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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Abstract
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
願「SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR AND METHODTHEREFO
R」に関連する。
に詳しくは、半導体画像センサに関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ある。
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。
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