JP2004146764A - 光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるcmosイメージセンサとその製造方法及びそのフォトダイオード形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも二つの波長の光をイメージングするためのイメージセンサにおいて、光波長に応じて少なくとも二つのグループに分けられる複数の単位ピクセルと、前記各単位ピクセルに受光のために形成され、光波長に応じて深さが異なるフォトダイオードとを含む。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術に関し、特に、光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、CCD(Charge Couple Device)またはCMOSイメージセンサにおいてフォトダイオード(Photo Diode:PD)は、各波長に応じて入射する光を電気的信号に変換する導入部であって、理想的な場合は、全ての波長帯において光電荷生成率(Quantum Efficiency)が1である場合であり、入射された光を全部収束する場合であるので、これを達成するための努力が進められている。
【0003】
図1は、従来の技術に係るCMOSイメージセンサの構造断面図である。
図1に示すように、p型半導体基板11上にp型エピタキシャル層12が成長され、p型エピタキシャル層12に緑色、赤色及び青色の領域間分離のためのフィールド酸化膜13が形成され、各カラー入力領域のp型エピタキシャル層12内には、浅いp0領域(Shallow p0 region)と深いn−領域(Deep n− region)とからなるフォトダイオードPD_G、PD_R、PD_Bが具備される。
【0004】
そして、各フォトダイオードPD_G、PD_R、PD_Bの片側に整列されるトランスファートランジスタのゲート電極14、15、16が、各々両側壁にスペーサ14A、15A、16Aを具備しながらp型エピタキシャル層12上に形成される。
そして、ゲート電極14、15、16及びp型エピタキシャル層12上部に平坦化された層間絶縁膜17が形成され、層間絶縁膜17上に各フォトダイオード領域PD_G、PD_R、PD_Bに対応する緑色フィルタ(Green)、赤色フィルタ(Red)、青色フィルタ(Blue)からなるカラーフィルタ配列(Color Filter Array:CFA)が具備される。
【0005】
図1のような従来イメージセンサのフォトダイオードは、赤色、緑色、青色に関係なく全部同じRp(range of projection)を有するように形成される。(たとえば、非特許文献1参照)。
【0006】
図2は、光の波長に応じたシリコン層内透過深さと吸収係数の関係を示す図である。
図2を参照すると、光(light)の波長(λ)が増加するほど光の透過深さ(penetration depth:x)は増加するが、それだけシリコン層内吸収係数(Absorption coefficient)は減少する。
したがって、同じ光(可視光線)が入射した場合にも波長が長い赤色光の場合吸収率が落ち、これはイメージセンサの赤色信号の減少及びカラー比の不均衡を招く問題として作用する。
【0007】
図2に基づいて図1を参照すると、緑色光LGと青色光LBの場合、各々透過深さが大部分フォトダイオード領域PD_G、PD_B内に制限されて安定したイメージ信号の出力が可能である。
しかし、赤色光LRの場合、波長及び透過深さが深いので、フォトダイオード領域PD_Rを外れる確率が大きいため、フォトダイオード領域PD_Rを外れる電荷が隣接フォトダイオード領域に移動するクロストーク(Crosstalk:C)現象を誘発する問題がある。これによって、赤色信号出力の顕著な減少を招き、またカラー比(color ration)の不均一化を招く。
【0008】
【非特許文献1】
Dependence of the Effective p+ Buried Layer Implantation Dose for Reducing Juction Leakage on Well−to−Buried Layer Spacing(1999 IEEE,pages 75−78)
【0009】
【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、フォトダイオード領域で赤色光の透過深さが深くて吸収率が低いことによるクロストーク現象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及びそのフォトダイオード形成方法を提供することである。
【0010】
【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光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサは、少なくとも二つの波長の光をイメージングするためのイメージセンサにおいて、光波長に応じて少なくとも二つのグループに分けられる複数の単位ピクセルと、前記各単位ピクセルに受光のために形成され、光波長に応じて深さが異なるフォトダイオードとを含むことを特徴とする。
【0011】
また、上記目的を達成するためになされた本発明によるフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサの製造方法は、赤色領域、緑色領域及び青色領域に各カラー領域が分離されたエピタキシャル層を用意するステップと、前記エピタキシャル層の前記各カラー領域上にゲート電極を形成するステップと、前記エピタキシャル層にイオン注入を行なって、前記各カラー領域ごとに深さが互いに異なるフォトダイオードを形成するステップと、前記フォトダイオードが形成された前記エピタキシャル層上に絶縁膜を形成するステップと、前記絶縁膜上に前記各カラー領域に対応するカラーフィルタを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【0012】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサのフォトダイオード形成方法は、エピタキシャル層内にフィールド酸化膜を形成して複数のカラー領域を定義するステップと、前記各カラー領域のエピタキシャル層内に前記各カラー領域に対応する光の波長に応じて互いに異なる深さを有するn型イオン注入領域を形成するステップと、前記n型イオン注入領域上にp型イオン注入領域を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサとその製造方法及びそのフォトダイオード形成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、本発明の実施例に係るイメージセンサの単位画素を示す断面図である。
【0014】
図3を参照すると、高濃度p型ドーパントがドープされたp型基板21上に低濃度p型エピタキシャル層22が成長され、p型エピタキシャル層22の所定領域に具備されたフィールド酸化膜23により青色領域(B)、緑色領域(G)、赤色領域(R)が分離される。
そして、青色領域のp型エピタキシャル層22内に青色光を受け取ってRpがRp(B)であるフォトダイオードが形成され、緑色領域のp型エピタキシャル層22内に緑色光を受け取ってRpがRp(G)であるフォトダイオードが形成され、赤色領域のp型エピタキシャル層22内に赤色光を受け取ってRpがRp(R)であるフォトダイオードが形成される。
【0015】
各カラー領域のフォトダイオードについて述べると、青色領域のフォトダイオードは、浅いp0領域35Aと深い第1n−領域31とからなり、緑色領域のフォトダイオードは、浅いp0領域35Bと深い第2n−領域32とからなり、赤色領域のフォトダイオードは、浅いp0領域35Cと深い第3n−領域33とからなる。
ここで、p0領域は、全部同一深さであり、入力光の中で波長が最も長い赤色光が入力される第3n−領域33の深さが最も深く、赤色光より波長が短い緑色光が入力される第2n−領域32が波長が最も短い青色光が入力される第1n−領域31より深い。すなわち、Rp(R)は、Rp(G)、Rp(B)より深く、Rp(G)は、Rp(B)に比べて深い。
これはフォトダイオードに入射する光の波長が長いほどRpが深いことを意味する。
【0016】
そして、フォトダイオードを除外したp型エピタキシャル層22上にスペーサ34を備えたトランスファーゲート(Tx)のゲート電極25が形成される。したがって、各カラー別フォトダイオードは、各々p型イオン注入領域であるp0領域とn型イオン注入領域であるn−領域を備えてpn接合をなし、各フォトダイオードのp0領域は、スペーサ34のエッジに整列(align)され、各フォトダイオードのn−領域はゲート電極25の下までその片側が拡張される。
【0017】
図3において、第3n−領域33とp型半導体基板21との間の距離[h(R)]が最も短く、第1n−領域31とp型半導体基板21との間の距離[h(B)]が最も長く、第2n−領域32とp型半導体基板21との間の距離[h(G)]がその中間長さである。
従って、p型半導体基板21とn型領域との間の距離(h)、特に、h(R)の値が減少するほど赤色光による隣接ピクセルのクロストーク現象が抑制される。
【0018】
図4乃至図10は、第1の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
図4に示すように、高濃度p型不純物がドープされたp型半導体基板21上にp型エピタキシャル層22を成長させる。このように、p型エピタキシャル層22がフォトダイオード(PD)下部に存在すると、フォトダイオード(PD)の空乏層深さを増加させることができるので、優れた光感度特性が得られる。
【0019】
次に、p型エピタキシャル層22にフィールド酸化膜23を形成して緑色領域G_region、赤色領域R_region及び青色領域B_regionを定義する。
この場合、フィールド酸化膜23は、図に示すように、STI(Shallow Trench Isolation)法によって形成し、他の方法としては、LOCOS(Local oxidation of silicon)工程を利用することができる。
【0020】
フィールド酸化膜23を形成した後、p型エピタキシャル層22上にゲート酸化膜24とゲート電極25の積層構造を形成する。この場合、ゲート電極25は、ポリシリコン膜またはポリシリコン膜とタングステンシリサイド膜の積層膜を利用するが、ゲート電極25は後続フォトダイオードの深さn−領域を形成するためのイオン注入が高エネルギーで行なわれるので、2500Å〜3500Åの厚さに形成される。
ここで、ゲート電極25は、トランスファートランジスタのゲート電極であり、単位画素をなす他のトランジスタのゲート電極も同時に形成される。
【0021】
次に、ゲート電極25を含むp型エピタキシャル層22上に第1酸化膜26を形成した後、第1酸化膜26上に青色領域を覆う第1マスク27を形成する。
この場合、第1マスク27時レティクル(reticle)は、カラーフィルタ配列(CFA)形成時青色フィルタを形成するための青色フィルタマスクのレティクルと同じもので、感光膜を塗布して露光及び現像によりパターニングした感光膜パターンであり、ポジ感光膜(positive photoresist)を利用する。
【0022】
次に、図5に示すように、第1マスク27をエッチングマスクに第1酸化膜26をウェットエッチングして、第1ブロッキング層26Aを形成する。この場合、第1ブロッキング層26Aは、青色領域を覆う形態に形成され、緑色領域と赤色領域上には形成されない。
【0023】
次に、図6に示すように、第1マスク27を除去した後、第1ブロッキング層26Aを含むp型エピタキシャル層22上に第2酸化膜28を形成する。そして、第2酸化膜28上に緑色領域と青色領域を覆う第2マスク29を形成する。
この場合、第2マスク28のレティクルは、カラーフィルタ配列(CFA)形成時緑色フィルタを形成するための緑色フィルタマスクのレティクルと同じもので、感光膜を塗布して露光及び現像によりパターニングした感光膜パターンである。
【0024】
次に、図7に示すように、図6の第2マスク29をエッチングマスクとして第2酸化膜28をウェットエッチングして第2ブロッキング層28Aを形成する。この場合、第2ブロッキング層28Aは、青色領域と緑色領域を覆う形態に形成され、赤色領域上には形成されない。次に、第2マスク29を除去する。
上述したような工程により青色領域には、第1ブロッキング層26Aと第2ブロッキング層28Aの二重層が残留し、緑色領域には、第2ブロッキング層28Aの単一層が残留し、赤色領域にはブロッキング層が残留しない。
【0025】
例えば、青色光が入力される青色領域に最も厚いブロッキング層があり、緑色光が入力される緑色領域には、中間ブロッキング層があり、赤色光が入力される赤色領域には、ブロッキング層が導入されていない。結果的に、光の波長が長くなるほどブロッキング層の厚さが薄くなっていっている。
【0026】
次に、図8に示すように、第2ブロッキング層28Aが形成された結果物上に感光膜を塗布して露光及び現像によりパターニングしてフォトダイオードの深いn−領域を定義する第3マスク30を形成する。
この場合、第3マスク30は、ゲート電極25の片側エッジとフィールド酸化膜23の片側エッジに整列(align)され、ゲート電極25の他側、例えば、フローティング拡散領域が形成される部分は覆われる。
【0027】
次に、第3マスク30をイオン注入マスクに利用して高エネルギーで傾斜角(tilt angle)及び回転(rotation)なしにn型ドーパントのイオン注入を実施する。
この場合、イオン注入後青色領域のp型エピタキシャル層22内には、Rp(range of projection)が最も浅い第1n型領域31Aが形成され、赤色領域には、Rpが最も深い第3n型領域33Aが形成され、緑色領域にはRpが中間深さである第2n型領域32Aが形成される。
【0028】
このように、同じイオン注入条件下でイオン注入をしてもRpが互いに異なる理由は、各領域上に備わったブロッキング層の厚さのためである。すなわち、各ブロッキング層がイオン注入時マスク役割を行なうことによって、イオン注入時のRpが各領域に応じて異なるように現れる。
上述したイオン注入により、第1、第2及び第3n型領域31A、32A、33Aは、各々そのRpがRp(B)、Rp(G)、Rp(R)であり、その深さの度合は、Rp(R)>Rp(G)>Rp(B)である。
【0029】
次に、図9に示すように、第3マスク30を残した状態で中間エネルギーで傾斜角を与えてまた回転しながらイオン注入を実施する。
この場合、イオン注入が傾斜角を与えながら実施されるので、第1、第2及び第3n型領域31A、32A、33Aは、各々ゲート電極25の下方にドーピングプロファイル(doping profile)が拡張される。すなわち、第1n型拡張領域31B、第2n型拡張領域32B、第3n型拡張領域33Bが形成される。
【0030】
次に、図10に示すように、第3マスク30を除去する。
上述したように、2回のイオン注入を通してフォトダイオードのn−領域をなす第1、第2及び第3n−領域31、32、33を形成する。すなわち、青色領域には、Rp(B)である第1n−領域31が形成され、緑色領域には、Rp(G)である第2n−領域32が形成され、赤色領域には、Rp(R)である第3n−領域33が形成され、第3n−領域33のRp(R)が第1n−領域31のRp(B)と第2n−領域32のRp(G)より深い。これは、フォトダイオードに入射する光の波長が長いほどRpが深いことを意味する。
【0031】
第3マスク30の除去後露出された全面に絶縁膜を蒸着した後、エッチバックしてゲート電極25の両側壁に接するスペーサ34を形成する。この場合、スペーサ34を形成するための絶縁膜は、窒化膜または酸化膜を利用し、第1、第2ブロッキング層26A、28Aが酸化膜であるので、スペーサ形成のためのエッチバック時に除去される。
次に、ゲート電極25及びスペーサ34をイオン注入マスクに利用してp型ドーパントをイオン注入して各カラー領域に浅いp0領域35A、35B、35Cを形成する。この場合、p0領域35A、35B、35Cは、第1、第2ブロッキング層26A、28Aが除去された状態でイオン注入して形成するので、全ての領域でその深さが同一である。
【0032】
従って、青色領域に第1n−領域31とp0領域35Aになったフォトダイオードが形成され、緑色領域に第2n−領域32とp0領域35Bになったフォトダイオードが形成され、赤色領域に第3n−領域33とp0領域35Cになったフォトダイオードが形成される。
ここで、第3n−領域33とp型半導体基板21との間の距離[h(R)]が最も短く、第1n−領域31とp型半導体基板21との間の距離[h(B)]最も長く、第2n−領域32とp型半導体基板21との間の距離[h(G)]が中間長さである。
【0033】
一方、p型半導体基板21とn型領域との間の距離(h)、特に、h(R)の値が減少するほど赤色光による隣接ピクセルのクロストーク現象が抑制される。これは、p型半導体基板21との距離が減少されるため、光電荷流入時、電子正孔対(EHP)に対する再結合(Recombination)が活発してドリフト電子(drift electron)の濃度が減少するためである。
【0034】
図11乃至図18は、第2の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
図11に示すように、高濃度p型不純物がドープされたp型半導体基板21上にp型エピタキシャル層22を成長させる。このように、p型エピタキシャル層22がフォトダイオード(PD)下部に存在すると、フォトダイオード(PD)の空乏層深さを増加させることができるので、優れた光感度特性が得られる。
【0035】
次に、p型エピタキシャル層22にフィールド酸化膜23を形成して緑色領域G_region、赤色領域R_region及び青色領域B_regionを定義する。
この場合、フィールド酸化膜23は、STI法またはLOCOS工程を利用することができる。
【0036】
フィールド酸化膜23を形成した後、p型エピタキシャル層22上にゲート酸化膜24とゲート電極25の積層構造を形成する。この場合、ゲート電極25は、ポリシリコン膜またはポリシリコン膜とタングステンシリサイド膜の積層膜を利用するが、ゲート電極25は、後続フォトダイオードの深いn−領域を形成するためのイオン注入が高エネルギーで行なわれるので、2500Å〜3500Å厚さに形成される。
ここで、ゲート電極25は、トランスファートランジスタのゲート電極であり、単位画素をなす他のトランジスタのゲート電極も同時に形成される。
【0037】
次に、ゲート電極25を含むp型エピタキシャル層22上に第1酸化膜26を形成した後、第1酸化膜26上に青色領域を覆う第1マスク27を形成する。
この場合、第1マスク27時レティクルは、カラーフィルタ配列(CFA)形成時青色フィルタを形成するための青色フィルタマスクのレティクルと同じもので、感光膜を塗布して露光及び現像によりパターンニングした感光膜パターンであり、ポジ感光膜を利用する。
【0038】
次に、図12に示すように、第1マスク27をエッチングマスクに第1酸化膜26をウェットエッチングして、第1ブロッキング層26Aを形成する。この場合、第1ブロッキング層26Aは、青色領域を覆う形態に形成され、緑色領域と赤色領域上には形成されない。
【0039】
次に、図13に示すように、第1マスク27を除去した後、第1ブロッキング層26Aを含むp型エピタキシャル層22上に第2酸化膜28を形成する。そして、第2酸化膜28上に緑色領域と青色領域を覆う第2マスク29を形成する。
この場合、第2マスク28時レティクルは、カラーフィルタ配列(CFA)形成時緑色フィルタを形成するための緑色フィルタマスクのレティクルと同じもので、感光膜を塗布して露光及び現像によりパターンニングした感光膜パターンである。
【0040】
次に、図14に示すように、図13の第2マスク29をエッチングマスクとして第2酸化膜28をウェットエッチングして第2ブロッキング層28Aを形成する。この場合、第2ブロッキング層28Aは、青色領域と緑色領域を覆う形態に形成され、赤色領域上には形成されない。次に、第2マスク29を除去する。
【0041】
次に、図15に示すように、第2ブロッキング層28Aを含む全面に酸化膜物質を蒸着して全領域を覆う第3ブロッキング層36を形成する。
上述したような第1、第2及び第3ブロッキング層26A、28A、36を導入することによって、青色領域には、第1ブロッキング層26A、第2ブロッキング層28A及び第3ブロッキング層36の三重層が残留し、緑色領域には、第2ブロッキング層28Aと第3ブロッキング層36の二重層が残留し、赤色領域には、第3ブロッキング層36の単一層が残留する。
【0042】
例えば、青色光が入力される青色領域に最も厚いブロッキング層があり、緑色光が入力される緑色領域には、中間ブロッキング層があり、赤色光が入力される赤色領域には最も薄いブロッキング層が導入されている。結果的に、光の波長が長くなるほどブロッキング層の厚さが薄くなっている。
【0043】
次に、図16に示すように、第3ブロッキング層36が形成された結果物全面に感光膜を塗布し露光及び現像によりパターンニングしてフォトダイオードの深いn−領域を定義する第3マスク30を形成する。
この場合、第3マスク30は、ゲート電極25の片側エッジとフィールド酸化膜23の片側エッジに整列され、ゲート電極25の他側、例えば、フローティング拡散領域が形成される部分は覆われる。
【0044】
次に、第3マスク30をイオン注入マスクに利用して高エネルギーで傾斜角及び回転なしにn型ドーパントのイオン注入を実施する。
この場合、イオン注入後青色領域のp型エピタキシャル層22内には、Rpが最も浅い第1n型領域31Aが形成され、赤色領域には、Rpが最も深い第3n型領域33Aが形成され、緑色領域には、Rpが中間深さである第2n型領域32Aが形成される。
【0045】
このように、同じイオン注入条件下でイオン注入をしてもRpが互いに異なる理由は、各領域上に備わったブロッキング層の厚さのためである。すなわち、各ブロッキング層がイオン注入時マスク役割を行なうことによって、イオン注入時のRpが各領域に応じて異なるように現れる。
上述したイオン注入により、第1、第2及び第3n型領域31A、32A、33Aは、各々そのRpがRp(B)、Rp(G)、Rp(R)であり、その深さの度合は、Rp(R)>Rp(G)>Rp(B)である。
【0046】
次に、図17に示すように、第3マスク30を残した状態で中間エネルギーで傾斜角を与えかつ回転しながらイオン注入を実施する。
この場合、イオン注入が傾斜角を与えながら実施されるので、第1、第2及び第3n型領域31A、32A、33Aは、各々ゲート電極25の下方にドーピングプロファイルが拡張される。すなわち、第1n型拡張領域31B、第2n型拡張領域32B、第3n型拡張領域33Bが形成される。
【0047】
次に、図18に示すように、第3マスク30を除去する。
上述したように、2回のイオン注入を通してフォトダイオードのn−領域をなす第1、第2及び第3n−領域31、32、33を形成する。すなわち、青色領域には、Rp(B)である第1n−領域31が形成され、緑色領域には、Rp(G)である第2n−領域32が形成され、赤色領域には、Rp(R)である第3n−領域33が形成され、第3n−領域33のRp(R)が第1n−領域31のRp(B)と第2n−領域32のRp(G)より深い。これは、フォトダイオードに入射する光の波長が長いほどRpが深いことを意味する。
【0048】
第3マスク30除去後露出された全面に絶縁膜を蒸着した後、エッチバックしてゲート電極25の両側壁に接するスペーサ34を形成する。この場合、スペーサ34を形成するための絶縁膜は、窒化膜または酸化膜を利用し、第1、第2、第3ブロッキング層26A、28A、36が酸化膜であるので、スペーサ形成のためのエッチバックの際除去される。
【0049】
次に、ゲート電極25及びスペーサ34をイオン注入マスクに利用してp型ドーパントをイオン注入して、各カラー領域に浅いp0領域35A、35B、35Cを形成する。この場合、p0領域35A、35B、35Cは、第1、第2、第3ブロッキング層26A、28A、36が除去された状態でイオン注入して形成するので、全ての領域でその深さが同一である。
従って、青色領域に第1n−領域31とp0領域35Aとなったフォトダイオードが形成され、緑色領域に第2n−領域32とp0領域35Bとなったフォトダイオードが形成され、赤色領域に第3n−領域33とp0領域35Cとなったフォトダイオードが形成される。
【0050】
ここで、第3n−領域33とp型半導体基板21との間の距離[h(R)]が最も短く、第1n−領域31とp型半導体基板21との間の距離[h(B)]が最も長く、第2n−領域32とp型半導体基板21との間の距離[h(G)]が中間長さである。
一方、p型半導体基板21とn型領域との間の距離(h)、特に、h(R)の値が減少するほど赤色光による隣接ピクセルのクロストーク現象が抑制される。これはp型半導体基板21との距離が減少されるため、光電荷流入時電子正孔対(EHP)に対する再結合が活発でドリフト電子の濃度が減少するためである。
【0051】
上述したブロッキング層の厚さについて述べると、青色領域に導入されたブロッキング層の厚さは、1500Å〜2000Åであり、緑色領域に導入されたブロッキング層の厚さは、1000Åであり、赤色領域に導入されたブロッキング層の厚さは500Åである。
したがって、カラー領域ごとにそれぞれ異なる厚さのブロッキング層を導入することによって、同じイオン注入工程に多様なRpを具現できるので、カラー比を向上させることができる効果がある。例えば、通常のカラー比、すなわち赤色/緑色、青色/緑色比率は、0.5〜0.6水準であるが、本発明の場合カラー比を1に近接させることができる。
【0052】
一方、図面に示さなかったが、後続工程として、図1のように、各フォトダイオードが形成されたp型エピタキシャル層上に絶縁膜を形成した後、絶縁膜上に各カラー領域に対応するカラーフィルタを形成する。
【0053】
尚、本発明は、上述の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。
【0054】
【発明の効果】
上述したようになされる本発明によれば、赤色光が入射するフォトダイオードの深さを増加させて赤色光により誘発される光電荷がフォトダイオード内に分布するように赤色信号特性を改善させることができる効果がある。
また、追加的なレティクル製作なしにカラーフィルタ配列レティクルを利用してカラー領域に応じて異なるフォトダイオードの深さを形成することによって、色再現性を向上させることができる効果がある。
【0055】
そして、フォトダイオードとp型基板との間の距離を減少させることによって、隣接ピクセルのクロストーク現象を抑制できる効果がある。
そして、カラー領域ごとにそれぞれ異なる厚さのブロッキング層を導入することによって、同じイオン注入工程に多様なRpを具現できるのでカラー比を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術に係るCMOSイメージセンサの単位画素を示す断面図である。
【図2】光の波長に応じたシリコン層内透過深さと吸収係数の関係を示す図である。
【図3】本発明の実施例に係るイメージセンサの単位画素を示す断面図である。
【図4】第1の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図5】第1の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図6】第1の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図7】第1の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図8】第1の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素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の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図10】第1の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図11】第2の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図12】第2の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図13】第2の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図14】第2の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図15】第2の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図16】第2の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図17】第2の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図18】第2の実施例による図3に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
21 p型半導体基板
22 p型エピタキシャル層
23 フィールド酸化膜
24 ゲート酸化膜
25 ゲート電極
26 第1酸化膜
26A 第1ブロッキング層
27 第1マスク
28 第2酸化膜
28A 第2ブロッキング層
29 第2マスク
30 第3マスク
31 第1n−領域
31A 第1n型領域
31B 第1n型拡張領域
32 第2n−領域
32A 第2n型領域
32B 第2n型拡張領域
33 第3n−領域
33A 第3n型領域
33B 第3n型拡張領域
35A、35B、35C p0領域
36 第3ブロッキング層
Claims (20)
- 少なくとも二つの波長の光をイメージングするためのイメージセンサにおいて、
光波長に応じて少なくとも二つのグループに分けられる複数の単位ピクセルと、
前記各単位ピクセルに受光のために形成され、光波長に応じて深さが異なるフォトダイオードとを含むことを特徴とする光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサ。 - 前記光の波長が長いほど前記フォトダイオードの深さがより深いことを特徴とする請求項1に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサ。
- 前記イメージセンサは、赤色光をイメージングするための単位ピクセルからなる第1グループと、青色光をイメージングするための単位ピクセルからなる第2グループと、及び緑色光をイメージングするための単位ピクセルからなる第3グループとに分けられ、
前記第1グループの単位ピクセル内のフォトダイオードが最も深く、前記第2グループの単位ピクセル内のフォトダイオードが最も浅いことを特徴とする請求項1に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサ。 - 前記第1、第2及び第3グループ単位ピクセルの各フォトダイオードは、p型イオン注入領域とn型イオン注入領域とを備えpn接合をなし、
前記第1グループ単位ピクセル内のフォトダイオードのn型イオン注入領域が最も深く、前記第2グループ単位ピクセル内のフォトダイオードのn型イオン注入領域の深さが最も浅いことを特徴とする請求項3に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサ。 - 前記イメージセンサは、前記第1、第2及び第3グループの各単位ピクセルのフォトダイオードを提供するエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極両側壁のスペーサとをさらに含み、
前記各フォトダイオードのn型イオン注入領域は、前記ゲート電極のエッジ下までその片側が拡張され、前記p型イオン注入領域は、前記スペーサのエッジに整列(align)されることを特徴とする請求項4に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサ。 - 赤色領域、緑色領域及び青色領域に各カラー領域が分離されたエピタキシャル層を用意するステップと、
前記エピタキシャル層の前記各カラー領域上にゲート電極を形成するステップと、
前記エピタキシャル層にイオン注入を行なって、前記各カラー領域ごとに深さが互いに異なるフォトダイオードを形成するステップと、
前記フォトダイオードが形成された前記エピタキシャル層上に絶縁膜を形成するステップと、
前記絶縁膜上に前記各カラー領域に対応するカラーフィルタを形成するステップとを含むことを特徴とする光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサの製造方法。 - 前記フォトダイオードを形成するステップは、前記青色領域を覆う第1イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記青色領域と前記緑色領域を覆う第2イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記フォトダイオード位置が予定される前記エピタキシャル層上部を露出させるマスクを形成するステップと、
前記マスクをイオン注入マスクとして前記エピタキシャル層内にイオン注入を行なうステップとを含むことを特徴とする請求項6に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサの製造方法。 - 前記フォトダイオードを形成するステップは、前記青色領域を覆う第1イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記青色領域と前記緑色領域を覆う第2イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記第1、第2イオン注入ブロッキング層及び前記赤色領域を覆う第3イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記第3イオン注入ブロッキング層上にフォトダイオード位置が予定される前記エピタキシャル層上部を露出させるマスクを形成するステップと、
前記マスクをイオン注入マスクとして前記エピタキシャル層内にイオン注入を行なうステップとを含むことを特徴とする請求項6に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサの製造方法。 - 前記イオン注入を行なうステップで2回のイオン注入工程を通してn型イオン注入領域を形成し、
前記マスクを除去するステップと、
前記ゲート電極を含む全面にスペーサ用絶縁膜を形成するステップと、
前記スペーサ用絶縁膜をエッチバックして前記ゲート電極の両側壁に接するスペーサを形成するステップと、
前記スペーサ及び前記ゲート電極をマスクにして前記n型イオン注入領域上にp型イオン注入領域を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項7または8に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサの製造方法。 - 前記n型イオン注入領域を形成するステップは、第1イオン注入をするステップと、
前記第1イオン注入より低いエネルギーで第2イオン注入をするステップとを含むことを特徴とする請求項9に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサの製造方法。 - 前記第1イオン注入ブロッキング層を形成するステップは、前記ゲート電極を含む前記エピタキシャル層上に第1酸化膜を形成するステップと、
前記第1酸化膜上に前記青色領域を覆うマスクを形成するステップと、
前記マスクをエッチングマスクとして前記第1酸化膜をエッチングして前記第1イオン注入ブロッキング層を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項7または8に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサの製造方法。 - 前記マスクは、青色カラーフィルタを形成するためのレティクルを利用することを特徴とする請求項11に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサの製造方法。
- 前記第2イオン注入ブロッキング層を形成するステップは、前記第1イオン注入ブロッキング層上に第2酸化膜を形成するステップと、
前記第2酸化膜に前記青色領域と前記緑色領域を覆うマスクを形成するステップと、
前記マスクをエッチングマスクとして前記第2酸化膜をエッチングして前記第2イオン注入ブロッキング層を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項7または8に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサの製造方法。 - 前記マスクは、緑色カラーフィルタを形成するためのレティクルを利用することを特徴とする請求項13に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサの製造方法。
- 前記第1、第2及び第3イオン注入ブロッキング層は、酸化膜であることを特徴とする請求項8に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサの製造方法。
- エピタキシャル層内にフィールド酸化膜を形成して複数のカラー領域を定義するステップと、
前記各カラー領域のエピタキシャル層内に前記各カラー領域に対応する光の波長に応じて互いに異なる深さを有するn型イオン注入領域を形成するステップと、
前記n型イオン注入領域上にp型イオン注入領域を形成するステップとを含むことを特徴とする光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサのフォトダイオード形成方法。 - 前記n型イオン注入領域は、前記各カラー領域に対応する光の波長が長いほどその深さが深いことを特徴とする請求項16に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサのフォトダイオード形成方法。
- 前記n型イオン注入領域を形成するステップは、第1イオン注入するステップと、
前記第1イオン注入より低いエネルギーで第2イオン注入するステップとを含むことを特徴とする請求項16に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサのフォトダイオード形成方法。 - 前記n型イオン注入領域を形成するステップは、前記各カラー領域が青色領域、緑色領域及び赤色領域に区分され、
前記エピタキシャル層上に前記青色領域を覆う第1イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記青色領域と前記緑色領域を覆う第2イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記第1、第2イオン注入ブロッキング層及び前記赤色領域を覆う第3イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記第3イオン注入ブロッキング層上にフォトダイオード位置が予定される前記エピタキシャル層上部を露出させるマスクを形成するステップと、
前記マスクをイオン注入マスクとしてn型ドーパントをイオン注入するステップとを含むことを特徴とする請求項16に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサのフォトダイオード形成方法。 - 前記第1、第2及び第3イオン注入ブロッキング層は、酸化膜であることを特徴とする請求項19に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるCMOSイメージセンサのフォトダイオード形成方法。
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