JP2003289137A - イメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents
イメージセンサ及びその製造方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フィールド酸化膜エッジに発生した結晶欠陥
による暗電流生成を抑制することに好適なイメージセン
サ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体層２１と、半導体層の所定部分に
フォトダイオード領域と、フォトダイオード領域より相
対的に面積が狭いフローティング拡散領域と、フォトダ
イオード領域とフローティング拡散領域とを接続させる
ボトルネック構造のチャネル領域からなる活性領域２９
と、活性領域を電気的に隔離させるフィールド領域２６
と、活性領域側に第１の幅ほど拡張されてフィールド領
域より広い面積を有するフィールド領域下部のフィール
ドストップ層２５と、チャネル領域を覆ってチャネル領
域に接したフォトダイオード領域の一側面の全領域に第
２の幅ほど重なった一側面を有する半導体層上のゲート
電極２７とを含んでなる。
による暗電流生成を抑制することに好適なイメージセン
サ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体層２１と、半導体層の所定部分に
フォトダイオード領域と、フォトダイオード領域より相
対的に面積が狭いフローティング拡散領域と、フォトダ
イオード領域とフローティング拡散領域とを接続させる
ボトルネック構造のチャネル領域からなる活性領域２９
と、活性領域を電気的に隔離させるフィールド領域２６
と、活性領域側に第１の幅ほど拡張されてフィールド領
域より広い面積を有するフィールド領域下部のフィール
ドストップ層２５と、チャネル領域を覆ってチャネル領
域に接したフォトダイオード領域の一側面の全領域に第
２の幅ほど重なった一側面を有する半導体層上のゲート
電極２７とを含んでなる。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
方法に関し、特に、ＣＭＯＳイメージセンサの製造方法
に関する。
方法に関し、特に、ＣＭＯＳイメージセンサの製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、イメージセンサは、光学画像
（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｅ）を電気的信号に変換さ
せる半導体装置であって、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ
Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）は、個々の
ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）キ
ャパシタが互いに非常に近接した位置にありながら電荷
キャリアがキャパシタに格納されて移送される素子であ
り、ＣＭＯＳイメージセンサは、制御回路及び信号処理
回路を周辺回路に使用するＣＭＯＳ技術を利用して画素
の数ほどＭＯＳトランジスタを作り、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する素子であ
る（例えば、非特許文献１参照）。
（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｅ）を電気的信号に変換さ
せる半導体装置であって、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ
Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）は、個々の
ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）キ
ャパシタが互いに非常に近接した位置にありながら電荷
キャリアがキャパシタに格納されて移送される素子であ
り、ＣＭＯＳイメージセンサは、制御回路及び信号処理
回路を周辺回路に使用するＣＭＯＳ技術を利用して画素
の数ほどＭＯＳトランジスタを作り、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する素子であ
る（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】このようなイメージセンサは、外部からの
光を受光して光電荷を生成及び蓄積する光感知部分上部
にカラーフィルタが配列されており、カラーフィルタア
レイ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ Ａｒｒａｙ：ＣＦ
Ａ）は、赤（Ｒｅｄ）、緑（Ｇｒｅｅｎ）及び青（Ｂｌ
ｕｅ）の３つのカラーからなるか、黄（Ｙｅｌｌｏ
ｗ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）及びシアン（Ｃｙａ
ｎ）の３つのカラーからなる。
光を受光して光電荷を生成及び蓄積する光感知部分上部
にカラーフィルタが配列されており、カラーフィルタア
レイ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ Ａｒｒａｙ：ＣＦ
Ａ）は、赤（Ｒｅｄ）、緑（Ｇｒｅｅｎ）及び青（Ｂｌ
ｕｅ）の３つのカラーからなるか、黄（Ｙｅｌｌｏ
ｗ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）及びシアン（Ｃｙａ
ｎ）の３つのカラーからなる。
【０００４】また、イメージセンサは、光を感知する光
感知部分と感知された光を電気的信号に処理してデータ
化するロジック回路部分とから構成されているが、光感
度を上げるため、全体イメージセンサ素子において光感
知部分の面積が占める比率（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）
を大きくしようという努力がなされているが、根本的に
ロジック回路部分を除去できないので、制限された面積
下でのこのような努力には限界がある。したがって、光
感度を上げるため、光感知部分以外の領域に入射する光
の経路を変えて光感知部分に集める集光技術が登場した
が、このような集光のために、イメージセンサはカラー
フィルタ上にマイクロレンズ（ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ）を
形成する方法を用いている。
感知部分と感知された光を電気的信号に処理してデータ
化するロジック回路部分とから構成されているが、光感
度を上げるため、全体イメージセンサ素子において光感
知部分の面積が占める比率（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）
を大きくしようという努力がなされているが、根本的に
ロジック回路部分を除去できないので、制限された面積
下でのこのような努力には限界がある。したがって、光
感度を上げるため、光感知部分以外の領域に入射する光
の経路を変えて光感知部分に集める集光技術が登場した
が、このような集光のために、イメージセンサはカラー
フィルタ上にマイクロレンズ（ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ）を
形成する方法を用いている。
【０００５】通常のＣＭＯＳイメージセンサの単位画素
は、一つのフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：
ＰＤ）と、４つのＮＭＯＳ（Ｔｘ、Ｒｘ、Ｓｘ、Ｄｘ）
から構成され、４つのＮＭＯＳ（Ｔｘ、Ｒｘ、Ｓｘ、Ｄ
ｘ）は、フォトダイオードＰＤで収束された光電荷（Ｐ
ｈｏｔｏ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｃｈａｒｇｅ）をフロ
ーティング拡散領域（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓ
ｉｏｎ：ＦＤ）に運送するためのトランスファートラン
ジスタ（Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：Ｔ
ｘ）、所望の値にノードの電位をセッティングし電荷
（Ｃｐｄ）を排出してフローティング拡散領域ＦＤをリ
セットさせるためのリセットトランジスタ（Ｒｅｓｅｔ
ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：Ｒｘ）、ソースフォロワバッ
ファ増幅器（Ｓｏｕｒｃｅ Ｆｏｌｌｏｗｅｒ Ｂｕｆ
ｆｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）役割をするドライブトラ
ンジスタ（Ｄｒｉｖｅ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：Ｄ
ｘ）、スイッチングでアドレッシング（Ａｄｄｒｅｓｓ
ｉｎｇ）できるようにするセレクトトランジスタ（Ｓｅ
ｌｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：Ｓｘ）から構成され
る。
は、一つのフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：
ＰＤ）と、４つのＮＭＯＳ（Ｔｘ、Ｒｘ、Ｓｘ、Ｄｘ）
から構成され、４つのＮＭＯＳ（Ｔｘ、Ｒｘ、Ｓｘ、Ｄ
ｘ）は、フォトダイオードＰＤで収束された光電荷（Ｐ
ｈｏｔｏ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｃｈａｒｇｅ）をフロ
ーティング拡散領域（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓ
ｉｏｎ：ＦＤ）に運送するためのトランスファートラン
ジスタ（Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：Ｔ
ｘ）、所望の値にノードの電位をセッティングし電荷
（Ｃｐｄ）を排出してフローティング拡散領域ＦＤをリ
セットさせるためのリセットトランジスタ（Ｒｅｓｅｔ
ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：Ｒｘ）、ソースフォロワバッ
ファ増幅器（Ｓｏｕｒｃｅ Ｆｏｌｌｏｗｅｒ Ｂｕｆ
ｆｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）役割をするドライブトラ
ンジスタ（Ｄｒｉｖｅ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：Ｄ
ｘ）、スイッチングでアドレッシング（Ａｄｄｒｅｓｓ
ｉｎｇ）できるようにするセレクトトランジスタ（Ｓｅ
ｌｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：Ｓｘ）から構成され
る。
【０００６】ここでトランスファートランジスタＴｘ及
びリセットトランジスタＲｘは、ネイティブトランジス
タ（Ｎａｔｉｖｅ ＮＭＯＳ）を利用し、ドライブトラ
ンジスタＤｘ及びセレクトトランジスタＳｘは、一般的
なトランジスタ（Ｎｏｒｍａｌ ＮＭＯＳ）を利用し、
リセットトランジスタＲｘは、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａ
ｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）のためのト
ランジスタである。上記のようなＣＭＯＳイメージセン
サの単位画素は、ネイティブトランジスタを使用してフ
ォトダイオード領域ＰＤで可視光線波長帯域の光を感知
した後、感知された光電荷をフローティング拡散領域Ｆ
Ｄに、すなわち、ドライブトランジスタＤｘのゲートに
伝達した量を出力端Ｖｏｕｔで電気的信号に出力する。
びリセットトランジスタＲｘは、ネイティブトランジス
タ（Ｎａｔｉｖｅ ＮＭＯＳ）を利用し、ドライブトラ
ンジスタＤｘ及びセレクトトランジスタＳｘは、一般的
なトランジスタ（Ｎｏｒｍａｌ ＮＭＯＳ）を利用し、
リセットトランジスタＲｘは、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａ
ｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）のためのト
ランジスタである。上記のようなＣＭＯＳイメージセン
サの単位画素は、ネイティブトランジスタを使用してフ
ォトダイオード領域ＰＤで可視光線波長帯域の光を感知
した後、感知された光電荷をフローティング拡散領域Ｆ
Ｄに、すなわち、ドライブトランジスタＤｘのゲートに
伝達した量を出力端Ｖｏｕｔで電気的信号に出力する。
【０００７】図１は、従来の技術に係るＣＭＯＳイメー
ジセンサを示す断面図であって、フォトダイオード、ト
ランスファートランジスタ及びフローティング拡散領域
のみを示している。図１を参照すると、ｐ＋基板１１に
エピタキシャル成長されたｐ−エピタキシャル層１２が
形成され、ｐ−エピタキシャル層１２に素子間隔離のた
めのフィールド酸化膜１４が形成され、フィールド酸化
膜１４の下部には、ｎ−チャネルフィールドストップ層
（ｎ−ｃｈａｎｎｅｌ ｆｉｅｌｄ ｓｔｏｐ ｌａｙ
ｅｒ）のためのフィールドストップ層１３が形成され
る。
ジセンサを示す断面図であって、フォトダイオード、ト
ランスファートランジスタ及びフローティング拡散領域
のみを示している。図１を参照すると、ｐ＋基板１１に
エピタキシャル成長されたｐ−エピタキシャル層１２が
形成され、ｐ−エピタキシャル層１２に素子間隔離のた
めのフィールド酸化膜１４が形成され、フィールド酸化
膜１４の下部には、ｎ−チャネルフィールドストップ層
（ｎ−ｃｈａｎｎｅｌ ｆｉｅｌｄ ｓｔｏｐ ｌａｙ
ｅｒ）のためのフィールドストップ層１３が形成され
る。
【０００８】ここで、フィールドストップ層１３は、フ
ィールド酸化膜１４が形成されるｐ−エピタキシャル層
１２に傾斜なしにイオン注入するため、フィールド酸化
膜１４下のみに位置する。したがって、フォトダイオー
ドをなすｎ−−拡散層１６は、フィールド酸化膜１４の
エッジと境界をなすだけであって、フィールドストップ
層１３はｎ−−拡散層１６の面積に影響を及ぼさない。
そして、ｐ−エピタキシャル層１２上にスペーサ１７が
両側壁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Ｔｘ１５が形成され、ゲート電極１５の一側エッ
ジに揃えられ（ａｌｉｇｎｅｄ）つつｐ−エピタキシャ
ル層１２内部に深いｎ−−拡散層１６が形成され、深い
ｎ−−拡散層１６上部とｐ−エピタキシャル層１２表面
下部にゲート電極の一側に形成されたスペーサ１７に揃
えられつつ浅いｐｏ−拡散層１８が形成される。
ィールド酸化膜１４が形成されるｐ−エピタキシャル層
１２に傾斜なしにイオン注入するため、フィールド酸化
膜１４下のみに位置する。したがって、フォトダイオー
ドをなすｎ−−拡散層１６は、フィールド酸化膜１４の
エッジと境界をなすだけであって、フィールドストップ
層１３はｎ−−拡散層１６の面積に影響を及ぼさない。
そして、ｐ−エピタキシャル層１２上にスペーサ１７が
両側壁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Ｔｘ１５が形成され、ゲート電極１５の一側エッ
ジに揃えられ（ａｌｉｇｎｅｄ）つつｐ−エピタキシャ
ル層１２内部に深いｎ−−拡散層１６が形成され、深い
ｎ−−拡散層１６上部とｐ−エピタキシャル層１２表面
下部にゲート電極の一側に形成されたスペーサ１７に揃
えられつつ浅いｐｏ−拡散層１８が形成される。
【０００９】結局、深いｎ−−拡散層１６と浅いｐｏ−
拡散層１８とからなるフォトダイオードＰＤが形成さ
れ、ゲート電極１５の他側に形成されたスペーサ１７に
揃えられつつｐ−エピタキシャル層１２内にフローティ
ング拡散領域（ＦＤ）１９が形成される。一方、ｎ−−
拡散層１６を形成するためのイオン注入マスクＭＫ
１は、一側面がトランスファートランジスタのゲート電
極の中央に揃えられ、他側面が活性領域に侵入しないフ
ィールド酸化膜上に整列される（図２参照）。
拡散層１８とからなるフォトダイオードＰＤが形成さ
れ、ゲート電極１５の他側に形成されたスペーサ１７に
揃えられつつｐ−エピタキシャル層１２内にフローティ
ング拡散領域（ＦＤ）１９が形成される。一方、ｎ−−
拡散層１６を形成するためのイオン注入マスクＭＫ
１は、一側面がトランスファートランジスタのゲート電
極の中央に揃えられ、他側面が活性領域に侵入しないフ
ィールド酸化膜上に整列される（図２参照）。
【００１０】図２は、図１に係るレイアウト図であっ
て、トランスファートランジスタのゲート電極Ｔｘの一
側にフォトダイオードＰＤが形成される活性領域に所定
の幅だけ重なりながら形成され、ゲート電極の他側下に
はフローティング拡散領域ＦＤが形成される。そして、
フィールド酸化膜（ＦＯＸ）により定義された活性領域
において、フォトダイオードＰＤは、相対的に広い面積
を有しフォトダイオードＰＤからフローティング拡散領
域ＦＤにはボトルネック効果（ｂｏｔｔｌｅ ｎｅｃｋ
ｅｆｆｅｃｔ）を与えながらその面積が狭くなる。
て、トランスファートランジスタのゲート電極Ｔｘの一
側にフォトダイオードＰＤが形成される活性領域に所定
の幅だけ重なりながら形成され、ゲート電極の他側下に
はフローティング拡散領域ＦＤが形成される。そして、
フィールド酸化膜（ＦＯＸ）により定義された活性領域
において、フォトダイオードＰＤは、相対的に広い面積
を有しフォトダイオードＰＤからフローティング拡散領
域ＦＤにはボトルネック効果（ｂｏｔｔｌｅ ｎｅｃｋ
ｅｆｆｅｃｔ）を与えながらその面積が狭くなる。
【００１１】一方、図１に示すように、フォトダイオー
ドをなすｎ−−拡散層１６の形成の際イオン注入マスク
ＭＫ１が実質的に形成されるｎ−−拡散層１６より広い
線幅を有するので、ｎ−−拡散層１６は、トランスファ
ートランジスタのゲート電極Ｔｘと重なった部分を除外
した全活性領域に形成されてフィールド酸化膜（ＦＯ
Ｘ）と接することになる。上述した従来技術では、フォ
トダイオードのｎ−−拡散層１６とｐ−領域（ｐ ｏ−拡
散層、ｐ−エピタキシャル層）との間に逆バイアスがか
かると、ｎ−−拡散層１６とｐ領域の不純物濃度が適切
に調節された時、ｎ−−拡散層１６が完全空乏されなが
らｎ−−拡散層１６下部に存在するｐ−エピタキシャル
層１２と、ｎ−−拡散層１６上部に存在するｐｏ−拡散
層１８に空乏領域が拡張されるが、ドーパント濃度が相
対的に低いｐ−エピタキシャル層１２により多くの空乏
層拡張がおきる。
ドをなすｎ−−拡散層１６の形成の際イオン注入マスク
ＭＫ１が実質的に形成されるｎ−−拡散層１６より広い
線幅を有するので、ｎ−−拡散層１６は、トランスファ
ートランジスタのゲート電極Ｔｘと重なった部分を除外
した全活性領域に形成されてフィールド酸化膜（ＦＯ
Ｘ）と接することになる。上述した従来技術では、フォ
トダイオードのｎ−−拡散層１６とｐ−領域（ｐ ｏ−拡
散層、ｐ−エピタキシャル層）との間に逆バイアスがか
かると、ｎ−−拡散層１６とｐ領域の不純物濃度が適切
に調節された時、ｎ−−拡散層１６が完全空乏されなが
らｎ−−拡散層１６下部に存在するｐ−エピタキシャル
層１２と、ｎ−−拡散層１６上部に存在するｐｏ−拡散
層１８に空乏領域が拡張されるが、ドーパント濃度が相
対的に低いｐ−エピタキシャル層１２により多くの空乏
層拡張がおきる。
【００１２】このようなフォトダイオードＰＤを有する
イメージセンサでは、フォトダイオードＰＤに格納され
た電子（ｅ）をフォトダイオードＰＤから取り出して電
気的出力信号（電圧または電流）を得ることになるが、
最大出力信号は、フォトダイオードＰＤから取り出すこ
とができる電子の数と直接的に比例するため、出力信号
を増加させるためには、光によりフォトダイオード（Ｐ
Ｄ）内で生成及び格納される電子の数を増加させなけれ
ばならない。上述したように、フォトダイオードＰＤの
空乏層で発生された電子が電気的信号（電圧または電
流）に変換されるが、表面から深い所まで幅広く空乏層
が形成できるように、表面層（ｐｏ−拡散層）のドーパ
ント濃度が下部層（ｎ−−拡散層及びｐ−エピタキシャ
ル層）のドーパント濃度より非常に高くなるようにイオ
ン注入をするようになる。
イメージセンサでは、フォトダイオードＰＤに格納され
た電子（ｅ）をフォトダイオードＰＤから取り出して電
気的出力信号（電圧または電流）を得ることになるが、
最大出力信号は、フォトダイオードＰＤから取り出すこ
とができる電子の数と直接的に比例するため、出力信号
を増加させるためには、光によりフォトダイオード（Ｐ
Ｄ）内で生成及び格納される電子の数を増加させなけれ
ばならない。上述したように、フォトダイオードＰＤの
空乏層で発生された電子が電気的信号（電圧または電
流）に変換されるが、表面から深い所まで幅広く空乏層
が形成できるように、表面層（ｐｏ−拡散層）のドーパ
ント濃度が下部層（ｎ−−拡散層及びｐ−エピタキシャ
ル層）のドーパント濃度より非常に高くなるようにイオ
ン注入をするようになる。
【００１３】一方、上記のような従来の技術は、入射光
が入射される時、空乏層であるｎ−−拡散層１６で電子
ホール対（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｈｏｌｅ Ｐａｉｒ：Ｅ
ＨＰ）が発生するが、この中でホール（Ｈ）は、ｐ＋−
半導体基板１１に抜け出すことになり、電子（ｅ）が蓄
積されていてトランスファートランジスタＴｘを介して
フローティング拡散領域（ＦＤ）１９に移動してイメー
ジデータ化される。しかし、上述した従来の技術は、フ
ィールド酸化膜１４のエッジにはフィールド酸化膜１４
の酸化工程時、結晶欠陥（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄ
ｅｆｅｃｔｓ）が主に発生するが、このような結晶欠陥
には、ポイント欠陥（ｐｏｉｎｔｄｅｆｅｔ）、ライン
欠陥（ｌｉｎｅ ｄｅｆｅｃｔ）、面積欠陥（ａｒｅａ
ｄｅｆｅｃｔ）、体積欠陥（ｖｏｌｕｍｅ ｄｅｆｅｃ
ｔ）などがある。
が入射される時、空乏層であるｎ−−拡散層１６で電子
ホール対（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｈｏｌｅ Ｐａｉｒ：Ｅ
ＨＰ）が発生するが、この中でホール（Ｈ）は、ｐ＋−
半導体基板１１に抜け出すことになり、電子（ｅ）が蓄
積されていてトランスファートランジスタＴｘを介して
フローティング拡散領域（ＦＤ）１９に移動してイメー
ジデータ化される。しかし、上述した従来の技術は、フ
ィールド酸化膜１４のエッジにはフィールド酸化膜１４
の酸化工程時、結晶欠陥（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄ
ｅｆｅｃｔｓ）が主に発生するが、このような結晶欠陥
には、ポイント欠陥（ｐｏｉｎｔｄｅｆｅｔ）、ライン
欠陥（ｌｉｎｅ ｄｅｆｅｃｔ）、面積欠陥（ａｒｅａ
ｄｅｆｅｃｔ）、体積欠陥（ｖｏｌｕｍｅ ｄｅｆｅｃ
ｔ）などがある。
【００１４】結局、光が入射されない状態でフィールド
酸化膜１４エッジの欠陥により電子（ｅ）が生成され
て、ｎ−−拡散層１６に格納されることによって、フォ
トダイオードＰＤからフローティング拡散領域（ＦＤ）
１９に暗電流（Ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｎｔ：Ｄ）が流れ
るという問題点がある。言い換えれば、光が入射する場
合のみにフォトダイオードの空乏層（ｎ−−拡散層）で
電子が生成及び格納された後、フローティング拡散領域
に電子が移動して電流が流れるべきであるが、フィール
ド酸化膜１４エッジの欠陥は、光による入力がなくても
熱的に電荷を発生させやすい状態にあるので、欠陥が複
数存在すると、光がない暗い状態でもイメージセンサが
あたかも光が入るような反応を示す非正常状態を示す。
酸化膜１４エッジの欠陥により電子（ｅ）が生成され
て、ｎ−−拡散層１６に格納されることによって、フォ
トダイオードＰＤからフローティング拡散領域（ＦＤ）
１９に暗電流（Ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｎｔ：Ｄ）が流れ
るという問題点がある。言い換えれば、光が入射する場
合のみにフォトダイオードの空乏層（ｎ−−拡散層）で
電子が生成及び格納された後、フローティング拡散領域
に電子が移動して電流が流れるべきであるが、フィール
ド酸化膜１４エッジの欠陥は、光による入力がなくても
熱的に電荷を発生させやすい状態にあるので、欠陥が複
数存在すると、光がない暗い状態でもイメージセンサが
あたかも光が入るような反応を示す非正常状態を示す。
【００１５】これを解決するため、図２に示すように、
深いｎ−−拡散層を形成するためのイオン注入マスクＭ
Ｋ１より相対的に線幅が小さいイオン注入マスクＭＫ２
を用いて深いｎ−−拡散層を形成する方法が提案された
が、この方法は、ｎ−−拡散層を形成するためのイオン
注入マスクＭＫ２工程時自己整列されないため、オーバ
ーレイ（ｏｖｅｒｌａｙ）等に敏感であるという短所が
あり、後続熱工程によりｎ−−拡散層がフィールド酸化
膜（ＦＯＸ）のエッジ近くに拡散するという問題が発生
する。
深いｎ−−拡散層を形成するためのイオン注入マスクＭ
Ｋ１より相対的に線幅が小さいイオン注入マスクＭＫ２
を用いて深いｎ−−拡散層を形成する方法が提案された
が、この方法は、ｎ−−拡散層を形成するためのイオン
注入マスクＭＫ２工程時自己整列されないため、オーバ
ーレイ（ｏｖｅｒｌａｙ）等に敏感であるという短所が
あり、後続熱工程によりｎ−−拡散層がフィールド酸化
膜（ＦＯＸ）のエッジ近くに拡散するという問題が発生
する。
【００１６】
【非特許文献１】Ａ ＣＭＯＳ ＩＭＡＧＥ ＳＥＮＳ
ＯＲ ＷＩＴＨ Ａ ＳＩＭＰＬＥ ＦＩＸＥＤ ＰＡ
ＴＴＥＲＮ ＮＯＩＳＥ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣ
ＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ Ａ ＨＯＬＥ ＡＣＣＵＭＵ
ＬＡＴＩＯＮ ＤＩＯＤＥ（ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ
ＯＦ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＣＩＲＣＵＩＴＳ，
ＶＯＬ．３５，ＮＯ．１２ ＤＥＣＥＭＢＥＲ ２００
０，ＰＡＧＥＳ２０３８−２０４３）
ＯＲ ＷＩＴＨ Ａ ＳＩＭＰＬＥ ＦＩＸＥＤ ＰＡ
ＴＴＥＲＮ ＮＯＩＳＥ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣ
ＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ Ａ ＨＯＬＥ ＡＣＣＵＭＵ
ＬＡＴＩＯＮ ＤＩＯＤＥ（ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ
ＯＦ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＣＩＲＣＵＩＴＳ，
ＶＯＬ．３５，ＮＯ．１２ ＤＥＣＥＭＢＥＲ ２００
０，ＰＡＧＥＳ２０３８−２０４３）
【００１７】
【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、フィ
ールド酸化膜エッジに発生した結晶欠陥による暗電流生
成を抑制することに好適な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、フィ
ールド酸化膜エッジに発生した結晶欠陥による暗電流生
成を抑制することに好適な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。
【００１８】
【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イメージセンサは、半導体層
と、前記半導体層の所定部分にフォトダイオード領域
と、前記フォトダイオード領域より相対的に面積が狭い
フローティング拡散領域と、前記フォトダイオード領域
と前記フローティング拡散領域とを接続させるボトルネ
ック構造のチャネル領域からなる活性領域と、前記活性
領域を電気的に隔離させるフィールド領域と、前記活性
領域側に第１の幅ほど拡張されて前記フィールド領域よ
り広い面積を有する前記フィールド領域下部のフィール
ドストップ層と、前記チャネル領域を覆ってチャネル領
域に接した前記フォトダイオード領域の一側面の全領域
に第２の幅ほど重なった一側面を有する前記半導体層上
のゲート電極とを含んでなることを特徴とする。
になされた本発明によるイメージセンサは、半導体層
と、前記半導体層の所定部分にフォトダイオード領域
と、前記フォトダイオード領域より相対的に面積が狭い
フローティング拡散領域と、前記フォトダイオード領域
と前記フローティング拡散領域とを接続させるボトルネ
ック構造のチャネル領域からなる活性領域と、前記活性
領域を電気的に隔離させるフィールド領域と、前記活性
領域側に第１の幅ほど拡張されて前記フィールド領域よ
り広い面積を有する前記フィールド領域下部のフィール
ドストップ層と、前記チャネル領域を覆ってチャネル領
域に接した前記フォトダイオード領域の一側面の全領域
に第２の幅ほど重なった一側面を有する前記半導体層上
のゲート電極とを含んでなることを特徴とする。
【００１９】また、上記目的を達成するためになされた
本発明によるイメージセンサは、半導体層と、前記半導
体層の所定部分にフォトダイオード領域と、前記フォト
ダイオード領域より相対的に面積が狭いフローティング
拡散領域と、前記フォトダイオード領域と前記フローテ
ィング拡散領域とを接続させるボトルネック構造のチャ
ネル領域からなる活性領域と、前記活性領域を電気的に
隔離させるフィールド領域と、前記フォトダイオード領
域側に第１の幅ほど拡張されて前記フィールド領域より
より広い面積を有する前記フィールド領域下部のフィー
ルドストップ層と、前記チャネル領域を覆ってチャネル
領域に接した前記フォトダイオード領域の一側面の全領
域に第２の幅ほど重なった一側面を有する前記半導体層
上のゲート電極とを含んでなることを特徴とする。
本発明によるイメージセンサは、半導体層と、前記半導
体層の所定部分にフォトダイオード領域と、前記フォト
ダイオード領域より相対的に面積が狭いフローティング
拡散領域と、前記フォトダイオード領域と前記フローテ
ィング拡散領域とを接続させるボトルネック構造のチャ
ネル領域からなる活性領域と、前記活性領域を電気的に
隔離させるフィールド領域と、前記フォトダイオード領
域側に第１の幅ほど拡張されて前記フィールド領域より
より広い面積を有する前記フィールド領域下部のフィー
ルドストップ層と、前記チャネル領域を覆ってチャネル
領域に接した前記フォトダイオード領域の一側面の全領
域に第２の幅ほど重なった一側面を有する前記半導体層
上のゲート電極とを含んでなることを特徴とする。
【００２０】上記目的を達成するためになされた本発明
によるイメージセンサの製造方法は、半導体層上に前記
半導体層の表面一部を露出させる素子分離マスクを形成
するステップと、前記露出された半導体層内に前記素子
分離マスクの露出面積よりより広い面積を有する第１拡
散層を形成するステップと、前記第１拡散層上に前記第
１拡散層より小さい面積を有するフィールド酸化膜を形
成するステップと、前記フィールド酸化膜により定義さ
れた前記半導体層の活性領域上にゲート電極を形成する
ステップと、前記半導体層内に前記ゲート電極の一側エ
ッジと前記第１拡散層に自己整列される第２拡散層を形
成するステップと、前記第２拡散層内に前記ゲート電極
の一側エッジから所定の距離を置いて整列される第３拡
散層を形成するステップとを含んでなることを特徴とす
る。
によるイメージセンサの製造方法は、半導体層上に前記
半導体層の表面一部を露出させる素子分離マスクを形成
するステップと、前記露出された半導体層内に前記素子
分離マスクの露出面積よりより広い面積を有する第１拡
散層を形成するステップと、前記第１拡散層上に前記第
１拡散層より小さい面積を有するフィールド酸化膜を形
成するステップと、前記フィールド酸化膜により定義さ
れた前記半導体層の活性領域上にゲート電極を形成する
ステップと、前記半導体層内に前記ゲート電極の一側エ
ッジと前記第１拡散層に自己整列される第２拡散層を形
成するステップと、前記第２拡散層内に前記ゲート電極
の一側エッジから所定の距離を置いて整列される第３拡
散層を形成するステップとを含んでなることを特徴とす
る。
【００２１】また、上記目的を達成するためになされた
本発明によるイメージセンサの製造方法は、半導体層上
に前記半導体層の一側表面を露出させる第１素子分離マ
スクを形成するステップと、前記露出された半導体層内
に前記第１素子分離マスクの露出面積より広い面積を有
する第１拡散層を形成するステップと、前記半導体層上
に前記半導体層の他側表面を露出させる第２素子分離マ
スクを形成するステップと、前記露出された半導体層内
に前記第２素子分離マスクの露出面積と同じ面積を有す
る第２拡散層を形成するステップと、前記第１拡散層上
に前記第１拡散層より小さい面積を有する第１フィール
ド酸化膜を形成すると同時に前記第２拡散層上に前記第
２拡散層と同じ面積を有する第２フィールド酸化膜を形
成するステップと、前記半導体層の活性領域と前記第２
フィールド酸化膜とに、ともに重なるゲート電極を形成
するステップと、前記半導体層内に前記ゲート電極の一
側エッジと前記第１拡散層に自己整列される第３拡散層
を形成するステップと、前記第３拡散層内に前記ゲート
電極の一側エッジから所定距離を置いて整列される第４
拡散層を形成するステップとを含んでなることを特徴と
する。
本発明によるイメージセンサの製造方法は、半導体層上
に前記半導体層の一側表面を露出させる第１素子分離マ
スクを形成するステップと、前記露出された半導体層内
に前記第１素子分離マスクの露出面積より広い面積を有
する第１拡散層を形成するステップと、前記半導体層上
に前記半導体層の他側表面を露出させる第２素子分離マ
スクを形成するステップと、前記露出された半導体層内
に前記第２素子分離マスクの露出面積と同じ面積を有す
る第２拡散層を形成するステップと、前記第１拡散層上
に前記第１拡散層より小さい面積を有する第１フィール
ド酸化膜を形成すると同時に前記第２拡散層上に前記第
２拡散層と同じ面積を有する第２フィールド酸化膜を形
成するステップと、前記半導体層の活性領域と前記第２
フィールド酸化膜とに、ともに重なるゲート電極を形成
するステップと、前記半導体層内に前記ゲート電極の一
側エッジと前記第１拡散層に自己整列される第３拡散層
を形成するステップと、前記第３拡散層内に前記ゲート
電極の一側エッジから所定距離を置いて整列される第４
拡散層を形成するステップとを含んでなることを特徴と
する。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係るイメージセン
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。図３は、本発明の第１の実施例に係
るＣＭＯＳイメージセンサの平面図であって、フォトダ
イオードＰＤ、トランスファートランジスタのゲート電
極Ｔｘ及びフローティング拡散領域ＦＤを示している。
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。図３は、本発明の第１の実施例に係
るＣＭＯＳイメージセンサの平面図であって、フォトダ
イオードＰＤ、トランスファートランジスタのゲート電
極Ｔｘ及びフローティング拡散領域ＦＤを示している。
【００２３】図３に示すように、半導体基板２１と、半
導体基板２１の所定部分にフォトダイオードＰＤと、フ
ォトダイオードＰＤより相対的に面積が狭いフローティ
ング拡散領域ＦＤ及びフォトダイオードＰＤとフローテ
ィング拡散領域ＦＤとを接続させるボトルネック構造の
チャネル領域Ｃｈからなる活性領域が形成される。そし
て、活性領域を電気的に隔離させるフィールド酸化膜２
６が形成され、活性領域側に第１の幅ほど拡張されてフ
ィールド酸化膜２６より広い面積を有してフィールド酸
化膜２６下部にフィールドストップ層２５が形成され
る。そして、チャネル領域Ｃｈを覆ってチャネル領域Ｃ
ｈに接続されたフォトダイオードＰＤの一側面の全領域
にわたって第２の幅ほど重なった一側面を有してフロー
ティング拡散領域（ＦＤ）に他側面が揃えられるゲート
電極２７が半導体基板２１上に形成される。
導体基板２１の所定部分にフォトダイオードＰＤと、フ
ォトダイオードＰＤより相対的に面積が狭いフローティ
ング拡散領域ＦＤ及びフォトダイオードＰＤとフローテ
ィング拡散領域ＦＤとを接続させるボトルネック構造の
チャネル領域Ｃｈからなる活性領域が形成される。そし
て、活性領域を電気的に隔離させるフィールド酸化膜２
６が形成され、活性領域側に第１の幅ほど拡張されてフ
ィールド酸化膜２６より広い面積を有してフィールド酸
化膜２６下部にフィールドストップ層２５が形成され
る。そして、チャネル領域Ｃｈを覆ってチャネル領域Ｃ
ｈに接続されたフォトダイオードＰＤの一側面の全領域
にわたって第２の幅ほど重なった一側面を有してフロー
ティング拡散領域（ＦＤ）に他側面が揃えられるゲート
電極２７が半導体基板２１上に形成される。
【００２４】一方、フォトダイオードＰＤは、ゲート電
極Ｔｘの一側面とフィールドストップ層２５に揃えられ
て形成されたｎ−−拡散層２９と、ゲート電極２７の一
側面から所定距離を置いてフィールドストップ層２５に
揃えられてｎ−−拡散層２９内に形成されたｐｏ−拡散
層３１とからなる。一方、ゲート電極２７の他側にはｎ
＋−拡散層３３が形成される。
極Ｔｘの一側面とフィールドストップ層２５に揃えられ
て形成されたｎ−−拡散層２９と、ゲート電極２７の一
側面から所定距離を置いてフィールドストップ層２５に
揃えられてｎ−−拡散層２９内に形成されたｐｏ−拡散
層３１とからなる。一方、ゲート電極２７の他側にはｎ
＋−拡散層３３が形成される。
【００２５】図４乃至図８は、図３のＩ−Ｉ’線に沿っ
て、第１の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサの製造
方法を説明するための工程断面図であり、図９乃至図１
２は、第１の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサの製
造方法を説明するための工程平面図である。以下、図４
乃至図８、図９乃至図１２を共に参照しながら説明す
る。
て、第１の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサの製造
方法を説明するための工程断面図であり、図９乃至図１
２は、第１の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサの製
造方法を説明するための工程平面図である。以下、図４
乃至図８、図９乃至図１２を共に参照しながら説明す
る。
【００２６】図４に示すように、高濃度ｐ型不純物がド
ーピングされたｐ＋−半導体基板２１上にｐ−エピタキ
シャル層２２を成長させた後、ｐ−エピタキシャル層２
２上にパッド酸化膜２３とパッド窒化膜２４を形成す
る。ここで、ｐ−エピタキシャル層２２を成長させる理
由は、低濃度ｐ−エピタキシャル層２２が存在するの
で、フォトダイオードＰＤの空乏層の深さを増加させる
ことができるため、優れた光感度特性が得られ、フォト
ダイオードＰＤの空乏層が到達しないｐ＋−半導体基板
２１の深い所で発生し得る光電荷等の不規則な移動によ
る単位画素間クロストーク現象を高濃度のｐ＋−半導体
基板２１の存在により光電荷を再結合させることによっ
て防止できるためである。
ーピングされたｐ＋−半導体基板２１上にｐ−エピタキ
シャル層２２を成長させた後、ｐ−エピタキシャル層２
２上にパッド酸化膜２３とパッド窒化膜２４を形成す
る。ここで、ｐ−エピタキシャル層２２を成長させる理
由は、低濃度ｐ−エピタキシャル層２２が存在するの
で、フォトダイオードＰＤの空乏層の深さを増加させる
ことができるため、優れた光感度特性が得られ、フォト
ダイオードＰＤの空乏層が到達しないｐ＋−半導体基板
２１の深い所で発生し得る光電荷等の不規則な移動によ
る単位画素間クロストーク現象を高濃度のｐ＋−半導体
基板２１の存在により光電荷を再結合させることによっ
て防止できるためである。
【００２７】次に、パッド窒化膜２４上に素子分離マス
ク（図示せず）を形成した後、素子分離マスクにより露
出されたパッド窒化膜２４を先にエッチングし、連続し
てパッド窒化膜２４エッチング後露出されたパッド酸化
膜２３をエッチングしてフィールド酸化膜が形成される
ｐ−エピタキシャル層２２表面を露出させる。ここで、
露出されたｐ−エピタキシャル層２２表面の一部は、フ
ィールド酸化膜が形成される領域であり、露出されない
ｐ−エピタキシャル層２２は、活性領域である。
ク（図示せず）を形成した後、素子分離マスクにより露
出されたパッド窒化膜２４を先にエッチングし、連続し
てパッド窒化膜２４エッチング後露出されたパッド酸化
膜２３をエッチングしてフィールド酸化膜が形成される
ｐ−エピタキシャル層２２表面を露出させる。ここで、
露出されたｐ−エピタキシャル層２２表面の一部は、フ
ィールド酸化膜が形成される領域であり、露出されない
ｐ−エピタキシャル層２２は、活性領域である。
【００２８】次に、素子分離マスクを除去した後、素子
分離マスク除去後露出されたパッド窒化膜２４をマスク
にして露出された一部ｐ−エピタキシャル層２２の表面
にｎ−チャネルフィールドストップ層（以下「フィール
ドストップ層」と記す）２５のための不純物を傾斜（ｔ
ｉｌｔ）角を与えながら回転及びツイスト（ｔｗｉｓ
ｔ）させてイオン注入する。この場合、フィールドスト
ップ層２５を形成するためのイオン注入は、ボロン（
１１Ｂ）を３．０×１０１３ｃｍ−３ドーズ量と３０ｋ
ｅＶのイオン注入エネルギーで所定傾斜角（α）を与え
回転（×４）させながら実行する。
分離マスク除去後露出されたパッド窒化膜２４をマスク
にして露出された一部ｐ−エピタキシャル層２２の表面
にｎ−チャネルフィールドストップ層（以下「フィール
ドストップ層」と記す）２５のための不純物を傾斜（ｔ
ｉｌｔ）角を与えながら回転及びツイスト（ｔｗｉｓ
ｔ）させてイオン注入する。この場合、フィールドスト
ップ層２５を形成するためのイオン注入は、ボロン（
１１Ｂ）を３．０×１０１３ｃｍ−３ドーズ量と３０ｋ
ｅＶのイオン注入エネルギーで所定傾斜角（α）を与え
回転（×４）させながら実行する。
【００２９】このように、傾斜及び回転を与えながら不
純物をイオン注入すると、傾斜及び回転なしにイオン注
入して形成する場合に比べて、フィールドストップ層２
５が活性領域と重なる長さ（ｘ）が増加する。すなわ
ち、傾斜及び回転なしにイオン注入して形成されたフィ
ールドストップ層２５は、単純にフィールド酸化膜下に
みに位置するだけであって活性領域には侵入しない。
純物をイオン注入すると、傾斜及び回転なしにイオン注
入して形成する場合に比べて、フィールドストップ層２
５が活性領域と重なる長さ（ｘ）が増加する。すなわ
ち、傾斜及び回転なしにイオン注入して形成されたフィ
ールドストップ層２５は、単純にフィールド酸化膜下に
みに位置するだけであって活性領域には侵入しない。
【００３０】一方、フィールドストップ層２５を形成す
るためのイオン注入マスクは、パッド窒化膜２４を利用
したが、別途のイオン注入マスクを利用することもでき
る。フィールドストップ層２５の平面図（図９）を説明
すると、フィールド酸化膜が形成される領域からパッド
窒化膜２４により露出されたｐ−エピタキシャル層２２
内にｘほど侵入したフィールドストップ層２５が形成さ
れることが分かる。
るためのイオン注入マスクは、パッド窒化膜２４を利用
したが、別途のイオン注入マスクを利用することもでき
る。フィールドストップ層２５の平面図（図９）を説明
すると、フィールド酸化膜が形成される領域からパッド
窒化膜２４により露出されたｐ−エピタキシャル層２２
内にｘほど侵入したフィールドストップ層２５が形成さ
れることが分かる。
【００３１】図５に示すように、フィールドストップ層
２５が形成されたｐ−エピタキシャル層２２の表面を酸
化させて、フィールドストップ層２５上にフィールド酸
化膜２６を成長した後、パッド窒化膜２４とパッド酸化
膜２３を除去する。この場合、フィールド酸化膜２６に
より定義される活性領域は、図９を参照すると、広い面
積を有する第１活性領域ＡＣＴ１、第１活性領域ＡＣＴ
１より相対的に面積及び長短軸の幅が小さい第２活性領
域ＡＣＴ２、及び第１活性領域ＡＣＴ１と第２活性領域
ＡＣＴ２とを接続させるボトルネック構造‘Ａ’の第３
活性領域ＡＣＴ３である。
２５が形成されたｐ−エピタキシャル層２２の表面を酸
化させて、フィールドストップ層２５上にフィールド酸
化膜２６を成長した後、パッド窒化膜２４とパッド酸化
膜２３を除去する。この場合、フィールド酸化膜２６に
より定義される活性領域は、図９を参照すると、広い面
積を有する第１活性領域ＡＣＴ１、第１活性領域ＡＣＴ
１より相対的に面積及び長短軸の幅が小さい第２活性領
域ＡＣＴ２、及び第１活性領域ＡＣＴ１と第２活性領域
ＡＣＴ２とを接続させるボトルネック構造‘Ａ’の第３
活性領域ＡＣＴ３である。
【００３２】ここで、第１活性領域ＡＣＴ１は、フォト
ダイオードＰＤが形成される領域であり、第２活性領域
ＡＣＴ２は、フローティング拡散領域ＦＤが形成される
領域であり、第３活性領域ＡＣＴ３は、トランスファー
トランジスタのチャネル（Ｃｈａｎｎｅｌ：ｃｈ）が形
成される領域である。以下、第１活性領域ＡＣＴ１、第
２活性領域ＡＣＴ２、第３活性領域ＡＣＴ３を各々フォ
トダイオードＰＤ、フローティング拡散領域ＦＤ、チャ
ネル領域ｃｈと略して示す。
ダイオードＰＤが形成される領域であり、第２活性領域
ＡＣＴ２は、フローティング拡散領域ＦＤが形成される
領域であり、第３活性領域ＡＣＴ３は、トランスファー
トランジスタのチャネル（Ｃｈａｎｎｅｌ：ｃｈ）が形
成される領域である。以下、第１活性領域ＡＣＴ１、第
２活性領域ＡＣＴ２、第３活性領域ＡＣＴ３を各々フォ
トダイオードＰＤ、フローティング拡散領域ＦＤ、チャ
ネル領域ｃｈと略して示す。
【００３３】一方、フィールド酸化膜２６を形成する前
に、図面には示さなかったが、以後熱工程による側面拡
散を通してドライブトランジスタＤｘとセレクトトラン
ジスタＳｘを内包できるように、ｐ−ウェルをｐ−エピ
タキシャル層２２の所定領域に形成する。次に、パッド
酸化膜２３除去後単位画素の４個のトランジスタの中で
ドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘ
を形成するための一般的なトランジスタ製造工程を実行
する。
に、図面には示さなかったが、以後熱工程による側面拡
散を通してドライブトランジスタＤｘとセレクトトラン
ジスタＳｘを内包できるように、ｐ−ウェルをｐ−エピ
タキシャル層２２の所定領域に形成する。次に、パッド
酸化膜２３除去後単位画素の４個のトランジスタの中で
ドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘ
を形成するための一般的なトランジスタ製造工程を実行
する。
【００３４】図面に示さなかったが、ｐ−ウェル内にト
ランジスタのしきい電圧（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖｏｌ
ｔａｇｅ）を調節するしきい電圧調節イオンのイオン注
入工程と、パンチスルー特性を調節するｐ型不純物の深
いイオン注入工程を実施し、このようなイオン注入工程
は、フォトダイオードＰＤが形成される活性領域とトラ
ンスファートランジスタのソース／ドレイン（すなわ
ち、フローティング拡散領域）が形成される領域には実
行されない。
ランジスタのしきい電圧（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖｏｌ
ｔａｇｅ）を調節するしきい電圧調節イオンのイオン注
入工程と、パンチスルー特性を調節するｐ型不純物の深
いイオン注入工程を実施し、このようなイオン注入工程
は、フォトダイオードＰＤが形成される活性領域とトラ
ンスファートランジスタのソース／ドレイン（すなわ
ち、フローティング拡散領域）が形成される領域には実
行されない。
【００３５】図６に示すように、単位画素の４個のトラ
ンジスタのゲート電極を形成するために、導電膜を蒸着
し、感光膜を塗布した後、露光及び現像によりパターン
ニングしてゲート電極形成用感光膜パターン（図示せ
ず）を形成する。この場合、以後形成されるトランスフ
ァートランジスタＴｘの一側面におけるフォトダイオー
ドＰＤのドーピングプロファイルが電荷運送効率を決定
するようになるので、ゲート電極の厚さを十分に厚くし
てフォトダイオードを形成するための高エネルギーｎ型
不純物イオン注入と低エネルギーｐ型不純物イオン注入
をトランスファートランジスタＴｘの一側面で揃えるこ
とができるようにする。
ンジスタのゲート電極を形成するために、導電膜を蒸着
し、感光膜を塗布した後、露光及び現像によりパターン
ニングしてゲート電極形成用感光膜パターン（図示せ
ず）を形成する。この場合、以後形成されるトランスフ
ァートランジスタＴｘの一側面におけるフォトダイオー
ドＰＤのドーピングプロファイルが電荷運送効率を決定
するようになるので、ゲート電極の厚さを十分に厚くし
てフォトダイオードを形成するための高エネルギーｎ型
不純物イオン注入と低エネルギーｐ型不純物イオン注入
をトランスファートランジスタＴｘの一側面で揃えるこ
とができるようにする。
【００３６】次に、ゲート電極形成用感光膜パターンを
エッチングマスクとして導電膜をエッチングして単位画
素の４個のトランジスタのゲート電極２７を形成する。
ここで、図面に示されたゲート電極２７は、トランスフ
ァートランジスタＴｘのゲート電極である。この場合、
ゲート電極２７は、ゲート電極２７下部の第３活性領域
ＡＣＴ３がボトルネック構造を有するので、フォトダイ
オードＰＤが形成される活性領域に重なる長軸の幅ｗ１
を大きく増加させることができる（図１０参照）。
エッチングマスクとして導電膜をエッチングして単位画
素の４個のトランジスタのゲート電極２７を形成する。
ここで、図面に示されたゲート電極２７は、トランスフ
ァートランジスタＴｘのゲート電極である。この場合、
ゲート電極２７は、ゲート電極２７下部の第３活性領域
ＡＣＴ３がボトルネック構造を有するので、フォトダイ
オードＰＤが形成される活性領域に重なる長軸の幅ｗ１
を大きく増加させることができる（図１０参照）。
【００３７】したがって、チャネル領域がボトルネック
構造であるトランスファートランジスタにおいて、ドレ
イン電流Ｉｄｓａｔやしきい電圧Ｖｔなどの主要パラメ
ーター（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を決定するトランジスタ
幅（ｗｉｄｔｈ：ｗ）は、フォトダイオードに重なるゲ
ート電極の長軸の幅ｗ１ではなく、フローティング拡散
領域ＦＤの短軸の幅ｗ２である。例えば、広い幅の通路
から狭い幅の通路に電流が流れる場合、狭い幅の通路の
幅により流れる速度が決定されるのであって、広い幅の
通路の幅は速度に関係ない。
構造であるトランスファートランジスタにおいて、ドレ
イン電流Ｉｄｓａｔやしきい電圧Ｖｔなどの主要パラメ
ーター（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を決定するトランジスタ
幅（ｗｉｄｔｈ：ｗ）は、フォトダイオードに重なるゲ
ート電極の長軸の幅ｗ１ではなく、フローティング拡散
領域ＦＤの短軸の幅ｗ２である。例えば、広い幅の通路
から狭い幅の通路に電流が流れる場合、狭い幅の通路の
幅により流れる速度が決定されるのであって、広い幅の
通路の幅は速度に関係ない。
【００３８】次いで、ゲート電極２７を含む全面に感光
膜を塗布した後、感光膜を選択的にパターンニングして
高エネルギーで低濃度ｎ型不純物ｎ−をイオン注入する
ための第１マスク２８を形成する。この場合、第１マス
ク２８の一側面は、ゲート電極２７の中央に揃えられ、
他側面はフォトダイオードＰＤ内部に入る部分なしにフ
ィールド酸化膜２６上の所定部分に揃えられる（図１０
参照）。
膜を塗布した後、感光膜を選択的にパターンニングして
高エネルギーで低濃度ｎ型不純物ｎ−をイオン注入する
ための第１マスク２８を形成する。この場合、第１マス
ク２８の一側面は、ゲート電極２７の中央に揃えられ、
他側面はフォトダイオードＰＤ内部に入る部分なしにフ
ィールド酸化膜２６上の所定部分に揃えられる（図１０
参照）。
【００３９】次に、第１マスク２８をイオン注入マスク
として、高エネルギーで低濃度ｎ型不純物ｎ−をイオン
注入して、ｎ−−拡散層２９を形成する。この場合、ｎ
−−拡散層２９は、一側がゲート電極２７の一側エッジ
に揃えられ、他側がフィールドストップ層２５の片側エ
ッジに揃えられる。すなわち、たとえフィールド酸化膜
２６の一部をオープンさせるイオン注入マスクを使用す
るとしても、ｎ−−拡散層２９は、所定幅（ｘ）ほど活
性領域に侵入したフィールドストップ層２５によりフィ
ールド酸化膜２６に接しない。
として、高エネルギーで低濃度ｎ型不純物ｎ−をイオン
注入して、ｎ−−拡散層２９を形成する。この場合、ｎ
−−拡散層２９は、一側がゲート電極２７の一側エッジ
に揃えられ、他側がフィールドストップ層２５の片側エ
ッジに揃えられる。すなわち、たとえフィールド酸化膜
２６の一部をオープンさせるイオン注入マスクを使用す
るとしても、ｎ−−拡散層２９は、所定幅（ｘ）ほど活
性領域に侵入したフィールドストップ層２５によりフィ
ールド酸化膜２６に接しない。
【００４０】結局、ｎ−−拡散層２９は、ゲート電極２
７とフィールドストップ層２５により揃えられつつ、フ
ィールドストップ層２５によりフィールド酸化膜２６の
エッジと電気的に隔離される。そして、フォトダイオー
ドの一側面を十分に覆うように、ゲート電極２７の両側
終端を拡張させ、フィールドストップ層２５によりｎ−
−拡散層２９が揃えられるので、従来ｎ−−拡散層２９
を形成するためのレティクルの修正なしにそのまま適用
可能である。
７とフィールドストップ層２５により揃えられつつ、フ
ィールドストップ層２５によりフィールド酸化膜２６の
エッジと電気的に隔離される。そして、フォトダイオー
ドの一側面を十分に覆うように、ゲート電極２７の両側
終端を拡張させ、フィールドストップ層２５によりｎ−
−拡散層２９が揃えられるので、従来ｎ−−拡散層２９
を形成するためのレティクルの修正なしにそのまま適用
可能である。
【００４１】このように、レティクルの修正なしにｎ−
−拡散層２９を形成すると、新しいレティクル製作が不
要となりコストが低減され、フィールド酸化膜２６とｎ
−−拡散層２９との間の距離調節のための工程調節（ｔ
ｕｎｉｎｇ）が自在となり、ｎ−−拡散層２９が揃えら
れるので、マスクオーバーレイマージン確保が可能とな
る。もし、新しいレティクルを利用してｎ−−拡散層２
９を形成する場合には、フィールド酸化膜２６とｎ−−
拡散層２９との間の距離調節のための工程制御が困難で
ある。
−拡散層２９を形成すると、新しいレティクル製作が不
要となりコストが低減され、フィールド酸化膜２６とｎ
−−拡散層２９との間の距離調節のための工程調節（ｔ
ｕｎｉｎｇ）が自在となり、ｎ−−拡散層２９が揃えら
れるので、マスクオーバーレイマージン確保が可能とな
る。もし、新しいレティクルを利用してｎ−−拡散層２
９を形成する場合には、フィールド酸化膜２６とｎ−−
拡散層２９との間の距離調節のための工程制御が困難で
ある。
【００４２】図１０を参照すると、ｎ−−拡散層２９
は、長軸がより長くなったゲート電極２７の一側面に揃
えられ、ゲート電極２７の一側面に揃えられた部分を除
外した残りの部分はフィールドストップ層２５により揃
えられてフォトダイオードＰＤ内に形成される。したが
って、ｎ−−拡散層２９をゲート電極２７の長軸の両端
に揃えさせず一側面のみに揃えさせることによって、暗
電流の原因となるｎ−−拡散層２９とフィールド酸化膜
２６の角地域が接することを最小化する。
は、長軸がより長くなったゲート電極２７の一側面に揃
えられ、ゲート電極２７の一側面に揃えられた部分を除
外した残りの部分はフィールドストップ層２５により揃
えられてフォトダイオードＰＤ内に形成される。したが
って、ｎ−−拡散層２９をゲート電極２７の長軸の両端
に揃えさせず一側面のみに揃えさせることによって、暗
電流の原因となるｎ−−拡散層２９とフィールド酸化膜
２６の角地域が接することを最小化する。
【００４３】第１マスク２８を除去した後、後続工程
で、図面には示さなかったが、単位画素の４個のトラン
ジスタのＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａ
ｉｎ）構造を形成するためのイオン注入工程が実行され
る。まず、全面に感光膜を塗布した後、露光及び現像に
よりパターンニングしてＬＤＤ構造を形成するための第
２マスク（図示せず）を形成した後、第２マスクをイオ
ン注入マスクとして低濃度ｎ型不純物をｐ−ウェル（図
示せず）内に注入してＬＤＤ構造（図示せず）を形成す
る。この場合、ｐ−エピタキシャル層２２に形成される
べきであるフォトダイオードと２個のネイティブトラン
ジスタＴｘ、Ｒｘが形成される領域にはＬＤＤ構造を形
成するためのイオン注入は実行されない。
で、図面には示さなかったが、単位画素の４個のトラン
ジスタのＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａ
ｉｎ）構造を形成するためのイオン注入工程が実行され
る。まず、全面に感光膜を塗布した後、露光及び現像に
よりパターンニングしてＬＤＤ構造を形成するための第
２マスク（図示せず）を形成した後、第２マスクをイオ
ン注入マスクとして低濃度ｎ型不純物をｐ−ウェル（図
示せず）内に注入してＬＤＤ構造（図示せず）を形成す
る。この場合、ｐ−エピタキシャル層２２に形成される
べきであるフォトダイオードと２個のネイティブトラン
ジスタＴｘ、Ｒｘが形成される領域にはＬＤＤ構造を形
成するためのイオン注入は実行されない。
【００４４】第２マスク（図示せず）を除去した後、図
７に示すように、全面にスペーサ用絶縁膜を蒸着した
後、絶縁膜を全面エッチングしてゲート電極２７の両側
壁に接するスペーサ３０を形成する。次いで、ブランケ
ット（ｂｌａｎｋｅｔ）イオン注入法で低エネルギーｐ
型不純物ｐｏをイオン注入して、ｎ−−拡散層２９及び
ゲート電極２７の一側面に露出されたｐ−エピタキシャ
ル層２２に同時にｐｏ−拡散層３１を形成する。この場
合、ｎ−−拡散層２９内に形成されるｐｏ−拡散層３１
は、スペーサ３０の厚さほど距離を置いてスペーサに揃
えさせる。
７に示すように、全面にスペーサ用絶縁膜を蒸着した
後、絶縁膜を全面エッチングしてゲート電極２７の両側
壁に接するスペーサ３０を形成する。次いで、ブランケ
ット（ｂｌａｎｋｅｔ）イオン注入法で低エネルギーｐ
型不純物ｐｏをイオン注入して、ｎ−−拡散層２９及び
ゲート電極２７の一側面に露出されたｐ−エピタキシャ
ル層２２に同時にｐｏ−拡散層３１を形成する。この場
合、ｎ−−拡散層２９内に形成されるｐｏ−拡散層３１
は、スペーサ３０の厚さほど距離を置いてスペーサに揃
えさせる。
【００４５】一方、ブランケットイオン注入法であるの
で、ゲート電極２７の他側面に露出されたｐ−エピタキ
シャル層２２にもｐｏ−拡散層が形成されるが、ｐ−エ
ピタキシャル層２２と同じｐ型不純物で形成されて別途
の作用をしない。上述した低エネルギーｐ型不純物ｐｏ
のイオン注入を通してｐｏ−拡散層３１とｎ−−拡散層
２９とからなる浅いｐｎ接合が形成され、ｐ−エピタキ
シャル層２２／ｎ−−拡散層２９／ｐｏ−拡散層３１か
らなるｐｎｐ型フォトダイオードが形成される。ｐｏ−
拡散層３１の平面図（図１１）を述べると、ｐｏ−拡散
層３１は、一側面がスペーサ（図示せず）に揃えられ、
残りの部分はフィールドストップ層２５に揃えられる。
で、ゲート電極２７の他側面に露出されたｐ−エピタキ
シャル層２２にもｐｏ−拡散層が形成されるが、ｐ−エ
ピタキシャル層２２と同じｐ型不純物で形成されて別途
の作用をしない。上述した低エネルギーｐ型不純物ｐｏ
のイオン注入を通してｐｏ−拡散層３１とｎ−−拡散層
２９とからなる浅いｐｎ接合が形成され、ｐ−エピタキ
シャル層２２／ｎ−−拡散層２９／ｐｏ−拡散層３１か
らなるｐｎｐ型フォトダイオードが形成される。ｐｏ−
拡散層３１の平面図（図１１）を述べると、ｐｏ−拡散
層３１は、一側面がスペーサ（図示せず）に揃えられ、
残りの部分はフィールドストップ層２５に揃えられる。
【００４６】図８に示すように、全面に感光膜を塗布し
露光及び現像によりパターニングして、ソース／ドレイ
ン領域を形成するための第３マスク（図示せず）を形成
した後、第３マスクをイオン注入マスクに高濃度ｎ型不
純物ｎ＋をイオン注入して、単位画素内にドライブトラ
ンジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘのソース／ド
レイン領域（図示せず）とトランスファートランジスタ
ＴｘとリセットトランジスタＲｘのソース／ドレイン領
域、すなわち、フローティング拡散領域ＦＤであるｎ＋
−拡散層３３を形成する。
露光及び現像によりパターニングして、ソース／ドレイ
ン領域を形成するための第３マスク（図示せず）を形成
した後、第３マスクをイオン注入マスクに高濃度ｎ型不
純物ｎ＋をイオン注入して、単位画素内にドライブトラ
ンジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘのソース／ド
レイン領域（図示せず）とトランスファートランジスタ
ＴｘとリセットトランジスタＲｘのソース／ドレイン領
域、すなわち、フローティング拡散領域ＦＤであるｎ＋
−拡散層３３を形成する。
【００４７】図１２に示すように、第３マスクは、トラ
ンスファートランジスタのゲート電極２７の他側面及び
この他側面に隣接するフローティング拡散領域ＦＤを露
出させて、トランスファートランジスタのゲート電極２
７の中央に揃えられる。すなわち、フォトダイオードが
形成された領域には、高濃度ｎ型不純物がイオン注入さ
れないようにする。
ンスファートランジスタのゲート電極２７の他側面及び
この他側面に隣接するフローティング拡散領域ＦＤを露
出させて、トランスファートランジスタのゲート電極２
７の中央に揃えられる。すなわち、フォトダイオードが
形成された領域には、高濃度ｎ型不純物がイオン注入さ
れないようにする。
【００４８】図１３は、本発明の第２の実施例に係るＣ
ＭＯＳイメージセンサの平面図である。図１３に示すよ
うに、半導体基板４１、半導体基板４１の所定部分にフ
ォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤより相対的
に面積が狭いフローティング拡散領域ＦＤ及びフォトダ
イオードＰＤとフローティング拡散領域ＦＤとを接続さ
せるボトルネック構造のチャネル領域Ｃｈからなる活性
領域が形成される。そして、活性領域を電気的に隔離さ
せるフィールド酸化膜４６が形成され、フォトダイオー
ド側に第１の幅ほど拡張されてフィールド酸化膜４６よ
り広い面積を有してフィールド酸化膜４６下部にフィー
ルドストップ層４４ａが形成される。
ＭＯＳイメージセンサの平面図である。図１３に示すよ
うに、半導体基板４１、半導体基板４１の所定部分にフ
ォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤより相対的
に面積が狭いフローティング拡散領域ＦＤ及びフォトダ
イオードＰＤとフローティング拡散領域ＦＤとを接続さ
せるボトルネック構造のチャネル領域Ｃｈからなる活性
領域が形成される。そして、活性領域を電気的に隔離さ
せるフィールド酸化膜４６が形成され、フォトダイオー
ド側に第１の幅ほど拡張されてフィールド酸化膜４６よ
り広い面積を有してフィールド酸化膜４６下部にフィー
ルドストップ層４４ａが形成される。
【００４９】すなわち、フィールドストップ層４４ａが
フォトダイオードが形成される活性領域のみに拡張され
てチャネル領域ｃｈ及びフローティング拡散領域ＦＤで
はフィールド酸化膜４６下に形成される。そして、チャ
ネル領域Ｃｈを覆ってチャネル領域Ｃｈに接続されたフ
ォトダイオードＰＤの一側面の全領域にわたって第２の
幅ほど重なった一側面を有してフローティング拡散領域
ＦＤに他側面が揃えられるゲート電極４７が半導体基板
４１上に形成される。
フォトダイオードが形成される活性領域のみに拡張され
てチャネル領域ｃｈ及びフローティング拡散領域ＦＤで
はフィールド酸化膜４６下に形成される。そして、チャ
ネル領域Ｃｈを覆ってチャネル領域Ｃｈに接続されたフ
ォトダイオードＰＤの一側面の全領域にわたって第２の
幅ほど重なった一側面を有してフローティング拡散領域
ＦＤに他側面が揃えられるゲート電極４７が半導体基板
４１上に形成される。
【００５０】一方、フォトダイオードＰＤは、ゲート電
極４７の一側面とフィールドストップ層４４ａに揃えて
形成されたｎ−−拡散層４８と、ゲート電極４７の一側
面から所定距離を置いてフィールドストップ層４４ａに
揃えられてｎ−−拡散層４８内に形成されたｐｏ−拡散
層５０からなる。一方、ゲート電極４７の他側には、ｎ
＋−拡散層５１が形成される。
極４７の一側面とフィールドストップ層４４ａに揃えて
形成されたｎ−−拡散層４８と、ゲート電極４７の一側
面から所定距離を置いてフィールドストップ層４４ａに
揃えられてｎ−−拡散層４８内に形成されたｐｏ−拡散
層５０からなる。一方、ゲート電極４７の他側には、ｎ
＋−拡散層５１が形成される。
【００５１】後述する第２の実施例に係る工程では、フ
ィールドストップ層を形成するためのイオン注入の際、
傾斜角に敏感なトランジスタのチャネル領域とその以外
の領域を各々異なるマスクに区分して進行する方法を提
供する。図１４乃至図１７は、図１３のＩＩ−ＩＩ’線
に沿って、ＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明す
るための工程断面図である。
ィールドストップ層を形成するためのイオン注入の際、
傾斜角に敏感なトランジスタのチャネル領域とその以外
の領域を各々異なるマスクに区分して進行する方法を提
供する。図１４乃至図１７は、図１３のＩＩ−ＩＩ’線
に沿って、ＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明す
るための工程断面図である。
【００５２】図１４に示すように、高濃度ｐ型不純物が
ドーピングされたｐ＋−半導体基板４１上にｐ−エピタ
キシャル層４２を成長させた後、ｐ−エピタキシャル層
４２上に第１イオン注入マスク４３を形成する。この場
合、第１イオン注入マスク４３により露出されたｐ−エ
ピタキシャル層４２は、フォトダイオードに隣接したフ
ィールド酸化膜が形成される部分である。
ドーピングされたｐ＋−半導体基板４１上にｐ−エピタ
キシャル層４２を成長させた後、ｐ−エピタキシャル層
４２上に第１イオン注入マスク４３を形成する。この場
合、第１イオン注入マスク４３により露出されたｐ−エ
ピタキシャル層４２は、フォトダイオードに隣接したフ
ィールド酸化膜が形成される部分である。
【００５３】次に、第１イオン注入マスク４３に露出さ
れたｐ−エピタキシャル層４２の表面に第１フィールド
ストップ層４４ａのための不純物を傾斜角を与えながら
回転またはツイストさせてイオン注入する。この場合、
第１フィールドストップ層４４Ａを形成するためのイオ
ン注入は、ボロン（１１Ｂ）を３．０×１０１３ｃｍ
−３ドーズ量と３０ｋｅＶのイオン注入エネルギーで所
定傾斜角（α）を与えて回転（×４）させながら実行す
る。
れたｐ−エピタキシャル層４２の表面に第１フィールド
ストップ層４４ａのための不純物を傾斜角を与えながら
回転またはツイストさせてイオン注入する。この場合、
第１フィールドストップ層４４Ａを形成するためのイオ
ン注入は、ボロン（１１Ｂ）を３．０×１０１３ｃｍ
−３ドーズ量と３０ｋｅＶのイオン注入エネルギーで所
定傾斜角（α）を与えて回転（×４）させながら実行す
る。
【００５４】このように、傾斜及び回転を与えながら不
純物をイオン注入すると、傾斜及び回転なしにイオン注
入して形成する場合に比べて、第１フィールドストップ
層４４Ａが活性領域とオーバーラップされる長さ（ｘ）
が増加する。第１フィールドストップ層４４Ａの平面図
（図１３）を説明すると、フィールド酸化膜が形成され
る領域からフォトダイオード内に（ｘ）ほど侵入した第
１フィールドストップ層４４Ａが形成されることが分か
る。
純物をイオン注入すると、傾斜及び回転なしにイオン注
入して形成する場合に比べて、第１フィールドストップ
層４４Ａが活性領域とオーバーラップされる長さ（ｘ）
が増加する。第１フィールドストップ層４４Ａの平面図
（図１３）を説明すると、フィールド酸化膜が形成され
る領域からフォトダイオード内に（ｘ）ほど侵入した第
１フィールドストップ層４４Ａが形成されることが分か
る。
【００５５】図１５に示すように、第１イオン注入マス
ク４３を除去した後、全面に第２イオン注入マスク４５
を形成する。この場合、第２イオン注入マスク４５によ
り露出されたｐ−エピタキシャル層４２は、トランスフ
ァートランジスタのチャネル領域に隣接したフィールド
酸化膜が形成される部分である。次に、第２イオン注入
マスク４３に露出されたｐ−エピタキシャル層４２の表
面に第２フィールドストップ層４４Ｂのための不純物を
傾斜なしにイオン注入する。
ク４３を除去した後、全面に第２イオン注入マスク４５
を形成する。この場合、第２イオン注入マスク４５によ
り露出されたｐ−エピタキシャル層４２は、トランスフ
ァートランジスタのチャネル領域に隣接したフィールド
酸化膜が形成される部分である。次に、第２イオン注入
マスク４３に露出されたｐ−エピタキシャル層４２の表
面に第２フィールドストップ層４４Ｂのための不純物を
傾斜なしにイオン注入する。
【００５６】この場合、第２フィールドストップ層４４
Ｂを形成するためのイオン注入は、ボロン（１１Ｂ）を
３．０×１０１３ｃｍ−３ドーズ量と３０ｋｅＶのイオ
ン注入エネルギーで実行する。このように、傾斜なしに
不純物をイオン注入すると、第１フィールドストップ層
４４Ａが活性領域と重ならないので平面図（図１３）で
は現れない。
Ｂを形成するためのイオン注入は、ボロン（１１Ｂ）を
３．０×１０１３ｃｍ−３ドーズ量と３０ｋｅＶのイオ
ン注入エネルギーで実行する。このように、傾斜なしに
不純物をイオン注入すると、第１フィールドストップ層
４４Ａが活性領域と重ならないので平面図（図１３）で
は現れない。
【００５７】一方、上述した第１イオン注入マスク４３
及び第２イオン注入マスク４５は、第１の実施例と同様
に、ＬＯＣＯＳ工程のためのパッド酸化膜とパッド窒化
膜を利用するが、各々互いに異なるレティクルを利用す
る。言い換えれば、パッド酸化膜とパッド窒化膜を同時
にパターンニングして第１フィールドストップ層４４Ａ
が形成される一部ｐ−エピタキシャル層４２を露出させ
た後、第１フィールドストップ層４４Ａを形成するため
のイオン注入を実施し、連続して第１フィールドストッ
プ層４４ａを除外したｐ−エピタキシャル層４２の他の
表面を露出させた後、第２フィールドストップ層４４Ｂ
を形成するためのイオン注入を実施する。
及び第２イオン注入マスク４５は、第１の実施例と同様
に、ＬＯＣＯＳ工程のためのパッド酸化膜とパッド窒化
膜を利用するが、各々互いに異なるレティクルを利用す
る。言い換えれば、パッド酸化膜とパッド窒化膜を同時
にパターンニングして第１フィールドストップ層４４Ａ
が形成される一部ｐ−エピタキシャル層４２を露出させ
た後、第１フィールドストップ層４４Ａを形成するため
のイオン注入を実施し、連続して第１フィールドストッ
プ層４４ａを除外したｐ−エピタキシャル層４２の他の
表面を露出させた後、第２フィールドストップ層４４Ｂ
を形成するためのイオン注入を実施する。
【００５８】図１６に示すように、第１、第２フィール
ドストップ層４４Ａ、４４Ｂが形成されたｐ−エピタキ
シャル層４２表面を酸化させてフィールドストップ層４
４Ａ、４４Ｂ上にフィールド酸化膜４６を成長させる。
ここで、フォトダイオードＰＤが形成される活性領域に
所定幅（ｘ）ほど侵入した第１フィールドストップ層４
４Ａは、活性領域とフィールド酸化膜４６とを電気的に
隔離させ、トランスファートランジスタのチャネル領域
が形成される活性領域と隣接したフィールド酸化膜４６
下部の第２フィールドストップ層４４Ｂはこれらを電気
的に隔離させない。後続ゲート電極、ｎ−−拡散層及び
ｐｏ−拡散層工程を含む全ての工程は第１の実施例と同
様である。
ドストップ層４４Ａ、４４Ｂが形成されたｐ−エピタキ
シャル層４２表面を酸化させてフィールドストップ層４
４Ａ、４４Ｂ上にフィールド酸化膜４６を成長させる。
ここで、フォトダイオードＰＤが形成される活性領域に
所定幅（ｘ）ほど侵入した第１フィールドストップ層４
４Ａは、活性領域とフィールド酸化膜４６とを電気的に
隔離させ、トランスファートランジスタのチャネル領域
が形成される活性領域と隣接したフィールド酸化膜４６
下部の第２フィールドストップ層４４Ｂはこれらを電気
的に隔離させない。後続ゲート電極、ｎ−−拡散層及び
ｐｏ−拡散層工程を含む全ての工程は第１の実施例と同
様である。
【００５９】以後の工程は、図１７に示すように、ｐ−
エピタキシャル層４２上に４個のトランジスタのゲート
電極４７を形成する。ここで、図面に示すゲート電極４
７は、トランスファートランジスタＴｘのゲート電極で
ある。この場合、ゲート電極４７は、ゲート電極４７下
部のチャネル領域がボトルネック構造を有するので、フ
ォトダイオードＰＤが形成される活性領域に重なる長軸
の幅ｗ１を大きく増加させることができる。
エピタキシャル層４２上に４個のトランジスタのゲート
電極４７を形成する。ここで、図面に示すゲート電極４
７は、トランスファートランジスタＴｘのゲート電極で
ある。この場合、ゲート電極４７は、ゲート電極４７下
部のチャネル領域がボトルネック構造を有するので、フ
ォトダイオードＰＤが形成される活性領域に重なる長軸
の幅ｗ１を大きく増加させることができる。
【００６０】したがって、チャネル領域がボトルネック
構造であるトランスファートランジスタにおいて、ドレ
イン電流Ｉｄｓａｔやしきい電圧Ｖｔなどの主要パラメ
ーターを決定するトランジスタ幅（ｗｉｄｔｈ：ｗ）
は、フォトダイオードに重なるゲート電極の長軸の幅ｗ
１ではなくフローティング拡散領域ＦＤの短縮の幅ｗ２
である（図１３）。次いで、ゲート電極４７の中央に一
側面が揃えられ他側面はフォトダイオードＰＤ内部に入
る部分なしにフィールド酸化膜４６上の所定部分に揃え
られるイオン注入マスクに低濃度ｎ型不純物ｎ−をイオ
ン注入してｎ−−拡散層４８を形成する。
構造であるトランスファートランジスタにおいて、ドレ
イン電流Ｉｄｓａｔやしきい電圧Ｖｔなどの主要パラメ
ーターを決定するトランジスタ幅（ｗｉｄｔｈ：ｗ）
は、フォトダイオードに重なるゲート電極の長軸の幅ｗ
１ではなくフローティング拡散領域ＦＤの短縮の幅ｗ２
である（図１３）。次いで、ゲート電極４７の中央に一
側面が揃えられ他側面はフォトダイオードＰＤ内部に入
る部分なしにフィールド酸化膜４６上の所定部分に揃え
られるイオン注入マスクに低濃度ｎ型不純物ｎ−をイオ
ン注入してｎ−−拡散層４８を形成する。
【００６１】次に、ＬＤＤ（図示せず）形成を完了した
後、全面にスペーサ用絶縁膜を蒸着した後、絶縁膜を全
面エッチングしてゲート電極４７の両側壁に接するスペ
ーサ４９を形成する。次いで、ブランケットイオン注入
法により低エネルギーｐ型不純物ｐｏをイオン注入し
て、ｎ−−拡散層４８及びゲート電極４７の一側面に露
出されたｐ−エピタキシャル層４２に同時にｐｏ−拡散
層５０を形成する。この場合、ｎ−−拡散層４８内に形
成されるｐｏ−拡散層５０はスペーサ４９の厚さほど距
離を置いてスペーサ４９に揃えられる。
後、全面にスペーサ用絶縁膜を蒸着した後、絶縁膜を全
面エッチングしてゲート電極４７の両側壁に接するスペ
ーサ４９を形成する。次いで、ブランケットイオン注入
法により低エネルギーｐ型不純物ｐｏをイオン注入し
て、ｎ−−拡散層４８及びゲート電極４７の一側面に露
出されたｐ−エピタキシャル層４２に同時にｐｏ−拡散
層５０を形成する。この場合、ｎ−−拡散層４８内に形
成されるｐｏ−拡散層５０はスペーサ４９の厚さほど距
離を置いてスペーサ４９に揃えられる。
【００６２】上述した低エネルギーｐ型不純物ｐｏのイ
オン注入を通してｐｏ−拡散層５０とｎ−−拡散層４８
とからなる浅いｐｎ接合が形成され、ｐ−エピタキシャ
ル層４２／ｎ−−拡散層４８／ｐｏ−拡散層５０からな
るｐｎｐ型フォトダイオードが形成される。次に、ｎ＋
−拡散層が形成されるｐ−エピタキシャル層４２を露出
させるマスクを利用してイオン注入マスクに高濃度ｎ型
不純物ｎ＋をイオン注入して単位画素内にドライブトラ
ンジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘのソース／ド
レイン領域（図示せず）とトランスファートランジスタ
ＴｘとリセットトランジスタＲｘのソース／ドレイン領
域、すなわちフローティング拡散領域ＦＤであるｎ＋−
拡散層５１を形成する。
オン注入を通してｐｏ−拡散層５０とｎ−−拡散層４８
とからなる浅いｐｎ接合が形成され、ｐ−エピタキシャ
ル層４２／ｎ−−拡散層４８／ｐｏ−拡散層５０からな
るｐｎｐ型フォトダイオードが形成される。次に、ｎ＋
−拡散層が形成されるｐ−エピタキシャル層４２を露出
させるマスクを利用してイオン注入マスクに高濃度ｎ型
不純物ｎ＋をイオン注入して単位画素内にドライブトラ
ンジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘのソース／ド
レイン領域（図示せず）とトランスファートランジスタ
ＴｘとリセットトランジスタＲｘのソース／ドレイン領
域、すなわちフローティング拡散領域ＦＤであるｎ＋−
拡散層５１を形成する。
【００６３】上述した第１の実施例及び第２の実施例
は、ＣＭＯＳイメージセンサのみでなく、ＣＣＤ（Ｃｈ
ａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）の暗電流抑
制のために適用可能な工程でも利用できる。
は、ＣＭＯＳイメージセンサのみでなく、ＣＣＤ（Ｃｈ
ａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）の暗電流抑
制のために適用可能な工程でも利用できる。
【００６４】尚、本発明は、本実施例に限られるもので
はない。本発明の趣旨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。本発明の趣旨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。
【００６５】
【発明の効果】上述した本発明によると、暗電流免疫性
（ｉｍｍｕｎｉｔｙ）に優れたイメージセンサを製造で
きる効果がある。そして、フォトダイオードをなす深い
ｎ−−拡散層を形成するためのイオン注入の際自己整列
が可能な暗電流除去構造を適用するので、工程マージン
を向上させることができる効果がある。また、ｎ−−拡
散層とフィールド酸化膜との間の距離がレティクルによ
り固定されず、ｎ−−拡散層形成際の傾斜角に応じて変
化する可変値であるので、イメージセンサの光特性調節
が容易な効果がある。
（ｉｍｍｕｎｉｔｙ）に優れたイメージセンサを製造で
きる効果がある。そして、フォトダイオードをなす深い
ｎ−−拡散層を形成するためのイオン注入の際自己整列
が可能な暗電流除去構造を適用するので、工程マージン
を向上させることができる効果がある。また、ｎ−−拡
散層とフィールド酸化膜との間の距離がレティクルによ
り固定されず、ｎ−−拡散層形成際の傾斜角に応じて変
化する可変値であるので、イメージセンサの光特性調節
が容易な効果がある。
【図１】従来の技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの素
子断面図である。
子断面図である。
【図２】従来の技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの平
面図である。
面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るＣＭＯＳイメージ
センサの平面図である。
センサの平面図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ’線に沿って、第１の実施例によ
るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための
工程断面図である。
るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための
工程断面図である。
【図５】図３のＩ−Ｉ’線に沿って、第１の実施例によ
るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための
工程断面図である。
るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための
工程断面図である。
【図６】図３のＩ−Ｉ’線に沿って、第１の実施例によ
るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための
工程断面図である。
るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための
工程断面図である。
【図７】図３のＩ−Ｉ’線に沿って、第１の実施例によ
るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための
工程断面図である。
るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための
工程断面図である。
【図８】図３のＩ−Ｉ’線に沿って、第１の実施例によ
るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための
工程断面図である。
るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための
工程断面図である。
【図９】第１の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサの
製造方法を説明するための工程平面図である。
製造方法を説明するための工程平面図である。
【図１０】第１の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサ
の製造方法を説明するための工程平面図である。
の製造方法を説明するための工程平面図である。
【図１１】第１の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサ
の製造方法を説明するための工程平面図である。
の製造方法を説明するための工程平面図である。
【図１２】第１の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサ
の製造方法を説明するための工程平面図である。
の製造方法を説明するための工程平面図である。
【図１３】本発明の第２実施例に係るＣＭＯＳイメージ
センサの平面図である。
センサの平面図である。
【図１４】図１３のＩＩ−ＩＩ’線に沿って、ＣＭＯＳ
イメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図
である。
イメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図
である。
【図１５】図１３のＩＩ−ＩＩ’線に沿って、ＣＭＯＳ
イメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図
である。
イメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図
である。
【図１６】図１３のＩＩ−ＩＩ’線に沿って、ＣＭＯＳ
イメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図
である。
イメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図
である。
【図１７】図１３のＩＩ−ＩＩ’線に沿って、ＣＭＯＳ
イメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図
である。
イメージセンサの製造方法を説明するための工程断面図
である。
２１、４１ 半導体基板
２２、４２ ｐ−エピタキシャル層
２３ パッド酸化膜
２４ パッド窒化膜
２５ フィールドストップ層
２６、４６ フィールド酸化膜
２７、４７ ゲート電極
２８ 第１マスク
２９、４８ ｎ−−拡散層
３０、４９ スペーサ
３１、５０ ｐｏ−拡散層
３３、５１ ｎ＋−拡散層
４３ 第１イオン注入マスク
４４Ａ 第１フィールドストップ層
４４Ｂ 第２フィールドストップ層
４５ 第２イオン注入マスク
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4M118 AA05 AB01 BA14 CA04 DA23
DA24 DD04 EA03 EA07 EA15
FA06 FA26 FA33 GC08
5C024 CX32 CY47 GY31
5F049 MA02 NA05 NB03 PA01 PA09
PA10
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体層と、 前記半導体層の所定部分にフォトダイオード領域と、前
記フォトダイオード領域より相対的に面積が狭いフロー
ティング拡散領域と、前記フォトダイオード領域と前記
フローティング拡散領域とを接続させるボトルネック構
造のチャネル領域からなる活性領域と、 前記活性領域を電気的に隔離させるフィールド領域と、 前記活性領域側に第１の幅ほど拡張されて前記フィール
ド領域より広い面積を有する前記フィールド領域下部の
フィールドストップ層と、 前記チャネル領域を覆ってチャネル領域に接した前記フ
ォトダイオード領域の一側面の全領域に第２の幅ほど重
なった一側面を有する前記半導体層上のゲート電極とを
含んでなることを特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項２】 前記フォトダイオード領域は、 前記ゲート電極の一側面と前記フィールドストップ層に
自己整列（ａｌｉｇｎｅｄ）された前記フォトダイオー
ド領域内の第１拡散層と、 前記ゲート電極の一側面から所定の距離を置いて前記フ
ィールドストップ層に自己整列された前記第１拡散層内
の第２拡散層とをさらに含んでなることを特徴とする請
求項１に記載のイメージセンサ。 - 【請求項３】 前記フィールドストップ層の第１の幅
は、前記第１拡散層と前記フィールド領域との間の距離
より大きいことを特徴とする請求項２に記載のイメージ
センサ。 - 【請求項４】 前記ゲート電極の他側面は、前記フロー
ティング拡散領域の一側面に整列されることを特徴とす
る請求項１に記載のイメージセンサ。 - 【請求項５】 半導体層と、 前記半導体層の所定部分にフォトダイオード領域と、前
記フォトダイオード領域より相対的に面積が狭いフロー
ティング拡散領域と、前記フォトダイオード領域と前記
フローティング拡散領域とを接続させるボトルネック構
造のチャネル領域からなる活性領域と、 前記活性領域を電気的に隔離させるフィールド領域と、 前記フォトダイオード領域側に第１の幅ほど拡張されて
前記フィールド領域よりより広い面積を有する前記フィ
ールド領域下部のフィールドストップ層と、 前記チャネル領域を覆ってチャネル領域に接した前記フ
ォトダイオード領域の一側面の全領域に第２の幅ほど重
なった一側面を有する前記半導体層上のゲート電極とを
含んでなることを特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項６】 前記フィールドストップ層の中の前記チ
ャネル領域及び前記フローティング拡散領域に接する一
部分は前記フィールド領域と幅が同じであることを特徴
とする請求項５に記載のイメージセンサ。 - 【請求項７】 半導体層上に前記半導体層の表面一部を
露出させる素子分離マスクを形成するステップと、 前記露出された半導体層内に前記素子分離マスクの露出
面積よりより広い面積を有する第１拡散層を形成するス
テップと、 前記第１拡散層上に前記第１拡散層より小さい面積を有
するフィールド酸化膜を形成するステップと、 前記フィールド酸化膜により定義された前記半導体層の
活性領域上にゲート電極を形成するステップと、 前記半導体層内に前記ゲート電極の一側エッジと前記第
１拡散層に自己整列される第２拡散層を形成するステッ
プと、 前記第２拡散層内に前記ゲート電極の一側エッジから所
定の距離を置いて整列される第３拡散層を形成するステ
ップとを含んでなることを特徴とするイメージセンサの
製造方法。 - 【請求項８】 前記第１拡散層を形成するステップは、
不純物を傾斜角を与えながら回転させるか、ツイストさ
せてイオン注入することを特徴とする請求項７に記載の
イメージセンサの製造方法。 - 【請求項９】 前記フィールド酸化膜により定義される
前記半導体層の活性領域は、フォトダイオード領域と、
前記フォトダイオード領域より相対的に面積が狭いフロ
ーティング拡散領域及び前記フォトダイオード領域と前
記フローティング拡散領域とを接続させるボトルネック
構造のチャネル領域とからなり、 前記ゲート電極は、前記フォトダイオード領域の一側面
の全領域に所定の幅だけ重なった一側面を有して形成さ
れることを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサ
の製造方法。 - 【請求項１０】 半導体層上に前記半導体層の一側表面
を露出させる第１素子分離マスクを形成するステップ
と、 前記露出された半導体層内に前記第１素子分離マスクの
露出面積より広い面積を有する第１拡散層を形成するス
テップと、 前記半導体層上に前記半導体層の他側表面を露出させる
第２素子分離マスクを形成するステップと、 前記露出された半導体層内に前記第２素子分離マスクの
露出面積と同じ面積を有する第２拡散層を形成するステ
ップと、 前記第１拡散層上に前記第１拡散層より小さい面積を有
する第１フィールド酸化膜を形成すると同時に前記第２
拡散層上に前記第２拡散層と同じ面積を有する第２フィ
ールド酸化膜を形成するステップと、 前記半導体層の活性領域と前記第２フィールド酸化膜と
に、ともに重なるゲート電極を形成するステップと、 前記半導体層内に前記ゲート電極の一側エッジと前記第
１拡散層に自己整列される第３拡散層を形成するステッ
プと、 前記第３拡散層内に前記ゲート電極の一側エッジから所
定距離を置いて整列される第４拡散層を形成するステッ
プとを含んでなることを特徴とするイメージセンサの製
造方法。 - 【請求項１１】 前記第１拡散層を形成するステップ
は、不純物を傾斜角を与えながら回転させるか、ツイス
トさせてイオン注入することを特徴とする請求項１０に
記載のイメージセンサの製造方法。 - 【請求項１２】 前記第２拡散層を形成するステップ
は、不純物を垂直にイオン注入することを特徴とする請
求項１０に記載のイメージセンサの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2002-001367 | 2002-01-10 | ||
| KR10-2002-0001367A KR100494030B1 (ko) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | 이미지센서 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003289137A true JP2003289137A (ja) | 2003-10-10 |
| JP4284062B2 JP4284062B2 (ja) | 2009-06-24 |
Family
ID=19718347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002379441A Expired - Lifetime JP4284062B2 (ja) | 2002-01-10 | 2002-12-27 | イメージセンサ及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6979587B2 (ja) |
| JP (1) | JP4284062B2 (ja) |
| KR (1) | KR100494030B1 (ja) |
| TW (1) | TWI272715B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2013505580A (ja) * | 2009-09-17 | 2013-02-14 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | グローバルシャッタ画素センサ・セルの構造体、設計構造体及び製造方法 |
| KR101550434B1 (ko) | 2008-12-26 | 2015-09-04 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서의 형성방법 |
| JP2016018898A (ja) * | 2014-07-08 | 2016-02-01 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置 |
| JP2016115855A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置 |
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| KR100561003B1 (ko) * | 2003-09-30 | 2006-03-16 | 동부아남반도체 주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
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| KR100603247B1 (ko) * | 2003-12-31 | 2006-07-20 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 시모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
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