフュージョン部２が設けられた半導体基板１の表面部に、ゲート絶縁膜３を酸化などの方法によって３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の膜厚で形成し、ゲート絶縁膜３上に膜厚が３００ｎｍ程度のポリシリコン膜を全面に成膜してパターニングすることによりゲート電極４を形成する。本実施形態では、ゲート絶縁膜３を介してフローティングディフュージョン部２と一部重なるようにゲート電極４が形成されている。
【００６９】
次に、ゲート絶縁膜３およびゲート電極４上の全面に酸化膜からなる絶縁膜５を成膜し、絶縁膜５にゲート電極４上までコンタクトホール１０１をパターニングすると共に、ゲート絶縁膜３および絶縁膜５にフローティングディフュージョン部２上までコンタクトホール１０１をパターニングする。
【００７０】
本実施形態では、絶縁膜５の膜厚は、導電性材料部７Ｂと半導体基板１およびゲート電極４との電気的耐圧に耐えられるように設定されていればよく、３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の薄い膜厚に設定されている。また、このコンタクトホール１０１は、半導体基板１へフローティングディフュージョン部２から信号電荷が抜けないように、平面視でフローティングディフュージョン部２上から外側の半導体基板１上にはみ出さないように形成されている。このため、図１（ｂ）に示すように、コンタクトホール１０１は、フローティングディフュージョン部２よりも上下位置で縦方向合わせマージン１２Ｂおよび、フローティングディフュージョン部２の右側で横方向合わせマージン１３Ｂだけ小さくなるように領域設定されている。
【００７１】
アルミニュウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）およびこの合金の金属材料からなる所定の導電性材料を全面に成膜してこれを所定形状にパターニングし、これによって、フローティングディフュージョン部２とゲート電極４とを電気的に接続するための導電性材料部７Ｂを形成する。本実施形態では、薄い絶縁膜５とゲート絶縁膜３に形成された浅いコンタクトホール１０１が導電性材料によって埋め込まれ、所定形状にパターニングされたコンタクトホール１０１内の導電性材料部７Ｂにより、コンタクトホール１０１内でゲート電極４とフローティングディフュージョン部２とが電気的に接続される。なお、ここでは、この導電性材料部７Ｂは、コンタクトホール１０１内から多少外部に鍔状にはみ出して絶縁膜５上に設けられるように形成したが、導電性材料部７Ｂをコンタクトホール１０１内からできるだけはみ出さないように形成することもできる。
【００７２】
最後に、絶縁膜５および導電性材料部７上に層間膜６を形成する。層間膜６は、ＢＰＳＧなどのように熱処理により形状が変化する膜によって構成され、その膜厚は４００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲の厚い膜とする。これによって、図１に示すようなフローティングディフュージョン部領域の層構造を作製することができる。
【００７３】
このようにして作製された本実施形態のフローティングディフュージョン部領域の層構造によれば、図１に示すように、フローティングディフュージョン部２とゲート電極４とを電気的に接続する導電性材料部７Ｂが層間膜６よりも前工程にて形成されており、コンタクトホール１０１の深さ１１Ｂがゲート絶縁膜３と絶縁膜５の２層分だけとなり、図２に示す従来の固体撮像素子に比べてコンタクトホール１０１の深さ１１Ｂをより少なくできてコンタクトアスペクト比を大幅に低くすることができる。
【００７４】
コンタクトアスペクト比を低くすることにより、導電性材料部７Ｂの体積を少なくして表面積を小さくし、導電性材料部７Ｂと半導体基板１との間で発生する容量Ｃｌを低下させることが可能となる。また、コンタクトホール１０１の深さ１１Ｂが大幅に少なくなるため、コンタクト面積（辺や径）を小さくしても導電性材料部７Ｂの埋め込み不良が生じることなく、フローティングディフュージョン部２の面積を小さくしてフローティングディフュージョン部２と半導体基板１との間の接合容量Ｃｓを低下させることができる。以上のように容量ＣｌおよびＣｓを低下させることができるため、全体の寄生容量Ｃｆｄを低下させることができて、出力回路部における信号電荷の電荷電圧変換効率ηを高めることができる。単純に考えると、コンタクトホール１０１の深さ１１Ｂを従来の少なくとも１／３にでき、コンタクトホール１０１の開口面積を、３×３＝９で１／９にすることができる。よって、フローティングディフュージョン部２の面積を１／９に縮小しても、コンタクトホール１０１の開口面積を１／９できるため、フローティングディフュージョン部２の面積を小さくするために、コンタクトアスペクト比を低くし、かつ出力回路における電荷−電圧変換の変換効率ηを向上させることができる。
【００７５】
さらに、図３に示すように、受光部領域で用いられている遮光膜２２と導電性材料部７Ｂとして同一材料を用いて同一工程により加工することができる。この場合、絶縁膜５を成膜後にコンタクトホール１０１を形成し、アルミニウムやタングステンなどの遮光膜２２となる材料膜を成膜してパターニングすることにより受光部領域の遮光膜２２を形成する。このとき、フローティングディフュージョン部領域にも遮光膜２２を残し、この遮光膜２２を半導体基板１とゲート電極４とを電気的に接続するための配線部となる導電性材料部７Ｂとしても用いることにより、導電性材料部７Ｂの加工工程を削減して工程増加を抑制することができる。
【００７６】
以上により、本実施形態によれば、深さ１１Ｂがゲート絶縁膜３と絶縁膜５の２層分だけの浅いコンタクトホール１０１内に、フローティングディフュージョン部２と出力アンプ部を構成する駆動トランジスタのゲート電極４とを接続するアルミニュウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）またはこれらの合金などの金属材料からなる導電性材料部７Ｂを、層間膜６の形成前に形成するため、配線接続用のコンタクトホール１０１のアスペクト比が改善され、埋め込み性が良くなる。よって、フローティングディフュージョン部２の面積を小さくして、変換効率を向上させることができる。
【００７７】
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記実施形態の固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の固体撮像素子を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００７８】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この製造法により作製され、例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の分野において、フローティングディフュージョン部の面積および配線部となる導電性材料部の表面積を低減させて寄生容量ＣｓおよびＣｌを低下させることができる。これにより、フローティングディフュージョン部に関する全容量Ｃｆｄを低下させることができるため、出力回路部における信号電荷の電荷電圧変換効率を高めることができる。
【００８０】
また、コンタクトアスペクト比が改善されるため、導電性材料の埋め込み性に支配されずにコンタクト面積を小さくすることができる。よって、従来から用いられているゲート電極の遮光膜を上記導電性材料として用いることにより、工程数増加を最小限に抑えて、出力回路部における信号電荷の電荷電圧変換効率を高めることができる。
【００８１】
さらに、層間膜の膜厚が製造上のばらつきやプロセス変更などによって変化した場合であっても、コンタクトホールのアスペクト比は変化せず、導電性材料による配線を安定して形成することができる。また、コンタクトホールのアスペクト比を低くするために層間膜の厚みを薄くする必要がなく、層間膜の膜厚がフローティングディフュージョン部によって影響されることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子におけるフローティングディフュージョン部領域の要部構成例を示す縦断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図２】（ａ）は、従来の固体撮像素子におけるフローティングディフュージョン部領域の要部構成例を示す縦断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図３】図２の受光部領域の要部構成例を示す縦断面図である。
【図４】図２のフローティングディフュージョン部領域およびそれらの周辺部のキャパシタンスモデルを説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  半導体基板
２  フローティングディフュージョン部
３  ゲート絶縁膜
４、４ａ  ゲート電極
４ｃ  水平出力ゲート電極
４ｄ  リセットゲート電極
５  絶縁膜
６  層間膜
７，７Ｂ  導電性材料
１０１  コンタクトホール
１１Ｂ  コンタクトホールの深さ
１２Ｂ  縦方向合わせマージン
１３Ｂ  横方向合わせマージン
２１  フォトダイオード部
２２  遮光膜
３１  リセットドレイン
４１  駆動トランジスタ
【図１】
2008171898.tif 000003
【図２】
2008171898.tif 000004
【図３】
2008171898.tif 000005
【図４】
2008171898.tif 000006