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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Bildsensor.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Im
Allgemeinen ist ein Bildsensor ein Halbleiterbauelement, das ein
optisches Bild in ein elektrisches Signal umwandelt. Der Bildsensor
wird in ein ladungsgekoppeltes Bauelement und einen CMOS-Bildsensor
eingestuft.
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Das
CCD enthält
eine Vielzahl von Fotodioden PDs, eine Vielzahl von vertikalen ladungsgekoppelten
Bauelementen (VCCDs), ein horizontales ladungsgekoppeltes Bauelement
(HCCD) und einen Messverstärker.
Die PDs, die Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln, sind
in einer Matrixform angeordnet. Die VCCDs werden senkrecht zwischen den
Fotodioden gebildet, um die in jeder der Fotodioden erzeugten Ladungen
in einer senkrechten Richtung zu übermitteln. Das HCCD überträgt die vom VCCD übertragenen
Ladungen in horizontaler Richtung. Der Messverstärker erfasst die Ladungen,
die in einer horizontalen Richtung übertragen werden, um elektrische
Signale auszugeben.
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Das
CCD weist jedoch nicht nur ein kompliziertes Ansteuerverfahren und
einen hohen Stromverbrauch auf, sondern erfordert auch eine Vielzahl an
Fotolithographieprozessen.
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Außerdem ist
es schwierig, bei einem CMOS-Bildsensor eine Steuerschaltung, eine
Signalverarbeitungsschaltung und eine Analog/Digital-Wandlerschaltung
(A/D-Wandler) derart im Chip eines ladungsgekoppelten Bauelementes
zu integrieren, dass eine Miniaturisierung eines Produktes erreicht
wird.
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Heutzutage
wird der CMOS-Bildsensor häufig
als ein Bildsensor der nächsten
Generation eingesetzt, um die Nachteile des CCD zu überwinden.
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Im
CMOS-Bildsensor werden MOS-Transistoren entsprechend der Anzahl
von Bildpunkteinheiten in einem Halbleitersubstrat unter Einsatz
einer CMOS-Technologie gebildet. In der CMOS-Technologie werden eine Steuerschaltung
und eine Signalverarbeitungsschaltung als periphere Schaltung eingesetzt.
Des Weiteren ist der CMOS-Bildsensor ein Bauelement, das ein Schaltverfahren
einsetzt. Bei dem Schaltverfahren erfassen die MOS-Transistoren sequentiell
die Ausgabe jeder Bildpunkteinheit.
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Das
heißt,
der CMOS-Bildsensor enthält
Fotodioden und MOS-Transistoren
in einer Bildpunkteinheit und erfasst sequentiell ein elektrisches Signal
jeder Bildpunkteinheit, um ein Bild darzustellen.
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Da
der CMOS-Bildsensor die CMOS-Technologie einsetzt, ergeben sich
daraus Vorteile durch niedrigen Stromverbrauch und die geringe Anzahl
an Fotolithographieprozessen.
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Außerdem kann
der CMOS-Bildsensor die Steuerschaltung, die Signalschaltung und
den Analog/Digital-Wandler derart in einen Chip eines CMOS-Bildsensors
integrieren, dass eine Miniaturisierung eines Produktes einfacher
erzielt werden kann.
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Des
Weiteren wird der CMOS-Bildsensor häufig in einem Anwendungsgerät wie einer
digitalen Fotokamera und einer digitalen Videokamera eingesetzt.
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Indes
wird der CMOS-Bildsensor entsprechend der Anzahl der Transistoren
in verschiedene Typen als ein 3T-Typ-, ein 4T-Typ- und ein 5T-Typ-Sensor eingestuft.
Der 4T-Typ-Sensor beinhaltet eine Fotodiode und vier Transistoren.
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Ein
Ersatzschaltbild und ein Layout einer Bildpunkteinheit in dem 3T-Typ-CMOS-Bildsensor werden
beschrieben.
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1 ist eine Ansicht, die
ein Ersatzschaltbild eines 4T-Typ-CMOS-Bildsensors
des Standes der Technik darstellt, und
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2 zeigt ein Layout, das
eine Bildpunkteinheit eines 4T-Typ-CMOS-Bildsensors
des Standes der Technik darstellt.
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Unter
Bezugnahme auf 1 beinhaltet
eine Bildpunkteinheit 100 des CMOS-Bildsensors eine Fotodiode 10,
welche als ein Empfänger
genutzt wird, und vier Transistoren.
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Jeder
der vier Transistoren ist ein Transfertransistor 20, ein
Reset-Transistor 30, ein Treibertransistor 40 und
ein Auswahltransistor 50. Außerdem ist ein Lasttransistor 60 elektrisch
mit einer Ausgangsklemme OUT des Bildpunktelements 100 verbunden.
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Ein
Symbol FD (nicht gezeigt) ist ein schwebender Diffusion-Bereich, ein Symbol
Tx ist eine Gatespannung des Transfertransistors 20, ein
Symbol Rx ist eine Gatespannung des Reset-Transistors 30,
ein Symbol Dx ist eine Gatespannung des Treibertransistors 40 und
ein Symbol Sx ist eine Gatespannung des Auswahltransistors 50.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist
in der Bildpunkteinheit des 4T-Typ-CMOS-Bildsensors des Standes
der Technik ein aktiver Bereich auf dem Halbleitersubstrat definiert,
um eine Bauelementisolationsschicht auf einem Abschnitt zu bilden,
die den aktiven Bereich ausschließt. Eine Fotodiode PD wird in
einem Abschnitt mit einer großen
Breite in dem aktiven Bereich gebildet, und dort werden die Gateelektroden 23, 33, 43 und 53 von
vier Transistoren gebildet, die einander in dem aktiven Bereich
des übrigen Abschnitts überlappen.
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Das
heißt,
der Transfertransistor 20 wird von der Gateelektrode 23 gebildet,
der Reset-Transistor 30 wird von der Gateelektrode 33 gebildet,
der Treibertransistor 40 wird von der Gateelektrode 43 gebildet,
und der Auswahltransistor 50 wird von der Gateelektrode 53 gebildet.
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Hier
werden Dotierionen in Abschnitte implantiert, die einen Unterteil
jeder der Gateelektroden 23, 33, 43 und 53 in
dem aktiven Bereich jedes Transistors ausschließen, um einen Source/Drain-Bereich
S/D jedes Transistors zu bilden.
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3 ist eine Querschnittsansicht
eines CMOS-Bildsensors des Standes der Technik.
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Unter
Bezugnahme auf 3 enthält der CMOS-Bildsensor:
eine Epitaxieschicht des P–-Typs 62, die
auf einem Halbleitersubstrat eines P++-Leitfähigkeittyps 61 gebildet
ist, das in einen aktiven Bereich mit einem Fotodiodenbereich und
einen Transistorbereich und einen Bauelementisolationsbereich unterteilt
ist; eine Bauelementisolationsschicht 63, die in dem Bauelementisolationsbereich
gebildet ist, um den aktiven Bereich des Halbleitersubstrats 61 zu definieren;
eine Gatee lektrode 65, die in dem aktiven Bereich des Halbleitersubstrats 61 gebildet
ist, wobei eine Gateisolationsschicht 64 zwischen dem Halbleitersubstrat 61 und
der Gateelektrode 65 gebildet ist; ein Diffusionsbereich
des n–-Typs
mit niedriger Konzentration 67, der im Fotodiodenbereich
auf einer Seite der Gateelektrode 65 gebildet ist; Seitenwandisolationsschichten 68,
die auf beiden seitlichen Oberflächen
der Gateelektrode 65 gebildet sind; ein Diffusionsbereich
des n+-Typs
mit hoher Konzentration 69 (ein schwebender Diffusion-Bereich), der in dem
Transistorbereich auf der anderen Seite der Gateelektrode 65 gebildet
ist; und ein PO-Diffusionsbereich 72,
der in dem Diffusionsbereich des n–-Typs mit niedriger
Konzentration 67 des Halbleitersubstrats 61 gebildet
ist.
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4A und 4B sind Querschnittsansichten, die den
Elektronenfluss gemäß einem
Betrieb eines Transfertransistors in einem CMOS-Bildsensor des Standes
der Technik darstellen.
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Unter
Bezugnahme auf 4A werden, wenn
ein Einschaltsignal auf die Gateelektrode 65 des Transfertransistors
angewendet wird, Elektronen, die durch Licht in dem Diffusionsbereich
des n–-Typs
mit niedriger Konzentration (dem Fotodiodenbereich PD) 67 erzeugt
werden, in den Diffusionsbereich des n+-Typs mit hoher Konzentration (schwebender
Diffusion-Bereich) 69 übertragen,
wie in 4B dargestellt.
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Wenn
jedoch eine festgelegte Lichtmenge entsprechend der Kapazität des Fotodiodenbereiches
oder des schwebenden Diffusion-Bereiches einfällt, wird die Kapazität des schwebenden
Diffusion-Bereiches gesättigt,
um eine weitere Reaktion zu unterbinden.
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Beim
CMOS-Bildsensor des Standes der Technik liegt ein Problem vor, wie
im Folgenden beschrieben.
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Das
heißt,
wenn eine festgelegte Lichtmenge entsprechend der Kapazität des Fotodiodenbereiches
oder des schwebenden Diffusion-Bereiches einfällt, wird die Kapazität des schwebenden
Diffusion-Bereiches gesättigt,
um eine weitere Reaktion zu unterbinden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Demgemäß richtet
sich die vorliegende Erfindung auf einen CMOS-Bildsensor, der einen
Dynamikbereich eines schwebenden Diffusion-Bereiches erweitert,
indem er Gates des Transfertransistors als Dual-Gate-Transistorstrukturen
bildet, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.
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Um
diese Ziele und weitere Vorteile sowie in Übereinstimmung mit dem Zweck
der Erfindung zu erreichen, wie hierin ausgeführt und ausführlich beschrieben,
wird ein CMOS-Bildsensor bereitgestellt, umfassend: ein Halbleitersubstrat
mit einem Fotodiodenbereich und einem darin definierten Transistorbereich;
eine erste und eine zweite Gateelektrode, gebildet auf dem Fotodiodenbereich
des Halbleitersubstrats mit einer dazwischen liegenden Gateisolationsschicht,
wobei die erste und die zweite Elektrode einen vorbestimmten Abstand
zueinander aufweisen; einen Diffusionsbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps,
der in dem Fotodiodenbereich auf beiden Seiten der ersten und der
zweiten Gateelektrode gebildet ist; Seitenwandisolationsschichten,
die auf beiden seitlichen Oberflächen
der ersten und der zweiten Gateelektrode gebildet sind; und einen
schwebenden Diffusion-Bereich, der in dem Transistorbereich gebildet
ist.
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In
einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors bereitgestellt,
umfassend: Bilden eines Halbleitersubstrats mit einem Fotodiodenbereich
und einem darin definierten Transistorbereich; Bilden einer ersten
und einer zweiten Gateelektrode auf dem Fotodiodenbereich des Halbleitersubstrats
mit einer dazwischen liegenden Gateisolationsschicht, wobei die
erste und die zweite Elektrode einen vorbestimmten Abstand zueinander
aufweisen; Bilden eines Diffusionsbereiches eines ersten Leitfähigkeitstyps
in dem Fotodiodenbereich auf beiden Seiten der ersten und der zweiten
Gateelektrode; Bilden von Seitenwandisolationsschichten auf beiden seitlichen
Oberflächen
der ersten und der zweiten Gateelektrode und Bilden eines schwebenden
Diffusion-Bereiches in dem Transistorbereich des Halbleitersubstrats.
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Es
versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung
als auch die folgende ausführliche
Beschreibung der vorliegenden Erfindung beispielhaft und erläuternd sind
und eine weiter gehende Erläuterung
der Erfindung, wie sie beansprucht wird, bereitstellen soll.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
begleitenden Zeichnungen, die eingeschlossen sind, um ein besseres
Verständnis
der Erfindung bereitzustellen, und in diese Anmeldung eingebunden
sind und einen Teil dieser Anmeldung darstellen, veranschaulichen
eine Ausführungsform bzw.
Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, das
Prinzip der Erfindung zu erläutern.
Es zeigen:
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1 eine
Ansicht, die ein Ersatzschaltbild eines 4T-Typ-CMOS-Bildsensors des Standes der Technik
darstellt;
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2 eine
Anordnung, die eine Bildpunkteinheit eines 4T-Typ-CMOS-Bildsensors des Standes der
Technik darstellt;
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3 eine
Querschnittsansicht eines CMOS-Bildsensors des Standes der Technik;
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4A und 4B Querschnittsansichten, die
den Elektronenfluss gemäß einem
Betrieb eines Transfertransistors in einem CMOS-Bildsensor des Standes der Technik darstellen;
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5A ein
Layout, die eine Bildpunkteinheit eines 4T-Typ-CMOS-Bildsensors gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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5B eine
Querschnittsansicht eines CMOS-Bildsensors, wobei der Querschnitt
entlang der Linie VI-VI' von 5A genommen
wurde;
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6A bis 6F Querschnittsansichten, die
ein Verfahren zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen; und
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7 eine
Querschnittsansicht, welche einen Betrieb eines CMOS-Bildsensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nun
wird ausführlich
auf die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele von diesen
in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer möglich wurden
dieselben Bezugsziffern in den Zeich nungen verwendet, um auf dieselben
oder ähnliche
Teile zu verweisen.
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Nachstehend
werden ein CMOS-Bildsensor und ein Verfahren zur Herstellung desselben
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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5A ist
ein Layout, das eine Bildpunkteinheit eines 4T-Typ-CMOS-Bildsensors gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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und 5B ist
eine Querschnittsansicht eines CMOS-Bildsensors, wobei der Querschnitt entlang
der Linie VI-VI' von 5A genommen
wurde.
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Unter
Bezugnahme auf 5A wird ein aktiver Bereich
auf dem Halbleitersubstrat definiert und eine Bauelementisolationsschicht
wird auf einem Abschnitt gebildet, der den aktiven Bereich ausschließt. Eine
Fotodiode PD wird in einem Abschnitt mit einer großen Breite
in dem aktiven Bereich gebildet, und dort werden Gateelektroden 105, 205, 305 und 405 von
vier Transistoren gebildet, die in dem aktiven Bereich des übrigen Abschnitts überlappen.
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Das
heißt,
ein Transfertransistor wird von der Gateelektrode 105 gebildet,
ein Reset-Transistor wird von der Gateelektrode 205 gebildet,
ein Treibertransistor wird von der Gateelektrode 305 gebildet und
ein Auswahltransistor wird von der Gateelektrode 405 gebildet.
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Hier
werden Dotierionen in Abschnitte implantiert, die einen Unterteil
jeder der Gateelektroden 105, 205, 305 und 405 in
dem aktiven Bereich jedes Transistors ausschließen, um einen Source/Drain-Bereich
S/D jedes Transistors zu bilden.
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Außerdem wird
die Gateelektrode 105 des Transfertransistors in einem
Fotodiodenbereich in einer „⊏"-Form gebildet.
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Unter
Bezugnahme auf 5B enthält der CMOS-Bildsensor: eine
Epitaxieschicht des P–-Typs 102,
die auf einem Halbleitersubstrat einer P++-Typ-Leitfähigkeit 101 gebildet
ist und in einen aktiven Bereich mit einem Fotodiodenbereich und
einen Transistorbereich und einen Bauelementisolationsbereich unterteilt
ist; eine Bauelementisolationsschicht 103, die in dem Bauelementisolationsbereich gebildet
ist, um den aktiven Bereich des Halbleitersubstrats 101 zu
definieren; eine Gateisolationsschicht 104, die zwischen
dem aktiven Bereich des Halbleitersubstrats 101 und einer
Gateelektrode 105 liegt, um eine erste und eine zweite
Gateelektrode 105a und 105b mit einem konstanten
Abstand zu bilden; einen Diffusionsbereich des n–-Typs
mit niedriger Konzentration 107, der im Fotodiodenbereich
auf einer Seite der ersten und der zweiten Gateelektrode 105a und 105b gebildet
ist; Seitenwandisolationsschichten 108, die auf beiden
seitlichen Oberflächen der
ersten und der zweiten Gateelektrode 105a und 105b gebildet
sind; einen Diffusionsbereich des n+-Typs
mit hoher Konzentration 110 (ein schwebender Diffusion-Bereich),
der in dem Transistorbereich auf der anderen Seite der ersten und
der zweiten Gateelektrode 105a und 105b gebildet
ist; und einen PO-Diffusionsbereich 112, der in dem Diffusionsbereich
des n–--Typs mit niedriger
Konzentration 107 des Halbleitersubstrats 101 gebildet
ist.
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Hier
ist eine Breite (d. h. eine Kanallänge) der ersten und der zweiten
Gateelektrode 105a und 105b jeweils voneinander
verschieden.
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Eine
Spannung, die an die erste und die zweite Gateelektrode 105a und 105b angelegt
wird, kann auch mit einer jeweils von der anderen verschiedenen
Spannung entsprechend der Lichtmenge angelegt werden.
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Das
heißt,
nur eine Elektrode kann eingeschaltet werden oder alle Elektroden
können
zwischen der ersten und der zweiten Gateelektrode 105a und 105b eingeschaltet
werden. Ausgangssignale unterscheiden sich voneinander, wenn alle
zwei Elektroden eingeschaltet sind oder nur eine Elektrode eingeschaltet
ist.
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Außerdem wird
die erste Gateelektrode 105a so gebildet, dass sie über einem
Abschnitt des Fotodiodenbereiches liegt, und die zweite Gateelektrode 105b wird
so gebildet, dass sie durch den Fotodiodenbereich hindurch verläuft, um
diesen zu überkreuzen.
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6A bis 6F sind
Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen.
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Unter
Bezugnahme auf 6A wird unter Einsatz eines
Epitaxieverfahrens auf einem Halbleitersubstrat des P++-Typs
mit hoher Konzentration 101 eine Epitaxieschicht des P–-Typs
mit niedriger Konzentration 102 gebildet.
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Ein
aktiver Bereich und ein Bauelementisolationsbereich werden in dem
Halbleitersubstrat 101 definiert. Eine Bauelementisolationsschicht 103 wird in
dem Bauelementisolationsbereich mit Hilfe eines Flachgrabenisolations-(STI)-Verfahrens
gebildet.
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Obwohl
nicht in den Zeichnungen gezeigt, wird im Folgenden ein Verfahren
zur Bildung der Bauelementisolationsschicht 103 beschrieben.
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Eine
Pad-Oxidschicht, eine Pad-Nitridschicht, und eine Tetraethylorthosilikat(TEOS)-Oxidschicht
werden nacheinander auf dem Halbleitersubstrat 101 gebildet
und eine Fotolackschicht wird auf der TEOS-Oxidschicht gebildet.
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Die
Fotolackschicht wird mit Hilfe einer Maske strukturiert, welche
den aktiven Bereich und den Bauelementisolationsbereich über Belichtungs-
und Entwicklungsvorgänge
definiert. Hier wird die Fotolackschicht des Bauelementisolationsbereiches
entfernt.
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Die
Pad-Oxidschicht, die Pad-Nitridschicht und die TEOS-Oxidschicht des Bauelementisolationsbereiches
werden selektiv durch Einsatz der strukturierten Fotolackschicht
als eine Maske entfernt.
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Ein
Abschnitt des Halbleitersubstrats wird entsprechend dem Bauelementisolationsbereich
auf eine vorbestimmte Tiefe geätzt,
um einen Graben zu bilden, wobei die strukturierte Pad-Oxidschicht, Pad-Nitridschicht
und die TEOS-Oxidschicht als eine Maske eingesetzt werden. Anschließend wird
die Fotolackschicht vollständig
entfernt.
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Ein
innerer Teil des Grabens wird mit einem Isoliermaterial gefüllt, um
die Bauelementisolationsschicht 103 zu bilden. Danach werden
die Pad-Oxidschicht, die Pad-Nitridschicht und die TEOS-Oxidschicht
entfernt.
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Unter
Bezugnahme auf 6B werden eine Gateisolationsschicht 104 und
eine leitende Schicht, z. B. eine Polykristallsiliziumschicht mit
hoher Konzentration, nacheinander auf einer gesamten Oberfläche der
Epitaxieschicht des P–-Typs 102 aufgebracht,
wo die Bauelementisolationsschicht 103 gebildet ist.
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Die
Gateisolationsschicht 104 kann durch ein thermisches Oxidationsverfahren
oder ein chemisches Abscheideverfahren aus der Gasphase (CVD) gebildet
werden.
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Außerdem werden
die leitende Schicht und die Gateisolationsschicht 104 selektiv
entfernt, um die erste und die zweite Gateelektrode 105a und 105b mit
einem konstanten Abstand zu bilden.
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Die
erste und die zweite Gateelektrode 105a und 105b sind
eine Gateelektrode eines Transfertransistors, nachdem eine gleichmäßige An/Aus-Spannung
daran angelegt wurde.
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Unter
Bezugnahme auf 6C wird eine erste Fotolackschicht 106 auf
eine gesamte Oberfläche
des Halbleitersubstrats 101, einschließlich der ersten und der zweiten
Gateelektrode 105a und 105b, aufgetragen und dann
selektiv strukturiert, um jeden der Fotodiodenbereiche über Belichtungs-
und Entwicklungsvorgänge
freizulegen.
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Danach
werden Dotierionen eines zweiten leitfähigen Typs (n–-Typs) mit niedriger
Konzentration in die Epitaxieschicht 102 unter Einsatz
der strukturierten ersten Fotolackschicht 106 als eine
Maske implantiert, um einen Diffusionsbereich des n–-Typs 107 zu
bilden.
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Unter
Bezugnahme auf 6D wird die erste Fotolackschicht 106 entfernt
und dann wird eine Isolationsschicht auf der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats 101,
einschließlich
der ersten und der zweiten Gateelektrode 105a und 105b,
gebildet. Danach wird ein Rückätzverfahren
an einer gesamten Oberfläche
der Isolationsschicht durchgeführt, um
Seitenwandisolationsschichten 108 auf beiden Seiten der
ersten und der zweiten Gateelektrode 105a und 105b zu
bilden.
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Anschließend wird
eine zweite Fotolackschicht 109 auf die gesamte Oberfläche des
Halbleitersubstrats 101, einschließlich der ersten und der zweiten
Gateelektrode 105a und 105b, aufgebracht und dann
strukturiert, um die Fotodiodenbereiche abzudecken und Source/Drain-Bereiche
des jeweiligen Transistors über
Belichtungs- und Entwicklungsvorgänge freizulegen.
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Danach
werden Dotierionen eines zweiten leitfähigen Typs (n+-Typs) mit hoher Konzentration
in die freigelegten Source/Drain-Bereiche durch Einsatz der strukturierten
zweiten Fotolackschicht 109 als eine Maske implantiert,
um einen Diffusionsbereich des n+-Typs (schwebender
Diffusion-Bereich) 110 zu bilden.
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Unter
Bezugnahme auf 6E wird die zweite Fotolackschicht 109 entfernt.
Danach wird eine dritte Fotolackschicht 111 auf eine gesamte Oberfläche des
Halbleitersubstrats 101 aufgebracht und anschließend so
strukturiert, dass sie einen Abschnitt jedes Fotodiodenbereiches über Belichtungs- und
Entwicklungsvorgänge
freilegt.
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Anschließend werden
Dotierionen eines ersten leitfähigen
Typs (p0-Typs) in die Epitaxieschicht 102,
wo der Diffusionsbereich des n–-Typs 107 gebildet
ist, unter Verwendung der strukturierten dritten Fotolackschicht 111 als
eine Maske implantiert, um einen Diffusionsbereich des p0-Typs 112 unter einer Oberfläche der
Epitaxieschicht 102 zu bilden.
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Unter
Bezugnahme auf 6F wird die dritte Fotolackschicht 111 entfernt
und an dem Halbleitersubstrat 101 wird eine Wärmebehandlung
durchgeführt,
um jeden Dotierdiffusionsbereich zu diffundieren.
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Obwohl
das anschließende
Verfahren nicht in den Zeichnungen gezeigt ist, werden eine Vielzahl von
Metallleitungen einer Zwischenisolationsschicht auf der gesamten
Oberfläche
des Halbleitersubstrats 101 gebildet, nachdem eine Farbfilterschicht
und eine Mikrolinse gebildet wurden, um die Herstellung des Bildsensors
abzuschließen.
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7 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen Betrieb eines CMOS-Bildsensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert.
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Wie
in 7 dargestellt, wird ein Fotodiodenbereich PD mit
Hilfe der ersten und der zweiten Gateelektrode 105a und 105b in
zwei Bereiche unterteilt, die mit einer voneinander verschiedenen
Breite gebildet werden. Auf diese Art werden, wenn eine geringe
Lichtmenge einfällt,
die erste und die zweite Gateelektrode 105a und 105b eingeschaltet,
um die Anzahl der zu übertragenden
Elektronen zu erhöhen, und
wenn eine hohe Lichtmenge einfällt,
wird nur eine Elektrode zwischen der ersten und der zweiten Gateelektrode 105a und 105b eingeschaltet,
um die Anzahl von Elektronen zu verringern. Deshalb können die
Reaktionseigenschaften entsprechend der geringen oder hohen Lichtmenge
durch das jeweilige Modifizieren des Verstärkungsverhältnisses der angelegten Spannung
verbessert werden.
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Das
heißt,
in dem Fall, dass die Lichtmenge gering ist, wird eine hohe Spannung
an einen Transfertransistor angelegt, um eine Einschaltspannung an
die erste und die zweite Gateelektrode anzulegen, wodurch die Anzahl
der zum schwebenden Diffusion-Bereich FD zu übertragenden Elektronen zunimmt.
Folglich kann die Empfindlichkeit bei der Reaktion auf die geringe
Lichtmenge gesteigert werden.
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Ebenso
wird in dem Fall, dass die Lichtmenge hoch ist, eine niedrige Spannung
an den Transfertransistor angelegt, um die Einschaltspannung nur
an die erste Gateelektrode 105a mit einer relativ kurzen Länge anzulegen,
wodurch die Anzahl der zum schwebenden Diffusion-Bereich FD zu übertragenden
Elektronen verringert wird, um die Unempfindlichkeit gegenüber der
viel höheren
Lichtmenge zu verhindern, indem der schwebende Diffusion-Bereich gesättigt wird.
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Indes
beträgt
in den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine Schwellenspannung der ersten Gateelektrode 105a 0,5
V und eine Schwellenspannung der zweiten Gateelektrode 105b 0,1
V, wodurch sie der Kanallänge
aufweisen.
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Wie
oben beschrieben, hat das Verfahren zur Herstellung eines CMOS-Bildsensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung die folgenden Auswirkungen.
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Als
Erstes werden die Gates des Transfertransistors als Dual-Gate-Transistorstrukturen
gebildet, um einen Dynamikbereich des schwebenden Diffusion-Bereiches
zu erhöhen,
der auf Licht reagiert, wodurch die Betriebsmerkmale des Bildsensors verbessert
werden.
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Als
Zweites werden die Gates des Transfertransistors als Dual-Gate-Transistorstrukturen
gebildet, um den Leckstrom von dem Fotodiodenbereich in den schwebenden
Diffusion-Bereich zu verringern.
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Als
Drittes wird ein Bereich, in dem der Bildsensor verwendet werden
kann, erweitert, indem der Betriebsbereich des schwebenden Diffusion-Bereiches
erweitert und der Leckstrom des Bildsensors verringert wird.
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Es
wird Fachleuten offensichtlich sein, dass in der vorliegenden Erfindung
verschiedene Änderungen
und Variationen vorgenommen werden können. Folglich ist beabsichtigt,
dass die vorliegende Erfindung die Änderungen und Variationen dieser
Erfindung abdeckt, sofern diese in den Schutzumfang der angehängten Ansprüche und
von Äquivalenten dieser
fallen.