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Diese
Anmeldung nimmt die Priorität
der am 28. Dezember 2004 angemeldeten Koreanischen Patent-Anmeldung
Nr. P2004-113801 in Anspruch, welche hiermit als Referenz eingearbeitet
ist, so als wenn sie vollständig
hierin wiedergegeben wäre.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen CMOS-Bild-Sensor, und spezieller
einen verbesserten CMOS-Bild-Sensor, welcher ein Auftreten von Dunkelstrom
verhindert, und eine Verfahren zu seiner Herstellung.
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Allgemein
ist ein Bildsensor ein Halbleiter-Bauteil, welches ein optisches
Bild in ein elektrisches Signal transformiert. Bildsensoren werden hauptsächlich in
Ladungsgekoppeltes-Bauteil-Bildsensor ("charge coupled device image sensor", im Folgenden als "CCD" abgekürzt), und
Komplementärer-Metall-Oxid-Halbleiter-Bild-Sensor
(im Folgenden als "CMOS" abgekürzt) eingeteilt.
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CCDs
bestehen aus einer Mehrzahl von Photodioden (PD), welche in einer
Matrix angeordnet sind, einer Mehrzahl von vertikalen ladungsgekoppelten
Bauteilen (VCCD), welche in vertikaler Richtung zwischen der Mehrzahl
der Photodioden bereitgestellt sind, einem horizontalen ladungsgekoppelten Bauteil
(HCCD) und einem Abtast-Verstärker.
Die Photodioden konvertieren optische Signale in elektrische Signale
durch Ausgeben von Ladungen, welche in der vertikalen Richtung von
den VCCDs übertragen
werden. Die von jedem VCCD übertragenen
Ladungen werden dann in einer horizontalen Richtung vom HCCD übertragen.
Schließlich
werden diese Ladungen in der horizontalen Richtung von dem Abtast-Verstärker abgetastet,
welcher seinerseits das elektrische Signal ausgibt.
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Die
oben konfigurierten CCDs weisen einen komplizierten Treiber-Mechanismus
auf, sie benötigen
einen beachtenswerten Leistungs-Verbrauch, und sie brauchen einen
komplizierten Herstellungs-Prozess mit vielen Photo-Prozessen. Ferner
ist es nachteilig, die oben konfigurierten CCDs zu verwenden, wenn
versucht wird, die Größe eines
Produktes zu reduzieren, weil es schwierig ist, eine Steuer-Schaltung,
eine Signal-Verarbeitungs-Schaltung, eine
Analog/Digital-Konvertier-Schaltung
(A/D-Konverter) und dergleichen auf einem CCD-Chip zu integrieren.
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Kürzlich wurde
der/ein Fokus auf CMOS-Bildsensoren als die Bildsensoren der nächsten Generation
geschwenkt, weil sie die Nachteile von CCDs überwinden. Der CMOS-Bildsensor
verwendet ein Schalt-Verfahren zum sequenziellen Detektieren einer
Ausgabe jedes Einheits-Pixels mittels MOS-Transistoren. Die MOS-Transistoren
werden auf einem Halbleiter-Substrat gebildet. Jeder MOS-Transistor
korrespondiert zu einem Einheits-Pixel. Darüber hinaus werden die Steuer-Schaltung,
Signal-Verarbeitungs-Schaltung und dergleichen als periphäre Schaltungen
verwendet. Der CMOS-Bildsensor, welcher eine Photodiode und einen
MOS-Transistor innerhalb eines Einheits-Pixels enthält, implementiert ein Bild
durch sequenzielles Detektieren eines elektrischen Signals jedes
Einheits-Pixels gemäß einem
Schalt-Verfahren.
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Der
CMOS-Bildsensor ist aufgrund seines niedrigen Leistungs-Verbrauchs
vorteilhaft, und weil er einen einfachen Herstellungs-Prozess mit
einer kleinen Anzahl an Photo-Prozessierungs-Schritten benötigt. Darüber hinaus
ist es möglich,
eine Steuer-Schaltung, eine Signal-Verarbeitungs-Schaltung, eine Analog/Digital-Verarbeitungs-Schaltung
und dergleichen auf einem CMOS-Sensor-Chip zu integrieren, wodurch
die Miniaturisierung eines Produktes erleichtert wird. Dementsprechend
kann der CMOS-Bild-Sensor für
verschiedenartige Anwendungen, wie digitale Standbild-Kameras, digitale
Videokameras und dergleichen vielfältig verwendet werden.
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CMOS-Bild-Sensoren
werden in Abhängigkeit
von der Transistor-Anzahl in 3-T-Typ, 4-T-Typ, 5-T-Typ und dergleichen
eingeteilt. Der 3-T-Typ-CMOS-Bildsensor besteht aus einer Photodiode
und drei Transistoren; und der 4-T-Typ-CMOS-Bildsensor besteht aus einer Photodiode
und vier Transistoren.
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1 ist ein Layout eines Einheits-Pixels
eines allgemeinen 3-T-CMOS-Sensors.
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Bezugnehmend
auf 1 ist in einem Einheits-Pixel
eines allgemeinen 3T-Typ-CMOS-Bildsensors ein aktiver Bereich 10 definiert.
Eine Photodiode 20 ist auf einem größeren Teil des aktiven Bereiches 10 ausgebildet.
Gate-Elektroden 120, 130 und 140 der
drei Transistoren sind so ausgebildet, dass sie den Rest des aktiven
Bereichs 10 überlappen.
Die drei Transistoren, das heißt
der Reset-Transistor, Treiber-Transistor
und Auswahl-Transistor, Rx, Dx und Sx sind mit den Gate-Elektroden 120, 130 beziehungsweise 140 konfiguriert.
In den aktiven Bereich 10, aber nicht unterhalb der Gate-Elektroden 120, 130 und 140 sind
Verunreinigungs-Ionen implantiert. Die Verunreinigungs-Ionen bilden
Source-/Drain-Bereiche
für jeden der
drei Transistoren. Anschließend
wird eine Leistungs-Spannung Vdd an die Source-/Drain-Bereiche zwischen
den Reset-Transistor und den Treiber-Transistor, Rx und Dx, appliziert,
während
die Source-/Drain-Bereiche des ausgewählten Transistors Sx mit einer
Auslese-Schaltung verbunden sind (in der Zeichnung nicht gezeigt).
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Jede
der Gate-Elektroden 120, 130 und 140 ist
mit einer zugehörigen
Signal-Leitung verbunden (in der Zeichnung nicht gezeigt). Jede
der zugehörigen
Signal-Leitungen ist an einem ihrer Enden mit einem Kontaktbereich
("pad") versehen, so dass
sie mit einer externen Treiber-Schaltung verbunden werden kann.
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2 ist entlang der Linie
II-II' aus 1 ein Querschnitt-Diagramm
eines 3T-Typ-CMOS-Bildsensors gemäß dem Stand der Technik ("related art"), welcher eine Photodiode
und einen Reset-Transistor zeigt.
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Wie
in 2 gezeigt, ist eine P–-Typ-EPI-Schicht 101 auf
einem P++-Typ-Halbleiter-Substrat 100 ausgebildet.
Das Halbleiter-Substrat 100 ist durch einen aktiven Bereich
(10 in 1) und einen
Bauteil-Isolations-Bereich definiert. Eine Isolations-Schicht 103 ist
in dem Bauteil-Isolations-Bereich ausgebildet.
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Auf
der EPI-Schicht 101 wird/ist ein Gate-Oxid 121 ausgebildet.
Dann wird ein Gate 123 auf dem Gate-Oxid 121 ausgebildet,
wodurch ein Reset-Transistor gebildet wird. An beiden Seitenwänden des
Gates 123 werden dielektrische Abstandhalter/Füllbereiche
("spacers") 125 ausgebildet.
Ein N–-Typ-Diffusions-Bereich 131 und
ein P0-Typ-Diffusions-Bereich 132 werden
sequenziell in der EPI-Schicht ausgebildet, korrespondierend zu
einer Photodiode (PD). In diesem Beispiel wird der P0-Typ-Diffusions-Bereich 132 auf
dem N–-Typ-Diffusions-Bereich 131 ausgebildet.
Darüber
hinaus wird ein n-Typ-Diffusions-Bereich
(n+) hoher Dichte und ein n-Typ-Diffusions-Bereich
(n–)
niedriger Dichte als Source-/Drain-(S/D)Bereich für den Reset-Transistor ausgebildet.
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Der
herkömmliche
CMOS-Bild-Sensor von der oben beschriebenen Struktur weist den Nachteil auf,
dass er zu einem erhöhten
Dunkelstrom führt, was
eine Störung
der Ladungs-Speicherungs-Fähigkeit,
und daher der allgemeinen Leistungsfähigkeit des Bauteils verursacht.
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Der
Dunkelstrom wird durch Elektronen erzeugt, welche von der Photodiode
zu anderen Bereichen des Bauteils übergehen, wenn kein Licht in
die Photodiode eintritt. Es wurde berichtet, dass der Dunkelstrom
aufgrund der freien Bindung ("dangling bond") oder aufgrund von
Defekten auftritt, welche um den Oberflächen-benachbarten Bereich des
Bauelements, dem Grenzbereich zwischen der Isolations-Schicht 103 und
dem P0-Typ-Diffusions-Bereich 132,
dem Grenzbereich zwischen der Isolations-Schicht 103 und
dem N–-Typ-Diffusions-Bereich 131,
dem Grenzbereich zwischen dem P0-Typ-Diffusions-Bereich 132 und
dem N–-Typ-Diffusions-Bereich 131,
P0-Typ-Diffusions-Bereich 132 und N–-Typ-Diffusions-Bereich 131 herum
verteilt sind. Der Dunkelstrom kann schwerwiegende Probleme wie
Störung
der/einer Ladungs-Speicher-Fähigkeit und
allgemeine Störung
in der/einer Leistungsfähigkeit
des CMOS-Bildsensors in Bedingungen mit niedriger Beleuchtung verursachen.
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Um
den Dunkelstrom-Einfluss zu reduzieren, welcher an dem Oberflächen-benachbarten
Bereich des Bauelements auftritt, wird gemäß dem herkömmlichen CMOS-Bildsensor für die Photodiode
der P0-Typ-Diffusions-Bereich 132 auf
dem N–-Typ-Diffusions-Bereich 131 ausgebildet.
Ein solcher CMOS-Bildsensor
wird allerdings stark von dem Dunkelstrom betroffen, welcher an
dem Grenzbereich zwischen der Isolations-Schicht 103 und
dem P0-Typ-Diffusions-Bereich 132,
und dem Grenzbereich zwischen der Isolations-Schicht 103 und
dem N–-Typ-Diffusions-Bereich 131 auftritt.
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Wenn,
wie in 2 gezeigt, ein
Photolack-Muster auf der EPI-Schicht 101 als eine Ionen-Injektions-Maske
ausgebildet wird, um den N–-Typ-Diffusions-Bereich 131 und
den P0-Typ-Diffusions-Bereich 132 für die Photodiode
zu bilden, wird ferner der gesamte aktive Bereich, welcher zur Photodiode
korrespondiert, durch die im Photolack eingearbeitete Öffnung freiliegend
("exposed"). Wenn unter Verwendung
des/eines Ionen-Injektions-Prozesses Verunreinigungen in den freiliegenden
aktiven Bereich injiziert werden, um den N–-Typ-Diffusions-Bereich 131 und
den P0-Typ-Diffusions-Bereich 132 zu
bilden, werden sie auch in den Grenzbereich zwischen dem aktiven
Bereich 131 und 132 der Photodiode und der Isolations-Schicht 103 injiziert.
Diese Ionen induzieren Schäden
und Defekte in dem Grenzbereich zwischen dem aktiven Bereich 131 und 132 der
Photodiode und der Isolations-Schicht 103. Diese Defekte
erzeugen Elektronen und Loch-(Ladungs)träger, und lassen die Elektronen
rekombinieren. Konsequenter Weise erhöht sich der/ein Leckstrom der
Photodioden, und auch der Dunkelstrom des CMOS-Bildsensors.
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Da
es schwer ist, zu verhindern, dass der Dunkelstrom im Grenzbereich
zwischen der Isolations-Schicht 103 und dem aktiven Bereich 131 und 132 der
Photodiode auftritt, gibt es konsequenter Weise eine Grenze für die Verbesserung
der Dunkelstrom-Merkmale in einem herkömmlichen CMOS-Bildsensor.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen CMOS-Bildsensor und auf ein
Verfahren zum Herstellen desselben gerichtet, welcher im Wesentlichen eines
oder mehrere Probleme aufgrund von Begrenzungen und Nachteilen des
Standes der Technik vermeidet.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, einen CMOS-Bildsensor und ein
Verfahren zum Herstellen desselben bereitzustellen, welcher verhindert, dass
Ionen aus dem aktiven Bereich in die Isolier-Schicht diffundieren,
und daher keinen Dunkelstrom erzeugt, indem ein P+-Typ-Bereich
und eine Oxid-Schicht zwischen einer Isolier-Schicht und einem aktiven
Bereich mit der Photodiode erzeugt wird.
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Zusätzliche
Vorteile, Ziele und Merkmale der Erfindung werden teilweise in der
folgenden Beschreibung dargelegt, und werden teilweise aus der Beschreibung
offensichtlich werden, oder können durch
Ausführen
der Erfindung gelernt werden. Die Ziele und andere Vorteile der
Erfindung können
durch die Struktur realisiert und erreicht werden, welche insbesondere
insbesondere in der schriftlichen Beschreibung und den Ansprüchen hiervon,
sowie in den beigefügten
Zeichnungen genannt werden.
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Um
diese und andere Vorteile zu erreichen, und gemäß dem Zweck der Erfindung,
wie er hierin ausgeführt
und in Breite beschrieben ist, umfasst ein CMOS-Bildsensor gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Halbleiter-Substrat vom Erste-Leitfähigkeit-Typ, welches durch
einen aktiven Bereich und einen Bauteil-Isolations-Bereich definiert
ist, eine Isolations-Schicht, welche in dem Bauteil-Isolations-Bereich
des Substrats ausgebildet ist, einen Diffusions-Bereich vom Zweite-Leitfähigkeit-Typ,
welcher im aktiven Bereich des Substrats ausgebildet ist, einen
Dotier-Bereich vom Erste-Leitfähigkeit-Typ,
welcher in dem Bauteil-Isolations-Bereich des Substrats ausgebildet
ist, wobei der Dotier-Bereich vom Erste-Leitfähigkeit-Typ die Isolations-Schicht
und eine dielektrische Schicht umgibt, welche zwischen der Isolations-Schicht und dem Dotier-Bereich
vom Erste-Leitfähigkeit-Typ
ausgebildet ist, wobei der Dotier-Bereich vom Erste-Leitfähigkeit-Typ
und die dielektrische Schicht zwischen der Isolations-Schicht und
dem Diffusions-Bereich vom Zweite-Leitfähigkeit-Typ angeordnet sind.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren
zum Herstellen eines CMOS-Bild-Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung
die folgenden Schritte: sequenzielles Bilden einer Kontaktbereich-Oxid-Schicht
und einer Nitrid-Schicht auf einem Halbleiter-Substrat vom Erste-Leitfähigkeit-Typ,
welches durch einen aktiven Bereich und einen Bauteil-Isolations-Bereich
definiert ist, selektives Ätzen
der Nitrid-Schicht, um eine Öffnung
zu Bilden, durch welche ein Teil der Kontaktbereich-Oxid-Schicht
zugänglich
ist, Bilden eines Dotier-Bereiches vom Erste-Leitfähigkeit-Typ
unter Verwendung der selektiv geätzten
Nitrid-Schicht als einer Maske, Bilden von Abstandhaltern an Seitenwänden der Öffnung,
selektives Ätzen
des freiliegenden Teils der Kontaktbereich-Oxid-Schicht und des
dazu korrespondierenden Substrates unter Verwendung der geätzten Nitrid-Schicht
und der Abstandhalter als eine Maske zum Bilden eines Grabens, Bilden
einer dielektrischen Schicht in dem Graben, Bilden einer Isolations-Schicht
auf der dielektrischen Schicht zum Ausfüllen des Grabens, Entfernen
der Abstandhalter, der Nitrid-Schicht und der Kontaktbereich-Oxid-Schicht,
und Bilden eines Diffusions-Bereiches vom Zweite-Leitfähigkeit-Typ
im aktiven Bereich des Substrats in einer solchen Weise, dass zwischen
dem Diffusions-Bereich vom Zweite-Leitfähigkeit-Typ und der Isolations-Schicht
ein Zwischenraum besteht, welcher zu dem Dotier-Bereich vom Erste-Leitfähigkeit-Typ
und der dielektrischen Schicht korrespondiert.
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Es
versteht sich, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung,
als auch die folgende detaillierte Beschreibung exemplarisch und
erklärend
sind, und dazu vorgesehen sind, die beanspruchte Erfindung weiter
zu erklären.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
begleitenden Zeichnungen, welche zum Bereitstellen eines besseren
Verständnisses
der Erfindung beigefügt
sind, und welche in diese Spezifikation eingearbeitet sind, und
ein Teil von ihr darstellen, erläutern
Ausführungsformen
der Erfindung, und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien
der Erfindung zu erklären.
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In
den Zeichnungen:
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ist 1 ein
allgemeines Layout eines Einheits-Pixels eines CMOS-Bildsensors,
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ist 2 ein
Querschnitts-Diagramm, entlang der Linie II-II' aus 1, eines 3T-Typ-CMOS-Bildsensors
gemäß dem Stand
der Technik ("related
art"), welches eine
Photodiode und einen Reset-Transistor zeigt,
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ist 3 ein
Querschnitts-Diagramm, entlang der Linie II-II' aus 1, eines 3T-Typ-CMOS-Bildsensors
gemäß der vorliegenden Erfindung,
welches eine Photodiode und einen Reset-Transistor zeigt,
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sind 4a bis 4f Querschnitt-Diagramme,
welche den Prozess gemäß dem Verfahren
zum Herstellen eines CMOS-Bildsensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird nun detailliert auf eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen, von welcher Beispiele in den beigefügten Zeichnungen
gezeigt sind.
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3 ist
ein Querschnitts-Diagramm, entlang der Linie II-II' aus 1,
eines 3T-Typ-CMOS-Bildsensors gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung welches eine Photodiode und einen Reset-Transistor
zeigt.
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Bezugnehmend
auf 3 wird eine P–-Typ-EPI-Schicht 201 auf
einem P++-Typ-Halbleiter-Substrat 200 ausgebildet,
welche(s) durch einen aktiven Bereich (10 in 1)
und einen Bauteil-Isolations-Bereich definiert ist. Eine Isolations-Schicht 220 ist
im Bauteil-Isolations-Bereich ausgebildet. Der aktive Bereich des
Halbleiter-Substrats 200 ist durch einen Photodioden-Bereich
und einen Transistor-Bereich
definiert.
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Eine
Gate-Oxid-Schicht 221 und ein Gate 223 werden
sequenziell auf der EPI-Schicht 201 gebildet, um einen
Reset-Transistor
gemäß 1 zu bilden.
Dielektrische Abstandhalter 225 werden an Seitenwänden des
Gates 223 gebildet. Der/ein N–-Typ-Diffusions-Bereich 231 wird
in dem/einem Bereich der EPI-Schicht 201 gebildet, welcher
dem Photodioden-Bereich entspricht. Ein Source-/Drain-Bereich (S/D
in 1) wird an der Oberfläche der EPI-Schicht 201 gebildet,
neben ("beside") dem Gate 223,
wobei der Source/Drain-Bereich einen n-Typ-Diffusions-Bereich(n+) hoher Dichte 226 und ein n-Typ-Diffusions-Bereich(n–)
niedriger Dichte 224 beinhaltet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden ein P+-Typ-Dotier-Bereich 210 und
eine Thermisches-Oxid-Schicht 211 zwischen der Isolations-Schicht 220 und
dem N–-Typ-Dotier-Bereich 231 gebildet.
Der P+-Typ-Dotier-Bereich 210 und
das thermische Oxid 211 verhindern das/ein Dunkelstrom-Problem,
welches in dem/einem herkömmlichen
CMOS-Bildsensor besteht, welcher eine Isolations-Schicht aufweist,
welche direkt mit einem N–-Typ-Dotier-Bereich verbunden ist. Wenn N–-Typ-Ionen
in das Halbleiter-Substrat injiziert werden, um die Photodiode zu
bilden, verhindern der P+-Typ-Dotier-Bereich 210 und
die Thermisches-Oxid-Schicht 211, welche beide zwischen
der Isolations-Schicht 220 und dem N–-Typ-Dotier-Bereich 231 angeordnet
sind, dass die N–-Typ-Ionen in die Isolations-Schicht 220 eindringen.
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Der
P+-Typ-Dotier-Bereich 210 wird
durch Dotieren der EPI-Schicht 201 mit
Bor (B) gebildet. Die Thermisches-Oxid-Schicht 211 wird
unter Verwendung eines thermischen Oxidations-Prozesses gebildet. Die Thermisches-Oxid-Schicht 211 kann 50–500 Å dick sein.
Während
des thermischen Oxidations-Prozesses erhöht sich laterale Diffusion
des Bors (B) des P+-Typ-Dotier-Bereichs 210 mittels
interstitieller Injektion. Das Bor (B) wird in einem anschließenden Glüh-Prozess
("well annealing") daran gehindert,
in den N–-Typ-Dotier-Bereich 231 der
Photodiode einzudringen.
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4a bis 4f sind
Querschnitt-Diagramme, welche die Prozesse gemäß dem Verfahren zur Herstellung
eines CMOS-Bildsensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen.
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Im
Folgenden wird das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung im Detail beschrieben, mit Fokus auf die Prozesse zum
Ausbilden einer Isolier-Schicht und eines Photodioden-Bereiches eines Halbleiter-Substrates.
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Bezugnehmend
auf 4a, wird eine EPI-Schicht 201 vom Erste-Leitfähigkeit-Typ
niedriger Dichte (P–-Typ) auf einem Halbleiter-Substrat 200 wie
einem monokristallinen Silizium vom Erste-Leitfähigkeit-Typ hoher Dichte (P++-Typ) und dergleichen durch Verwendung
eines epitaktischen Prozesses ausgebildet. Die EPI-Schicht 201 wird
gebildet, um die/eine Licht-Empfindlichkeit und die/eine Fähigkeit zum
Sparen von Licht-Ladungen der Niederspannungs-Photodiode zu verbessern,
indem die/eine Verarmungs-Region der Photodiode in die Lage versetzt
wird, weit und tief ausgebildet zu werden.
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Eine
Kontaktbereich-Oxid-Schicht 202 wird auf der EPI-Schicht 201 ausgebildet.
Eine Nitrid-Schicht 203 wird dann auf der Kontaktbereich-Oxid-Schicht 202 gebildet.
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Die
Nitrid-Schicht 203 wird durch Ätzen selektiv entfernt, um
eine Öffnung
zu bilden, durch welche ein Teil der Kontaktbereich-Oxid-Schicht 202 freigelegt
wird.
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Ein
P+-Typ-Dotier-Bereich 210 wird
direkt unterhalb der Oberfläche
der EPI-Schicht 201 durch Dotieren von P-Typ-Ionen-Verunreinigungen
hoher Dichte unter Verwendung der selektiv entfernten Nitrid-Schicht 203 als
einer Maske gebildet. Als die P-Typ-Ionen hoher Dichte können B und
BF2 verwendet werden.
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Auf 4b bezugnehmend,
wird eine dielektrische Schicht (nicht gezeigt) auf der/einer gesamten Oberfläche der
EPI-Schicht 201 ausgebildet,
inklusive oberhalb der selektiv strukturierten Nitrid-Schicht 203.
Diese später
gebildete dielektrische Schicht wird dann zurückgeätzt, um Abstandhalter an Seitenwänden der Öffnung in
der Nitrid-Schicht 203 zu bilden.
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Dann
wird der freiliegende Teil der Kontaktbereich-Oxid-Schicht 202 selektiv
geätzt,
wobei die Nitrid-Schicht 203 und die Abstandhalter 204 als
eine Maske verwendet werden.
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Bezugnehmend
auf 4c, wird die EPI-Schicht 201, in welcher
der P+-Typ-Dotier-Bereich 210 ausgebildet
ist, selektiv entfernt, wobei die Nitrid-Schicht 203 und
die Abstandhalter 204 als eine Maske verwendet werden,
um einen Graben 205 von einer vorbestimmten Tiefe auszubilden.
Der Graben 205 wird innerhalb des P+-Typ-Dotier-Bereichs 210 ausgebildet,
so dass der gesamte Graben 205 vom P+-Typ-Dotier-Bereich 210 umgeben
ist.
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Bezugnehmend
auf 4d wird eine 50–500 Å dicke Thermisches-Oxid-Schicht 206 in dem
Graben 205 mittels des/eines thermischen Oxidations-Prozesses
ausgebildet. Der thermische Oxidations-Prozess kann bei ungefähr 800–1150°C durchgeführt werden.
Die Thermisches-Oxid-Schicht 206 wird derart ausgebildet,
dass sie direkt mit dem P+-Typ-Dotier- Bereich 210 in
Kontakt ist. Während des
thermischen Oxidations-Prozesses wird laterale Diffusion der B oder
BF2-Ionen
in den P+-Typ-Dotier-Bereich 210 durch
interstitielle Injektion erhöht. Anschließend wird
ein Glüh-Verfahren
("well annealing") verwendet, um das
B oder BF2 daran zu hindern, in einen N–-Typ-Diffusions-Bereich 231 einzudringen
(gezeigt in 4f), welcher zum Ausbilden einer
Photodiode vorgesehen ist.
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Bezugnehmend
auf 4e wird eine Isolations-Schicht 220 auf
der Thermisches-Oxid-Schicht 206 ausgebildet, um den Graben 205 auszufüllen. Die
Isolations-Schicht 220 wird durch Aufbringen einer dielektrischen
Schicht aus SOG("Spin
On Glas", Aufschleuder-Glas/Spin-An-Glas),
USG(Undotiertes Silikat-Glas) oder vom TEOS-Typ auf der/einer gesamten
Oberfläche
der EPI-Schicht 201 inklusive des Grabens 205 gebildet.
Anschließend
wird die dielektrische Schicht, mit Ausnahme des Teils innerhalb des
Grabens 205, durch ein CMP(Chemisch-Mechanisches Polieren)
oder ein Rückätz-Verfahren
entfernt. Die Abstandhalter 204, die Nitrid-Schicht 203 und
die Kontaktbereich-Oxid-Schicht 202 werden ebenfalls durch
einen Reinigungs- und Einebnungs-Prozess entfernt.
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Bezugnehmend
auf 4f, liegt der Photodioden-Bereich nach Beschichten
und Strukturieren eines Photolacks (nicht gezeigt) auf der gesamten EPI-Schicht 201 frei.
Dann wird ein N–-Typ-Diffusions-Bereich 231 in
dem Photodioden-Bereich durch Injizieren von N–-Typ-Ionen-Verunreinigungen
in den Photodioden-Bereich unter Verwendung eines strukturierten
Photolacks (nicht gezeigt) als eine Maske ausgebildet. Obwohl dies
in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, werden unter Verwendung
herkömmlicher
Prozesse ein Gate-Oxid und ein Gate auf dem aktiven Bereich der
EPI-Schicht 201 ausgebildet, bevor der N–-Typ-Diffusions-Bereich 231 ausgebildet wird.
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Der
CMOS-Bild-Sensor gemäß der vorliegenden
Erfindung reduziert Dunkelstrom substantiell, welcher ansonsten
im Grenzbereich zwischen der Photodiode und der Isolier-Schicht 220 auftreten kann,
durch Bilden des N–-Typ-Dotier-Bereichs 231 entfernt
von der Isolations-Schicht 220, wobei der P+-Typ-Dotier-Bereich 210 und
die Thermisches-Oxid-Schicht 211 dazwischen angeordnet sind/werden.
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Ein
P0-Typ-Diffusions-Bereich (nicht gezeigt) kann
ebenfalls auf dem N–-Typ-Diffusions-Bereich 231 ausgebildet
werden.
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Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen und Vorteile
bereit.
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Zuallererst
minimiert die vorliegende Erfindung den Dunkelstrom im Grenzbereich
zwischen einer Photodiode und einer Isolier-Schicht durch Ausbilden
des P+-Typ-Dotier-Bereiches 210 und der Thermisches-Oxid-Schicht 211 dazwischen.
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Durch
Reduzieren des Dunkelstroms kann die vorliegende Erfindung konsequenter
Weise die Defekte ausschließen,
welche ansonsten aufgrund des Dunkelstroms auftreten können, und
die Zuverlässigkeit
des CMOS-Bild-Sensors verbessern.
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Es
wird für
Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne
vom Geist oder Bereich der Erfindungen abzuweichen. Daher sollen
die Modifikationen und Variationen dieser Erfindung durch diese
Erfindung abgedeckt sein, soweit sie sich innerhalb des Bereiches
der beigefügten
Ansprüche
und deren Äquivalente
befinden.