JP2012104664A - Semiconductor device and manufacturing method therefor, solid state image sensor, electronic information apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】従来のようにトランジスタゲート面積を大きくすることなく、より簡単な製造工程で、トランジスタのソース側ゲート端のイオン注入ダメージにより発生するソース側ゲート端付近の欠陥を低減することにより、ランダムノイズを効果的に低減する。
【解決手段】ドレイン側のLDD領域のN型拡散層11だけがゲート電極6の他方端の下に潜り込んで、ドレイン側のLDD領域のN型拡散層11がゲート電極6と平面視でオーバラップし、ソース側のLDD領域のN型拡散層12はゲート電極6の一方端の下に潜り込まず、ソース側のLDD領域のN型拡散層12がゲート電極6と平面視でオーバラップしておらず、ソース側のLDD領域のN型拡散層12がゲート電極6の一方端と離間して形成されている。
【選択図】図1Randomization is achieved by reducing defects near a source side gate end caused by ion implantation damage on a source side gate end of a transistor by a simpler manufacturing process without increasing the transistor gate area as in the prior art. Effectively reduce noise.
Only the N-type diffusion layer 11 in the drain-side LDD region sinks under the other end of the gate electrode 6, and the N-type diffusion layer 11 in the drain-side LDD region overlaps the gate electrode 6 in plan view. However, the N-type diffusion layer 12 in the LDD region on the source side does not sink under one end of the gate electrode 6, and the N-type diffusion layer 12 in the LDD region on the source side overlaps the gate electrode 6 in plan view. In other words, the N-type diffusion layer 12 in the LDD region on the source side is formed apart from one end of the gate electrode 6.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、一または複数のMOSトランジスタを有する増幅回路からなる半導体装置およびその製造方法、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が設けられ、各受光部からの信号電荷に対応した電位を該増幅回路にて各画素毎の撮像信号として増幅するCMOS型イメージセンサなどの固体撮像素子、この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、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。 The present invention provides a semiconductor device including an amplifier circuit having one or a plurality of MOS transistors, a method for manufacturing the same, a plurality of light receiving units that photoelectrically convert image light from a subject, and a signal charge from each light receiving unit. A solid-state imaging device such as a CMOS image sensor that amplifies the potential corresponding to the pixel as an imaging signal for each pixel by the amplifier circuit, for example, a digital video camera and a digital still using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit The present invention relates to an electronic information device such as a digital camera such as a camera, an image input camera such as a surveillance camera, a scanner device, a facsimile device, a television telephone device, and a mobile phone device with a camera.
この種の従来の固体撮像素子としてのCMOS型イメージセンサは、画素毎に初段の増幅トランジスタを有しており、そのトランジスタ構成について、特許文献1の図8および図9、特許文献2の図10を用いて詳細に説明する。
A CMOS image sensor as this type of conventional solid-state imaging device has an initial stage amplification transistor for each pixel, and the transistor configuration is shown in FIGS. 8 and 9 of
図8は、特許文献1に開示されている従来の固体撮像素子における4TRの画素構成図であり、(a)は、その平面レイアウトを示し、(b)は、(a)のA−A線断面の構造を示している。
FIG. 8 is a pixel configuration diagram of 4TR in the conventional solid-state imaging device disclosed in
図8(a)および図8(b)に示すように、従来の固体撮像素子100において、半導体基板101の表面の所定領域には、フォトダイオードPDを構成する縦長の略長方形形状のN−型拡散領域102が形成されている。このN−型拡散領域102は、平面視で長方形の1つの角部を切り落とした形状となっており、この角部を切り落とした部分に略直角二等辺三角形形状を有する転送トランジスタTtrのゲート電極(転送ゲート電極)Tgが配置されている。
As shown in FIGS. 8A and 8B, in the conventional solid-
また、転送トランジスタTtrのゲート電極(転送ゲート電極)Tgの略長方形形状の拡散領域102の反対側には、リセットトランジスタRtrを構成する帯状拡散領域103が配置されている。この帯状拡散領域103の中央部分にはリセットトランジスタRtrのゲート電極Rgが配置されている。また、この帯状拡散領域103の一端側(紙面下側)部分103aが、N−型拡散領域102の側辺傾斜部102aに近接するよう配置されている。また、上記転送ゲート電極Tgの一端には、このゲート電極に転送信号TXを印加するための転送ゲート選択線GsがコンタクトホールCgsを介して接続されている。
Further, on the opposite side of the substantially
ここで、リセットトランジスタRtrを構成する拡散領域103は、P型半導体基板101上に選択的に形成されたN型拡散領域であり、その一端側部分は、フォトダイオードPDから読み出された信号電荷を蓄積するフォローティングディフュージョン領域(FD領域)103aを構成している。また、上記N型拡散領域102とN型拡散領域103との間には、P−型拡散領域104が形成されており、このP−型拡散領域104は、上記転送トランジスタTtrのチャネル領域となっており、その上には、ゲート絶縁膜104aを介して、N型ポリシリコンからなる転送ゲートTgが配置されている。
Here, the
また、半導体基板101上には、紙面縦方向に延びる帯状のN型拡散領域105は、リセットトランジスタRtrを構成する帯状のN型拡散領域103と対向するように平行に配置されている。このN型拡散領域105の一端側(紙面下側)部分上には、ゲート絶縁膜105aを介して、上記増幅トランジスタAtrを構成する、N型ポリシリコンからなるゲート電極Agが配置されている。このN型拡散領域105の他端側(紙面上側)部分上には、上記選択トランジスタStrを構成するゲート電極Sgが配置されている。
On the semiconductor substrate 101, a strip-shaped N-
FD領域103aとN型拡散領域105との間には酸化膜の素子分離領域Rcが設けられている。また、FD領域103aと増幅トランジスタAtrのゲート電極Agとはメタル配線Mwにより電気的に接続されており、メタル配線Mwの一端はコンタクトホールCf1を介してFD領域103aに接続され、メタル配線Mwの他端はコンタクトホールCf2を介してゲート電極Agに接続されている。
An oxide isolation region Rc is provided between the
この場合、増幅トランジスタAtrを構成するソースフォロワトランジスタのゲート電極Agにおけるゲート面積が、リセットトランジスタRtrおよび選択トランジスタStrのゲート面積よりも相対的に大きくなるように構成されている。これによって、ソースフォロワトランジスタに発生するランダムノイズの影響を低減して高画質な画像を得ることができる。 In this case, the gate area at the gate electrode Ag of the source follower transistor constituting the amplification transistor Atr is configured to be relatively larger than the gate areas of the reset transistor Rtr and the selection transistor Str. Thereby, it is possible to reduce the influence of random noise generated in the source follower transistor and obtain a high-quality image.
図9は、図8の増幅トランジスタAtrを構成するソースフォロワトランジスタの構成例を示す縦断面図であり、(a)はチャネルストップ領域がある場合の縦断面図、(b)はチャネルストップ領域がない場合の縦断面図である。 FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a source follower transistor constituting the amplification transistor Atr in FIG. 8, (a) is a longitudinal sectional view when there is a channel stop region, and (b) is a channel stop region. FIG.
図9(a)に示すように、ソースフォロワトランジスタ110Aにおいて、半導体基板110上にPウェル層111が設けられ、Pウェル層111上にゲート絶縁膜112を介してゲート電極113が設けられている。ゲート電極113の両側面には各サイドウォールが形成され、各サイドウォールの両側の半導体基板110には、ソース・ドレイン領域としてのN型拡散層114,115がそれぞれ形成されている。N型拡散層114,115の内側で各サイドウォール直下にそれぞれN型拡散層114a,115aがそれぞれ形成されてLDD領域が構成されている。さらに、これらのN型拡散層114,114aを覆うようにP型チャネルストップ領域116が設けられていると共に、N型拡散層115,115aを覆うようにP型チャネルストップ領域117が設けられている。
As shown in FIG. 9A, in the
図9(b)では、ソースフォロワトランジスタ110Bにおいて、図9(a)のP型チャネルストップ領域116、117がない場合を示している。いずれにせよ、N型拡散層114,115の内側で各サイドウォール直下のN型拡散層114a,115aの長さX,Yは互いに等しく、ゲート電極113に対するN型拡散層114,115の位置および、型拡散層114a,115aの位置も左右対称である。
FIG. 9B shows a case where the source follower transistor 110B does not have the P-type
トランジスタの断面構造において、ソース側とドレイン側とで左右非対称の事例を図10に示している。 FIG. 10 shows an example of left-right asymmetry between the source side and the drain side in the cross-sectional structure of the transistor.
図10は、特許文献2に開示されている左右非対称の事例を示す従来のトランジスタの縦断面図である。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a conventional transistor showing a left-right asymmetric case disclosed in
図10に示すように、従来のトランジスタ200において、半導体基板201上にチャネル領域202が形成され、チャネル領域202上にゲート絶縁膜203を介してゲート電極204が形成されている。
As shown in FIG. 10, in a
ゲート電極204のソース側の上記半導体基板201には、エクステンション領域205が形成されている。ゲート電極204のソース側の上記半導体基板201には、エクステンション領域205を介してソース領域206が形成されている。
An
また、上記ゲート電極204のドレイン側の上記半導体基板201には、LDD領域207が形成されている。ゲート電極204のドレイン側の上記半導体基板201には、LDD領域207を介してドレイン領域208が形成されている。このエクステンション領域205の濃度は、LDD領域207よりも高く、エクステンション領域205はLDD領域207よりも浅く形成されている。
An LDD
さらに、非特許文献1では、トランジスタのゲート電極直下の半導体基板表面の欠陥(一時的に電子を捕獲したり放出したりする部位)がゲート端部付近に存在する場合、電流方向によって欠陥がランダムノイズに影響しにくくなることが開示されている。
Further, in
しかしながら、特許文献1に開示されている上記従来の構成では、ソースフォロワトランジスタに発生するランダムノイズの影響を低減するために、ソースフォロワトランジスタのゲート面積が他のトランジスタのゲート面積に比べて相対的に大きくしているが、これによって、高画素化の要請に対して画素面積縮小が困難となる。特に、ゲート幅Wの寸法がフォトダイオード配置により制限される場合に、ゲート面積を大きくしようとすると、ゲート長を大きくとる必要があり、これによって、ソースフォロワトランジスタの能力が低下する。
However, in the conventional configuration disclosed in
また、特許文献2に開示されている上記従来の構成では、ソース側とドレイン側とで左右非対称の事例を示しているだけであって、相互コンダクタンスの低下を抑制してトランジスタを高性能化することを目的としており、上記特許文献1のようにランダムノイズの影響を低減するものとは全く異なっている。また、このエクステンション領域205の濃度は、LDD領域207よりも高く、エクステンション領域205はLDD領域207よりも浅く形成されている。これを製造する場合に、不純物イオン注入濃度をコントロールするために、エクステンション領域205とLDD領域207とは別工程で、フォトリソ工程と不純物イオン注入工程を行う必要があって、その製造工程が増加して複雑になっている。
In addition, the above-described conventional configuration disclosed in
さらに、非特許文献1では、トランジスタのゲート電極直下の半導体基板表面の欠陥(一時的に電子を捕獲したり放出したりする部位)が、ゲート端部付近に存在する場合、電流方向によって欠陥がランダムノイズに影響しにくくなることが開示されているだけであって、ソース側ゲート端付近の欠陥だけを意図的に低減することにより、ランダムノイズを効果的に低減することができることまでは何らの記載も示唆も全く為されていません。
Further, in Non-Patent
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、従来のようにトランジスタゲート面積を大きくすることなく、より簡単な製造工程で、トランジスタのソース側ゲート端のイオン注入ダメージにより発生するソース側ゲート端付近の欠陥を低減することにより、ランダムノイズを効果的に低減することができる半導体装置およびその製造方法、この半導体装置を増幅トランジスタとして適用した固体撮像素子、この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カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and does not increase the transistor gate area as in the prior art, and the source side gate generated by ion implantation damage at the source side gate end of the transistor in a simpler manufacturing process. Semiconductor device capable of effectively reducing random noise by reducing defects near the edge and manufacturing method thereof, solid-state imaging device using this semiconductor device as an amplification transistor, and using this solid-state imaging device as an image input device An object of the present invention is to provide an electronic information device such as a camera-equipped mobile phone device used in an imaging unit.
本発明の半導体装置は、ゲート電極の一方端側とソース領域の間にソース側のLDD領域が配設され、該ゲート電極の他方端側とドレイン領域の間にドレイン側のLDD領域が配設され、該ソース側のLDD領域および該ドレイン側のLDD領域のうちの該ドレイン側のLDD領域だけが該ゲート電極の他方端の下に潜り込んで該ゲート電極と該ドレイン側のLDD領域が平面視でオーバラップしているものであり、そのことにより上記目的が達成される。 In the semiconductor device of the present invention, a source side LDD region is disposed between one end side of the gate electrode and the source region, and a drain side LDD region is disposed between the other end side of the gate electrode and the drain region. Of the LDD region on the source side and the LDD region on the drain side, only the LDD region on the drain side goes under the other end of the gate electrode, so that the LDD region on the gate electrode and the drain side is viewed in plan view. The above-mentioned purpose is achieved by this.
また、好ましくは、本発明の半導体装置において、前記ソース側のLDD領域が前記ゲート電極の一方端の下に潜り込まず、該ゲート電極の一方端と該ソース側のLDD領域が平面視でオーバラップしていない。 Preferably, in the semiconductor device of the present invention, the source-side LDD region does not sink under one end of the gate electrode, and the one end of the gate electrode and the LDD region on the source side overlap in plan view. Not done.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置において、前記ソース側のLDD領域が前記ドレイン側のLDD領域よりもゲート長方向に短く形成されている。 Further preferably, in the semiconductor device of the present invention, the source-side LDD region is formed shorter in the gate length direction than the drain-side LDD region.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置において、前記ソース側のLDD領域が平面視で前記ゲート電極の一方端と離間して形成されている。 Further preferably, in the semiconductor device of the present invention, the source-side LDD region is formed apart from one end of the gate electrode in plan view.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置において、前記ソース側と前記ドレイン側のうちの少なくとも該ドレイン側にチャネルストップ領域が形成されており、該ソース側のチャネルストップ領域および該ドレイン側のチャネルストップ領域のうちの該ドレイン側のチャネルストップ領域だけが該ゲート電極の他方端の下に潜り込んで該ゲート電極と該ドレイン側のチャネルストップ領域が平面視でオーバラップしている。 Further preferably, in the semiconductor device of the present invention, a channel stop region is formed on at least the drain side of the source side and the drain side, and the channel stop region on the source side and the channel stop on the drain side are formed. Only the drain-side channel stop region of the region sinks under the other end of the gate electrode, and the gate electrode and the drain-side channel stop region overlap in plan view.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置において、前記ソース側のチャネルストップ領域が前記ゲート電極の一方端の下に潜り込まず、該ゲート電極と該ソース側のチャネルストップ領域が平面視でオーバラップしていない。 Further preferably, in the semiconductor device of the present invention, the source-side channel stop region does not sink under one end of the gate electrode, and the gate electrode and the source-side channel stop region overlap in plan view. Not.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置において、前記ソース側のチャネルストップ領域が平面視で前記ゲート電極の一方端と離間して形成されている。 Further preferably, in the semiconductor device of the present invention, the source-side channel stop region is formed apart from one end of the gate electrode in plan view.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置において、前記ソース側のチャネルストップ領域が前記ドレイン側のチャネルストップ領域よりもゲート長方向に短く形成されている。 Further preferably, in the semiconductor device of the present invention, the source-side channel stop region is formed shorter in the gate length direction than the drain-side channel stop region.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置は増幅トランジスタを構成するソースフォロワトランジスタである。 Further preferably, the semiconductor device of the present invention is a source follower transistor constituting an amplification transistor.
本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が行方向および列方向にマトリクス状に設けられ、該複数の受光部からの各信号電荷を各画素毎の撮像信号として増幅する増幅トランジスタが設けられ、本発明の上記半導体装置を該増幅トランジスタとして用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 In the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of light receiving units that photoelectrically convert incident light to provide an image are provided in a matrix in the row direction and the column direction, and each signal charge from the plurality of light receiving units is imaged for each pixel. An amplification transistor for amplifying as a signal is provided, and the semiconductor device of the present invention is used as the amplification transistor, thereby achieving the object.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子はCMOS型固体撮像素子またはCCD型固体撮像素子である。 Preferably, the solid-state imaging device of the present invention is a CMOS solid-state imaging device or a CCD solid-state imaging device.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における各画素はそれぞれ、前記複数の受光部のそれぞれに隣接して、該受光部からの信号電荷を電荷電圧変換部に電荷転送する電荷転送トランジスタと、該電荷転送トランジスタにより該電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて前記増幅トランジスタにより増幅されて該各画素毎の撮像信号として読み出す信号読出回路とを有する。 Furthermore, preferably, each pixel in the solid-state imaging device of the present invention is adjacent to each of the plurality of light receiving units, and a charge transfer transistor that transfers a signal charge from the light receiving unit to a charge voltage conversion unit, A signal readout circuit that converts the voltage of the signal charge transferred to the charge-voltage conversion unit by the charge transfer transistor, amplifies the signal by the amplification transistor according to the converted voltage, and reads out the image pickup signal for each pixel; .
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記列方向の複数の受光部毎に、該複数の受光部から読み出した各信号電荷を垂直方向に電荷転送する複数の垂直電荷転送部と、該複数の垂直電荷転送部により電荷転送された各信号電荷を水平方向に電荷転送する水平電荷転送部と、該水平電荷転送部から電荷転送された各信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて前記増幅トランジスタにより増幅されて前記各画素毎の撮像信号として信号出力される信号出力部とを有する。 Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, for each of the plurality of light receiving units in the column direction, a plurality of vertical charge transfer units that transfer the signal charges read from the plurality of light receiving units in the vertical direction; A horizontal charge transfer unit that horizontally transfers each signal charge transferred by the plurality of vertical charge transfer units, and each signal charge that has been transferred from the horizontal charge transfer unit is voltage-converted, and the converted voltage is converted into the converted voltage. And a signal output unit that is amplified by the amplification transistor and output as an imaging signal for each pixel.
本発明の半導体装置の製造方法は、本発明の上記半導体装置を製造する方法であって、ゲート電極の形成後に、該ゲート電極のドレイン側にチルト角θ1を有し、該ゲート電極のソース側に該ゲート電極によるシャドーイングが発生する該チルト角θ1でLDD領域のイオン注入を行って、該ソース側のLDD領域を該ドレイン側のLDD領域よりもゲート長方向に短く形成するLDD領域形成工程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。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing the above-described semiconductor device according to the present invention, which has a tilt angle θ1 on the drain side of the gate electrode after the formation of the gate electrode, and the source side of the gate electrode. LDD region forming step of forming an LDD region on the source side shorter in the gate length direction than the LDD region on the drain side by performing ion implantation of the LDD region at the tilt angle θ1 at which shadowing by the gate electrode occurs This achieves the above object.
また、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法におけるチルト角θ1は、前記ドレイン側に4〜10度の傾きである。 Preferably, the tilt angle θ1 in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is an inclination of 4 to 10 degrees toward the drain side.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法におけるLDD領域形成工程の後に、前記ゲート電極のドレイン側にチルト角θ2を有し、該ゲート電極のソース側に該ゲート電極によるシャドーイングが発生する該チルト角θ2でチャネルストップ領域のイオン注入を行って、該ドレイン側および該ソース側のうちの少なくとも該ドレイン側に該チャネルストップ領域を形成するチャネルストップ領域形成工程を有する。 Further preferably, after the LDD region forming step in the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the gate electrode has a tilt angle θ2 on the drain side, and shadowing by the gate electrode occurs on the source side of the gate electrode. A channel stop region forming step of performing ion implantation of the channel stop region at the tilt angle θ2 to form the channel stop region on at least the drain side of the drain side and the source side.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法におけるチルト角θ2は前記チルト角θ1よりも大きい傾きである。 More preferably, the tilt angle θ2 in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is larger than the tilt angle θ1.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法におけるチルト角θ2は、前記ドレイン側に10〜60度の傾きである。 More preferably, the tilt angle θ2 in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is an inclination of 10 to 60 degrees toward the drain side.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法におけるLDD領域形成工程の前に、半導体基板上にイオン注入してウェル層を形成するウェル層形成工程と、該ウェル層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを有する。 Further preferably, before the LDD region forming step in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a well layer forming step of forming a well layer by ion implantation on the semiconductor substrate, and a gate insulating film on the well layer And a gate electrode forming step of forming a gate electrode through the gate electrode.
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法において、前記LDD領域形成工程または前記チャネルストップ領域形成工程の後に、前記ゲート電極のゲート長方向の両側面にサイドウォールをそれぞれ形成するサイドウォール形成工程と、該サイドウォールが形成されたゲート電極の両側に、イオン注入を行ってドレイン領域およびソース領域を形成するソース・ドレイン形成工程とを有する。 Further preferably, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the LDD region forming step or the channel stop region forming step, the side wall is formed on each side surface of the gate electrode in the gate length direction. And a source / drain formation step of forming a drain region and a source region by performing ion implantation on both sides of the gate electrode on which the sidewall is formed.
本発明の電子情報機器は、本発明の上記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ものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The electronic information device of the present invention uses the solid-state imaging device of the present invention as an image input device in an imaging unit, and thereby achieves the above object.
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。 With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.
本発明においては、ゲート電極の一方端側とソース領域の間にソース側のLDD領域が配設され、ゲート電極の他方端側とドレイン領域の間にドレイン側のLDD領域が配設され、ドレイン側のLDD領域だけがゲート電極の他方端の下に潜り込んでゲート電極とドレイン側のLDD領域が平面視でオーバラップしている。 In the present invention, a source-side LDD region is disposed between one end side of the gate electrode and the source region, and a drain-side LDD region is disposed between the other end side of the gate electrode and the drain region. Only the LDD region on the side sinks under the other end of the gate electrode, and the LDD region on the drain side overlaps with the gate electrode.
これによって、ドレイン側のLDD領域だけがゲート電極の他方端の下に潜り込んでゲート電極とドレイン側のLDD領域が平面視でオーバラップし、ソース側のLDD領域はゲート電極の一方端の下に潜り込まず、ゲート電極とソース側のLDD領域が平面視でオーバラップしていないことから、イオン注入方向に角度が付いているためゲート電極が影になって、ソース領域側のゲート電極の端部にイオン注入が為されておらず、ソース領域側のゲート電極の端部のイオン注入ダメージが抑制されて欠陥も抑制され、したがって、従来のようにトランジスタゲート面積を大きくすることなく、簡単な製造工程で、トランジスタのソース側ゲート端のイオン注入ダメージにより発生するソース側ゲート端付近の欠陥を意図的に低減することにより、ランダムノイズを効果的に低減することが可能となる。 As a result, only the drain-side LDD region sinks under the other end of the gate electrode, the gate electrode and the drain-side LDD region overlap in plan view, and the source-side LDD region is under one end of the gate electrode. Since the gate electrode and the LDD region on the source side do not overlap in plan view, the gate electrode is shaded because of an angle in the ion implantation direction, and the end portion of the gate electrode on the source region side In this case, the ion implantation damage at the end of the gate electrode on the source region side is suppressed and defects are also suppressed, so that the manufacturing process can be simplified without increasing the transistor gate area as in the prior art. In the process, defects in the vicinity of the source-side gate end caused by ion implantation damage at the source-side gate end of the transistor are intentionally reduced. Ri, it is possible to reduce random noise effectively.
以上により、本発明によれば、ドレイン側のLDD領域だけがゲート電極の他方端の下に潜り込んで、ドレイン側のLDD領域がゲート電極と平面視でオーバラップし、ソース側のLDD領域はゲート電極の一方端の下に潜り込まず、ソース側のLDD領域がゲート電極と平面視でオーバラップしておらず、ソース側のLDD領域がゲート電極の一方端と離間して形成されているため、従来のようにトランジスタゲート面積を大きくすることなく、簡単な製造工程で、トランジスタのソース側ゲート端のイオン注入ダメージにより発生するソース側ゲート端付近の欠陥を意図的に低減することにより、ランダムノイズを効果的に低減することができる。 As described above, according to the present invention, only the drain-side LDD region sinks under the other end of the gate electrode, the drain-side LDD region overlaps the gate electrode in plan view, and the source-side LDD region Since the source side LDD region does not overlap with the gate electrode in plan view, and the source side LDD region is formed apart from the one end of the gate electrode. Random noise can be achieved by deliberately reducing defects near the source side gate end caused by ion implantation damage on the source side gate end of the transistor without increasing the transistor gate area as in the past. Can be effectively reduced.
以下に、本発明の半導体装置およびその製造方法の実施形態1、2として、MOSトランジスタおよびその製造方法について説明すると共に、このMOSトランジスタを信号出力用の増幅トランジスタとして用いた固体撮像素子について説明し、この固体撮像素子の実施形態1または2を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態3について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
In the following, as
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1のCMOS型固体撮像素子におけるソースフォロワトランジスタの縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a source follower transistor in a CMOS type solid-state imaging device according to
図1に示すように、本実施形態1のCMOS型固体撮像素子1における増幅トランジスタを構成するソースフォロワトランジスタ2において、N型半導体基板3上にPウェル層4が設けられ、Pウェル層4上にゲート絶縁膜5を介してゲート電極6が設けられている。ゲート電極6のチャネル長方向の両側面には各サイドウォール7,8が形成されており、各サイドウォール7、8の両側のPウェル層4の表面部にはそれぞれ、ドレイン領域としてのN型拡散層9が形成されていると共に、ソース領域としてのN型拡散層10が形成されている。N型拡散層9、10間の内側で各サイドウォール7、8の各直下にそれぞれN型拡散層11、12がそれぞれ形成されて各LDD領域が構成されている。
As shown in FIG. 1, in the
本実施形態1のソースフォロワトランジスタ2の特徴構成として、ドレイン領域側のLDD領域のN型拡散層11はゲート電極6の直下に潜り込んでいる(オーバラップしている)が、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12はゲート電極6の直下に潜り込んでおらず(オーバラップしておらず)、オフセット状態となっている。即ち、ドレイン側のLDD領域のN型拡散層11だけがゲート電極6の他方端の下に潜り込んで、ドレイン側のLDD領域のN型拡散層11がゲート電極6と平面視でオーバラップし、ソース側のLDD領域のN型拡散層12はゲート電極6の一方端の下に潜り込まず、ソース側のLDD領域のN型拡散層12がゲート電極6と平面視でオーバラップしておらず、ソース側のLDD領域のN型拡散層12がゲート電極6の一方端と離間して形成されている。
As a characteristic configuration of the
また、ドレイン側のLDD領域のN型拡散層11のLDD幅(X)と、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12のLDD幅(Y)との関係が、ゲート長方向のドレイン領域側の幅(X)>ソース領域側の幅(Y)となっている。
Further, the relationship between the LDD width (X) of the N-
本実施形態1の特徴構成による作用効果について説明する。ランダムノイズの発生原因となる、ゲート電極6下部の半導体基板3のPウェル層4とゲート絶縁膜5とのシリコン・酸化膜界面に存在する欠陥起因の電荷トラップが、ゲート電極6のソース・ドレイン領域側の端部に存在する場合は、欠陥がソース領域側のゲート電極端部に存在する場合のみランダムノイズが発生する。この場合に、欠陥がドレイン領域側のゲート電極端部に存在する場合にはランダムノイズの発生原因とならない。これによって、ゲート電極6のソース領域側/ドレイン領域側の各端部に発生する欠陥のうち、ソース領域側のゲート電極端部の欠陥のみを抑制すればランダムノイズを低減することができる。このことから、本実施形態1では、その特徴構成として、ドレイン側のLDD領域のN型拡散層11だけがゲート電極6の他方端の下に潜り込んで、ドレイン側のLDD領域のN型拡散層11がゲート電極6と平面視でオーバラップし、ソース側のLDD領域のN型拡散層12はゲート電極6の一方端の下に潜り込まず、ソース側のLDD領域のN型拡散層12がゲート電極6と平面視でオーバラップしておらず、ソース側のLDD領域のN型拡散層12がゲート電極6の一方端と離間して形成されている。
The effect by the characteristic structure of this
上記構成のソースフォロワトランジスタ2の製造方法について図2(a)および図2(b)を用いて詳細に説明する。
A method for manufacturing the
図2は、図1のソースフォロワトランジスタ2の製造方法におけるLDD拡散層形成工程を説明するための縦断面図であって、(a)はそのLDDイオン注入時の縦断面図、(b)はそのLDDイオン注入後の縦断面図である。
2 is a longitudinal sectional view for explaining an LDD diffusion layer forming step in the method for manufacturing the
図2(a)に示すように、N型半導体基板3上にPウェル層4をイオン注入工程により形成し、Pウェル層4上にゲート絶縁膜5を形成し、ゲート絶縁膜5上に信号電荷転送用のゲート電極6を形成する。このゲート電極6の形成後に、ドレイン側にチルト角θ1だけ傾けた方向(左上から右下方向)からLDDイオン注入を行う。この場合のドレイン側に傾けたチルト角θ1は、4〜10度であるが、ここでは、ドレイン側に7度の傾きでイオン注入を行う。
As shown in FIG. 2A, a
これによって、図2(b)に示すように、ドレイン領域側のLDD領域のN型拡散層11aを形成すると共に、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12aを形成する。この場合、イオン注入方向がドレイン側にチルト角θ1だけ傾いていることにより、ソース領域側はゲート電極6によるシャドーイングのため、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12aがゲート電極6の端部からオフセットした状態で、ソース側のLDD領域のN型拡散層12aがゲート電極6の端部と離間している。
As a result, as shown in FIG. 2B, the N-
次に、ゲート電極6のチャネル長(ゲート長)方向の両側面に各サイドウォール7,8を形成した後に、各サイドウォールにより自己整合的にイオン注入を行って、図1に示すように、ドレイン領域としてのN型拡散層9とソース領域としてのN型拡散層10をそれぞれ形成する。
Next, after forming the
これによって、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12が、ゲート電極6の端部とオーバラップしておらず、ゲート電極6の端部と離間したオフセット状態の本実施形態1のソースフォロワトランジスタ2を形成することができる。
As a result, the N-
このように、半導体装置としてのソースフォロワトランジスタ2の製造方法は、N型半導体基板3上にイオン注入してPウェル層4を形成するPウェル層形成工程と、Pウェル層4上にゲート絶縁膜5を介してゲート電極6を形成するゲート電極形成工程と、ゲート電極6のドレイン側にチルト角θ1を持ち、ゲート電極6のソース側にゲート電極6によるシャドーイングが発生する当該チルト角θ1でLDD領域のイオン注入を行って、ソース側のLDD領域をドレイン側のLDD領域よりもゲート長方向に短く形成するLDD領域形成工程と、ゲート電極6のゲート長方向の両側面にサイドウォール7,8をそれぞれ形成するサイドウォール形成工程と、サイドウォール7,8が形成されたゲート電極6の両側に、イオン注入を行ってドレイン領域およびソース領域を形成するソース・ドレイン形成工程とを有している。
As described above, the method of manufacturing the
以上により、本実施形態1によれば、前述したように、イオン注入欠陥がドレイン領域9側のゲート電極6の端部チャネル領域に存在してもランダムノイズの発生原因とはなり難く、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12を、ゲート電極6の端部より離間したオフセット状態で形成することにより、イオン注入欠陥はソース領域側のゲート電極6の端部チャネル領域には発生しないことから、ソース領域側のゲート電極6の端部チャネル領域のイオン注入欠陥のみを抑制することができて、画素毎の初段の増幅トランジスタを構成するソースフォロワトランジスタ2を特性劣化することなしにランダムノイズの低減が可能となる。このランダムノイズの低減によって、本実施形態1のCMOS型固体撮像素子1からの撮像信号に基づいて表示画面に表示される画像の画質を向上させることができる。したがって、ゲート電極6を、特に、従来のようにランダムノイズの低減のためにゲート長方向に大きくして欠陥の存在確率を低減する必要がなくなり、各画素領域を縮小してより多くの画素を撮像領域に含めて画像信号の解像度の向上を図ることができる。
As described above, according to the first embodiment, as described above, even if an ion implantation defect exists in the end channel region of the
(実施形態2)
トランジスタのゲート長が長い場合は必要ないが、ゲート長が短い場合には短チャネル効果抑制のためのチャネルストップ領域が必要になるが、上記実施形態1では、このチャネルストップ領域を用いない場合について説明したが、本実施形態2では、このチャネルストップ領域を用いる場合について説明する。
(Embodiment 2)
When the gate length of the transistor is long, it is not necessary, but when the gate length is short, a channel stop region for suppressing the short channel effect is necessary. However, in the first embodiment, the channel stop region is not used. As described above, in the second embodiment, a case where this channel stop region is used will be described.
図3は、本発明の実施形態2のCMOS型固体撮像素子におけるソースフォロワトランジスタの縦断面図である。 FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a source follower transistor in the CMOS solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention.
図3に示すように、本実施形態2のCMOS型固体撮像素子1Aにおける増幅トランジスタを構成するソースフォロワトランジスタ2Aにおいて、N型半導体基板3上にPウェル層4が設けられ、Pウェル層4上にゲート絶縁膜5を介してゲート電極6が設けられている。ゲート電極6のチャネル長方向(ゲート長方向)の両側面には各サイドウォール7,8が形成されており、各サイドウォール7、8の両側のPウェル層4の表面部にはそれぞれ、ドレイン領域としてのN型拡散層9が形成されていると共に、ソース領域としてのN型拡散層10が形成されている。N型拡散層9、10間の内側で各サイドウォール7、8の各直下にそれぞれN型拡散層11、12がそれぞれ形成されてLDD領域が構成されている。さらに、このドレイン領域のN型拡散層9およびLDD領域のN型拡散層11を下方から覆うようにP型チャネルストップ領域13が設けられていると共に、ソース領域のN型拡散層10およびLDD領域のN型拡散層12の下側にのみP型チャネルストップ領域14が設けられている。P型チャネルストップ領域13はN型拡散層9、11を完全に下方から覆ってゲート電極6の直下に潜り込んでいるが、P型チャネルストップ領域14は、N型拡散層10を完全に下方から覆っているものの、LDD領域のN型拡散層12についてはその下面の一部しか覆っておらず、ゲート電極6の直下に潜り込んでおらず、N型拡散層12は平面視でゲート電極6の端部から離間している。
As shown in FIG. 3, in the
本実施形態2のソースフォロワトランジスタ2Aの特徴構成として、ドレイン領域側のLDD領域のN型拡散層11はゲート電極6の直下に潜り込んでいる(平面視でオーバラップしている)が、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12はゲート電極6の直下に潜り込んでおらず(平面視でオーバラップしておらず)、平面視でゲート電極6の端部と離間したオフセット状態となっている。また、ドレイン領域側のLDD領域のN型拡散層11の幅(X)と、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12の幅(Y)との関係が、ゲート長方向のドレイン領域側のN型拡散層11の幅(X)>ソース領域側のN型拡散層12の幅(Y)となっている。さらに、チャネルストッパ領域13がドレイン領域側のみLDD領域のN型拡散層11よりもゲート電極6の下部に伸びており、ソース領域側にはLDD領域のN型拡散層12よりもゲート電極6の下部に伸びるチャネルストップ領域は存在していない。
As a characteristic configuration of the
また、本実施形態2のソースフォロワトランジスタ2Aの特徴構成として、ドレイン側のチャネルストップ領域13およびソース側のチャネルストップ領域14のうちのドレイン側のチャネルストップ領域13だけがゲート電極6の他方端の下に潜り込んでゲート電極6とドレイン側のチャネルストップ領域13が平面視でオーバラップしている。この場合、ソース側のチャネルストップ領域14がゲート電極6の一方端の下に潜り込まず、ゲート電極6とソース側のチャネルストップ領域14が平面視でオーバラップしておらず、ゲート電極6の一方端と離間している。また、ここでは図示していないが、ソース側のチャネルストップ領域14がドレイン側のチャネルストップ領域14よりもゲート長方向に短く形成されている。
Further, as a characteristic configuration of the
上記構成のソースフォロワトランジスタ2Aの製造方法について、図4(a)および図4(b)、さらに、図5(a)および図5(b)を用いて詳細に説明する。
A method of manufacturing the
図4は、図3のソースフォロワトランジスタ2Aの製造方法におけるLDD拡散層形成工程を説明するための縦断面図であって、(a)はそのLDDイオン注入時の縦断面図、(b)はそのLDDイオン注入後の縦断面図である。図5は、図3のソースフォロワトランジスタ2Aの製造方法におけるチャネルストップ領域形成工程を説明するための縦断面図であって、(a)はそのチャネルストップ領域イオン注入時の縦断面図、(b)はそのチャネルストップ領域イオン注入後の縦断面図である。
4A and 4B are longitudinal sectional views for explaining an LDD diffusion layer forming step in the method for manufacturing the
まず、図4(a)に示すように、N型半導体基板3上にPウェル層4をイオン注入工程により形成し、Pウェル層4上にゲート絶縁膜5を形成した後に、ゲート絶縁膜5上に電荷転送用のゲート電極6を形成する。このゲート電極6の形成後に、ドレイン領域側にチルト角θ1だけ傾けた方向(左上から右下方向)からLDDイオン注入を行う。この場合のドレイン側に傾けたチルト角θ1は、4〜10度であるが、ここでは、ドレイン側に7度の傾きでイオン注入を行う。
First, as shown in FIG. 4A, a
これによって、図4(b)に示すように、ドレイン領域側のLDD領域のN型拡散層11aを形成すると共に、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12aを形成する。この場合、イオン注入方向がドレイン領域側にチルト角θ1だけ傾いていることにより、ソース領域側はゲート電極6によるシャドーイングのため、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12aがゲート電極6から離間したオフセット状態に形成される。
As a result, as shown in FIG. 4B, the N-
次に、図5(a)に示すように、ドレイン領域側にチルト角θ2(θ2>θ1)だけ傾けた方向(左上から右下方向)からチャネルストップ領域へのイオン注入を行う。この場合、チャネルストップ領域13,14を形成するためのイオン注入のドレイン側に傾けたチルト角θ2は、チャネルストップ層注入条件の実例では10〜60度(更に好ましくは20〜40度)であるが、ここでは、ドレイン側に30度の傾きでイオン注入を行う。このチルト角θ2はチルト角θ1よりも大きい傾きである。
Next, as shown in FIG. 5A, ions are implanted into the channel stop region from a direction (upper left to lower right) inclined by a tilt angle θ2 (θ2> θ1) toward the drain region. In this case, the tilt angle θ2 tilted toward the drain side of the ion implantation for forming the
これにより、図5(b)に示すように、ドレイン領域側のLDD領域のN型拡散層11aの下部位置を覆うようにチャネルストッパ領域13を形成すると共に、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12aの下部位置の先端部を除く一部を覆うようにチャネルストッパ領域14を形成する。この場合、イオン注入方向がドレイン側にチルト角θ2だけ傾いていることにより、ソース領域側はゲート電極6によるシャドーイングのため、ソース領域側には、チャネルストッパ領域14のように、LDD領域のN型拡散層12aよりもゲート電極6の下部に伸びるチャネルストップ領域は形成されない。
As a result, as shown in FIG. 5B, the
続いて、ゲート電極6のチャネル長(ゲート長)方向の両側面に各サイドウォール7、8を形成した後に、各サイドウォールにより自己整合的にイオン注入を行って、図3に示すように、ドレイン領域としてのN型拡散層9とソース領域としてのN型拡散層10をそれぞれ形成する。
Subsequently, after forming the
これによって、ソース領域側のLDD領域のN型拡散層12が、ゲート電極6とオーバラップしておらず、ゲート電極6の端部と離間したオフセット状態の本実施形態2のソースフォロワトランジスタ2Aを形成することができる。
As a result, the N-
このように、半導体装置としてのソースフォロワトランジスタ2の製造方法は、N型半導体基板3上にイオン注入してPウェル層4を形成するPウェル層形成工程と、Pウェル層4上にゲート絶縁膜5を介してゲート電極6を形成するゲート電極形成工程と、ゲート電極6のドレイン側にチルト角θ1を持ち、ゲート電極6のソース側にゲート電極6によるシャドーイングが発生する当該チルト角θ1でLDD領域のイオン注入を行って、ソース側のLDD領域をドレイン側のLDD領域よりもゲート長方向に短く形成するLDD領域形成工程と、ゲート電極6のドレイン側にチルト角θ2(θ2>θ1)を有し、ゲート電極6のソース領域側にゲート電極6によるシャドーイングが発生するそのチルト角θ2でチャネルストップ領域13,14となる領域へのイオン注入を行って、ドレイン領域側にチャネルストップ領域13を形成すると共に、ソース領域側にチャネルストップ領域14を形成するチャネルストップ領域形成工程と、ゲート電極6のゲート長方向の両側面にサイドウォール7,8をそれぞれ形成するサイドウォール形成工程と、サイドウォール7,8が形成されたゲート電極6の両側に、イオン注入を行ってドレイン領域およびソース領域を形成するソース・ドレイン形成工程とを有している。
As described above, the method of manufacturing the
以上により、本実施形態2によれば、ドレイン側のLDD領域のN型拡散層11だけがゲート電極6の他方端の下に潜り込んで、ドレイン側のLDD領域のN型拡散層11がゲート電極6と平面視でオーバラップし、ソース側のLDD領域のN型拡散層12はゲート電極6の一方端の下に潜り込まず、ソース側のLDD領域のN型拡散層12がゲート電極6と平面視でオーバラップしておらず、ソース側のLDD領域のN型拡散層12がゲート電極6の一方端と離間して形成されている。これによって、イオン注入欠陥はソース領域側のゲート電極6の端部チャネル領域に発生しない。また同様に、ソース領域側のチャネルストップ領域14もゲート電極6の端部より離間したオフセット状態で形成されることにより、ソース領域側のゲート電極の端部チャネル領域にイオン注入欠陥が発生しない。これらの各効果により、ソース領域側のゲート電極6の端部の欠陥のみを意図的に抑制することができて、画素毎の初段の増幅トランジスタを構成するソースフォロワトランジスタ2Aを特性劣化することなしにランダムノイズの低減が可能となり、本実施形態2のCMOS型固体撮像素子1Aからの撮像信号に基づいて表示画面に表示される画像の画質を向上させることができる。これによって、ゲート電極6を、特に、ランダムノイズの低減のためにゲート長方向に大きくすることが不要となり、画素の領域を縮小してより多くの画素を撮像領域に含めることができる。
As described above, according to the second embodiment, only the N-
なお、本実施形態2では、ドレイン領域のN型拡散層9およびLDD領域のN型拡散層11を下方から覆うようにP型チャネルストップ領域13が設けられると共に、ソース領域のN型拡散層10およびLDD領域のN型拡散層12の下側一部にP型チャネルストップ領域14が設けられる場合について説明したが、これに限らず、図6に示すようにソース領域側にP型チャネルストップ領域14がなくてもよい。要するに、イオン注入時に、ゲート電極6およびソース領域側をレジストマスクで覆って、不純物のイオン注入を実施して、ドレイン領域側のみにP型チャネルストップ領域13をN型拡散層9およびLDD領域のN型拡散層11を下方から覆うように形成することができる。この場合、本実施形態2のCMOS型固体撮像素子1Aにおける増幅トランジスタを構成するソースフォロワトランジスタ2Aの変形例として、CMOS型固体撮像素子1Bにおける増幅トランジスタを構成するソースフォロワトランジスタ2Bを得ることができる。
In the second embodiment, a P-type
ここで、チャネルストップ領域が、なかったりあったり、ドレイン領域側のみにあるソースフォロワトランジスタ2、2Aまたは2Bのように断面構成が異なるCMOS型固体撮像素子1、1Aまたは1Bについて更に詳細に説明する。
Here, the CMOS type solid-
即ち、CMOS型固体撮像素子1、1Aまたは1Bの各画素部にはそれぞれ、図8の固体撮像素子100に対応させると、その半導体基板101の表面層として、光電変換部としてのフォトダイオードPD(受光部)が形成されている。フォトダイオードPDのN−型拡散領域102に隣接して、フォトダイオードPDからの信号電荷をフローティングディフュージョン部103a(電荷電圧変換部)に電荷転送するための電荷転送トランジスタTtrの電荷転送部104が設けられている。この電荷転送部104上には、ゲート絶縁膜104aを介して引き出し電極であるゲート電極Tgが設けられている。これが後述する電荷転送トランジスタTtrである。さらに、このフォトダイオードPD毎にフローティングディフュージョン部103aに電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅トランジスタAtrで増幅して各画素部毎の撮像信号として信号線に出力するための信号読出回路を有している。この信号読出回路は、前述した電荷転送トランジスタTtrと、増幅トランジスタAtrの他に、撮像画面毎にフローティングディフュージョン部103aの電圧を電荷電圧変換前に所定電圧にリセットするリセットトランジスタRtrと、増幅トランジスタAtrで増幅した撮像信号を所定のタイミングで信号線に出力するための選択トランジスタStrとを有している。この場合の増幅トランジスタAtrが、ソースフォロワトランジスタ2、2Aまたは2Bに対応している。
That is, when each pixel portion of the CMOS type solid-
このように、CMOS型固体撮像素子1、1Aまたは1Bは、複数の画素部のそれぞれに、画素部毎に光電変換部として複数の受光部が行列方向にマトリクス状に設けられ、各受光部に隣接して、各受光部からの信号電荷が電荷電圧変換部(フローティングディフュージョン部103a)に電荷転送するための電荷転送トランジスタTtrと、受光部毎に電荷転送トランジスタTtrにより電荷電圧変換部(フローティングディフュージョン部103a)に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅トランジスタにより増幅されて画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有している。フローティングディフュージョン部103aにおいて、信号電荷が電荷転送されて電圧変換される以前に、リセットトランジスタRtrによりフローティングディフュージョン部103a(電荷電圧変換部)の電圧を所定電圧(通常は電源電圧)に予めリセットするようになっている。
As described above, in the CMOS type solid-
なお、上記実施形態1、2では、本発明をCMOS型固体撮像素子1、1Aまたは1Bのソースフォロワトランジスタ2、2Aまたは2Bに適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明をCCD型固体撮像素子の増幅トランジスタに適用することもできる。即ち、CCD型固体撮像素子おいて、各画素を構成する各受光部から信号電荷が読み出されて垂直および水平電荷転送後にその信号電荷を電圧に変換してその変換電圧に応じて増幅する初段の増幅トランジスタを構成するソースフォロワトランジスタに本発明を適用してもよい。例えば、CCD型固体撮像素子が、列方向の複数の受光部毎に、複数の受光部から読み出された各信号電荷が垂直方向に電荷転送される複数の垂直電荷転送部と、複数の垂直電荷転送部により電荷転送された各信号電荷が水平方向に電荷転送される水平電荷転送部と、水平電荷転送部から電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅トランジスタにより増幅されて各画素毎の撮像信号として信号出力される信号出力部とを有していてもよい。
In the first and second embodiments, the case where the present invention is applied to the
なお、上記実施形態1、2では、本発明をCMOS型固体撮像素子1、1Aまたは1Bについて説明し、CMOS型固体撮像素子1、1Aまたは1Bに代えてCCD型固体撮像素子であってもよいことは前述した通りであるが、これはCMOS型固体撮像素子1、1Aまたは1Bでは各画素毎に増幅トランジスタを設け、CCD型固体撮像素子では最終的に各信号電荷を増幅する一つの増幅トランジスタを設け、これらの増幅トランジスタのソース・ドレインの方向が一定であることから、本発明を適用するのに好適である。本発明は、増幅トランジスタのソース・ドレインの方向が一定であれば、固体撮像素子以外の集積回路などの他の電子回路にも容易に適用することができる。
In the first and second embodiments, the present invention will be described with respect to the CMOS solid-
(実施形態3)
図7は、本発明の実施形態3として、本発明の実施形態1、2のCMOS型固体撮像素子1、1Aまたは1Bを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using the CMOS solid-
図7において、本実施形態3の電子情報機器90は、上記実施形態1、2のCMOS型固体撮像素子1、1Aまたは1Bからの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置91と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部92と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号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可能とする液晶表示装置などの表示部93と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部94と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部95とを有している。なお、この電子情報機器90として、これに限らず、固体撮像装置91の他に、メモリ部92と、表示部93と、通信部94と、プリンタなどの画像出力部95とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
In FIG. 7, the
この電子情報機器90としては、前述したように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、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置(PDA)などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
As described above, the
したがって、本実施形態3によれば、この固体撮像装置91からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部95により良好にプリントアウト(印刷)したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部92に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
Therefore, according to the third embodiment, based on the color image signal from the solid-
以上のように、本発明の好ましい実施形態1〜3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1〜3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1〜3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。
As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable Embodiment 1-3 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1-3. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific
本発明は、一または複数のMOSトランジスタを有する増幅回路からなる半導体装置およびその製造方法、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が設けられ、各受光部からの信号電荷に対応した電位を増幅回路にて各画素毎の撮像信号として増幅するCMOS型イメージセンサなどの固体撮像素子、この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、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、ドレイン側のLDD領域だけがゲート電極の他方端の下に潜り込んで、ドレイン側のLDD領域がゲート電極と平面視でオーバラップし、ソース側のLDD領域はゲート電極の一方端の下に潜り込まず、ソース側のLDD領域がゲート電極と平面視でオーバラップしておらず、ソース側のLDD領域がゲート電極の一方端と離間して形成されているため、従来のようにトランジスタゲート面積を大きくすることなく、簡単な製造工程で、トランジスタのソース側ゲート端のイオン注入ダメージにより発生するソース側ゲート端付近の欠陥を低減することにより、ランダムノイズを効果的に低減することができる。 The present invention provides a semiconductor device including an amplifier circuit having one or a plurality of MOS transistors, a method for manufacturing the same, a plurality of light receiving units that photoelectrically convert image light from a subject, and a signal charge from each light receiving unit. A solid-state image sensor such as a CMOS type image sensor that amplifies the potential corresponding to 1 as an image pickup signal for each pixel by an amplifier circuit, for example, a digital video camera and a digital still camera using the solid-state image sensor as an image input device in an image pickup unit In the field of electronic information equipment such as digital cameras such as digital cameras, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, and mobile phone devices with cameras, only the LDD region on the drain side is the other side of the gate electrode. Underneath the edge, the drain side LDD region is in plan view with the gate electrode. The source-side LDD region does not sink under one end of the gate electrode, the source-side LDD region does not overlap the gate electrode in plan view, and the source-side LDD region is one end of the gate electrode. Therefore, the defects near the source side gate end caused by ion implantation damage to the source side gate end of the transistor can be removed by a simple manufacturing process without increasing the transistor gate area as in the prior art. By reducing, random noise can be reduced effectively.
1、1A、1B CMOS型固体撮像素子
2、2A、2B ソースフォロワトランジスタ(増幅トランジスタ)
3 N型半導体基板
4 Pウェル層
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
7、8 サイドウォール
9 ドレイン領域のN型拡散層
10 ソース領域のN型拡散層
11、11a ドレイン領域側のLDD領域のN型拡散層
12、12a ソース領域側のLDD領域のN型拡散層
13 ドレイン領域側のチャネルストップ領域
14 ソース領域側のチャネルストップ領域
(X) ドレイン領域側のLDD領域のN型拡散層
(Y) ソース領域側のLDD領域のN型拡散層
θ1 LDDイオン注入時のドレイン側に傾いたチルト角
θ2 イオン注入時のドレイン側に傾いたチルト角
90 電子情報機器
91 固体撮像装置
92 メモリ部
93 表示部
94 通信部
95 画像出力部
1, 1A, 1B CMOS type solid-
3 N-type semiconductor substrate 4
Claims (21)
請求項1〜9のいずれかに記載の半導体装置を該増幅トランジスタとして用いた固体撮像素子。 A plurality of light-receiving portions that photoelectrically convert incident light to provide an image are provided in a matrix in the row direction and the column direction, and an amplification transistor that amplifies each signal charge from the plurality of light-receiving portions as an image pickup signal for each pixel is provided. And
A solid-state imaging device using the semiconductor device according to claim 1 as the amplification transistor.
前記複数の受光部のそれぞれに隣接して、該受光部からの信号電荷を電荷電圧変換部に電荷転送する電荷転送トランジスタと、
該電荷転送トランジスタにより該電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて前記増幅トランジスタにより増幅されて該各画素毎の撮像信号として読み出す信号読出回路とを有する請求項11に記載の固体撮像素子。 Each of the pixels is
Adjacent to each of the plurality of light receiving parts, a charge transfer transistor for transferring a signal charge from the light receiving part to a charge voltage converting part,
A signal readout circuit that converts the voltage of the signal charge transferred to the charge-voltage conversion unit by the charge transfer transistor, amplifies the signal by the amplification transistor according to the converted voltage, and reads out the image pickup signal for each pixel; The solid-state imaging device according to claim 11.
ゲート電極の形成後に、該ゲート電極のドレイン側にチルト角θ1を有し、該ゲート電極のソース側に該ゲート電極によるシャドーイングが発生する該チルト角θ1でLDD領域のイオン注入を行って、該ソース側のLDD領域を該ドレイン側のLDD領域よりもゲート長方向に短く形成するLDD領域形成工程を有する半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing the semiconductor device according to claim 1,
After the formation of the gate electrode, the LDD region is ion-implanted at the tilt angle θ1 having a tilt angle θ1 on the drain side of the gate electrode and causing shadowing by the gate electrode on the source side of the gate electrode, A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: an LDD region forming step of forming the source-side LDD region shorter in the gate length direction than the drain-side LDD region.
前記ゲート電極のドレイン側にチルト角θ2を有し、該ゲート電極のソース側に該ゲート電極によるシャドーイングが発生する該チルト角θ2でチャネルストップ領域のイオン注入を行って、該ドレイン側および該ソース側のうちの少なくとも該ドレイン側に該チャネルストップ領域を形成するチャネルストップ領域形成工程を有する請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 After the LDD region forming step,
A channel stop region is ion-implanted at the tilt angle θ2 having a tilt angle θ2 on the drain side of the gate electrode, and shadowing by the gate electrode is generated on the source side of the gate electrode. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, further comprising a channel stop region forming step of forming the channel stop region on at least the drain side of the source side.
半導体基板上にイオン注入してウェル層を形成するウェル層形成工程と、
該ウェル層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを有する請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 Before the LDD region forming step,
A well layer forming step of forming a well layer by ion implantation on a semiconductor substrate;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14, further comprising a gate electrode forming step of forming a gate electrode on the well layer via a gate insulating film.
前記ゲート電極のゲート長方向の両側面にサイドウォールをそれぞれ形成するサイドウォール形成工程と、
該サイドウォールが形成されたゲート電極の両側に、イオン注入を行ってドレイン領域およびソース領域を形成するソース・ドレイン形成工程とを有する請求項14または16に記載の半導体装置の製造方法。 After the LDD region forming step or the channel stop region forming step,
A sidewall forming step of forming sidewalls on both side surfaces of the gate electrode in the gate length direction;
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, further comprising: a source / drain forming step of forming a drain region and a source region by performing ion implantation on both sides of the gate electrode on which the sidewall is formed.
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