JPH11214665A - Ｃｍｏｓイメージセンサ - Google Patents
ＣｍｏｓイメージセンサInfo
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- JPH11214665A JPH11214665A JP10323486A JP32348698A JPH11214665A JP H11214665 A JPH11214665 A JP H11214665A JP 10323486 A JP10323486 A JP 10323486A JP 32348698 A JP32348698 A JP 32348698A JP H11214665 A JPH11214665 A JP H11214665A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
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- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 活動的な画素センサを提供する。
【解決手段】 活動的な画素センサは、サブミクロンＣ
ＭＯＳプロセスを示すＰＭＯＳおよびＮＭＯＳインプラ
ントを含む表面を有する第１伝導型の基板を含む。該イ
メージセンサは、第１伝導型と反対の第２伝導型のイン
プラントで表面に構成される第１深さの光検出器を含
む。該イメージセンサは、光検出器付近の表面にゲート
を含む。ここにおいて光検出器は、サブミクロンＣＭＯ
Ｓプロセスで使用されているインプラントより深くかつ
低濃度にドープされた第２伝導型のインプラントによっ
て構成される。センサは、ゲート方向に角度をつけられ
たインプラントによって構成される光検出器を含む。さ
らにセンサの好ましい実施態様は、光検出器より表面に
近い、第１伝導型で構成される第１深さより浅い第２深
さのピンニング層を使用する。
ＭＯＳプロセスを示すＰＭＯＳおよびＮＭＯＳインプラ
ントを含む表面を有する第１伝導型の基板を含む。該イ
メージセンサは、第１伝導型と反対の第２伝導型のイン
プラントで表面に構成される第１深さの光検出器を含
む。該イメージセンサは、光検出器付近の表面にゲート
を含む。ここにおいて光検出器は、サブミクロンＣＭＯ
Ｓプロセスで使用されているインプラントより深くかつ
低濃度にドープされた第２伝導型のインプラントによっ
て構成される。センサは、ゲート方向に角度をつけられ
たインプラントによって構成される光検出器を含む。さ
らにセンサの好ましい実施態様は、光検出器より表面に
近い、第１伝導型で構成される第１深さより浅い第２深
さのピンニング層を使用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的に半導体イメ
ージセンサ、より詳細にはＣＭＯＳベースのイメージセ
ンサに関するものである。
ージセンサ、より詳細にはＣＭＯＳベースのイメージセ
ンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板上に相補型金属酸化膜半導体
（ＣＭＯＳ）素子で半導体イメージセンサを構成するた
めにさまざまな方法が使用されていた。概して、センサ
の光受信部品は、しばしばフォトゲートと呼ばれる大面
積トランジスタのゲート、または金属酸化膜半導体（Ｍ
ＯＳ）トランジスタのソース‐ドレイン接合のいずれか
として構成される。フォトゲートトランジスタの使用に
おいて、光が電気エネルギーに変換するために、光はト
ランジスタのシリコンゲートを通過する必要がある。そ
れゆえに、フォトゲートの使用によって感度が下がる。
さらに、概して空乏領域は浅く（１ミクロン未満）、赤
色光吸収により誘導されるキャリヤーの収集効率はそれ
によって下がる。その上、従来のフォトゲートの使用
は、表面再結合によって生じるノイズに影響されやす
い。
（ＣＭＯＳ）素子で半導体イメージセンサを構成するた
めにさまざまな方法が使用されていた。概して、センサ
の光受信部品は、しばしばフォトゲートと呼ばれる大面
積トランジスタのゲート、または金属酸化膜半導体（Ｍ
ＯＳ）トランジスタのソース‐ドレイン接合のいずれか
として構成される。フォトゲートトランジスタの使用に
おいて、光が電気エネルギーに変換するために、光はト
ランジスタのシリコンゲートを通過する必要がある。そ
れゆえに、フォトゲートの使用によって感度が下がる。
さらに、概して空乏領域は浅く（１ミクロン未満）、赤
色光吸収により誘導されるキャリヤーの収集効率はそれ
によって下がる。その上、従来のフォトゲートの使用
は、表面再結合によって生じるノイズに影響されやす
い。
【０００３】使用するソース‐ドレイン接合は、一般的
にトランジスタを操作するために最大限に活用される接
合を含み、そのため赤色光によって誘導されるキャリヤ
ーを効率的に収集する浅い接合も含む。ソース‐ドレイ
ン接合の使用に関するその他の欠点は、一般に接合は高
濃度にドープされた領域（１ｃｍ3当たり１０16個より
多くの原子）において形成され、該領域は、接合空乏領
域の幅を制限し、さらに赤色光によって誘導されるキャ
リヤーの収集効率がそれによって下がることである。さ
らに当該高濃度にドープされている領域における接合の
形成によって、電荷量を減らす大きなキャパシタンスに
なり、該電荷量は、人工のイメージ残像を作り出す光検
知要素から伝導されることが可能である。さらに、当該
高濃度にドープされた領域には、概して大きな暗ノイズ
を生じる大きな暗電流が生じる。低濃度にドープされた
フォトダイオードとして使用されるかもしれない、サブ
ミクロンＣＭＯＳプロセスにおけるほかのインプラント
はかなり浅い。十分に深いそれらは、かなり高濃度にド
ープされている。
にトランジスタを操作するために最大限に活用される接
合を含み、そのため赤色光によって誘導されるキャリヤ
ーを効率的に収集する浅い接合も含む。ソース‐ドレイ
ン接合の使用に関するその他の欠点は、一般に接合は高
濃度にドープされた領域（１ｃｍ3当たり１０16個より
多くの原子）において形成され、該領域は、接合空乏領
域の幅を制限し、さらに赤色光によって誘導されるキャ
リヤーの収集効率がそれによって下がることである。さ
らに当該高濃度にドープされている領域における接合の
形成によって、電荷量を減らす大きなキャパシタンスに
なり、該電荷量は、人工のイメージ残像を作り出す光検
知要素から伝導されることが可能である。さらに、当該
高濃度にドープされた領域には、概して大きな暗ノイズ
を生じる大きな暗電流が生じる。低濃度にドープされた
フォトダイオードとして使用されるかもしれない、サブ
ミクロンＣＭＯＳプロセスにおけるほかのインプラント
はかなり浅い。十分に深いそれらは、かなり高濃度にド
ープされている。
【０００４】したがって、イメージセンサは、フォトゲ
ートを使用しないことによってより高い収率が得られ、
接合深さが浅くないことによって収率が高くなり、表面
再結合から生じるノイズを最小限にし、より低濃度にド
ープされたプロフィールを有し、そのようなイメージセ
ンサを保有することが好ましい。
ートを使用しないことによってより高い収率が得られ、
接合深さが浅くないことによって収率が高くなり、表面
再結合から生じるノイズを最小限にし、より低濃度にド
ープされたプロフィールを有し、そのようなイメージセ
ンサを保有することが好ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、先行技術の
欠点を解決し、好ましい実施の形態において活動的なイ
メージセンサを提供する。
欠点を解決し、好ましい実施の形態において活動的なイ
メージセンサを提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】イメージセンサは、サブ
ミクロンＣＭＯＳプロセスを示すＰＭＯＳおよびＮＭＯ
Ｓインプラントを含む表面を有する第１伝導型の基板を
含む。該イメージセンサは、第１伝導型と反対の第２伝
導型のインプラントで表面に構成される第１深さの光検
出器を含む。該イメージセンサは、光検出器付近の表面
にゲートを含む。ここにおいて光検出器は、サブミクロ
ンＣＭＯＳプロセスで使用されているインプラントより
深くかつ低濃度にドープされた第２伝導型のインプラン
トによって構成される。センサは、ゲート方向に角度を
つけられたインプラントによって構成される光検出器を
含む。さらにセンサは、光検出器より表面に近い、第１
伝導型で構成される第１深さより浅い第２深さのピンニ
ング層を含むことができる。
ミクロンＣＭＯＳプロセスを示すＰＭＯＳおよびＮＭＯ
Ｓインプラントを含む表面を有する第１伝導型の基板を
含む。該イメージセンサは、第１伝導型と反対の第２伝
導型のインプラントで表面に構成される第１深さの光検
出器を含む。該イメージセンサは、光検出器付近の表面
にゲートを含む。ここにおいて光検出器は、サブミクロ
ンＣＭＯＳプロセスで使用されているインプラントより
深くかつ低濃度にドープされた第２伝導型のインプラン
トによって構成される。センサは、ゲート方向に角度を
つけられたインプラントによって構成される光検出器を
含む。さらにセンサは、光検出器より表面に近い、第１
伝導型で構成される第１深さより浅い第２深さのピンニ
ング層を含むことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、半導体イメージセンサ１
０の拡大横断面図を説明する。センサ１０は基礎を成す
Ｐ型基板１１を含み、該Ｐ型基板１１は、従来のＣＭＯ
Ｓインプラントではないフォトダイオードを作成するた
めに従来のＣＭＯＳプロセスを用いて、Ｎ型インプラン
トを付加することによって形成される。これらのＮ型イ
ンプラントは、一般的にＣＭＯＳプロセスで使用される
インプラントより深くかつ低濃度にドープされている。
一般的にサブミクロンＣＭＯＳプロセスにおける浅いイ
ンプラント（１／２−１／４ミクロン）は、１ｃｍ3当
たり不純物分子が１０18個より大きいオーダーの不純物
濃度でドープされている。また、サブミクロンＣＭＯＳ
プロセスにおける浅いインプラントは、１ｃｍ3当たり
ドーパント不純物が１０15個より小さなオーダーでかな
り低濃度にドープされている。サブミクロンＣＭＯＳプ
ロセスにおける深いインプラント（１ミクロンより大き
なインプラント）は、一般的に１ｃｍ3当たりドーパン
ト不純物が１０17個のオーダーでドープされている。一
般的にサブミクロンＣＭＯＳプロセスによって用いられ
るインプラントより深くかつ低濃度にドープされている
少なくとも１つのインプラント（好ましい実施の形態は
Ｎ型インプラントについて教える）が本発明によって生
じることが予想される。１ｃｍ3当たりドーパント不純
物が１０15から１０16個のオーダーのドーピング濃度を
有するインプラントを、少なくとも１ミクロンの深さで
本発明は使用することが想像される。変更ＣＭＯＳプロ
セスにおいて、光検出器を作成するためにＣＭＯＳ環境
におけるこれらのタイプのインプラントを本発明は使用
することが想像される。
０の拡大横断面図を説明する。センサ１０は基礎を成す
Ｐ型基板１１を含み、該Ｐ型基板１１は、従来のＣＭＯ
Ｓインプラントではないフォトダイオードを作成するた
めに従来のＣＭＯＳプロセスを用いて、Ｎ型インプラン
トを付加することによって形成される。これらのＮ型イ
ンプラントは、一般的にＣＭＯＳプロセスで使用される
インプラントより深くかつ低濃度にドープされている。
一般的にサブミクロンＣＭＯＳプロセスにおける浅いイ
ンプラント（１／２−１／４ミクロン）は、１ｃｍ3当
たり不純物分子が１０18個より大きいオーダーの不純物
濃度でドープされている。また、サブミクロンＣＭＯＳ
プロセスにおける浅いインプラントは、１ｃｍ3当たり
ドーパント不純物が１０15個より小さなオーダーでかな
り低濃度にドープされている。サブミクロンＣＭＯＳプ
ロセスにおける深いインプラント（１ミクロンより大き
なインプラント）は、一般的に１ｃｍ3当たりドーパン
ト不純物が１０17個のオーダーでドープされている。一
般的にサブミクロンＣＭＯＳプロセスによって用いられ
るインプラントより深くかつ低濃度にドープされている
少なくとも１つのインプラント（好ましい実施の形態は
Ｎ型インプラントについて教える）が本発明によって生
じることが予想される。１ｃｍ3当たりドーパント不純
物が１０15から１０16個のオーダーのドーピング濃度を
有するインプラントを、少なくとも１ミクロンの深さで
本発明は使用することが想像される。変更ＣＭＯＳプロ
セスにおいて、光検出器を作成するためにＣＭＯＳ環境
におけるこれらのタイプのインプラントを本発明は使用
することが想像される。
【０００８】センサ１０のイメージ取りこみまたは光検
出要素は、基板１１において形成されるＮ型伝導領域２
６を含む。伝導領域２６は、基板１１のＰ型物質と共に
Ｐ−Ｎ接合を形成する。該Ｐ−Ｎ接合は、光スペクトル
の緑および赤の波長における光電子を効率的に集めるた
めに、伝導領域２６の深さ２９に位置し、ＣＭＯＳ素子
製造で一般的に使用されるインプラントより大きな深み
にある。実際の深さは、使用される具体的なＣＭＯＳ技
術に依存する。さらに、Ｎ型伝導領域は、ＣＭＯＳ製造
プロセスによって一般的に使用されるインプラントより
低濃度にドープされ、インプラントの損害を完全に防ぐ
ことによって弱い暗電流にする。
出要素は、基板１１において形成されるＮ型伝導領域２
６を含む。伝導領域２６は、基板１１のＰ型物質と共に
Ｐ−Ｎ接合を形成する。該Ｐ−Ｎ接合は、光スペクトル
の緑および赤の波長における光電子を効率的に集めるた
めに、伝導領域２６の深さ２９に位置し、ＣＭＯＳ素子
製造で一般的に使用されるインプラントより大きな深み
にある。実際の深さは、使用される具体的なＣＭＯＳ技
術に依存する。さらに、Ｎ型伝導領域は、ＣＭＯＳ製造
プロセスによって一般的に使用されるインプラントより
低濃度にドープされ、インプラントの損害を完全に防ぐ
ことによって弱い暗電流にする。
【０００９】好ましい実施の形態において、Ｐ型ピンニ
ング層３７は、領域２６内において形成され、領域２６
から基板１１へ外に向かって広がり、そこで電気的接続
を形成する。より低濃度にドープされたＮ型領域によっ
てピンニング層の作成は容易になる。Ｐ型ピンニング層
３７が好ましい実施の形態において使用されているが、
フォトダイオードを形成するＮ型領域２６はピンニング
層なしで使用されることが可能であることは当業者によ
って理解されるであろう。表面電位をイメージセンサの
基板電位にするピンニング層によって、形成される電気
的接続がある。したがって、結果的に生じるフォトダイ
オードは、しばしばピン止めされたフォトダイオードと
呼ばれる。ピンニング層３７によって生じる第２Ｐ−Ｎ
接合は、層３７と領域２６の交わる部分に沿って形成さ
れる。一般的に層３７は、基板１１上においてその他の
Ｐ−チャンネルＭＯＳトランジスタ（示されていない）
の低濃度にドープされたドレインおよびソースの形成と
同時に形成される。第２Ｐ−Ｎ接合の深さは、第１Ｐ−
Ｎ接合２９の深さより浅い。この深さは、青色波長にお
ける光の吸収または検出を最も効果的にする。ピンニン
グ層３７は浅く、かなり高濃度にドープされているの
で、インプラント以外の方法で形成されることも可能で
ある。
ング層３７は、領域２６内において形成され、領域２６
から基板１１へ外に向かって広がり、そこで電気的接続
を形成する。より低濃度にドープされたＮ型領域によっ
てピンニング層の作成は容易になる。Ｐ型ピンニング層
３７が好ましい実施の形態において使用されているが、
フォトダイオードを形成するＮ型領域２６はピンニング
層なしで使用されることが可能であることは当業者によ
って理解されるであろう。表面電位をイメージセンサの
基板電位にするピンニング層によって、形成される電気
的接続がある。したがって、結果的に生じるフォトダイ
オードは、しばしばピン止めされたフォトダイオードと
呼ばれる。ピンニング層３７によって生じる第２Ｐ−Ｎ
接合は、層３７と領域２６の交わる部分に沿って形成さ
れる。一般的に層３７は、基板１１上においてその他の
Ｐ−チャンネルＭＯＳトランジスタ（示されていない）
の低濃度にドープされたドレインおよびソースの形成と
同時に形成される。第２Ｐ−Ｎ接合の深さは、第１Ｐ−
Ｎ接合２９の深さより浅い。この深さは、青色波長にお
ける光の吸収または検出を最も効果的にする。ピンニン
グ層３７は浅く、かなり高濃度にドープされているの
で、インプラント以外の方法で形成されることも可能で
ある。
【００１０】トランスファートランジスタまたは第１Ｍ
ＯＳトランジスタ３２は、伝導領域２６付近に形成さ
れ、領域２６の一部はトランジスタ３２のソースを形成
することになる。第２またはリセットＭＯＳトランジス
タ３１は、基板１１に形成される。トランジスタ３１
は、カップリング領域４１によってトランジスタ３２に
電気的に結合されるソースを有する。
ＯＳトランジスタ３２は、伝導領域２６付近に形成さ
れ、領域２６の一部はトランジスタ３２のソースを形成
することになる。第２またはリセットＭＯＳトランジス
タ３１は、基板１１に形成される。トランジスタ３１
は、カップリング領域４１によってトランジスタ３２に
電気的に結合されるソースを有する。
【００１１】伝導領域２６は、基板１１の一部をむき出
しにする穴を有するマスクを利用することによって形成
される。該基板１１は、トランジスタ３２またはゲート
２２の部分を含み、それらまで広がっている。次に、ゲ
ート２２の下に広がる領域２６を確保するためにゲート
２２に対してある角度をなしてドーパントは注入され、
それによって、領域２６およびトランジスタ３２のソー
スの形成において、マスキングおよびその他の処理操作
を省く。伝導領域２６はインプラントによって形成さ
れ、サブミクロンＣＭＯＳプロセスの短く低い熱の連続
により得られる好ましいドーピングレベルと十分な深さ
を有する領域を形成することが予想される。
しにする穴を有するマスクを利用することによって形成
される。該基板１１は、トランジスタ３２またはゲート
２２の部分を含み、それらまで広がっている。次に、ゲ
ート２２の下に広がる領域２６を確保するためにゲート
２２に対してある角度をなしてドーパントは注入され、
それによって、領域２６およびトランジスタ３２のソー
スの形成において、マスキングおよびその他の処理操作
を省く。伝導領域２６はインプラントによって形成さ
れ、サブミクロンＣＭＯＳプロセスの短く低い熱の連続
により得られる好ましいドーピングレベルと十分な深さ
を有する領域を形成することが予想される。
【００１２】ここまで、目新しいイメージセンサとその
ための方法が提供されていることは高く評価されるべき
である。深い伝導領域とより浅いピンニング層を形成す
ることによって、２つのＰ−Ｎ接合を形成し、ここにお
いて１つのＰ−Ｎ接合は空乏領域と結合していて、赤と
緑色波長における光の捕獲を容易にするために深く、別
のＰ−Ｎ接合は空乏領域と結合していて、青色波長の光
の捕獲を容易にするために浅い。この構造も表面再結合
と同様にバルク暗電流を最小にし、電荷の移動を最大に
する。伝導領域を形成するために角度をつけられたイン
プラントを用いることによって、伝導領域が電荷トラン
スファートランジスタのソースとして使用可能であるこ
とを保証し、それによって製造工程を最少にする。
ための方法が提供されていることは高く評価されるべき
である。深い伝導領域とより浅いピンニング層を形成す
ることによって、２つのＰ−Ｎ接合を形成し、ここにお
いて１つのＰ−Ｎ接合は空乏領域と結合していて、赤と
緑色波長における光の捕獲を容易にするために深く、別
のＰ−Ｎ接合は空乏領域と結合していて、青色波長の光
の捕獲を容易にするために浅い。この構造も表面再結合
と同様にバルク暗電流を最小にし、電荷の移動を最大に
する。伝導領域を形成するために角度をつけられたイン
プラントを用いることによって、伝導領域が電荷トラン
スファートランジスタのソースとして使用可能であるこ
とを保証し、それによって製造工程を最少にする。
【図１】 本発明に係るイメージセンサについての実施
態様の拡大横断面の一部を説明する。
態様の拡大横断面の一部を説明する。
１０ センサ １１ 基板 ２２ ゲート ２６ 伝導領域 ２９ 深さ ３１ トランジスタ ３２ ＭＯＳトランジスタ ３７ ピンニング層 ４１ 領域
Claims (1)
- 【請求項１】 サブミクロンＣＭＯＳプロセスを示すＰ
ＭＯＳおよびＮＭＯＳインプラントを含む表面を有する
第１伝導型の基板と、 第１伝導型と反対の第２伝導型のインプラントで表面に
構成される第１深さの光検出器と、 光検出器付近の表面にゲートとを含み、 ここにおいて、該光検出器は、サブミクロンＣＭＯＳプ
ロセスにおいて使用されるインプラントより深くかつ低
濃度にドープされている第２伝導型のインプラントによ
って構成されるＣＭＯＳイメージセンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/970,550 US6127697A (en) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | CMOS image sensor |
| US08/970550 | 1997-11-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214665A true JPH11214665A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=25517123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10323486A Pending JPH11214665A (ja) | 1997-11-14 | 1998-11-13 | Ｃｍｏｓイメージセンサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6127697A (ja) |
| EP (1) | EP0917206A1 (ja) |
| JP (1) | JPH11214665A (ja) |
| KR (1) | KR100647959B1 (ja) |
| TW (1) | TW532569U (ja) |
Families Citing this family (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11126893A (ja) | 1997-10-23 | 1999-05-11 | Nikon Corp | 固体撮像素子とその製造方法 |
| NL1011381C2 (nl) * | 1998-02-28 | 2000-02-15 | Hyundai Electronics Ind | Fotodiode voor een CMOS beeldsensor en werkwijze voor het vervaardigen daarvan. |
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