JP2000228513A - カラ―イメ―ジセンサ及びその製造方法 - Google Patents
カラ―イメ―ジセンサ及びその製造方法Info
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Abstract
されたカラーイメージセンサを提供する。 【解決手段】 カラーイメージセンサは、P型半導体層
及びP型半導体層表面下部に位置する第1N型拡散領域
を含みP型半導体層表面下部に第1空乏領域を形成する
レッドフォトダイオードと、P型半導体層及びP型半導
体層表面下部に位置する第2N型拡散領域を含みP型半
導体層表面下部に第2空乏領域を形成するグリーンフォ
トダイオードと、P型半導体層及びP型半導体層表面下
部に位置する第3N型拡散領域を含みP型半導体層表面
下部に第3空乏領域を形成するブルーフォトダイオード
とを備える。第2空乏領域は第1空乏領域に比べP型半
導体層表面により近接した状態で設けられ、第3空乏領
域は第2空乏領域に比べP型半導体層表面にさらに近接
した状態で設けられる。
Description
し、特にカラーイメージセンサ及びその製造方法に関す
る。
led device)イメージセンサまたはCMOS(complement
ary metal oxide semiconductor)イメージセンサ等のイ
メージセンサが、光学的イメージを電気的信号に変換す
るために利用されている。
ユニット(pixel unit)の回路図を示す。
の画素ユニット(Unit Pixel)は、1個のフォトダイオー
ドPDと4個のNMOSトランジスタとを含む。4個の
NMOSトランジスタはトランスファートランジスタ1
2、リセットトランジスタ14、ドライブトランジスタ
16及びセレクトトランジスタ18とを含む。
トダイオードPDで生成された光電荷をセンシングノー
ドに伝達する。リセットトランジスタ14は、次の信号
を感知するためにセンシングノードをリセットする。ド
ライブトランジスタ16は、ソースフォロワとしての役
割を果たす。セレクトトランジスタ18は、アドレス信
号に応答して出力端Outにデータを出力する。出力端
Outと接地GNDとの間に位置されたロードトランジ
スタ(load transistor)はピクセルユニットをバイアシ
ングするために外部からバイアシング信号を受信する。
フローティング拡散によるキャパシタンスは”Cfd”
で表されている。
の断面図である。
ニットのフォトダイオードは、P+シリコン基板21、
P−エピタキシャル層22、フィールド酸化膜23、N
-拡散領域24及びP0拡散領域25を備える。フォトダ
イオードPDは、P−エピタキシャル層22、N-拡散
領域24及びP0拡散領域25が積層されて構成される
PNP接合構造を有する。
面図である。
センサは多数のピクセルユニットを備え、各ピクセルユ
ニットはそれぞれフォトダイオードを備えている。ま
た、フォトダイオード102a、102b及び102c
は、カラーイメージセンサにおいて形成されている。非
感光性領域(non-photosensing regions)103は、フォ
トダイオード102a、102b及び102c間に形成
される。層間絶縁層105aは、フォトダイオード10
2a、102b及び102c及び非感光性領域103上
に形成される。遮光層104は、非感光性領域103に
入射される光を遮蔽するために層間絶縁層105a上に
形成される。また、層間絶縁層105bは、遮光層10
4を覆うようにして形成される。
びブルー(青色)フィルタ106a、106b及び106
cは、層間絶縁層105b上に形成される。さらに、バ
ッファ層107が、レッド、グリーン及びブルーフィル
タ106a、106b及び106cの上部の平坦化及び
光の透過度を改善させるためにレッド、グリーン及びブ
ルーフィルタ106a、106b及び106c上に形成
される。
光を吸収して、マイクロレンズ108a及びレッドフィ
ルタ106aを通過した光からの光電荷を集積する。フ
ォトダイオード102bは、物体からの光を吸収して、
マイクロレンズ108b及びグリーンフィルタ106b
を通過した光からの光電荷を集積する。フォトダイオー
ド102cは、物体からの光を吸収して、マイクロレン
ズ108c及びブルーフィルタ106cを通過した光か
らの光電荷を集積する。ピクセルユニットは、物体から
のレッド、グリーン及びブルー成分のカラー信号を出力
するためにレッド、グリーン及びブルーピクセルユニッ
トで構成される。
ーイメージセンサにおいて、レッド、グリーン及びブル
ーピクセルユニットは、各々同じ製造工程で形成されて
おり、レッド、グリーン及びブルーピクセルユニットの
フォトダイオード102a、102b及び102cは実
質的に互いに同様の空乏領域を有する。この場合、光感
度は光のレッド、グリーン及びブルー成分の波長によっ
て変化し得るため、同じ空乏領域構造のフォトダイオー
ドを有する従来のカラーイメージセンサでは、全ての色
について光感度を改善させることができないという問題
点があった。
収深さを表すグラフ図である。
コン(Si)、ガリウム砒素(GaAs)及びゲルマニ
ウム(Ge)媒質での各波長別の吸収深さを表すグラフ
が図示されている。例えばシリコンの場合には、770
nmの波長の光の吸収深さが7μmに達する反面、波長
390nmの光は吸収深さが0.1μmにしかならな
い。このように、フォトダイオードの光感度は、媒質の
種類及び光のレッド、グリーン及びブルー成分の波長に
よって異なる。
センサの感知特性の曲線を表すグラフである。
ージセンサの光感度特性を表すグラフが図示されてい
る。カラーイメージセンサのフォトダイオードは、物体
からの光を吸収する。光は互いに異なる波長を有するレ
ッド、グリーン及びブルー成分を有している。レッド成
分はレッド、グリーン及びブルー成分のうちで最も長い
波長を有する。グリーン成分はブルー成分に比べより長
い波長を有する。従って、ブルー成分がレッドまたはグ
リーン成分より短い波長を有しているために、ブルー成
分の一部は空乏領域に到達する前に消失される。したが
って、フォトダイオードは、ブルー成分に対して低い光
感度を有することになる。また、レッドピクセルユニッ
トが飽和状態に到達する場合にも、ブルーピクセルユニ
ットは飽和状態に到達することができない。
ッドピクセルユニットからのカラー信号に基づいて遂行
される時、グリーン及びブルーピクセルユニットからの
カラー信号が消失されることがあるので、従来のイメー
ジセンサにより表現されるカラーが制限されることがあ
り、データを処理できる動的範囲(dynamic range)が減
少されることがある。すなわち、レッド、グリーン及び
ブルーピクセルユニットが互いに異なる光感度特性を有
するため、レッド、グリーン及びブルーピクセルユニッ
トからのカラー信号が、物体の実際の色とは異なる色を
表示するようになるという問題点がある。
ために案出されたものであり、光の多様なカラー成分に
対する光感度を改善させるために互いに異なる空乏領域
構造を有する多数のフォトダイオードを具備するカラー
イメージセンサを提供することをその目的とする。
決するために案出されたものであり、光の多様なカラー
成分に対する光感度を改善させるために互いに異なる空
乏領域の構造を有する多数のフォトダイオードを具備す
るカラーイメージセンサを製造する方法を提供すること
をその目的とする。
に、本発明は、光学的イメージを電気的信号に変換する
ためのカラーイメージセンサにおいて、P型半導体層及
び上記P型半導体層の表面下部に位置された第1N型拡
散領域を含んで上記P型半導体層の表面下部に第1空乏
領域を形成するレッドフォトダイオードと、上記P型半
導体層及び上記P型半導体層の表面下部に位置された第
2N型拡散領域を含んで上記P型半導体層の表面下部に
第2空乏領域を形成するグリーンフォトダイオードと、
上記P型半導体層及び上記P型半導体層の表面下部に位
置された第3N型拡散領域を含んで上記P型半導体層の
表面下部に第3空乏領域を形成するブルーフォトダイオ
ードとを備え、前記第2空乏領域は、前記第1空乏領域
に比べ上記P型半導体層の表面により近接した状態で設
けられており、前記第3空乏領域は、前記第2空乏領域
に比べ上記P型半導体層の表面にさらに近接した状態で
設けられている。
レッド、グリーン及びブルーフォトダイオードのために
互いに相異なマスクパターンを持つイオン注入マスクを
利用した不純物イオン注入の技術により形成されてもよ
い。
散領域を形成するための第1マスク領域と、上記第2N
型拡散領域を形成するための第2マスク領域と、上記第
3N型拡散領域を形成するための第3マスク領域とを備
え、上記第2マスク領域は不純物イオン濃度を減少させ
るために多数の第1スクリーンパターンを有しており、
上記第3マスク領域は上記第2マスク領域に比べ不純物
イオン濃度をより減少させるための多数の第2スクリー
ンパターンを有していてもよい。
第1スクリーンパターンの模様と同様であり、上記第2
スクリーンパターンの数は上記第1スクリーンパターン
の数よりさらに多いように構成されていてもよい。
正方形、長方形又はストライプ形状であってよい。
は、光学的イメージを電気的信号に変換するためのカラ
ーイメージセンサの製造方法において、基板上にP型半
導体層を形成する第1段階と、レッド、グリーン及びブ
ルーフォトダイオードの領域を画定するために上記P型
半導体層にフィールド酸化膜を形成する第2段階と、上
記レッド、グリーン及びブルーフォトダイオードのため
に互いに相異なマスクパターンを持つイオン注入マスク
を提供する第3段階と、上記P型半導体層にN型拡散領
域を形成するために上記イオン注入マスクを利用して上
記P型半導体層に不純物イオンを注入する第4段階と、
上記レッド、グリーン及びブルーフォトダイオードに該
当する互いに相異な第1、第2及び第3空乏領域を形成
するために得られた構造体に熱的処理を遂行する第5段
階とを包含している。
比べて上記半導体層の表面により近接した状態で設けら
れ、上記第3空乏領域は上記第2空乏領域に比べて上記
半導体層の表面にさらに近接した状態で設けられること
が望ましい。
は、上記第1N型拡散領域を形成するための第1マスク
領域と、上記第2N型拡散領域を形成するための第2マ
スク領域と、上記第3N型拡散領域を形成するための第
3マスク領域とを有し、上記第2マスク領域は不純物イ
オン濃度を減少させるために多数の第1スクリーンパタ
ーンを有しており、上記第3マスク領域は上記第2マス
ク領域に比べ不純物イオン濃度をより減少させるために
多数の第2スクリーンパターンを有していてもよい。
第1スクリーンパターンの模様と同様であり、上記第2
スクリーンパターンの数は上記第1スクリーンパターン
の数よりさらに多いように構成されていてもよい。
正方形、長方形又はストライプ形状であってよい。
の形態を添付された図面を参照しつつ説明する。
ジセンサのフォトダイオードの断面図である。
メージセンサは、レッド、グリーン及びブルーピクセル
ユニットが光の多様な成分に対する光感度を改善させる
ために互いに異なる空乏領域構造を有している。
イオードは、光のレッド成分を受光して、このレッド成
分から光電荷を生成する。レッドピクセルユニット71
0のフォトダイオードは、P−エピタキシャル層701
の表面近くに設けられた空乏領域702を有する。
ダイオードは、光のグリーン成分を受光して、グリーン
成分から光電荷を生成する。光のグリーン成分はレッド
成分に比べより短い波長を有するため、グリーンピクセ
ルユニット720のフォトダイオードは、レッドピクセ
ルユニット710のフォトダイオードよりP−エピタキ
シャル層701の表面により近接した状態で設けられた
空乏領域703を有する。
イオードは、光のブルー成分を受光して、ブルー成分か
ら光電荷を生成する。光のブルー成分はグリーン成分に
比べより短い波長を有するため、ブルーピクセルユニッ
ト730のフォトダイオードは、グリーンピクセルユニ
ット720のフォトダイオードよりP−エピタキシャル
層701の表面にさらに近接した状態で設けられた空乏
領域704を有する。
ット710、720及び730の各々は、低濃度のP−
エピタキシャル層701、P−エピタキシャル層701
において形成されたN-拡散領域、及びP−エピタキシ
ャル層701の表面とN-拡散領域との間に形成された
P0拡散領域を有する。
異なる色に関するピクセルユニット間の感光特性差を補
償するためにP−エピタキシャル層の表面とN-拡散領
域との間の距離を制御している。例えば、最も短い波長
を有するブルー成分を受光するブルーピクセルユニット
のフォトダイオードにおいて、ブルーピクセルユニット
の空乏領域はレッド及びグリーンピクセルユニットの空
乏領域よりP−エピタキシャル層の表面により近接した
状態で形成されている。ブルーコンポーネントが最も短
い波長を持っているにも拘わらず、ブルーピクセルユニ
ットにおけるフォトダイオードの空乏領域は、レッド及
びグリーンピクセルユニットにおけるフォトダイオード
の空乏領域よりもP−エピタキシャル層の表面により近
接した状態で形成されているため、ブルー成分は空乏領
域に十分に到達し得る。これにより、ブルーピクセルユ
ニットのフォトダイオードにおけるブルー成分の光感度
を改善させることができる。
N-拡散領域との間の距離を制御するため、すなわち、
空乏領域に注入される不純物イオン濃度を制御するため
に、一つのイオン注入マスクが利用される。イオン注入
マスクにおいて、レッド、グリーン及びブルーピクセル
に対して互いに異なるマスクパターンが形成されてい
る。したがって、不純物イオンがイオン注入マスクを通
ってP−エピタキシャル層に注入される時、不純物イオ
ン濃度はレッド、グリーン及びブルーピクセルユニット
のマスクパターンにより決定される。
ードのためのイオン注入マスクを示す平面図である。
スク800及び850は、空乏領域に注入される不純物
イオン濃度を制御するのに利用される。イオン注入マス
ク800及び850はレッド、グリーン及びブルーピク
セルユニットに対するマスク領域810、820、83
0、860、870及び880を含む。イオン注入マス
ク800及び850は不純物イオン濃度を制御するため
にスクリーンパターンを含んでいる。レッドピクセルユ
ニットに対するマスク領域810は、スクリーンパター
ンを有していない。図7に示すマスク800において、
グリーン及びブルーピクセルユニットに対するマスク領
域820及び830は、正方形のスクリーンパターン8
40及び845を有している。また、図8に示すマスク
850において、グリーン及びブルーピクセルユニット
に対するマスク領域870及び880は、長方形のスク
リーンパターン890及び900を有している。マスク
領域830のスクリーンパターン845の数は、マスク
領域820のスクリーンパターン840の数より多い。
ターン900の数はマスク領域870のスクリーンパタ
ーン890の数より多い。望ましく、グリーンピクセル
ユニットに対する隣り合うスクリーンパターン間の距
離”A”はブルーピクセルユニットに対する隣り合うス
クリーンパターン間の距離”B”より長い。また、グリ
ーンピクセルユニットに対する各スクリーンパターンの
大きさ”a”はブルーピクセルユニットに対する各スク
リーンパターンの大きさ”b”より小さい。
に、得られた構造体に対して熱的処理が適用される。こ
の時に、空乏領域の不均一な領域は、グリーン及びブル
ーピクセルユニットのフォトダイオードのP−エピタキ
シャル層の表面により近接した状態で形成される。本発
明にかかるカラーイメージセンサは、従来のイオン注入
マスクと異なるイオン注入マスクを用いることを除いて
は、従来の製造工程を利用することによって製造でき
る。
フォトダイオードを例として説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、PN接合フォトダイオード
等に適用されることができる。このように本発明の技術
思想は上記望ましい実施形態によって具体的に記述され
たが、上記一実施形態はその説明のためのものでありそ
の制限のためのものでないことを注意するべきである。
また、本発明の技術分野の通常の専門家ならば本発明の
技術思想の範囲内で多様な実施形態が可能であることを
理解できる。
することにおいて、波長が異なる3原色(赤色、緑色、
青色)の光に対する特性を一致させることにより、動作
領域を増加させることができる。これによって以後画像
処理の際のより広い自由度と解像度とを達成することが
できる。また、本発明によれば、従来ある1つの波長を
基準とした場合に、他の波長帯では損失があった光感度
を補償し得る。
回路図である。
る。
る。
すグラフである。
感知特性曲線を表すグラフである。
トダイオードの断面図である。
注入マスクの平面図である。
のイオン注入マスクの平面図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 光学的イメージを電気的信号に変換する
ためのカラーイメージセンサにおいて、 P型半導体層及び上記P型半導体層の表面下部に位置さ
れた第1N型拡散領域を含んで上記P型半導体層の表面
下部に第1空乏領域を形成するレッドフォトダイオード
と、 上記P型半導体層及び上記P型半導体層の表面下部に位
置された第2N型拡散領域を含んで上記P型半導体層の
表面下部に第2空乏領域を形成するグリーンフォトダイ
オードと、 上記P型半導体層及び上記P型半導体層の表面下部に位
置された第3N型拡散領域を含んで上記P型半導体層の
表面下部に第3空乏領域を形成するブルーフォトダイオ
ードとを備え、 前記第2空乏領域は、前記第1空乏領域に比べ上記P型
半導体層の表面により近接した状態で設けられており、 前記第3空乏領域は、前記第2空乏領域に比べ上記P型
半導体層の表面にさらに近接した状態で設けられている
ことを特徴とするカラーイメージセンサ。 - 【請求項2】 上記第1、第2及び第3空乏領域は、 上記レッド、グリーン及びブルーフォトダイオードのた
めに互いに相異なマスクパターンを持つイオン注入マス
クを利用した不純物イオン注入の技術により形成される
請求項1記載のカラーイメージセンサ。 - 【請求項3】 上記イオン注入マスクは、 上記第1N型拡散領域を形成するための第1マスク領域
と、 上記第2N型拡散領域を形成するための第2マスク領域
と、 上記第3N型拡散領域を形成するための第3マスク領域
とを備え、 上記第2マスク領域は不純物イオン濃度を減少させるた
めに多数の第1スクリーンパターンを有しており、 上記第3マスク領域は上記第2マスク領域に比べ不純物
イオン濃度をより減少させるための多数の第2スクリー
ンパターンを有していることを特徴とする請求項2記載
のカラーイメージセンサ。 - 【請求項4】 上記第2スクリーンパターンの模様は上
記第1スクリーンパターンの模様と同様であり、上記第
2スクリーンパターンの数は上記第1スクリーンパター
ンの数よりさらに多いことを特徴とする請求項3記載の
カラーイメージセンサ。 - 【請求項5】 上記第1及び第2スクリーンパターン
は、正方形である請求項3記載のカラーイメージセン
サ。 - 【請求項6】 上記第1及び第2スクリーンパターン
は、長方形である請求項3記載のカラーイメージセン
サ。 - 【請求項7】 上記第1及び第2スクリーンパターン
は、ストライプ形状である請求項3記載のカラーイメー
ジセンサ。 - 【請求項8】 光学的イメージを電気的信号に変換する
ためのカラーイメージセンサの製造方法において、 基板上にP型半導体層を形成する第1段階と、 レッド、グリーン及びブルーフォトダイオードの領域を
画定するために上記P型半導体層にフィールド酸化膜を
形成する第2段階と、 上記レッド、グリーン及びブルーフォトダイオードのた
めに互いに相異なマスクパターンを持つイオン注入マス
クを提供する第3段階と、 上記P型半導体層にN型拡散領域を形成するために上記
イオン注入マスクを利用して上記P型半導体層に不純物
イオンを注入する第4段階と、 上記レッド、グリーン及びブルーフォトダイオードに該
当する互いに相異な第1、第2及び第3空乏領域を形成
するために得られた構造体に熱的処理を遂行する第5段
階とを包含するカラーイメージセンサの製造方法。 - 【請求項9】 上記第2空乏領域は、上記第1空乏領域
に比べて上記半導体層の表面により近接した状態で設け
られ、上記第3空乏領域は上記第2空乏領域に比べて上
記半導体層の表面にさらに近接した状態で設けられる請
求項8記載のカラーイメージセンサの製造方法。 - 【請求項10】 上記第3段階での上記イオン注入マス
クは、 上記第1N型拡散領域を形成するための第1マスク領域
と、 上記第2N型拡散領域を形成するための第2マスク領域
と、 上記第3N型拡散領域を形成するための第3マスク領域
とを有し、 上記第2マスク領域は不純物イオン濃度を減少させるた
めに多数の第1スクリーンパターンを有しており、 上記第3マスク領域は上記第2マスク領域に比べ不純物
イオン濃度をより減少させるために多数の第2スクリー
ンパターンを有していることを特徴とする請求項9記載
のカラーイメージセンサの製造方法。 - 【請求項11】 上記第2スクリーンパターンの模様は
上記第1スクリーンパターンの模様と同様であり、上記
第2スクリーンパターンの数は上記第1スクリーンパタ
ーンの数よりさらに多いことを特徴とする請求項10記
載のカラーイメージセンサの製造方法。 - 【請求項12】 上記第1及び第2スクリーンパターン
は、正方形である請求項10記載のカラーイメージセン
サの製造方法。 - 【請求項13】上記第1及び第2スクリーンパターン
は、長方形である請求項10記載のカラーイメージセン
サの製造方法。 - 【請求項14】 上記第1及び第2スクリーンパターン
は、ストライプ形状である請求項10記載のカラーイメ
ージセンサの製造方法。
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