(57)【要約】【課題】フローティングディフュージョンアンプを形成した半導体基板に不純物拡散層が形成されることを防止することで、アンプの電荷検出感度の低下を防止できる電荷転送素子用アンプ及び固体撮像素子を提供する。【解決手段】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２２と、フローティングディフュージョン部２２の電位変化に応じた信号を出力する増幅回路と、を備え、フローティングディフュージョン部２２が、増幅回路に含まれる１つのトランジスタのゲート電極２４に、拡散防止膜３４を介して接続されている。【選択図】図４
2009088263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の電位変化に応じた信号を出力する増幅回路と、を備え、
前記フローティングディフュージョン部が、前記増幅回路に含まれる１つのトランジスタのゲート電極に、拡散防止膜を介して接続されていることを特徴とする電荷転送素子用出力アンプ。
【請求項２】
前記増幅回路が、ソースフォロア回路であることを特徴とする請求項１に記載の電荷転送素子用出力アンプ。
【請求項３】
前記ゲート電極がポリシリコンで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電荷転送素子用出力アンプ。
【請求項４】
前記拡散防止膜が、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムのいずれかであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電荷転送素子用出力アンプ。
【請求項５】
入射光に応じて信号電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部と、
前記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の電位変化に応じた信号を出力する増幅回路と、を備えた固体撮像素子であって、
前記フローティングディフュージョン部が、前記増幅回路に含まれる１つのトランジスタのゲート電極に、拡散防止膜を介して接続されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項６】
前記増幅回路が、ソースフォロア回路であることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記ゲート電極がポリシリコンで構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記拡散防止膜が、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムのいずれかであることを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷転送素子用出力アンプ及び固体撮像素子に関し、特に、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電荷転送素子用出力アンプ及び固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子は、フォトダイオードなどの光電変換部で生成された信号電荷を電荷転送部によって転送し、出力アンプで電圧に変換して信号処理部に出力する構成を備えている。電荷転送部によって転送された信号電荷は、一旦、フローティングディフュージョン部に蓄積され、該フローティングディフュージョン部に接続されたソースフォロア回路によって増幅されている。一般的に、ソースフォロア回路は、複数段のトランジスタを備え、初段のトランジスタに設けられたポリシリコン等のゲート電極が、フローティングディフュージョン部を構成するＰＮ接合の半導体基板表面のシリコン層（Ｎ＋型領域）に直接接続されている。
従来、フローティングディフュージョンアンプを備えた撮像素子としては、例えば、下記特許文献に示すものがある。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６７４０９１５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、フローティングディフージョン部のシリコン層において、ソースフォロア回路のゲート電極が接触する領域では、該ゲート電極を構成するポリシリコンからのリンが拡散し、シリコン層にリン拡散層が形成されてしまう。すると、リン拡散層と半導体基板との間のＰＮ接合の空乏層の容量が増大することに起因してアンプの電荷検出感度を低下させてしまう点で改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、フローティングディフュージョンアンプを形成した半導体基板に不純物拡散層が形成されることを防止することで、アンプの電荷検出感度の低下を防止できる撮像素子用アンプ及び固体撮像素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）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の電位変化に応じた信号を出力する増幅回路と、を備え、
前記フローティングディフュージョン部が、前記増幅回路に含まれる１つのトランジスタのゲート電極に、拡散防止膜を介して接続されていることを特徴とする電荷転送素子用出力アンプ。
（２）前記増幅回路が、ソースフォロア回路であることを特徴とする上記（１）に記載の電荷転送素子用出力アンプ。
（３）前記ゲート電極がポリシリコンで構成されていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の電荷転送素子用出力アンプ。
（４）前記拡散防止膜が、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムのいずれかであることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の電荷転送素子用出力アンプ。
（５）入射光に応じて信号電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部と、
前記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の電位変化に応じた信号を出力する増幅回路と、を備えた固体撮像素子であって、
前記フローティングディフュージョン部が、前記増幅回路に含まれる１つのトランジスタのゲート電極に、拡散防止膜を介して接続されていることを特徴とする固体撮像素子。
（６）前記増幅回路が、ソースフォロア回路であることを特徴とする上記（５）に記載の固体撮像素子。
（７）前記ゲート電極がポリシリコンで構成されていることを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の固体撮像素子。
（８）前記拡散防止膜が、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムのいずれかであることを特徴とする上記（５）から（７）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【０００７】
本発明にかかる電荷転送素子用出力アンプ及び固体撮像素子は、フローティングディフュージョン部と、増幅回路のトランジスタのゲート電極との間に拡散防止膜が形成されている。すると、ゲート電極を構成するポリシリコンからのリンが拡散し、シリコン層にリン拡散層が形成されてしまうことを防止できる。このため、フローティングディフュージョン部が形成された半導体基板において空乏層の容量が増大してしまうことがないため、電荷検出感度が低下することを防止できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フローティングディフュージョンアンプを形成した半導体基板に不純物拡散層が形成されることを防止することで、アンプの電荷検出感度の低下を防止できる電荷転送素子用出力アンプ及び固体撮像素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。本実施形態では、固体撮像素子に用いられる出力アンプを例に説明する。しかし、本発明の電荷転送素子用出力アンプは、固体撮像素子の出力アンプに限定されず、電荷をアンプで増幅して出力する構成であれば他の撮像素子や半導体素子の出力アンプに適用することができる。
【００１０】
図１は、本実施形態の固体撮像素子１０の概略的な構成を説明する図である。固体撮像素子１０は、シリコン等からなる半導体基板上に、フォトダイオードなどからなる複数の光電変換部ＰＤが行方向及び列方向に配置されている。光電変換部ＰＤは、駆動時に受光した入射光を光電変換することで信号電荷を生成する。光電変換部ＰＤの列同士の間には、該列方向に延びた垂直電荷転送部１２がそれぞれ形成されている。垂直電荷転送部１２はそれぞれ、駆動時に光電変換部ＰＤから読み出された信号電荷を垂直方向に転送する。各垂直電荷転送部１２の最終の転送段が、行方向に延びた水平電荷転送部１４に接続されている。水平電荷転送部１４は、各垂直電荷転送部１２の最終の転送段から転送された信号電荷を行方向に転送させることで出力アンプ２０に転送する。
【００１１】
図２は、出力アンプ２０の構成を説明する平面図である。
出力アンプ２０は、水平電荷転送部１４の最終の転送段に接続された電荷蓄積領域１６と、電荷蓄積領域１６に接続されたフローティングディフュージョン部（以下、ＦＤ部ともいう。）２２と、ＦＤ部２２の電位をリセットするためのリセットゲート３２とを備えている。なお、水平電荷転送部１４の最終の転送段と電荷蓄積領域１６との間に、ポテンシャルを変化させることで電荷蓄積領域１６に信号電荷を蓄積させることができるバリア領域を形成してもよい。
【００１２】
出力アンプ２０は、ＦＤ部２２の電位変化を検出して、それに応じた信号を出力する多段接続されたソースフォロア回路を備えている。ソースフォロア回路の構成については後述する。本実施形態において、ソースフォロア回路は増幅回路として機能する。
【００１３】
図２に示すように、ＦＤ部２２には、ソースフォロア回路の初段のＭＯＳトランジスタに設けられたポリシリコンからなるゲート電極２４が接続されている。また、ＭＯＳトランジスタは、ゲート電極２４と、ソース領域２６、ドレイン領域２８とによって構成されている。
【００１４】
図３は、ソースフォロア回路の構成を示す図である。
第１段目のソースフォロワ回路は、エンハンスメント型の駆動トランジスタ１とデプレッション型の負荷トランジスタ２とから構成される。駆動トランジスタ１は、そのゲートがＦＤ部２２に接続され、そのソースが負荷トランジスタ２のドレインに接続される。負荷トランジスタ２は、そのゲート及びソースが接地される。
【００１５】
第２段目のソースフォロワ回路は、エンハンスメント型の駆動トランジスタ３とデプレッション型の負荷トランジスタ４とから構成される。駆動トランジスタ３は、そのゲートが駆動トランジスタ１のソースと負荷トランジスタ２のドレイン間に接続され、そのソースが負荷トランジスタ４のドレインに接続される。負荷トランジスタ４は、そのゲート及びソースが接地される。
【００１６】
第３段目のソースフォロワ回路は、エンハンスメント型の駆動トランジスタ５とデプレッション型の負荷トランジスタ６とから構成される。駆動トランジスタ５は、そのゲートが駆動トランジスタ３のソースと負荷トランジスタ４のドレイン間に接続され、そのソースが負荷トランジスタ６のドレインに接続される。負荷トランジスタ６は、そのゲート及びソースが接地される。
【００１７】
上述した回路が形成されていない半導体基板表面には、駆動トランジスタ３のゲート電極下のゲート絶縁膜にトラップされるホットキャリアをトンネリングによって引き抜くためのソース領域（図示せず）が設けられており、このソース領域にソース電圧Ｖｓｓ２が印加可能になっている。
【００１８】
このように構成された固体撮像素子用出力アンプでは、ＦＤ部２２の電位変化が第１〜第３のソースフォロワ回路によって検出され、その変化に応じた信号が端子ＯＳから出力される。なお、ソースフォロワ回路は上記構成のものに限定されない。
【００１９】
図４は、ソースフォロア回路のトランジスタのゲート電極と、フローティングディフュージョン部とが接触する部位を示す断面図である。シリコン等からなる半導体基板の表面にＰウェル層４２が形成され、Ｐウェル層４２にＰＮ接合のＮ＋型の不純物領域からなるＦＤ部２２が形成されている。
【００２０】
また、半導体基板のＰウェル層４２の表面には、ソースフォロア回路の初段のＭＯＳトランジスタのソース領域２６とドレイン領域２８とを分離するためのフィールド酸化膜４４が形成されている。
【００２１】
フィールド酸化膜４４の上には、拡散防止膜３４が形成され、拡散防止膜３４上に、ソースフォロア回路の初段のＭＯＳトランジスタのゲート電極２４が形成されている。ゲート電極２４は、ＦＤ部２２に拡散防止膜３４に接続され、ここで、拡散防止膜３４が少なくとも、ゲート電極２４とＦＤ部２２との間に形成されていればよい。本実施形態において、拡散防止膜３４は、ゲート電極２４を構成するポリシリコンにドーピングされたリンがＦＤ部２２のＮ＋型領域に拡散することを防止する機能を有する。
【００２２】
拡散防止膜３４としては、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）を用いることができる。
【００２３】
拡散防止膜３４によって半導体基板にリンが拡散することを防止することで、リン拡散層が形成されることに起因して寄生容量が大きなることを防止でき、出力アンプ２０の電荷検出感度の低下を防止することができる。
【００２４】
拡散防止膜３４は、ＲＦスパッタ（高周波スパッタ）、又は、マグネトロンスパッタによって形成することができる。
【００２５】
拡散防止膜３４上に形成するポリシリコンは、ＬＰＣＶＤによるポリシリコン、アモルファスシリコン、又は、スパッタによるアモルファスシリコンとすることができる。ポリシリコンの成膜時又は成膜後に、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）のうちいずれかの不純物をドーピングすることで形成してもよい。
【００２６】
上記構成の電荷転送素子用出力アンプによれば、ＦＤ部２２と、ソースフォロア回路のトランジスタのゲート電極２４との間に拡散防止膜３４が形成されているため、ゲート電極２４を構成するポリシリコンからのリンが拡散し、シリコン層にリン拡散層が形成されてしまうことを防止できる。このため、ＦＤ部２２が形成された半導体基板に空乏層の容量が増大してしまうことがないため、電荷検出感度が低下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】固体撮像素子の概略的な構成を説明する図である。
【図２】出力アンプの構成を説明する平面図である。
【図３】ソースフォロア回路の構成を示す図である。
【図４】ソースフォロア回路のトランジスタのゲート電極と、フローティングディフュージョン部とが接触する部位を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    固体撮像素子
２０    出力アンプ部
２２    フローティングディフュージョン部
２４    ゲート電極
２６    ソース領域
２８    ドレイン領域
３４    拡散防止膜
【図１】
2009088263.tif 000003
【図２】
2009088263.tif 000004
【図３】
2009088263.tif 000005
【図４】
2009088263.tif 000006