JP2007027705A - イメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】イメージセンサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】画素領域及びCMOS領域を有する半導体基板を具備する。CMOS領域はNMOS領域とPMOS領域とを含む。半導体基板内に活性領域を画定する素子分離膜を形成する。半導体基板上にポリシリコン膜を形成する。ポリシリコン膜を有する基板上にCMOS領域のうち、少なくともPMOS領域を覆うイオン注入マスクパターンを形成する。イオン注入マスクパターンを用いて前記ポリシリコン膜内に実質的に均一なn型不純物ドーピングを実施する。イオン注入マスクパターンを除去した後にポリシリコン膜をパターニングして画素領域の半導体基板上に転送ゲート電極、NMOS領域の半導体基板上にNMOSゲート電極及びPMOS領域の半導体基板上にPMOSゲート電極を形成する。さらに、実質的に均一な不純物ドーピング分布を有する転送ゲート電極を具備するイメージセンサが提供される。
【選択図】図4F

Description

本発明は、半導体素子及びその製造方法に関し、特に、イメージセンサ及びその製造方法に関するものである。
イメージセンサは、光学画像を電気信号に変換する半導体素子である。前記イメージセンサはCCD(charge coupled device)型及びCMOS(complementary metal oxide semiconductor)型に分類される。前記CMOS型イメージセンサは、CIS(CMOS image sensor)と略称される。前記CISは、2次元的に配列された複数の画素及び前記画素から生成された信号を増幅するための抵抗パターンを含む。前記画素のそれぞれは、フォトダイオードPD、フローティング拡散領域FD、及び転送トランジスタTXをその構成要素として採用する。前記フォトダイオードPDは入射される光を電気信号に変換する役割をする。前記転送トランジスタTXは前記フォトダイオードPDで集束された光電荷を前記フローティング拡散領域FDに運搬する役割をする。ここで、前記フォトダイオードPDに集束された光電荷が前記フローティング拡散領域FDに完全に運搬できず、残留する場合に、残像という現象により画面の鮮明度が低下するという問題が挙げられる。よって、前記転送トランジスタTXは前記フォトダイオードPDで集束された光電荷を前記フローティング拡散領域FDに運搬するのに十分な駆動能力を有しなければならない。
前記転送トランジスタは転送ゲート電極を具備する。前記転送ゲート電極は半導体基板上にアンドープドポリシリコンパターンに形成された後、前記フローティング拡散領域を形成するために前記基板内にn不純物イオンを注入する際に、同時にドーピングされて電気的特性を有する。また、前記抵抗パターンもアンドープドポリシリコンパターンに形成された後、前記フローティング拡散領域を形成するため前記基板内にn不純物イオンを注入する際に、同時にドーピングされて抵抗特性を表わす。
図1Aないし図1Dは、従来技術によるイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
図1Aを参照すると、画素領域A及び抵抗領域Bを有する半導体基板100を具備する。前記半導体基板100上の所定の深さにPウェル(P−well)PWを形成し、前記PウェルPW内に活性領域を画定する素子分離膜105を形成する。前記抵抗領域Bは前記素子分離膜105で覆われるように形成する。前記半導体基板100の活性領域上にゲート絶縁膜を形成する。続いて、前記ゲート絶縁膜を有する半導体基板100上にポリシリコン膜を形成する。
前記従来のイメージセンサは周辺回路領域にCMOS素子(図示せず)を含んでいる。前記CMOS素子はPMOS領域及びNMOS領域を含む。前記ポリシリコン膜をパターニングして形成されたPMOS領域のPMOSのゲート電極、及びNMOS領域のNMOSのゲート電極はそれぞれがp型不純物及びn型不純物でドーピングされる。前記のような方法は、ゲート素子が高集積化されながら優秀なゲート素子の特性を維持するためである。よって、前記ポリシリコン膜はアンドープドポリシリコン膜で形成される。
前記ポリシリコン膜をパターニングして前記画素領域Aの前記半導体基板上に転送ゲート電極TG0及び前記抵抗領域Bの前記素子分離膜105上に抵抗パターンR0を形成する。このとき、前記ゲート絶縁膜が同時にパターニングされて転送ゲート絶縁膜110を形成することができる。前記転送ゲート電極TG0及び前記抵抗パターンR0を有する基板上であって前記画素領域Aの前記転送ゲート電極TG0一側の前記活性領域内に深いn型不純物領域NPD及び浅いp型不純物領域PPDを形成してフォトダイオードPDを形成する。
図1A及び図1Bを参照すると、前記フォトダイオードPDを有する半導体基板上に前記フォトダイオードPD上部を覆う第1フォトレジストパターン120を形成する。このとき、前記第1フォトレジストパターンの端120’が前記転送ゲート電極TG0の上部中央領域に位置するように形成する。前記第1フォトレジストパターン120の位置は、ミスアライメントである不良を最小化し、以後の工程段階で前記転送ゲート電極TG0の大きいマージン幅を提供する。
前記第1フォトレジストパターン120をイオン注入マスクとして用いて前記半導体基板内に第1不純物イオンIP’を注入する。その結果、前記転送ゲート電極TG0を間に置いて前記フォトダイオードPDと離隔された前記活性領域内にLDD不純物領域125が形成され、同時に、前記転送ゲート電極TG0の露出した領域に第1不純物イオンIP’でドーピングされた領域TG1が形成される。また、同時に前記抵抗領域Bに第1不純物イオンIP’でドーピングされた抵抗パターンR1が形成される。前記第1不純物イオンIP’はn型不純物イオンとすることができる。
図1Cを参照すると、前記第1フォトレジストパターン120をイオン注入マスクとして再び用いて前記半導体基板100内に傾斜イオン注入方法を用いて第2不純物イオンIP”を注入する。その結果、前記転送ゲート電極TG0、TG1を間に置いて前記フォトダイオードPDと離隔された前記活性領域内に浅い不純物領域130が形成され、同時に前記転送ゲート電極TG0の露出した領域に第1及び2不純物でドーピングされた領域TG2が形成される。また、同時に前記抵抗領域Bに第1及び第2不純物でドーピングされた抵抗パターンR2が形成される。前記第2不純物イオンIP”はp型不純物イオンとすることができる。
図1C及び図1Dを参照すると、前記第1フォトレジストパターン120を除去し、前記転送ゲート電極TG0、TG2の側壁及び前記抵抗パターンR2の側壁を覆うスペーサ135を形成する。前記スペーサ135を有する基板上に前記第1フォトレジストパターン120と同一のパターンを有する第2フォトレジストパターン140を形成する。前記第2フォトレジストパターンの端140’も図1Cの前記第1フォトレジストパターン120の端120’のように、ミスアライメントマージン幅のために前記転送ゲート電極TG0、TG2の上部中央領域に位置するように形成する。
前記第2フォトレジストパターン140をイオン注入マスクとして用いて前記半導体基板100内に第3不純物イオンIP’’’を注入する。その結果、前記転送ゲート電極TG0、TG2を間に置いて前記フォトダイオードPDと離隔された前記活性領域内にn不純物領域145が形成され、同時に前記転送ゲート電極TG0の露出された領域に第1、第2及び第3不純物でドーピングされた転送ゲート電極TG3が形成される。また、同時に前記抵抗領域Bに第1、第2及び第3不純物イオンでドーピングされた抵抗パターンR3が形成される。前記第3不純物イオンIP’’’はn不純物イオンとすることができる。前記n不純物イオンはn型不純物イオンと比べて高濃度のn型不純物イオンを示す。前記LDD不純物領域125及び前記n不純物領域145はフローティング拡散領域FDを構成することができる。前記フォトダイオードPDの深いn型不純物領域NPD、前記転送ゲート電極TG0、TG3及び前記フローティング拡散領域FDは転送トランジスタを構成することができる。
上記で説明されたように前記転送ゲート電極TG0、TG3は、前記第2フォトレジストパターン140の端140’がミスアライメントマージン幅のために前記転送ゲート電極TG0、TG3の上部中央領域に位置するので前記第2フォトレジストパターン140によって覆われていた前記転送ゲート電極TG0の場合はドーピングされないポリシリコンパターンとして残るようになる。よって、前記ドーピングされないポリシリコンパターン領域によって前記転送ゲート電極TG0、TG3の特性が低下して前記転送トランジスタの駆動能力が低下する。
これを防止するために前記第2フォトレジストパターン140を前記転送ゲート電極TG0の上部をすべて露出させるように形成することができるが、ミスアライメントインが発生して前記第2フォトレジストパターン140の端140”が前記フォトダイオードPD上部に形成される。この場合、前記フォトダイオードPD内部に前記第3不純物イオンIP’’’がドーピングされる。その結果、前記フォトダイオードPD内部にn不純物チップ領域nTが発生する。前記n不純物チップ領域nTは、電子を多く含んでいて前記フォトダイオードPDの深いn型不純物領域NPDに電子が移動するようになる。よって、前記フォトダイオードPDにノイズを発生させてダークレベルを増加させる。これは前記フォトダイオードPDが光を殆んど受けない場合には電子が発生してはいけないのに前記n不純物チップ領域nTによって電子が発生するからである。
従来技術によるイメージセンサの製造方法が特許文献1に“半導体基板内に不純物濃度分布の不均一性が抑制された固体イメージセンサを有する半導体素子及びその製造方法(Semiconductor device having solid−state image sensor with suppressed variation in impurity concentration distribution within semiconductor substrate、and method of manufacturing the same)”という名称で木村ら(Kimura et al.)によって開示されている。木村らによれば、活性領域を横切る転送ゲート電極を形成し、前記転送ゲート電極の一端部及び前記一端部に隣接した前記活性領域を露出させる第1フォトレジストパターンを形成する。続いて、前記第1フォトレジストパターンをイオン注入マスクとして用いて前記活性領域内にn型不純物イオン及び前記n型不純物イオンよりもさらに高い濃度のp不純物イオンを順に注入してフォトダイオードの深いn型不純物領域及び浅いp不純物領域を形成する。この場合、前記第1フォトレジストパターンによって露出された前記転送ゲート電極は結果的にp型にドーピングされるようになる。
続いて、前記第1フォトレジストパターンを除去し、前記転送ゲート電極を間に置いて前記フォトダイオードと離隔された活性領域及び前記活性領域に隣接した前記転送ゲート電極の一端部を露出させる第2ポトレジジストパターンを形成する。続いて、前記第2フォトレジストパターンをイオン注入マスクとして用いて前記活性領域内にn不純物イオンを注入してフローティング拡散領域を形成することができる。このとき、前記露出された転送ゲート電極はn不純物イオンにドーピングされて電気的特性を示す。しかし、前記第2フォトレジストパターンによって露出される前記転送ゲート電極の領域はミスアライメントインによって多変化される。すなわち、前記転送ゲート電極のドーピング領域が変わることができ、これにより電気的特性が低下した電極が形成される。また、前記第1フォトレジストパターンによって露出された前記転送ゲート電極領域がp型にドーピングされるので、場合によっては前記転送ゲート電極内にpn接合が形成されて前記転送ゲート電極の電気的特性を低下させられる。
米国特許出願公開第2003/0173585号明細書
本発明が解決しようとする技術的課題は、均一な不純物ドーピング分布を有する転送ゲート電極を具備する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。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、均一な不純物ドーピング分布を有する抵抗パターンを具備する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。
本発明の一様態によると、転送ゲート電極を具備するイメージセンサを提供する。前記イメージセンサは活性領域を有した画素領域を含む半導体基板を具備する。前記活性領域上に均一な不純物ドーピング分布を有する転送ゲート電極が配置される。
本発明の他の一様態によると、転送ゲート電極を具備するイメージセンサの製造方法を提供する。この方法は画素領域及びCMOS領域を有する半導体基板を具備することを含む。前記CMOS領域はNMOS領域とPMOS領域とを含む。前記半導体基板内に活性領域を画定する素子分離膜を形成する。前記半導体基板上にポリシリコン膜を形成する。前記ポリシリコン膜を有する基板上に少なくとも前記PMOS領域を覆うイオン注入マスクパターンを形成する。前記イオン注入マスクパターンを用いて前記ポリシリコン膜内に均一なn型不純物ドーピングを実施する。前記イオン注入マスクパターンを除去した後、前記ポリシリコン膜をパターニングして前記画素領域に転送ゲート電極、前記NMOS領域にNMOSゲート電極及び前記PMOS領域にPMOSゲート電極を形成する。
本発明のさらに他の一様態によると、転送ゲート電極を具備するイメージセンサの製造方法を提供する。この方法は抵抗領域及びCMOS領域を含む半導体基板を具備することを含む。前記CMOS領域はNMOS領域とPMOS領域とを含む。前記半導体基板内に活性領域を画定する素子分離膜を形成する。前記半導体基板上にポリシリコン膜を形成する。前記ポリシリコン膜を有する基板上に少なくとも前記PMOS領域を覆うイオン注入マスクパターンを形成する。前記イオン注入マスクパターンを用いて前記ポリシリコン膜内にn型不純物を均一にドーピングする。前記イオン注入マスクパターンを除去した後、前記ポリシリコン膜をパターニングして前記抵抗領域に抵抗パターン、前記NMOS領域にNMOSゲート電極及び前記PMOS領域にPMOSゲート電極を形成する。
本発明の実施形態によれば、画素領域の転送ゲート電極及び抵抗領域の抵抗パターンに実質的に均一なn不純物をドーピングすることによって、従来技術のミスアライメントインにより発生するフォトダイオードのダークレベル増加現象や転送ゲート電極の駆動能力低下現象などを防止することができる。また、抵抗パターンのドーピングを1回に限定することによって抵抗特性の制御が容易となる。したがって、優れた特性を有するイメージセンサの製造が可能となる。
以下、添付した図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明する実施形態に限られず、他の形態で具体化されることもある。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された発明が完成されていることを示すと共に、当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供するものである。図面において、層及び領域の厚みは明確性をあたえるために誇張して図示されたものである。明細書全体にわたって同じ参照番号は、同様の構成要素を示す。また、明細書全体にわたって示された“n”及び“p”は、それぞれの“n型”及び“p型”より相対的に高い不純物濃度の状態を示す。
図2Aは本発明の実施形態によるイメージセンサチップの概略的なブロックダイヤグラムである。
図2Aを参照すると、本発明によるイメージセンサチップCHはメイン画素アレイ領域Aを含む。前記メイン画素アレイ領域Aは“行”及び“列”に沿って2次元的に配列された複数のメイン画素を具備する。前記メイン画素はフォトダイオードを具備して外部から光に応じて電子を発生する。前記メイン画素アレイ領域Aを画素領域Aとして示すこともできる。前記メイン画素アレイ領域Aを囲む周辺回路領域が配置される。前記周辺回路領域にアナログ回路領域AL、抵抗領域B及びデジタル回路領域Dなどが配置される。前記アナログ回路領域ALはCMOS領域Cを含む。前記CMOS領域CはNMOS領域とPMOS領域とで構成される。前記抵抗領域Bは抵抗パターンを具備する。前記メイン画素の前記フォトダイオードに外部から光が入れば、電子が集まり、前記集められた電子は転送ゲートを用いてソースフォロー領域を介して周辺回路領域に移動する。続いて、データをサンプリングし前記抵抗領域Bを介してデータの電気的信号を増幅させる。前記増幅された電気的信号は前記アナログ回路領域ALを介して前記デジタル回路領域Dからデジタル信号に保存される。
図2Bは、図2Aのメイン画素アレイ領域Aにおける4個のトランジスタを有する一般的な単位画素の等価回路図である。
図2Bを参照すると、一般的な単位画素PXは、浅いp型不純物領域及び深いn型不純物領域を有するフォトダイオードPDを具備する。さらに、前記単位画素PXは、前記フォトダイオードPDに直列で接続された転送トランジスタTX、リセットトランジスタRX、ドライブトランジスタDX及び選択トランジスタSXを含む。前記転送トランジスタTXと前記リセットトランジスタRXとの間の第1ノードN1は前記ドライブトランジスタDXのゲート電極に接続される。また、前記リセットトランジスタRXと前記ドライブトランジスタDXとの間の第2ノードN2は電源VDDに接続される。前記転送トランジスタTX、リセットトランジスタRX、ドライブトランジスタDX及び選択トランジスタSXは、すべてNMOSトランジスタとすることができる。この場合、前記フォトダイオードPDの前記深いn型不純物領域は前記転送トランジスタTXのソース領域に該当する。
前記転送トランジスタTXのゲート電極は転送ラインTLに電気的に接続され、前記選択トランジスタSXのゲート電極はワードラインWLに電気的に接続される。また、前記リセットトランジスタRXのゲート電極はリセットラインRLに電気的に接続される。
次に、図2Bに示す単位画素PX1のデータを出力する方法を説明する。
図2Bを再び参照すると、前記リセットラインRLに論理“1(ハイレベル)”に相当する電圧を印加して前記リセットトランジスタRXをターンオンさせる。その結果、前記第1ノードN1、すなわちフローティング拡散領域内に残存する電荷がすべて除去される。これによって、前記単位画素が初期化される。続いて、前記リセットトランジスタRXをターンオフさせる。前記初期化された画素の前記フォトダイオードPD上に入射光が照射されると、前記フォトダイオードPDの深いn型不純物領域内に電子が生成される。
前記入射光に対応する出力信号を生成させるために前記転送ラインTL及び前記ワードラインWLに論理“1(ハイレベル)”に相当する電圧を印加する。その結果、前記転送トランジスタTX及び前記選択トランジスタSXがターンオンされ、前記フォトダイオードPDのn型不純物領域内の電子は前記第1ノードN1内に注入される。前記第1ノードN1内に注入された電子の量によって前記ドライブトランジスタDXの電流駆動能力が決まって前記選択トランジスタSXの出力端に出力電圧(Vout)が誘起される。結果的に、前記画素PXの出力電圧Voutは前記フォトダイオードPDに照射される入射光の強さによって決まる。
図3は本発明の実施形態によるイメージセンサを説明するための断面図である。前記参照符号A及びBは、それぞれ前記図2Aのメイン画素アレイ領域画素領域及び抵抗領域を示す。
図3を参照すると、画素領域A及び抵抗領域Bを有する半導体基板100を具備する。前記画素領域Aの前記半導体基板10内に第1pウェルAPWを配置することができる。前記抵抗領域Bの前記半導体基板10内に第2pウェルPWを配置することができる。前記第1pウェルAPWは、前記第2pウェルPWに比べてより深く配置することができる。前記半導体基板10内に素子分離膜15に画定された活性領域が配置される。前記抵抗領域Bの前記半導体基板10は前記素子分離膜15によってすべて覆われることができる。
前記画素領域Aの前記半導体基板上に前記活性領域を横切って、実質的に均一な不純物ドーピング分布を有する絶縁された転送ゲート電極TGが配置される。前記転送ゲート電極TGは水平方向に前記実質的に均一な不純物ドーピング分布を有することができる。前記転送ゲート電極TGは図1Dに示した従来技術での転送ゲート電極TG0、TG3に比べてより均一な不純物ドーピング分布を有する。前記不純物ドーピングはn型とすることができる。
前記転送ゲート電極TGと前記活性領域との間に転送ゲート絶縁膜20tを配置することができる。前記転送ゲート電極TGの第1側の前記活性領域内にフォトダイオードPDを配置することができる。前記フォトダイオードPDは、浅いp型不純物領域PPD及び前記浅いp型不純物領域PPD下部に配置された深いn型不純物領域NPDに構成することができる。
前記画素領域Aの前記活性領域内に前記転送ゲート電極TGを間に置き、前記フォトダイオードPDと離隔されてフローティング拡散領域FDを配置することができる。前記フローティング拡散領域FDはn型LDD不純物領域43’及びn不純物領域60tで構成することができる。前記n型LDD不純物領域43’と隣接した前記活性領域内に浅いp型不純物領域45’を配置することができる。前記フローティング拡散領域FDのn不純物領域60tは前記フォトダイオードPDの前記深いn型不純物領域NPDよりも高い濃度を有することができる。
前記抵抗領域Bの前記素子分離膜15上に実質的に均一な不純物ドーピング分布を有する抵抗パターンRが配置される。前記抵抗パターンRは水平方向に前記実質的に均一な不純物ドーピング分布を有することができる。前記画素領域Aの前記フォトダイオードPD上部を覆いながら前記転送ゲート電極TGの第1側壁及び上部一部まで延長されて覆うように配置された転送スペーサパターン50tが配置される。前記フローティング拡散領域FDと隣接した前記転送ゲート電極TGの第2側壁及び前記抵抗パターンRの側壁を覆うスペーサ50sが配置される。前記抵抗領域Bに前記抵抗パターンRを覆い、前記抵抗パターンRの端部を露出させる抵抗スペーサパターン50rが配置される。前記転送スペーサパターン50t、前記スペーサ50s及び前記抵抗スペーサパターン50rはシリコン窒化膜とすることができる。
前記スペーサパターン50t、50r及び前記スペーサ50sを有する基板上に層間絶縁膜70が配置される。前記層間絶縁膜を貫通して前記フローティング拡散領域FD及び前記抵抗パターンRの端部を露出させるコンタクトホール75hが配置される。前記コンタクトホール75hを満たすコンタクトプラグ75が配置される。前記コンタクトプラグ75を有する基板上に前記コンタクトプラグ75と電気的に接続する上部金属配線80が配置される。
図4Aないし図4Fは、本発明の他の実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。前記参照符号A、B及びCは、それぞれ前記図2Aのメイン画素アレイ領域画素領域、抵抗領域及びアナログ回路領域のCMOS領域を示す。前記CMOS領域CはPMOS領域C’及びNMOS領域C”で構成される。
図4Aを参照すると、半導体基板10内に不純物イオンを注入して前記画素領域Aに第1pウェルAPWを形成し、前記抵抗領域B及び前記NMOS領域C”に第2pウェルPWを形成する。また、前記PMOS領域C’にnウェルNWを形成する。前記第1pウェルAPWは、前記第2pウェルPWよりもさらに深く形成することができる。前記第1及び第2pウェルAPW、PW及び前記nウェルNWを有する基板内に素子分離膜15を形成して活性領域を画定する。このとき、前記抵抗領域Bの前記半導体基板10は前記素子分離膜15ですべて覆われるように形成することができる。
続いて、前記活性領域上にゲート絶縁膜20を形成することができる。前記ゲート絶縁膜20は熱酸化工程によって形成することができる。前記ゲート絶縁膜20は酸化膜で形成することができる。前記ゲート絶縁膜20を有する基板上にポリシリコン膜25を形成する。ゲート素子が高集積化されながら優れたゲート素子の特性を維持するためには、PMOSのゲート電極はpでドーピングされねばならないし、NMOSのゲート電極はnでドーピングされねばならないので、前記ポリシリコン膜25はアンドープドポリシリコンで形成する。
前記ポリシリコン膜25を有する基板上に前記PMOS領域C’を覆うイオン注入マスクパターン30を形成する。前記イオン注入マスクパターン30はフォトレジストパターン、またはハードマスクパターンとすることができる。前記イオン注入マスクパターン30を用いて前記ポリシリコン膜25内に実質的に均一なn不純物ドーピングを実施する。
図4Bを参照すると、続いて、前記イオン注入マスクパターン30を除去した後、前記n不純物でドーピングされた前記ポリシリコン膜25を有する基板上にマスク膜を形成する。続いて、前記マスク膜及び前記n不純物でドーピングされた前記ポリシリコン膜25を順にパターニングする。その結果、前記画素領域Aの前記半導体基板10上に順に積層されたn不純物でドーピングされた転送ゲート電極TG及びマスクパターン35が形成されると共に、前記抵抗領域Bの前記素子分離膜15上に順に積層されたn不純物でドーピングされた抵抗パターンR及びマスクパターン35が形成される。また同時に、前記NMOS領域C”の前記半導体基板10上に順に積層されたn不純物でドーピングされたNMOSゲート電極NG及びマスクパターン35が形成される。同時に、前記PMOS領域C’の前記半導体基板上に順に積層されたPMOSゲート電極PG0及びマスクパターン35が形成される。結果的に、前記マスクパターン35は前記転送ゲート電極TG、前記抵抗パターンR、前記NMOSゲート電極NG及びPMOSゲート電極PG0のそれぞれの上部に形成される。前記PMOSゲート電極PG0は前記イオン注入マスクパターン30によって覆われていた部分なのでドーピングされなかったポリシリコンパターンで形成される。
前記マスク膜及び前記ポリシリコン膜25を順にパターニングの際、前記ゲート絶縁膜20も同時にパターニングされる。よって、前記画素領域Aの前記n不純物でドーピングされた転送ゲート電極TGの下部に転送ゲート絶縁膜20tが形成されることができ、同時に、前記NMOS領域C”の前記n不純物でドーピングされたNMOSゲート電極NG及び前記PMOS領域C’の前記PMOSゲート電極PG0の下部にそれぞれNMOSゲート絶縁膜20n及びPMOSゲート絶縁膜20pが形成される。
図4Cを参照すると、前記抵抗パターンR及び前記ゲート電極TG、PG0、NGを形成した後、前記半導体基板上にフォトダイオードフォトレジストパターン40を形成する。前記フォトダイオードフォトレジストパターン40は前記半導体基板10の少なくともフォトダイオード領域を露出させることができる。前記“フォトダイオード領域”は前記転送ゲート電極TGの第1側に配置された画素領域の活性領域Aの一部を含むことができる。ここで用いられたゲート電極の一側に“配置されるということ”は前記ゲート電極下部の少なくとも一部に配置されることを含む。
前記フォトダイオードフォトレジストパターン40をイオン注入マスクとして用いて前記露出された活性領域内に深いn型不純物領域NPD及び浅いp型不純物領域PPDを形成してフォトダイオードPDを形成することができる。このとき、前記フォトダイオードフォトレジストパターン40の端は、前記転送ゲート電極TG上部の前記マスクパターン35の中央部に位置することができる。しかし、前記マスクパターン35によって前記転送ゲート電極TGが覆われているので前記フォトダイオードPDが形成する際、前記転送ゲート電極TG領域に不純物イオンがドーピングされることを防止することができる。
図4Dを参照すると、前記フォトダイオードフォトレジストパターン40を除去する。続いて、前記マスクパターン35を除去することができる。前記画素領域内の活性領域の不純物堆積(デポジション)領域に第1n型LDD不純物領域43’を形成することができる。前記不純物堆積領域は、転送ゲート電極TGの第2側に配置され、前記フォトダイオード領域と離隔された画素領域の活性領域の一部を含むことができる。前記転送ゲート電極TGの少なくとも一部は前記フォトダイオードPDと前記不純物堆積領域との間に配置される。よって、前記第1n型LDD不純物領域43’はフォトダイオードPDと離隔されて配置され、前記転送ゲート電極TGの少なくとも一部は前記第1n型LDD不純物領域43’及びフォトダイオードPDとの間に配置される。
また、NMOSゲート電極NGの両側であってNMOS領域の活性領域C”に第2n型LDD不純物領域43’を形成することができる。続いて、傾斜イオン注入方法を用いて前記不純物堆積領域に浅いp型不純物領域45’を形成することができる。前記浅いp型不純物領域45’は前記フォトダイオードPDと離隔され、前記転送ゲート電極TGの少なくとも一部は前記浅いp型不純物領域45’と前記フォトダイオードPDとの間に配置される。また、傾斜イオン注入方法を用いて前記NMOSゲート電極NG両側のNMOS領域の活性領域C”に浅いp型不純物領域45’を形成する。
続いて、前記PMOS領域C’の前記PMOSゲート電極PG両側の前記活性領域内にp型LDD不純物領域43”及び浅いn型不純物領域45”を形成することができる。前記浅いn型不純物領域45”は傾斜イオン注入方法を用いて形成することができる。前記浅い不純物領域45’、45”は短チャンネル効果を防止するために形成することができる。よって、前記浅い不純物領域45’、45”はLDD不純物領域43’、43”と反対の導電型で形成する。前記LDD及び浅い不純物領域43’、43”、45’、45”を形成する際、前記抵抗領域Bの前記抵抗パターンRはそれぞれのフォトレジストパターンに覆われるようにする。
前記LDD及び浅い不純物領域43’、43”、45’、45”を有する半導体基板上に前記基板表面と同一模様を有するスペーサ膜50を形成する。前記スペーサ膜50はシリコン窒化膜で形成することができる。前記スペーサ膜50を有する半導体基板10上にブロックフォトレジストパターン55を形成することができる。前記ブロックフォトレジストパターン55は少なくとも前記不純物堆積領域、前記CMOS領域C及び前記抵抗パターンRの両端部を露出させることができる。
図4Eを参照すると、前記ブロックフォトレジストパターン55をエッチングマスクとして用いて前記スペーサ膜50をエッチングして前記NMOSゲート電極NGの側壁、前記PMOSゲート電極PG0の側壁、前記転送ゲート電極TGの第2側壁(すなわち、前記転送ゲート電極TGの第2側に配置された側壁)及び前記抵抗パターンRの側壁にスペーサ50sを形成することができる。同時に、前記抵抗パターンR上部に抵抗スペーサパターン50r及び前記フォトダイオードPD上部を覆いながら前記転送ゲート電極TGの第1側壁(すなわち、前記転送ゲート電極TGの第1側に配置された側壁)及び前記転送ゲート電極TGの第1上部部分を覆う転送スペーサパターン50tを形成することができる。前記転送ゲート電極TGの第1上部部分は前記転送ゲート電極TGの第1側壁の上部からその中央上部まで続いて配置される。その後、前記ブロックフォトレジストパターン55を除去する。
前記スペーサ50s及び前記スペーサパターン50t、50rを有する基板上にフローティング拡散フォトレジストパターン63を形成することができる。前記フローティング拡散フォトレジストパターン63は少なくとも前記不純物堆積領域、前記NMOS領域C”及び前記抵抗パターンRの両端部を露出することができる。
前記フローティング拡散フォトレジストパターン63をイオン注入マスクとして用いて前記基板内にn不純物イオンを注入する。その結果、前記NMOS領域C”の前記活性領域内にnソース/ドレイン領域60nを形成すると共に、前記不純物堆積領域内にn不純物領域60tを形成することができる。前記画素領域Aの前記n型LDD不純物領域43’及び前記n不純物領域60tはフローティング拡散領域FDを構成することができる。一方、前記スペーサパターン50t、50rが前記n不純物イオンのエネルギーを十分にマスキングできるほどの厚さで形成された場合、前記フローティング拡散フォトレジストパターン63は前記PMOS領域C’だけを覆うように形成することもできる。
前記フローティング拡散フォトレジストパターン63の端が前記転送ゲート電極TGの上部中央に位置することができる。よって、転送ゲート電極TGの第2側が露出される。その結果、前記半導体基板10内にn不純物領域60tを形成するためにn不純物イオンを注入する際に前記転送ゲート電極TGの一部がn不純物イオンにドーピングされる。しかし、前記転送ゲート電極TGは、前記ポリシリコン膜25がドーピングされる際、すでにn型にドーピングされた状態であり、同一の導電型で二次ドーピングをしても前記転送ゲート電極TGの電気的特性は変わらない。すなわち、一次及び二次ドーピングの不純物が同一の導電型であるからである。また、前記フォトダイオードの深いn不純物領域NPD、前記転送ゲート電極TG及び前記フローティング拡散領域FDは転送トランジスタTXを構成することができる。
また、前記フローティング拡散フォトレジストパターン63によって露出された前記抵抗パターンRの両端部もn不純物イオンにドーピングされる。前記抵抗パターンRの両端部はコンタクトが形成される領域として、前記n不純物イオンのドーピングによってコンタクト抵抗を低めることができる。しかし、前記抵抗パターンRの実質的な抵抗領域(前記抵抗スペーサパターン50rの下部領域)は前記フローティング拡散フォトレジストパターン63または前記抵抗スペーサパターン50rによって覆われることによってn不純物イオンが注入されることを防止することができる。よって、前記抵抗パターンRの実質的な抵抗領域は、図4Aで前記ポリシリコン膜25がドーピングされる際に行われた一度のn不純物ドーピングだけでドーピングができるということで、前記抵抗パターンRの抵抗特性を制御するのがし易くなる。
図4Fを参照すると、前記フローティング拡散フォトレジストパターン63を除去する。続いて、前記PMOS領域C’だけを露出させるPMOSフォトレジストパターン(図示さず)を形成することができる。前記PMOSフォトレジストパターンは単にPMOS領域C’を露出させることができる。前記PMOSフォトレジストパターンをイオン注入マスクとして用いて前記基板内にp不純物イオンを注入してpソース/ドレイン領域65を形成すると共に、p不純物イオンにドーピングされたPMOSゲート電極PGを形成することができる。
続いて、前記PMOSフォトレジストパターンを除去し、前記基板上に層間絶縁膜70を形成することができる。前記層間絶縁膜70を貫通して前記フローティング拡散領域FD、前記抵抗パターンRの両端部、前記nソース/ドレイン領域60n及び前記pソース/ドレイン領域65を露出させるコンタクトホール75hを形成することができる。続いて、前記層間絶縁膜70を有する基板上に前記コンタクトホール75hを埋め込みながら前記層間絶縁膜70を覆う上部金属膜を形成することができる。前記上部金属膜をパターニングして前記コンタクトホール75h内部にコンタクトプラグ75を形成すると共に前記コンタクトプラグ75とそれぞれ電気的に接続する上部金属配線80を形成することができる。
図5A及び図5Bは、本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
図5Aを参照すると、半導体基板10上に図4Aと同じ方法でポリシリコン膜25まで形成する。続いて、前記ポリシリコン膜25を有する基板上に前記画素領域A及び前記抵抗領域Bを露出させるnイオン注入マスクパターン32を形成することができる。前記nイオン注入マスクパターン32はフォトレジストパターン、またはハードマスクパターンとすることができる。前記nイオン注入マスクパターン32を用いて前記画素領域A及び前記抵抗領域Bの前記ポリシリコン膜25内に実質的に均一なn不純物ドーピングを実施する。
図5Bを参照すると、前記nイオン注入マスクパターン32を除去した後、前記n不純物でドーピングされた前記ポリシリコン膜25を有する基板上にマスク膜を形成する。続いて、前記マスク膜及び前記n不純物でドーピングされた前記ポリシリコン膜25を順にパターニングする。その結果、前記画素領域Aの前記半導体基板10上に順に積層されたn不純物でドーピングされた転送ゲート電極TG及びマスクパターン35が形成されると共に前記抵抗領域Bの前記素子分離膜15上に順に積層されたn不純物でドーピングされた抵抗パターンR及びマスクパターン35が形成される。
また、同時に、前記NMOS領域C”の前記半導体基板上に順に積層されたNMOSゲート電極NG0及びマスクパターン35が形成される。同様に、前記PMOS領域C’の前記半導体基板上に順に積層されたPMOSゲート電極PG0及びマスクパターン35が形成される。前記PMOSゲート電極PG0及びNMOSゲート電極NG0は前記nイオン注入マスクパターン32によって覆われた部分なので、ドーピングされないポリシリコンパターンとして形成される。
前記マスク膜及び前記ポリシリコン膜25を順にパターニングの際に前記ゲート絶縁膜20も同時にパターニングされる。よって、前記画素領域Aの前記n不純物でドーピングされた転送ゲート電極TG下部に転送ゲート絶縁膜20tが形成されることができ、同時に前記NMOS領域C”の前記NMOSゲート電極NG0及び前記PMOS領域C’の前記PMOSゲート電極PG0下部にそれぞれNMOSゲート絶縁膜20n及びPMOSゲート絶縁膜20pが形成される。
続いて、図4Cないし図4Eで説明した方法と同じ工程を実行することができる。特に、図4EのNMOS領域C”のnソース/ドレイン領域60nが形成されると共に前記NMOSゲート電極NG0にn不純物イオンがドーピングされてn不純物でドーピングされたNMOSゲート電極NGが形成される。以後、図4Fと同じ工程を実行して上部金属配線を形成することができる。
従来技術によるイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。 従来技術によるイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。 従来技術によるイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。 従来技術によるイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態に係るイメージセンサチップの概略的なブロックダイヤグラムである。 図2Aのメイン画素アレイ領域における4個のトランジスタを有する一般的な単位画素の等価回路図である。 本発明の実施形態に係るイメージセンサを説明する断面図である。 本発明の他の実施形態に係るイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。 本発明の他の実施形態に係るイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。 本発明の他の実施形態に係るイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。 本発明の他の実施形態に係るイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。 本発明の他の実施形態に係るイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。 本発明の他の実施形態に係るイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るイメージセンサの製造方法を説明する断面図である。
符号の説明
60n nソース/ドレイン領域
63 フローティング拡散フォトレジストパターン
65 pソース/ドレイン領域
70 層間絶縁膜
75 コンタクトプラグ
75h コンタクトホール
80 上部金属配線
C’ PMOS領域
FD フローティング拡散領域
PG PMOSゲート電極
R 抵抗パターン

Claims (25)

  1. 活性領域を具備した画素領域を含む半導体基板と、
    前記活性領域上に配置され、均一な不純物ドーピング分布を有する転送ゲート電極と、
    を含むことを特徴とするイメージセンサ。
  2. 前記転送ゲート電極の不純物ドーピング分布は、前記転送ゲート電極の水平方向に沿って全体的に均一なことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
  3. 前記転送ゲート電極の不純物ドーピング分布は、n型の不純物を含むことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
  4. 前記転送ゲート電極の第1側の前記活性領域内に配置されたフォトダイオードPDをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
  5. 前記フォトダイオードは、浅いp型不純物領域及び前記浅いp型不純物領域下部に配置された深いn型不純物領域を有することを特徴とする請求項4に記載のイメージセンサ。
  6. 前記活性領域内に前記転送ゲート電極を間に置き、前記フォトダイオードと離隔されて配置され、前記フォトダイオードの前記深いn型不純物領域よりも高い濃度を有するn型不純物領域のフローティング拡散領域FDをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載のイメージセンサ。
  7. 前記フォトダイオードの深いn型不純物領域、前記転送ゲート電極及び前記フローティング拡散領域は転送トランジスタTXを構成することを特徴とする請求項6に記載のイメージセンサ。
  8. 前記半導体基板は、NMOS領域及びPMOS領域を含むCMOS領域をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
  9. 前記NMOS領域は、NMOSゲート電極をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサ。
  10. 前記NMOSゲート電極は、n型不純物でドーピングされたことを特徴とする請求項9に記載のイメージセンサ。
  11. 前記半導体基板は抵抗領域をさらに含み、前記抵抗領域は抵抗パターンをさらに含み、前記抵抗パターンは均一な不純物ドーピング分布を有することを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
  12. 前記抵抗パターンの不純物ドーピング分布は、前記抵抗パターンの水平方向に沿って全体的に均一なことを特徴とする請求項11に記載のイメージセンサ。
  13. 前記抵抗パターンの不純物ドーピング分布は、n型の不純物を含むことを特徴とする請求項11に記載のイメージセンサ。
  14. 画素領域及びCMOS領域を有する半導体基板を具備し、前記CMOS領域はNMOS領域とPMOS領域とを含み、
    前記半導体基板内に活性領域を画定する素子分離膜を形成する段階と、
    前記半導体基板上にポリシリコン膜を形成する段階と、
    前記ポリシリコン膜を有する基板上に少なくとも前記PMOS領域を覆うイオン注入マスクパターンを形成する段階と、
    前記イオン注入マスクパターンを用いて前記ポリシリコン膜内に均一なn型不純物ドーピングを実施する段階と、
    前記イオン注入マスクパターンを除去した後に前記ポリシリコン膜をパターニングして前記画素領域に転送ゲート電極、前記NMOS領域にNMOSゲート電極及び前記PMOS領域にPMOSゲート電極を形成する段階と、
    を含むことを特徴とするイメージセンサ製造方法。
  15. 前記イオン注入マスクパターンは、フォトレジストパターンまたはハードマスクパターンで形成することを特徴とする請求項14に記載のイメージセンサ製造方法。
  16. 前記ポリシリコン膜を形成する前に、
    前記活性領域上にゲート絶縁膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載のイメージセンサ製造方法。
  17. 前記ポリシリコン膜をパターニングした後に前記半導体基板上にフォトダイオードフォトレジストパターンを形成する段階と、
    前記フォトダイオードフォトレジストパターンをイオン注入マスクとして用いて前記フォトダイオード領域に深いn型不純物領域及び浅いp型不純物領域を形成してフォトダイオードを形成する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載のイメージセンサ製造方法。
  18. 前記フォトダイオードフォトレジストパターンを除去する段階と、
    前記フォトダイオードを有する基板上にフローティング拡散フォトレジストパターンを形成する段階と、
    前記フローティング拡散フォトレジストパターンをイオン注入マスクとして用いて前記半導体基板内に不純物イオンを注入して前記NMOS領域にn型ソース/ドレイン領域を形成すると共に、不純物堆積領域にn型フローティング拡散領域を形成する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載のイメージセンサ製造方法。
  19. 抵抗領域及びCMOS領域を含む半導体基板を具備し、前記CMOS領域はNMOS領域とPMOS領域とを含み、
    前記半導体基板内に活性領域を画定する素子分離膜を形成する段階と、
    前記半導体基板上にポリシリコン膜を形成する段階と、
    前記ポリシリコン膜を有する基板上に少なくとも前記PMOS領域を覆うイオン注入マスクパターンを形成する段階と、
    前記イオン注入マスクパターンを用いて前記ポリシリコン膜内にn型不純物を均一にドーピングする段階と、
    前記イオン注入マスクパターンを除去した後に前記ポリシリコン膜をパターニングして前記抵抗領域に抵抗パターン、前記NMOS領域にNMOSゲート電極及び前記PMOS領域にPMOSゲート電極を形成する段階と、
    を含むことを特徴とするイメージセンサ製造方法。
  20. 前記半導体基板は画素領域をさらに含み、前記イオン注入マスクパターンを除去した後に前記ポリシリコン膜をパターニングする段階で前記画素領域に転送ゲート電極を形成することを特徴とする請求項19に記載のイメージセンサ製造方法。
  21. 前記イオン注入マスクパターンは、フォトレジストパターンまたはハードマスクパターンで形成することを特徴とする請求項20に記載のイメージセンサ製造方法。
  22. 前記ポリシリコン膜を形成する前に、
    前記活性領域上にゲート絶縁膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の集積回路素子の製造方法。
  23. 前記ポリシリコン膜をパターニングした後に前記半導体基板上にフォトダイオードフォトレジストパターンを形成する段階と、
    前記フォトダイオードフォトレジストパターンをイオン注入マスクとして用いてフォトダイオード領域に深いn型不純物領域及び浅いp型不純物領域を形成してフォトダイオードを形成する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載のイメージセンサ製造方法。
  24. 前記フォトダイオードフォトレジストパターンを除去する段階と、
    前記フォトダイオードを有する基板上にフローティング拡散フォトレジストパターンを形成する段階と、
    前記フローティング拡散フォトレジストパターンをイオン注入マスクとして用いて前記半導体基板内に不純物イオンを注入して前記NMOS領域にn型ソース/ドレイン領域を形成すると共に、不純物堆積領域にn型フローティング拡散領域を形成する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項23に記載のイメージセンサ製造方法。
  25. 前記イオン注入マスクパターンを除去した後に、前記ポリシリコン膜上にマスク膜を形成する段階と、
    前記マスク膜は前記ポリシリコン膜がパターニングされるうちにパターニングされてマスクパターンを形成し、前記マスクパターンそれぞれは前記ゲート電極または抵抗パターンと自己整列される段階と、
    前記フォトダイオードフォトレジストパターンを除去した後に前記マスクパターンを除去する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項24に記載のイメージセンサ製造方法。
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