JP2001111022A - 光電変換装置およびその製造方法、画像情報処理装置 - Google Patents
光電変換装置およびその製造方法、画像情報処理装置Info
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Abstract
速動作可能とする。 【解決手段】 光電変換部41とその光電変換部からの
信号を処理する周辺回路部42とが同一の半導体基板に
配設された光電変換装置において、周辺回路部を形成す
るMOSトランジスタのソース・ドレイン上とゲート電
極上には高融点金属の半導体化合物層30があり、光電
変換部の受光部となる半導体拡散層上面が絶縁層29に
接している。
Description
メラ、デジタルビデオカメラ、イメージスキャナーなど
の情報処理装置に用いられる光電変換装置とその製造方
法、および画像情報処理装置に関し、とくに受光部で発
生した電荷を読み出すための周辺回路を有する光電変換
装置とその製造方法、および画像情報処理装置に関する
ものである。
変換装置として、CCD型やMOS型の半導体装置があ
る。近来、光電変換装置の画像読み取り速度の向上が求
められており、その手段として周辺回路の高速化、種々
の周辺回路を光電変換部と同一のチップに集積するなど
が行われている。特にMOS型光電変換装置は、MOS
製造プロセスによって、光電変換部と周辺回路部を共通
の製造方法で製造できるため、両者の同一チップへの集
積化が比較的容易である。MOS型光電変換装置として
は、受光部と信号処理用のMOSトランジスタからなる
装置が、米国特許第5698844号、5861620
号、5955753号等の明細書に記載されている。
回路図である。図12において、1は受光素子としての
ダイオード、2は受光素子1で発生した電荷を転送する
ための転送用MOSトランジスタ、3は転送された電荷
をゲート電極にリセットパルスが印加されてリセット動
作を行うリセット用MOSトランジスタである。4は選
択パルスをゲート電極に印加してオンする選択用MOS
トランジスタ、5はフローティングゲートに転送された
電荷を増幅する増幅用MOSトランジスタである。信号
電荷は、トランジスタ4、5からなるソースホロワか
ら、転送パルスにより転送動作を行う転送用MOSトラ
ンジスタ8を介して、蓄積容量7に一旦蓄積され、その
後、蓄積容量7の電荷を出力MOSトランジスタ11、
アンプ9を通じて増幅された信号として出力端子10か
ら出力される。
ジスタ2、及びリセット用トランジスタ3からなる光電
変換部41の断面構造と、周辺回路部42を構成してい
るMOSトランジスタの断面構造を示している。21は
半導体基板、22は半導体基板とは異なる導電型のウエ
ル、23はLOCOSと呼ばれる選択酸化法により形成
された素子分離領域、25は受光素子1の受光部となる
半導体拡散層、38は絶縁層である。32、33はソー
ス・ドレイン、31はゲート電極である。絶縁層38に
形成されるべきコンタクトホールとその中に形成される
電極は省略して図示している。
ク回路では、高速動作を目的として、ソース・ドレイ
ン、ゲート電極に高融点金属の半導体化合物を選択的に
形成するサリサイド(セルフアラインシリサイド)構造
が使用されている。このサリサイド構造のMOSトラン
ジスタの断面を図14に示す。
エル122が形成され、ゲート131とドレイン132
とソース133が形成され、それらの上面にコバルトシ
リサイドのようなシリサイド層130が形成されてい
る。
縁保護層138を積層して、ゲート電極136、ソース
電極137、ドレイン電極135を形成してロジック回
路が生成される。
CMD素子(チャージモジュレイションデバイス)のソ
ース・ドレイン上にのみシリサイド膜を設けた固体撮像
装置が開示されている。
素子では多結晶シリコンのゲート電極を通して受光し、
その下のチャネル領域に光により生成された電荷を蓄積
するものであるため、感度の点で不十分であった。
したようなサリサイド構造をMOS型の光電変換装置に
採用すると、光電変換部のリーク電流が増大し、光電変
換特性を劣化させることがあった。
させることなく、高速動作可能な光電変換装置及びその
製造方法を提供することにある。
は、光電変換部とその光電変換部からの信号を処理する
周辺回路部とが同一の半導体基板に配設された光電変換
装置において、前記周辺回路部を形成するMOSトラン
ジスタのソース・ドレイン上とゲート電極上には高融点
金属の半導体化合物層があり、前記光電変換部の受光部
となる半導体拡散層上面が絶縁層に接していることを特
徴とする。
変換部とその光電変換部からの信号を処理する周辺回路
部とが同一の半導体基板に配設された光電変換装置の製
造方法において、前記光電変換部の受光部となる半導体
拡散層上面を半導体化合物層形成阻止層で覆う工程、前
記半導体化合物形成阻止層により覆われていないMOS
トランジスタのソース・ドレインとなる領域上とゲート
電極となる導電層上に高融点金属の半導体化合物層を形
成する工程、を含むことを特徴とする。
半導体拡散層に高融点金属の半導体化合物層が接してい
ないので、受光部におけるリーク電流を抑制できる。
OSトランジスタは、そのゲート電極、ソース、ドレイ
ンにそれぞれ高融点金属の半導体化合物層が設けられて
いるので抵抗が小さく、微細トランジスタであっても高
速動作が可能である。
て、図1、図2を用いて説明する。
はこの光電変換装置の1画素に相当する部分の回路図で
ある。ここで、光電変換部は、受光素子1と転送用MO
Sトランジスタ2とリセットMOSトランジスタ3と、
増幅用MOSトランジスタ5と選択用MOSトランジス
タ4を含んでいる。
ち受光素子1、転送用MOSトランジスタ2、リセット
用MOSトランジスタ3の断面構造と、その光電変換部
41からの信号を処理する周辺回路部42を構成するM
OSトランジスタの断面構造を示している。
線は省略されているが、配線(回路)の一例は、図2に
示すとおりである。
入射し発生した電荷(ここでは電子)は、ホトダイオー
ドのカソードに蓄積される。この電荷は転送用MOSト
ランジスタ2により増幅用MOSトランジスタのゲート
に転送されてゲート電位が変化する。選択用MOSトラ
ンジスタ4により増幅用MOSトランジスタ5のドレイ
ンに電圧が印加されると増幅用MOSトランジスタ5の
ソースから増幅された信号が読み出される。そして、信
号が読み出される直前又は読み出した後に増幅用MOS
トランジスタ5のゲートは基準電位にリセットされる。
回路の一例であり、本発明はMOS型と呼ばれる全ての
タイプの光電変換装置に用いることができる。
ジスタ2のゲート電極、13はリセット用MOSトラン
ジスタ3のゲート電極である。14は受光部となる半導
体拡散層であり、ウエル22と反対導電型の半導体から
なる。可視光における感度を良好にするために、必要に
応じて接合深さを他の拡散層より深くするとよい。15
は浮遊拡散層であり、ウエル22と反対導電型の半導体
からなる。16はリセット用の基準電圧が与えられる拡
散層である。26は、LDD(LightlyDope
d Drain)構造を提供するための低不純物濃度拡
散層であり、拡散層15、16、32、33と同じ導電
型でかつそれらよりも不純物濃度が低い。
スペーサ、29は、半導体拡散層14などの表面におい
て発生するリーク電流を抑制し、高融点金属の半導体化
合物の形成を阻止するためにも機能する絶縁膜である。
部となる半導体拡散層14と共通化されており、転送用
MOSトランジスタのドレインとリセット用MOSトラ
ンジスタのドレインは共通化されており、浮遊拡散層1
5を構成している。浮遊拡散層15は増幅用MOSトラ
ンジスタ5に不図示の電極を通して接続されており、拡
散層16も不図示のリセット用基準電圧配線に電極を通
して接続されている。
いては、31がポリシリコンなどからなるゲート電極、
32,33はソース又はドレインとなる拡散層であり、
ウエル22と反対導電型の半導体からなり、低濃度不純
物拡散層26よりも不純物濃度が高い。
り、MOSトランジスタのポリシリコン製ゲート電極3
1の上面及びソース・ドレインとなる拡散層32,33
の上面に設けられており、それらの抵抗値を低くする役
目を担っている。
体拡散層14の上面やMOSトランジスタ2、3のゲー
ト電極の上面やソース・ドレインの上面には高融点金属
の半導体化合物層は形成されておらず、これらの上面は
絶縁層29に接している。半導体拡散層14や浮遊拡散
層15の上面に低抵抗の層があるとその表面においてリ
ーク電流が発生しやすい。とくに半導体拡散層14や浮
遊拡散層15の端部、即ち素子分離領域23やゲート電
極との境界付近でPN接合が終端するところでは、リー
ク電流が起こりやすい。よって、少なくともこれらの半
導体拡散層14や浮遊拡散層15の端部には高融点金属
の半導体化合物層のような低抵抗の層を設けないように
して、酸化シリコンのような絶縁膜で端部表面を覆うこ
とが望ましい。又、受光部での光電変換効率を高めるた
めにも半導体拡散層の光入射側には高融点金属の半導体
化合物層を設けないようにする。
てゲート電極や拡散層に電気的に接続される電極を設け
る場合には、そのコンタクトホール底部においては導電
体材料の層として高融点金属やその半導体化合物の層が
形成され得る。
4にもシリサイド層14を形成した場合、その部分の抵
抗が低くなる。そうすると、半導体拡散層14の端部1
4AのPN接合がシリサイドにより短絡しリーク電流が
発生するのである。こうしたリーク電流は非常に少ない
ために通常のMOSトランジスタでは、それほど問題に
ならないが、光電変換装置においてはノイズ特に固定パ
ターンノイズとなって現れる。
拡散層14の端部14Aを絶縁層29で覆って保護す
る。このように拡散層14の端部14AのPN接合が絶
縁層に接触して保護されるので、リーク電流の発生を防
止できる。そして、サリサイドプロセスにおいて、高融
点金属との反応を防止する。この効果は本発明の全ての
実施形態に共通にいえることである。
物層を設けずに、絶縁膜で表面を覆う個所は、受光部と
なる半導体拡散層14だけであってもよい。或いは半導
体拡散層14と転送用MOSトランジスタ2のゲート電
極とソース・ドレインだけは高融点金属の半導体化合物
層を設けないようにしてもよい。更には、リセット用M
OSトランジスタ3、増幅用MOSトランジスタ5、選
択用MOSトランジスタ4のうち少なくともいずれか一
種と受光部となる半導体拡散領域14には高融点金属の
半導体化合物層を設けないようにしてもよい。
に、受光部となる半導体拡散層14を増幅用MOSトラ
ンジスタ5のゲートに直結する回路の場合には、半導体
拡散層14には高融点金属の半導体化合物層を設けず、
増幅用、リセット用、選択用の各MOSトランジスタに
は高融点金属の半導体化合物層を設けることができる。
或いは、半導体拡散層14とリセット用MOSトランジ
スタのソース又はドレインを共通にする場合には、その
共通の層のみ高融点金属の半導体化合物層を設けないよ
うにすることもできる。
のホトダイオードと1つの転送用MOSトランジスタの
みからなる回路構成の場合には、受光部となる半導体拡
散層のみ高融点金属の半導体化合物層を設けないように
するか、転送用MOSトランジスタにも高融点金属の半
導体化合物層を設けないようにする。
成は多種類に及ぶが、いずれにしても、少なくとも受光
部となる半導体拡散層には高融点金属の半導体化合物層
を設けない。そして、半導体拡散層以外のゲート電極や
ソース・ドレインは必要に応じて高融点金属の半導体化
合物層を設けるか否かを選択する。
部を配列する場合には、後述する実施形態の一つのよう
にこの光電変換部全体には高融点金属の半導体化合物層
を設けず、光電変換部外の周辺回路のMOSトランジス
タのみ高融点金属の半導体化合物層を設けると良い。
金属の半導体化合物層を設けないようにするには、高融
点金属の半導体化合物形成阻止層の端部の位置あわせを
高精度に行わねばならない。そこで、後述する別の実施
形態のように半導体化合物形成阻止層の端部が、受光素
子に隣接するゲート電極上に配置されるように端部を位
置決めするとよい。
シフトレジスタ、ノイズ除去回路、増幅器、サンプル&
ホールド回路、ADコンバータ、タイミングジェネレー
タ、プログラマブルゲインアンプ、対数圧縮回路などが
必要に応じて適宜組合わされてワンチップ化される。よ
って、これらを構成するMOSトランジスタに高融点金
属の半導体化合物層を設け、動作速度を高めるとよい。
ワンチップ化する場合には、これらを構成するMOSト
ランジスタにも高融点金属の半導体化合物層を設ける。
作製されたnMOSトランジスタとpMOSトランジス
タを用いて構成されることが、好ましく、それぞれLD
D構造のMOSトランジスタであることが望ましい。
金属などとも呼ばれるものであり、チタン、ニッケル、
コバルト、タングステン、モリブデン、タンタル、クロ
ム、パラジウム、プラチナからなる群から選択される少
なくとも一種、あるいはそれを主成分とする合金であ
る。
合物層は、チタンシリサイド、ニッケルシリサイド、コ
バルトシリサイド、タングステンシリサイド、モリブデ
ンシリサイド、タンタルシリサイド、クロムシリサイ
ド、パラジウムシリサイド、プラチナシリサイドからな
る群から選択される少なくとも一種からなる。あるいは
上述した合金の珪化物であってもよい。
しては、ノンドープの酸化シリコンや、リン及び/又は
ボロンがドープされた酸化シリコンが好ましくもちいら
れるが、その他に窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸
化アルミニウム、酸化タンタルなどの絶縁体を用いるこ
ともできる。
光の反射成分を抑制するために、この絶縁層に反射防止
膜としての機能を持たせても良い。具体的には、後述す
るように、酸化シリコンからなる絶縁層の上に、窒化シ
リコン又は窒化酸化シリコンなどの屈折率の大きな絶縁
層を積層するとよい。
合物形成阻止するために、高融点金属の堆積前に、半導
体拡散層の上面などに、ノンドープの酸化シリコンや、
リン及び/又はボロンがドープされた酸化シリコン、窒
化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸
化タンタルなどの絶縁体を形成し、下地の半導体を保護
する。この絶縁体は、上移した拡散層を覆う絶縁層とし
て残してもよいし、高融点金属の半導体化合物を形成し
た後に除去してもよい。
純物濃度は1×1016cm-3から1×1018cm-3,接合深
さは0.2μmから0.5μm、本発明に用いられる低不
純物濃度のソース・ドレイン拡散層26の不純物濃度は
1×1017cm-3から1×10 19cm-3,接合深さは0.0
5μmから0.3μm、本発明に用いられる高不純物濃度
のソース・ドレイン拡散層15、16、32、33の不
純物濃度は1×1019cm-3から1×1021cm-3,接合深
さは0.1μmから0.5μm,から選択するとよい。
る光電変換装置の製造方法について図4(a)〜図4
(e)を参照して説明する。
などの半導体基板21上にp型ウエル22とn型ウエル
(図示せず)を形成し、選択酸化法などにより、素子分
離領域23を形成する。尚、図4(a)〜図4(e)で
は光電変換部41と周辺回路部42を、隣接させて描い
ている。
コンゲート電極12、13、31を形成した後、N型不
純物を導入して受光部を構成するフォトダイオードの半
導体拡散層14を形成する。ゲート電極をマスクにした
イオン注入によりN型不純物を導入し、ゲート電極側面
に自己整合した低不純物濃度のソース・ドレイン拡散層
26を形成する。そして酸化シリコンなどの絶縁体を堆
積し、その絶縁体をエッチバックする。こうして、ゲー
ト電極12、13、31の側壁にサイドスペーサ27を
形成する。そして、ゲート電極とサイドスペーサをイオ
ン注入用のマスクにしてN型不純物を導入し、サイドス
ペーサ側面に自己整合した高不純物濃度のソース・ドレ
イン拡散層15、16、32、33を形成する。こうし
て図4(b)に示したような構造が得られる。
D法などにより酸化シリコン膜のような高融点金属の半
導体化合物形成阻止層29を成膜し、光電変換部41に
のみその層を残し、選択的に周辺回路部41の阻止層2
9を除去する。
な高融点金属(不図示)とTiNのような高融点金属の
酸化防止層(不図示)を連続成膜する。これらの膜を熱
処理することでMOSトランジスタのゲート電極やソー
ス・ドレインを構成しているシリコンと高融点金属とを
反応(シリサイド化)させ高融点金属の半導体化合物層
を形成する。続いて、阻止層29の上などに残った高融
点金属の未反応層(不図示)と、高融点金属の酸化防止
層を酸溶液に浸して除去し、再び熱処理を行う。こうし
て図4(d)に示すように、コバルトシリサイドのよう
な高融点金属の半導体化合物層30を形成する。
クトホールを形成して、その中に電極37を形成する。
また、配線39を形成する。こうして図4(e)に示す
構造がえられる。光電変換部41のゲート電極や拡散層
は、コンタクトホール底部を除いて、絶縁膜で覆われて
保護されている。
も、上述した材料を用いることが可能であり、シリサイ
ド化については、例えば特開平7−335890号公報
などに記載されている。また、酸化防止層も必要に応じ
て形成すれば良いものである。
た例について説明したが、CMOSプロセスで光電変換
装置を作製する場合には、導電型を変えれば同じように
pMOSトランジスタを作ることができる。
電変換素子部41においては高融点金属のシリサイド層
が存在せず、周辺回路部42においてはMOSトランジ
スタのソース・ドレインとゲート電極上に高融点金属の
シリサイド層が形成されるために、各領域の抵抗を小さ
くでき、周辺回路部42で高速の回路動作が可能とな
る。また、光電変換部41では、リーク電流の増大が無
く、光電変換特性の劣化はない。
MOS型光電変換装置において、各光電変換部41の信
号電荷を転送する転送用MOSのゲート電極上を境に、
受光部14上以外の個所に、サリサイド構造を採用する
ものである。これにより、受光部となる半導体拡散層に
隣接するゲート電極の上面の少なくとも一部が絶縁層に
接することになる。換言すると受光部に隣接するゲート
電極の上面に高融点金属の半導体化合物層の端部が配置
されることになる。
ダイオードの半導体拡散層14上のみ、高融点金属がな
く光電変換部41の転送用MOSトランジスタ2のドレ
イン15、リセット用MOSトランジスタ3、ソースホ
ロワを構成する増幅用MOSトランジスタ、選択用MO
Sトランジスタ(図上奥行き方向に形成されている)を
サリサイド構造にすることにより、第1実施例と比較
し、光電変換部の各MOSの動作速度をアップさせ、よ
り高速な動作を実現することを目的とする。
説明する。
同様にしてウエル22、素子分離領域23、ゲート電極
12、13、31、半導体拡散層14、低不純物濃度の
ソースドレイン拡散層26,高不純物濃度のソースドレ
イン拡散層15、28、32、33を形成する。
同様に阻止層29を成膜し、転送用MOSトランジスタ
2のゲート電極12上に端部29Aが配置されるよう
に、半導体拡散層14上を除き、選択的に阻止層29を
除去する。
り、高融点金属、酸化防止層を連続成膜し、熱処理を行
うことでシリサイド化する。阻止層29の上部や素子分
離領域の上部などにある高融点金属の未反応層と酸化防
止層を酸溶液に浸し除去し、再び熱処理を行う。こうし
て図5(c)に示すように、高融点金属の半導体化合物
層30を形成する。
同様にして阻止層29を残した状態で、層間絶縁層38
を成膜し、コンタクトホールを開けて、電極37を形成
し、配線39を形成する。
電変換素子部41の受光部上においては高融点金属のシ
リサイド層が存在せず、光電変換部41の転送用MOS
トランジスタ2とリセット用MOSトランジスタ3とソ
ースフォロワとなる増幅用MOSトランジスタ5と選択
用MOSトランジスタ4および周辺回路部42のMOS
トランジスタのソース・ドレインとゲート電極上に高融
点金属のシリサイド層が形成される。そのために各領域
の抵抗を小さくでき、高速の回路動作が可能となる。ま
た、光電変換部41ではリーク電流の増大は小さく、光
電変換特性の大きな劣化はない。
MOS型光電変換装置において、高融点金属のシリサイ
ド層を形成しない領域を作るための阻止層をゲート電極
の側壁に形成されるサイドスペーサと共用するものであ
る。
る。光電変換部41および周辺回路部42のMOSトラ
ンジスタ製造方法のうち、図6(a)に示すように、ウ
エル22、素子分離23、ゲート電極12、13、3
1、半導体拡散層14、低不純物濃度のソース・ドレイ
ン拡散層26形成までは、第1実施例と同じである。
4の上面に半導体化合物形成阻止層及びサイドスペーサ
となる膜57を形成する。具体的には、CVD法などに
より、酸化シリコンのような膜57を成膜し、半導体拡
散層14上のみホトレジストから形成されたエッチング
マスク(不図示)57で覆い、他の部分に露出している
部分のみ反応性イオンエッチングで除去し、エッチング
マスクを除去する。こうして、半導体拡散層14上は膜
57が残り、他の部分はゲート電極の側壁にのみ膜57
が残る。
26の領域にサイドスペーサをマスクとした自己整合プ
ロセスにより、選択的に高不純物濃度のソース・ドレイ
ン拡散層15、28、32、33を形成する。次に、第
1の実施例と同様に、スパッタなどにより、高融点金属
層と酸化防止層を連続成膜し、熱処理を行うことでシリ
サイド化させる。膜57上に残った未反応層と酸化防止
層を酸溶液に浸して除去し、再び熱処理を行い、シリサ
イド層30を形成する。層間絶縁膜38を成膜し、コン
タクトホールを開け、電極37と配線38を形成するこ
うして、図6(c)に示す構造が得られる。
ン拡散層を形成した後、シリサイド層を形成したが、シ
リサイド層30を形成した後、イオン注入を行い高不純
物濃度のソース・ドレイン拡散層を形成してもよい。
部分の保護膜をゲート電極の側壁に形成するサイドスペ
ーサと共用するため、製造コストを低く抑えることがで
きる。
光電変換装置の断面を示す。
導体化合物形成阻止層としても機能した絶縁層29の上
に、可視光における屈折率が大きい絶縁層59を設けた
点と、半導体拡散層14にのみ実質的に光が入射するよ
うに、開口部56を有する遮光膜58を設けた点にあ
る。
範囲から選択し、絶縁層59の厚さは7nm〜120n
mの範囲から選択すると反射防止の効果があり,さら
に,絶縁層29の厚さを100nm〜300nmの範囲
から選択し、絶縁層59の厚さを50nm〜120nm
の範囲から選択すればなおよい。
最適な厚さは、絶縁層29として酸化シリコン(屈折率
1.46)を選択し、絶縁層59として窒化シリコン
(屈折率2.00)を選択した場合、それぞれ154n
mと57nmである。波長550nmの緑色光に対して
最適な厚さは、絶縁層29として酸化シリコンを選択
し、絶縁層59として窒化シリコンを選択した場合、そ
れぞれ188nmと69nmである。波長650nmの
赤色光に対して最適な厚さは、絶縁層29として酸化シ
リコンを選択し、絶縁層59として窒化シリコンを選択
した場合、それぞれ223nmと81nmである。
(屈折率1.65)を選択した場合の最適膜厚は、青、
緑、赤色に対して、それぞれ68nm、84nm,99
nmとなる。
る。
シリコンからなる絶縁層29の厚さを188nmとし、
窒化シリコンからなる絶縁層59の厚さを69nmとし
た場合、反射率は約6%となるのに対して、窒化シリコ
ンからなる絶縁層59を設けなかった場合には27%に
増えてしまう。
電圧供給用の配線や、アースラインのような低基準電圧
供給用の配線と兼用されていてもよいし、別途独立に設
けてもよいし、場合によっては設けなくてもよい。
受光部とその近傍の断面構造を示している。ここでは、
光入射により発生した電荷を蓄積するN型の半導体拡散
層14と絶縁層29の間に、P型の半導体拡散層22A
を設けて、絶縁層と半導体の界面の欠陥に因る暗電流を
防止するとともに、PN接合をN型半導体拡散層14の
上下に設けて蓄積容量を大きくした埋め込みホトダイオ
ード構造を提供している。
るP型の半導体拡散層22Aの表面が絶縁層29で覆わ
れていて、シリサイドのような高融点金属の半導体化合
物層は形成されていない。
金属が堆積されシリサイド反応を生じると、リーク電流
が増えるばかりか、表面の薄いP型半導体拡散層22A
のPN接合を破壊したりする恐れもある。よって、この
ような埋め込みダイオード構造の受光部を持つ光電変換
装置において、受光部に高融点金属の半導体化合物を形
成しないことが極めて有効である。
を参照して、本実施例による光電変換装置の製造方法を
説明する。
形成した後、選択酸化法により素子分離領域23を形成
する。そして、ゲート絶縁膜を形成した後、ゲート電極
となる多結晶シリコンなどの導電体を堆積してパターニ
ングする。
トから形成されたマスク(不図示)で覆い、N型の不純
物をイオン注入して、N型の半導体拡散層14を形成す
る。この場合、図9(a)に示すように、基板表面の法
線方向に対して30度傾斜した向きにイオン打ち込みを
行うことによりPN接合がゲート電極の下に配置される
ようにイオンを打ち込むとよい。傾斜角度は30度に限
定されることはなく10度〜60度の範囲から適宜選択
できる。
〜10度、図9(a)の矢印とは逆に傾斜した向きにP
型の不純物のイオン打ち込みを行いP型の半導体拡散層
22Aを形成する。こうするとゲート電極12下のN型
半導体拡散層14の端部から離れた位置にP型半導体拡
散層22Aの端部を配置することができる。
となる拡散層26を形成するために、受光部となる領域
をマスクして、N型不純物を注入する。この場合には、
基板表面の法線方向に対して10度〜60度傾斜した方
向から、基板を面内回転させつつイオン打ち込みを行
い、MOSトランジスタの向きによらず、ゲート電極下
に低不純物濃度ソース・ドレインの端部が配されるよう
にする。又、同様にpMOS用の低不純物濃度ソース・
ドレイン(不図示)を形成する。
どの絶縁体を堆積させたのち、反応性イオンエッチング
などによりその絶縁体をエッチバックして、ゲート電極
12、13、31の側面にサイドスペーサ27を形成す
る。そして、光電変換部をホトレジストから形成された
イオン打ち込み用のマスク(不図示)とサイドスペーサ
とをマスクにしてN型不純物のイオン打ち込みを行いサ
イドスペーサに整合した高不純物濃度のソース・ドレイ
ン拡散層15、28、32、33を形成する。又、同様
にpMOS用の高不純物濃度ソース・ドレイン(不図
示)を形成する。こうして図9(b)に示す構造が得ら
れる。
の半導体化合物形成阻止層29、59として酸化シリコ
ンなどの低屈折率の絶縁層と窒化シリコンや窒化酸化シ
リコンなどの高屈折率の絶縁層を形成する。これらの絶
縁層を残す場合には、これらが反射防止膜として機能す
るようにそれぞれの膜厚を定める。そして、高融点金属
の半導体化合物を形成すべきソース・ドレイン及びゲー
ト電極を含む領域の絶縁層29、59をエッチングによ
り除去して、半導体拡散層32、33の表面とゲート電
極31の表面を露出させる。こうして図9(c)に示す
構造が得られる。
り、Coなど上述した高融点金属層と、TiNのような
高融点金属窒化物の酸化防止層とを順次形成する。半導
体化合物反応を生ずるに十分な温度で熱処理を行い、高
融点金属の少なくとも下面側の部分を半導体と反応させ
て高融点金属の半導体化合物層30を形成する。硫酸と
過酸化水素水の混合溶液などのエッチャントを用いて未
反応の高融点金属層と酸化防止層とを除去する。こうし
て図9(d)に示したように自己整合的に高融点金属の
半導体化合物層30を形成することができる。
た後、必要に応じてCMP(機械化学研磨)やリフロー
により表面を平坦化する。そして、層間絶縁膜38に反
応性イオンエッチングによりコンタクトホールを開け
る。CVDやスパッタリングにより、チタンと窒化チタ
ンのようなバリアメタル61をコンタクトホールの底面
と側面に形成した後、アルミニウム、銅、タングステン
などの金属或いはそれらのうち一種を主成分とする合金
からなる導電体をCVD、スパッタリング、メッキなど
の方法により形成しコンタクトホール内に電極61とな
る導電体を埋め込む。必要に応じて層間絶縁膜38の上
面より上方にあるバリアメタルや導電体をエッチングや
CMPにより除去する。再びバリアメタル62を形成
し、又、アルミニウム、銅、タングステンなどの金属或
いはそれらのうち一種を主成分とする合金からなる導電
体をCVD、スパッタリング、メッキなどの方法により
堆積しパターニングして配線62を形成する。こうして
図9(e)に示す構造が得られる。
光電変換装置の断面構造を示している。
となるN型拡散層14にはオーミックコンタクト用の高
不純物濃度層が設けられ、これとバリアメタル61を介
してコンタクトホール内の電極63に接続されている。
転送用MOSトランジスタ2のソース・ドレイン15と
ゲート電極12の上面には高融点金属の半導体化合物層
30が設けられている。半導体拡散層14のコンタクト
ホール部分は電極63と配線64により実質的に遮光さ
れており、その部分を除くN型の半導体拡散層14の表
面及びP型の半導体拡散層22Aの表面は酸化シリコン
などの層間絶縁膜38により覆われている。ここでは高
融点金属の半導体化合物層30形成の際に用いた半導体
化合物形成阻止層(不図示)は、その後の工程で除去し
た後に層間絶縁膜38を形成している。
用のものを図示したが、リセット用のMOSもこの図示
したトランジスタと同じように構成できる。
ソードをMOSトランジスタのゲート12に接続すれ
ば、図示されているトランジスタを増幅用MOSトラン
ジスタとして用いることもできる。
上、P型とN型を入れ替え、且つ電位の関係を逆にして
も構成できることは明らかである。
列に並べたリニアセンサとして用いることもできるし、
2次元行列状に並べたエリアセンサとして用いることも
できる。
示す。ここでは光電変換部41として2行2列の画素の
み示しているが、実用上は、例えば10万〜1000万
画素が配列される。42Aは読み出し画素の選択用シフ
トレジスタや、リセット用画素の選択用シフトレジスタ
などの行選択回路で構成される周辺回路、42Bは、水
平シフトレジスタやサンプル&ホールド回路や低電流源
を含む信号読み出し回路などで構成される周辺回路であ
る。このような光電変換装置の場合、ウエハ上の光電変
換部41にあたる領域に半導体化合物形成阻止層を設け
てから、サイリサイドプロセスを施し、周辺回路部を4
2A、42BのMOSトランジスタに半導体化合物層を
形成するとよい。
メラ又はデジタルビデオカメラなどの画像情報処理装置
を示しており、71は光電変換装置に被写体の像を結像
する光学レンズ、72は以上説明した光電変換装置、7
3はMPUを含む制御回路であり光電変換装置72から
出力された画像信号を信号処理して記憶媒体75に記憶
させる制御を行う。74は画像情報などを記憶媒体75
に書き込む書き込み回路である。記録媒体75としては
周知の半導体メモリー、磁気記録媒体、光記録媒体、光
磁気記録媒体などを用いることができる。
ある。
した受光部の断面図、(b)は高融点金属の半導体化合
物の層がない受光部の構成を示す模式的断面図である。
光電変換装置の製造方法を説明するための模式的断面図
である。
る光電変換装置の製造方法を説明するための模式的断面
図である。
係わる光電変換装置の製造方法を説明するための模式的
断面図である。
式的断面図である。
の模式的断面図である。
係わる光電変換装置の製造方法を説明する模式的断面図
である。
置の模式的断面図である。
ある。
図である。
装置の構成を示す模式図である。
Claims (44)
- 【請求項1】 光電変換部とその光電変換部からの信号
を処理する周辺回路部とが同一の半導体基板に配設され
た光電変換装置において、 前記周辺回路部を形成するMOSトランジスタのソース
・ドレイン上とゲート電極上には高融点金属の半導体化
合物層があり、 前記光電変換部の受光部となる半導体拡散層上面が絶縁
層に接していることを特徴とする光電変換装置。 - 【請求項2】 前記受光部に隣接するゲート電極の上面
の少なくとも一部が絶縁層に接していることを特徴とす
る請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項3】 前記受光部に隣接する前記ゲート電極の
上面に前記高融点金属の半導体化合物層の端部が配置さ
れている請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項4】 前記半導体拡散層の端部が前記絶縁層に
接している請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項5】 前記半導体拡散層は、光電変換された電
荷を蓄積する第1導電型の半導体層を含む請求項1記載
の光電変換装置。 - 【請求項6】 前記半導体拡散層は、光電変換された電
荷を蓄積する第1導電型の半導体層と前記絶縁膜との間
に配された第2導電型の半導体層を含む請求項1記載の
光電変換装置。 - 【請求項7】 前記半導体拡散層は、光電変換された電
荷を蓄積する第1導電型の半導体層を含み、前記第1導
電型の半導体層の不純物濃度は前記MOSトランジスタ
のソース・ドレインの不純物濃度より低いことを特徴と
する請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項8】 前記MOSトランジスタのソース・ドレ
インは、互いに不純物濃度の異なる少なくとも2つの領
域を有しており、そのうち不純物濃度の高い領域上にの
み前記高融点金属の半導体化合物層が形成されている請
求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項9】 前記光電変換部は、増幅用MOSトラン
ジスタ、リセット用MOSトランジスタ、選択用MOS
トランジスタのうち少なくとも一種を含む請求項1記載
の光電変換装置。 - 【請求項10】 前記光電変換部は、転送用MOSトラ
ンジスタを含み、前記転送用MOSトランジスタのゲー
ト電極の少なくとも一部とソース・ドレインのうち一方
には前記高融点金属の半導体化合物層が設けられている
請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項11】 前記光電変換部は、増幅用MOSトラ
ンジスタ、リセット用MOSトランジスタ及び選択用M
OSトランジスタを含み、これらのMOSトランジスタ
のゲート電極とソース・ドレインには前記高融点金属の
半導体化合物層が設けられている請求項1記載の光電変
換装置。 - 【請求項12】 前記光電変換部は、増幅用MOSトラ
ンジスタ、リセット用MOSトランジスタ及び選択用M
OSトランジスタを含み、これらのMOSトランジスタ
のゲート電極とソース・ドレインには前記高融点金属の
半導体化合物層が設けられており、 前記光電変換部は、更に転送用MOSトランジスタを含
み、前記転送用MOSトランジスタのゲート電極の少な
くとも一部とソース・ドレインのうち一方には前記高融
点金属の半導体化合物層が設けられている請求項1記載
の光電変換装置。 - 【請求項13】 前記絶縁層は、半導体化合物形成阻止
層である請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項14】 前記絶縁層は、反射防止膜である請求
項1記載の光電変換装置。 - 【請求項15】 前記絶縁層は、互いに屈折率の異なる
複数の層からなる請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項16】 前記絶縁層は、ノンドープの酸化シリ
コンからなる請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項17】 前記絶縁層は、ボロンとリンのうち少
なくとも一種がドープされた酸化シリコンからなる請求
項1記載の光電変換装置。 - 【請求項18】 前記絶縁層は、酸化シリコンと、窒化
シリコン又は窒化酸化シリコンの積層体からなる請求項
1記載の光電変換装置。 - 【請求項19】 前記光電変換装置は、遮光層を有して
おり、前記遮光層により遮光された全てのMOSトラン
ジスタのゲート電極、ソース・ドレインに前記高融点金
属の半導体化合物層が設けられている請求項1記載の光
電変換装置。 - 【請求項20】 前記光電変換部は、前記半導体拡散層
から転送された電荷を受容する浮遊拡散層を有してお
り、前記浮遊拡散層の上面は、コンタクトホール底部を
除いて、絶縁層に接している請求項1記載の光電変換装
置。 - 【請求項21】 前記光電変換部は、増幅用MOSトラ
ンジスタ、リセット用MOSトランジスタ及び選択用M
OSトランジスタを含み、これらのMOSトランジスタ
のゲート電極上面とソース・ドレイン上面は、コンタク
トホール底部を除いて、絶縁層に接している請求項1記
載の光電変換装置。 - 【請求項22】 前記光電変換部は、増幅用MOSトラ
ンジスタ、リセット用MOSトランジスタ及び選択用M
OSトランジスタを含み、これらのMOSトランジスタ
のゲート電極上面とソース・ドレイン上面は、コンタク
トホール底部を除いて、絶縁層に接しており、 前記光電変換部は、更に、前記半導体拡散層から転送さ
れた電荷を受容する浮遊拡散層を有し、前記浮遊拡散層
の上面は、コンタクトホール底部を除いて、絶縁層に接
している請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項23】 前記光電変換部は、2次元行列状に配
置されている請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項24】 前記2次元行列状に配置された前記光
電変換部にあるMOSトランジスタのゲート電極とソー
ス・ドレインの上面は、コンタクトホール底部を除い
て、絶縁層に接している請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項25】 前記2次元行列状に配置された前記光
電変換部は、共通の半導体化合物形成阻止層で覆われて
いる請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項26】 前記周辺回路部は、シフトレジスタを
含む請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項27】 前記周辺回路部は、ADコンバータを
含む請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項28】 前記高融点金属の半導体化合物層は、
チタンシリサイド、ニッケルシリサイド、コバルトシリ
サイド、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイ
ド、タンタルシリサイド、クロムシリサイド、パラジウ
ムシリサイド、プラチナシリサイドからなる群から選択
される少なくとも一種からなる請求項1記載の光電変換
装置。 - 【請求項29】 前記半導体拡散層は、光電変換された
電荷を蓄積する第1導電型の半導体層を含み、前記第1
導電型の半導体層の接合深さは、MOSトランジスタの
ソース・ドレインの接合深さより深いことを特徴とする
請求項1記載の光電変換装置。 - 【請求項30】 前記光電変換部のMOSトランジスタ
のソース・ドレインは、互いに不純物濃度の異なる少な
くとも2つの領域を有しており、且つそのうち不純物濃
度の高い領域のコンタクトホール底部を除く部分には、
前記高融点金属の半導体化合物層が形成されておらず、 前記周辺回路部のMOSトランジスタは、互いに不純物
濃度の異なる少なくとも2つの領域を有しており、且つ
そのうち不純物濃度の高い領域上に前記高融点金属の半
導体化合物層が形成されている請求項1記載の光電変換
装置。 - 【請求項31】 請求項1記載の光電変換装置を製造す
るための製造方法において、 前記光電変換部の受光部となる半導体拡散層の上面を半
導体化合物形成阻止層で覆う工程、 前記半導体化合物形成阻止層により覆われていないMO
Sトランジスタのソース・ドレインとなる領域上とゲー
ト電極となる導電層上に高融点金属の半導体化合物層を
形成する工程、 を含む光電変換装置の製造方法。 - 【請求項32】 光電変換部とその光電変換部からの信
号を処理する周辺回路部とが同一の半導体基板に配設さ
れた光電変換装置の製造方法において、 前記光電変換部の受光部となる半導体拡散層上面を半導
体化合物形成阻止層で覆う工程、 前記半導体化合物形成阻止層により覆われていないMO
Sトランジスタのソース・ドレインとなる領域上とゲー
ト電極となる導電層上に高融点金属の半導体化合物層を
形成する工程、 を含む光電変換装置の製造方法。 - 【請求項33】 前記半導体化合物形成阻止層で覆われ
ていないゲート電極となる導電層と、ソース・ドレイン
となる領域の上面に高融点金属を堆積する工程、 前記高融点金属を熱処理する工程、 未反応の前記高融点金属を除去する工程、 を含む請求項32記載の光電変換装置の製造方法。 - 【請求項34】 前記半導体化合物形成阻止層の端部
を、前記半導体拡散層に隣接するゲート電極となる導電
層の上面に配置する請求項32記載の光電変換装置の製
造方法。 - 【請求項35】 2次元行列状に配された前記光電変換
部を、共通の前記半導体化合物形成阻止層で覆う請求項
32記載の光電変換装置の製造方法。 - 【請求項36】 前記半導体化合物形成阻止層を覆うよ
うに絶縁膜を形成する工程、 を含む請求項32記載の光電変換装置の製造方法。 - 【請求項37】 前記半導体化合物形成阻止層を覆うよ
うに絶縁膜を形成する工程、前記半導体化合物形成阻止
層と前記絶縁膜とを貫通するコンタクトホールを形成す
る工程、前記コンタクトホールに導電体を充填する工
程、を含む請求項32記載の光電変換装置の製造方法。 - 【請求項38】 前記半導体化合物形成阻止層を除去し
た後、前記半導体拡散層を覆うように絶縁膜を形成する
工程、 を含む請求項32記載の光電変換装置の製造方法。 - 【請求項39】 前記半導体化合物形成阻止層の上に、
前記半導体化合物形成阻止層とは屈折率の異なる層を設
ける工程、を含む請求項32記載の光電変換装置の製造
方法。 - 【請求項40】 前記半導体化合物形成阻止層とは屈折
率の異なる層は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンで
ある請求項39記載の光電変換装置の製造方法。 - 【請求項41】 前記半導体拡散層の端部を覆うように
前記半導体化合物層形成阻止層を設ける請求項32記載
の光電変換装置の製造方法。 - 【請求項42】 前記半導体基体にウエルと素子分離領
域を形成する工程、 MOSトランジスタのゲート電極となるポリシリコン層
を形成する工程、 前記半導体拡散層を形成する工程、 前記MOSトランジスタのソース・ドレインとなる低不
純物濃度領域を形成する工程、 前記ポリシリコン層の側壁にサイドスペーサを形成する
工程、 前記低不純物濃度領域内に高不純物濃度領域を形成する
工程、 前記半導体基体上に酸化シリコン膜を形成する工程、 前記半導体拡散層上の前記酸化シリコン膜を残して、前
記ポリシリコン層上及び前記高不純物濃度領域上の前記
酸化シリコン膜を除去する工程、 高融点金属と高融点金属の酸化防止層を堆積する工程、 熱処理工程、 前記高融点金属の未反応層と前記酸化防止層を除去する
工程、を含む請求項32記載の光電変換装置の製造方
法。 - 【請求項43】 請求項1記載の光電変換装置と、該光
電変換装置から出力された画像信号を信号処理して記憶
媒体に記憶させる回路と、を有する画像情報処理装置。 - 【請求項44】 前記画像情報処理装置は、デジタルス
チルカメラ又はデジタルビデオカメラである請求項43
記載の画像情報処理装置。
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