JP2006114887A - Ｃｍｏｓ方式のイメージセンサーとその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】クロストークの発生が抑制できるイメージセンサーを提供する。
【解決手段】本発明は、エピタキシャル層が成長される基板と、エピタキシャル層に埋め込まれる複数のフォトダイオードと、該フォトダイオードの間に形成されてフォトダイオードを絶縁させるための複数のフィールド酸化膜と、を含み、各フィールド酸化膜は、エピタキシャル層に形成されるトレンチと、該トレンチの内側面に蒸着される第１の酸化層と、該第１の酸化層に蒸着されて入射される光をフォトダイオードの側面に反射させるための反射層と、該反射層の上に形成される第２の酸化膜と、を含んでなることを特徴とするＣＭＯＳ方式のイメージセンサーを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明はイメージセンサーに関するもので、特に、ＣＭＯＳ方式のイメージセンサー及びその製造方法に関するものである。
ＣＭＯＳイメージセンサーは、複数のフォトダイオードが集積された半導体素子であり、それぞれのフォトダイオードは、入射された光を電気信号に変換させて入力された光信号から対象物体のイメージを検出するためのセンサーである。ＣＭＯＳイメージセンサーは、カメラ付き携帯電話、デジタルカメラのような小型化された個人携帯装置に装着され、それによってそのサイズに制約を受けるようになる。
一般的なイメージセンサーにおいて、光が検出可能な最小単位はピクセル(ｐｉｘｅｌ)である。イメージセンサーは、複数のピクセルで構成される。ピクセルは、それぞれのフォトダイオードと、該当フォトダイオードを駆動させるための駆動素子と、その他複数の素子と、を含む。このピクセルとフォトダイオードは一対一で対応し、該当ピクセル面積に対する各フォトダイオードの受光面積の比は、“フィルファクター(ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ)”と呼ばれる。一般的なイメージセンサーのフィルファクターは、約２０％である。したがって、フィルファクターは、イメージセンサーの感光性(ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ)を評価する基準となる。
制限された空間で、イメージセンサーの感光性を向上させるために、集積されるピクセルの数を増加し、各ピクセルで占めるフォトダイオードの受光面積を最大限拡張しなければならないという必要性があった。
上述したフィルファクターを増加させるための手段としては、イメージセンサーの受光面に対応する位置にそれぞれのマイクロレンズを設け、該当フォトダイオードに光を収束させる方法が提案されている。
しかしながら、マイクロレンズを通じてフォトダイオードに受光されない光は、イメージセンサーにおいて、不必要な光で相互干渉により変色を引き起こすクロストーク(ｃｒｏｓｓ ｔａｌｋ)などの要因となる問題点があった。
したがって、上記した従来技術の問題点を解決するために、本発明の目的は、クロストークの発生が抑制できるイメージセンサーを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明によるイメージセンサーは、エピタキシャル層が成長される基板と、前記エピタキシャル層に埋め込まれる複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの間に形成されて前記フォトダイオードを絶縁させるための複数のフィールド酸化膜と、を含み、前記各フィールド酸化膜は、前記エピタキシャル層に形成されるトレンチと、前記トレンチの内側面に蒸着される第１の酸化層と、前記第１の酸化層に蒸着されて入射される光を前記フォトダイオードの側面に反射させるための反射層と、前記反射層の上に形成される第２の酸化膜と、を含んでなることを特徴とする。
本発明は、フォトダイオードの側面に対向するように反射層をフィールド酸化膜の内部に蒸着することで、フォトダイオードの受光面に入射されず、フィールド酸化膜に入射された光をフォトダイオードの側面に反射させる。したがって、フォトダイオードに入射されずに消滅又はクロストークを引き起こす光をフォトダイオードの側面に入射させることによって、フォトダイオードのフィルファクター(ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ)を増加することなくても、イメージセンサーの受光能力を向上することができる。すなわち、本発明は、フォトダイオードの受光面積を増加しなくてもフィルファクターの向上が可能である。それによって、本発明は、同一の面積のイメージセンサーに、より多くのフォトダイオードを集積させることと同一の効果が得られる。なお、本発明は、消滅される光によるクロストークのような妨害又は変色などの短所を抑制できる。
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。以下に、本発明に関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明が、本発明の要旨を不明にすると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。
図１は、本発明の望ましい実施形態によるイメージセンサーを示す図である。図１を参照すれば、本発明によるイメージセンサーは、エピタキシャル層(ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｌａｙｅｒ)１２０が成長される基板１１０と、このエピタキシャル層１２０内に相互に隣接するように埋め込まれた複数のフォトダイオード１４０と、このフォトダイオード１４０の間に位置する複数のフィールド酸化膜１３０と、複数のトランスファーゲート１５０と、各トランスファーゲート１５０とエピタキシャル層１２０との間に形成されるゲート酸化膜１６０と、エピタキシャル層１２０の上に成長される第１の絶縁層１８０と、 該第１の絶縁層１８０の上に該当フォトダイオード１４０に対向するように形成される複数のカラーフィルター２３０と、このカラーフィルター２３０を含む第１の絶縁層１８０の上に成長される第２の絶縁層１９０と、この第２の絶縁層１９０の上に該当カラーフィルター２３０に対向するように形成される複数のマイクロレンズ２４０と、を含む。
基板１１０には、Ｐ型ドーパントが添加される。基板１１０に添加されたＰ型ドーパントより低い濃度のＰ型ドーパントが添加されているエピタキシャル層１２０が、基板１１０の上に成長される。
図２は、図１に示したフィールド酸化膜１３０を示す図である。図３Ａ〜図３Ｅは、図１に示したフィールド酸化膜１３０の製造過程を各段階別に示す図である。以下に、図２及び図３Ａ〜図３Ｅを参照して、各フィールド酸化膜１３０について説明する。
各フィールド酸化膜１３０は、エピタキシャル層１２０に形成されたトレンチ(ｔｒｅｎｃｈ)１３１と、このトレンチ１３１に蒸着された第１の酸化層１３２と、この第１の酸化層１３２に蒸着されて入射される光を各フォトダイオード１４０の側面１４０ａに反射させるための反射層１３３と、この反射層１３３の上に形成される第２の酸化層１３４と、を含む。
第１の酸化層１３２は、液体酸化物をスピンコーティングによって各トレンチ１３１の基底面と側面とに蒸着されることで、該当フォトダイオード１４０の側面に対して予め設定された傾斜度を有する。
反射層１３３は、フォトダイオード１４０の側面１４０ａに対向するように第１の酸化層１３２の一部分に蒸着されることによって、入射された光をフォトダイオード１４０の側面１４０ａに反射させる。反射層１３３は、金属コーティング又はスパッタコーティング(ｓｐｕｔｔｅｒ ｃｏａｔｉｎｇ)によって形成される。第２の酸化層１３４は、反射層１３３が形成された第１の酸化層１３２の上に成長される。
フィールド酸化膜１３０は、成長された第２の酸化層１３４を平坦化させることによって形成される。フィールド酸化膜１３０は、フォトダイオード１４０の間を光学的、電気的に絶縁させる。特に、反射層１３３は、各フォトダイオードの受光面に入射されない光を該当フォトダイオード１４０の側面１４０ａに反射させ、それによって、フォトダイオード１４０の受光能力を向上させることができる。
各トランスファーゲート１５０は、エピタキシャル層１２０の上に形成され、このトランスファーゲート１５０の両側壁にスペーサ１５１ａ，１５１ｂが形成される。ゲート酸化膜１６０は、各トランスファーゲート１５０とエピタキシャル層１２０との間に積層され、トランスファーゲート１５０とエピタキシャル層１２０とを絶縁させる。
第１の絶縁層１８０は、トランスファーゲート１５０を含むエピタキシャル層１２０の上に成長される。第２の絶縁層１９０は、第１の絶縁層１８０の上に成長される。
マイクロレンズ２４０は、それぞれカラーフィルター２３０に対向するように形成される。マイクロレンズ２４０は、入射される光を該当カラーフィルター２３０を通じて各フォトダイオード１４０の受光面に収束する。
本発明の望ましい実施形態によるイメージセンサーを示す図である。 図１に示したフィールド酸化膜を示す図である。 図１に示したフィールド酸化膜の製造過程を段階別に示す図である。 図１に示したフィールド酸化膜の製造過程を段階別に示す図である。 図１に示したフィールド酸化膜の製造過程を段階別に示す図である。 図１に示したフィールド酸化膜の製造過程を段階別に示す図である。 図１に示したフィールド酸化膜の製造過程を段階別に示す図である。
符号の説明
１１０ 基板
１２０ エピタキシャル層
１３０ フィールド酸化膜
１３１ トレンチ
１３２ 第１の酸化層
１３３ 反射層
１３４ 第２の酸化層
１４０ フォトダイオード
１４０ａ 側面
１５０ トランスファーゲート
１５１ａ、１５１ｂ スペーサ
１６０ ゲート酸化膜
１８０ 第１の絶縁層
１９０ 第２の絶縁層
２３０ カラーフィルター
２４０ マイクロレンズ

Claims (20)

  1. イメージセンサーであって、
    エピタキシャル層が成長される基板と、
    前記エピタキシャル層に埋め込まれる複数のフォトダイオードと、
    前記フォトダイオードの間に形成されて前記フォトダイオードを絶縁させるための複数のフィールド酸化膜と、を含み、
    前記フィールド酸化膜の各々は、前記エピタキシャル層に形成されるトレンチと、前記トレンチの内側面に蒸着される第１の酸化層と、前記第１の酸化層に蒸着されて入射される光を前記フォトダイオードの側面に反射させるための反射層と、前記反射層の上に形成される第２の酸化膜と、をそれぞれ含んでなることを特徴とするＣＭＯＳ方式のイメージセンサー。
  2. 前記基板は、Ｐ型ドーパントが添加されることを特徴とする請求項１記載のＣＭＯＳ方式のイメージセンサー。
  3. 前記エピタキシャル層と前記基板は、それぞれ、少なくとも一つのＰ型ドーパントが添加され、前記エピタキシャル層は、前記基板より低い濃度のＰ型ドーパントが添加されること
    を特徴とする請求項１記載のＣＭＯＳ方式のイメージセンサー。
  4. 前記イメージセンサーは、
    前記エピタキシャル層の上に形成され、その両側壁にスペーサが形成される複数のトランスファーゲートと、
    前記トランスファーゲートの各々と前記エピタキシャル層との間にそれぞれ積層されるゲート酸化膜と、
    前記トランスファーゲートを含む前記エピタキシャル層の上に成長される第１の絶縁層と、
    複数のフォトダイオードにそれぞれ対向するように形成される複数のカラーフィルターと、
    前記第１の絶縁層の上に成長される第２の絶縁層と、
    前記複数のカラーフィルターにそれぞれ対向するように形成される複数のマイクロレンズと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のＣＭＯＳ方式のイメージセンサー。
  5. 前記複数のカラーフィルターは、該当フォトダイオードに対向するように整列して形成されることを特徴とする請求項４記載のＣＭＯＳ方式のイメージセンサー。
  6. 前記複数のマイクロレンズは、該当カラーフィルターに対向するように整列して形成されることを特徴とする請求項５記載のＣＭＯＳ方式のイメージセンサー。
  7. 前記複数のマイクロレンズは、該当カラーフィルターに対向するように整列して形成されることを特徴とする請求項４記載のＣＭＯＳ方式のイメージセンサー。
  8. 前記第１の酸化層は、スピンコーティングによって前記トレンチの内側面に蒸着されることを特徴とする請求項１記載のＣＭＯＳ方式のイメージセンサー。
  9. 前記反射層は、前記第１の酸化層上の一部に形成されることによって、入射された光を前記フォトダイオードの側面に反射させることを特徴とする請求項１記載のＣＭＯＳ方式のイメージセンサー。
  10. フィールド酸化膜は、前記トレンチと、前記第１の酸化層と、前記複数のフォトダイオードのそれぞれに対応する反射層と、第２の酸化層と、を含むことを特徴とする請求項１記載のＣＭＯＳ方式のイメージセンサー。
  11. 基板上に成長されたエピタキシャル層に埋め込まれる複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの間を絶縁させるための複数のフィールド酸化膜と、を含むイメージセンサーの製造方法におけるフィールド酸化膜の形成方法であって、
    前記フォトダイオードの間のエピタキシャル層を蝕刻させるトレンチを形成する段階と、
    前記トレンチの内側にスピンコーティングによって第１の酸化膜を成長させる段階と、
    前記第１の酸化膜上の一部分に該当フォトダイオードの側面に対向する反射層をコーティングする段階と、
    前記反射層を含む前記第１の酸化膜の上に第２の酸化膜を成長させ、成長された前記第２の酸化膜を平坦化させる段階と、
    を含むことを特徴とするイメージセンサーの製造方法。
  12. 前記基板は、Ｐ型ドーパントが添加されることを特徴とする請求項１１記載のイメージセンサーの製造方法。
  13. 前記エピタキシャル層と前記基板は、それぞれ、少なくとも一つのＰ型ドーパントが添加され、前記エピタキシャル層は、前記基板より低い濃度のＰ型ドーパントが添加されることを特徴とする請求項１１記載のイメージセンサーの製造方法。
  14. 前記イメージセンサーの製造方法は、
    前記エピタキシャル層の上に両側壁を有する複数のトランスファーゲートを形成する段階と、
    前記エピタキシャル層の上に前記両側壁の間に整列される複数のスペーサを形成する段階と、
    前記トランスファーゲートと前記エピタキシャル層との間にゲート酸化膜を積層する段階と、
    前記トランスファーゲートを含む前記エピタキシャル層の上に第１の絶縁層を成長させる段階と、
    前記該当フォトダイオードのそれぞれに対向する複数のカラーフィルターを形成する段階と、
    前記第１の絶縁層の上に第２の絶縁層を成長させる段階と、
    前記該当カラーフィルターにそれぞれ対向する複数のマイクロレンズを形成する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載のイメージセンサーの製造方法。
  15. 前記複数のカラーフィルターは、該当フォトダイオードのそれぞれに対向するように整列されることを特徴とする請求項１４記載のイメージセンサーの製造方法。
  16. 前記複数のマイクロレンズは、該当カラーフィルターに対向するように整列されることを特徴とする請求項１５記載のイメージセンサーの製造方法。
  17. 前記複数のマイクロレンズは、該当カラーフィルターに対向するように整列されることを特徴とする請求項１４記載のイメージセンサーの製造方法。
  18. 前記トレンチの内側にスピンコーティングによって第１の酸化膜を成長させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載のイメージセンサーの製造方法。
  19. 前記第１の酸化膜は、外部表面を有し、該当フォトダイオードの側面に入射光を反射させるために前記外部表面の一部に前記反射層をコーティングすることを特徴とする請求項１１記載のイメージセンサーの製造方法。
  20. 前記複数のフィールド酸化膜は、前記トレンチと、前記第１の酸化膜と、前記反射層と、第２の酸化膜と、を含むことを特徴とする請求項１１記載のイメージセンサーの製造方法。
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