JP2008047896A - イメージセンサー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】既存方法より空乏領域をより容易に作ることができるようにして、リセットを容易にしてフォトダイオード空乏を最大化させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供する。
【解決手段】イメージセンサーは、素子分離膜によって定義される活性化領域を含む第1導電型半導体基板と、前記活性化領域に複数で分離して形成された第2導電型第1イオン注入領域と、前記第2導電型第1イオン注入領域を連結する第2導電型第2イオン注入領域と、及び前記第2導電型第2イオン注入領域上に形成された第1導電型イオン注入領域と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】イメージセンサーは、素子分離膜によって定義される活性化領域を含む第1導電型半導体基板と、前記活性化領域に複数で分離して形成された第2導電型第1イオン注入領域と、前記第2導電型第1イオン注入領域を連結する第2導電型第2イオン注入領域と、及び前記第2導電型第2イオン注入領域上に形成された第1導電型イオン注入領域と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
実施例はイメージセンサー及びその製造方法に関する。
一般に、イメージセンサー(Image Sensor)は光学的映像(optical image)を電気的信号に変換させる半導体素子である。イメージセンサーは電荷結合素子(charge coupled device、CCD)イメージセンサーとシーモス(CMOS、Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサー(Image Sensor)に区分される。
シーモスイメージセンサーはフォトダイオードに光が入射して、これがフォトダイオードの空乏領域に電子を作って、この電子を利用して信号を作り出す技術である。
空乏領域に生ずる電子は、リセット(reset)という工程を通じてフォトダイオードで抜き取るようになるが、この時リセットするためにフォトダイオード全体を空乏化させなければならなく、これをピニング(pinning)がなされると言う。
ところが、従来技術(related art)による場合ピニングが完全になされない場合、電子が作られることができる空乏領域が細くなることで、感度や飽和レベル(saturation level)が低くなるようになって、リセットが完全にされない場合は、イメージラギング(image lagging)を誘発するようになる。
すなわち、従来技術によるイメージセンサーによると、イオン注入領域がとても広く分布される場合、ピニング(pinning)がうまくできなくてリセット時にデプレッション(depletion)が完全にされない領域が発生して、電子を作ることができる空乏領域が狭くなるか、あるいは電子が全くリセットされなくて、イメージラギング(image lagging)を誘発する問題がある。
実施例は、フォトダイオードのN型イオン注入領域のパターン(pattern)を既存方法と他に格子構造でイオン注入をさせることで、既存方法より空乏領域をより容易に作ることができるようにして、リセット(reset)を容易にしてフォトダイオード空乏を最大化させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供しようとする。
また、実施例はN型イオン注入領域のパターン(pattern)を既存方法と他に格子構造でイオン注入をさせることで、既存方法より空乏領域をより容易に作ることができるようにしてイメージラギング(image lagging)をなくすことで、フォトダイオードの特性を向上させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供しようとする。
実施例によるイメージセンサーは、素子分離膜によって定義される活性化領域を含む第1導電型半導体基板と、前記活性化領域に複数で分離して形成された第2導電型第1イオン注入領域と、前記第2導電型第1イオン注入領域を連結する第2導電型第2イオン注入領域と、及び前記第2導電型第2イオン注入領域上に形成された第1導電型イオン注入領域と、を含むことを特徴とする。
また、実施例によるイメージセンサーの製造方法は、第1導電型半導体基板に素子分離膜を形成して活性化領域を定義する段階と、前記活性化領域に複数で分離した第2導電型第1イオン注入領域を形成する段階と、前記第2導電型第1イオン注入領域を連結する第2導電型第2イオン注入領域を形成する段階と、及び前記第2導電型第2イオン注入領域上に第1導電型イオン注入領域を形成する段階と、を含むことを特徴とする。
実施例によるイメージセンサー及びその製造方法によると、フォトダイオード(photodiode)のN型イオン注入領域の空乏領域が拡張されることをさらに容易に作ることができるし、これを通じてピニング(pinning)が易しくなって、フォトダイオード動作時にリセット動作が易しくなされて、イメージラギング(image lagging)をなくすことができる効果がある。
また、従来技術による場合N型イオン注入領域が縦長方向に厚く分布される場合N型イオン注入領域の中間付近はピニング(pinning)が完全になされないことがあるが、実施例によるとN型イオン注入領域の厚さが厚くても、ピニングが完全になされることができるので、フォトダイオード(photodiode)の空乏領域が厚くなって、結果的に光に対して作り上げることができる電子の数が多くなって感度が向上して、飽和度(saturation)もまた増加することができる効果がある。
以下、実施例によるイメージセンサー及びその製造方法を添付された図面を参照して説明する。
図1は実施例によるイメージセンサーの断面図である。
実施例によるイメージセンサーは第1導電型半導体基板110、第2導電型第1イオン注入領域132、第2導電型第2イオン注入領域134及び第1導電型イオン注入領域140を含むことができる。
実施例によるイメージセンサーでは、半導体基板110をP型として、前記第2導電型イオン注入領域130をN型イオン注入領域として、前記第1導電型イオン注入領域140はP型イオン注入領域として説明するが、それに限定されるものではない。
前記第1導電型半導体基板110は、素子分離膜120によって定義される活性化領域を含む。前記第1導電型半導体基板110は、P型半導体基板であることができる。前記第1導電型半導体基板110はSiウェハーにP型エピタキシャルを形成するか、またはSiウェハーにマルチイオン注入によってP型ウェル(well)を形成して作ることができる。
前記素子分離膜120はLOCOSによって形成するか、またはSTI(Shallow Trench Isolation)工程によって形成することができる。
次に、前記第2導電型第1イオン注入領域132は、前記活性化領域に複数で分離して形成されることができる。前記第2導電型第1イオン注入領域132は、4個の例を示したが、それに限定されるものではなくて、2個、3個、5個など複数で形成されることができる。
前記第1導電型半導体基板110がP型である場合、前記第2導電型第1イオン注入領域132は、N型イオン注入領域であることができる。
前記第2導電型第1イオン注入領域132は、前記第1導電型半導体基板110の上側から1000〜6000Åの深さに形成することができる。前記第2導電型第1イオン注入領域132の間に前記第1導電型半導体基板110が四方に存在することで、前記第2導電型第1イオン注入領域132がデプレッションされる時に四方で空乏領域が効果的に拡張されて、従来技術に比べてピニングがずっと容易になされる長所がある。
また、前記第2導電型第1イオン注入領域は、前記第1導電型半導体基板110の上側から9000〜11000Åの深さに形成することができる。すなわち、従来技術より約2〜3倍深い位置に第2導電型第1イオン注入領域を形成してもピニングが完全になされることができる長所がある。
すなわち、従来技術による場合、N型イオン注入領域が縦長方向に厚く分布される場合、N型イオン注入領域の中間付近はピニング(pinning)が完全になされないことがあるが、本発明によるとN型イオン注入領域の厚さが厚くてもピニングが完全になされるので、フォトダイオード(photodiode)の空乏領域が厚くなって、結果的に光に対して作り上げることができる電子の数が多くなって感度が向上して、飽和度(saturation)もまた増加することができる効果がある。
次に、前記第2導電型第2イオン注入領域134は、前記第2導電型第1イオン注入領域132を電気的に連結して複数で分離している前記第2導電型第1イオン注入領域132を縛ってくれる役割をする。
前記第2導電型第2イオン注入領域134は、前記第2導電型第1イオン注入領域132の上側に形成されることを例示で説明したが、それに限定されるのではなくて、第2導電型第2イオン注入領域134は、前記第2導電型第1イオン注入領域132の中間に形成されるか、または前記第2導電型第1イオン注入領域132の下側に形成されて、前記第2導電型第1イオン注入領域132を電気的に縛ってくれることができる。
これで、前記第2導電型第1イオン注入領域132と前記第2導電型第2イオン注入領域134が第2導電型イオン注入領域130を形成するようになる。
次に、前記第1導電型イオン注入領域140は、前記第2導電型第2イオン注入領域134上に形成される。前記第1導電型半導体基板110がP型である場合、前記第1導電型イオン注入領域140は、P型イオン注入領域であることができる。
実施例によるイメージセンサーによると、フォトダイオード(photodiode)のN型イオン注入領域の空乏領域が拡張されることをさらに容易に作ることができるし、これを通じてピニング(pinning)が易しくなって、フォトダイオード動作時にリセット動作が易しくなされてイメージラギング(image lagging)をなくすことができる効果がある。
(第1実施例)
図2ないし図5は、第1実施例によるイメージセンサーの製造工程の断面図である。
図2ないし図5は、第1実施例によるイメージセンサーの製造工程の断面図である。
第1実施例によるイメージセンサーの製造方法は、活性化領域を定義する段階と、第2導電型第1イオン注入領域を形成する段階と、第2導電型第2イオン注入領域を形成する段階と、及び第1導電型イオン注入領域を形成する段階と、を含むことができる。
第1実施例によるイメージセンサーの製造方法で、半導体基板をP型として、前記第1イオン注入領域をN型イオン注入領域として、前記第2イオン注入領域をP型イオン注入領域として説明するが、それに限定されるものではない。
まず、図2のように、第1導電型半導体基板110に素子分離膜120を形成して活性化領域を定義する。前記第1導電型半導体基板110は、P型半導体基板であってもよい。前記第1導電型半導体基板110は、SiウェハーにP型エピタキシャルを形成するか、またはSiウェハーにマルチイオン注入によってP型ウェル(well)を形成して作ることができる。
前記素子分離膜120はLOCOSによって形成するか、またはSTI(Shallow Trench Isolation)工程によって形成することができる。
次に、前記半導体基板110の活性化領域に複数に分離した第1感光膜パターン160を形成して、前記第1感光膜パターン160をマスクとしてN型イオンを注入して、複数に分離した第2導電型第1イオン注入領域132を形成することができる。
前記第2導電型第1イオン注入領域132は、前記第1導電型半導体基板110の上側から1000〜6000Åの深さに形成することができる。
前記第2導電型第1イオン注入領域132は80〜200keVのエネルギーでイオン注入するが、80keVでイオン注入を始めて60keVずつ増加しながら、イオン注入を通じて複数に分離した第2導電型第1イオン注入領域132を前記第1導電型半導体基板110の1000〜6000Åの深さに形成することができる。
前記第2導電型第1イオン注入領域132の間に前記第1導電型半導体基板110が四方に存在することで、前記第2導電型第1イオン注入領域132がデプレッションされる時に四方に空乏領域が効果的に拡張されて、従来技術に比べてピニングがずっと容易になされる長所がある。
この時、前記第1感光膜パターン160を形成するためのマスクは、図3(a)及び図3(b)を参照して説明する。
図3(a)及び図3(b)のように、マスクの暗い部分(dark)に第1感光膜パターン160が残るようになって(陽性感光膜の場合)、マスクの明るい部分(white)に後工程で第2導電型イオン注入がなされる。陰性感光膜の場合にはマスクのパターンがその反対にならなければならない。
図3(a)及び図3(b)のI−I線またはII−II線は、図2の断面図の様子と対応している。
次に、図4のように、前記第2導電型第1イオン注入領域132を連結する第2導電型第2イオン注入領域134を形成する。
前記半導体基板110の活性化領域を全体的にオープンにする第2感光膜パターン170を形成して、前記第2感光膜パターン170をマスクにして、N型イオンを注入して複数に分離した第2導電型第1イオン注入領域132を電気的に縛ってくれる第2導電型第2イオン注入領域134を形成する。
第1実施例では前記第2導電型第2イオン注入領域134は、前記第2導電型第1イオン注入領域132の上側に形成されることを例にしているが、これに限定されるものではない。
次に、図5のように、前記第2導電型第2イオン注入領域134上に第1導電型イオン注入領域140を形成する。前記第2感光膜パターン170をマスクにしてP型イオン注入をするか、または前記第2感光膜パターン170を除去して新しい第3感光膜パターン(図示せず)を形成して、P型イオン注入をして第1導電型イオン注入領域140を形成することができる。
図6は第1実施例によるイメージセンサーのデプレッションを示す断面図である。
第1実施例によるイメージセンサーのN型イオン注入領域130にバイアスが印加されてN型空乏領域が拡張190されて、基板110のP−領域とフォトダイオードの表面付近のP型イオン注入領域140が共にリバース(reverse)形態になってP型空乏領域が拡張180されて、上側の空乏領域と下側の空乏領域が触れ合うようになって、フォトダイオード部分の全体がデプレッションされる現象が発生する。
特に、第1実施例によるイメージセンサーでは、第1導電型半導体基板110の下側に第2導電型第1イオン注入領域132を複数の分離した形態で形成することで、第1導電型半導体基板110と四方で隣接し、フォトダイオード(photodiode)のN型イオン注入領域132の空乏領域が拡張されることがさらに容易になり、これを通じてピニング(pinning)が易しくなって、フォトダイオード動作時にリセット動作が易しくなされてイメージラギング(image lagging)をなくすことができる長所がある。
(実施例2)
図7は第2実施例によるイメージセンサーのデプレッションを示す断面図である。
図7は第2実施例によるイメージセンサーのデプレッションを示す断面図である。
第2実施例によるイメージセンサーの製造方法は、活性化領域を定義する段階と、第2導電型第1イオン注入領域を形成する段階と、第2導電型第2イオン注入領域を形成する段階と、及び第1導電型イオン注入領域を形成する段階と、を含むことができる。
第2実施例によるイメージセンサーの製造方法は、前記第1実施例の製造方法を採用することができる。
第2実施例によるイメージセンサーは、前記第1実施例の他に前記第2導電型第1イオン注入領域232を前記第1導電型半導体基板110の上側から9000〜11000Åの深さに形成する点である。
前記第2導電型第1イオン注入領域232は、80〜800keVのエネルギーでイオン注入されるが、80keVでイオン注入を始めて60keVずつ増加しながら800keVまでイオン注入を通じて複数に分離した第2導電型第1イオン注入領域232を前記第1導電型半導体基板110の9000〜11000Åの深さに形成することができる。
第2実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、従来技術より約2〜3倍深い位置に第2導電型第1イオン注入領域232を形成してもピニングが完全になされることができる長所がある。
すなわち、従来技術による場合N型イオン注入領域が縦長方向で厚く分布されるとき、N型イオン注入領域の中間付近はピニング(pinning)が完全になされないことがあるが、本発明によるとN型イオン注入領域の厚さが厚くても、ピニングが完全になされることができるので、フォトダイオード(photodiode)の空乏領域が厚くなって、結果的に光に対して作り上げることができる電子の数が多くなって感度が向上して、飽和度(saturation)もまた増加することができる効果がある。
次に、前記第2導電型第2イオン注入領域234を前記第2導電型第1イオン注入領域232らが連結されるように形成することで、前記第2導電型第1イオン注入領域232を電気的に連結して、第2導電型イオン注入領域230を完成する。
以後、第1導電型イオン注入領域を前記第2導電型第2イオン注入領域234上に形成することができる。
(第3実施例)
第1実施例と第2実施例では、前記第2導電型第2イオン注入領域134は前記第2導電型第1イオン注入領域132の上側に形成されることを例にしているが、これに限定されるものではない。
第1実施例と第2実施例では、前記第2導電型第2イオン注入領域134は前記第2導電型第1イオン注入領域132の上側に形成されることを例にしているが、これに限定されるものではない。
例えば、図8のように前記第2導電型第2イオン注入領域134aは、前記第2導電型第1イオン注入領域132の中間に形成されていてもよい。
または、図9のように前記第2導電型第2イオン注入領域134bは、前記第2導電型第1イオン注入領域132の下側に形成されていてもよい。
第3実施例は前記第1実施例と前記第2実施例の技術的な特徴を採用することができる。
以上では本発明を実施例によって詳細に説明したが、本発明は実施例によって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
110 第1導電型半導体基板、 120 素子分離膜、 130 第2導電型イオン注入領域、 132 第2導電型第1イオン注入領域、 134 第2導電型第2イオン注入領域、 140 第1導電型イオン注入領域
Claims (19)
- 素子分離膜によって定義される活性化領域を含む第1導電型半導体基板と、
前記活性化領域に複数で分離して形成された第2導電型第1イオン注入領域と、
前記第2導電型第1イオン注入領域を連結する第2導電型第2イオン注入領域と、及び
前記第2導電型第2イオン注入領域上に形成された第1導電型イオン注入領域と、を含むことを特徴とするイメージセンサー。 - 前記第2導電型第1イオン注入領域は、
前記第1導電型半導体基板の上側から1000〜6000Åの深さに形成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ー。 - 前記第2導電型第1イオン注入領域は、
前記第1導電型半導体基板の上側から9000〜11000Åの深さに形成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ー。 - 前記第2導電型第2イオン注入領域は、
前記第2導電型第1イオン注入領域の上側に形成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ー。 - 前記第2導電型第2イオン注入領域は、
前記第2導電型第1イオン注入領域の中間に形成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ー。 - 前記第2導電型第2イオン注入領域は、
前記第2導電型第1イオン注入領域の下側に形成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ー。 - 前記第1導電型はP型であり、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に記載のイメージセンサー。
- 第1導電型半導体基板に素子分離膜を形成して、活性化領域を定義する段階と、
前記活性化領域に複数で分離した第2導電型第1イオン注入領域を形成する段階と、
前記第2導電型第1イオン注入領域を連結する第2導電型第2イオン注入領域を形成する段階と、及び、
前記第2導電型第2イオン注入領域上に第1導電型イオン注入領域を形成する段階と、を含むことを特徴とするイメージセンサーの製造方法。 - 前記第2導電型第1イオン注入領域を形成する段階は、
複数で分離したパターンが形成されたマスクを利用することを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。 - 前記第2導電型第1イオン注入領域は、
前記第1導電型半導体基板の上側から1000〜6000Åの深さに形成することを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。 - 前記第2導電型第1イオン注入領域を形成する段階は、
80〜200keVのエネルギーでイオン注入を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ーの製造方法。 - 前記第2導電型第1イオン注入領域を形成する段階は、
80〜200keVのエネルギーでイオン注入するが、80keVでイオン注入を始めて60keVずつ増加しながらイオン注入をすることを特徴とする請求項11に記載のイメージセンサーの製造方法。 - 前記第2導電型第1イオン注入領域は、
前記第1導電型半導体基板の上側から9000〜11000Åの深さに形成することを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。 - 前記第2導電型第1イオン注入領域を形成する段階は、
80〜800keVのエネルギーでイオン注入をすることを特徴とする請求項13に記載のイメージセンサーの製造方法。 - 前記第2導電型第1イオン注入領域を形成する段階は、
80〜800keVのエネルギーでイオン注入するが、80keVでイオン注入を始めて60keVずつ増加しながらイオン注入を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ーの製造方法。 - 前記第2導電型第2イオン注入領域は、
前記第2導電型第1イオン注入領域の上側に形成されることを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。 - 前記第2導電型第2イオン注入領域は、
前記第2導電型第1イオン注入領域の中間に形成されることを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。 - 前記第2導電型第2イオン注入領域は、
前記第2導電型第1イオン注入領域の下側に形成されることを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。 - 前記第1導電型はP型であり、前記第2導電型はN型であることを特徴とする請求項8に記載のイメージセンサーの製造方法。
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