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JP2011155248A - Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and camera - Google Patents

Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and camera Download PDF

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JP2011155248A
JP2011155248A JP2010270334A JP2010270334A JP2011155248A JP 2011155248 A JP2011155248 A JP 2011155248A JP 2010270334 A JP2010270334 A JP 2010270334A JP 2010270334 A JP2010270334 A JP 2010270334A JP 2011155248 A JP2011155248 A JP 2011155248A
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semiconductor layer
imaging device
solid
state imaging
semiconductor substrate
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Application number
JP2010270334A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Kikuchi
善明 菊池
Eishin Tsugawa
英信 津川
Ichiro Fujiwara
一郎 藤原
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Sony Corp
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Sony Corp
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a solid-state imaging device that suppresses deterioration in pixel characteristics due to a crystal defect caused in a silicon layer; a method of manufacturing the same; and a camera. <P>SOLUTION: The solid-state imaging device includes: a photodiode sectioned by pixels of a light-receiving surface, formed by integrating a plurality of pixels, of a semiconductor substrate; and a signal read portion for reading signal charges generated and stored in the photodiode or a voltage corresponding to the signal charges. The photodiode includes: a first semiconductor layer 13 of a first conductivity type, formed on the semiconductor substrate 10; a second semiconductor layer 24a of the first conductivity type, formed on the first semiconductor layer while projecting from the semiconductor substrate to be in a shape that decreases in area of a section on a plane parallel with a surface of the semiconductor substrate as it goes away from the semiconductor substrate; and a third semiconductor layer 25 of a second conductivity type, formed on a surface of the second semiconductor layer, wherein the first and second semiconductor layers are formed apart from a transfer gate electrode 22a of the signal read portion. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は固体撮像装置とその製造方法並びにカメラに関し、特に、受光面にフォトダイオードを有する画素がマトリクス状に並べられてなる固体撮像装置とその製造方法並びに当該固体撮像装置を備えたカメラに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, and a camera, and more particularly to a solid-state imaging device in which pixels having photodiodes on a light receiving surface are arranged in a matrix, a manufacturing method thereof, and a camera including the solid-state imaging device.

例えば、CMOSイメージセンサあるいはCCD素子などの固体撮像装置では、半導体基板の表面に形成されたフォトダイオード(光電変換部)に光を入射させ、そのフォトダイオードで発生した信号電荷によって映像信号を得る構成となっている。   For example, in a solid-state imaging device such as a CMOS image sensor or a CCD element, a light signal is incident on a photodiode (photoelectric conversion unit) formed on the surface of a semiconductor substrate, and a video signal is obtained by signal charges generated by the photodiode. It has become.

CMOSイメージセンサでは、例えば、受光面において二次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられている。受光時に各フォトダイオードに発生及び蓄積される信号電荷をCMOS回路の駆動でフローティングディフュージョンに転送し、信号電荷を信号電圧に変換して読み取る構成となっている。   In the CMOS image sensor, for example, a photodiode is provided for each pixel arranged in a two-dimensional matrix on the light receiving surface. A signal charge generated and accumulated in each photodiode during light reception is transferred to a floating diffusion by driving a CMOS circuit, and the signal charge is converted into a signal voltage and read.

また、CCD素子では、例えば、CMOSセンサと同様に受光面において二次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられている。受光時に各フォトダイオードに発生及び蓄積される信号電荷をCCD垂直転送路及び水平転送路により転送して読み取る構成となっている。   In the CCD element, for example, a photodiode is provided for each pixel arranged in a two-dimensional matrix on the light receiving surface as in the CMOS sensor. A signal charge generated and accumulated in each photodiode during light reception is transferred and read through a CCD vertical transfer path and a horizontal transfer path.

上記のようなCMOSセンサなどの固体撮像装置は、例えば、半導体基板の表面に画素毎に区分されて上述のフォトダイオードが形成されている。   In the solid-state imaging device such as the above-described CMOS sensor, for example, the above-described photodiode is formed on the surface of a semiconductor substrate for each pixel.

特許文献1には、CCD素子においてフォトダイオード上にレンズ形状を有するシリコン層を選択的にエピタキシャル成長させた構成が開示されている。
通常フォトダイオードの微細化に伴って集光性の低下が発生するが、特許文献1の構成は上記の集光性の低下を防止することを目的としている。
特許文献1に示されているように、フォトダイオード上に選択エピタキシャル成長によって遮光膜の上部までシリコン層が成長されている。
シリコン層の表面がレンズのように丸みを帯びており、このレンズ形状のシリコン層がレンズとして作用し、集光性を向上させることができるというものである。
Patent Document 1 discloses a configuration in which a silicon layer having a lens shape is selectively epitaxially grown on a photodiode in a CCD element.
Usually, the light condensing property is reduced with the miniaturization of the photodiode. However, the configuration of Patent Document 1 aims to prevent the light condensing property from being deteriorated.
As shown in Patent Document 1, a silicon layer is grown on the photodiode up to the top of the light shielding film by selective epitaxial growth.
The surface of the silicon layer is round like a lens, and this lens-shaped silicon layer acts as a lens and can improve the light collecting property.

上記のエピタキシャル成長によるシリコン層をCMOSイメージセンサに適用する場合について以下に述べる。
特許文献2の図2を参照すればわかるように、エピタキシャル成長によるシリコン層は、遮光膜の上部まで成長されている。
The case where the above-described epitaxially grown silicon layer is applied to a CMOS image sensor will be described below.
As can be seen from FIG. 2 of Patent Document 2, the silicon layer formed by epitaxial growth is grown to the upper part of the light shielding film.

これをCMOSイメージセンサに適用すると、フォトダイオード領域及びフローティングディフュージョン領域上にエピタキシャル成長によるシリコン層が形成された構成となる。
ここで、エピタキシャルシリコン層は、転送ゲート電極の側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜に接して転送ゲート電極の上端近傍まで形成される。
When this is applied to a CMOS image sensor, a silicon layer formed by epitaxial growth is formed on the photodiode region and the floating diffusion region.
Here, the epitaxial silicon layer is formed up to the vicinity of the upper end of the transfer gate electrode in contact with the sidewall insulating film formed on the side wall of the transfer gate electrode.

このような構成では、エピタキシャル成長によるシリコン層がサイドウォール絶縁膜に接するので、シリコン層に結晶欠陥が生じる。
フォトダイオード領域上のシリコン層の結晶欠陥は暗電流の発生領域となり、画素特性が悪化するという問題が発生する。
In such a configuration, since the silicon layer formed by epitaxial growth is in contact with the sidewall insulating film, crystal defects are generated in the silicon layer.
A crystal defect in the silicon layer on the photodiode region becomes a dark current generation region, which causes a problem that pixel characteristics deteriorate.

特開2008−147409号公報JP 2008-147409 A

エピタキシャル成長によるシリコン層をCMOSイメージセンサに適用する場合、シリコン層に結晶欠陥が生じて画素特性が悪化するという問題が生じる。   When a silicon layer formed by epitaxial growth is applied to a CMOS image sensor, there arises a problem that a crystal defect occurs in the silicon layer and pixel characteristics deteriorate.

本発明の固体撮像装置は、半導体基板の複数の画素が集積されてなる受光面の前記画素ごとに区分されたフォトダイオード領域において、前記半導体基板に形成された第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に前記半導体基板に対して凸状に形成され、前記半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が前記半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する第1導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層の表面に形成された第2導電型の第3半導体層とを有するフォトダイオードと、前記フォトダイオードに隣接する領域の前記半導体基板上に形成された転送ゲート電極と、前記転送ゲート電極の前記フォトダイオードとは反対側における前記半導体基板中に形成されたフローティングディフュージョンとを有し、前記フォトダイオードに生成及び蓄積される信号電荷または前記信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部とを有し、前記第2半導体層及び前記第3半導体層が前記転送ゲート電極から離間して形成されている。   In the solid-state imaging device according to the present invention, the first conductive type first semiconductor layer formed on the semiconductor substrate in the photodiode region divided for each pixel on the light receiving surface formed by integrating a plurality of pixels of the semiconductor substrate. And a first conductive layer formed on the first semiconductor layer so as to be convex with respect to the semiconductor substrate, and having a shape in which a cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate decreases from the semiconductor substrate. Formed on the semiconductor substrate in a region adjacent to the photodiode, and a photodiode having a second semiconductor layer of a type and a third semiconductor layer of a second conductivity type formed on a surface of the second semiconductor layer. A transfer gate electrode, and a floating diffusion formed in the semiconductor substrate on the opposite side of the transfer gate electrode from the photodiode, A signal reading unit that reads a signal charge generated and accumulated in the photodiode or a voltage corresponding to the signal charge, and the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed apart from the transfer gate electrode Has been.

上記の本発明の固体撮像装置は、半導体基板の複数の画素が集積されてなる受光面の画素ごとに区分されたフォトダイオード領域におけるフォトダイオードと、フォトダイオードに生成及び蓄積される信号電荷または信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部を有する。
上記のフォトダイオードは、半導体基板に形成された第1導電型の第1半導体層と、第1半導体層上に半導体基板に対して凸状に形成され、半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する第1導電型の第2半導体層と、第2半導体層の表面に形成された第2導電型の第3半導体層とを有する。
上記の信号読み取り部は、フォトダイオードに隣接する領域の半導体基板上に形成された転送ゲート電極と、転送ゲート電極のフォトダイオードとは反対側における半導体基板中に形成されたフローティングディフュージョンとを有する。
ここで、第2半導体層及び第3半導体層が転送ゲート電極から離間して形成されている。
The solid-state imaging device according to the present invention includes a photodiode in a photodiode region divided for each pixel on a light receiving surface in which a plurality of pixels of a semiconductor substrate are integrated, and signal charges or signals generated and accumulated in the photodiode. A signal reading unit that reads a voltage corresponding to the electric charge is provided.
The photodiode is a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate, a convex shape with respect to the semiconductor substrate on the first semiconductor layer, and a cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate. The first conductive type second semiconductor layer has a shape that decreases as the area of the second semiconductor layer becomes farther from the semiconductor substrate, and the second conductive type third semiconductor layer formed on the surface of the second semiconductor layer.
The signal reading unit includes a transfer gate electrode formed on a semiconductor substrate in a region adjacent to the photodiode, and a floating diffusion formed in the semiconductor substrate on the side opposite to the photodiode of the transfer gate electrode.
Here, the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed apart from the transfer gate electrode.

好適には、光吸収層である第2半導体層が、シリコンよりバンドギャップが小さい材料から形成する。例えば、Ge,Si1−xGe(0<x<1),InGaAs,GaAs,InP,InSb,Cu(In,Ga)Se,Cu(In,Ga)(Se,S),またはCuInSから形成されている。これらの材料は、特に赤色の波長領域においてシリコンより光吸収係数が大きい。 Preferably, the second semiconductor layer which is a light absorption layer is formed of a material having a band gap smaller than that of silicon. For example, Ge, Si 1-x Ge x (0 <x <1), InGaAs, GaAs, InP, InSb, Cu (In, Ga) Se 2 , Cu (In, Ga) (Se, S) 2 , or CuInS. 2 is formed. These materials have a larger light absorption coefficient than silicon, particularly in the red wavelength region.

本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の複数の画素が集積されてなる受光面の前記画素ごとに区分されたフォトダイオード領域において、前記半導体基板に第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、前記フォトダイオードと離間した前記半導体基板中にフローティングディフュージョンを形成する工程と、前記フォトダイオードと前記フローティングディフュージョンの間の領域の前記半導体基板上に転送ゲート電極を形成する工程と、前記第1半導体層上に前記半導体基板に対して凸状に、前記半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が前記半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する第1導電型の第2半導体層を形成する工程と、前記第2半導体層の表面に第2導電型の第3半導体層を形成する工程とを有し、前記第1半導体層を形成する工程、前記第2半導体層を形成する工程及び前記第3半導体層を形成する工程によりフォトダイオードを形成し、前記転送ゲート電極を形成する及び前記フローティングディフュージョンを形成する工程により前記フォトダイオードに生成及び蓄積される信号電荷または前記信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部を形成し、前記第2半導体層を形成する工程及び前記第3半導体層を形成する工程において、前記第2半導体層及び前記第3半導体層を前記転送ゲート電極から離間して形成する。   According to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a first semiconductor layer of a first conductivity type is formed on the semiconductor substrate in a photodiode region divided for each of the pixels on a light receiving surface in which a plurality of pixels of the semiconductor substrate are integrated. Forming a floating diffusion in the semiconductor substrate spaced from the photodiode, forming a transfer gate electrode on the semiconductor substrate in a region between the photodiode and the floating diffusion, and The first conductivity type first electrode having a shape convex on the first semiconductor layer with respect to the semiconductor substrate and having a cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate that decreases as the distance from the semiconductor substrate increases. A step of forming two semiconductor layers, and a step of forming a third semiconductor layer of the second conductivity type on the surface of the second semiconductor layer. And forming the first semiconductor layer, forming the second semiconductor layer, and forming the third semiconductor layer, forming the photodiode, forming the transfer gate electrode, and floating Forming a signal reading unit that reads a signal charge generated and accumulated in the photodiode or a voltage corresponding to the signal charge in the step of forming a diffusion, and forming the second semiconductor layer and the third semiconductor layer; In the forming step, the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed apart from the transfer gate electrode.

好適には、光吸収層である第2半導体層を、シリコンよりバンドギャップが小さい材料から形成する。例えば、Ge,Si1−xGe(0<x<1),InGaAs,GaAs,InP,InSb,Cu(In,Ga)Se,Cu(In,Ga)(Se,S),またはCuInSから形成する。これらの材料は、特に赤色の波長領域においてシリコンより光吸収係数が大きい。 Preferably, the second semiconductor layer which is a light absorption layer is formed from a material having a band gap smaller than that of silicon. For example, Ge, Si 1-x Ge x (0 <x <1), InGaAs, GaAs, InP, InSb, Cu (In, Ga) Se 2 , Cu (In, Ga) (Se, S) 2 , or CuInS. 2 is formed. These materials have a larger light absorption coefficient than silicon, particularly in the red wavelength region.

上記の本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の複数の画素が集積されてなる受光面の画素ごとに区分されたフォトダイオード領域において、半導体基板に第1導電型の第1半導体層を形成する。
また、フォトダイオードと離間した半導体基板中にフローティングディフュージョンを形成する。
次に、フォトダイオードとフローティングディフュージョンの間の領域の半導体基板上に転送ゲート電極を形成する。
次に、第1半導体層上に半導体基板に対して凸状に、半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する第1導電型の第2半導体層を形成し、第2半導体層の表面に第2導電型の第3半導体層を形成する。
上記の第1半導体層を形成する工程、第2半導体層を形成する工程及び第3半導体層を形成する工程によりフォトダイオードを形成し、転送ゲート電極を形成する及びフローティングディフュージョンを形成する工程によりフォトダイオードに生成及び蓄積される信号電荷または信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部を形成する。
ここで、第2半導体層を形成する工程及び第3半導体層を形成する工程において、第2半導体層及び第3半導体層を転送ゲート電極から離間して形成する。
In the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention, the first conductive type first semiconductor layer is formed on the semiconductor substrate in the photodiode region divided for each pixel of the light receiving surface in which a plurality of pixels of the semiconductor substrate are integrated. Form.
In addition, a floating diffusion is formed in a semiconductor substrate separated from the photodiode.
Next, a transfer gate electrode is formed on the semiconductor substrate in a region between the photodiode and the floating diffusion.
Next, a second semiconductor of the first conductivity type having a shape that is convex with respect to the semiconductor substrate on the first semiconductor layer, and that the cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate decreases as the distance from the semiconductor substrate increases. Forming a layer, and forming a third semiconductor layer of the second conductivity type on the surface of the second semiconductor layer.
A photodiode is formed by the step of forming the first semiconductor layer, the step of forming the second semiconductor layer, and the step of forming the third semiconductor layer, and the step of forming the transfer gate electrode and the step of forming the floating diffusion A signal reading unit that reads a signal charge generated or accumulated in the diode or a voltage corresponding to the signal charge is formed.
Here, in the step of forming the second semiconductor layer and the step of forming the third semiconductor layer, the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed apart from the transfer gate electrode.

本発明のカメラは、受光面に複数の画素が集積されてなる固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、半導体基板の複数の画素が集積されてなる受光面の前記画素ごとに区分されたフォトダイオード領域において、前記半導体基板に形成された第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に前記半導体基板に対して凸状に形成され、前記半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が前記半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する第1導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層の表面に形成された第2導電型の第3半導体層とを有するフォトダイオードと、前記フォトダイオードに隣接する領域の前記半導体基板上に形成された転送ゲート電極と、前記転送ゲート電極の前記フォトダイオードとは反対側における前記半導体基板中に形成されたフローティングディフュージョンとを有し、前記フォトダイオードに生成及び蓄積される信号電荷または前記信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部とを有し、前記第2半導体層及び前記第3半導体層が前記転送ゲート電極から離間して形成されている。   The camera according to the present invention includes a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are integrated on a light-receiving surface, an optical system that guides incident light to an imaging unit of the solid-state imaging device, and signal processing that processes an output signal of the solid-state imaging device The solid-state imaging device includes a first conductivity type formed on the semiconductor substrate in a photodiode region divided for each pixel of the light receiving surface formed by integrating a plurality of pixels of the semiconductor substrate. A first semiconductor layer and a shape formed on the first semiconductor layer so as to be convex with respect to the semiconductor substrate, and having a cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate that decreases as the distance from the semiconductor substrate increases. A photodiode having a second semiconductor layer of a first conductivity type and a third semiconductor layer of a second conductivity type formed on a surface of the second semiconductor layer; and a region adjacent to the photodiode. A transfer gate electrode formed on a semiconductor substrate, and a floating diffusion formed in the semiconductor substrate on the opposite side of the transfer gate electrode from the photodiode, and a signal generated and stored in the photodiode A signal reading unit that reads a charge or a voltage corresponding to the signal charge, and the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed apart from the transfer gate electrode.

上記の本発明のカメラは、受光面に複数の画素が集積されてなる固体撮像装置と、固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有し、固体撮像装置は上記の構成の固体撮像装置とする。   The camera according to the present invention includes a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are integrated on a light receiving surface, an optical system that guides incident light to an imaging unit of the solid-state imaging device, and signal processing that processes an output signal of the solid-state imaging device. The solid-state imaging device is a solid-state imaging device having the above structure.

本発明の固体撮像装置は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極から離間して形成されており、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the solid-state imaging device of the present invention, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the photodiode is formed away from the transfer gate electrode, and deterioration of pixel characteristics due to crystal defects occurring in the semiconductor layer can be avoided.

本発明の固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層を転送ゲート電極から離間して形成するので、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   According to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the semiconductor layer formed by epitaxial growth that constitutes the photodiode is formed apart from the transfer gate electrode, so that deterioration of pixel characteristics due to crystal defects occurring in the semiconductor layer can be avoided.

本発明のカメラは、カメラを構成する固体撮像装置において、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極から離間して形成されており、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the camera of the present invention, in the solid-state imaging device constituting the camera, the semiconductor layer formed by epitaxial growth that constitutes the photodiode is formed away from the transfer gate electrode, and the pixel characteristics are deteriorated due to the occurrence of crystal defects in the semiconductor layer. Can be avoided.

図1は本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置の平面図である。FIG. 1 is a plan view of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 図2は本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 図3は本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置の要部を拡大した模式断面図である。FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of the main part of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 図4(a)及び図4(b)は本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 4A and FIG. 4B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 図5(a)及び図5(b)は本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 5A and FIG. 5B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 図6(a)及び図6(b)は本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 図7(a)及び図7(b)は本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 7A and FIG. 7B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 図8(a)及び図8(b)は本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 8A and FIG. 8B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 図9(a)及び図9(b)は本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 9A and FIG. 9B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 図10は本発明の第1変形例に係る固体撮像装置の要部を拡大した模式断面図である。FIG. 10 is an enlarged schematic cross-sectional view of a main part of the solid-state imaging device according to the first modification of the present invention. 図11(a)及び図11(b)は本発明の第1変形例に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 11A and FIG. 11B are cross-sectional views showing the manufacturing process of the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the first modification of the present invention. 図12は本発明の第2実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. 図13(a)及び図13(b)は本発明の第2実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 13A and FIG. 13B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. 図14(a)及び図14(b)は本発明の第2実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 14A and FIG. 14B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. 図15は本発明の第3実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. 図16は本発明の第4実施形態に係る固体撮像装置の平面図である。FIG. 16 is a plan view of a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. 図17は本発明の第4実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. 図18(a)及び図18(b)は本発明の第4実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 18A and FIG. 18B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. 図19(a)及び図19(b)は本発明の第4実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 19A and FIG. 19B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. 図20(a)及び図20(b)は本発明の第4実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。20 (a) and 20 (b) are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. 図21は本発明の第5実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention. 図22(a)及び図22(b)は本発明の第5実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 22A and FIG. 22B are cross-sectional views showing the manufacturing process of the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention. 図23(a)及び図23(b)は本発明の第5実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 23A and FIG. 23B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention. 図24は本発明の第6実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present invention. 図25(a)〜図25(c)は本発明の第6実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 25A to FIG. 25C are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present invention. 図26(a)及び図26(b)は本発明の第6実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。FIG. 26A and FIG. 26B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present invention. 図27(a)〜図27(d)は本発明の第2変形例に係る模式図である。FIG. 27A to FIG. 27D are schematic views according to a second modification of the present invention. 図28は本発明の第7実施形態に係る固体撮像装置の模式断面図である。FIG. 28 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to the seventh embodiment of the present invention. 図29は本発明の第8実施形態に係るカメラの概略構成図である。FIG. 29 is a schematic configuration diagram of a camera according to the eighth embodiment of the present invention.

以下に、本発明に係る固体撮像装置とその製造方法並びに当該固体撮像装置を備えたカメラの実施の形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of a solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, and a camera including the solid-state imaging device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

尚、説明は以下の順序で行う。
1.第1実施形態(基本構成の固体撮像装置とその製造方法)
2.第1変形例(曲面形状のエピタキシャル半導体層を有する固体撮像装置と製造方法)
3.第2実施形態(in−situ Bドープエピタキシャル成長により形成されたp型半導体層を有する固体撮像装置とその製造方法)
4.第3実施形態(エピタキシャル成長により形成されたシリコンよりバンドギャップが小さい材料の層を有する固体撮像装置とその製造方法)
5.第4実施形態(長波長画素(赤画素)のフォトダイオード領域に形成された凹部(リセス)にシリコンよりバンドギャップが小さい材料の層を有する固体撮像装置とその製造方法)
6.第5実施形態(フォトダイオード領域及びPMOSのソースドレイン領域に形成された凹部(リセス)にシリコンよりバンドギャップが小さい材料の層を有する固体撮像装置とその製造方法)
7.第6実施形態(Ge基板を用いた固体撮像装置とその製造方法)
8.第2変形例(組成が連続的に変化するSi−Ge層を有する固体撮像装置)
9.第7実施形態(光導波路を有する固体撮像装置)
10.第8実施形態(固体撮像装置を備えたカメラ)
The description will be given in the following order.
1. First Embodiment (Basic Configuration Solid-State Imaging Device and Manufacturing Method Thereof)
2. First Modification (Solid-state imaging device having a curved epitaxial semiconductor layer and manufacturing method)
3. Second Embodiment (Solid-state imaging device having a p-type semiconductor layer formed by in-situ B-doped epitaxial growth and manufacturing method thereof)
4). Third Embodiment (Solid-state imaging device having a layer of material having a smaller band gap than silicon formed by epitaxial growth and its manufacturing method)
5. Fourth Embodiment (Solid-state imaging device having a layer made of a material having a band gap smaller than that of silicon in a recess formed in a photodiode region of a long wavelength pixel (red pixel) and a manufacturing method thereof)
6). Fifth Embodiment (Solid-state imaging device having a layer made of a material having a smaller band gap than silicon in a recess formed in a photodiode region and a source / drain region of a PMOS, and a manufacturing method thereof)
7). Sixth Embodiment (Solid-state imaging device using Ge substrate and manufacturing method thereof)
8). Second Modification (Solid-state imaging device having a Si—Ge layer whose composition changes continuously)
9. Seventh Embodiment (Solid-state imaging device having an optical waveguide)
10. Eighth Embodiment (Camera provided with a solid-state imaging device)

<第1実施形態>
[固体撮像装置の構成]
図1は本実施形態に係る固体撮像装置の受光面における4画素分に相当する領域の平面図である。
例えば、半導体基板の複数の画素が集積されてなる受光面の画素ごとに区分されたフォトダイオード領域において、フォトダイオード(PD1,PD2,PD3,PD4)が形成されている。
フォトダイオードに隣接する領域の半導体基板上に転送ゲート電極(TG1,TG2,TG3,TG4)が形成されている。
転送ゲート電極(TG1,TG2,TG3,TG4)のフォトダイオード(PD1,PD2,PD3,PD4)とは反対側における半導体基板中にフローティングディフュージョンFDが形成されている。
フローティングディフュージョンFDは、例えば領域に区分されて不純物濃度が異なる第1フローティングディフュージョンFD1及び第2フローティングディフュージョンFD2からなる。
転送ゲート電極(TG1,TG2,TG3,TG4)及びフローティングディフュージョンFDから、フォトダイオード(PD1,PD2,PD3,PD4)に生成及び蓄積される信号電荷または信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部が構成される。
<First Embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
FIG. 1 is a plan view of a region corresponding to four pixels on the light receiving surface of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
For example, photodiodes (PD1, PD2, PD3, PD4) are formed in the photodiode region divided for each pixel on the light receiving surface where a plurality of pixels of the semiconductor substrate are integrated.
Transfer gate electrodes (TG1, TG2, TG3, TG4) are formed on the semiconductor substrate in a region adjacent to the photodiode.
A floating diffusion FD is formed in the semiconductor substrate on the opposite side of the transfer gate electrode (TG1, TG2, TG3, TG4) from the photodiode (PD1, PD2, PD3, PD4).
The floating diffusion FD includes, for example, a first floating diffusion FD1 and a second floating diffusion FD2 that are divided into regions and have different impurity concentrations.
A signal reading unit that reads a signal charge generated or accumulated in the photodiode (PD1, PD2, PD3, PD4) or a voltage corresponding to the signal charge from the transfer gate electrode (TG1, TG2, TG3, TG4) and the floating diffusion FD. Composed.

図2は、複数の画素が集積されてなり、本実施形態に係る固体撮像装置であるCMOSイメージセンサの模式断面図である。
図面上、画素領域の周辺回路などを構成するロジック領域ALGを示す。画素領域は、フォトダイオード領域APD、転送ゲート電極領域ATG及びフローティングディフュージョン領域AFDを示す。
また、図2中の画素領域に相当するA−Bの断面図は図1のA−Bにおける断面に相当する。
図2中のロジック領域ALGに相当するC−Dの断面図は図1には示されていない領域に相当する。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a CMOS image sensor, which is a solid-state imaging device according to this embodiment, in which a plurality of pixels are integrated.
In the drawing, a logic region A LG constituting a peripheral circuit of the pixel region is shown. The pixel region indicates a photodiode region A PD , a transfer gate electrode region A TG and a floating diffusion region A FD .
Further, a cross-sectional view taken along a line AB in FIG. 2 corresponds to a cross section taken along a line AB in FIG.
A cross-sectional view taken along the line CD corresponding to the logic region A LG in FIG. 2 corresponds to a region not shown in FIG.

例えばシリコンからなる半導体基板10の複数の画素が集積されてなる受光面の画素ごとに区分されたフォトダイオード領域APDにおいて、半導体基板に形成されたn型の第1半導体層13が形成されている。
フォトダイオード領域APDは、例えばSTI(shallow trench isolation)型の素子分離絶縁膜あるいはp型半導体層15などで区分されている。
上記のn型の第1半導体層13上に半導体基板10に対して凸状の形状のn型の第2半導体層24aが形成されている。第2半導体層24aは、例えばシリコンからなる。また、n型の第2半導体層24aの表面にp型の第3半導体層25が形成されている。
n型の第1半導体層13、n型の第2半導体層24a及びp型の第3半導体層25から、HAD(hole accumulated diode)構造のフォトダイオードが構成されている。
For example, the n-type first semiconductor layer 13 formed on the semiconductor substrate is formed in the photodiode region APD divided for each pixel on the light receiving surface where a plurality of pixels of the semiconductor substrate 10 made of silicon are integrated. Yes.
Photodiode region A PD is, for example STI is divided like (shallow trench isolation) type element isolation insulating film or p + -type semiconductor layer 15.
An n-type second semiconductor layer 24 a having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 is formed on the n-type first semiconductor layer 13. The second semiconductor layer 24a is made of, for example, silicon. A p-type third semiconductor layer 25 is formed on the surface of the n-type second semiconductor layer 24a.
The n-type first semiconductor layer 13, the n-type second semiconductor layer 24a, and the p-type third semiconductor layer 25 constitute a photodiode having a HAD (hole accumulated diode) structure.

図2中のaの断面でのn型の第2半導体層24aのレイアウト及びbの断面でのn型の第2半導体層24aのレイアウトが図1中の一点鎖線a及び二点鎖線bで示されている。
上記のように、n型の第2半導体層24aは、半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
The layout of the n-type second semiconductor layer 24a in the cross section a in FIG. 2 and the layout of the n-type second semiconductor layer 24a in the cross section of b are indicated by a one-dot chain line a and two-dot chain line b in FIG. Has been.
As described above, the n-type second semiconductor layer 24 a has a shape in which the area of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 decreases as the distance from the semiconductor substrate 10 increases.

また、例えば、フォトダイオードに隣接する領域である転送ゲート電極領域ATGにおける半導体基板10上にゲート絶縁膜21aを介して転送ゲート電極22aが形成されている。
また、転送ゲート電極22aの両側部に第1サイドウォール絶縁膜30a及び第2サイドウォール絶縁膜31aからなるサイドウォール絶縁膜が形成されている。
Further, for example, the transfer gate electrode 22a is formed on the semiconductor substrate 10 in the transfer gate electrode region ATG, which is a region adjacent to the photodiode, via the gate insulating film 21a.
In addition, sidewall insulating films made of the first sidewall insulating film 30a and the second sidewall insulating film 31a are formed on both sides of the transfer gate electrode 22a.

さらに、転送ゲート電極22aのフォトダイオードとは反対側におけるフローティングディフュージョン領域AFDにおける半導体基板10中に、n型半導体層であるフローティングディフュージョン14が形成されている。 Further, the photodiode of the transfer gate electrode 22a in the semiconductor substrate 10 in the floating diffusion region A FD on the opposite side, the floating diffusion 14 is formed an n-type semiconductor layer.

フローティングディフュージョン14上に半導体基板10に対して凸状の形状のn型の第4半導体層24bが形成されている。第4半導体層24bは、例えばシリコンからなる。
n型の第4半導体層24bは、n型の第2半導体層24aと同様に、半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
An n-type fourth semiconductor layer 24 b having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 is formed on the floating diffusion 14. The fourth semiconductor layer 24b is made of, for example, silicon.
Similar to the n-type second semiconductor layer 24 a, the n-type fourth semiconductor layer 24 b has a shape that becomes smaller as the cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 becomes farther from the semiconductor substrate 10.

上記の転送ゲート電極22aとフローティングディフュージョン14によりフォトダイオードに生成及び蓄積される信号電荷または信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部が構成されている。   The transfer gate electrode 22a and the floating diffusion 14 constitute a signal reading unit that reads a signal charge generated and stored in the photodiode or a voltage corresponding to the signal charge.

本実施形態においては、n型の第2半導体層24a及びp型の第3半導体層25が転送ゲート電極22a並びにその側壁に形成されているサイドウォール絶縁膜(30a,31a)から離間して形成されている。
これは、例えばn型の第2半導体層24aがファセットエピタキシャル成長により形成された層であり、上記の半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有することによるものである。
In the present embodiment, the n-type second semiconductor layer 24a and the p-type third semiconductor layer 25 are formed apart from the transfer gate electrode 22a and the sidewall insulating films (30a, 31a) formed on the side walls thereof. Has been.
This is a layer in which, for example, the n-type second semiconductor layer 24a is formed by facet epitaxial growth, and the shape of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 decreases as the distance from the semiconductor substrate 10 decreases. It is by having.

本実施形態の固体撮像装置は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されており、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the photodiode is formed away from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film formed on the sidewall thereof, and crystal defects are generated in the semiconductor layer. It is possible to avoid deterioration of pixel characteristics due to.

また、n型の第4半導体層24bが転送ゲート電極22a並びにその側壁に形成されているサイドウォール絶縁膜(30a,31a)から離間して形成されている。
これは、例えばn型の第4半導体層24bがファセットエピタキシャル成長により形成された層であり、上記の半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有することによるものである。
Further, the n-type fourth semiconductor layer 24b is formed apart from the transfer gate electrode 22a and the sidewall insulating films (30a, 31a) formed on the side walls thereof.
This is, for example, a layer in which the n-type fourth semiconductor layer 24b is formed by facet epitaxial growth, and has a shape that decreases as the area of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 becomes farther from the semiconductor substrate 10. It is by having.

従来技術では、フローティングディフュージョン領域上にエピタキシャル成長で形成されたシリコン層がサイドウォール絶縁膜を介して転送ゲート電極に近接する構成となる。
従って、シリコン層と転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなってしまい、光電変換効率が低下するといった問題も生じる。
In the prior art, the silicon layer formed by epitaxial growth on the floating diffusion region is configured to be close to the transfer gate electrode through the sidewall insulating film.
Therefore, the parasitic capacitance between the silicon layer and the transfer gate electrode is increased, which causes a problem that the photoelectric conversion efficiency is lowered.

本実施形態では、フローティングディフュージョンを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されている。半導体層と転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなって生じる光電変換効率の低下を抑制できる。   In the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the floating diffusion is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film formed on the side wall thereof. A decrease in photoelectric conversion efficiency caused by an increase in parasitic capacitance between the semiconductor layer and the transfer gate electrode can be suppressed.

上記のフォトダイオード領域APD、転送ゲート電極領域ATG及びフローティングディフュージョン領域AFDにおいて全面に、例えば酸化シリコンからなる第1層間絶縁膜34が形成されている。その上層に、窒化シリコンからなる第2層間絶縁膜35、酸化シリコンからなる第3層間絶縁膜36が形成されている。
第1層間絶縁膜34、第2層間絶縁膜35及び第3層間絶縁膜36を貫通して転送ゲート電極22aに達するコンタクトが開口されており、プラグ28aが埋め込まれ、その上層に上層配線29aが形成されている。
In the photodiode region A PD , transfer gate electrode region A TG and floating diffusion region A FD , a first interlayer insulating film 34 made of, for example, silicon oxide is formed on the entire surface. A second interlayer insulating film 35 made of silicon nitride and a third interlayer insulating film 36 made of silicon oxide are formed thereon.
A contact reaching the transfer gate electrode 22a through the first interlayer insulating film 34, the second interlayer insulating film 35, and the third interlayer insulating film 36 is opened, the plug 28a is buried, and an upper layer wiring 29a is formed on the upper layer. Is formed.

同様に、第1層間絶縁膜34、第2層間絶縁膜35及び第3層間絶縁膜36を貫通してn型の第4半導体層24bに達するコンタクトが開口されており、プラグ28bが埋め込まれ、その上層に上層配線29bが形成されている。
上記のようにして、画素領域からなる受光面が形成されている。
Similarly, a contact that reaches the n-type fourth semiconductor layer 24b through the first interlayer insulating film 34, the second interlayer insulating film 35, and the third interlayer insulating film 36 is opened, and the plug 28b is embedded, An upper layer wiring 29b is formed in the upper layer.
As described above, the light receiving surface including the pixel region is formed.

一方、半導体基板10の受光面と異なる領域に、ロジック領域ALGが形成されている。
ロジック領域ALGにおいて、例えば、STI型の素子分離絶縁膜12で区分された半導体基板10のp型領域にチャネル形成領域が形成され、その上層にゲート絶縁膜21bを介してゲート電極22bが形成されている。
その両側部には、第1サイドウォール絶縁膜30b及び第2サイドウォール絶縁膜31bからなるサイドウォール絶縁膜が形成されている。
サイドウォール絶縁膜の下部における半導体基板10中に、n型のエクステンション領域16が形成され、その側部における半導体基板10中にn型のソースドレイン領域17が形成されている。
On the other hand, a logic region A LG is formed in a region different from the light receiving surface of the semiconductor substrate 10.
In the logic region ALG , for example, a channel formation region is formed in the p-type region of the semiconductor substrate 10 separated by the STI type element isolation insulating film 12, and a gate electrode 22b is formed in the upper layer via the gate insulating film 21b. Has been.
A sidewall insulating film made up of the first sidewall insulating film 30b and the second sidewall insulating film 31b is formed on both sides thereof.
An n-type extension region 16 is formed in the semiconductor substrate 10 below the sidewall insulating film, and an n-type source / drain region 17 is formed in the semiconductor substrate 10 on the side thereof.

n型のソースドレイン領域17上に半導体基板10に対して凸状の形状のn型の第5半導体層24cが形成されている。第5半導体層24cは、例えばシリコンからなる。
n型の第5半導体層24cは、n型の第2半導体層24aと同様に、半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
An n-type fifth semiconductor layer 24 c having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 is formed on the n-type source / drain region 17. The fifth semiconductor layer 24c is made of, for example, silicon.
Similar to the n-type second semiconductor layer 24 a, the n-type fifth semiconductor layer 24 c has a shape in which the area of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 decreases as the distance from the semiconductor substrate 10 increases.

また、n型の第5半導体層24cの上面に高融点金属シリサイド層26が形成されている。
また、ゲート電極22bの上面にも同様に高融点金属シリサイド層27が形成されている。
A refractory metal silicide layer 26 is formed on the upper surface of the n-type fifth semiconductor layer 24c.
Similarly, a refractory metal silicide layer 27 is formed on the upper surface of the gate electrode 22b.

上記のロジック領域ALGにおいて全面に、例えば酸化シリコンからなる第3層間絶縁膜36が形成されている。
第3層間絶縁膜36を貫通してn型の第5半導体層24cに接続する高融点金属シリサイド層26に達するコンタクトが開口されており、プラグ28cが埋め込まれ、その上層に上層配線29cが形成されている。
第3層間絶縁膜36を貫通してゲート電極22bに接続する高融点金属シリサイド層27に達するコンタクトが開口されており、プラグ28dが埋め込まれ、その上層に上層配線29dが形成されている。
上記のようにして、MOSトランジスタが構成されており、これらを含む周辺回路を構成するロジック領域が形成されている。
上記においてはNMOSトランジスタについて示したがこれに限らず、PMOSトランジスタに適用可能であり、また、NMOSとPMOSの両者に適用可能である。
A third interlayer insulating film 36 made of, for example, silicon oxide is formed on the entire surface of the logic region ALG .
A contact reaching the refractory metal silicide layer 26 passing through the third interlayer insulating film 36 and connected to the n-type fifth semiconductor layer 24c is opened, the plug 28c is buried, and an upper layer wiring 29c is formed thereon. Has been.
A contact reaching the refractory metal silicide layer 27 passing through the third interlayer insulating film 36 and connected to the gate electrode 22b is opened, a plug 28d is buried, and an upper layer wiring 29d is formed in the upper layer.
As described above, MOS transistors are configured, and a logic region that forms a peripheral circuit including these is formed.
In the above description, the NMOS transistor has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a PMOS transistor.

上記のロジック領域ALGに形成されているMOSトランジスタのソースドレイン領域は、図2に示すように、端部においてはある程度の深さまで達するが、中央領域のほとんどにおいて、比較的浅い拡散層から形成されている。
これは、後述のようにn型の第5半導体層24cを通してイオン注入させていることにより、n型の第5半導体層24cの形状がソースドレイン領域のプロファイルに転写されたものである。
上記構造のソースドレインを有することは、MOSトランジスタの微細化に伴う短チャネル効果の抑制などに効果がある。
As shown in FIG. 2, the source / drain region of the MOS transistor formed in the logic region ALG reaches a certain depth at the end, but is formed from a relatively shallow diffusion layer in most of the central region. Has been.
This is because the shape of the n-type fifth semiconductor layer 24c is transferred to the profile of the source / drain region by ion implantation through the n-type fifth semiconductor layer 24c as will be described later.
Having the source / drain of the above structure is effective in suppressing the short channel effect accompanying the miniaturization of the MOS transistor.

図3は、本実施形態に係る固体撮像装置の要部を拡大した模式断面図である。
n型の第2半導体層24aが、上記のように半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する凸状に形状であることは、光を集光するレンズの作用を有する。
n型の第2半導体層24a及びその上層のp型の第3半導体層25の表面が半導体基板10の表面に対して斜めのファセット面を有する形状である。このために光学的に光Lを元の光の進行方向Ltから屈折光Lrの進行方向へ屈折させる。即ち、フォトダイオード領域側に屈折させる作用を有する。
上記のように、光の集光性を向上させることができる。
FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of a main part of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
The n-type second semiconductor layer 24a has a convex shape having a shape in which the area of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 becomes smaller from the semiconductor substrate 10 as described above. It has the effect | action of the lens which condenses.
The surface of the n-type second semiconductor layer 24 a and the p-type third semiconductor layer 25 on the n-type second semiconductor layer 24 a has a shape having an oblique facet surface with respect to the surface of the semiconductor substrate 10. For this purpose, the light L is optically refracted in the traveling direction of the refracted light Lr from the traveling direction Lt of the original light. That is, it has a function of refracting toward the photodiode region.
As described above, the light condensing property can be improved.

また、n型の第2半導体層24a及びp型の第3半導体層25とサイドウォール絶縁膜(30a,31a)の間の距離dを確保することができる。
これにより、n型の第2半導体層24a及びp型の第3半導体層25に生じる結晶欠陥を低減し、画素特性の悪化を回避できる。
また、フローティングディフュージョン14の領域でも同様の構造となっており、n型の第4半導体層24bと転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなって生じる光電変換効率の低下を抑制できる。
In addition, the distance d between the n-type second semiconductor layer 24a and the p-type third semiconductor layer 25 and the sidewall insulating films (30a, 31a) can be secured.
Thereby, crystal defects generated in the n-type second semiconductor layer 24a and the p-type third semiconductor layer 25 can be reduced, and deterioration of pixel characteristics can be avoided.
In addition, the structure of the floating diffusion 14 has the same structure, and a reduction in photoelectric conversion efficiency caused by an increase in parasitic capacitance between the n-type fourth semiconductor layer 24b and the transfer gate electrode can be suppressed.

[固体撮像装置の製造方法]
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図4〜9を参照して説明する。
まず、図4(a)に示すように、ハードマスクを用いて半導体基板10にトレンチを所定の深さで形成し、酸化シリコンを埋め込んで、画素領域におけるSTI型の素子分離絶縁膜11及びロジック領域におけるSTI型の素子分離絶縁膜12を形成する。
画素領域におけるSTI型の素子分離絶縁膜11は、例えば20〜50nm程度の膜厚である。ロジック領域におけるSTI型の素子分離絶縁膜12は、100〜200nm程度の膜厚である。
次に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により全面に酸化シリコンを堆積させ、スクリーン絶縁膜20を形成する。
[Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device]
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 4A, a trench is formed in a semiconductor substrate 10 with a predetermined depth using a hard mask, and silicon oxide is buried, so that an STI-type element isolation insulating film 11 and logic in the pixel region are formed. An STI type element isolation insulating film 12 in the region is formed.
The STI type element isolation insulating film 11 in the pixel region has a thickness of, for example, about 20 to 50 nm. The STI type element isolation insulating film 12 in the logic region has a thickness of about 100 to 200 nm.
Next, for example, silicon oxide is deposited on the entire surface by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method to form the screen insulating film 20.

次に、図4(b)に示すように、所定の領域を開口するレジスト膜をパターン形成し、n型不純物あるいはp型不純物をイオン注入する。これにより、フォトダイオード領域APDにおいてn型の第1半導体層13を形成する。また、フローティングディフュージョン領域AFDにおいてn型半導体層であるフローティングディフュージョン14を形成する。また、p型半導体層15及びその他のp型ウェル及びn型ウェルなどを形成する。
また、ロジック領域ALGにおいても必要に応じてチャネル形成領域などに不純物をイオン注入する。
例えば、n型の第1半導体層13は、Pを500〜800keVのエネルギーで1.0×1012(/cm)のドーズ量で注入する。
例えば、p型ウェルは、Bを230keVのエネルギーで2.0×1013(/cm)のドーズ量で注入する。
例えば、n型ウェルは、Pを500keVのエネルギーで3.0×1013(/cm)のドーズ量で注入する。
例えば、NMOSトランジスタのチャネル形成領域は、Bを20keVのエネルギーで1.0×1013(/cm)のドーズ量で注入する。
例えば、PMOSトランジスタのチャネル形成領域は、Pを50keVのエネルギーで6.0×1012(/cm)のドーズ量で注入する。
Next, as shown in FIG. 4B, a resist film opening a predetermined region is patterned and n-type impurities or p-type impurities are ion-implanted. Thereby, the n-type first semiconductor layer 13 is formed in the photodiode region APD . Further, the floating diffusion 14 which is an n-type semiconductor layer is formed in the floating diffusion region A FD . Further, the p + type semiconductor layer 15 and other p type well and n type well are formed.
Also, in the logic region A LG , impurities are ion-implanted into the channel formation region or the like as necessary.
For example, the n-type first semiconductor layer 13 implants P with an energy of 500 to 800 keV and a dose of 1.0 × 10 12 (/ cm 2 ).
For example, in a p-type well, B is implanted at an energy of 230 keV with a dose of 2.0 × 10 13 (/ cm 2 ).
For example, in an n-type well, P is implanted at a dose of 3.0 × 10 13 (/ cm 2 ) with an energy of 500 keV.
For example, in the channel formation region of the NMOS transistor, B is implanted at a dose of 1.0 × 10 13 (/ cm 2 ) with an energy of 20 keV.
For example, in the channel formation region of the PMOS transistor, P is implanted with energy of 50 keV and a dose of 6.0 × 10 12 (/ cm 2 ).

次に、図5(a)に示すように、スクリーン絶縁膜20を除去する。次に、例えば熱酸化法などによりゲート絶縁膜となる酸化シリコンを2nmの膜厚で形成し、CVD法によりゲート電極となるポリシリコンを形成し、その上層に窒化シリコンを形成し、転送ゲート電極のパターンに加工する。上記により、転送ゲート電極領域ATGに、ゲート絶縁膜21a、転送ゲート電極22a、窒化シリコン膜23aを形成する。転送ゲート電極22aの側壁表面に適宜2nm程度の不図示の酸化シリコン膜を形成する。
ロジック領域ALGにおいても、同様に、トランジスタを構成するゲート絶縁膜21b及びゲート電極22b並びに窒化シリコン膜23bを形成する。ゲート電極22bの側壁表面に適宜2nm程度の不図示の酸化シリコン膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, the screen insulating film 20 is removed. Next, silicon oxide to be a gate insulating film is formed with a thickness of 2 nm by, for example, a thermal oxidation method, polysilicon to be a gate electrode is formed by a CVD method, silicon nitride is formed thereon, and a transfer gate electrode Process to the pattern. As described above, the gate insulating film 21a, the transfer gate electrode 22a, and the silicon nitride film 23a are formed in the transfer gate electrode region ATG . A silicon oxide film (not shown) having a thickness of about 2 nm is appropriately formed on the side wall surface of the transfer gate electrode 22a.
Similarly, in the logic region ALG , a gate insulating film 21b, a gate electrode 22b, and a silicon nitride film 23b that form a transistor are formed. A silicon oxide film (not shown) having a thickness of about 2 nm is appropriately formed on the side wall surface of the gate electrode 22b.

次に、図5(b)に示すように、ロジック領域ALGにおいてゲート電極22bをマスクとしてp型不純物をイオン注入し、エクステンション領域16を形成する。
例えば、Asを1.5keVのエネルギーで6.0×1014(/cm)のドーズ量で注入する。
また、必要に応じて斜め方向のイオン注入によりHaloと称せられる不純物領域を形成する。
例えば、BFを40keVのエネルギーで2.0×1015(/cm)のドーズ量で注入し、あるいは、Asを50keVのエネルギーで2.0×1013(/cm)のドーズ量で注入する。
Next, as shown in FIG. 5B, in the logic region LG , p-type impurities are ion-implanted using the gate electrode 22b as a mask to form the extension region 16.
For example, As is implanted at an energy of 1.5 keV with a dose of 6.0 × 10 14 (/ cm 2 ).
Further, an impurity region called Halo is formed by ion implantation in an oblique direction as necessary.
For example, BF 2 is implanted at an energy of 40 keV at a dose of 2.0 × 10 15 (/ cm 2 ), or As is implanted at an energy of 50 keV at a dose of 2.0 × 10 13 (/ cm 2 ). inject.

次に、図6(a)に示すように、例えばCVD法により全面に酸化シリコン膜を10nmで形成し、窒化シリコン膜を20nmで形成し、酸化シリコン膜を35nmで形成し、全面にエッチバックする。これにより、転送ゲート電極22aの両側部に、第1サイドウォール絶縁膜30a、第2サイドウォール絶縁膜31a、第3サイドウォール絶縁膜32aを形成する。
上記において、同様に、ロジック領域ALGのゲート電極22bの両側部に、第1サイドウォール絶縁膜30b、第2サイドウォール絶縁膜31b、第3サイドウォール絶縁膜32bを形成する。
型半導体層15上に第1絶縁膜30c、第2絶縁膜31c及び第3絶縁膜32cが残されるようにする。
サイドウォール絶縁膜を形成する際には、フォトダイオード上へのダメージを低減する必要があり、例えば、外側の酸化シリコン膜と窒化シリコン膜はドライエッチングで除去し、内側の酸化シリコン膜をウェットエッチングで除去する方法が考えられる。
また、p型半導体層15の部分は、レジストパターニングをすることにより、サイドウォール絶縁膜の材料が残るようにする。その理由としては、後のエピタキシャル成長工程においてp型半導体層15の領域にエピタキシャル成長させないためである。
Next, as shown in FIG. 6A, a silicon oxide film is formed at 10 nm on the entire surface by, eg, CVD, a silicon nitride film is formed at 20 nm, a silicon oxide film is formed at 35 nm, and etch back is performed on the entire surface. To do. Thus, the first sidewall insulating film 30a, the second sidewall insulating film 31a, and the third sidewall insulating film 32a are formed on both sides of the transfer gate electrode 22a.
In the above, similarly, the first sidewall insulating film 30b, the second sidewall insulating film 31b, and the third sidewall insulating film 32b are formed on both sides of the gate electrode 22b in the logic region LG .
The first insulating film 30c, the second insulating film 31c, and the third insulating film 32c are left on the p + type semiconductor layer 15.
When forming the sidewall insulating film, it is necessary to reduce damage to the photodiode. For example, the outer silicon oxide film and the silicon nitride film are removed by dry etching, and the inner silicon oxide film is wet etched. The method of removing by can be considered.
Further, the p + type semiconductor layer 15 is subjected to resist patterning so that the material of the sidewall insulating film remains. This is because epitaxial growth is not performed in the region of the p + type semiconductor layer 15 in the subsequent epitaxial growth step.

次に、図6(b)に示すように、シリコンの半導体基板10の表面の自然酸化膜を除去する為、DHF処理を行う。このとき、第3サイドウォール絶縁膜(32a,32b)及び第3絶縁膜32cも同時に除去される。   Next, as shown in FIG. 6B, DHF treatment is performed to remove the natural oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 10. At this time, the third sidewall insulating films (32a, 32b) and the third insulating film 32c are also removed at the same time.

次に、図7(a)に示すように、上記のDHF洗浄の直後に、ファセット面を有するようにシリコンを選択的にエピタキシャル成長させる。これにより、フォトダイオード領域APDに第2半導体層24aを形成する。また、フローティングディフュージョン領域AFDにおいて第4半導体層24bを形成する。また、ロジック領域ALGのソースドレイン領域となる領域上に第5半導体層24cを形成する。
上記のエピタキシャル成長は、条件によってファセット面の角度を変化させたり、複数の面方位を形成する事ができる。
例えば、成長温度:750℃、圧力:10Torr、ガス:SiHCl(100sccm)及びHCL(25sccm)、ホウ素濃度:Bを用いて140sccmとして形成する。
Next, as shown in FIG. 7A, immediately after the DHF cleaning, silicon is selectively epitaxially grown so as to have a facet surface. Thereby, the second semiconductor layer 24a is formed in the photodiode region APD . Further, to form a fourth semiconductor layer 24b in the floating diffusion region A FD. Further, to form a fifth semiconductor layer 24c on the region to be a source drain region of the logic region A LG.
The epitaxial growth described above can change the angle of the facet plane depending on conditions, and can form a plurality of plane orientations.
For example, the growth temperature is 750 ° C., the pressure is 10 Torr, the gas is SiH 2 Cl 2 (100 sccm) and HCL (25 sccm), and the boron concentration is 140 sccm using B 2 H 6 .

次に、図7(b)に示すように、所定の領域を開口するレジスト膜をパターン形成し、n型不純物あるいはp型不純物をイオン注入する。これにより、ロジック領域ALGにおいてソースドレイン領域17を形成する。
ソースドレイン領域17は、第5半導体層24cの形状がプロファイルに転写され、端部においてはある程度の深さまで達するが、中央領域のほとんどにおいて、比較的浅いプロファイルとなる。
また、エピタキシャル成長による第2半導体層24a、第4半導体層24bなどにも適宜n型不純物をイオン注入する。
例えば、NMOSトランジスタのソースドレイン領域は、Pを20keVのエネルギーで4.0×1015(/cm)のドーズ量で注入する。PMOSトランジスタのソースドレイン領域は、Bを4keVのエネルギーで4.0×1015(/cm)のドーズ量で注入する。
例えば、第2半導体層24aなどには、Asを100〜300keVのエネルギーで1.0×1012〜2.0×1012(/cm)のドーズ量で注入する。
Next, as shown in FIG. 7B, a resist film opening a predetermined region is patterned and n-type impurities or p-type impurities are ion-implanted. As a result, the source / drain region 17 is formed in the logic region ALG .
The shape of the fifth semiconductor layer 24c is transferred to the profile in the source / drain region 17, and reaches a certain depth at the end portion, but has a relatively shallow profile in most of the central region.
Also, n-type impurities are appropriately ion-implanted into the second semiconductor layer 24a, the fourth semiconductor layer 24b, and the like by epitaxial growth.
For example, in the source / drain region of the NMOS transistor, P is implanted at a dose of 4.0 × 10 15 (/ cm 2 ) with an energy of 20 keV. In the source / drain region of the PMOS transistor, B is implanted with energy of 4 keV at a dose of 4.0 × 10 15 (/ cm 2 ).
For example, As is implanted into the second semiconductor layer 24a and the like at a dose of 1.0 × 10 12 to 2.0 × 10 12 (/ cm 2 ) with energy of 100 to 300 keV.

次に、図8(a)に示すように、窒化シリコン膜23a及び窒化シリコン膜23bを除去する。
次に、図8(b)に示すように、フォトダイオード領域APDを開口するレジスト膜33をパターン形成し、p型不純物をイオン注入して、第2半導体層24aの表層部にp型の第3半導体層25を形成する。
例えば、Bを3keVのエネルギーで1.0×1013(/cm)のドーズ量で注入する。
次に、不純物イオンの活性化のためのスパイクアニール処理を行う。例えば、RTA(Rapid Thermal Annealing)処理で1000〜1070℃の処理とする。
Next, as shown in FIG. 8A, the silicon nitride film 23a and the silicon nitride film 23b are removed.
Next, as shown in FIG. 8B, a resist film 33 that opens the photodiode region APD is patterned, p-type impurities are ion-implanted, and p-type impurities are implanted into the surface layer portion of the second semiconductor layer 24a. A third semiconductor layer 25 is formed.
For example, B is implanted at a dose of 1.0 × 10 13 (/ cm 2 ) with an energy of 3 keV.
Next, a spike annealing process for activating impurity ions is performed. For example, the temperature is set to 1000 to 1070 ° C. by RTA (Rapid Thermal Annealing) processing.

次に、図9(a)に示すように、例えばCVD法により全面に酸化シリコンを堆積して第1層間絶縁膜34を形成し、次に、窒化シリコンを堆積して第2層間絶縁膜35を形成する。   Next, as shown in FIG. 9A, silicon oxide is deposited on the entire surface by, eg, CVD to form a first interlayer insulating film 34, and then silicon nitride is deposited to form a second interlayer insulating film 35. Form.

次に、図9(b)に示すように、例えばロジック領域ALGを開口するレジスト膜をパターン形成し、ドライエッチング処理及びウェットエッチング処理を行ってロジック領域ALGの第1層間絶縁膜34及び第2層間絶縁膜35を除去する。
上層の窒化シリコンと下層の酸化シリコンの一部は、ドライエッチング処理で除去し、残った酸化シリコンはウェットエッチング処理で除去するのが好ましい。
この方法を用いれば、ドライエッチングによるロジック領域ALGのシリコンへのダメージを抑制することができるからである。
しかし、ウェットエッチングを用いなくても、致命的な問題が起こることはない。
Next, as shown in FIG. 9B, for example, a resist film that opens the logic region A LG is patterned, and a dry etching process and a wet etching process are performed to form the first interlayer insulating film 34 in the logic region A LG and The second interlayer insulating film 35 is removed.
It is preferable that part of the upper silicon nitride and the lower silicon oxide is removed by dry etching, and the remaining silicon oxide is removed by wet etching.
Using this method, it is possible to suppress the damage to the silicon in the logic area A LG by dry etching.
However, even if wet etching is not used, a fatal problem does not occur.

次に、ロジック領域ALGの開口を行った後、CoやNiなどをスパッタリング法で2〜8nmの膜厚で堆積し、シリサイド化処理を行うことで、高融点金属シリサイド層を自己整合的に形成する。いわゆるサリサイド層を形成する。ここでは、n型の第5半導体層24cの上面に高融点金属シリサイド層26を形成し、ゲート電極22bの上面に高融点金属シリサイド層27を形成する。未反応の高融点金属は除去する。 Then, after the opening of the logic area A LG, and Co and Ni were deposited to a thickness of 2~8nm by sputtering, by performing the silicidation process, a refractory metal silicide layer self-aligned manner Form. A so-called salicide layer is formed. Here, the refractory metal silicide layer 26 is formed on the upper surface of the n-type fifth semiconductor layer 24c, and the refractory metal silicide layer 27 is formed on the upper surface of the gate electrode 22b. Unreacted refractory metal is removed.

次に、例えばCVD法により全面に酸化シリコン膜を500〜700nmの膜厚で堆積して第3層間絶縁膜36を形成し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)処理で平坦化する。
上記の後、例えば、第3層間絶縁膜36を貫通して転送ゲート電極22aなどに達するコンタクトを開口し、Ti(30nm)/TiN(10nm)などからなる不図示のバリアメタル膜を形成し、Wなどからなるプラグ(28a,28b、28c)を形成する。
上記のプラグ(28a,28b、28c)に接続して、上層配線(29a,29b,29c)を形成する。
以上で、図2に示す構成の固体撮像装置を製造することができる。
Next, a third interlayer insulating film 36 is formed by depositing a silicon oxide film with a film thickness of 500 to 700 nm on the entire surface by, eg, CVD, and planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing).
After the above, for example, a contact reaching the transfer gate electrode 22a and the like through the third interlayer insulating film 36 is opened, and a barrier metal film (not shown) made of Ti (30 nm) / TiN (10 nm) is formed. Plugs (28a, 28b, 28c) made of W or the like are formed.
Connected to the plugs (28a, 28b, 28c), upper layer wirings (29a, 29b, 29c) are formed.
As described above, the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 2 can be manufactured.

上記の後、必要に応じて、通常用いられている方法により、配線や導波路、オンチップレンズ及びカラーフィルタなどを形成する。   After the above, wirings, waveguides, on-chip lenses, color filters, and the like are formed as necessary by a commonly used method.

本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層を転送ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜から離間して形成するので、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth that constitutes the photodiode is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film. Deterioration can be avoided.

また、フローティングディフュージョンを構成するエピタキシャル成長による半導体層を転送ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜から離間して形成するので、半導体層と転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなって生じる光電変換効率の低下を抑制できる。   In addition, since the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the floating diffusion is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film, the photoelectric conversion efficiency is lowered due to the increase in parasitic capacitance between the semiconductor layer and the transfer gate electrode. Can be suppressed.

<第1変形例>
[曲面形状のエピタキシャル半導体層を有する固体撮像装置の構成]
図10は、本変形例に係る固体撮像装置の要部を拡大した模式断面図である。
図3に対して、エピタキシャル成長による第2半導体層24aの角部が除去されて曲面形状となり、よりレンズ形状に近づいた形状となっている。
上記の曲面形状の第2半導体層24aの上層に第3半導体層25が形成されている。
<First Modification>
[Configuration of Solid-State Imaging Device Having Curved Shape Epitaxial Semiconductor Layer]
FIG. 10 is an enlarged schematic cross-sectional view of a main part of the solid-state imaging device according to this modification.
Compared to FIG. 3, the corners of the second semiconductor layer 24a formed by epitaxial growth are removed to form a curved surface, which is closer to the lens shape.
A third semiconductor layer 25 is formed on the curved second semiconductor layer 24a.

[固体撮像装置の製造方法]
図11(a)及び(b)は、本変形例の製造方法の製造工程を示す模式断面図である。
図7(b)に示す工程までを上述のように行い、図11(a)に示すように表面の酸化処理を行う。これにより、酸化シリコン膜24dは第2半導体層24aの角部近傍で厚く形成される。このため、第2半導体層24aの表面は曲面形状となる。
次に、図11(b)に示すように、DHF処理などを行うことで酸化シリコン膜24dを除去する。
上記の後は、上述の第1実施形態と同様に行うことができる。
[Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device]
FIGS. 11A and 11B are schematic cross-sectional views showing the manufacturing steps of the manufacturing method of this modification.
The process up to the step shown in FIG. 7B is performed as described above, and the surface is oxidized as shown in FIG. Thereby, the silicon oxide film 24d is formed thick near the corner of the second semiconductor layer 24a. For this reason, the surface of the second semiconductor layer 24a has a curved shape.
Next, as shown in FIG. 11B, the silicon oxide film 24d is removed by performing DHF treatment or the like.
After the above, it can carry out similarly to the above-mentioned 1st Embodiment.

<第2実施形態>
[in−situ Bドープエピタキシャル成長によるp型半導体層を有する固体撮像装置の構成]
図12は、本発明の第2実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
p型の第3半導体層25aは、in−situ Bドープエピタキシャル成長により形成された層である。
また、画素領域において、酸化シリコンの第1層間絶縁膜37、窒化シリコンの第2層間絶縁膜38、窒化シリコンの第3層間絶縁膜39、酸化シリコンの第4層間絶縁膜40が形成されている。
上記を除いて、実質的に第1実施形態の固体撮像装置と同様の構成である。
Second Embodiment
[Configuration of solid-state imaging device having p-type semiconductor layer by in-situ B-doped epitaxial growth]
FIG. 12 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention.
The p-type third semiconductor layer 25a is a layer formed by in-situ B-doped epitaxial growth.
In the pixel region, a first interlayer insulating film 37 of silicon oxide, a second interlayer insulating film 38 of silicon nitride, a third interlayer insulating film 39 of silicon nitride, and a fourth interlayer insulating film 40 of silicon oxide are formed. .
Except for the above, the configuration is substantially the same as that of the solid-state imaging device of the first embodiment.

本実施形態の固体撮像装置は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されており、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the photodiode is formed away from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film formed on the sidewall thereof, and crystal defects are generated in the semiconductor layer. It is possible to avoid deterioration of pixel characteristics due to.

特に、in−situ Bドープエピタキシャル成長によるp型の第3半導体層25aは、イオン注入などで不純物拡散により形成される場合のp型半導体層より不純物の拡散が非常に小さい。よって、通常のイオン注入による方法に比べて、Qsを向上させることができる。   In particular, the p-type third semiconductor layer 25a formed by in-situ B-doped epitaxial growth has much smaller impurity diffusion than the p-type semiconductor layer formed by impurity diffusion by ion implantation or the like. Therefore, Qs can be improved as compared with a method using normal ion implantation.

本実施形態の固体撮像装置は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されており、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the photodiode is formed away from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film formed on the sidewall thereof, and crystal defects are generated in the semiconductor layer. It is possible to avoid deterioration of pixel characteristics due to.

本実施形態の固体撮像装置では、フローティングディフュージョンを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されている。半導体層と転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなって生じる光電変換効率の低下を抑制できる。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the floating diffusion is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film formed on the side wall thereof. A decrease in photoelectric conversion efficiency caused by an increase in parasitic capacitance between the semiconductor layer and the transfer gate electrode can be suppressed.

[固体撮像装置の製造方法]
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図13及び14を参照して説明する。
まず、第1実施形態の図8(a)に示す工程まで第1実施形態と同様にして行う。
次に、図13(a)に示すように、例えばCVD法により全面に酸化シリコンを堆積して第1層間絶縁膜37を形成し、次に、窒化シリコンを堆積して第2層間絶縁膜38を形成する。
[Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device]
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
First, the steps up to the step shown in FIG. 8A of the first embodiment are performed in the same manner as in the first embodiment.
Next, as shown in FIG. 13A, silicon oxide is deposited on the entire surface by, eg, CVD to form a first interlayer insulating film 37, and then silicon nitride is deposited to form a second interlayer insulating film 38. Form.

次に、図13(b)に示すように、フォトダイオード領域APDを開口する不図示のレジスト膜をパターン形成し、フォトダイオード領域APDの第1層間絶縁膜37と第2層間絶縁膜38を除去する。
例えば、フォトダイオードへのダメージを低減するために、窒化シリコンの第2層間絶縁膜38はドライエッチングによって、酸化シリコンの第1層間絶縁膜37はウェットエッチングで処理することが好ましい。
次に、in−situ Bドープエピタキシャル成長によって第2半導体層24aの表層にp型の第3半導体層25aをin−situで形成する。
第3半導体層25aは、1.0×1017(1/cm)の不純物濃度、5nmの膜厚とする。
なお、第3半導体層25aは、半導体基板のp型のウェルに接続するように設計されている。
次に、不純物の活性化のためのスパイクアニール処理を行う。例えば、RTA処理で1000〜1070℃の処理とする。
Next, as shown in FIG. 13B, a resist film (not shown) that opens the photodiode region APD is patterned to form a first interlayer insulating film 37 and a second interlayer insulating film 38 in the photodiode region APD . Remove.
For example, in order to reduce damage to the photodiode, it is preferable to process the second interlayer insulating film 38 made of silicon nitride by dry etching and the first interlayer insulating film 37 made of silicon oxide by wet etching.
Next, a p-type third semiconductor layer 25a is formed in-situ on the surface layer of the second semiconductor layer 24a by in-situ B-doped epitaxial growth.
The third semiconductor layer 25a has an impurity concentration of 1.0 × 10 17 (1 / cm 3 ) and a thickness of 5 nm.
The third semiconductor layer 25a is designed to be connected to the p-type well of the semiconductor substrate.
Next, spike annealing is performed for impurity activation. For example, the RTA process is performed at 1000 to 1070 ° C.

次に、図14(a)に示すように、例えばCVD法により全面に窒化シリコンを堆積して第3層間絶縁膜39を形成する。   Next, as shown in FIG. 14A, a third interlayer insulating film 39 is formed by depositing silicon nitride on the entire surface by, eg, CVD.

次に、図14(b)に示すように、例えばロジック領域ALGを開口するレジスト膜をパターン形成し、ドライエッチング処理及びウェットエッチング処理を行ってロジック領域ALGの第1層間絶縁膜37、第2層間絶縁膜38及び第3層間絶縁膜39を除去する。 Next, as shown in FIG. 14B, for example, a resist film that opens the logic region A LG is patterned, and dry etching processing and wet etching processing are performed to form a first interlayer insulating film 37 in the logic region A LG , The second interlayer insulating film 38 and the third interlayer insulating film 39 are removed.

次に、ロジック領域ALGのn型の第5半導体層24cの上面に高融点金属シリサイド層26を形成し、ゲート電極22bの上面に高融点金属シリサイド層27を形成する。未反応の高融点金属は除去する。
以降の工程は第1実施形態と同様に行うことができる。
以上で、図12に示す構成の固体撮像装置を製造することができる。
Then, a refractory metal silicide layer 26 is formed on the upper surface of the fifth semiconductor layer 24c of the n-type logic region A LG, to form a refractory metal silicide layer 27 on the upper surface of the gate electrode 22b. Unreacted refractory metal is removed.
The subsequent steps can be performed in the same manner as in the first embodiment.
As described above, the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 12 can be manufactured.

本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層を転送ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜から離間して形成するので、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth that constitutes the photodiode is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film. Deterioration can be avoided.

また、フローティングディフュージョンを構成するエピタキシャル成長による半導体層を転送ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜から離間して形成するので、半導体層と転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなって生じる光電変換効率の低下を抑制できる。   In addition, since the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the floating diffusion is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film, the photoelectric conversion efficiency is lowered due to the increase in parasitic capacitance between the semiconductor layer and the transfer gate electrode. Can be suppressed.

<第3実施形態>
[固体撮像装置の構成]
本実施形態に係る固体撮像装置の受光面における平面図は、第1実施形態に係る図1の平面図と実質的に同様である。
図15は、複数の画素が集積されてなり、本実施形態に係る固体撮像装置であるCMOSイメージセンサの模式断面図である。
図面上、画素領域の周辺回路などを構成するロジック領域ALGを示す。画素領域は、フォトダイオード領域APD、転送ゲート電極領域ATG及びフローティングディフュージョン領域AFDを示す。
また、図15中の画素領域に相当するA−Bの断面図は図1のA−Bにおける断面に相当し、ロジック領域ALGに相当するC−Dの断面図は図1には示されていない領域に相当する。
<Third Embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
The plan view of the light receiving surface of the solid-state imaging device according to the present embodiment is substantially the same as the plan view of FIG. 1 according to the first embodiment.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a CMOS image sensor, which is a solid-state imaging device according to this embodiment, in which a plurality of pixels are integrated.
In the drawing, a logic region A LG constituting a peripheral circuit of the pixel region is shown. The pixel region indicates a photodiode region A PD , a transfer gate electrode region A TG and a floating diffusion region A FD .
15 is equivalent to the cross section taken along AB in FIG. 1, and the cross sectional view taken along line CD corresponding to the logic area ALG is shown in FIG. It corresponds to the area that is not.

n型の第1半導体層13上に半導体基板10に対して凸状の形状のn型の第2半導体層24dが形成されている。第2半導体層24dは、シリコンよりバンドギャップが小さい材料から形成されている。例えば、Ge,Si1−xGe(0<x<1),InGaAs,GaAs,InP,InSb,Cu(In,Ga)Se,Cu(In,Ga)(Se,S),CuInSなどから形成されている。Si材料を光吸収層に使用する場合、赤外領域の感度が低いまたは感度をもたないという問題が発生することがある。上記の材料は、特に赤色の波長領域においてシリコンより光吸収係数が大きい。このため、これらの材料を用いたフォトダイオードは、赤色から赤外領域の光に対する感度が高いフォトダイオードとなる。 An n-type second semiconductor layer 24 d having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 is formed on the n-type first semiconductor layer 13. The second semiconductor layer 24d is formed of a material having a band gap smaller than that of silicon. For example, Ge, Si 1-x Ge x (0 <x <1), InGaAs, GaAs, InP, InSb, Cu (In, Ga) Se 2 , Cu (In, Ga) (Se, S) 2 , CuInS 2 It is formed from. When Si material is used for the light absorption layer, there may be a problem that sensitivity in the infrared region is low or insensitive. The above materials have a larger light absorption coefficient than silicon, particularly in the red wavelength region. Therefore, a photodiode using these materials is a photodiode having high sensitivity to light in the red to infrared region.

本実施形態においては、フローティングディフュージョン14上に半導体基板10に対して凸状の形状のn型の第4半導体層24eが形成されている。第4半導体層24eは、第2半導体層24dと同様に、例えば、Ge,Si1−xGe(0<x<1),InGaAs,GaAs,InPまたはInSbから形成されている。
また、ソースドレイン領域17上に半導体基板10に対して凸状の形状のn型の第5半導体層24fが形成されている。第5半導体層24fは、第2半導体層24dと同様に、例えば、Ge,Si1−xGe(0<x<1),InGaAs,GaAs,InP,InSb,Cu(In,Ga)Se,Cu(In,Ga)(Se,S),CuInSなどから形成されている。
上記を除いては、第1実施形態と同様の構成である。
In the present embodiment, an n-type fourth semiconductor layer 24 e having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 is formed on the floating diffusion 14. The fourth semiconductor layer 24e is made of, for example, Ge, Si 1-x Ge x (0 <x <1), InGaAs, GaAs, InP, or InSb, like the second semiconductor layer 24d.
In addition, an n-type fifth semiconductor layer 24 f having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 is formed on the source / drain region 17. Similarly to the second semiconductor layer 24d, the fifth semiconductor layer 24f is, for example, Ge, Si 1-x Ge x (0 <x <1), InGaAs, GaAs, InP, InSb, Cu (In, Ga) Se 2. , Cu (In, Ga) (Se, S) 2 , CuInS 2 or the like.
Except for the above, the configuration is the same as that of the first embodiment.

図15中のaの断面でのn型の第2半導体層24dのレイアウト及びbの断面でのn型の第2半導体層24dのレイアウトは、図1中の一点鎖線a及び二点鎖線bで示された第1実施形態と同様のレイアウトである。
上記のように、n型の第2半導体層24ddは、半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
The layout of the n-type second semiconductor layer 24d in the cross section a in FIG. 15 and the layout of the n-type second semiconductor layer 24d in the cross section b in FIG. The layout is the same as that of the illustrated first embodiment.
As described above, the n-type second semiconductor layer 24 dd has a shape that decreases as the area of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 becomes farther from the semiconductor substrate 10.

本実施形態の固体撮像装置は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されており、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the photodiode is formed away from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film formed on the sidewall thereof, and crystal defects are generated in the semiconductor layer. It is possible to avoid deterioration of pixel characteristics due to.

本実施形態では、フローティングディフュージョンを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されている。半導体層と転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなって生じる光電変換効率の低下を抑制できる。   In the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the floating diffusion is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film formed on the side wall thereof. A decrease in photoelectric conversion efficiency caused by an increase in parasitic capacitance between the semiconductor layer and the transfer gate electrode can be suppressed.

上記のロジック領域ALGに形成されているMOSトランジスタのソースドレイン領域は、図15に示すように、端部においてはある程度の深さまで達するが、中央領域のほとんどにおいて、比較的浅い拡散層から形成されている。
上記構造のソースドレインを有することは、MOSトランジスタの微細化に伴う短チャネル効果の抑制などに効果がある。
また、画像処理をする周辺回路のMOSFETにSi1−xGe(0<x<1)をエピタキシャル成長させることにより、そのMOSFETの駆動電流を増加させることにより、周辺回路特性を改善し、画像処理能力を向上させることができる。また、周辺回路の面積を削減することができる。
As shown in FIG. 15, the source / drain region of the MOS transistor formed in the logic region ALG reaches a certain depth at the end, but is formed from a relatively shallow diffusion layer in most of the central region. Has been.
Having the source / drain of the above structure is effective in suppressing the short channel effect accompanying the miniaturization of the MOS transistor.
In addition, Si 1-x Ge x (0 <x <1) is epitaxially grown on the MOSFET of the peripheral circuit that performs image processing to increase the drive current of the MOSFET, thereby improving the peripheral circuit characteristics and image processing. Ability can be improved. In addition, the area of the peripheral circuit can be reduced.

<第4実施形態>
[固体撮像装置の構成]
図16は本実施形態に係る固体撮像装置の受光面における4画素分に相当する領域の平面図である。
例えば、半導体基板の複数の画素が集積されてなる受光面の画素ごとに区分されたフォトダイオード領域において、フォトダイオード(PD1,PD2,PD3,PD4)が形成されている。
フォトダイオードに隣接する領域の半導体基板上に転送ゲート電極(TG1,TG2,TG3,TG4)が形成されている。
転送ゲート電極(TG1,TG2,TG3,TG4)のフォトダイオード(PD1,PD2,PD3,PD4)とは反対側における半導体基板中にフローティングディフュージョンFDが形成されている。
フローティングディフュージョンFDは、例えば領域に区分されて不純物濃度が異なる第1フローティングディフュージョンFD1及び第2フローティングディフュージョンFD2からなる。
転送ゲート電極(TG1,TG2,TG3,TG4)及びフローティングディフュージョンFDから、フォトダイオード(PD1,PD2,PD3,PD4)に生成及び蓄積される信号電荷または信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部が構成される。
<Fourth embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
FIG. 16 is a plan view of a region corresponding to four pixels on the light receiving surface of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
For example, photodiodes (PD1, PD2, PD3, PD4) are formed in the photodiode region divided for each pixel on the light receiving surface where a plurality of pixels of the semiconductor substrate are integrated.
Transfer gate electrodes (TG1, TG2, TG3, TG4) are formed on the semiconductor substrate in a region adjacent to the photodiode.
A floating diffusion FD is formed in the semiconductor substrate on the opposite side of the transfer gate electrode (TG1, TG2, TG3, TG4) from the photodiode (PD1, PD2, PD3, PD4).
The floating diffusion FD includes, for example, a first floating diffusion FD1 and a second floating diffusion FD2 that are divided into regions and have different impurity concentrations.
A signal reading unit that reads a signal charge generated or accumulated in the photodiode (PD1, PD2, PD3, PD4) or a voltage corresponding to the signal charge from the transfer gate electrode (TG1, TG2, TG3, TG4) and the floating diffusion FD. Composed.

ここで、フォトダイオードPD1は赤色の光を感光する赤画素であり、赤色フィルタRFがフォトダイオードPD1領域に形成されている。また、フォトダイオードPD2,3は緑色の光を感光する緑画素であり、緑色フィルタGFがフォトダイオードPD2,3領域に形成されている。また、フォトダイオードPD4は青色の光を感光する青画素であり、青色フィルタBFがフォトダイオードPD4領域に形成されている。   Here, the photodiode PD1 is a red pixel that sensitizes red light, and a red filter RF is formed in the photodiode PD1 region. The photodiodes PD2 and PD3 are green pixels that are sensitive to green light, and a green filter GF is formed in the photodiode PD2 and 3 regions. The photodiode PD4 is a blue pixel that sensitizes blue light, and a blue filter BF is formed in the photodiode PD4 region.

図17は、複数の画素が集積されてなり、本実施形態に係る固体撮像装置であるCMOSイメージセンサの模式断面図である。
図面上、画素領域の周辺回路などを構成するロジック領域ALGを示す。画素領域は、フォトダイオード領域APD、転送ゲート電極領域ATG及びフローティングディフュージョン領域AFDを示す。
また、図17中の画素領域に相当するA−Bの断面図は図16のA−Bにおける断面に相当する。
図17中のロジック領域ALGに相当するC−Dの断面図は図16には示されていない領域に相当する。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a CMOS image sensor, which is a solid-state imaging device according to this embodiment, in which a plurality of pixels are integrated.
In the drawing, a logic region A LG constituting a peripheral circuit of the pixel region is shown. The pixel region indicates a photodiode region A PD , a transfer gate electrode region A TG and a floating diffusion region A FD .
In addition, a cross-sectional view taken along a line AB corresponding to the pixel region in FIG. 17 corresponds to a cross-section taken along a line AB in FIG.
A cross-sectional view taken along the line CD corresponding to the logic region ALG in FIG. 17 corresponds to a region not shown in FIG.

例えばシリコンからなる半導体基板10の複数の画素が集積されてなる受光面の画素ごとに区分されたフォトダイオード領域APDにおいて、半導体基板に形成されたn型の第1半導体層13が形成されている。
フォトダイオード領域APDは、例えばSTI型の素子分離絶縁膜あるいはp型半導体層15などで区分されている。
For example, the n-type first semiconductor layer 13 formed on the semiconductor substrate is formed in the photodiode region APD divided for each pixel on the light receiving surface where a plurality of pixels of the semiconductor substrate 10 made of silicon are integrated. Yes.
The photodiode region APD is divided by, for example, an STI type element isolation insulating film or a p + type semiconductor layer 15.

ここで、赤画素のフォトダイオード領域APDにおいて凹部(リセス)RPDが形成されており、第1半導体層13に接続して、凹部RPDに埋め込まれたn型の埋め込み層24gが形成されている。埋め込み層24gの凹部内の部分は基板に形成された第1半導体層13と同様の層に相当し、半導体基板10に対して凸状の形状を有する部分が第1実施形態の第2半導体層24aに相当する。埋め込み層24gは、第1半導体層と第2半導体層が一体に形成された層とみなすことができる。
埋め込み層24gは、シリコンよりバンドギャップが小さい材料から形成されている。例えば、Ge,Si1−xGe(0<x<1),InGaAs,GaAs,InP,InSb,Cu(In,Ga)Se,Cu(In,Ga)(Se,S),CuInSなどから形成されている。Si材料を光吸収層に使用する場合、赤外領域の感度が低いまたは感度をもたないという問題が発生することがある。上記の材料は、特に赤色の波長領域においてシリコンより光吸収係数が大きい。このため、これらの材料を用いたフォトダイオードは、赤色から赤外領域の光に対する感度が高いフォトダイオードとなり、赤画素に適したフォトダイオードである。
また、埋め込み層24gの表面にp型の第3半導体層25が形成されている。
n型の埋め込み層24g及びp型の第3半導体層25から、HAD構造のフォトダイオードが構成されている。
Here, the recess in the photodiode region A PD of the red pixel (recess) R PD is formed, connected to the first semiconductor layer 13, the n-type embedded in recess R PD buried layer 24g is formed ing. The portion in the concave portion of the buried layer 24g corresponds to the same layer as the first semiconductor layer 13 formed on the substrate, and the portion having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 is the second semiconductor layer of the first embodiment. This corresponds to 24a. The buried layer 24g can be regarded as a layer in which the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are integrally formed.
The buried layer 24g is made of a material having a band gap smaller than that of silicon. For example, Ge, Si 1-x Ge x (0 <x <1), InGaAs, GaAs, InP, InSb, Cu (In, Ga) Se 2 , Cu (In, Ga) (Se, S) 2 , CuInS 2 It is formed from. When Si material is used for the light absorption layer, there may be a problem that sensitivity in the infrared region is low or insensitive. The above materials have a larger light absorption coefficient than silicon, particularly in the red wavelength region. For this reason, a photodiode using these materials becomes a photodiode having high sensitivity to light in the red to infrared region, and is a photodiode suitable for a red pixel.
A p-type third semiconductor layer 25 is formed on the surface of the buried layer 24g.
The n-type buried layer 24g and the p-type third semiconductor layer 25 constitute a photodiode with a HAD structure.

図17中のaの断面でのn型の埋め込み層24gのレイアウト及びbの断面でのn型の埋め込み層24gのレイアウトが図16中の一点鎖線a及び二点鎖線bで示されている。
埋め込み層24gの半導体基板10に対して凸状の形状を有する部分は、第1実施形態の第2半導体層24aに相当するものであり、半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
The layout of the n-type buried layer 24g in the section a in FIG. 17 and the layout of the n-type buried layer 24g in the section b in FIG. 17 are indicated by a one-dot chain line a and two-dot chain line b in FIG.
The portion of the buried layer 24g having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 corresponds to the second semiconductor layer 24a of the first embodiment, and the area of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 is It has a shape that decreases with increasing distance from the semiconductor substrate 10.

一方、緑画素及び青画素のフォトダイオード領域APDにおいては、第1半導体層13の表面にp型の第3半導体層25が形成されている。
n型の第1半導体層13及びp型の第3半導体層25から、HAD構造のフォトダイオードが構成されている。
On the other hand, a p-type third semiconductor layer 25 is formed on the surface of the first semiconductor layer 13 in the photodiode region APD of the green pixel and the blue pixel.
The n-type first semiconductor layer 13 and the p-type third semiconductor layer 25 constitute a photodiode with an HAD structure.

また、例えば、フォトダイオードに隣接する領域である転送ゲート電極領域ATGにおける半導体基板10上にゲート絶縁膜21aを介して転送ゲート電極22aが形成されている。
また、転送ゲート電極22aの両側部に第1サイドウォール絶縁膜30a、第2サイドウォール絶縁膜31a及び第3サイドウォール絶縁膜32aからなるサイドウォール絶縁膜が形成されている。第1実施形態に対して第3サイドウォール絶縁膜32aが残された形状であるが、第3サイドウォール絶縁膜32aは除去されていてもよい。
Further, for example, the transfer gate electrode 22a is formed on the semiconductor substrate 10 in the transfer gate electrode region ATG, which is a region adjacent to the photodiode, via the gate insulating film 21a.
In addition, sidewall insulating films including a first sidewall insulating film 30a, a second sidewall insulating film 31a, and a third sidewall insulating film 32a are formed on both sides of the transfer gate electrode 22a. Although the third sidewall insulating film 32a is left in the shape of the first embodiment, the third sidewall insulating film 32a may be removed.

さらに、転送ゲート電極22aのフォトダイオードとは反対側におけるフローティングディフュージョン領域AFDにおける半導体基板10中に、n型半導体層であるフローティングディフュージョン14が形成されている。 Further, the photodiode of the transfer gate electrode 22a in the semiconductor substrate 10 in the floating diffusion region A FD on the opposite side, the floating diffusion 14 is formed an n-type semiconductor layer.

上記の転送ゲート電極22aとフローティングディフュージョン14によりフォトダイオードに生成及び蓄積される信号電荷または信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部が構成されている。   The transfer gate electrode 22a and the floating diffusion 14 constitute a signal reading unit that reads a signal charge generated and stored in the photodiode or a voltage corresponding to the signal charge.

本実施形態においては、n型の埋め込み層24g及びp型の第3半導体層25が転送ゲート電極22a並びにその側壁に形成されているサイドウォール絶縁膜(30a,31a,32a)から離間して形成されている。
これは、例えばn型の埋め込み層24gの半導体基板10に対して凸状の形状の部分がファセットエピタキシャル成長により形成された層であることによる。半導体基板10に対して凸状の形状の部分は、上記の半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
In the present embodiment, the n-type buried layer 24g and the p-type third semiconductor layer 25 are formed apart from the transfer gate electrode 22a and the sidewall insulating films (30a, 31a, 32a) formed on the side walls thereof. Has been.
This is because, for example, the convex portion of the n-type buried layer 24g with respect to the semiconductor substrate 10 is formed by facet epitaxial growth. A portion having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 has a shape that becomes smaller as the area of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 becomes farther from the semiconductor substrate 10.

本実施形態の固体撮像装置は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されており、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the photodiode is formed away from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film formed on the sidewall thereof, and crystal defects are generated in the semiconductor layer. It is possible to avoid deterioration of pixel characteristics due to.

また、本実施形態の固体撮像装置は、上記のように赤画素においてシリコンよりバンドギャップが小さい材料が用いられており、赤色から赤外領域の光に対する感度が大幅に改善される。
また、フォトダイオード領域に凹部(リセス)を形成することで、埋め込み層としての膜厚を確保しながら、半導体基板10の表面に対する凸状の形状の部分の高さを抑制することが可能となる。このため、凸状の形状による凹凸に起因する段差を抑制できるので平坦化に必要となる絶縁膜全体の厚さを抑制することができ、フォトダイオードの感度などの特性向上を実現できる。
光吸収係数の高い材料を用いることで、凹部の深さを低減することができる。例えば、光吸収係数が一桁改善された場合、凹部の深さを一桁小さくできる。
上記のエピタキシャル成長による半導体層は、例えば400℃程度の低温プロセスで形成することが可能となっている。
In the solid-state imaging device of the present embodiment, a material having a band gap smaller than that of silicon is used in the red pixel as described above, and the sensitivity to light in the red to infrared region is greatly improved.
In addition, by forming a recess in the photodiode region, it is possible to suppress the height of the convex portion with respect to the surface of the semiconductor substrate 10 while ensuring the film thickness as the buried layer. . For this reason, since the level | step difference resulting from the unevenness | corrugation by convex shape can be suppressed, the thickness of the whole insulating film required for planarization can be suppressed, and characteristics, such as a sensitivity of a photodiode, can be implement | achieved.
By using a material having a high light absorption coefficient, the depth of the recess can be reduced. For example, when the light absorption coefficient is improved by an order of magnitude, the depth of the recess can be reduced by an order of magnitude.
The semiconductor layer formed by the above epitaxial growth can be formed by a low temperature process of about 400 ° C., for example.

上記のフォトダイオード領域APD、転送ゲート電極領域ATG及びフローティングディフュージョン領域AFDにおいて全面に、例えば酸化シリコンからなる第1層間絶縁膜34が形成されている。その上層に、窒化シリコンからなる第2層間絶縁膜35、酸化シリコンからなる第3層間絶縁膜36が形成されている。
第1層間絶縁膜34、第2層間絶縁膜35及び第3層間絶縁膜36を貫通して転送ゲート電極22aに達するコンタクトが開口されており、プラグ28aが埋め込まれ、その上層に上層配線29aが形成されている。
In the photodiode region A PD , transfer gate electrode region A TG and floating diffusion region A FD , a first interlayer insulating film 34 made of, for example, silicon oxide is formed on the entire surface. A second interlayer insulating film 35 made of silicon nitride and a third interlayer insulating film 36 made of silicon oxide are formed thereon.
A contact reaching the transfer gate electrode 22a through the first interlayer insulating film 34, the second interlayer insulating film 35, and the third interlayer insulating film 36 is opened, the plug 28a is buried, and an upper layer wiring 29a is formed on the upper layer. Is formed.

同様に、第1層間絶縁膜34、第2層間絶縁膜35及び第3層間絶縁膜36を貫通してn型の第4半導体層24bに達するコンタクトが開口されており、プラグ28bが埋め込まれ、その上層に上層配線29bが形成されている。
上記のようにして、画素領域からなる受光面が形成されている。
Similarly, a contact that reaches the n-type fourth semiconductor layer 24b through the first interlayer insulating film 34, the second interlayer insulating film 35, and the third interlayer insulating film 36 is opened, and the plug 28b is embedded, An upper layer wiring 29b is formed in the upper layer.
As described above, the light receiving surface including the pixel region is formed.

一方、半導体基板10の受光面と異なる領域に、ロジック領域ALGが形成されている。
ロジック領域ALGにおいて、例えば、STI型の素子分離絶縁膜12で区分された半導体基板10のp型領域にチャネル形成領域が形成され、その上層にゲート絶縁膜21bを介してゲート電極22bが形成されている。
その両側部には、第1サイドウォール絶縁膜30b及び第2サイドウォール絶縁膜31bからなるサイドウォール絶縁膜が形成されている。
サイドウォール絶縁膜の下部における半導体基板10中に、n型のエクステンション領域16が形成され、その側部における半導体基板10中にn型のソースドレイン領域17が形成されている。
On the other hand, a logic region A LG is formed in a region different from the light receiving surface of the semiconductor substrate 10.
In the logic region ALG , for example, a channel formation region is formed in the p-type region of the semiconductor substrate 10 separated by the STI type element isolation insulating film 12, and a gate electrode 22b is formed in the upper layer via the gate insulating film 21b. Has been.
A sidewall insulating film made up of the first sidewall insulating film 30b and the second sidewall insulating film 31b is formed on both sides thereof.
An n-type extension region 16 is formed in the semiconductor substrate 10 below the sidewall insulating film, and an n-type source / drain region 17 is formed in the semiconductor substrate 10 on the side thereof.

また、ソースドレイン領域17の上面に高融点金属シリサイド層26が形成されている。
また、ゲート電極22bの上面にも同様に高融点金属シリサイド層27が形成されている。
A refractory metal silicide layer 26 is formed on the upper surface of the source / drain region 17.
Similarly, a refractory metal silicide layer 27 is formed on the upper surface of the gate electrode 22b.

上記のロジック領域ALGにおいて全面に、例えば酸化シリコンからなる第3層間絶縁膜36が形成されている。
第3層間絶縁膜36を貫通してn型のソースドレイン領域17に接続する高融点金属シリサイド層26に達するコンタクトが開口されており、プラグ28cが埋め込まれ、その上層に上層配線29cが形成されている。
第3層間絶縁膜36を貫通してゲート電極22bに接続する高融点金属シリサイド層27に達するコンタクトが開口されており、プラグ28dが埋め込まれ、その上層に上層配線29dが形成されている。
上記のようにして、MOSトランジスタが構成されており、これらを含む周辺回路を構成するロジック領域が形成されている。
上記においてはNMOSトランジスタについて示したがこれに限らず、PMOSトランジスタに適用可能であり、また、NMOSとPMOSの両者に適用可能である。
A third interlayer insulating film 36 made of, for example, silicon oxide is formed on the entire surface of the logic region ALG .
A contact reaching the refractory metal silicide layer 26 passing through the third interlayer insulating film 36 and connected to the n-type source / drain region 17 is opened, a plug 28c is embedded, and an upper layer wiring 29c is formed thereon. ing.
A contact reaching the refractory metal silicide layer 27 passing through the third interlayer insulating film 36 and connected to the gate electrode 22b is opened, a plug 28d is buried, and an upper layer wiring 29d is formed in the upper layer.
As described above, MOS transistors are configured, and a logic region that forms a peripheral circuit including these is formed.
In the above description, the NMOS transistor has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a PMOS transistor.

[固体撮像装置の製造方法]
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図18〜20を参照して説明する。
まず、図18(a)に示す構成までは、第1実施形態の図5(b)に示す工程までと同様にして行う。
次に、図18(b)に示すように、例えばCVD法により全面に酸化シリコン膜30を10nmで形成し、窒化シリコン膜31を20nmで形成し、酸化シリコン膜32を35nmで形成する。
[Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device]
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, the process up to the configuration shown in FIG. 18A is performed in the same manner as the process shown in FIG. 5B of the first embodiment.
Next, as shown in FIG. 18B, a silicon oxide film 30 is formed with a thickness of 10 nm, a silicon nitride film 31 is formed with a thickness of 20 nm, and a silicon oxide film 32 is formed with a thickness of 35 nm, for example, by CVD.

次に、図19(a)に示すように、フォトリソグラフィー工程により、赤画素のフォトダイオード領域を開口するレジスト膜RSをパターン形成する。
次に、レジスト膜RSをマスクとして、半導体基板10の所定の深さまでエッチング除去し、凹部RPDを形成する。
凹部RPDの形状は特に限定されないが、例えば異方性エッチングなどで形成する場合、図19(a)に示すような断面が矩形形状の凹部を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 19A, a resist film RS that opens the photodiode region of the red pixel is patterned by a photolithography process.
Next, using the resist film RS as a mask, the semiconductor substrate 10 is etched away to a predetermined depth to form a recess RPD .
Although the shape of the recess RPD is not particularly limited, for example, when formed by anisotropic etching, a recess having a rectangular cross section as shown in FIG. 19A can be formed.

次に、図19(b)に示すように、レジスト膜RSを除去した後、エピタキシャル成長により凹部RPDに埋め込まれたn型の埋め込み層24gを形成する。
埋め込み層24gは、凹部RPD内の部分は通常のエピタキシャル成長により形成し、半導体基板10に対して凸状の形状を有する部分は、ファセット面を有するようにエピタキシャル成長により形成する。
上記のエピタキシャル成長は、条件によってファセット面の角度を変化させたり、複数の面方位を形成する事ができる。
例えば、Si1−xGe(0<x<1)からなる埋め込み層24gを形成する場合、成長温度:750℃、圧力:10Torr、ガス:SiHCl(100sccm)、HCL(25sccm)、GeH(50〜100sccm)、ホウ素濃度:Bを用いて140sccmとして形成する。また、例えば400℃程度の低温プロセスで形成することが可能となっている。
Next, as shown in FIG. 19 (b), after removing the resist film RS, to form a buried layer 24g of n-type embedded in recess R PD by epitaxial growth.
Buried layer 24g, the portion of the recess R PD is formed by conventional epitaxial growth, a portion having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 is formed by epitaxial growth so as to have a facet.
The epitaxial growth described above can change the angle of the facet plane depending on conditions, and can form a plurality of plane orientations.
For example, when forming the buried layer 24g made of Si 1-x Ge x (0 <x <1), the growth temperature is 750 ° C., the pressure is 10 Torr, the gas is SiH 2 Cl 2 (100 sccm), the HCL (25 sccm), It is formed as 140 sccm using GeH 4 (50-100 sccm) and boron concentration: B 2 H 6 . Further, it can be formed by a low temperature process of about 400 ° C., for example.

次に、図20(a)に示すように、酸化シリコン膜30、窒化シリコン膜31及び酸化シリコン膜32を全面にエッチバックする。これにより、転送ゲート電極22aの両側部に、第1サイドウォール絶縁膜30a、第2サイドウォール絶縁膜31a、第3サイドウォール絶縁膜32aからなるサイドウォール絶縁膜を形成する。
上記において、同様に、ロジック領域ALGのゲート電極22bの両側部に、第1サイドウォール絶縁膜30b、第2サイドウォール絶縁膜31b、第3サイドウォール絶縁膜32bからなるサイドウォール絶縁膜を形成する。
ここで、p型半導体層15上に第1絶縁膜30c、第2絶縁膜31c及び第3絶縁膜32cが残されるようにしているが、本実施形態においては残さなくてもよい。
サイドウォール絶縁膜を形成する際には、ドライエッチングとウェットエッチングを適宜用いることができる。
Next, as shown in FIG. 20A, the silicon oxide film 30, the silicon nitride film 31, and the silicon oxide film 32 are etched back over the entire surface. As a result, a sidewall insulating film including the first sidewall insulating film 30a, the second sidewall insulating film 31a, and the third sidewall insulating film 32a is formed on both sides of the transfer gate electrode 22a.
In the above, similarly, a sidewall insulating film composed of the first sidewall insulating film 30b, the second sidewall insulating film 31b, and the third sidewall insulating film 32b is formed on both sides of the gate electrode 22b in the logic region LG. To do.
Here, although the first insulating film 30c, the second insulating film 31c, and the third insulating film 32c are left on the p + type semiconductor layer 15, they may not be left in this embodiment.
When forming the sidewall insulating film, dry etching and wet etching can be used as appropriate.

次に、図20(b)に示すように、所定の領域を開口するレジスト膜をパターン形成し、n型不純物あるいはp型不純物をイオン注入する。これにより、ロジック領域ALGにおいてソースドレイン領域17を形成する。
また、埋め込み層24g、第1半導体層13及びフローティングディフュージョン14などにも適宜不純物をイオン注入する。
例えば、NMOSトランジスタのソースドレイン領域は、Pを20keVのエネルギーで4.0×1015(/cm)のドーズ量で注入する。PMOSトランジスタのソースドレイン領域は、Bを4keVのエネルギーで4.0×1015(/cm)のドーズ量で注入する。
以降の工程は、実質的に第1実施形態と同様の工程により製造することができる。
以上で、図17に示す構成の固体撮像装置を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 20B, a resist film opening a predetermined region is patterned, and n-type impurities or p-type impurities are ion-implanted. As a result, the source / drain region 17 is formed in the logic region ALG .
In addition, impurities are appropriately ion-implanted into the buried layer 24g, the first semiconductor layer 13, the floating diffusion 14, and the like.
For example, in the source / drain region of the NMOS transistor, P is implanted at a dose of 4.0 × 10 15 (/ cm 2 ) with an energy of 20 keV. In the source / drain region of the PMOS transistor, B is implanted with energy of 4 keV at a dose of 4.0 × 10 15 (/ cm 2 ).
Subsequent steps can be manufactured by substantially the same steps as in the first embodiment.
With the above, a solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 17 can be manufactured.

上記の後、必要に応じて、通常用いられている方法により、配線や導波路、オンチップレンズ及びカラーフィルタなどを形成する。   After the above, wirings, waveguides, on-chip lenses, color filters, and the like are formed as necessary by a commonly used method.

本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層を転送ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜から離間して形成するので、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth that constitutes the photodiode is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film. Deterioration can be avoided.

また、本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、上記のように赤画素においてシリコンよりバンドギャップが小さい材料が用いられており、赤色から赤外領域の光に対する感度が大幅に改善される。
また、フォトダイオード領域に凹部(リセス)を形成することで、埋め込み層としての膜厚を確保しながら、半導体基板10の表面に対する凸状の形状の部分の高さを抑制することが可能となる。このため、凸状の形状による凹凸に起因する段差を抑制できるので平坦化に必要となる絶縁膜全体の厚さを抑制することができ、フォトダイオードの感度などの特性向上を実現できる。
光吸収係数の高い材料を用いることで、凹部の深さを低減することができる。例えば、光吸収係数が一桁改善された場合、凹部の深さを一桁小さくできる。
In addition, the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present embodiment uses a material having a band gap smaller than that of silicon in the red pixel as described above, and the sensitivity to light in the red to infrared region is greatly improved.
In addition, by forming a recess in the photodiode region, it is possible to suppress the height of the convex portion with respect to the surface of the semiconductor substrate 10 while ensuring the film thickness as the buried layer. . For this reason, since the level | step difference resulting from the unevenness | corrugation by convex shape can be suppressed, the thickness of the whole insulating film required for planarization can be suppressed, and characteristics, such as a sensitivity of a photodiode, can be implement | achieved.
By using a material having a high light absorption coefficient, the depth of the recess can be reduced. For example, when the light absorption coefficient is improved by an order of magnitude, the depth of the recess can be reduced by an order of magnitude.

本実施形態においては、青画素、緑画素及び赤画素を有する固体撮像装置の赤画素におけるフォトダイオード領域に凹部(リセス)が形成され、埋め込み層が埋め込まれた構成としているが、これに限らず、全ての画素のフォトダイオードに適用できる。
また、画素が感光波長領域の異なる複数の画素を含み、少なくともより長波長の感光波長領域の画素において、上記の構成を好ましく適用することができる。例えば、長波長側の画素と短波長側の画素の2種類の画素を有する固体撮像装置において、長波長側の画素に好ましく適用できる。また、長波長側の画素と短波長側の画素の両者に適用できる。
In the present embodiment, a recess (recess) is formed in a photodiode region in a red pixel of a solid-state imaging device having a blue pixel, a green pixel, and a red pixel, and a buried layer is embedded. It can be applied to photodiodes of all pixels.
In addition, the above configuration can be preferably applied to at least a pixel in a photosensitive wavelength region having a longer wavelength, where the pixel includes a plurality of pixels having different photosensitive wavelength regions. For example, in a solid-state imaging device having two types of pixels, a long wavelength side pixel and a short wavelength side pixel, it can be preferably applied to a long wavelength side pixel. Further, the present invention can be applied to both a long wavelength side pixel and a short wavelength side pixel.

<第5実施形態>
[固体撮像装置の構成]
本実施形態に係る固体撮像装置の受光面における平面図は、第1実施形態に係る図1の平面図と実質的に同様である。
図21は、複数の画素が集積されてなり、本実施形態に係る固体撮像装置であるCMOSイメージセンサの模式断面図である。
図面上、画素領域の周辺回路などを構成するロジック領域ALGを示す。画素領域は、フォトダイオード領域APD、転送ゲート電極領域ATG及びフローティングディフュージョン領域AFDを示す。
また、図21中の画素領域に相当するA−Bの断面図は図1のA−Bにおける断面に相当する。
図21中のロジック領域ALGに相当するC−Dの断面図は図1には示されていない領域に相当する。
<Fifth Embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
The plan view of the light receiving surface of the solid-state imaging device according to the present embodiment is substantially the same as the plan view of FIG. 1 according to the first embodiment.
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of a CMOS image sensor, which is a solid-state imaging device according to this embodiment, in which a plurality of pixels are integrated.
In the drawing, a logic region A LG constituting a peripheral circuit of the pixel region is shown. The pixel region indicates a photodiode region A PD , a transfer gate electrode region A TG and a floating diffusion region A FD .
Further, a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 21 corresponds to a cross section taken along line AB in FIG.
A cross-sectional view taken along the line CD corresponding to the logic region A LG in FIG. 21 corresponds to a region not shown in FIG.

例えばシリコンからなる半導体基板10の複数の画素が集積されてなる受光面の画素ごとに区分されたフォトダイオード領域APDにおいて、半導体基板に形成されたn型の第1半導体層13が形成されている。
フォトダイオード領域APDは、例えばSTI型の素子分離絶縁膜あるいはp型半導体層15などで区分されている。
For example, the n-type first semiconductor layer 13 formed on the semiconductor substrate is formed in the photodiode region APD divided for each pixel on the light receiving surface where a plurality of pixels of the semiconductor substrate 10 made of silicon are integrated. Yes.
The photodiode region APD is divided by, for example, an STI type element isolation insulating film or a p + type semiconductor layer 15.

ここで、全ての画素のフォトダイオード領域APDにおいて凹部(リセス)RPDが形成されており、第1半導体層13に接続して、凹部RPDに埋め込まれたn型の埋め込み層24hが形成されている。埋め込み層24hの凹部内の部分は基板に形成された第1半導体層13と同様の層に相当し、半導体基板10に対して凸状の形状を有する部分が第1実施形態の第2半導体層24aに相当する。埋め込み層24hは、第1半導体層と第2半導体層が一体に形成された層とみなすことができる。
埋め込み層24hは、シリコンよりバンドギャップが小さい材料から形成されている。例えば、Ge,Si1−xGe(0<x<1),InGaAs,GaAs,InP,InSb,Cu(In,Ga)Se,Cu(In,Ga)(Se,S),CuInSなどから形成されている。Si材料を光吸収層に使用する場合、赤外領域の感度が低いまたは感度をもたないという問題が発生することがある。上記の材料は、特に赤色の波長領域において、シリコンより光吸収係数が大きい。このため、これらの材料を用いたフォトダイオードは、感度が高いフォトダイオードとなり、赤画素に適したフォトダイオードである。
また、埋め込み層24hの表面にp型の第3半導体層25が形成されている。
n型の埋め込み層24h及びp型の第3半導体層25から、HAD構造のフォトダイオードが構成されている。
Here, a concave portion (recess) R PD is in the photodiode region A PD of all pixels is formed, connected to the first semiconductor layer 13, the recess R PD embedded in the n-type buried layer 24h is formed Has been. The portion in the recess of the buried layer 24h corresponds to the same layer as the first semiconductor layer 13 formed on the substrate, and the portion having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 is the second semiconductor layer of the first embodiment. This corresponds to 24a. The buried layer 24h can be regarded as a layer in which the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are integrally formed.
The buried layer 24h is made of a material having a smaller band gap than silicon. For example, Ge, Si 1-x Ge x (0 <x <1), InGaAs, GaAs, InP, InSb, Cu (In, Ga) Se 2 , Cu (In, Ga) (Se, S) 2 , CuInS 2 It is formed from. When Si material is used for the light absorption layer, there may be a problem that sensitivity in the infrared region is low or insensitive. The above materials have a light absorption coefficient larger than that of silicon, particularly in the red wavelength region. For this reason, the photodiode using these materials becomes a highly sensitive photodiode and is a photodiode suitable for a red pixel.
A p-type third semiconductor layer 25 is formed on the surface of the buried layer 24h.
The n-type buried layer 24h and the p-type third semiconductor layer 25 constitute a photodiode with a HAD structure.

図21中のaの断面でのn型の埋め込み層24hのレイアウト及びbの断面でのn型の埋め込み層24hのレイアウトが図1中の一点鎖線a及び二点鎖線bで示されている。
埋め込み層24hの半導体基板10に対して凸状の形状を有する部分は、第1実施形態の第2半導体層24aに相当するものであり、半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
The layout of the n-type buried layer 24h in the cross section a in FIG. 21 and the layout of the n-type buried layer 24h in the cross section b are shown by a one-dot chain line a and two-dot chain line b in FIG.
The portion of the buried layer 24 h that has a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 corresponds to the second semiconductor layer 24 a of the first embodiment, and has a cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10. It has a shape that decreases with increasing distance from the semiconductor substrate 10.

また、例えば、フォトダイオードに隣接する領域である転送ゲート電極領域ATGにおける半導体基板10上にゲート絶縁膜21aを介して転送ゲート電極22aが形成されている。
また、転送ゲート電極22aの両側部に第1サイドウォール絶縁膜30a及び第2サイドウォール絶縁膜31aからなるサイドウォール絶縁膜が形成されている。
Further, for example, the transfer gate electrode 22a is formed on the semiconductor substrate 10 in the transfer gate electrode region ATG, which is a region adjacent to the photodiode, via the gate insulating film 21a.
In addition, sidewall insulating films made of the first sidewall insulating film 30a and the second sidewall insulating film 31a are formed on both sides of the transfer gate electrode 22a.

さらに、転送ゲート電極22aのフォトダイオードとは反対側におけるフローティングディフュージョン領域AFDにおける半導体基板10中に、n型半導体層であるフローティングディフュージョン14が形成されている。
ここで、フローティングディフュージョン領域AFDにおいて凹部(リセス)RFDが形成されており、フローティングディフュージョン14に接続して、凹部RFDに埋め込まれたn型の埋め込み層24iが形成されている。埋め込み層24iの半導体基板10に対して凸状の形状を有する部分は、半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
Further, the photodiode of the transfer gate electrode 22a in the semiconductor substrate 10 in the floating diffusion region A FD on the opposite side, the floating diffusion 14 is formed an n-type semiconductor layer.
Here, the recess in the floating diffusion region A FD (recess) R FD and is formed by connecting the floating diffusion 14, the buried layer 24i an n-type embedded in recess R FD is formed. A portion of the embedded layer 24 i that has a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 has a shape that decreases as the area of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 becomes farther from the semiconductor substrate 10.

上記の転送ゲート電極22aとフローティングディフュージョン14によりフォトダイオードに生成及び蓄積される信号電荷または信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部が構成されている。   The transfer gate electrode 22a and the floating diffusion 14 constitute a signal reading unit that reads a signal charge generated and stored in the photodiode or a voltage corresponding to the signal charge.

本実施形態においては、n型の埋め込み層24h及びp型の第3半導体層25が転送ゲート電極22a並びにその側壁に形成されているサイドウォール絶縁膜(30a,31a)から離間して形成されている。
これは、例えばn型の埋め込み層24hの半導体基板10に対して凸状の形状の部分がファセットエピタキシャル成長により形成された層であることによる。半導体基板10に対して凸状の形状の部分は、上記の半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
In the present embodiment, the n-type buried layer 24h and the p-type third semiconductor layer 25 are formed apart from the transfer gate electrode 22a and the sidewall insulating films (30a, 31a) formed on the side walls thereof. Yes.
This is because, for example, a convex portion of the n-type buried layer 24h with respect to the semiconductor substrate 10 is a layer formed by facet epitaxial growth. A portion having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 has a shape that becomes smaller as the area of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 becomes farther from the semiconductor substrate 10.

本実施形態の固体撮像装置は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されており、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the photodiode is formed away from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film formed on the sidewall thereof, and crystal defects are generated in the semiconductor layer. It is possible to avoid deterioration of pixel characteristics due to.

また、n型の埋め込み層24iの半導体基板10に対して凸状の形状の部分が転送ゲート電極22a並びにその側壁に形成されているサイドウォール絶縁膜(30a,31a)から離間して形成されている。
これは、例えばn型の埋め込み層24iの半導体基板10に対して凸状の形状の部分がファセットエピタキシャル成長により形成された層であることによる。半導体基板10に対して凸状の形状の部分は、上記の半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
Further, a convex portion of the n-type buried layer 24i with respect to the semiconductor substrate 10 is formed apart from the transfer gate electrode 22a and the side wall insulating films (30a, 31a) formed on the side walls thereof. Yes.
This is because, for example, the convex portion of the n-type buried layer 24i with respect to the semiconductor substrate 10 is formed by facet epitaxial growth. A portion having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 has a shape that becomes smaller as the area of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 becomes farther from the semiconductor substrate 10.

従来技術では、フローティングディフュージョン領域上にエピタキシャル成長で形成されたシリコン層がサイドウォール絶縁膜を介して転送ゲート電極に近接する構成となる。
従って、シリコン層と転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなってしまい、光電変換効率が低下するといった問題も生じる。
In the prior art, the silicon layer formed by epitaxial growth on the floating diffusion region is configured to be close to the transfer gate electrode through the sidewall insulating film.
Therefore, the parasitic capacitance between the silicon layer and the transfer gate electrode is increased, which causes a problem that the photoelectric conversion efficiency is lowered.

本実施形態では、フローティングディフュージョンを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されている。半導体層と転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなって生じる光電変換効率の低下を抑制できる。   In the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the floating diffusion is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film formed on the side wall thereof. A decrease in photoelectric conversion efficiency caused by an increase in parasitic capacitance between the semiconductor layer and the transfer gate electrode can be suppressed.

上記のフォトダイオード領域APD、転送ゲート電極領域ATG及びフローティングディフュージョン領域AFDにおいて全面に、例えば酸化シリコンからなる第1層間絶縁膜34が形成されている。その上層に、窒化シリコンからなる第2層間絶縁膜35、酸化シリコンからなる第3層間絶縁膜36が形成されている。
第1層間絶縁膜34、第2層間絶縁膜35及び第3層間絶縁膜36を貫通して転送ゲート電極22aに達するコンタクトが開口されており、プラグ28aが埋め込まれ、その上層に上層配線29aが形成されている。
In the photodiode region A PD , transfer gate electrode region A TG and floating diffusion region A FD , a first interlayer insulating film 34 made of, for example, silicon oxide is formed on the entire surface. A second interlayer insulating film 35 made of silicon nitride and a third interlayer insulating film 36 made of silicon oxide are formed thereon.
A contact reaching the transfer gate electrode 22a through the first interlayer insulating film 34, the second interlayer insulating film 35, and the third interlayer insulating film 36 is opened, the plug 28a is buried, and an upper layer wiring 29a is formed on the upper layer. Is formed.

同様に、第1層間絶縁膜34、第2層間絶縁膜35及び第3層間絶縁膜36を貫通してn型の埋め込み層24iに達するコンタクトが開口されており、プラグ28bが埋め込まれ、その上層に上層配線29bが形成されている。
上記のようにして、画素領域からなる受光面が形成されている。
Similarly, a contact reaching the n-type buried layer 24i through the first interlayer insulating film 34, the second interlayer insulating film 35, and the third interlayer insulating film 36 is opened, and the plug 28b is embedded therein, and the upper layer thereof An upper layer wiring 29b is formed in the upper layer.
As described above, the light receiving surface including the pixel region is formed.

また、本実施形態の固体撮像装置は、上記のように赤画素においてシリコンよりバンドギャップが小さい材料が用いられており、赤色から赤外領域の光に対する感度が大幅に改善される。
また、フォトダイオード領域に凹部(リセス)を形成することで、埋め込み層としての膜厚を確保しながら、半導体基板10の表面に対する凸状の形状の部分の高さを抑制することが可能となる。このため、凸状の形状による凹凸に起因する段差を抑制できるので平坦化に必要となる絶縁膜全体の厚さを抑制することができ、フォトダイオードの感度などの特性向上を実現できる。
光吸収係数の高い材料を用いることで、凹部の深さを低減することができる。例えば、光吸収係数が一桁改善された場合、凹部の深さを一桁小さくできる。
上記のエピタキシャル成長による半導体層は、例えば400℃程度の低温プロセスで形成することが可能となっている。
In the solid-state imaging device of the present embodiment, a material having a band gap smaller than that of silicon is used in the red pixel as described above, and the sensitivity to light in the red to infrared region is greatly improved.
In addition, by forming a recess in the photodiode region, it is possible to suppress the height of the convex portion with respect to the surface of the semiconductor substrate 10 while ensuring the film thickness as the buried layer. . For this reason, since the level | step difference resulting from the unevenness | corrugation by convex shape can be suppressed, the thickness of the whole insulating film required for planarization can be suppressed, and characteristics, such as a sensitivity of a photodiode, can be implement | achieved.
By using a material having a high light absorption coefficient, the depth of the recess can be reduced. For example, when the light absorption coefficient is improved by an order of magnitude, the depth of the recess can be reduced by an order of magnitude.
The semiconductor layer formed by the above epitaxial growth can be formed by a low temperature process of about 400 ° C., for example.

一方、半導体基板10の受光面と異なる領域に、ロジック領域ALGが形成されている。
ロジック領域ALGにおいて、例えば、STI型の素子分離絶縁膜12で区分された半導体基板10のn型ウェル10wにチャネル形成領域が形成され、その上層にゲート絶縁膜21bを介してゲート電極22bが形成されている。
その両側部には、第1サイドウォール絶縁膜30b及び第2サイドウォール絶縁膜31bからなるサイドウォール絶縁膜が形成されている。
サイドウォール絶縁膜の下部における半導体基板10中に、n型のエクステンション領域16が形成され、その側部における半導体基板10に凹部(リセス)RSDが形成されている。エクステンション領域16に接続して、凹部RSDに埋め込まれたp型の埋め込み層24jが形成されている。埋め込み層24jの半導体基板10に対して凸状の形状を有する部分は、半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
On the other hand, a logic region A LG is formed in a region different from the light receiving surface of the semiconductor substrate 10.
In the logic region ALG , for example, a channel formation region is formed in the n-type well 10w of the semiconductor substrate 10 separated by the STI type element isolation insulating film 12, and the gate electrode 22b is formed on the upper layer via the gate insulating film 21b. Is formed.
A sidewall insulating film made up of the first sidewall insulating film 30b and the second sidewall insulating film 31b is formed on both sides thereof.
An n-type extension region 16 is formed in the semiconductor substrate 10 below the sidewall insulating film, and a recess (recess) RSD is formed in the semiconductor substrate 10 on the side portion thereof. Connected to the extension region 16, p-type buried layer 24j embedded in recess R SD is formed. A portion of the buried layer 24 j that has a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 has a shape that becomes smaller as the area of the cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 becomes farther from the semiconductor substrate 10.

p型の埋め込み層24j上の上面に高融点金属シリサイド層26が形成されている。
また、ゲート電極22bの上面にも同様に高融点金属シリサイド層27が形成されている。
A refractory metal silicide layer 26 is formed on the upper surface of the p-type buried layer 24j.
Similarly, a refractory metal silicide layer 27 is formed on the upper surface of the gate electrode 22b.

上記のロジック領域ALGにおいて全面に、例えば酸化シリコンからなる第3層間絶縁膜36が形成されている。
第3層間絶縁膜36を貫通してn型のソースドレイン領域17に接続する高融点金属シリサイド層26に達するコンタクトが開口されており、プラグ28cが埋め込まれ、その上層に上層配線29cが形成されている。
第3層間絶縁膜36を貫通してゲート電極22bに接続する高融点金属シリサイド層27に達するコンタクトが開口されており、プラグ28dが埋め込まれ、その上層に上層配線29dが形成されている。
上記のようにして、MOSトランジスタが構成されており、これらを含む周辺回路を構成するロジック領域が形成されている。
上記においてははPMOSトランジスタについて示したがこれに限らず、NMOSトランジスタに適用可能であり、また、NMOSとPMOSの両者に適用可能である。
埋め込み層24jとして、GeあるいはSi1−xGe(0<x<1)などが用いられた場合、PMOSトランジスタにおいては埋め込み層24jによりチャネル形成領域に印加される応力により、トランジスタの特性向上が大きい。このため、ロジック回路における画像処理能力が向上し、また、ロジック回路の面積削減を実現できる。
A third interlayer insulating film 36 made of, for example, silicon oxide is formed on the entire surface of the logic region ALG .
A contact reaching the refractory metal silicide layer 26 passing through the third interlayer insulating film 36 and connected to the n-type source / drain region 17 is opened, a plug 28c is embedded, and an upper layer wiring 29c is formed thereon. ing.
A contact reaching the refractory metal silicide layer 27 passing through the third interlayer insulating film 36 and connected to the gate electrode 22b is opened, a plug 28d is buried, and an upper layer wiring 29d is formed in the upper layer.
As described above, MOS transistors are configured, and a logic region that forms a peripheral circuit including these is formed.
In the above description, the PMOS transistor is shown. However, the present invention is not limited to this.
When Ge or Si 1-x Ge x (0 <x <1) is used as the buried layer 24j, the characteristics of the transistor are improved by the stress applied to the channel formation region by the buried layer 24j in the PMOS transistor. large. For this reason, the image processing capability in the logic circuit is improved, and the area of the logic circuit can be reduced.

[固体撮像装置の製造方法]
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図22〜24を参照して説明する。
まず、図22(a)に示す構成までは、第1実施形態の図6(b)に示す工程までと同様にして行う。ここでは、ロジック基板のPMOS領域にnウェル10wを適宜形成する。
次に、図22(b)に示すように、半導体基板10の所定の深さまでエッチング除去し、凹部RPD、凹部RFD及び凹部RSDを形成する。
凹部RPD、凹部RFD及び凹部RSDの形状は特に限定されないが、例えば等方性エッチングなどで形成する場合、図22(b)に示すような断面が曲線形状の凹部を形成することができる。
[Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device]
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, the process up to the configuration shown in FIG. 22A is performed in the same manner as the process shown in FIG. 6B of the first embodiment. Here, an n-well 10w is appropriately formed in the PMOS region of the logic substrate.
Next, as shown in FIG. 22B, the semiconductor substrate 10 is etched to a predetermined depth to form the recesses R PD , the recesses R FD and the recesses R SD .
The shape of the concave portion R PD , the concave portion R FD and the concave portion R SD is not particularly limited. However, for example, when formed by isotropic etching, a concave portion having a curved cross section as shown in FIG. it can.

凹部RSDを形成する場合、サイドウォール絶縁膜を形成する際に、例えば、外側の酸化シリコン膜と窒化シリコン膜はドライエッチングで除去する。その後、リセスしない領域をレジストで多い、内側の酸化シリコン膜をドライエッチングで除去し、更にシリコン基板をリセスする。レジストで保護されている酸化シリコン膜はウェットエッチングで除去するという方法が考えられる。 When forming the recess RSD , when forming the sidewall insulating film, for example, the outer silicon oxide film and silicon nitride film are removed by dry etching. Thereafter, the non-recessed region is mostly made of resist, the inner silicon oxide film is removed by dry etching, and the silicon substrate is further recessed. A method of removing the silicon oxide film protected by the resist by wet etching is conceivable.

次に、図23(a)に示すように、半導体基板10の表面の自然酸化膜を除去する為、DHF処理を行う。このとき、第3サイドウォール絶縁膜(32a,32b)及び第3絶縁膜32cも同時に除去される。   Next, as shown in FIG. 23A, DHF treatment is performed to remove the natural oxide film on the surface of the semiconductor substrate 10. At this time, the third sidewall insulating films (32a, 32b) and the third insulating film 32c are also removed at the same time.

次に、図23(b)に示すように、上記のDHF洗浄の直後に、エピタキシャル成長により凹部RPD、凹部RFD及び凹部RSDに埋め込まれた埋め込み層(24h,24i,24j)を形成する。
埋め込み層24gは、凹部RPD、凹部RFD及び凹部RSD内の部分は通常のエピタキシャル成長により形成し、半導体基板10に対して凸状の形状を有する部分は、ファセット面を有するようにエピタキシャル成長により形成する。
上記のエピタキシャル成長は、条件によってファセット面の角度を変化させたり、複数の面方位を形成する事ができる。
例えば、Si1−xGe(0<x<1)からなる埋め込み層24gを形成する場合、成長温度:750℃、圧力:10Torr、ガス:SiHCl(100sccm)、HCL(25sccm)、GeH(50〜100sccm)、ホウ素濃度:Bを用いて140sccmとして形成する。また、例えば400℃程度の低温プロセスで形成することが可能となっている。
以降の工程は、実質的に第1実施形態と同様の工程により製造することができる。
以上で、図22に示す構成の固体撮像装置を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 23 (b), immediately after the above DHF cleaning, to form recesses R PD by epitaxial growth, the buried layer embedded in the recess R FD and recess R SD of (24h, 24i, 24j) .
The buried layer 24g is formed by a normal epitaxial growth in the concave portions R PD , the concave portions R FD and the concave portions R SD , and a portion having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10 is formed by epitaxial growth so as to have a facet surface. Form.
The epitaxial growth described above can change the angle of the facet plane depending on conditions, and can form a plurality of plane orientations.
For example, when forming the buried layer 24g made of Si 1-x Ge x (0 <x <1), the growth temperature is 750 ° C., the pressure is 10 Torr, the gas is SiH 2 Cl 2 (100 sccm), the HCL (25 sccm), It is formed as 140 sccm using GeH 4 (50-100 sccm) and boron concentration: B 2 H 6 . Further, it can be formed by a low temperature process of about 400 ° C., for example.
Subsequent steps can be manufactured by substantially the same steps as in the first embodiment.
With the above, a solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 22 can be manufactured.

上記の後、必要に応じて、通常用いられている方法により、配線や導波路、オンチップレンズ及びカラーフィルタなどを形成する。   After the above, wirings, waveguides, on-chip lenses, color filters, and the like are formed as necessary by a commonly used method.

本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層を転送ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜から離間して形成するので、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth that constitutes the photodiode is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film. Deterioration can be avoided.

また、本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、上記のようにシリコンよりバンドギャップが小さい材料が用いられており、感度が大幅に改善される。
また、フォトダイオード領域に凹部(リセス)を形成することで、埋め込み層としての膜厚を確保しながら、半導体基板10の表面に対する凸状の形状の部分の高さを抑制することが可能となる。このため、凸状の形状による凹凸に起因する段差を抑制できるので平坦化に必要となる絶縁膜全体の厚さを抑制することができ、フォトダイオードの感度などの特性向上を実現できる。
光吸収係数の高い材料を用いることで、凹部の深さを低減することができる。例えば、光吸収係数が一桁改善された場合、凹部の深さを一桁小さくできる。
Moreover, the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment uses a material having a band gap smaller than that of silicon as described above, and the sensitivity is greatly improved.
In addition, by forming a recess in the photodiode region, it is possible to suppress the height of the convex portion with respect to the surface of the semiconductor substrate 10 while ensuring the film thickness as the buried layer. . For this reason, since the level | step difference resulting from the unevenness | corrugation by convex shape can be suppressed, the thickness of the whole insulating film required for planarization can be suppressed, and characteristics, such as a sensitivity of a photodiode, can be implement | achieved.
By using a material having a high light absorption coefficient, the depth of the recess can be reduced. For example, when the light absorption coefficient is improved by an order of magnitude, the depth of the recess can be reduced by an order of magnitude.

本実施形態においては、青画素、緑画素及び赤画素を有する固体撮像装置の全画素におけるフォトダイオード領域に凹部(リセス)が形成され、埋め込み層が埋め込まれた構成としているが、これに限らず、一部の画素のフォトダイオードに適用できる。
また、画素が感光波長領域の異なる複数の画素を含み、少なくともより長波長の感光波長領域の画素において、上記の構成を好ましく適用することができる。例えば、長波長側の画素と短波長側の画素の2種類の画素を有する固体撮像装置において、長波長側の画素に好ましく適用できる。また、長波長側の画素と短波長側の画素の両者に適用できる。
In the present embodiment, recesses (recesses) are formed in the photodiode regions in all the pixels of the solid-state imaging device having blue pixels, green pixels, and red pixels, and the embedded layer is embedded. However, the present invention is not limited to this. It can be applied to photodiodes of some pixels.
In addition, the above configuration can be preferably applied to at least a pixel in a photosensitive wavelength region having a longer wavelength, where the pixel includes a plurality of pixels having different photosensitive wavelength regions. For example, in a solid-state imaging device having two types of pixels, a long wavelength side pixel and a short wavelength side pixel, it can be preferably applied to a long wavelength side pixel. Further, the present invention can be applied to both a long wavelength side pixel and a short wavelength side pixel.

本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層を転送ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜から離間して形成するので、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth that constitutes the photodiode is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film. Deterioration can be avoided.

また、フローティングディフュージョンを構成するエピタキシャル成長による半導体層を転送ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜から離間して形成するので、半導体層と転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなって生じる光電変換効率の低下を抑制できる。   In addition, since the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the floating diffusion is formed apart from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film, the photoelectric conversion efficiency is lowered due to the increase in parasitic capacitance between the semiconductor layer and the transfer gate electrode. Can be suppressed.

上記のロジック領域ALGに形成されているMOSトランジスタのソースドレイン領域は、図22に示すように、端部においてはある程度の深さまで達するが、中央領域のほとんどにおいて、比較的浅い拡散層から形成されている。
上記構造のソースドレインを有することは、MOSトランジスタの微細化に伴う短チャネル効果の抑制などに効果がある。
また、画像処理をする周辺回路のMOSFETにSi1−xGe(0<x<1)をエピタキシャル成長させることにより、そのMOSFETの駆動電流を増加させることにより、周辺回路特性を改善し、画像処理能力を向上させることができる。また、周辺回路の面積を削減することができる。
As shown in FIG. 22, the source / drain region of the MOS transistor formed in the logic region ALG reaches a certain depth at the end, but is formed from a relatively shallow diffusion layer in most of the central region. Has been.
Having the source / drain of the above structure is effective in suppressing the short channel effect accompanying the miniaturization of the MOS transistor.
In addition, Si 1-x Ge x (0 <x <1) is epitaxially grown on the MOSFET of the peripheral circuit that performs image processing to increase the drive current of the MOSFET, thereby improving the peripheral circuit characteristics and image processing. Ability can be improved. In addition, the area of the peripheral circuit can be reduced.

<第6実施形態>
[固体撮像装置の構成]
本実施形態に係る固体撮像装置の受光面における平面図は、第1実施形態に係る図1の平面図と実質的に同様である。
図24は、複数の画素が集積されてなり、本実施形態に係る固体撮像装置であるCMOSイメージセンサの模式断面図である。
図面上、画素領域の周辺回路などを構成するロジック領域ALGを示す。画素領域は、フォトダイオード領域APD、転送ゲート電極領域ATG及びフローティングディフュージョン領域AFDを示す。
半導体基板としてGe基板10aが用いられ、フローティングディフュージョン領域AFD及びロジック領域ALGに凹部が形成されてエピタキシャル成長されたシリコン層10bが形成されてなる半導体基板が用いられている。
上記を除いて、実質的に第3実施形態の固体撮像装置と同様である。但し、フォトダイオード領域APDはGe基板が用いられており、第3実施形態における第1半導体層は、Ge基板10a中のGe層となる。
<Sixth Embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
The plan view of the light receiving surface of the solid-state imaging device according to the present embodiment is substantially the same as the plan view of FIG. 1 according to the first embodiment.
FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of a CMOS image sensor, which is a solid-state imaging device according to this embodiment, in which a plurality of pixels are integrated.
In the drawing, a logic region A LG constituting a peripheral circuit of the pixel region is shown. The pixel region indicates a photodiode region A PD , a transfer gate electrode region A TG and a floating diffusion region A FD .
Ge substrate 10a is used as the semiconductor substrate, the floating diffusion region A FD and the semiconductor substrate logic region A recess is formed in the LG epitaxial grown silicon layer 10b is formed is used.
Except for the above, it is substantially the same as the solid-state imaging device of the third embodiment. However, a Ge substrate is used for the photodiode region APD , and the first semiconductor layer in the third embodiment is a Ge layer in the Ge substrate 10a.

本実施形態の固体撮像装置は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長による半導体層が転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されており、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, the semiconductor layer formed by epitaxial growth constituting the photodiode is formed away from the transfer gate electrode and the sidewall insulating film formed on the sidewall thereof, and crystal defects are generated in the semiconductor layer. It is possible to avoid deterioration of pixel characteristics due to.

また、第4半導体層24eが転送ゲート電極22a並びにその側壁に形成されているサイドウォール絶縁膜(30a,31a)から離間して形成されている。
これは、例えば第4半導体層24eがファセットエピタキシャル成長により形成された層であることによる。第2半導体層24dは、上記の半導体基板10の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板10から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する。
The fourth semiconductor layer 24e is formed away from the transfer gate electrode 22a and the sidewall insulating films (30a, 31a) formed on the side walls thereof.
This is because, for example, the fourth semiconductor layer 24e is a layer formed by facet epitaxial growth. The second semiconductor layer 24 d has a shape in which the area of a cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 10 decreases as the distance from the semiconductor substrate 10 increases.

従来技術では、フローティングディフュージョン領域上にエピタキシャル成長で形成されたシリコン層がサイドウォール絶縁膜を介して転送ゲート電極に近接する構成となる。
従って、シリコン層と転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなってしまい、光電変換効率が低下するといった問題も生じる。
In the prior art, the silicon layer formed by epitaxial growth on the floating diffusion region is configured to be close to the transfer gate electrode through the sidewall insulating film.
Therefore, the parasitic capacitance between the silicon layer and the transfer gate electrode is increased, which causes a problem that the photoelectric conversion efficiency is lowered.

本実施形態では、フローティングディフュージョン上の第4半導体層24eが転送ゲート電極及びその側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜から離間して形成されている。半導体層と転送ゲート電極との間の寄生容量が大きくなって生じる光電変換効率の低下を抑制できる。   In the present embodiment, the fourth semiconductor layer 24e on the floating diffusion is formed apart from the transfer gate electrode and the side wall insulating film formed on the side wall thereof. A decrease in photoelectric conversion efficiency caused by an increase in parasitic capacitance between the semiconductor layer and the transfer gate electrode can be suppressed.

また、本実施形態の固体撮像装置は、上記のようにフォトダイオード領域においてGe基板が用いられている。Geはシリコンよりバンドギャップが小さく、赤色から赤外領域の光に対する感度が大幅に改善される。   Further, in the solid-state imaging device of the present embodiment, the Ge substrate is used in the photodiode region as described above. Ge has a smaller band gap than silicon and greatly improves the sensitivity to light in the red to infrared region.

転送ゲート領域ATG、フローティングディフュージョン領域AFD、ロジック領域ALGについては第3実施形態と同様である。 The transfer gate region A TG , the floating diffusion region A FD , and the logic region A LG are the same as in the third embodiment.

上記のようにして、MOSトランジスタが構成されており、これらを含む周辺回路を構成するロジック領域が形成されている。
上記においてはNMOSトランジスタについて示したがこれに限らず、PMOSトランジスタに適用可能であり、また、NMOSとPMOSの両者に適用可能である。
第5半導体層24fとして、Si1−xGe(0<x<1)などが用いられた場合、PMOSトランジスタにおいては埋め込み層24jによりチャネル形成領域に印加される応力により、トランジスタの特性向上が大きい。このため、ロジック回路における画像処理能力が向上し、また、ロジック回路の面積削減を実現できる。
As described above, MOS transistors are configured, and a logic region that forms a peripheral circuit including these is formed.
In the above description, the NMOS transistor has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a PMOS transistor.
When Si 1-x Ge x (0 <x <1) or the like is used as the fifth semiconductor layer 24f, in the PMOS transistor, the transistor characteristics are improved by the stress applied to the channel formation region by the buried layer 24j. large. For this reason, the image processing capability in the logic circuit is improved, and the area of the logic circuit can be reduced.

[固体撮像装置の製造方法]
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図25〜26を参照して説明する。
まず、図25(a)に示す構成までは、第1実施形態の図4(a)に示す工程までと同様にして行う。但し、半導体基板としてはGe基板10aを用いる。
[Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device]
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
First, the process up to the configuration shown in FIG. 25A is performed in the same manner as the process shown in FIG. However, the Ge substrate 10a is used as the semiconductor substrate.

次に、図25(b)に示すように、フォトダイオード領域APDを保護する窒化シリコン膜40をパターン形成する。 Next, as shown in FIG. 25B, a silicon nitride film 40 that protects the photodiode region APD is patterned.

次に、図25(c)に示すように、窒化シリコン膜をマスクとしてGe基板10aの表面からエッチング除去し、フローティングディフュージョン領域AFD及びロジック領域ALGに凹部10tを形成する。 Next, as shown in FIG. 25 (c), a silicon nitride film is removed by etching from the surface of the Ge substrate 10a as a mask to form a recess 10t to the floating diffusion region A FD and the logic region A LG.

次に、図26(a)に示すように、凹部10tにエピタキシャル成長によりシリコン層10bを形成する。   Next, as shown in FIG. 26A, a silicon layer 10b is formed in the recess 10t by epitaxial growth.

次に、図26(b)に示すように、上面からスクリーン絶縁膜20が除去され、素子分離絶縁膜(11,12)Gが露出するまでCMP(Chemical Mechanical Polishing)などで研磨する。
以上により、Ge基板10のフローティングディフュージョン領域AFD及びロジック領域ALGに凹部が形成されてエピタキシャル成長されたシリコン層10bが形成されてなる半導体基板が形成できる。
以降は、上記の半導体基板を用いて、第3実施形態と同様にして、本実施形態の固体撮像装置を製造できる。
Next, as shown in FIG. 26B, the screen insulating film 20 is removed from the upper surface, and polishing is performed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like until the element isolation insulating films (11, 12) G are exposed.
Thus, the floating diffusion region A FD and the semiconductor substrate logic region A recess is formed in the LG epitaxial grown silicon layer 10b is formed of a Ge substrate 10 can be formed.
Thereafter, the solid-state imaging device of the present embodiment can be manufactured using the semiconductor substrate in the same manner as in the third embodiment.

<第2変形例>
図27(a)〜図27(d)は本発明の第2変形例に係る模式図である。
第3〜第6実施形態において、半導体基板10に対して凸状の形状を有する部分の層としてSi1−xGe(0<x<1)を用いる場合、層内において組成が連続的に変化する層を用いることができる。
例えば、図27(a)は第3実施形態の第2半導体層24dの模式図である。第2半導体層24dがSi1−xGe(0<x<1)で構成される場合、縦軸にx、横軸に図27(a)中のyにおける断面の位置をとったときに、図27(b)に示される組成が連続的に変化する層とすることができる。即ち、基板側でSi濃度が高く、基板から離れるほどGe濃度が高くなる組成である。この場合、シリコン基板に対する結晶格子の不整合による影響が小さくなり、得られるSiGe層に生じる結晶欠陥を抑制できる。また、容易にGe濃度を高めることができ、光吸収係数を高めることができる。
<Second Modification>
FIG. 27A to FIG. 27D are schematic views according to a second modification of the present invention.
In the third to sixth embodiments, when Si 1-x Ge x (0 <x <1) is used as a layer having a convex shape with respect to the semiconductor substrate 10, the composition is continuously in the layer. A changing layer can be used.
For example, FIG. 27A is a schematic diagram of the second semiconductor layer 24d of the third embodiment. When the second semiconductor layer 24d is composed of Si 1-x Ge x (0 <x <1), when the vertical axis indicates x and the horizontal axis indicates the position of the cross section at y in FIG. FIG. 27B shows a layer in which the composition changes continuously. That is, the Si concentration is high on the substrate side, and the Ge concentration increases as the distance from the substrate increases. In this case, the influence of the mismatch of the crystal lattice with respect to the silicon substrate is reduced, and crystal defects generated in the obtained SiGe layer can be suppressed. Further, the Ge concentration can be easily increased, and the light absorption coefficient can be increased.

例えば、図27(c)は第4実施形態の埋め込み層24gの模式図である。埋め込み層24gがSi1−xGe(0<x<1)で構成される場合、縦軸にx、横軸に図27(c)中のyにおける断面の位置をとったときに、図27(d)に示される組成が連続的に変化する層とすることができる。即ち、凹部の底部側でSi濃度が高く、凹部の底部から離れるほどGe濃度が高くなる組成である。この場合、シリコン基板に対する結晶格子の不整合による影響が小さくなり、得られるSiGe層に生じる結晶欠陥を抑制できる。また、容易にGe濃度を高めることができ、光吸収係数を高めることができる。 For example, FIG. 27C is a schematic diagram of the buried layer 24g of the fourth embodiment. When the buried layer 24g is composed of Si 1-x Ge x (0 <x <1), the vertical axis represents x, and the horizontal axis represents the position of the cross section at y in FIG. It can be set as the layer from which the composition shown by 27 (d) changes continuously. That is, the Si concentration is high on the bottom side of the recess, and the Ge concentration increases as the distance from the bottom of the recess increases. In this case, the influence of the mismatch of the crystal lattice with respect to the silicon substrate is reduced, and crystal defects generated in the obtained SiGe layer can be suppressed. Further, the Ge concentration can be easily increased, and the light absorption coefficient can be increased.

<第7実施形態>
[光導波路を有する固体撮像装置の構成]
図28は、複数の画素が集積されてなり、本実施形態に係る固体撮像装置であるCMOSセンサの模式断面図であり、画素領域を示している。
<Seventh embodiment>
[Configuration of Solid-State Imaging Device Having Optical Waveguide]
FIG. 28 is a schematic cross-sectional view of a CMOS sensor, which is a solid-state imaging device according to the present embodiment, in which a plurality of pixels are integrated, and shows a pixel region.

例えば、受光面となる画素領域において、半導体基板のpウェル領域110に、画素ごとにn型の第1半導体層111が形成されている。
n型の第1半導体層111上に半導体基板に対して凸状に、半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状を有するn型の第2半導体層112aが形成されている。n型の第2半導体層112aは、ファセットエピタキシャル成長により形成された層である。
n型の第2半導体層112aの表面にp型の第3半導体層112bが形成されている。
上記のようにして、HAD構造のフォトダイオードPDが構成されている。
さらに、フォトダイオードPDに隣接して半導体基板上にゲート絶縁膜113及びゲート電極114が形成されている。
ここで、n型の第2半導体層112a及びp型の第3半導体層112bは、転送ゲート電極から離間して形成されている。
For example, in the pixel region serving as the light receiving surface, the n-type first semiconductor layer 111 is formed for each pixel in the p-well region 110 of the semiconductor substrate.
An n-type second semiconductor layer having a shape that protrudes on the n-type first semiconductor layer 111 with respect to the semiconductor substrate and that decreases in cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate as the distance from the semiconductor substrate increases. 112a is formed. The n-type second semiconductor layer 112a is a layer formed by facet epitaxial growth.
A p-type third semiconductor layer 112b is formed on the surface of the n-type second semiconductor layer 112a.
As described above, the photodiode PD having the HAD structure is configured.
Further, a gate insulating film 113 and a gate electrode 114 are formed on the semiconductor substrate adjacent to the photodiode PD.
Here, the n-type second semiconductor layer 112a and the p-type third semiconductor layer 112b are formed apart from the transfer gate electrode.

例えば、上記の半導体基板には、フローティングディフュージョンやCCD電荷転送路など、フォトダイオードPDに生成及び蓄積される信号電荷または信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部が形成されている。ゲート電極114への電圧の印加によって信号電荷が転送されるように構成されている。   For example, a signal reading unit that reads a signal charge generated or accumulated in the photodiode PD or a voltage corresponding to the signal charge, such as a floating diffusion and a CCD charge transfer path, is formed on the semiconductor substrate. The signal charges are transferred by applying a voltage to the gate electrode 114.

また、フォトダイオードPDを被覆して、半導体基板上に以下の構成の絶縁膜が積層して構成されている。例えば第1絶縁膜115、第2絶縁膜116、第3絶縁膜117、第4絶縁膜121、第5絶縁膜122、第6絶縁膜126、第7絶縁膜127及び第8絶縁膜131は酸化シリコンからなる。例えば第1拡散防止膜120及び第2拡散防止膜125は炭化シリコンからなる。例えば第3拡散防止膜130は窒化シリコンからなる。   The photodiode PD is covered and an insulating film having the following configuration is laminated on the semiconductor substrate. For example, the first insulating film 115, the second insulating film 116, the third insulating film 117, the fourth insulating film 121, the fifth insulating film 122, the sixth insulating film 126, the seventh insulating film 127, and the eighth insulating film 131 are oxidized. Made of silicon. For example, the first diffusion prevention film 120 and the second diffusion prevention film 125 are made of silicon carbide. For example, the third diffusion barrier film 130 is made of silicon nitride.

上記の第3絶縁膜117には配線用溝117tが形成され、例えばダマシンプロセスで形成された、タンタル/窒化タンタルからなるバリアメタル層118と銅からなる導電層119からなる第1配線層が埋め込まれている。
第5絶縁膜122においても同様に、配線用溝122tにバリアメタル層123と導電層124からなる第2配線層が形成され、第7絶縁膜127には配線用溝127tが形成され、バリアメタル層128と導電層129からなる第3配線層が形成されている。上記の第1〜第3拡散防止膜は、導電層(119,124,129)を構成する銅の拡散を防止するための膜である。
上記のようにして、上記の積層された絶縁膜中に配線層が埋め込まれている。上記の第1〜第3配線は、それぞれ、例えばデュアルダマシンプロセスによる、配線用溝の底面から下層配線への開口部内におけるコンタクト部と一体に形成された配線構造であってもよい。
A wiring groove 117t is formed in the third insulating film 117, and a first wiring layer made of a barrier metal layer 118 made of tantalum / tantalum nitride and a conductive layer 119 made of copper, for example, formed by a damascene process is embedded. It is.
Similarly, in the fifth insulating film 122, a second wiring layer including a barrier metal layer 123 and a conductive layer 124 is formed in the wiring groove 122t, and a wiring groove 127t is formed in the seventh insulating film 127. A third wiring layer composed of the layer 128 and the conductive layer 129 is formed. Said 1st-3rd diffusion prevention film is a film | membrane for preventing the spreading | diffusion of the copper which comprises a conductive layer (119,124,129).
As described above, the wiring layer is embedded in the laminated insulating film. Each of the first to third wirings may be a wiring structure formed integrally with a contact portion in an opening from the bottom surface of the wiring groove to the lower layer wiring, for example, by a dual damascene process.

ここで、例えば、フォトダイオードPDの上方部分において、上記のように積層して形成された第4〜第9絶縁膜及び第1〜第3拡散防止膜に対して凹部Hが形成されている。
上記のように、フォトダイオードPD上に積層された絶縁膜が、配線層の拡散防止膜を含んで構成されており、例えば最下層の拡散防止膜である第1拡散防止膜120が凹部Hの底面を構成している。
Here, for example, in the upper portion of the photodiode PD, a recess H is formed with respect to the fourth to ninth insulating films and the first to third diffusion prevention films formed by stacking as described above.
As described above, the insulating film laminated on the photodiode PD is configured to include the diffusion prevention film of the wiring layer. For example, the first diffusion prevention film 120 which is the lowermost diffusion prevention film has the recess H. It constitutes the bottom.

上記の凹部Hは、フォトダイオードの面積や画素サイズ、プロセスルールなどにもよるが、例えば開口直径が0.8μm程度であり、アスペクト比は1〜2程度もしくはそれ以上である。
また、例えば、凹部Hの内側の壁面は基板の主面に垂直な面となっており、さらに、凹部Hの縁部として第9絶縁膜133の部分において上方ほど広がる順テーパー状の開口形状133aとなっている。
The concave portion H has an opening diameter of about 0.8 μm and an aspect ratio of about 1 to 2 or more, for example, depending on the area of the photodiode, the pixel size, process rules, and the like.
In addition, for example, the inner wall surface of the recess H is a surface perpendicular to the main surface of the substrate, and the forward tapered opening shape 133a that spreads upward as the edge of the recess H in the portion of the ninth insulating film 133. It has become.

上記の凹部Hの内壁を被覆して酸化シリコン(屈折率1.45)よりも高い屈折率を有するパッシベーション膜136が形成されている。パッシベーション膜136は、例えば窒化シリコン(屈折率2.0)などからなり、0.5μm程度の膜厚である。
例えば、開口部の縁部で順テーパー形状となっているが、堆積時の異方性により開口縁部で厚く堆積し、凹部H底部近くで薄くなるようなプロファイルである。
A passivation film 136 having a refractive index higher than that of silicon oxide (refractive index 1.45) is formed so as to cover the inner wall of the recess H. The passivation film 136 is made of, for example, silicon nitride (refractive index 2.0) and has a thickness of about 0.5 μm.
For example, it has a forward taper shape at the edge of the opening, but the profile is thick at the opening edge due to anisotropy at the time of deposition and thin near the bottom of the recess H.

また、例えば、パッシベーション膜136の上層において凹部Hに埋め込まれて、酸化シリコンよりも高い屈折率を有する埋め込み層137が形成されている。埋め込み層137は凹部H内を埋め込んでおり、凹部Hの外部での膜厚が0.5μm程度となっている。
埋め込み層137は、例えばシロキサン系樹脂(屈折率1.7)、あるいはポリイミドなどの高屈折率樹脂で構成され、シロキサン系樹脂が特に好ましい。
さらに、上記の樹脂中に例えば酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウムなどの金属酸化物微粒子が含有されており、屈折率が高められている。
Further, for example, an embedded layer 137 embedded in the recess H in the upper layer of the passivation film 136 and having a refractive index higher than that of silicon oxide is formed. The buried layer 137 fills the recess H, and the film thickness outside the recess H is about 0.5 μm.
The buried layer 137 is made of, for example, a siloxane resin (refractive index 1.7) or a high refractive index resin such as polyimide, and a siloxane resin is particularly preferable.
Further, the above resin contains metal oxide fine particles such as titanium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, zinc oxide, indium oxide, hafnium oxide, and the refractive index is increased. .

上記の埋め込み層137の上層に、例えば接着層としても機能する平坦化樹脂層138が形成されている。その上層に、例えば青(B)、緑(G)、赤(R)の各色のカラーフィルタ(139a,139b,139c)が画素毎に形成されている。その上層に、マイクロレンズ140が形成されている。   A planarizing resin layer 138 that also functions as an adhesive layer, for example, is formed on the buried layer 137. On the upper layer, for example, color filters (139a, 139b, 139c) of each color of blue (B), green (G), and red (R) are formed for each pixel. A microlens 140 is formed on the upper layer.

本実施形態の固体撮像装置は、フォトダイオードを構成するエピタキシャル成長によるn型半導体層112aが転送ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜などから離間されており、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。   In the solid-state imaging device according to this embodiment, the n-type semiconductor layer 112a formed by epitaxial growth constituting the photodiode is separated from the transfer gate electrode, the sidewall insulating film, and the like, and the pixel characteristics are deteriorated due to crystal defects in the semiconductor layer. Can be avoided.

また、フローティングディフュージョンを構成するエピタキシャル成長によるn型半導体層112aが転送ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜などから離間されており、半導体層と転送ゲート電極との間の寄生容量の増大を抑制できる。   Further, the n-type semiconductor layer 112a formed by epitaxial growth constituting the floating diffusion is separated from the transfer gate electrode, the sidewall insulating film, and the like, and an increase in parasitic capacitance between the semiconductor layer and the transfer gate electrode can be suppressed.

図28は、第1実施形態に適用した場合を示しているが、第1〜第6実施形態にそれぞれ適用できる。   FIG. 28 shows a case where the present invention is applied to the first embodiment, but can be applied to the first to sixth embodiments.

<第8実施形態>
図29は、本実施形態に係るカメラの概略構成図である。
複数の画素が集積されてなる固体撮像装置50、光学系51、信号処理回路53を備えている。
本実施形態において、上記の固体撮像装置50は、上記の第1実施形態〜第6実施形態のいずれかに係る固体撮像装置が組み込まれてなる。
<Eighth Embodiment>
FIG. 29 is a schematic configuration diagram of a camera according to the present embodiment.
A solid-state imaging device 50 in which a plurality of pixels are integrated, an optical system 51, and a signal processing circuit 53 are provided.
In the present embodiment, the solid-state imaging device 50 includes the solid-state imaging device according to any one of the first to sixth embodiments.

光学系51は被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置50の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置50の撮像面上の各画素を構成するフォトダイオードにおいて入射光量に応じて信号電荷に変換され、一定期間、該当する信号電荷が蓄積される。
蓄積された信号電荷は、例えばCCD電荷転送路を経て、出力信号Voutとして取り出される。
信号処理回路53は、固体撮像装置50の出力信号Voutに対して種々の信号処理を施して映像信号として出力する。
上記の本実施形態に係るカメラによれば、斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招かずに、色シェーディング特性や分光特性を改善でき、さらにマイクロレンズを簡便な方法、工程で形成することが可能である。
The optical system 51 forms image light (incident light) from the subject on the imaging surface of the solid-state imaging device 50. Thereby, in the photodiode which comprises each pixel on the imaging surface of the solid-state imaging device 50, it converts into a signal charge according to incident light quantity, and the corresponding signal charge is accumulate | stored for a fixed period.
The accumulated signal charge is taken out as an output signal Vout through, for example, a CCD charge transfer path.
The signal processing circuit 53 performs various signal processing on the output signal Vout of the solid-state imaging device 50 and outputs it as a video signal.
According to the camera of the present embodiment, color shading characteristics and spectral characteristics can be improved without causing a decrease in light collection rate and sensitivity of oblique incident light, and a microlens is formed by a simple method and process. It is possible.

上記の各実施形態に係る固体撮像装置及びその製造方法によれば、さらに以下の効果を得ることができる。
1.フォトダイオード領域がシリコン層のみで形成されている場合、赤色から赤外領域の感度が良くないという問題が生じるが、本実施形態により改善できる。
2.多画素化により、画像処理の高速化が求められているが、現在のMOSFETの駆動電流では、対応できないという問題が生じるが、本実施形態により改善できる。
3.チップサイズ縮小によるコスト削減が求められているが、画素数を維持させる場合、画像処理を行う周辺回路の面積縮小を行うしか無く、現状のMOSFET特性の場合、単純に処理能力が低下してしまうという問題が生じる。しかし、本実施形態の固体撮像装置により改善できる。
According to the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to each of the above embodiments, the following effects can be further obtained.
1. When the photodiode region is formed of only the silicon layer, there is a problem that the sensitivity from the red region to the infrared region is not good, but this embodiment can be improved.
2. The increase in the number of pixels is demanded to increase the speed of image processing. However, there is a problem that the current drive current of the MOSFET cannot cope with the problem, but this embodiment can be improved.
3. Cost reduction by chip size reduction is required, but in order to maintain the number of pixels, there is no choice but to reduce the area of the peripheral circuit that performs image processing, and in the case of current MOSFET characteristics, the processing capability is simply reduced. The problem arises. However, it can be improved by the solid-state imaging device of the present embodiment.

本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、実施形態においてはCMOSセンサとCCD素子のいずれにも適用できる。
CCD素子に適用する場合には、フォトダイオード領域となる半導体基板の表面に、転送ゲート電極および遮光膜などから離間して、半導体基板に対して凸状に半導体層を形成する。半導体層は、半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状とする。これにより、半導体層に結晶欠陥が生じることによる画素特性の悪化を回避できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the above description.
For example, in the embodiment, the present invention can be applied to both a CMOS sensor and a CCD element.
When applied to a CCD element, a semiconductor layer is formed on the surface of a semiconductor substrate to be a photodiode region, away from a transfer gate electrode, a light shielding film, and the like, in a convex shape with respect to the semiconductor substrate. The semiconductor layer has a shape in which the area of a cross section in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate decreases as the distance from the semiconductor substrate increases. Thereby, it is possible to avoid deterioration of pixel characteristics due to crystal defects in the semiconductor layer.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

10…半導体基板、11,12…素子分離絶縁膜、13…第1半導体層、14…フローティングディフュージョン、15…p型半導体層、16…エクステンション領域、17…ソースドレイン領域、20…スクリーン絶縁膜、21a,21b…ゲート絶縁膜、22a…転送ゲート電極、22b…ゲート電極、23a,23b…窒化シリコン膜、24a…第2半導体層、24b…第4半導体層、24c…第5半導体層、25…第3半導体層、26,27…高融点金属シリサイド層、28a,28b,28c,28d…プラグ、29a,29b,29c,29d…上層配線、30a,30b…第1サイドウォール絶縁膜、30c…第1絶縁膜、31a,31b…第2サイドウォール絶縁膜、31c…第2絶縁膜、32a,32b…第3サイドウォール絶縁膜、32c…第3絶縁膜、33…レジスト膜、34…第1層間絶縁膜、35…第2層間絶縁膜、36…第3層間絶縁膜、37…第1層間絶縁膜、38…第2層間絶縁膜、39…第3層間絶縁膜、40…第4層間絶縁膜、50…固体撮像装置、51…光学系、53…信号処理回路、110…pウェル領域(半導体基板)、111…n型電荷蓄積層、112…p型表面層、113…ゲート絶縁膜、114…ゲート電極、115…第1絶縁膜、116…第2絶縁膜、117…第3絶縁膜、117t…配線用溝、118…バリアメタル層、119…導電層、120…第1拡散防止膜、121…第4絶縁膜、122…第5絶縁膜、122t…配線用溝、123…バリアメタル層、124…導電層、125…第2拡散防止膜、126…第6絶縁膜、127…第7絶縁膜、127t…配線用溝、128…バリアメタル層、129…導電層、130…第3拡散防止膜、131…第8絶縁膜、133…第9絶縁膜、133a…開口形状、134…レジスト膜、135…レジスト膜、136…パッシベーション膜、137…埋め込み層、138…平坦化樹脂層、139a,139b,139c…カラーフィルタ、140…マイクロレンズ、ALG…ロジック、APD…フォトダイオード領域、ATG…転送ゲート電極領域、AFD…フローティングディフュージョン領域、PD,PD1〜PD4…フォトダイオード、TG1〜TG4…転送ゲート電極、FD,FD1,FD2…フローティングディフュージョン、L…光、H…凹部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor substrate, 11, 12 ... Element isolation insulating film, 13 ... 1st semiconductor layer, 14 ... Floating diffusion, 15 ... p + type semiconductor layer, 16 ... Extension area | region, 17 ... Source-drain area | region, 20 ... Screen insulating film 21a, 21b ... gate insulating film, 22a ... transfer gate electrode, 22b ... gate electrode, 23a, 23b ... silicon nitride film, 24a ... second semiconductor layer, 24b ... fourth semiconductor layer, 24c ... fifth semiconductor layer, 25 ... 3rd semiconductor layer, 26, 27 ... refractory metal silicide layer, 28a, 28b, 28c, 28d ... plug, 29a, 29b, 29c, 29d ... upper layer wiring, 30a, 30b ... first sidewall insulating film, 30c ... First insulating film, 31a, 31b, second sidewall insulating film, 31c, second insulating film, 32a, 32b, third sidewall , Insulating film, 32c ... third insulating film, 33 ... resist film, 34 ... first interlayer insulating film, 35 ... second interlayer insulating film, 36 ... third interlayer insulating film, 37 ... first interlayer insulating film, 38 ... 2nd interlayer insulation film, 39 ... 3rd interlayer insulation film, 40 ... 4th interlayer insulation film, 50 ... Solid-state imaging device, 51 ... Optical system, 53 ... Signal processing circuit, 110 ... p well region (semiconductor substrate), 111 ... n-type charge storage layer, 112 ... p + type surface layer, 113 ... gate insulating film, 114 ... gate electrode, 115 ... first insulating film, 116 ... second insulating film, 117 ... third insulating film, 117t ... wiring 118, barrier metal layer, 119, conductive layer, 120, first diffusion prevention film, 121, fourth insulating film, 122, fifth insulating film, 122t, wiring groove, 123, barrier metal layer, 124,. Conductive layer, 125... Second diffusion prevention film, 126. Edge film, 127... 7th insulating film, 127 t... Wiring trench, 128 .. barrier metal layer, 129... Conductive layer, 130 .. 3rd diffusion prevention film, 131 ... 8th insulating film, 133 ... 9th insulating film, 133 a ... opening shape, 134 ... resist film, 135 ... resist film, 136 ... passivation film, 137 ... buried layer, 138 ... flattened resin layer, 139a, 139b, 139c ... color filter, 140 ... microlens, ALG ... logic, A PD : Photodiode region, A TG : Transfer gate electrode region, A FD : Floating diffusion region, PD, PD1 to PD4 ... Photo diode, TG1 to TG4: Transfer gate electrode, FD, FD1, FD2 ... Floating diffusion, L ... Light, H ... recess

Claims (29)

半導体基板の複数の画素が集積されてなる受光面の前記画素ごとに区分されたフォトダイオード領域において、前記半導体基板に形成された第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に前記半導体基板に対して凸状に形成され、前記半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が前記半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する第1導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層の表面に形成された第2導電型の第3半導体層とを有するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードに隣接する領域の前記半導体基板上に形成された転送ゲート電極と、前記転送ゲート電極の前記フォトダイオードとは反対側における前記半導体基板中に形成されたフローティングディフュージョンとを有し、前記フォトダイオードに生成及び蓄積される信号電荷または前記信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部と
を有し、
前記第2半導体層及び前記第3半導体層が前記転送ゲート電極から離間して形成されている
固体撮像装置。
A first conductive type first semiconductor layer formed on the semiconductor substrate and a first semiconductor layer formed on the semiconductor substrate in a photodiode region divided for each of the pixels on a light receiving surface formed by integrating a plurality of pixels of the semiconductor substrate; A first conductive type second semiconductor layer formed in a convex shape with respect to the semiconductor substrate and having a shape in which a cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate becomes smaller from the semiconductor substrate; A photodiode having a second semiconductor layer of a second conductivity type formed on a surface of the second semiconductor layer;
A transfer gate electrode formed on the semiconductor substrate in a region adjacent to the photodiode, and a floating diffusion formed in the semiconductor substrate on the opposite side of the transfer gate electrode from the photodiode, A signal reading unit that reads a signal charge generated and accumulated in a photodiode or a voltage corresponding to the signal charge, and
The solid-state imaging device, wherein the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed apart from the transfer gate electrode.
前記転送ゲート電極の両側部にサイドウォール絶縁膜が形成されており、
前記第2半導体層及び前記第3半導体層が前記サイドウォール絶縁膜から離間して形成されている
請求項1に記載の固体撮像装置。
Side wall insulating films are formed on both sides of the transfer gate electrode,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed apart from the sidewall insulating film.
前記第2半導体層がファセットエピタキシャル成長により形成された層である
請求項1に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is a layer formed by facet epitaxial growth.
前記フローティングディフュージョン上に前記半導体基板に対して凸状に形成され、前記半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が前記半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する第1導電型の第4半導体層が形成されており、
前記第4半導体層が前記転送ゲート電極から離間して形成されている
請求項1に記載の固体撮像装置。
A fourth first conductivity type formed on the floating diffusion so as to be convex with respect to the semiconductor substrate, and having a shape in which a cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate decreases as the distance from the semiconductor substrate increases. A semiconductor layer is formed,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the fourth semiconductor layer is formed apart from the transfer gate electrode.
前記転送ゲート電極の両側部にサイドウォール絶縁膜が形成されており、
前記第4半導体層が前記サイドウォール絶縁膜から離間して形成されている
請求項4に記載の固体撮像装置。
Side wall insulating films are formed on both sides of the transfer gate electrode,
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the fourth semiconductor layer is formed to be separated from the sidewall insulating film.
前記第4半導体層がファセットエピタキシャル成長により形成された層である
請求項4に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the fourth semiconductor layer is a layer formed by facet epitaxial growth.
前記第1導電型がn型であり、前記第2導電型がp型であり、前記フォトダイオードがHAD(hole accumulated diode)構造のフォトダイオードとなっている
請求項1に記載の固体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, and the photodiode is a photodiode having a HAD (hole accumulated diode) structure.
前記半導体基板の前記受光面と異なる領域に、トランジスタを含むロジック領域が形成されている
請求項1に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a logic region including a transistor is formed in a region different from the light receiving surface of the semiconductor substrate.
少なくとも一部の画素における前記第2半導体層がシリコンよりバンドギャップが小さい材料から形成されている
請求項1に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer in at least some of the pixels is formed of a material having a band gap smaller than that of silicon.
前記シリコンよりバンドギャップが小さい材料が、Ge,Si1−xGe(0<x<1),InGaAs,GaAs,InP,InSb,Cu(In,Ga)Se,Cu(In,Ga)(Se,S),あるいはCuInSから形成されている
請求項9に記載の固体撮像装置。
Materials having a band gap smaller than that of silicon are Ge, Si 1-x Ge x (0 <x <1), InGaAs, GaAs, InP, InSb, Cu (In, Ga) Se 2 , Cu (In, Ga) ( The solid-state imaging device according to claim 9, wherein the solid-state imaging device is made of Se, S) 2 or CuInS 2 .
前記画素が感光波長領域の異なる複数の画素を含み、少なくともより長波長の感光波長領域の画素において、前記第2半導体層がシリコンよりバンドギャップが小さい材料から形成されている
請求項9に記載の固体撮像装置。
The pixel according to claim 9, wherein the pixel includes a plurality of pixels having different photosensitive wavelength regions, and the second semiconductor layer is formed of a material having a smaller band gap than silicon in at least a pixel in the photosensitive wavelength region having a longer wavelength. Solid-state imaging device.
前記半導体基板の前記フォトダイオード領域に凹部が形成されており、前記凹部に前記第1半導体層が埋め込まれて形成されている
請求項1に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a recess is formed in the photodiode region of the semiconductor substrate, and the first semiconductor layer is embedded in the recess.
前記第1半導体層と前記第2半導体層が一体に形成されている
請求項12に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 12, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are integrally formed.
少なくとも一部の画素における前記第1半導体層と前記第2半導体層がシリコンよりバンドギャップが小さい材料から形成されている
請求項13に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 13, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in at least some of the pixels are formed of a material having a band gap smaller than that of silicon.
前記シリコンよりバンドギャップが小さい材料が、Ge,Si1−xGe(0<x<1),InGaAs,GaAs,InP,InSb,Cu(In,Ga)Se,Cu(In,Ga)(Se,S),あるいはCuInSから形成されている
請求項14に記載の固体撮像装置。
Materials having a band gap smaller than that of silicon are Ge, Si 1-x Ge x (0 <x <1), InGaAs, GaAs, InP, InSb, Cu (In, Ga) Se 2 , Cu (In, Ga) ( The solid-state imaging device according to claim 14, wherein the solid-state imaging device is made of Se, S) 2 or CuInS 2 .
前記画素が感光波長領域の異なる複数の画素を含み、少なくともより長波長の感光波長領域の画素において、前記第1半導体層及び前記第2半導体層がシリコンよりバンドギャップが小さい材料から形成されている
請求項14に記載の固体撮像装置。
The pixel includes a plurality of pixels having different photosensitive wavelength regions, and in at least a pixel in the photosensitive wavelength region having a longer wavelength, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed of a material having a smaller band gap than silicon. The solid-state imaging device according to claim 14.
半導体基板の複数の画素が集積されてなる受光面の前記画素ごとに区分されたフォトダイオード領域において、前記半導体基板に第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、
前記フォトダイオードと離間した前記半導体基板中にフローティングディフュージョンを形成する工程と、
前記フォトダイオードと前記フローティングディフュージョンの間の領域の前記半導体基板上に転送ゲート電極を形成する工程と、
前記第1半導体層上に前記半導体基板に対して凸状に、前記半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が前記半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する第1導電型の第2半導体層とを形成する工程と、
前記第2半導体層の表面に第2導電型の第3半導体層を形成する工程と
を有し、
前記第1半導体層を形成する工程、前記第2半導体層を形成する工程及び前記第3半導体層を形成する工程によりフォトダイオードを形成し、
前記転送ゲート電極を形成する及び前記フローティングディフュージョンを形成する工程により前記フォトダイオードに生成及び蓄積される信号電荷または前記信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部を形成し、
前記第2半導体層を形成する工程及び前記第3半導体層を形成する工程において、前記第2半導体層及び前記第3半導体層を前記転送ゲート電極から離間して形成する
固体撮像装置の製造方法。
Forming a first semiconductor layer of a first conductivity type on the semiconductor substrate in a photodiode region divided for each pixel of the light receiving surface on which a plurality of pixels of the semiconductor substrate are integrated;
Forming a floating diffusion in the semiconductor substrate spaced from the photodiode;
Forming a transfer gate electrode on the semiconductor substrate in a region between the photodiode and the floating diffusion;
A second first conductivity type having a shape that is convex on the first semiconductor layer with respect to the semiconductor substrate, and that the cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate decreases as the distance from the semiconductor substrate increases. Forming a semiconductor layer;
Forming a second conductive type third semiconductor layer on the surface of the second semiconductor layer,
Forming a photodiode by a step of forming the first semiconductor layer, a step of forming the second semiconductor layer, and a step of forming the third semiconductor layer;
Forming a signal reading unit that reads a signal charge generated or accumulated in the photodiode or a voltage corresponding to the signal charge by forming the transfer gate electrode and forming the floating diffusion;
A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed apart from the transfer gate electrode in the step of forming the second semiconductor layer and the step of forming the third semiconductor layer.
前記転送ゲート電極の両側部にサイドウォール絶縁膜が形成する工程をさらに有し、
前記第2半導体層を形成する工程及び前記第3半導体層を形成する工程において、前記第2半導体層及び前記第3半導体層を前記サイドウォール絶縁膜から離間して形成する
請求項17に記載の固体撮像装置の製造方法。
Further comprising a step of forming sidewall insulating films on both sides of the transfer gate electrode;
18. The step of forming the second semiconductor layer and the step of forming the third semiconductor layer, wherein the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed separately from the sidewall insulating film. Manufacturing method of solid-state imaging device.
前記第2半導体層を形成する工程においてファセットエピタキシャル成長により形成する
請求項17に記載の固体撮像装置の製造方法。
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 17, wherein the second semiconductor layer is formed by facet epitaxial growth in the step of forming the second semiconductor layer.
前記第3半導体層を形成する工程においてin−situでのエピタキシャル成長により形成する
請求項17に記載の固体撮像装置の製造方法。
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 17, wherein the third semiconductor layer is formed by in-situ epitaxial growth in the step of forming the third semiconductor layer.
前記フローティングディフュージョン上に前記半導体基板に対して凸状に、前記半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が前記半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する第1導電型の第4半導体層を形成する工程をさらに有し、
前記第4半導体層と形成する工程において、前記第4半導体層を前記転送ゲート電極から離間して形成する
請求項17に記載の固体撮像装置の製造方法。
A fourth semiconductor layer of a first conductivity type having a shape that is convex with respect to the semiconductor substrate on the floating diffusion and has a shape in which a cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate decreases as the distance from the semiconductor substrate increases. Further comprising the step of forming
The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 17, wherein in the step of forming with the fourth semiconductor layer, the fourth semiconductor layer is formed apart from the transfer gate electrode.
前記転送ゲート電極の両側部にサイドウォール絶縁膜が形成する工程をさらに有し、
前記第4半導体層を形成する工程において、前記第4半導体層を前記サイドウォール絶縁膜から離間して形成する
請求項21に記載の固体撮像装置の製造方法。
Further comprising a step of forming sidewall insulating films on both sides of the transfer gate electrode;
The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 21, wherein in the step of forming the fourth semiconductor layer, the fourth semiconductor layer is formed apart from the sidewall insulating film.
前記第4半導体層を形成する工程においてファセットエピタキシャル成長により形成する
請求項21に記載の固体撮像装置の製造方法。
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 21, wherein the fourth semiconductor layer is formed by facet epitaxial growth in the step of forming the fourth semiconductor layer.
前記第1導電型がn型であり、前記第2導電型がp型であり、前記フォトダイオードとしてHAD(hole accumulated diode)構造のフォトダイオードを形成する
請求項17に記載の固体撮像装置の製造方法。
18. The solid-state imaging device according to claim 17, wherein the first conductivity type is an n-type, the second conductivity type is a p-type, and a photodiode having a hole accumulated diode (HAD) structure is formed as the photodiode. Method.
前記半導体基板の前記受光面と異なる領域に、トランジスタを含むロジック領域を形成する工程をさらに有する
請求項17に記載の固体撮像装置の製造方法。
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 17, further comprising a step of forming a logic region including a transistor in a region different from the light receiving surface of the semiconductor substrate.
前記第2半導体層を形成する工程において、少なくとも一部の画素における前記第2半導体層としてシリコンよりバンドギャップが小さい材料から形成する
請求項17に記載の固体撮像装置の製造方法。
The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 17, wherein in the step of forming the second semiconductor layer, the second semiconductor layer in at least some of the pixels is formed of a material having a band gap smaller than that of silicon.
前記第1半導体層を形成する工程が、前記半導体基板の前記フォトダイオード領域に凹部を形成する工程と、前記凹部に前記第1半導体層を埋め込んで形成する工程とを含む
請求項17に記載の固体撮像装置の製造方法。
The step of forming the first semiconductor layer includes a step of forming a recess in the photodiode region of the semiconductor substrate, and a step of forming the first semiconductor layer by embedding the recess in the recess. Manufacturing method of solid-state imaging device.
前記第1半導体層を形成する工程と前記第2半導体層を形成する工程において、前記第1半導体層と前記第2半導体層を一体に形成する
請求項27に記載の固体撮像装置の製造方法。
28. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 27, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are integrally formed in the step of forming the first semiconductor layer and the step of forming the second semiconductor layer.
受光面に複数の画素が集積されてなる固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と
を有し、
前記固体撮像装置は、
半導体基板の複数の画素が集積されてなる受光面の前記画素ごとに区分されたフォトダイオード領域において、前記半導体基板に形成された第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に前記半導体基板に対して凸状に形成され、前記半導体基板の表面と平行な面における断面の面積が前記半導体基板から遠くなるにつれて小さくなる形状を有する第1導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層の表面に形成された第2導電型の第3半導体層とを有するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードに隣接する領域の前記半導体基板上に形成された転送ゲート電極と、前記転送ゲート電極の前記フォトダイオードとは反対側における前記半導体基板中に形成されたフローティングディフュージョンとを有し、前記フォトダイオードに生成及び蓄積される信号電荷または前記信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部と
を有し、
前記第2半導体層及び前記第3半導体層が前記転送ゲート電極から離間して形成されている
カメラ。
A solid-state imaging device in which a plurality of pixels are integrated on a light receiving surface;
An optical system for guiding incident light to the imaging unit of the solid-state imaging device;
A signal processing circuit for processing an output signal of the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device
A first conductive type first semiconductor layer formed on the semiconductor substrate and a first semiconductor layer formed on the semiconductor substrate in a photodiode region divided for each of the pixels on a light receiving surface formed by integrating a plurality of pixels of the semiconductor substrate; A first conductive type second semiconductor layer formed in a convex shape with respect to the semiconductor substrate and having a shape in which a cross-sectional area in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate becomes smaller from the semiconductor substrate; A photodiode having a second semiconductor layer of a second conductivity type formed on a surface of the second semiconductor layer;
A transfer gate electrode formed on the semiconductor substrate in a region adjacent to the photodiode, and a floating diffusion formed in the semiconductor substrate on the opposite side of the transfer gate electrode from the photodiode, A signal reading unit that reads a signal charge generated and accumulated in a photodiode or a voltage corresponding to the signal charge, and
The camera in which the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed apart from the transfer gate electrode.
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