JP2012199560A - Cmosイメージ・センサー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】素子分離膜22が形成された半導体基板21上にトランスファー・ゲート23を形成し、トランスファー・ゲート23に整列するフォトダイオード用第1のn型イオン注入領域24を形成し、フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域24を含むフォトダイオード用第2のn型イオン注入領域24を形成し、フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域24と一部が重なるフォトダイオード用p型イオン注入領域26を、半導体基板21の表面とフォトダイオード用第1のn型イオン注入領域24との間に形成し、トランスファー・ゲート23の両側壁にスペーサ27を形成し、トランスファー・ゲート23の他側にフローティング拡散領域28を形成する。
【選択図】図3D
Description
ードの製造に使われてきた第2のp型イオン注入工程(2nd p0工程)を省略し、そ
の代りに、フォトダイオード用n型イオン注入領域を二重に形成することによって、第2
のp型イオン注入領域(2nd p0領域)の不均一性による素子特性の劣化を防止する
と共に、電荷移送効率を確保することができるCMOSイメージ・センサー及びその製造
方法に関する。
代表的なイメージ・センサー素子には電荷結合素子(CCD)と、CMOSイメージ・セ
ンサーとが挙げられる。
キャパシタが極めて相隣した位置に配置されており、電荷キャリアがキャパシタに保存さ
れて移送される素子である。CMOSイメージ・センサーは、制御回路及び信号処理回路
を周辺回路として使用するCMOS技術を用いて、画素数に応じた数のMOSトランジス
タを作り、これを用いて順次的に出力を検出する切換え方式を採用する素子である。
と4つのMOSトランジスタとから構成される単位画素を示す回路図である。CMOSイ
メージ・センサーは、光を受けて光電荷を生成するフォトダイオード100と、フォトダ
イオード100で集められた光電荷をフローティング拡散領域102へ移送するためのト
ランスファー・トランジスタ101と、フローティング拡散領域の電位を所望の値にセッ
トして電荷を排出してフローティング拡散領域102をリセットさせるリセット・トラン
ジスタ103と、フローティング拡散領域の電圧がゲートに加えられて、ソース・フォロ
ア・バッファ増幅器の機能を果たすドライブ・トランジスタ104と、切換え手段であり
アドレッシングの役割を果たすセレクト・トランジスタ105とから構成される。単位画
素の外部には、出力信号を読取ることが出来るようにロード・トランジスタ106が設け
られている。
な工程はフォトダイオード具現工程であり、フォトダイオードの場合、低照度での特性向
上のためにフォトダイオードの最上層には、2回のp型イオン注入工程によって形成され
たp型イオン注入領域を備えている。
面図であり、これを参照して従来技術を説明する。
離膜12を形成する。ここで、p型半導体基板11は、高濃度のp型基板と低濃度のp型
エピタキシャル層とが積層されて形成された構造であってもよい。
パターンニングする。以下では、トランスファー・トランジスタのゲート電極をトランス
ファー・ゲートと称する。
トダイオード用n型イオン注入領域(または、Deep N領域)14が形成され、その
後にフォトダイオード用p型イオン注入領域(または、P0領域)を形成するためのイオ
ン注入工程が行われる。
4を形成するための工程が行われる。その後、同じマスクを連続的に使用して、p型イオ
ン注入を施してフォトダイオード用n型イオン注入領域14の上に第1のp型イオン注入
領域15を形成する。
すると、トランスファー・ゲートを含む半導体基板11の上にスペーサ絶縁膜を一定の厚
さで蒸着した後、全面エッチング工程を行ない、ゲート電極13の両側壁にスペーサ16
が形成される。
膜17が残存し、残留酸化膜17が残存した状態でマスク無しで行われるブランケット第
2のp型イオン注入工程(2nd p0工程)が行われて、図2Bに示すような第2のp
型イオン注入領域18が形成される。
4の上に形成され、ゲート・スペーサ16に整列されて第1のp型イオン注入領域15と
接している。
ング・プロフィールが図2Bに示すような場合には、電荷移送を助けるフリンジング・フ
ィールド(fringing field)が生じ、電荷移送効率にとって有利となる長
所がある。
厚さはチップによって一様でなく、そのバラツキも非常に大きく、それを一様に調節する
のが難しい。
でないため、第2のp型イオン注入領域のイオン注入の深さも一様でなく、その結果、チ
ップ間の特性に直接的な影響を及ぼすようになって、工程の安定化、歩留まりなどにとっ
て大きな問題をとなる。
略する代わりに、n型イオン注入領域を二重に設けることによって、素子の均一度を低下
させること無く、良好な電荷移送効率を確保することができるCMOSイメージ・センサ
ー及びその製造方法を提供することを目的とする。
上にトランスファー・ゲートを形成する第1ステップと、前記トランスファー・ゲートの
一側面に整列し、第1の幅を有し、第1のイオン注入深さを有するフォトダイオード用第
1のn型イオン注入領域を、前記半導体基板の表面下に形成する第2ステップと、前記ト
ランスファー・ゲートの一側面に整列し、前記フォトダイオード用第1のn型イオン注入
領域を含み、前記第1の幅よりも広い第2の幅を有し、前記第1のイオン注入深さよりも
深い第2のイオン注入深さを有するフォトダイオード用第2のn型イオン注入領域を形成
する第3ステップと、前記トランスファー・ゲートの一側面に整列し、前記フォトダイオ
ード用第1のn型イオン注入領域と一部が重なるフォトダイオード用p型イオン注入領域
を、前記半導体基板の表面と前記フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域との間に
形成する第4ステップと、前記トランスファー・ゲートの両側壁にスペーサを形成する第
5ステップと、前記トランスファー・ゲートの他側にフローティング拡散領域を形成する
第6ステップとを含むCMOSイメージ・センサーの製造方法を提供することができる。
ファー・ゲートと、第1の幅及び第1のイオン注入深さを有し、前記トランスファー・ゲ
ートの一側面に整列し、前記半導体基板の表面下部に形成されたフォトダイオード用第1
のn型イオン注入領域と、前記第1の幅よりも広い第2の幅及び前記第1のイオン注入深
さよりも深い第2のイオン注入深さを有し、前記トランスファー・ゲートの一側面に整列
し、前記フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域を含んでいるフォトダイオード用
第2のn型イオン注入領域と、前記トランスファー・ゲートの一側面に整列し、前記フォ
トダイオード用第1のn型イオン注入領域と一部が重なり、前記半導体基板の表面と前記
フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域との間に形成されたフォトダイオード用p
型イオン注入領域と、前記トランスファー・ゲートの両側壁に形成されたスペーサと、前
記トランスファー・ゲートの他側に形成されたフローティング拡散領域とを備えるCMO
Sイメージ・センサーを提供することができる。
d p0工程)を省略する代りに、フォトダイオード用n型イオン注入領域を二重に形成
することによって、素子の均一度を低下させること無く、電荷移送効率、Dark Ba
d Pixel特性などの素子特性を向上させることができる。
ーサの下部に形成されるn型イオン注入領域のドーピング・プロフィール、ドーズ量を他
の部分と異ならせ、チューニングした。
膜の厚さの不均一性に起因するチップ間の工程マージン不足、歩留まりの変化、及びチッ
プ間の光特性のバラツキの発生と関連する問題を解決すると共に、電荷移送効率を確保す
ることができ、イメージ・センサーの製品競争力の確保及び特性安定化に供することがで
きる効果を奏する。
る。
を示す断面図であり、これらを参照して本発明の実施の形態を説明する。
ド領域を画定する素子分離膜22を形成する。ここで、半導体基板21としては、高濃度
の半導体基板及び低濃度のエピタキシャル層が積層された構造の基板を使用してもよい。
、エピタキシャル層に形成されるフォトダイオードの空乏層の深さを増加させてフォトダ
イオードの電荷保存能力を拡張させると共に、高濃度の基板が隣接した単位画素間で生じ
るクロストークを防止する働きをすることができる。
ilicon)技術を用いて形成された素子分離膜が使用されてもよく、またはトレンチ
を利用した浅いトレンチ素子分離膜(Shallow Trench Isolatio
n:STI)が使用されてもよい。
層して形成し、適切なマスクを利用したパターンニング工程を行ってトランジスタのゲー
ト電極を形成する。
極23のみが示されており、単位画素を構成する残りのトランジスタ(リセット・トラン
ジスタ、ドライブ・トランジスタなど)は省略している。以下では、トランスファー・ト
ランジスタのゲート電極23をトランスファー・ゲート23と称する。
の一側面に整列するフォトダイオード用第1のn型イオン注入領域24を形成する。
であることが望ましく、その長さはトランスファー・ゲートの長さと同じにする。
第2のn型イオン注入工程よりもドーズ量及びイオン注入エネルギーの両方が共に減少し
た条件で行われる。
後続する第2のn型イオン注入工程よりも0.2×1012程度減少したドーズ量を使用し
、60keV程度のイオン注入エネルギーを使用した。そして、フォトダイオード用第1
のn型イオン注入領域24のイオン注入された深さも、従来のn型イオン注入領域に比べ
て浅い。
るためのマスクを示す平面図であって、正方形のフォトダイオード、トランスファー・ゲ
ート、及びトランスファー・ゲートのエッジに整列し、フォトダイオード用第1のn型イ
オン注入領域を形成するための、幅が約0.5μmのマスクが示されている。
長さと実質的に同じである。本発明の実施の形態では、図3Aの下段に示したマスクを使
用する場合、フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域24の長さはトランスファー
・ゲートと同じであるが、これに限定されず、フォトダイオード用第1のn型イオン注入
領域24の長さは、トランスファー・ゲートよりも長くてもよい。
に示すようにフォトダイオード用第2のn型イオン注入領域25を形成する。
ッジに整列し、基板深くに位置するフォトダイオード用第2のn型イオン注入領域を形成
する。
、従来技術において通常使用される工程であり、結果的に図3Bに示したようなイオン注
入領域24及び25を得ることができる。
n型イオン注入領域25の上に、フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域24と一
部重なるフォトダイオード用p型イオン注入領域26を形成する。
成した後、トランスファー・ゲート23の他側、即ち、フォトダイオード用第1のn型イ
オン注入領域24を形成した側と反対の側にフローティング拡散領域28を形成する。
領域、トランスファー・ゲート(Tx)23及びフローティング拡散領域(FD)の電位
分布が示されている。
もかかわらず、図3Dに示したようにフォトダイオード用n型イオン注入領域24、25
を二重に設けたため、電荷移送に有利なフリンジング・フィールドを得ることができる。
る状態にて行わなければならなかった2nd p0イオン注入工程を省略することによっ
て、チップごとに2nd p0イオン注入の厚さが異なるため生じていた素子特性の不均
一性をなくすことができ、歩留まりを改善する効果を奏する。
はかかる実施の形態に限定されない。当業者であれば種々の改変をなし得るであろう。
22 素子分離膜
23 トランスファー・ゲート
24 フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域
25 フォトダイオード用第2のn型イオン注入領域
26 フォトダイオード用p型イオン注入領域
27 スペーサ
28 フローティング拡散領域
Claims (8)
- 素子分離膜が形成された半導体基板の上にトランスファー・ゲートを形成する第1ステ
ップと、
前記トランスファー・ゲートの一側面に整列し、第1の幅を有し、第1のイオン注入深
さを有するフォトダイオード用第1のn型イオン注入領域を、前記半導体基板の表面下に
形成する第2ステップと、
前記トランスファー・ゲートの一側面に整列し、前記フォトダイオード用第1のn型イ
オン注入領域を含み、前記第1の幅よりも広い第2の幅を有し、前記第1のイオン注入深
さよりも深い第2のイオン注入深さを有するフォトダイオード用第2のn型イオン注入領
域を形成する第3ステップと、
前記トランスファー・ゲートの一側面に整列し、前記フォトダイオード用第1のn型イ
オン注入領域と一部が重なるフォトダイオード用p型イオン注入領域を、前記半導体基板
の表面と前記フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域との間に形成する第4ステッ
プと、
前記トランスファー・ゲートの両側壁にスペーサを形成する第5ステップと、
前記トランスファー・ゲートの他側にフローティング拡散領域を形成する第6ステップ
と
を含むことを特徴とするCMOSイメージ・センサーの製造方法。 - 前記第1の幅が、0.5μmであることを特徴とする請求項1に記載のCMOSイメー
ジ・センサーの製造方法。 - 前記フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域が、前記トランスファー・ゲートと
同じ長さを有することを特徴とする請求項1に記載のCMOSイメージ・センサーの製造
方法。 - 前記フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域を形成する第2ステップが、60k
eVのイオン注入エネルギーを使用して行われることを特徴とする請求項1に記載のCM
OSイメージ・センサーの製造方法。 - 前記フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域を形成する第2ステップが、前記フ
ォトダイオード用第2のn型イオン注入領域を形成する第3ステップにて使用するドーズ
量よりも0.2×1012減少したドーズを使用して行われることを特徴とする請求項1に
記載のCMOSイメージ・センサーの製造方法。 - 素子分離膜が形成された半導体基板の上に形成されたトランスファー・ゲートと、
第1の幅及び第1のイオン注入深さを有し、前記トランスファー・ゲートの一側面に整
列し、前記半導体基板の表面下に設けられたフォトダイオード用第1のn型イオン注入領
域と、
前記第1の幅よりも広い第2の幅及び前記第1のイオン注入深さよりも深い第2のイオ
ン注入深さを有し、前記トランスファー・ゲートの一側面に整列し、前記フォトダイオー
ド用第1のn型イオン注入領域を含むフォトダイオード用第2のn型イオン注入領域と、
前記トランスファー・ゲートの一側面に整列し、前記フォトダイオード用第1のn型イ
オン注入領域と一部が重なり、前記半導体基板の表面と前記フォトダイオード用第1のn
型イオン注入領域との間に形成されたフォトダイオード用p型イオン注入領域と、
前記トランスファー・ゲートの両側壁に形成されたスペーサと、
前記トランスファー・ゲートの他側に形成されたフローティング拡散領域と
備えることを特徴とするCMOSイメージ・センサー。 - 前記第1の幅が、0.5μmであることを特徴とする請求項6に記載のCMOSイメー
ジ・センサー。 - 前記フォトダイオード用第1のn型イオン注入領域が、前記トランスファー・ゲートと
同じ長さを有することを特徴とする請求項6に記載のCMOSイメージ・センサー。
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