JP2002373978A - パンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増加させることのできるｃｍｏｓイメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents
パンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増加させることのできるｃｍｏｓイメージセンサ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 自己整列イオン注入工程によらずにフォトダ
イオードを形成できるＣＭＯＳイメージセンサ及びその
製造方法を提供する。 【解決手段】 フォトダイオードに集電された電荷をフ
ローティング拡散領域に伝達するトランスファートラン
ジスタを備えるＣＭＯＳイメージセンサにおいて、半導
体基板３０と、半導体基板上に形成されたトランスファ
ートランジスタのゲート電極３５と、ゲート電極の一端
の半導体基板内に積層された第１導電型の第１不純物領
域３２及び第２導電型の第２不純物領域３７からなるフ
ォトダイオードと、ゲート電極の他端の半導体基板内に
形成された第２導電型の第３不純物領域からなるフロー
ティング拡散領域３８と、ゲート電極下部の半導体基板
内に形成されてフォトダイオード及びフローティング拡
散領域と各々離隔された第１導電型の第４不純物領域３
３とを備える。
イオードを形成できるＣＭＯＳイメージセンサ及びその
製造方法を提供する。 【解決手段】 フォトダイオードに集電された電荷をフ
ローティング拡散領域に伝達するトランスファートラン
ジスタを備えるＣＭＯＳイメージセンサにおいて、半導
体基板３０と、半導体基板上に形成されたトランスファ
ートランジスタのゲート電極３５と、ゲート電極の一端
の半導体基板内に積層された第１導電型の第１不純物領
域３２及び第２導電型の第２不純物領域３７からなるフ
ォトダイオードと、ゲート電極の他端の半導体基板内に
形成された第２導電型の第３不純物領域からなるフロー
ティング拡散領域３８と、ゲート電極下部の半導体基板
内に形成されてフォトダイオード及びフローティング拡
散領域と各々離隔された第１導電型の第４不純物領域３
３とを備える。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、ＣＭＯＳイメージ
センサの製造分野に関し、特に、パンチ電圧とフォトダ
イオードの集電量を増加させることのできるＣＭＯＳイ
メージセンサ及びその製造方法に関する。
センサの製造分野に関し、特に、パンチ電圧とフォトダ
イオードの集電量を増加させることのできるＣＭＯＳイ
メージセンサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＭＯＳ製
造技術を利用して光学的イメージを電気的信号に変換さ
せる素子であって、光に反応して生成された信号電子を
電圧に変換して信号処理過程を経て画像情報を再現す
る。ＣＭＯＳイメージセンサは、各種のカメラ、医療装
備、監視用カメラ、位置確認及び感知のための各種の産
業装備等、画像信号を再現する全ての分野に利用可能で
あって、低電圧駆動と単一チップ化が可能であるので、
益々活用範囲が拡大している状況にある。ＣＭＯＳイメ
ージセンサは、画素数ほどＭＯＳトランジスタを製作し
これを利用して順に出力を検出するスイッチング方式を
採用している。ＣＭＯＳイメージセンサは、従来のイメ
ージセンサとして広く用いられているＣＣＤイメージセ
ンサに比べて駆動方式が簡単かつ多様なスキャニング方
式の実現が可能であり、信号処理回路を単一チップに集
積できるので、製品の小型化が可能であるのみでなく、
互換性のＣＭＯＳ技術を使用するので、製造コストを低
減することができ、電力消費も非常に低いという長所を
もっている。
造技術を利用して光学的イメージを電気的信号に変換さ
せる素子であって、光に反応して生成された信号電子を
電圧に変換して信号処理過程を経て画像情報を再現す
る。ＣＭＯＳイメージセンサは、各種のカメラ、医療装
備、監視用カメラ、位置確認及び感知のための各種の産
業装備等、画像信号を再現する全ての分野に利用可能で
あって、低電圧駆動と単一チップ化が可能であるので、
益々活用範囲が拡大している状況にある。ＣＭＯＳイメ
ージセンサは、画素数ほどＭＯＳトランジスタを製作し
これを利用して順に出力を検出するスイッチング方式を
採用している。ＣＭＯＳイメージセンサは、従来のイメ
ージセンサとして広く用いられているＣＣＤイメージセ
ンサに比べて駆動方式が簡単かつ多様なスキャニング方
式の実現が可能であり、信号処理回路を単一チップに集
積できるので、製品の小型化が可能であるのみでなく、
互換性のＣＭＯＳ技術を使用するので、製造コストを低
減することができ、電力消費も非常に低いという長所を
もっている。
【０００３】図１は、４個のトランジスタと２個のキャ
パシタンス構造からなるＣＭＯＳイメージセンサの単位
画素を示す回路図であって、光感知手段であるフォトダ
イオードＰＤと４個のＮＭＯＳトランジスタとから構成
されるＣＭＯＳイメージセンサの単位画素を示してい
る。４個のＮＭＯＳトランジスタの中、トランスファー
トランジスタＴｘは、フォトダイオードＰＤで生成され
た光電荷をフローティング拡散領域に搬送する役割を
し、リセットトランジスタＲｘは、信号検出のためにフ
ローティング拡散領域に格納されている電荷を排出する
役割をし、ドライブトランジスタＤｘは、ソースフォロ
アとしての役割をし、セレクトトランジスタＳｘは、ス
イッチング及びアドレッシング（Ａｄｄｒｅｓｓｉｎ
ｇ）のためのものである。
パシタンス構造からなるＣＭＯＳイメージセンサの単位
画素を示す回路図であって、光感知手段であるフォトダ
イオードＰＤと４個のＮＭＯＳトランジスタとから構成
されるＣＭＯＳイメージセンサの単位画素を示してい
る。４個のＮＭＯＳトランジスタの中、トランスファー
トランジスタＴｘは、フォトダイオードＰＤで生成され
た光電荷をフローティング拡散領域に搬送する役割を
し、リセットトランジスタＲｘは、信号検出のためにフ
ローティング拡散領域に格納されている電荷を排出する
役割をし、ドライブトランジスタＤｘは、ソースフォロ
アとしての役割をし、セレクトトランジスタＳｘは、ス
イッチング及びアドレッシング（Ａｄｄｒｅｓｓｉｎ
ｇ）のためのものである。
【０００４】図面における“Ｃｆ”は、フローティング
拡散領域が有するキャパシタンスを、“Ｃｐ”は、フォ
トダイオードが有するキャパシタンスを各々示す。この
ように構成されたイメージセンサの単位画素に対する動
作は以下のように行われる。最初にリセットトランジス
タＲｘ、トランスファートランジスタＴｘ及びセレクト
トランジスタＳｘをオン（ｏｎ）させて単位画素をリセ
ットさせる。この時フォトダイオードＰＤは空乏し始め
て、キャパシタンスＣｐは電荷蓄積（ｃａｒｒｉｅｒ
ｃｈａｒｇｉｎｇ）が発生し、フローティング拡散領域
のキャパシタンスＣｆは、供給電圧（ＶＤＤ）まで電荷
蓄電される。そして、トランスファートランジスタＴｘ
をオフさせ、セレクトトランジスタＳｘをオンさせた
後、リセットトランジスタＲｘをオフさせる。このよう
な動作状態で単位画素出力端（Ｏｕｔ）から出力電圧
‘Ｖ１’を読み出してバッファに格納させた後、トラン
スファートランジスタＴｘをオンさせて、光の強さに応
じて変化されたキャパシタンスＣｐのキャリアをキャパ
シタンスＣｆに移動させた後、再び出力端（Ｏｕｔ）か
ら出力電圧‘Ｖ２’を読み出して二つの出力電圧間の差
（Ｖ１−Ｖ２）に対するアナログデータをデジタルデー
タに変更させることで単位画素に対する一動作周期が完
了される。
拡散領域が有するキャパシタンスを、“Ｃｐ”は、フォ
トダイオードが有するキャパシタンスを各々示す。この
ように構成されたイメージセンサの単位画素に対する動
作は以下のように行われる。最初にリセットトランジス
タＲｘ、トランスファートランジスタＴｘ及びセレクト
トランジスタＳｘをオン（ｏｎ）させて単位画素をリセ
ットさせる。この時フォトダイオードＰＤは空乏し始め
て、キャパシタンスＣｐは電荷蓄積（ｃａｒｒｉｅｒ
ｃｈａｒｇｉｎｇ）が発生し、フローティング拡散領域
のキャパシタンスＣｆは、供給電圧（ＶＤＤ）まで電荷
蓄電される。そして、トランスファートランジスタＴｘ
をオフさせ、セレクトトランジスタＳｘをオンさせた
後、リセットトランジスタＲｘをオフさせる。このよう
な動作状態で単位画素出力端（Ｏｕｔ）から出力電圧
‘Ｖ１’を読み出してバッファに格納させた後、トラン
スファートランジスタＴｘをオンさせて、光の強さに応
じて変化されたキャパシタンスＣｐのキャリアをキャパ
シタンスＣｆに移動させた後、再び出力端（Ｏｕｔ）か
ら出力電圧‘Ｖ２’を読み出して二つの出力電圧間の差
（Ｖ１−Ｖ２）に対するアナログデータをデジタルデー
タに変更させることで単位画素に対する一動作周期が完
了される。
【０００５】以下、図２乃至図４を参照しながら従来の
技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの単位ピクセルのト
ランスファートランジスタ、フォトダイオード及びフロ
ーティング拡散領域の製造方法を説明する。まず、図２
に示すように、素子分離膜２１形成が完了したｐ型半導
体基板２０上にゲート絶縁膜２２及びゲート電極２３を
形成し、ゲート電極２３の一端の半導体基板２０内にフ
ォトダイオード（ＰＤ）をなすｎ型不純物領域２４を形
成する。次いで、図３に示すように、ゲート電極２３の
側壁に絶縁膜スペーサ２５を形成し、ｎ型不純物領域２
４上にｐ型不純物領域２６を形成してフォトダイオード
形成工程を完了する。その後、フローティング拡散領域
を形成するためのイオン注入マスクとしてフォトレジス
トパターンＰＲを形成し、ｎ型不純物イオン注入工程を
実施してフローティング拡散領域２７を形成する。次い
で、図４に示すように、フォトレジストパターンＰＲを
除去する。
技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの単位ピクセルのト
ランスファートランジスタ、フォトダイオード及びフロ
ーティング拡散領域の製造方法を説明する。まず、図２
に示すように、素子分離膜２１形成が完了したｐ型半導
体基板２０上にゲート絶縁膜２２及びゲート電極２３を
形成し、ゲート電極２３の一端の半導体基板２０内にフ
ォトダイオード（ＰＤ）をなすｎ型不純物領域２４を形
成する。次いで、図３に示すように、ゲート電極２３の
側壁に絶縁膜スペーサ２５を形成し、ｎ型不純物領域２
４上にｐ型不純物領域２６を形成してフォトダイオード
形成工程を完了する。その後、フローティング拡散領域
を形成するためのイオン注入マスクとしてフォトレジス
トパターンＰＲを形成し、ｎ型不純物イオン注入工程を
実施してフローティング拡散領域２７を形成する。次い
で、図４に示すように、フォトレジストパターンＰＲを
除去する。
【０００６】上述したことのようになされる従来のＣＭ
ＯＳイメージセンサの製造工程では、ゲート電極２３形
成後、ゲート電極２３を利用した自己整列（ｓｅｌｆ
ａｌｉｇｎ）イオン注入工程によりフォトダイオードの
ｎ型不純物領域２４を形成する。また、フォトダイオー
ドからフローティング拡散領域に電荷を移動させるため
のトランスファートランジスタは、電圧降下が発生しな
いように、しきい電圧が０Ｖ以下に調節されたトランジ
スタ、すなわち、ネイティブＮＭＯＳトランジスタから
なるが、トランスファートランジスタＴｘの下層構造
は、単純にｐ型エピタキシャル層からなっている。チッ
プの大きさが小さくなるほどトランスファートランジス
タのチャネル長さ（ｃｈａｎｎｅｌ ｌｅｎｇｔｈ）が
短くなるので、相対的に低い電圧においてもパンチスル
ー（ｐｕｎｃｈ ｔｈｔｏｕｇｈ）が起きて漏洩の原因
となり得る。
ＯＳイメージセンサの製造工程では、ゲート電極２３形
成後、ゲート電極２３を利用した自己整列（ｓｅｌｆ
ａｌｉｇｎ）イオン注入工程によりフォトダイオードの
ｎ型不純物領域２４を形成する。また、フォトダイオー
ドからフローティング拡散領域に電荷を移動させるため
のトランスファートランジスタは、電圧降下が発生しな
いように、しきい電圧が０Ｖ以下に調節されたトランジ
スタ、すなわち、ネイティブＮＭＯＳトランジスタから
なるが、トランスファートランジスタＴｘの下層構造
は、単純にｐ型エピタキシャル層からなっている。チッ
プの大きさが小さくなるほどトランスファートランジス
タのチャネル長さ（ｃｈａｎｎｅｌ ｌｅｎｇｔｈ）が
短くなるので、相対的に低い電圧においてもパンチスル
ー（ｐｕｎｃｈ ｔｈｔｏｕｇｈ）が起きて漏洩の原因
となり得る。
【０００７】また、トランスファートランジスタがオフ
された場合、フォトダイオードとフローティング拡散領
域との間の電位バリア（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｂａｒｒ
ｉｅｒ）が低くなって電荷集積（ｃｈａｒｇｅ ｉｎｔ
ｅｇｒａｔｉｏｎ）の間フォトダイオードの電荷集電量
が減少するという問題点がある。また、設計上フォトダ
イオード領域を自己整列せずに進行時工程変動（ｖａｒ
ｉａｔｉｏｎ）問題も引き起こし得る。
された場合、フォトダイオードとフローティング拡散領
域との間の電位バリア（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｂａｒｒ
ｉｅｒ）が低くなって電荷集積（ｃｈａｒｇｅ ｉｎｔ
ｅｇｒａｔｉｏｎ）の間フォトダイオードの電荷集電量
が減少するという問題点がある。また、設計上フォトダ
イオード領域を自己整列せずに進行時工程変動（ｖａｒ
ｉａｔｉｏｎ）問題も引き起こし得る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
従来のＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法におけ
る問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的
は、トランスファートランジスタのパンチスルー電圧を
増加させ、トランスファートランジスタのオフの時フォ
トダイオードとフローティング拡散領域との間の電位バ
リアを増加させて、フォトダイオードの集電量を増大さ
せることができ、自己整列イオン注入工程によらずにフ
ォトダイオードを形成することのできるＣＭＯＳイメー
ジセンサ及びその製造方法を提供することにある。
従来のＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法におけ
る問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的
は、トランスファートランジスタのパンチスルー電圧を
増加させ、トランスファートランジスタのオフの時フォ
トダイオードとフローティング拡散領域との間の電位バ
リアを増加させて、フォトダイオードの集電量を増大さ
せることができ、自己整列イオン注入工程によらずにフ
ォトダイオードを形成することのできるＣＭＯＳイメー
ジセンサ及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明によるパンチ電圧とフォトダイオード
の集電量を増加させることのできるＣＭＯＳイメージセ
ンサは、フォトダイオードに集電された電荷をフローテ
ィング拡散領域に伝達するトランスファートランジスタ
を備えるＣＭＯＳイメージセンサにおいて、半導体基板
と、前記半導体基板上に形成された前記トランスファー
トランジスタのゲート電極と、前記ゲート電極の一端の
前記半導体基板内に積層された第１導電型の第１不純物
領域及び第２導電型の第２不純物領域からなるフォトダ
イオードと、前記ゲート電極の他端の前記半導体基板内
に形成された第２導電型の第３不純物領域からなるフロ
ーティング拡散領域と、前記ゲート電極下部の前記半導
体基板内に形成されて前記フォトダイオード及び前記フ
ローティング拡散領域と各々離隔された第１導電型の第
４不純物領域とを備えることを特徴とする。
になされた本発明によるパンチ電圧とフォトダイオード
の集電量を増加させることのできるＣＭＯＳイメージセ
ンサは、フォトダイオードに集電された電荷をフローテ
ィング拡散領域に伝達するトランスファートランジスタ
を備えるＣＭＯＳイメージセンサにおいて、半導体基板
と、前記半導体基板上に形成された前記トランスファー
トランジスタのゲート電極と、前記ゲート電極の一端の
前記半導体基板内に積層された第１導電型の第１不純物
領域及び第２導電型の第２不純物領域からなるフォトダ
イオードと、前記ゲート電極の他端の前記半導体基板内
に形成された第２導電型の第３不純物領域からなるフロ
ーティング拡散領域と、前記ゲート電極下部の前記半導
体基板内に形成されて前記フォトダイオード及び前記フ
ローティング拡散領域と各々離隔された第１導電型の第
４不純物領域とを備えることを特徴とする。
【００１０】上記目的を達成するためになされた本発明
によるパンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増加さ
せることのできるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法
は、フォトダイオードに集電された電荷をフローティン
グ拡散領域に伝達するトランスファートランジスタを備
えるＣＭＯＳイメージセンサ製造方法において、フォト
ダイオード形成領域の半導体基板内に第１導電型の第１
不純物領域を形成するステップと、トランスファートラ
ンジスタ領域の前記半導体基板内に第２導電型の第２不
純物領域を形成するステップと、前記半導体基板上にト
ランスファートランジスタのゲート絶縁膜及びゲート電
極を形成し、前記ゲート電極の一部が前記第２不純物領
域と重なるようにするステップと、前記第１不純物領域
上の前記半導体基板内に第２導電型の第３不純物領域を
形成するステップと、前記ゲート電極を間に置いて前記
フォトダイオード領域から離隔された前記半導体基板内
に第１導電型のフローティング拡散領域を形成するステ
ップとを備えることを特徴とする。
によるパンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増加さ
せることのできるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法
は、フォトダイオードに集電された電荷をフローティン
グ拡散領域に伝達するトランスファートランジスタを備
えるＣＭＯＳイメージセンサ製造方法において、フォト
ダイオード形成領域の半導体基板内に第１導電型の第１
不純物領域を形成するステップと、トランスファートラ
ンジスタ領域の前記半導体基板内に第２導電型の第２不
純物領域を形成するステップと、前記半導体基板上にト
ランスファートランジスタのゲート絶縁膜及びゲート電
極を形成し、前記ゲート電極の一部が前記第２不純物領
域と重なるようにするステップと、前記第１不純物領域
上の前記半導体基板内に第２導電型の第３不純物領域を
形成するステップと、前記ゲート電極を間に置いて前記
フォトダイオード領域から離隔された前記半導体基板内
に第１導電型のフローティング拡散領域を形成するステ
ップとを備えることを特徴とする。
【００１１】上記目的を達成するためになされた本発明
によるパンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増加さ
せることのできるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法
は、フォトダイオードに集電された電荷をフローティン
グ拡散領域に伝達するトランスファートランジスタを備
えるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法において、半導
体基板上にフォトダイオード形成領域を定義する第１イ
オン注入マスクを形成するステップと、イオン注入工程
を実施して前記半導体基板内に第１導電型の第１不純物
領域を形成するステップと、前記第１イオン注入マスク
を除去するステップと、前記半導体基板上にトランスフ
ァートランジスタ領域を定義する第２イオン注入マスク
を形成するステップと、イオン注入工程を実施して前記
半導体基板内に第２導電型の第２不純物領域を形成する
ステップと、前記第２イオン注入マスクを除去するステ
ップと、前記半導体基板上にトランスファートランジス
タのゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、前記ゲート
電極の一部が前記第２不純物領域と重なるようにするス
テップと、前記第１不純物領域上の前記半導体基板内に
第２導電型の第３不純物領域を形成するステップと、前
記ゲート電極を間に置いて前記フォトダイオード領域か
ら離隔された前記半導体基板内に第１導電型のフローテ
ィング拡散領域を形成するステップとを備えることを特
徴とする。
によるパンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増加さ
せることのできるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法
は、フォトダイオードに集電された電荷をフローティン
グ拡散領域に伝達するトランスファートランジスタを備
えるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法において、半導
体基板上にフォトダイオード形成領域を定義する第１イ
オン注入マスクを形成するステップと、イオン注入工程
を実施して前記半導体基板内に第１導電型の第１不純物
領域を形成するステップと、前記第１イオン注入マスク
を除去するステップと、前記半導体基板上にトランスフ
ァートランジスタ領域を定義する第２イオン注入マスク
を形成するステップと、イオン注入工程を実施して前記
半導体基板内に第２導電型の第２不純物領域を形成する
ステップと、前記第２イオン注入マスクを除去するステ
ップと、前記半導体基板上にトランスファートランジス
タのゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、前記ゲート
電極の一部が前記第２不純物領域と重なるようにするス
テップと、前記第１不純物領域上の前記半導体基板内に
第２導電型の第３不純物領域を形成するステップと、前
記ゲート電極を間に置いて前記フォトダイオード領域か
ら離隔された前記半導体基板内に第１導電型のフローテ
ィング拡散領域を形成するステップとを備えることを特
徴とする。
【００１２】本発明は、トランスファートランジスタゲ
ート電極下部の半導体基板内にｐ型不純物領域を備える
ＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法を提供するこ
とに特徴がある。本発明によって自己整列に制限されず
工程を進行することができるので工程変動が抑制され得
る。すなわち、２００Ｋｅｖ以上のフォトダイオードの
ｎ型不純物領域を深く注入しなければならない設計構造
における自己整列によって発生するチャネリング効果を
克服できる。また、トランスファートランジスタゲート
電極下部の半導体基板内にｐ型不純物領域を備えること
によって、フォトダイオードとフローティング拡散領域
との間の電位バリアを増加させて、すなわち、二つの領
域間の電位差が増加されてフォトダイオードに格納し得
る電荷格納能力が増加する。
ート電極下部の半導体基板内にｐ型不純物領域を備える
ＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法を提供するこ
とに特徴がある。本発明によって自己整列に制限されず
工程を進行することができるので工程変動が抑制され得
る。すなわち、２００Ｋｅｖ以上のフォトダイオードの
ｎ型不純物領域を深く注入しなければならない設計構造
における自己整列によって発生するチャネリング効果を
克服できる。また、トランスファートランジスタゲート
電極下部の半導体基板内にｐ型不純物領域を備えること
によって、フォトダイオードとフローティング拡散領域
との間の電位バリアを増加させて、すなわち、二つの領
域間の電位差が増加されてフォトダイオードに格納し得
る電荷格納能力が増加する。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係るパンチ電圧と
フォトダイオードの集電量を増加させることのできるＣ
ＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法の実施の形態の
具体例を図面を参照しながら説明する。まず、図５に示
すように、素子分離膜３１形成が完了したｐ型半導体基
板３０にフォトダイオード形成領域を定義するイオン注
入マスクとして第１フォトレジストパターンＰＲ１を形
成し、イオン注入工程を実施してフォトダイオードのｎ
型不純物領域３２を形成する。次いで、第１フォトレジ
ストパターンＰＲ１を除去し、図６に示すように、トラ
ンスファートランジスタ領域を定義するイオン注入マス
クとして第２フォトレジストパターンＰＲ２を形成し、
ホウ素（Ｂ）などの不純物をイオン注入してｐ型不純物
領域３３を形成する。次いで、図７に示すように、トラ
ンスファートランジスタのゲート絶縁膜３４、ゲート電
極３５を形成して、ゲート電極３５の一部がｐ型不純物
領域３３と重なるようにする。次いで、図８に示すよう
に、絶縁膜スペーサ３６、フォトダイオードのｐ０不純
物領域３７及びｎ＋フローティング拡散領域３８等を形
成するＣＭＯＳイメージセンサ製造のための後続工程を
実施する。
フォトダイオードの集電量を増加させることのできるＣ
ＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法の実施の形態の
具体例を図面を参照しながら説明する。まず、図５に示
すように、素子分離膜３１形成が完了したｐ型半導体基
板３０にフォトダイオード形成領域を定義するイオン注
入マスクとして第１フォトレジストパターンＰＲ１を形
成し、イオン注入工程を実施してフォトダイオードのｎ
型不純物領域３２を形成する。次いで、第１フォトレジ
ストパターンＰＲ１を除去し、図６に示すように、トラ
ンスファートランジスタ領域を定義するイオン注入マス
クとして第２フォトレジストパターンＰＲ２を形成し、
ホウ素（Ｂ）などの不純物をイオン注入してｐ型不純物
領域３３を形成する。次いで、図７に示すように、トラ
ンスファートランジスタのゲート絶縁膜３４、ゲート電
極３５を形成して、ゲート電極３５の一部がｐ型不純物
領域３３と重なるようにする。次いで、図８に示すよう
に、絶縁膜スペーサ３６、フォトダイオードのｐ０不純
物領域３７及びｎ＋フローティング拡散領域３８等を形
成するＣＭＯＳイメージセンサ製造のための後続工程を
実施する。
【００１４】ここで、トランスファートランジスタのゲ
ート電極３５に電圧が印加される時、ｎ＋フローティン
グ拡散領域３８より相対的に深く形成されるフォトダイ
オードのｎ型不純物領域３２に電圧がより良好に印加さ
れて読み出し面で有利となるようにする。すなわち、ｐ
型不純物３３領域によりトランスファートランジスタの
しきい電圧が高くなれば、ネイティブトランジスタとし
ての役割をすることができないため、動作電圧が低くな
る場合発生し得る問題に備えるためのものである。しか
し、トランスファートランジスタをポンプ回路（ｐｕｍ
ｐ ｃｉｒｃｕｉｔ）などのような構造に形成する場
合、フォトダイオードのｎ型不純物領域３２とｐ型不純
物領域との間の距離（Ａ）は考慮しないこともできる。
ート電極３５に電圧が印加される時、ｎ＋フローティン
グ拡散領域３８より相対的に深く形成されるフォトダイ
オードのｎ型不純物領域３２に電圧がより良好に印加さ
れて読み出し面で有利となるようにする。すなわち、ｐ
型不純物３３領域によりトランスファートランジスタの
しきい電圧が高くなれば、ネイティブトランジスタとし
ての役割をすることができないため、動作電圧が低くな
る場合発生し得る問題に備えるためのものである。しか
し、トランスファートランジスタをポンプ回路（ｐｕｍ
ｐ ｃｉｒｃｕｉｔ）などのような構造に形成する場
合、フォトダイオードのｎ型不純物領域３２とｐ型不純
物領域との間の距離（Ａ）は考慮しないこともできる。
【００１５】また、ｎ＋フローティング拡散領域３８の
濃度は、ｐ型不純物領域３３の濃度に比べて相当に高い
ので、ｐ型不純物領域３３の形成に伴う動作特性の変化
は大きく発生しない。むしろ、ｐ型不純物領域３３の形
成によって、ｎ＋フローティング拡散領域３８のキャパ
シタンスは減少され、それによって変換比（ｃｏｎｖｅ
ｒｔｉｎｇ ｒａｔｉｏ）が増加されて感度向上の効果
を期待することができる。上述した本発明の実施例にお
いてｐ型不純物領域３３とフォトダイオードとの間の距
離（Ａ）をｐ型不純物領域３３とｎ＋フローティング拡
散領域３８との間の距離（Ｂ）より遠く形成する。
濃度は、ｐ型不純物領域３３の濃度に比べて相当に高い
ので、ｐ型不純物領域３３の形成に伴う動作特性の変化
は大きく発生しない。むしろ、ｐ型不純物領域３３の形
成によって、ｎ＋フローティング拡散領域３８のキャパ
シタンスは減少され、それによって変換比（ｃｏｎｖｅ
ｒｔｉｎｇ ｒａｔｉｏ）が増加されて感度向上の効果
を期待することができる。上述した本発明の実施例にお
いてｐ型不純物領域３３とフォトダイオードとの間の距
離（Ａ）をｐ型不純物領域３３とｎ＋フローティング拡
散領域３８との間の距離（Ｂ）より遠く形成する。
【００１６】図９、図１０は、従来の技術と本発明に係
るイメージセンサの電位変化に対するシミュレーション
結果を比較して示すグラフであって、電位分布における
線と線との間の電位差は、０．１Ｖである。従来の技術
に係るイメージセンサ（図９）の場合には、フォトダイ
オードとフローティング拡散領域との間の電位差が１．
２Ｖであるのに対し、本発明に係るトランスファートラ
ンジスタ領域のシリコン基板にｐ型不純物領域を備える
イメージセンサ（図１０）の場合には、フォトダイオー
ドとフローティング拡散領域との間の電位差が１．８Ｖ
に増加される。
るイメージセンサの電位変化に対するシミュレーション
結果を比較して示すグラフであって、電位分布における
線と線との間の電位差は、０．１Ｖである。従来の技術
に係るイメージセンサ（図９）の場合には、フォトダイ
オードとフローティング拡散領域との間の電位差が１．
２Ｖであるのに対し、本発明に係るトランスファートラ
ンジスタ領域のシリコン基板にｐ型不純物領域を備える
イメージセンサ（図１０）の場合には、フォトダイオー
ドとフローティング拡散領域との間の電位差が１．８Ｖ
に増加される。
【００１７】工程変動（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）は、フォ
トダイオード領域の工程誤差許容程度（ｔｏｌｅｒａｎ
ｃｅ）である０．１μｍにおいて、従来の技術に係るイ
メージセンサの場合、フォトダイオードとフローティン
グ拡散領域との間の最大電位バリアが１．４Ｖであり、
最小電位バリアは０．９Ｖであって、二つの電位差が
０．５Ｖであるが、本発明に係るイメージセンサの場
合、最大電位バリアは、２．１Ｖであり、最小電位バリ
アは、１．８Ｖであって、二つの電位差が０．３Ｖとな
って最大電位バリアと最小電位バリア値は全部増加しな
がらその差が大きく減少する。したがって、従来のよう
な自己整列方法によってフォトダイオードを形成する場
合よりフォトダイオードの特性が相対的に向上すること
が分かる。
トダイオード領域の工程誤差許容程度（ｔｏｌｅｒａｎ
ｃｅ）である０．１μｍにおいて、従来の技術に係るイ
メージセンサの場合、フォトダイオードとフローティン
グ拡散領域との間の最大電位バリアが１．４Ｖであり、
最小電位バリアは０．９Ｖであって、二つの電位差が
０．５Ｖであるが、本発明に係るイメージセンサの場
合、最大電位バリアは、２．１Ｖであり、最小電位バリ
アは、１．８Ｖであって、二つの電位差が０．３Ｖとな
って最大電位バリアと最小電位バリア値は全部増加しな
がらその差が大きく減少する。したがって、従来のよう
な自己整列方法によってフォトダイオードを形成する場
合よりフォトダイオードの特性が相対的に向上すること
が分かる。
【００１８】すなわち、ｐ型不純物領域３３を形成せ
ず、フォトダイオードのｎ型不純物領域３２を自己整列
方法によらないイオン注入工程により形成する場合に
は、工程誤差許容程度が０．１μｍであるので、電位バ
リア変化が最大０．５Ｖとなり、各ピクセルに対する飽
和電圧の差が著しくなって全体的な感度特性を統制する
ことが困難となる。しかし、本発明のように、ｐ型不純
物領域３３を形成する場合、最大電位バリアと最小電位
バリアとの差が０．３Ｖに減少して工程変動に対する依
存性が減少するといえる。したがって、自己整列工程に
よるｎ型不純物領域３２形成の場合と同様に、電位バリ
ア差を保持しながらパンチスルー電圧と飽和電圧を増加
させることができる。
ず、フォトダイオードのｎ型不純物領域３２を自己整列
方法によらないイオン注入工程により形成する場合に
は、工程誤差許容程度が０．１μｍであるので、電位バ
リア変化が最大０．５Ｖとなり、各ピクセルに対する飽
和電圧の差が著しくなって全体的な感度特性を統制する
ことが困難となる。しかし、本発明のように、ｐ型不純
物領域３３を形成する場合、最大電位バリアと最小電位
バリアとの差が０．３Ｖに減少して工程変動に対する依
存性が減少するといえる。したがって、自己整列工程に
よるｎ型不純物領域３２形成の場合と同様に、電位バリ
ア差を保持しながらパンチスルー電圧と飽和電圧を増加
させることができる。
【００１９】尚、本発明は、本実施例に限られるもので
はない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多
様に変更実施することが可能である。
はない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多
様に変更実施することが可能である。
【００２０】
【発明の効果】上述したように、本発明によるパンチ電
圧とフォトダイオードの集電量を増加させることのでき
るＣＭＯＳイメージセンサよれば、自己整列によらずに
フォトダイオードのｎ型不純物領域を形成できるので、
イオン注入工程時工程変化を減少させることができる。
すなわち、従来のフォトダイオードのｎ型不純物領域を
形成するために、２００ｋｅＶ以上のエネルギーでイオ
ンを注入する場合発生するチャネリングの問題点をトラ
ンスファートランジスタゲート電極下部の半導体基板内
にｐ型不純物領域を形成することによって解決できる。
また、トランスファートランジスタのチャネル長さが減
少してもフォトダイオードとフローティング拡散領域と
の間のパンチ電圧を強化させて漏れ電流を減らすことが
でき、フォトダイオードとフローティング拡散領域との
間の電位バリアを高くしてフォトダイオードの集電量を
増加させることができる。
圧とフォトダイオードの集電量を増加させることのでき
るＣＭＯＳイメージセンサよれば、自己整列によらずに
フォトダイオードのｎ型不純物領域を形成できるので、
イオン注入工程時工程変化を減少させることができる。
すなわち、従来のフォトダイオードのｎ型不純物領域を
形成するために、２００ｋｅＶ以上のエネルギーでイオ
ンを注入する場合発生するチャネリングの問題点をトラ
ンスファートランジスタゲート電極下部の半導体基板内
にｐ型不純物領域を形成することによって解決できる。
また、トランスファートランジスタのチャネル長さが減
少してもフォトダイオードとフローティング拡散領域と
の間のパンチ電圧を強化させて漏れ電流を減らすことが
でき、フォトダイオードとフローティング拡散領域との
間の電位バリアを高くしてフォトダイオードの集電量を
増加させることができる。
【図１】従来の技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの単
位画素構造を概略的に示す回路図である。
位画素構造を概略的に示す回路図である。
【図２】従来の技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの単
位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォトダイ
オード及びフローティング拡散領域の製造方法を説明す
るための工程断面図である。
位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォトダイ
オード及びフローティング拡散領域の製造方法を説明す
るための工程断面図である。
【図３】従来の技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの単
位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォトダイ
オード及びフローティング拡散領域の製造方法を説明す
るための工程断面図である。
位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォトダイ
オード及びフローティング拡散領域の製造方法を説明す
るための工程断面図である。
【図４】従来の技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの単
位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォトダイ
オード及びフローティング拡散領域の製造方法を説明す
るための工程断面図である。
位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォトダイ
オード及びフローティング拡散領域の製造方法を説明す
るための工程断面図である。
【図５】本発明の実施例に係るＣＭＯＳイメージセンサ
の単位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォト
ダイオード及びフローティング拡散領域の製造方法を説
明するための工程断面図である。
の単位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォト
ダイオード及びフローティング拡散領域の製造方法を説
明するための工程断面図である。
【図６】本発明の実施例に係るＣＭＯＳイメージセンサ
の単位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォト
ダイオード及びフローティング拡散領域の製造方法を説
明するための工程断面図である。
の単位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォト
ダイオード及びフローティング拡散領域の製造方法を説
明するための工程断面図である。
【図７】本発明の実施例に係るＣＭＯＳイメージセンサ
の単位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォト
ダイオード及びフローティング拡散領域の製造方法を説
明するための工程断面図である。
の単位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォト
ダイオード及びフローティング拡散領域の製造方法を説
明するための工程断面図である。
【図８】本発明の実施例に係るＣＭＯＳイメージセンサ
の単位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォト
ダイオード及びフローティング拡散領域の製造方法を説
明するための工程断面図である。
の単位ピクセルのトランスファートランジスタ、フォト
ダイオード及びフローティング拡散領域の製造方法を説
明するための工程断面図である。
【図９】従来の技術に係るイメージセンサの電位変化に
対するシミュレーション結果を比較して示すグラフであ
る。
対するシミュレーション結果を比較して示すグラフであ
る。
【図１０】本発明に係るイメージセンサの電位変化に対
するシミュレーション結果を比較して示すグラフであ
る。
するシミュレーション結果を比較して示すグラフであ
る。
３０ 半導体基板 ３１ 素子分離膜 ３２ ｎ型不純物領域 ３３ ｐ型不純物領域 ３４ ゲート絶縁膜 ３５ ゲート電極 ３６ 絶縁膜スペーサ ３７ ｐ型不純物領域 ３８ フローティング拡散領域
Claims (11)
- 【請求項１】 フォトダイオードに集電された電荷をフ
ローティング拡散領域に伝達するトランスファートラン
ジスタを備えるＣＭＯＳイメージセンサにおいて、 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された前記トランスファートラ
ンジスタのゲート電極と、 前記ゲート電極の一端の前記半導体基板内に積層された
第１導電型の第１不純物領域及び第２導電型の第２不純
物領域からなるフォトダイオードと、 前記ゲート電極の他端の前記半導体基板内に形成された
第２導電型の第３不純物領域からなるフローティング拡
散領域と、 前記ゲート電極下部の前記半導体基板内に形成されて前
記フォトダイオード及び前記フローティング拡散領域と
各々離隔された第１導電型の第４不純物領域とを備える
ことを特徴とするパンチ電圧とフォトダイオードの集電
量を増加させることのできるＣＭＯＳイメージセンサ。 - 【請求項２】 前記第４不純物領域と前記フォトダイオ
ードとの間の距離は、前記第４不純物領域と前記フロー
ティング拡散領域との間の距離より相対的に遠いことを
特徴とする請求項１に記載のパンチ電圧とフォトダイオ
ードの集電量を増加させることのできるＣＭＯＳイメー
ジセンサ。 - 【請求項３】 前記第１導電型はｐ型であって、前記第
２導電型は、ｎ型であることを特徴とする請求項１に記
載のパンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増加させ
ることのできるＣＭＯＳイメージセンサ。 - 【請求項４】 フォトダイオードに集電された電荷をフ
ローティング拡散領域に伝達するトランスファートラン
ジスタを備えるＣＭＯＳイメージセンサ製造方法におい
て、 フォトダイオード形成領域の半導体基板内に第１導電型
の第１不純物領域を形成するステップと、 トランスファートランジスタ領域の前記半導体基板内に
第２導電型の第２不純物領域を形成するステップと、 前記半導体基板上にトランスファートランジスタのゲー
ト絶縁膜及びゲート電極を形成し、前記ゲート電極の一
部が前記第２不純物領域と重なるようにするステップ
と、 前記第１不純物領域上の前記半導体基板内に第２導電型
の第３不純物領域を形成するステップと、 前記ゲート電極を間に置いて前記フォトダイオード領域
から離隔された前記半導体基板内に第１導電型のフロー
ティング拡散領域を形成するステップとを備えることを
特徴とするパンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増
加させることのできるＣＭＯＳイメージセンサの製造方
法。 - 【請求項５】 前記第２不純物領域と前記フォトダイオ
ードとの間の距離は、前記第２不純物領域と前記フロー
ティング拡散領域との距離より相対的に遠いことを特徴
とする請求項４に記載のパンチ電圧とフォトダイオード
の集電量を増加させることのできるＣＭＯＳイメージセ
ンサの製造方法。 - 【請求項６】 前記第１導電型はｎ型であって、前記第
２導電型は、ｐ型であることを特徴とする請求項５に記
載のパンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増加させ
ることのできるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。 - 【請求項７】 前記第２不純物領域は、ホウ素（Ｂ）を
イオン注入して形成することを特徴とする請求項６に記
載のパンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増加させ
ることのできるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。 - 【請求項８】 フォトダイオードに集電された電荷をフ
ローティング拡散領域に伝達するトランスファートラン
ジスタを備えるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法にお
いて、 半導体基板上にフォトダイオード形成領域を定義する第
１イオン注入マスクを形成するステップと、 イオン注入工程を実施して前記半導体基板内に第１導電
型の第１不純物領域を形成するステップと、 前記第１イオン注入マスクを除去するステップと、 前記半導体基板上にトランスファートランジスタ領域を
定義する第２イオン注入マスクを形成するステップと、 イオン注入工程を実施して前記半導体基板内に第２導電
型の第２不純物領域を形成するステップと、 前記第２イオン注入マスクを除去するステップと、 前
記半導体基板上にトランスファートランジスタのゲート
絶縁膜及びゲート電極を形成し、前記ゲート電極の一部
が前記第２不純物領域と重なるようにするステップと、 前記第１不純物領域上の前記半導体基板内に第２導電型
の第３不純物領域を形成するステップと、 前記ゲート電極を間に置いて前記フォトダイオード領域
から離隔された前記半導体基板内に第１導電型のフロー
ティング拡散領域を形成するステップとを備えることを
特徴とするパンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増
加させることのできるＣＭＯＳイメージセンサの製造方
法。 - 【請求項９】 前記第２不純物領域と前記フォトダイオ
ードとの間の距離は、前記第２不純物領域と前記フロー
ティング拡散領域との距離より相対的に遠いことを特徴
とする請求項８に記載のパンチ電圧とフォトダイオード
の集電量を増加させることのできるＣＭＯＳイメージセ
ンサの製造方法。 - 【請求項１０】 前記第１導電型はｎ型であって、前記
第２導電型は、ｐ型であることを特徴とする請求項９に
記載のパンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増加さ
せることのできるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。 - 【請求項１１】 前記第２不純物領域は、ホウ素（Ｂ）
をイオン注入して形成することを特徴とする請求項９に
記載のパンチ電圧とフォトダイオードの集電量を増加さ
せることのできるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
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