JP5629687B2 - トランジスタ、トランジスタを備えた画像センサ、画像センサの製造方法 - Google Patents

トランジスタ、トランジスタを備えた画像センサ、画像センサの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は半導体製造技術に関し、具体的には画像センサ及びその製造方法に関し、さらに具体的にはCMOS画像センサ及びその製造方法に関する。
画像センサは、光学画像を電気信号に変換する半導体デバイスである。この画像センサは、電荷結合素子(CCD)画像センサと、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)画像センサとに分類される。
CMOS画像センサの単位画素の多くは、3−Tr構造または4−Tr構造を有している。3−Tr構造または4−Tr構造は、1−Tr構造とは異なり、電圧バッファとして機能するソース・フォロワ・トランジスタ(以下、駆動トランジスタと呼ぶ)を有している。
図1は、従来の4−Tr構造における単位画素の等価回路図である。図2は、図1の単位画素が有する光検出デバイスとしてのフォトダイオードと、伝達トランジスタと、浮遊拡散領域(floating diffusion region)と、駆動トランジスタとを示した断面図である。
図1及び図2を参照すると、単位画素はフォトダイオードPDを1つ有し、さらにトランジスタを4つ有している。4つのトランジスタは、フォトダイオードPDにより収集された光生成電荷を浮遊拡散領域FDへと伝達する伝達トランジスタTxと、浮遊拡散領域FDの電位を所望の値に設定し、かつ浮遊拡散領域FDをリセットするリセットトランジスタRxと、ソースフォロワによって構成された電圧バッファとして作用するように、浮遊拡散領域FDに蓄積された電荷に基づいて動作する駆動トランジスタDxと、スイッチングによってアドレス指定を実行する選択トランジスタSxとを有している。
しかし、このようなCMOS画像センサには、電荷送信効率及び電荷蓄積性能が画像欠陥をもたらす暗電流によって低下するという問題がある。暗電流とは、光の入力がない状態でCMOS画像センサの光検出デバイスに蓄積される電荷のことである。暗電流は、種々の欠陥またはシリコン基板の表面に存在するダングリングボンドによって起きることが知られている。
加えて、暗電流の原因の1つは、駆動トランジスタDxの対称構造の場合もある。駆動トランジスタDxのドレインD及びソースSは、従来のトランジスタと同様にゲートGに対して対称構造を有している。このような構造の画素を駆動させると、比較的高レベルの電圧が電源電圧端子から駆動トランジスタDxのドレインDに印加され、浮遊拡散領域FDに蓄積されている電荷に相当する電圧、つまり外部光にしたがって変化する電圧周波数がゲートDに印加される。結果として、高電位がドレインDとゲートGとの間に生成され、二次電子としてのホットキャリアが、高電位によってもたらされた高電界により駆動トランジスタDxのチャネルに生成される。このようなホットキャリアは浮遊拡散領域FD及びフォトダイオードPDに取り込まれ蓄積されて、たとえ画像が撮影されていなくても、あたかも画像が撮影されたかのようにスクリーンに対してカラードットや白色ドットなどの画像欠陥をもたらす。
したがって、本発明は、従来技術の問題及び以下の課題を解決することを目的とする。
第1に、本発明は、トランジスタのゲートとドレインとの間の高電界ゆえに生成されるホットキャリアによってもたらされる雑音成分を削減することのできるトランジスタを提供する。
第2に、本発明は、トランジスタのゲートとドレインとの間の高電界ゆえに生成されるホットキャリアによってもたらされる雑音成分を削減することのできるトランジスタの製造方法を提供する。
第3に、本発明は、電圧バッファとしての駆動トランジスタを有し、該駆動トランジスタのチャネルにおける二次電子の発生を抑制することにより暗電流による画像欠陥の発生を防止することのできる画像センサを提供する。
第4に、本発明は、電圧バッファとしての駆動トランジスタを有し、該駆動トランジスタのチャネルにおける二次電子の発生を抑制することにより暗電流による画像欠陥の発生を防止することのできる画像センサの製造方法を提供する。
上記課題を解決するために、本発明の実施形態によれば、基板上に形成されたゲート電極と、該ゲート電極の両側に露出した該基板にそれぞれ形成されたソース領域及びドレイン領域とを備えたトランジスタであって、該ドレイン領域の一部が該ゲート電極に重複するように該ソース領域側に拡張している、トランジスタが提供される。
上記課題を解決するために、本発明の別の実施形態によれば、基板上に形成されたゲート電極と、該ゲート電極の両側に露出した該基板にそれぞれ形成されたソース領域及びドレイン領域と、該ドレイン領域に形成されており、該ゲート電極に部分的に重複する電界減衰領域とを備えたトランジスタが提供される。
上記課題を解決するために、本発明のさらに別の実施形態によれば、光検出デバイスで収集された光電荷を浮遊拡散領域に伝達する伝達トランジスタと、該浮遊拡散領域の電位を所望の値に設定またはリセットするリセットトランジスタと、該浮遊拡散領域に接続されたゲート電極及び電源電圧端子に接続されたドレイン領域を有するトランジスタとして構成され、かつ該浮遊拡散領域に蓄積した電荷に基づいて動作する駆動トランジスタと、該駆動トランジスタの該ソース領域から信号の出力を伝達する選択トランジスタとを備えた画像センサが提供される。
上記課題を解決するために、本発明の別の実施形態によれば、基板に形成され、かつ相互に間隔をおいたソース領域及びドレイン領域の第1のドーピング領域を形成するステップと、該ドレイン領域の該第1のドーピング領域の一部に重複するように該基板上にゲート電極を形成するステップと、該ゲート電極の両側に露出した該第1のドーピング領域の下にソース領域及びドレイン領域の第2のドーピング領域を形成するステップとを含むトランジスタ製造方法が提供される。
上記課題を解決するために、本発明のさらに別の実施形態によれば、基板の界面に電界減衰領域を形成するステップと、該電界減衰領域の一部に重複するように該基板上にゲート電極を形成するステップと、該ゲート電極の両側に露出した該電界減衰領域の下にソース領域及びドレイン領域を形成するステップとを含むトランジスタ製造方法が提供される。
上記課題を解決するために、本発明のさらに別の実施形態によれば、ソースフォロワによって構成されたトランジスタを備えた画像センサの製造方法であって、該トランジスタが形成される領域の基板の界面に電界減衰領域を形成するステップと、該電界減衰領域の一部に重複するように該基板上にゲート電極を形成するステップと、該ゲート電極の両側に露出した該電界減衰領域の下にソース領域及びドレイン領域を形成するステップとを含む方法が提供される。
上記から分かるように、比較的低濃度のドーピング領域を、ゲート電極の一部に重複するように駆動トランジスタのドレイン領域に形成することができる。その結果、ドレイン領域に印加される高電界を減衰させ、可視光線帯域における二次電子及び光の生成を低減し、画像欠陥の発生を防止することができる。
従来のCMOS画像センサの単位画素の等価回路図である。 図1に示した単位画素が有する複数の素子の断面図である。 本発明の第1の実施形態に基づくCMOS画像センサの断面図である。 図4A及び図4Bは、図3に示したCMOS画像センサの製造方法を示す断面図である。 本発明の第2の実施形態に基づくCMOS画像センサの断面図である。 図6A及び図6Bは、図5に示したCMOS画像センサの製造方法を示す断面図である。 第2の実施形態により製造されたトランジスタ及び従来の製造方法により製造されたトランジスタのゲート誘導ドレインリーク(GIDL)電流を示す図である。
次に、本発明について、好ましい実施形態を示した添付の図面を参照して説明する。図面において、層及び領域の厚さ及び間隔はわかりやすくするために拡大している場合もある。加えて、ある層が別の層または基板の上に形成されるものとして説明される場合には、この層は、当該別の層または基板の上に直接形成されてもよいし、第3の層がこれらの間に介在してもよいことを意味する。同一の参照番号は本明細書全体を通して同一の要素を示している。
[第1の実施形態]
図3は、本発明の第1の実施形態におけるトランジスタの断面図である。CMOS画像センサの単位画素において、4つの要素のみ、つまり光検出デバイス109と、伝達トランジスタTxと、浮遊拡散領域(floating diffusion region)113と、駆動トランジスタDxとが示されている。
図3によれば、本発明の第1の実施形態におけるトランジスタは駆動トランジスタDxである。これは、基板100上に形成されたゲート電極107と、ゲート電極107の両サイドに露出するように基板にそれぞれ形成されたソース領域111及びドレイン領域112とを有している。
ソース領域111及びドレイン領域112は非対称な構造を有している。つまり、ドレイン領域112は、ゲート電極107に重なるようにソース領域111の方向へ部分的に拡張している。図3の部分Aを参照されたい。ソース領域111は、ゲート電極107に重ならずにゲート電極107と位置合わせがなされている。
ドレイン領域112は基板100の界面に形成されており、ゲート電極107に部分的に重複している第1のドーピング領域104と、ゲート電極107から間隔をおいて第1のドーピング領域104の下に形成された第2のドーピング領域110とを有している。第1のドーピング領域104は、第2のドーピング領域110よりも濃度が低い。第1のドーピング領域104及び第2のドーピング領域110は、導電型が同一である。
ソース領域111は基板100の界面に形成されており、ゲート電極107と位置合わせがされている第1のドーピング領域と、ゲート電極107から間隔をおいて第1のドーピング領域104の下に形成された第2のドーピング領域110とを有している。第1のドーピング領域104は第2のドーピング領域110よりも濃度が低い。第1のドーピング領域104及び第2のドーピング領域110は導電型が同一である。
本発明の第1の実施形態におけるトランジスタはさらに、ソース領域111及びドレイン領域112の第1のドーピング領域104の下に形成された第3のドーピング領域103を有している。第3のドーピング領域103はハロー領域(halo region)であり、第1のドーピング領域104及び第2のドーピング領域110とは導電型が異なる。例えば、トランジスタがn型金属酸化膜半導体(NMOS)で形成されていて、第1のドーピング領域104及び第2のドーピング領域110がn型である場合には、第3のドーピング領域103はp型である。
図4A及び図4Bは、図3に示したトランジスタの製造方法を示す断面図である。
まず、図4Aに示しているように、分離層102が基板100に形成される。
基板100は半導体基板であり、バルク基板、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)基板としてもよい。良好な干渉特性を有するSOI基板が好ましい。
分離層102は、シリコンの局所的酸化(local oxidation of silicon、LOCOS)、または浅型トレンチ分離(shallow trench isolation、STI)によって形成することができる。高集積に好都合なSTIを使用することが好ましい。分離層102は、酸化層ベース材料、例えば高密度プラズマ(HDP)酸化層から形成される。
そして、ウェル101が基板100に形成される。例えば、トランジスタがNMOSで形成される場合にはPウェルが形成され、トランジスタがPMOSで形成される場合にはNウェルが形成される。ここでは、Pウェルが形成される。
ウェル101を形成するステップは限定されるものではない。例えば、ウェル101は、分離層102を形成する前に形成されてもよいし、分離層102を形成した後に形成されてもよい。
次に、第3のドーピング領域103が、ハロー領域として作用するようにウェル101に形成されてもよい。第3のドーピング領域103はソース領域111とドレイン領域112との間に形成される。具体的には、第3のドーピング領域103は、(図示していない)チャネルが形成されることになる領域の下に形成される。より具体的には、第3のドーピング領域103は第1のドーピング領域104の下に形成される。第3のドーピング領域103はp型導電性として形成される。
次いで、CMOS画像センサの駆動トランジスタTxが形成されることになる領域、具体的にはソース領域111及びドレイン領域112とチャネルとが形成されることになる領域を部分的に露出させるようにイオン注入マスクが形成される。イオン注入マスクを用いたイオン注入プロセスが、基板100の界面に第1のドーピング領域104を形成するために行われる。第1のドーピング領域104はn型導電性として形成される。具体的には、第1のドーピング領域104は、リン(P)などのIII族の材料またはヒ素(As)などのn型不純物を使用して比較的低レベルの注入エネルギーで形成される。より具体的には、第1のドーピング領域104は、容易にイオン注入可能なヒ素イオンを使用して低レベルのイオン注入エネルギー1×1012〜1×1013イオン/cmの用量で基板100の界面に形成される。
次に、図4Bに示されているように、ゲート電極107が基板100上に形成される。CMOS画像センサにおいて、単位画素が図1に示されているような4−Tr構造で形成される場合には、トランジスタTx、Rx、Dx、Sxのゲート電極が同時に形成される。
駆動トランジスタDxのゲート電極107は、ドレイン領域112の第1のドーピング領域104に部分的に重なるように形成される。つまり、ドレイン領域112のドーピング領域104は、駆動トランジスタDxのゲート電極107の下に位置することになる。他方、ゲート電極107は、ソース領域111の第1のドーピング領域104とは重ならないように形成される。つまり、ソース領域111の第1のドーピング領域104はゲート電極107と位置合わせがなされている。
ゲート電極107は、ゲート絶縁層105及びゲート導電層106から形成される。ゲート絶縁層105は酸化シリコン層から形成される。ゲート導電層106は、多結晶シリコン層または多結晶シリコン層及び金属シリサイド層の積層構造から形成される。例えば、金属シリサイド層は、タングステンシリサイド層またはコバルトシリサイド層から形成される。
例えば、ゲート電極107の形成方法について説明する。まず、酸化シリコン層が酸化プロセスによって基板100上に形成される。次いで、酸化シリコン層上に多結晶シリコン層を堆積させた後に、多結晶シリコン層及び酸化シリコン層がエッチングされてゲート電極107が形成される。
次に、光検出デバイス109が形成される。光検出デバイス109は、伝達トランジスタTxのゲート電極107の一方の側にある露出した基板100に形成される。光検出デバイス108は、伝達トランジスタTxのゲート電極107と位置合わせがなされる。光検出デバイス109は、正孔蓄積デバイス(HAD)またはピンフォトダイオード(PPD)構造で形成されてもよい。
次に、スペーサ108がゲート電極107の両方の側壁に形成されてもよい。スペーサ108は光検出デバイス109の形成前に形成されてもよい。スペーサ108は、酸化層、または酸化層及び窒化層の積層構造から形成されてもよい。
次に、ソース領域111及びドレイン領域112の第2のドーピング領域110が、ゲート電極107の両側に露出した基板100に形成される。スペーサ108が形成される場合には、第2のドーピング領域110はスペーサ108によってカバーされず、外部に露出した基板100に形成される。
第2のドーピング領域110は、単位画素が4−Tr構造を有するCMOS画像センサのトランジスタDx、Rx、Sxのゲート電極の両側に露出した基板100に同時に形成される。当然、第2のドーピング領域110はまた、光検出デバイス109、つまりフォトダイオードが形成される領域を除いて、伝達トランジスタTxのゲート電極の一方の側に露出した基板100に形成される。伝達トランジスタTxに形成された第2のドーピング領域は浮遊拡散領域113として機能する。
第2のドーピング領域110は、イオン注入プロセスによりフォトダイオードが形成されることになる領域をカバーするためのイオン注入マスクを使用して形成されるため、ゲート電極107と共に、イオン注入マスクとして第2のドーピング領域110はゲート電極107と位置合わせがなされることになる。スペーサ108が存在する場合には、第2のドーピング領域110はスペーサ108と位置合わせがなされることになる。第2のドーピング領域110は、第1のドーピング領域104と同じ導電型、つまりn型導電性として形成される。第2のドーピング領域110は、第1のドーピング領域104のイオン注入プロセスよりも高いレベルのイオン注入エネルギー及びより多い用量を使用して、第1のドーピング領域104より大きな深さ及び高い濃度を有するように形成される。
[第2の実施形態]
図5は、本発明の第2の実施形態におけるトランジスタの断面図である。ここでは、4つの要素のみ、つまり光検出デバイス209と、伝達トランジスタTxと、浮遊拡散領域214と、駆動トランジスタDxとが示されている。
図5を参照すると、本発明の第2の実施形態におけるトランジスタは、基板200上に形成されたゲート電極207と、それぞれゲート電極207の両側に露出した基板200に形成されたソース領域212及びドレイン領域213と、ドレイン領域213(基板の界面)に形成され、かつゲート電極207に部分的に重複した電界減衰領域204とを有している。
ドレイン領域213はゲート電極207と位置合わせがなされており、電界減衰領域204の下に形成された第1のドーピング領域208と、ゲート電極207から間隔をおいて第1のドーピング領域208の下に形成された第2のドーピング領域211とを有している。第1のドーピング領域208は、第2のドーピング領域211よりも濃度が低く、電界減衰領域204よりも濃度が高い。
電界減衰領域204は、第1のドーピング領域208及び第2のドーピング領域211と同じ導電型、例えばn型導電性となるように形成されている。電界減衰領域204は、第1のドーピング領域208よりも浅く、第1のドーピング領域208よりも濃度が低い。
ソース領域212は基板200の界面に形成されており、ゲート電極207と位置合わせがなされた第1のドーピング領域208と、ゲート電極207から間隔をおいて第1のドーピング領域208の下に形成された第2のドーピング領域211とを有している。第1のドーピング領域208は、第1のドーピング領域208よりも濃度が低い。第1のドーピング領域208及び第2のドーピング領域211は同じ導電型である。
本発明の第2の実施形態におけるトランジスタはさらに、ソース領域212及びドレイン領域213の第1のドーピング領域208の下に形成された第3のドーピング領域203を有している。第3のドーピング領域203はハロー領域であり、第1のドーピング領域208及び第2のドーピング領域211とは導電型が異なる。例えば、トランジスタがNMOSで形成されており、かつ第1のドーピング領域208及び第2のドーピング領域211がn型導電性である場合には、第3のドーピング領域203はp型導電性である。
図6A及び図6Bは、図5に示したトランジスタの製造方法を示す断面図である。
まず、図6Aに示されているように、ウェル201と、分離層202と、第3のドーピング領域203とが、図4Aに示した本発明の第1の実施形態と同じ方法で形成される。
次に、CMOS画像センサの駆動トランジスタが形成されることになる領域、具体的には、ドレイン領域213及びチャネルが形成されることになる領域を部分的に露出させるようにイオン注入マスクが形成される。イオン注入マスクを用いたイオン注入プロセスが、基板200の界面に電界減衰領域204を形成するために行われる。電界減衰領域204はn型導電性として形成される。具体的には、電界減衰領域204は、容易にイオン注入可能なヒ素イオンを使用して低レベルのイオン注入エネルギー1×1012〜1×1013イオン/cmの用量で基板200の界面に形成される。
次に、図6Bに示されているように、ゲート電極207及び光検出デバイス209が形成される。
次に、ソース領域212及びドレイン領域213の第1のドーピング領域が、ゲート電極207の両側に露出した基板200に形成される。第1のドーピング領域208はゲート電極207と位置合わせがなされており、かつ電界減衰領域204の下に形成される。第1のドーピング領域208は、電界減衰領域204と同じ導電型、例えばn型導電性である。加えて、第1のドーピング領域208は、電界減衰領域204より濃度が高い。
次に、スペーサ210が、ゲート電極207の両側壁に形成されてもよい。
次に、ソース領域212及びドレイン領域213の第2のドーピング領域211が、ゲート電極207の両側に露出した第1のドーピング領域208の下に形成される。スペーサ210が形成される場合には、第2のドーピング領域211はスペーサ210の両側に露出した第1のドーピング領域208の下に形成される。第2のドーピング領域211は、第1のドーピング領域208と同じ導電型、例えばn型導電性として形成される。加えて、第2のドーピング領域211は、第1のドーピング領域208よりも濃度が高い。
CMOS画像センサの単位画素を構成するトランジスタのうち、本発明の第1及び第2の実施形態によって具体的に説明したランジスタは、ソースフォロワとして作用する駆動トランジスタを用いてもよい。図1に示されているように、ゲート電極は浮遊拡散領域FDに接続されており、ドレイン領域は電源電圧端子CDDに接続されているため、駆動トランジスタDxは浮遊拡散領域FDに蓄積されている電荷に基づいて動作する。
上記のように、浮遊拡散領域FDに蓄積している電荷が多いほど、駆動トランジスタDxのゲート電極とドレイン領域との間の電圧差は大きくなり、ドレイン領域周辺に高電界が生成されることになる。このような高電界は、暗電流として作用する二次電子(ホットキャリア)の発生を促進する。二次電子は、浮遊拡散領域FD及びこれに隣接する光検出デバイスPDに取り込まれる。厳密には、二次電子は400〜1000nmの帯域内で光を生成し、この光は浮遊拡散領域FD及び光検出デバイスPDに取り込まれて、カラードットまたは白色ドットなどの画像欠陥をスクリーン上にもたらす。
したがって、比較的低濃度レベルのドーピング領域が、本発明の第1及び第2の実施形態と同様に、ゲート電極の一部に重複するように駆動トランジスタのドレイン領域に形成される。低濃度ドーピング領域は、ドレイン領域に印加された高電界を減衰させるように機能する。ドレイン領域で減衰した(低下した)電界による可視光帯域内の二次電子及び光の発生を低濃度ドーピング領域で低減させることができる。
図7は、第2の実施形態に基づいて製造されたトランジスタと従来の製造方法で製造されたトランジスタとのGIDL電流を示す図である。GIDLテストは、0.1Vまたは3Vがドレイン領域に印加され、かつ本発明の第1の実施形態にしたがったトランジスタ及び従来のトランジスタのソース領域及びバルクに0Vが印加されるという条件で行う。
図7に示されているGIDLテストの測定結果から、ゲート電圧VGが0V未満の場合のGIDL電流の大きさは、第2の実施形態においては従来技術よりもかなり小さいことがわかる。したがって、ホットキャリアの発生が改善されたことが間接的に確認できる。
本発明の実施形態は、CMOS画像センサの単位画素を構成する駆動トランジスタを参照して説明したが、これは理解の便宜のために過ぎず、ソースフォロワとして作用するすべての半導体デバイスに適用することもできる。
本発明はこの特定の実施形態を参照して説明したが、添付の特許請求の範囲に記載されている本発明及びこの等価物の主旨または範囲から逸脱することなく、本発明に対して種々の修正及び変形例がなされうることを当業者は理解されたい。
100、200 基板
101、201 シェル
102、202 分離層
103、203 第3のドーピング領域
104、208 第1のドーピング領域
105、205 ゲート絶縁層
106、206 ゲート導電層
107、207 ゲート電極
108、210 スペーサ
109、209 光検出デバイス(フォトダイオード)
110、211 第2のドーピング領域
109、209 ソース領域
112、213 ドレイン領域

Claims (14)

  1. 光生成電荷を収集する光検出デバイスと、
    浮遊拡散領域と、
    前記光検出デバイスから前記浮遊拡散領域へと前記光生成電荷を伝達する伝達トランジスタと、
    前記浮遊拡散領域の電位を所望の値に設定するリセットトランジスタと、
    前記浮遊拡散領域の電位を表す信号出力を生成する駆動トランジスタと、
    前記駆動トランジスタのソース領域から前記信号出力を伝達する選択トランジスタと
    を備えており、
    前記駆動トランジスタが、
    前記浮遊拡散領域と接続したゲート電極と、
    前記ゲート電極の第1の側と位置合わせがなされたソース領域と、
    電源電圧端子に接続され、前記ゲート電極の前記第1の側と対向する第2の側に配置され、前記ゲート電極の下に延びている部分を有するドレイン領域と、
    前記ソース領域の下に形成され、前記ソース領域とは異なる導電型を有するドーピング領域と、
    前記ドレイン領域の下に形成され、前記ドレイン領域とは異なる導電型を有するドーピング領域と
    を備えており、
    前記ドレイン領域が、
    前記ゲート電極と位置合わせがなされ、かつ電界減衰領域の下に形成された第1のドーピング領域であって、前記電界減衰領域が前記第1のドーピング領域及び前記ゲート電極に部分的に重複し、かつ前記電界減衰領域が前記第1のドーピング領域よりも浅い、第1のドーピング領域と、
    前記ゲート電極から間隔をおいて前記第1のドーピング領域の下に形成された第2のドーピング領域と
    を備えている、画像センサ。
  2. 前記ソース領域及び前記ドレイン領域が非対称構造を有している、請求項1に記載の画像センサ。
  3. 前記ソース領域が、
    前記基板の界面に形成され、前記ゲート電極と位置合わせがなされている第1のドーピング領域と、
    前記ゲート電極から間隔をおいて前記第1のドーピング領域の下に形成された第2のドーピング領域と
    を備えている、請求項1に記載の画像センサ。
  4. 前記第1のドーピング領域は前記第2のドーピング領域よりも濃度が低い、請求項3に記載の画像センサ。
  5. 前記第1のドーピング領域及び前記第2のドーピング領域は導電型が同一である、請求項3に記載の画像センサ。
  6. 前記ドレイン領域の下に形成されたドーピング領域は、前記第1のドーピング領域及び前記第2のドーピング領域とは導電型が異なる、請求項1に記載の画像センサ。
  7. 前記第1のドーピング領域は前記第2のドーピング領域よりも濃度が低い、請求項1に記載の画像センサ。
  8. 前記電界減衰領域は前記第1のドーピング領域よりも濃度が低い、請求項7に記載の画像センサ。
  9. 前記電界減衰領域は前記第1のドーピング領域及び前記第2のドーピング領域と導電型が同じである、請求項7に記載の画像センサ。
  10. 光生成電荷を収集する光検出デバイスを形成するステップと、
    浮遊拡散領域を形成するステップと、
    前記光検出デバイスから前記浮遊拡散領域へと前記光生成電荷を伝達する伝達トランジスタを形成するステップと、
    前記浮遊拡散領域の電位を表す信号出力を生成する駆動トランジスタを形成するステップと
    を含んでおり、
    前記駆動トランジスタを形成するステップが、
    相互に間隔をおいてソース領域及びドレイン領域を基板に形成するサブステップと、
    前記ドレイン領域の一部に重複するように前記基板上にゲート電極を形成するサブステップと、
    前記ソース領域及び前記ドレイン領域の下にドーピング領域を形成するサブステップと
    を含み、
    前記ソース領域及びドレイン領域を形成するサブステップが、
    前記ゲート電極の両側に隣接する前記ソース領域及び前記ドレイン領域の第1のドーピング領域を形成するサブサブステップと、
    前記ゲート電極から間隔をおいて前記第1のドーピング領域の下に第2のドーピング領域を形成するサブサブステップと、
    前記ゲート電極と前記ドレイン領域の前記第1のドーピング領域に部分的に重複し、かつ前記第1のドーピング領域よりも浅い電界減衰領域を形成するサブサブステップと
    を含むものである、画像センサを製造する方法。
  11. 前記第1のドーピング領域は前記第2のドーピング領域よりも濃度が低い、請求項10に記載の方法。
  12. 前記電界減衰領域は前記第1のドーピング領域よりも濃度が低い、請求項11に記載の方法。
  13. 前記電界減衰領域は、前記第1のドーピング領域及び前記第2のドーピング領域と導電型が同じである、請求項10に記載の方法。
  14. 前記電界減衰領域を形成するサブサブステップが、1×1012〜1×1013イオン/cmの用量のヒ素イオンを使用するイオン注入プロセスを含むものである、請求項10に記載の方法。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018125518A (ja) * 2017-02-03 2018-08-09 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 トランジスタ、製造方法
WO2018190166A1 (en) * 2017-04-11 2018-10-18 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and electronic apparatus
JP7055603B2 (ja) * 2017-04-11 2022-04-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、及び、電子機器
TWI826491B (zh) 2018-07-30 2023-12-21 日商索尼半導體解決方案公司 固體攝像裝置及電子機器
CN110676278B (zh) * 2019-11-11 2022-04-26 锐芯微电子股份有限公司 时间延迟积分的cmos图像传感器及其形成方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02250331A (ja) * 1989-03-24 1990-10-08 Hitachi Ltd 半導体装置およびその製造方法
JPH04269836A (ja) 1991-02-25 1992-09-25 Sony Corp nチャンネルMIS半導体装置
KR970011744B1 (ko) 1992-11-04 1997-07-15 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤 상보형 반도체장치 및 그 제조방법
KR100189964B1 (ko) 1994-05-16 1999-06-01 윤종용 고전압 트랜지스터 및 그 제조방법
US6353245B1 (en) * 1998-04-09 2002-03-05 Texas Instruments Incorporated Body-tied-to-source partially depleted SOI MOSFET
KR100523671B1 (ko) * 2003-04-30 2005-10-24 매그나칩 반도체 유한회사 이중 게이트절연막을 구비하는 씨모스 이미지 센서 및그의 제조 방법
KR101000600B1 (ko) * 2003-04-30 2010-12-10 크로스텍 캐피탈, 엘엘씨 이온주입의 시트저항 측정용 테스트패턴 및 그가 내장된씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법
US7214575B2 (en) * 2004-01-06 2007-05-08 Micron Technology, Inc. Method and apparatus providing CMOS imager device pixel with transistor having lower threshold voltage than other imager device transistors
US20060040450A1 (en) * 2004-08-20 2006-02-23 Sharp Laboratories Of America, Inc. Source/drain structure for high performance sub 0.1 micron transistors
JP2006093520A (ja) 2004-09-27 2006-04-06 Nikon Corp イオン注入方法、並びに、これを用いた電界効果トランジスタの製造方法及び固体撮像素子の製造方法
KR100690169B1 (ko) * 2005-10-25 2007-03-08 매그나칩 반도체 유한회사 시모스 이미지센서
KR100757654B1 (ko) * 2006-05-26 2007-09-10 매그나칩 반도체 유한회사 시모스 이미지 센서 및 그 제조 방법
JP2011085659A (ja) * 2009-09-15 2011-04-28 Ricoh Co Ltd 定着装置、画像形成装置

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