JP2008141194A - Ｃｍｏｓイメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】安定したコンタクトを提供できるＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１エピタキシャル層に形成されているレッドフォトダイオードと、レッドフォトダイオードの一部の領域にコンタクト領域を残して形成されている分離層と、分離層の表面に形成されているグリーンフォトダイオードと、グリーンフォトダイオードと離間してコンタクト領域に形成されているコンタクトと、第１エピタキシャル層上に形成されている第２エピタキシャル層と、第１エピタキシャル層内にグリーンフォトダイオードとコンタクトに電気的に連結される複数のプラグと、第２エピタキシャル層の表面に形成されている少なくとも１つの素子分離膜と、第２エピタキシャル層の表面に形成されているブルーフォトダイオードと、複数のプラグの内側の第２エピタキシャル層に形成されているウェル領域とを含む。
【選択図】図２
【解決手段】第１エピタキシャル層に形成されているレッドフォトダイオードと、レッドフォトダイオードの一部の領域にコンタクト領域を残して形成されている分離層と、分離層の表面に形成されているグリーンフォトダイオードと、グリーンフォトダイオードと離間してコンタクト領域に形成されているコンタクトと、第１エピタキシャル層上に形成されている第２エピタキシャル層と、第１エピタキシャル層内にグリーンフォトダイオードとコンタクトに電気的に連結される複数のプラグと、第２エピタキシャル層の表面に形成されている少なくとも１つの素子分離膜と、第２エピタキシャル層の表面に形成されているブルーフォトダイオードと、複数のプラグの内側の第２エピタキシャル層に形成されているウェル領域とを含む。
【選択図】図２
Description
本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法に関する。
一般に、イメージセンサは光学的映像を電気的信号に変換させる半導体素子であって、電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）とＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ）イメージセンサ（ＣＩＳ）とに大別される。
しかしながら、ＣＣＤは駆動方式が複雑であり、電力消費が大きいだけでなく、処理過程において多数のマスクが要求されるので、製造工程が複雑であるという短所がある。
一方、ＣＣＤの短所を克服したＣＭＯＳイメージセンサが注目されている。ＣＭＯＳイメージセンサは単位画素内にフォトダイオードとＭＯＳトランジスタを形成することで、スイッチ方式で各単位画素の電気的信号を順次検出して映像を実現する。
ところが、近年はカラーフィルタを用いずに、光の波長に応じて吸収される程度と光の透過深さが異なるのを利用して光遮蔽層の厚さを異にして製造する垂直型ＣＭＯＳイメージセンサが開発されている。
このような垂直型ＣＭＯＳイメージセンサは、カラーフィルタ層やマイクロレンズを不要とし、１つのピクセルでレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）を全て実現するという長所がある。
図１は、従来技術による垂直型ＣＭＯＳイメージセンサの断面図である。
図１に示す垂直型ＣＭＯＳイメージセンサは、第１エピタキシャル層１０にイオンを注入してレッドフォトダイオード１２を形成する。
そして、第１エピタキシャル層１０上に第２エピタキシャル層２０を形成する。その後、イオンを注入して第２エピタキシャル層２０に第１プラグ２２を形成する。これと同時に、第１コンタクト領域２４にイオン注入されて第２エピタキシャル層２０上にグリーンフォトダイオード２６が形成される。次に、第２エピタキシャル層２０上に第３エピタキシャル層３０が形成され、イオンを注入して第３エピタキシャル層３０内に第２プラグを形成する。
次に、第３エピタキシャル層３０内に素子分離膜３８が形成される。そして、イオンが注入されてブルーフォトダイオード３４が形成され、このとき、第２コンタクト領域３６も同時に形成される。
このような垂直ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、図１Ａから分かるように、第１プラグ２２でコンタクト不良Ｂが発生し得る。これにより、集光により形成されている電子−正孔ペアーが流れなくなることにより、ノイズが発生したり、電流が不足したりする現象が生じる。
そして、垂直ＣＭＯＳイメージセンサによれば、第１プラグ２２のプロファイルの屈曲によって空乏領域で屈曲Ａが形成される。従って、グリーンフォトダイオード２６と第１プラグ２２との間を広く形成しなければならず、それにより、ＣＭＯＳイメージセンサの大きさが大きくなるという問題がある。
また、垂直ＣＭＯＳイメージセンサによれば、エピタキシャル層の工程が２回行われることにより、図１Ｂから分かるように、エピタキシャル層の成長工程中にクリスタル欠陥Ｃが発生するという問題がある。
更に、垂直ＣＭＯＳイメージセンサは、エピタキシャル層の成長工程、プラグのパターン工程、プラグイオンの注入工程において複数回の追加工程を必要とする。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、安定したコンタクトを提供できるＣＭＯＳ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。
また、本発明の他の目的は、従来の垂直型イメージセンサよりも小型の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。
更に、本発明の別の目的は、クリスタル欠陥などを最小化できるＣＭＯＳ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。
前記目的を達成するための本発明のある態様のＣＭＯＳイメージセンサは、第１エピタキシャル層に形成されているレッドフォトダイオードと、前記レッドフォトダイオードの一部の領域にコンタクト領域を残して形成されている分離層と、前記分離層の表面に形成されているグリーンフォトダイオードと、前記グリーンフォトダイオードと離間して前記コンタクト領域に形成されているコンタクトと、前記グリーンフォトダイオードが形成されている第１エピタキシャル層上に形成されている第２エピタキシャル層と、前記第１エピタキシャル層内に前記グリーンフォトダイオードとコンタクトに電気的に連結される複数のプラグと、前記第２エピタキシャル層の表面に形成されている少なくとも１つの素子分離膜と、前記グリーンフォトダイオードの上側の前記第２エピタキシャル層の表面に形成されているブルーフォトダイオードと、前記複数のプラグの内側の前記第２エピタキシャル層に形成されているウェル領域とを含むことを特徴とする。
また、前記目的を達成するための本発明のある態様のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、第１エピタキシャル層にレッドフォトダイオードを形成する段階と、前記レッドフォトダイオードの一部の上部表面にコンタクト領域を残し、イオン注入して分離層を形成する段階と、前記分離層の表面にグリーンフォトダイオードを形成する段階と、前記コンタクト領域に少なくとも１つのコンタクトを離間して形成する段階と、第２エピタキシャル層上に第２エピタキシャル層を形成する段階と、前記第２エピタキシャル層内に前記グリーンフォトダイオードと前記コンタクトに電気的に連結される複数のプラグを形成する段階と、前記第２エピタキシャル層の表面に素子分離膜を形成する段階と、前記プラグ上側の前記第２エピタキシャル層にウェル領域を形成する段階と、前記第２エピタキシャル層の表面にブルーフォトダイオードを形成する段階とを含むことを特徴とする。
このような本発明の態様によれば、レッドフォトダイオードと電気的に連結されるプラグを形成しなくてもよいため、従来技術のようなコンタクト欠陥が発生せず、グリーンフォトダイオードとコンタクトとの離間距離が縮まり、超小型のＣＭＯＳイメージセンサを得ることができる。また、本発明の態様によれば、グリーンフォトダイオードのためのエピタキシャル層の形成が不要となり、エピタキシャル層の形成によるクリスタル欠陥が予防される。
本発明によるＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法によれば、コンタクト領域にレッドフォトダイオードと電気的に連結されるプラグを形成しなくてもよいため、従来技術のようなコンタクト欠陥が発生するのを防止できるという効果を奏する。
そして、コンタクト領域にレッドフォトダイオードと電気的に連結されるプラグがないため、コンタクト領域のプロファイルが一定となって、空乏領域のプロファイルも均一になり、結局グリーンフォトダイオードとコンタクトとの離間距離が縮まり、超小型のＣＭＯＳイメージセンサを提供できる。
また、グリーンフォトダイオードが第１エピタキシャル層の分離膜内に形成されることで、グリーンフォトダイオードのためのエピタキシャル層の形成が不要となり、エピタキシャル層の形成によるクリスタル欠陥が予防される。
更に、レッドフォトダイオードのためのプラグのパターン工程、レッドフォトダイオードのためのプラグイオンの注入工程、グリーンフォトダイオードの形成のためのエピタキシャル層の形成工程などが省略されることで、製造工程が簡単になり、歩留まりが向上できる。
以下、添付する図面を参照しつつ、本発明によるＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法の実施形態を詳細に説明する。
図２は、本発明の実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの断面図である。
本発明のＣＭＯＳイメージセンサは、第１エピタキシャル層１１０に形成されているレッドフォトダイオード１２０と、レッドフォトダイオード１２０の一部の上部領域にコンタクト領域を残して形成されている分離層１３０と、分離層１３０の表面に形成されているグリーンフォトダイオード１５０と、グリーンフォトダイオード１５０と既に設定されている距離だけ離間して前記コンタクト領域に形成されているコンタクト１４０と、グリーンフォトダイオードが形成された第１エピタキシャル層１１０上に形成されている第２エピタキシャル層１６０と、第２エピタキシャル層内にグリーンフォトダイオード１５０とコンタクト１４０に電気的に連結されるように形成されている複数のプラグ１７０と、プラグの上部面で第２エピタキシャル層の表面に形成されている素子分離膜１８０と、グリーンフォトダイオード上の第２エピタキシャル層の表面に形成されているブルーフォトダイオード２００、及びプラグ１７０内側で第２エピタキシャル層に形成されているウェル領域１９０とを含む。
素子分離層１３０は、レッドフォトダイオード１２０と反対の導電型でイオン注入されている。これにより、素子分離層１３０はレッドフォトダイオード１２０とグリーンフォトダイオード１５０を絶縁させる。そして、素子分離層１３０はレッドフォトダイオード１２０の上部の一側にコンタクト領域を残した状態でイオン注入して形成される。これにより、コンタクト領域とレッドフォトダイオード１２０とが電気的に連結されるように形成される。従って、本実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサによれば、コンタクト１４０領域にレッドフォトダイオード１２０と電気的に連結するプラグを形成しなくてもよいため、従来技術でのようなコンタクト欠陥が発生する恐れがない。更に、コンタクト１４０領域にレッドフォトダイオード１２０と電気的に連結するプラグがないため、コンタクト領域のプロファイルが一定となって、空乏領域のプロファイルも均一になり、結局グリーンフォトダイオードとコンタクトとの離間距離が縮まり、超小型のＣＭＯＳイメージセンサを提供できる。
また、本実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサは、グリーンフォトダイオード１５０が第１エピタキシャル層の分離層１３０内に形成されることで、グリーンフォトダイオード１５０のためのエピタキシャル層の形成が不要となり、エピタキシャル層の形成によるクリスタル欠陥が形成されるのを防止できるという効果がある。
以下、添付する図面を参照しつつ、本発明によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法の実施形態を詳細に説明する。
図３乃至図９は、本発明の実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図である。
図３に示すように、第１エピタキシャル層１１０にリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）のようなＮ−型のイオンを注入してレッドフォトダイオード１２０を形成する。
次に、図４に示すように、マスクパターン１３５を用いてレッドフォトダイオード１２０の一部の領域またはその表面にコンタクト領域を残してイオンを注入して分離層１３０を形成する。分離層１３０は、レッドフォトダイオード１２０の反対導電型のイオンを注入して、コンタクト領域がレッドフォトダイオード１２０と電気的に連結されるようにする。このとき、コンタクト領域はレッドフォトダイオード１２０の一部の上部表面で提供される。分離層１３０は、ホウ素（Ｂ）のようなＰ−型イオンを注入するカウンタドーピングで実施され得る。これにより、分離層１３０によりレッドフォトダイオード１２０を後で形成されるグリーンフォトダイオード１５０から絶縁させることができる。
次に、図５に示すように、分離層１３０の表面とコンタクト領域にそれぞれグリーンフォトダイオード１５０とコンタクト１４０とを離間して形成する。グリーンフォトダイオード１５０とコンタクト１４０はＮ−型イオン注入により同時に形成されることができる。
本実施形態によれば、コンタクト１４０領域にレッドフォトダイオード１２０と電気的に連結されるプラグの形成が不要となり、コンタクト領域のプロファイルが一定となって、空乏領域のプロファイルも均一になり、結局グリーンフォトダイオード１５０とコンタクト１４０との間の隔離距離が縮まり、超小型のＣＭＯＳイメージセンサを提供できる。更に、グリーンフォトダイオード１５０が第１エピタキシャル層１１０の分離層１３０に形成されるため、グリーンフォトダイオード１５０のためのエピタキシャル層を形成する必要がなく、その結果、クリスタル欠陥が形成されることを防止できる。
次に、図６に示すように、グリーンフォトダイオード１５０が形成されている第１エピタキシャル層１１０上に第２エピタキシャル層１６０を形成する。
次に、図７に示すように、第２エピタキシャル層１６０にグリーンフォトダイオード１５０とコンタクト１４０とを電気的に連結させる複数のプラグ１７０、１７５を形成する。
次に、図８に示すように、プラグ１７０、１７５の上段部で第２エピタキシャル層１６０に素子分離膜１８０を形成し、プラグ１７０、１７５内側の第２エピタキシャル層１６０にウェル領域１９０を形成する。このとき、ウェル領域１９０はＮ−型ウェル領域として形成されることができる。
次に、図９に示すように、素子分離膜１８０によりウェル領域１９０と既に設定距離だけ離間している第２エピタキシャル層１６０の表面にＮ−型イオンを注入してブルーフォトダイオード２００を形成する。
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に変更して実施することが可能である。
１１０ 第１エピタキシャル層、 １２０ レッドフォトダイオード、 １３０ 素子分離層、 １４０ コンタクト、 １５０ グリーンフォトダイオード、 １６０ 第２エピタキシャル層、 １７０ プラグ、 １８０ 素子分離膜、 １９０ ウェル領域、 ２００ ブルーフォトダイオード。
Claims (20)
- 第１エピタキシャル層に形成されているレッドフォトダイオードと、
前記レッドフォトダイオードの一部の領域にコンタクト領域を残して形成されている分離層と、
前記分離層の表面に形成されているグリーンフォトダイオードと、
前記グリーンフォトダイオードと離間して前記コンタクト領域に形成されているコンタクトと、
前記グリーンフォトダイオードが形成されている第１エピタキシャル層上に形成されている第２エピタキシャル層と、
前記グリーンフォトダイオードとコンタクトに電気的に連結される複数のプラグと、
前記第２エピタキシャル層の表面に形成されている少なくとも１つの素子分離膜と、
前記グリーンフォトダイオードの上側の前記第２エピタキシャル層の表面に形成されているブルーフォトダイオードと、
前記複数のプラグの内側の前記第２エピタキシャル層に形成されているウェル領域と
を含むことを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサ。 - 前記レッドフォトダイオードは、前記第１エピタキシャル層にＮ−型イオンを注入して形成されることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
- 前記Ｎ−型イオンはリン及びヒ素の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
- 前記分離層は、前記レッドフォトダイオードを形成するために注入されているイオンと反対導電型イオンを注入して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
- 前記反対導電型イオンは、前記レッドフォトダイオードの上部表面のコンタクト領域に注入されることを特徴とする請求項４に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
- 前記反対導電型イオンは、前記コンタクト領域が前記レッドフォトダイオードと電気的に連結されるように注入されることを特徴とする請求項５に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
- 前記反対導電型イオンはＰ−型イオンを含むことを特徴とする請求項６に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
- 前記Ｐ−型イオンはホウ素を含むことを特徴とする請求項７に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
- 前記分離層は、前記レッドフォトダイオードを前記グリーンフォトダイオードから絶縁させることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
- 第１エピタキシャル層にレッドフォトダイオードを形成する段階と、
前記レッドフォトダイオードの一部の上部表面にコンタクト領域を残し、イオン注入して分離層を形成する段階と、
前記分離層の表面にグリーンフォトダイオードを形成する段階と、
前記コンタクト領域に少なくとも１つのコンタクトを離間して形成する段階と、
第１エピタキシャル層上に第２エピタキシャル層を形成する段階と、
前記第２エピタキシャル層内に前記グリーンフォトダイオードと前記コンタクトに電気的に連結される複数のプラグを形成する段階と、
前記第２エピタキシャル層の表面に素子分離膜を形成する段階と、
前記プラグ上側の前記第２エピタキシャル層にウェル領域を形成する段階と、
前記第２エピタキシャル層の表面にブルーフォトダイオードを形成する段階と
を含むことを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。 - 前記レッドフォトダイオードを形成する段階は、前記第１エピタキシャル層にＮ−型イオンを注入する段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
- 前記Ｎ−型イオンはリン及びヒ素の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
- 前記分離層を形成する段階は、前記レッドフォトダイオードを形成するために注入されているイオンと反対導電型イオンを注入する段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
- 前記反対導電型イオンは、前記レッドフォトダイオードの上部表面のコンタクト領域に注入されることを特徴とする請求項１３に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
- 前記反対導電型イオンは、前記コンタクト領域が前記レッドフォトダイオードと電気的に連結されるように注入されることを特徴とする請求項１４に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
- 前記反対導電型イオンはＰ−型イオンを含むことを特徴とする請求項１５に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
- 前記Ｐ−型イオンはホウ素を含むことを特徴とする請求項１６に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
- 前記分離層は前記レッドフォトダイオードを前記グリーンフォトダイオードから絶縁させることを特徴とする請求項１０に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
- 前記グリーンフォトダイオード及び前記少なくとも１つのコンタクトは同時に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
- 前記グリーンフォトダイオードと前記コンタクトはＮ−型イオン注入を用いて同時に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
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