JPH11233748A - 半導体画像センサの形成方法および構造 - Google Patents
半導体画像センサの形成方法および構造Info
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- JPH11233748A JPH11233748A JP10322992A JP32299298A JPH11233748A JP H11233748 A JPH11233748 A JP H11233748A JP 10322992 A JP10322992 A JP 10322992A JP 32299298 A JP32299298 A JP 32299298A JP H11233748 A JPH11233748 A JP H11233748A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
-
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
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- H01L21/8232—Field-effect technology
- H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
- H01L21/8238—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS
- H01L21/823864—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of the gate sidewall spacers, e.g. double spacers, particular spacer material or shape
-
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- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14645—Colour imagers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フォトゲートを利用しないために効率がより
高く、接合部の深さが浅くないために効率が上がり、表
面再結合によるノイズを最小限に抑える画像センサを提
供する。 【解決手段】 画像センサ１０は、N型導電領域２６とP
型ピンド層３７とを備える画像検知素子を有する。この
２つの領域が異なる深さに２つのP-N接合部を形成し、
異なる光の周波数における電荷キャリヤ収集の効率を高
める。角度をつけた注入により導電領域２６が形成さ
れ、それにより導電領域２６の一部がMOSトランジスタ
３２のソースとして機能することができる。
高く、接合部の深さが浅くないために効率が上がり、表
面再結合によるノイズを最小限に抑える画像センサを提
供する。 【解決手段】 画像センサ１０は、N型導電領域２６とP
型ピンド層３７とを備える画像検知素子を有する。この
２つの領域が異なる深さに２つのP-N接合部を形成し、
異なる光の周波数における電荷キャリヤ収集の効率を高
める。角度をつけた注入により導電領域２６が形成さ
れ、それにより導電領域２６の一部がMOSトランジスタ
３２のソースとして機能することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本明細書は、Drowley他による出
願「SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR AND METHODTHEREFO
R」に関連する。
願「SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR AND METHODTHEREFO
R」に関連する。
【０００２】本発明は、一般に半導体装置に関し、さら
に詳しくは、半導体画像センサに関する。
に詳しくは、半導体画像センサに関する。
【０００３】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、半導体画像センサまたは相補金属酸化物半導体（CM
OS：complementarymetal oxide semiconductor）装置を
有する基板を形成するために種々の方法が用いられた。
通常、センサの光学的受光部分は、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として、あ
るいは金属酸化物半導体（MOS：metal oxide semicondu
ctor）トランジスタのソース−ドレイン接合部として形
成される。フォトゲート・トランジスタの実現には、光
がトランジスタのシリコン・ゲートを貫通して進み、光
を電気的エネルギに変換することが必要である。その結
果、フォトゲート構造は感度が落ちる。また、空乏領域
が一般に浅く（１ミクロン未満）なり、そのために赤色
光吸収により誘導されるキャリヤの収集効率が下がる。
また、従来のフォトゲート構造は、表面の再結合により
生まれるノイズに敏感である。
来、半導体画像センサまたは相補金属酸化物半導体（CM
OS：complementarymetal oxide semiconductor）装置を
有する基板を形成するために種々の方法が用いられた。
通常、センサの光学的受光部分は、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として、あ
るいは金属酸化物半導体（MOS：metal oxide semicondu
ctor）トランジスタのソース−ドレイン接合部として形
成される。フォトゲート・トランジスタの実現には、光
がトランジスタのシリコン・ゲートを貫通して進み、光
を電気的エネルギに変換することが必要である。その結
果、フォトゲート構造は感度が落ちる。また、空乏領域
が一般に浅く（１ミクロン未満）なり、そのために赤色
光吸収により誘導されるキャリヤの収集効率が下がる。
また、従来のフォトゲート構造は、表面の再結合により
生まれるノイズに敏感である。
【０００４】ソース−ドレイン接合構造は、一般に、ト
ランジスタ動作に関して最適化される接合部を有し、そ
のためにこれも接合部が浅くなって、結果として赤色光
により誘導されるキャリヤの収集が非効率的になる。ソ
ース−ドレイン接合部構造の別の欠点は、接合部が高濃
度にドーピングされる（１０16atoms／cm3超）領域内に
形成されるのが普通で、それにより赤色光吸収により誘
導されるキャリヤの収集効率がさらに下がる。さらに、
このように高濃度にドーピングされる領域に接合部を形
成すると、静電容量が大きくなり、そのために光検知素
子から他の電子部に伝えることのできる電荷量が削減さ
れる。
ランジスタ動作に関して最適化される接合部を有し、そ
のためにこれも接合部が浅くなって、結果として赤色光
により誘導されるキャリヤの収集が非効率的になる。ソ
ース−ドレイン接合部構造の別の欠点は、接合部が高濃
度にドーピングされる（１０16atoms／cm3超）領域内に
形成されるのが普通で、それにより赤色光吸収により誘
導されるキャリヤの収集効率がさらに下がる。さらに、
このように高濃度にドーピングされる領域に接合部を形
成すると、静電容量が大きくなり、そのために光検知素
子から他の電子部に伝えることのできる電荷量が削減さ
れる。
【０００５】従って、フォトゲートを利用しないために
効率がより高く、接合部の深さが浅くないために効率が
上がり、表面再結合によるノイズを最小限に抑える画像
センサを有することが望ましい。
効率がより高く、接合部の深さが浅くないために効率が
上がり、表面再結合によるノイズを最小限に抑える画像
センサを有することが望ましい。
【０００６】
【実施例】図１は、アクティブ・ピクセル・センサまた
は半導体画像センサ１０の拡大断面部を示す。センサ１
０は、下部構造P型基板１１を備える。センサ１０は、
下部構造基板１１の第１部分１３内に形成される第１ウ
ェルまたはP型ウェル１６を有する。ウェル１６は、通
常、下部構造基板１１の第２部分におけるドーピング濃
度よりも高いドーピング濃度を有する。部分１３，１４
は括弧｛｝により識別される。第２部分１４は、基板１
１内に第２ウェルを形成する。ウェル１６の表面ドーピ
ング濃度は、通常は少なくとも１x１０16atoms／cm3で
ある。ウェル１６の第１深さまたは深さ２４は、基板１
１上に他のCMOS装置を形成しやすくするために、約２な
いし４ミクロンである。
は半導体画像センサ１０の拡大断面部を示す。センサ１
０は、下部構造P型基板１１を備える。センサ１０は、
下部構造基板１１の第１部分１３内に形成される第１ウ
ェルまたはP型ウェル１６を有する。ウェル１６は、通
常、下部構造基板１１の第２部分におけるドーピング濃
度よりも高いドーピング濃度を有する。部分１３，１４
は括弧｛｝により識別される。第２部分１４は、基板１
１内に第２ウェルを形成する。ウェル１６の表面ドーピ
ング濃度は、通常は少なくとも１x１０16atoms／cm3で
ある。ウェル１６の第１深さまたは深さ２４は、基板１
１上に他のCMOS装置を形成しやすくするために、約２な
いし４ミクロンである。
【０００７】センサ１０の画像捕捉素子または光検知素
子は、第２ウェルまたは第２部分内に形成されるN型導
電領域２６を備える。導電領域２６は、基板１１との第
１P-N接合部を形成する。この第１P-N接合部は、導電領
域２６の第２深さまたは深さ２９に位置して赤色波長内
の光を容易に検知し、基板１１の表面から通常は約０．
７ミクロン未満、好ましくは約０．５ミクロンである。
P型ピニング層３７が領域２６内に形成され、領域２６
から基板１１内まで延在してそれとの電気接続部を形成
する。この電気接続部は、画像センサのこの素子に印加
される電位を固定（ピニング）する。その結果、それに
起因するフォトダイオードは、ピンド・フォトダイオー
ドと呼ばれることが多い。第２P-N接合部が、層３７と
領域２６の交差部に沿って形成される。通常、層３７
は、基板１１上の他のPチャネルMOSトランジスタ（図示
せず）の低濃度にドーピングされたドレインおよびソー
ス領域の形成と同時に形成される。第２P-N接合部の深
さは、第１P-N接合部の深さよりも小さい。この深さ
は、青色波長内の光の吸収または検知を最適化するよう
に選択される。伝達トランジスタまたは第１MOSトラン
ジスタ３２が、導電領域２６に隣接して形成され、領域
２６の一部分がトランジスタ３２のソースを形成する。
第２またはリセットMOSトランジスタ３１がウェル１６
内に形成される。トランジスタ３１は、結合領域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。
子は、第２ウェルまたは第２部分内に形成されるN型導
電領域２６を備える。導電領域２６は、基板１１との第
１P-N接合部を形成する。この第１P-N接合部は、導電領
域２６の第２深さまたは深さ２９に位置して赤色波長内
の光を容易に検知し、基板１１の表面から通常は約０．
７ミクロン未満、好ましくは約０．５ミクロンである。
P型ピニング層３７が領域２６内に形成され、領域２６
から基板１１内まで延在してそれとの電気接続部を形成
する。この電気接続部は、画像センサのこの素子に印加
される電位を固定（ピニング）する。その結果、それに
起因するフォトダイオードは、ピンド・フォトダイオー
ドと呼ばれることが多い。第２P-N接合部が、層３７と
領域２６の交差部に沿って形成される。通常、層３７
は、基板１１上の他のPチャネルMOSトランジスタ（図示
せず）の低濃度にドーピングされたドレインおよびソー
ス領域の形成と同時に形成される。第２P-N接合部の深
さは、第１P-N接合部の深さよりも小さい。この深さ
は、青色波長内の光の吸収または検知を最適化するよう
に選択される。伝達トランジスタまたは第１MOSトラン
ジスタ３２が、導電領域２６に隣接して形成され、領域
２６の一部分がトランジスタ３２のソースを形成する。
第２またはリセットMOSトランジスタ３１がウェル１６
内に形成される。トランジスタ３１は、結合領域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。
【０００８】トランジスタ３２のゲート２２の部分まで
延在しそれを含む部分１４の表面の一部を露出する開口
部を有するマスクを用いることにより導電領域２６が形
成される。次に、基板１１に対し垂直な角度から、領域
２６がゲート２２まで延在するようにゲート２２に向か
ってドーパントが注入され、それにより、マスキングと
領域２６およびトランジスタ３２のソースを形成するそ
の他の処理動作とを行わずに済む。
延在しそれを含む部分１４の表面の一部を露出する開口
部を有するマスクを用いることにより導電領域２６が形
成される。次に、基板１１に対し垂直な角度から、領域
２６がゲート２２まで延在するようにゲート２２に向か
ってドーパントが注入され、それにより、マスキングと
領域２６およびトランジスタ３２のソースを形成するそ
の他の処理動作とを行わずに済む。
【０００９】以上、新規の画像センサとその方法とが提
供されたことが理解頂けよう。深い導電領域と、それよ
りも浅いピンド層とを形成することで、２つのP-N接合
部が形成される。このとき１つのP-N接合部とそれに関
連する空乏領域が深くなり、赤色波長内の光の捕捉を容
易にし、第２P-N接合部とそれに関連する空乏領域が浅
くなり、青色波長光の捕捉を容易にする。この構造によ
り、表面再結合も最小限に抑えられ、電荷の伝達が最大
になる。角度をつけた注入を用いて導電領域を形成する
ことにより、導電領域を電荷伝達トランジスタのソース
として用いることができ、それにより製造動作を最小限
にすることができる。
供されたことが理解頂けよう。深い導電領域と、それよ
りも浅いピンド層とを形成することで、２つのP-N接合
部が形成される。このとき１つのP-N接合部とそれに関
連する空乏領域が深くなり、赤色波長内の光の捕捉を容
易にし、第２P-N接合部とそれに関連する空乏領域が浅
くなり、青色波長光の捕捉を容易にする。この構造によ
り、表面再結合も最小限に抑えられ、電荷の伝達が最大
になる。角度をつけた注入を用いて導電領域を形成する
ことにより、導電領域を電荷伝達トランジスタのソース
として用いることができ、それにより製造動作を最小限
にすることができる。
【図１】本発明による画像センサ実施例の拡大断面図で
ある。
ある。
１０ 半導体画像センサ １１ 下部P型基板 １３ 基板の第１部分 １４ 基板の第２部分 １６ P型ウェル ２２ ゲート ２４ ウェル１６の深さ ２６ 導電領域 ２９ 第２深さ ３１，３２ MOSトランジスタ ３７ P型ピニング層 ４１ 結合領域
フロントページの続き (72)発明者 クリフォード・アイ・ドロウレイ アメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス、 イースト・デザート・フラワー・レーン 4024 (72)発明者 ロバート・エム・ガイダッシュ アメリカ合衆国ニューヨーク州ラッシュ、 サンダー・リッジ・ドライブ55 (72)発明者 マーク・エス・スェンソン アメリカ合衆国アリゾナ州ヒグレイ、イー スト・サンタ・ローサ・プレイス4353
Claims (5)
- 【請求項１】 第１ドーピング濃度を有する第１導電型
の基板（１１）；前記第１導電型と、前記第１ドーピン
グ濃度よりも大きい第２ドーピング濃度とを有する、前
記基板上の第１ウェル（１６）であって、前記基板内に
第１深さ（２４）を有する、ところの第１ウェル（１
６）；前記基板上で、前記第１ウェル（１６）から横方
向に間隔を隔てる第１MOSトランジスタ（３２）；前記
基板内で、前記第１MOSトランジスタに隣接する第２導
電型の導電領域（２６）であって、前記導電領域の一部
が前記第１MOSトランジスタのドレインを形成し、前記
導電領域（２６）が前記基板内に第２深さ（２９）を有
する、ところの導電領域（２６）；および前記導電領域
（２６）内に形成される第１部分と、前記導電領域から
横方向に、前記第１MOSトランジスタ（２６）から離れ
る方向に延在する第２部分とを有する前記第１導電型
の、ピニング層（３７）；によって構成されることを特
徴とする画像センサ。 - 【請求項２】 アクティブ・ピクセル・センサを形成す
る方法であって：第１導電型の表面を有する基板（１
１）と前記第１導電型の第１領域（１６）とを設ける段
階；前記第１導電型の第２領域（１４）内にピンド・フ
ォトダイオードを設ける段階であって、前記第２領域が
前記第１領域（１６）に対する第１ドーピング濃度より
も小さい第２ドーピング濃度を有するようにし、前記ピ
ンド・フォトダイオードは前記表面から第１深さ（２
９）において第１P-N接合部を有し、前記第１深さより
も小さい第２深さにおいて第２P-N接合部を有するピン
ド・フォトダイオードを設ける段階；および前記第２領
域内に少なくとも１つのMOSトランジスタ（３２）を形
成する段階；によって構成されることを特徴とする方
法。 - 【請求項３】 前記ピンド・フォトダイオードを設ける
段階が、前記第１導電型に対する第２導電型のドーパン
トを、前記基板に対して垂直の角度に、前記MOSトラン
ジスタのゲート下に延在するよう注入することによって
さらに構成されることを特徴とする請求項２記載の方
法。 - 【請求項４】 第１導電型の表面を有し、前記第１導電
型のより大きな濃度の第１領域（１６）と、前記第１領
域よりも小さい濃度の前記第１導電型の第２領域（１
４）とを有する基板（１１）；前記第１領域に隣接し
て、前記第２領域（１４）内に形成されるピンド・フォ
トダイオード；および前記ピンド・フォトダイオードに
隣接して形成される前記第２領域内の少なくとも１つの
MOSトランジスタ（３２）；によって構成されることを
特徴とするアクティブ・ピクセル・センサ。 - 【請求項５】 前記ピンド・フォトダイオードが、前記
基板に対して垂直の角度から注入される前記第１導電型
に対向する第２導電型のドーパント（２６）によってさ
らに構成され、前記第２導電型の前記ドーパントが前記
MOSトランジスタ（３２）へ、ゲート（２２）の下に延
在することを特徴とする請求項４記載の発明。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/970,703 US6100556A (en) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | Method of forming a semiconductor image sensor and structure |
| US970703 | 1997-11-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11233748A true JPH11233748A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=25517361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10322992A Pending JPH11233748A (ja) | 1997-11-14 | 1998-11-13 | 半導体画像センサの形成方法および構造 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6100556A (ja) |
| JP (1) | JPH11233748A (ja) |
| KR (1) | KR100595907B1 (ja) |
| CN (1) | CN1139994C (ja) |
| TW (1) | TW434898B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7417273B2 (en) | 2005-03-17 | 2008-08-26 | Fujitsu Limited | Image sensor with embedded photodiode region and fabrication method thereof |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7199410B2 (en) * | 1999-12-14 | 2007-04-03 | Cypress Semiconductor Corporation (Belgium) Bvba | Pixel structure with improved charge transfer |
| US6815791B1 (en) * | 1997-02-10 | 2004-11-09 | Fillfactory | Buried, fully depletable, high fill factor photodiodes |
| US6023081A (en) * | 1997-11-14 | 2000-02-08 | Motorola, Inc. | Semiconductor image sensor |
| US6489643B1 (en) * | 1998-06-27 | 2002-12-03 | Hynix Semiconductor Inc. | Photodiode having a plurality of PN junctions and image sensor having the same |
| FR2781929B1 (fr) * | 1998-07-28 | 2002-08-30 | St Microelectronics Sa | Capteur d'image a reseau de photodiodes |
| US6448596B1 (en) * | 2000-08-15 | 2002-09-10 | Innotech Corporation | Solid-state imaging device |
| US6507083B1 (en) | 2000-10-05 | 2003-01-14 | Pixim, Inc. | Image sensor with light-reflecting via structures |
| US6566697B1 (en) * | 2000-11-28 | 2003-05-20 | Dalsa, Inc. | Pinned photodiode five transistor pixel |
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