JP2006086527A - イメージセンサおよびその形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】前記光感知素子に連結されたトランジスタはバイアス電圧が印加されるゲート電極および前記ゲート電極上に配置されたイオン注入遮断パターンからなる積層ゲートパターンを含む。前記イオン注入遮断パターンによって前記光感知素子のウェル領域形成を形成するためのイオン注入工程で前記ウェル領域が前記光感知素子に連結されたトランジスタのゲート電極に自己整列的に形成される。
【選択図】図7
Description
Claims (37)
- 光感知素子と、
前記光感知素子に貯蔵された電荷を出力するための、前記光感知素子に連結された少なくとも一つのトランジスタを含み、
前記光感知素子に直接連結されたトランジスタはゲート電極パターンおよび前記ゲート電極パターン上に配置されたイオン注入遮断パターンを含むことを特徴とするイメージセンサ。 - 前記イオン注入遮断パターンは前記ゲート電極パターンの一部分を覆い、前記光感知素子に隣接した側の前記イオン注入遮断パターンの一側面は前記光感知素子に隣接した側の前記ゲート電極パターンの一側面に垂直に整列されることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
- 前記イオン注入遮断パターンは順に積層された誘電膜パターンおよび導電膜パターンを含むことを特徴とする請求項2に記載のイメージセンサ。
- 前記イオン注入遮断パターン外側に露出されたゲート電極パターン領域に金属配線が電気的に連結されることを特徴とする請求項3に記載のイメージセンサ。
- 前記光感知素子は第1導電型の半導体基板に形成された第2導電型の第1不純物拡散領域および前記第2導電型の第1不純物拡散領域内に形成された第1導電型の不純物拡散領域を含む光ダイオードであり、
前記光感知素子に直接連結されたトランジスタは前記光感知素子の向かい側のゲート電極パターンの他側面の外側の半導体基板に形成された第2導電型の第2不純物拡散領域を含むことを特徴とする請求項3または4に記載のイメージセンサ。 - 前記光感知素子は第1導電型の半導体基板に形成された第2導電型の第1不純物拡散領域および前記第2導電型の第1不純物拡散領域内に形成された第1導電型の不純物拡散領域を含む光ダイオードであり、
前記少なくとも一つのトランジスタは前記光感知素子に直列接続された伝送トランジスタ、リセットトランジスタ、センシングトランジスタおよび接近トランジスタを含み、
前記各トランジスタのゲート電極パターンの間の半導体基板内には第2導電型の第3不純物拡散領域が位置し、
前記センシングトランジスタのゲート電極パターンは前記伝送トランジスタおよび前記リセットトランジスタの間の第2導電型の第3不純物拡散領域に電気的に接続されることを特徴とする請求項3または4に記載のイメージセンサ。 - 前記ゲート電極パターンおよび前記導電膜パターンは等しい物質であり、前記誘電膜パターンは酸化膜−窒化膜−酸化膜が順に積層された構造であることを特徴とする請求項3または4に記載のイメージセンサ。
- 前記半導体基板上に形成されたキャパシタをさらに含み、
前記キャパシタは前記ゲートパターン、前記誘電膜パターンおよび前記導電膜パターンが順に積層されてなされることを特徴とする請求項3に記載のイメージセンサ。 - 前記イオン注入遮断パターンは前記ゲート電極パターンよりサイズが小さくて光感知素子に隣接しないゲート電極パターンの一部分を露出させることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
- 第1導電型の半導体基板に形成された第2導電型の第1不純物拡散領域および前記第2導電型の第1不純物拡散領域内に形成された第1導電型の不純物拡散領域を含む光ダイオードと、
前記光ダイオードに直接連結されたトランジスタとを含み、
前記トランジスタは前記第2導電型の第1不純物拡散領域に隣接した積層ゲートパターンおよび前記第2導電型の第1不純物拡散領域の向かい側の前記積層ゲートパターンの外側の半導体基板に形成された第2導電型の第2不純物拡散領域を含み、
前記積層ゲートパターンは前記半導体基板上にゲート絶縁膜を間に置いて順に形成されたゲート電極パターン、誘電膜パターンおよび導電膜パターンを含むことを特徴とするイメージセンサ。 - 前記誘電膜パターンおよび導電膜パターンは前記ゲート電極パターンの一部分を覆い、前記光ダイオードに隣接した側の前記導電膜パターンの一側面は前記光ダイオードに隣接した側の前記ゲート電極パターンの一側面に垂直に整列されることを特徴とする請求項10に記載のイメージセンサ。
- 前記導電膜パターンの外側の露出されたゲート電極パターン領域にコンタクトプラグを通じて電気的に連結される金属配線をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載のイメージセンサ。
- 前記半導体基板上に形成されたキャパシタをさらに含み、
前記キャパシタは前記ゲート電極パターン、前記誘電膜パターンおよび前記導電膜パターンが順に積層されてなされることを特徴とする請求項10に記載のイメージセンサ。 - 光感知素子に貯蔵された電荷を移送するための伝送トランジスタにおいて、
前記伝送トランジスタはバイアス電圧が印加されるゲート電極パターンおよび前記ゲートパターン上に積層された誘電膜パターンおよび導電膜パターンを含み、
前記導電膜パターンおよび誘電膜パターンは前記ゲート電極パターンよりサイズが小さく、前記光感知素子に隣接した側のゲート電極パターンの一側面と導電膜パターンの一側面が互いに垂直に整列されることを特徴とするイメージセンサの伝送トランジスタ。 - 前記導電膜パターンの外側の露出されたゲート電極パターン領域にコンタクトプラグを通じて前記トランジスタにバイアスを印加するための金属配線が電気的に連結されることを特徴とする請求項14に記載のイメージセンサの伝送トランジスタ。
- 半導体基板のピクセルアレイ領域に形成された光感知素子および前記光感知素子に連結されて前記光感知素子に貯蔵された電荷を伝送るための伝送トランジスタと、
前記半導体基板の周辺領域に形成されたキャパシタとを含み、
前記伝送トランジスタのゲートおよび前記キャパシタは各々第1導電膜パターン、誘電膜パターンおよび第2導電膜パターンからなり、
前記光感知素子に隣接した側の前記伝送トランジスタの第1導電膜パターンの一側面と第2導電膜パターンの一側面が垂直に整列されるように前記ゲートの第2導電膜パターンは前記ゲートの第1導電膜パターンの一部分を覆うことを特徴とするイメージセンサ。 - 前記伝送トランジスタの第2導電膜パターンによって露出された第1導電膜パターン領域にコンタクトプラグを通じて電気的に連結された金属配線を通じてバイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項16に記載のイメージセンサ。
- 前記伝送トランジスタは前記光感知素子に貯蔵された電荷を前記光感知素子向かい側の前記伝送トランジスタ外側の半導体基板のフローティング拡散領域に移送し、
前記伝送トランジスタに連結されて前記フローティング拡散領域をリセットさせるためのリセットトランジスタと、
前記フローティング拡散領域の貯蔵電荷をセンシングするセンシングトランジスタと、
前記センシングトランジスタの出力を選択する接近トランジスタとをさらに含むことを特徴とする請求項16または17に記載のイメージセンサ。 - 前記リセットトランジスタ、前記センシングトランジスタおよび前記接近トランジスタのゲートは前記伝送トランジスタの第1導電膜パターンからなることを特徴とする請求項18に記載のイメージセンサ。
- 半導体基板上にゲート酸化膜、第1導電膜、誘電膜、および第2導電膜を順に形成し、
前記第2導電膜および前記誘電膜をパターニングして側面が定義されたイオン注入遮断パターンを形成し、
前記第1導電膜をパターニングして前記イオン注入遮断パターンより大きく、側面が定義されたゲート電極パターンを形成し、前記ゲート電極の一側面および前記イオン注入遮断パターンの一側面は垂直に整列するように前記第1導電膜をパターニングし、
前記イオン注入遮断パターンおよびゲート電極パターンの一側面に接した半導体基板に第2導電型の第1不純物拡散領域を形成し、
前記第2導電型の第1不純物拡散領域内に第1導電型の不純物拡散領域を形成し、
前記ゲート電極パターンの他側面に接した半導体基板に第2導電型の第2不純物拡散領域を形成することを含むことを特徴とするイメージセンサ形成方法。 - 層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を貫通して前記イオン注入遮断パターンの他側面に露出されたゲート電極パターンの上部面に電気的に連結された金属配線を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項20に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第2導電膜および前記誘電膜をパターニングして側面が定義されたイオン注入遮断パターンを形成することは、
前記第2導電膜上に保護膜を形成し、
前記保護膜上に第1エッチングマスクパターンを形成し、
前記第1導電膜が露出されるまで前記エッチングマスクパターン外側の保護膜、第2導電膜および誘電膜をエッチングし、
前記第1エッチングマスクパターンを除去することを含んでなされることを特徴とする請求項20に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第1導電膜をパターニングして側面が定義されたゲート電極パターンを形成することは、
前記イオン注入遮断パターンの上部面の一部分および前記イオン注入遮断パターンの他側面の外側の第2導電膜の一部分を覆う第2エッチングマスクパターンを形成し、
前記第2エッチングマスクパターンおよび前記保護膜をエッチングマスクとして使用して露出された第2導電膜をエッチングし、
前記第2エッチングマスクパターンを除去することを含んでなされることを特徴とする請求項22に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第2導電型の第1不純物拡散領域を形成することは、
少なくとも前記ゲート電極パターンを覆うように第1イオン注入マスクを形成し、
前記第1イオン注入マスクを使用して前記ゲート電極パターンの一側面に隣接した半導体基板に第2導電型の不純物イオンを注入し、
前記第1イオン注入マスクを除去することを含んでなされることを特徴とする請求項23に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第1導電型の不純物拡散領域を形成することは、
前記第2導電型の第1不純物拡散領域を露出させるように第2イオン注入マスクを形成し、
前記第2イオン注入マスクを使用して前記第2導電型の第1不純物拡散領域に第1導電型の不純物イオンを注入し、
前記第2イオン注入マスクを除去することを含んでなされることを特徴とする請求項23に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第2導電型の第2不純物拡散領域を形成することは、
少なくとも前記第2導電型の第1不純物拡散領域および前記第1導電型の不純物拡散領域を覆うように第3イオン注入マスクを形成し、
前記第3イオン注入マスクを使って前記ゲート電極パターンの他側面に隣接した半導体基板に第2導電型の不純物イオンを注入し、
前記第3イオン注入マスクを除去することを含んでなされることを特徴とする請求項23に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第2導電膜および前記誘電膜をパターニングして側面が定義されたイオン注入遮断パターンを形成する時に、同時に前記イオン注入遮断パターンから離隔された上部電極パターンおよび誘電膜パターンを形成し、
前記第1導電膜をパターニングして側面が定義されたゲート電極パターンを形成する時に、同時に前記上部電極パターンおよび誘電膜パターンの下に整列された下部電極パターンを形成することを特徴とする請求項23に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第1導電膜をパターニングして側面が定義されたゲート電極を形成する時に、同時に前記ゲート電極パターンおよび前記下部電極パターンから離隔された複数個のゲート電極パターンを形成し、
前記第2導電型の第2不純物拡散領域を形成する時に、同時に前記複数個のゲート電極パターンの間の半導体基板に第2導電型の第3不純物拡散領域が形成されることを特徴とする請求項27に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第2導電型の第1不純物拡散領域は前記第2導電型の第2不純物拡散領域よりさらに深く形成されることを特徴とする請求項23に記載のイメージセンサ形成方法。
- ピクセルアレイ領域および周辺領域が定義された半導体基板にゲート酸化膜、第1導電膜、誘電膜、第2導電膜を順に形成し、
前記第2導電膜および前記誘電膜をパターニングして前記ピクセルアレイ領域には側面が定義された第2導電膜パターンおよび誘電膜パターンからなるイオン注入遮断パターンを形成し、前記周辺回路領域には上部電極パターンおよび誘電膜パターンを形成し、
前記第1導電膜をパターニングして前記ピクセルアレイ領域には側面が定義されたゲート電極パターンを前記周辺回路領域には下部電極パターンを形成し、前記下部電極パターンは前記第2導電膜パターンよりさらに大きく、前記第2導電膜パターンの一側面および前記ゲート電極パターンの一側面が垂直に整列されるように前記第1導電膜をパターニングし、
前記イオン注入遮断パターンおよびゲート電極パターンの一側面に接した半導体基板に第2導電型の第1不純物拡散領域を形成し、
前記第2導電型の第1不純物拡散領域内に第1導電型の不純物拡散領域を形成し、
前記ゲート電極パターンの他側面に接した半導体基板に第2導電型の第2不純物拡散領域を形成することを含むことを特徴とするイメージセンサ形成方法。 - 前記第1導電膜をパターニングして前記ピクセルアレイ領域には側面が定義されたゲート電極を、前記周辺回路領域には下部電極パターンを形成する時に、前記ピクセルアレイ領域および前記周辺回路領域に各々第1複数個のゲート電極パターンおよび第2複数個のゲート電極パターンをさらに形成することを特徴とする請求項30に記載のイメージセンサ形成方法。
- 層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を貫通して前記イオン注入遮断パターンの他側面に露出されたゲート電極パターン上部面に電気的に連結された金属配線を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項31に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第2導電膜および誘電膜をパターニングすることは、
前記第2導電膜上に保護膜を形成し、
前記保護膜上に第1エッチングマスクパターンを形成し、
前記第1導電膜が露出されるまで前記エッチングマスクパターンの外側の保護膜、第2導電膜および誘電膜をエッチングし、
前記第1エッチングマスクパターンを除去することを含んでなされることを特徴とする請求項30に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第1導電膜をパターニングすることは、
前記イオン注入遮断パターンの上部面の一部を露出させ、前記イオン注入遮断パターンの他側面の外側の第2導電膜を覆い、前記上部電極パターンおよびその外側の第1導電膜の一部を覆う第2エッチングマスクパターンを形成し、
前記第2エッチングマスクパターン、前記イオン注入遮断パターンおよび保護膜をエッチングマスクとして使用して露出された第1導電膜をエッチングすることを含んでなされることを特徴とする請求項30に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第2導電型の第1不純物拡散領域を形成することは、
前記ゲート電極パターンの一側面に隣接した半導体基板を露出させるように第1イオン注入マスクを形成し、
前記第1イオン注入マスクを使って前記ゲート電極パターンの一側面に隣接した半導体基板に第2導電型の不純物イオンを注入し、
前記第1イオン注入マスクを除去することを含んでなされることを特徴とする請求項30に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第1導電型の不純物拡散領域を形成することは、
前記第2導電型の第1不純物拡散領域を露出させるように第2イオン注入マスクを形成し、
前記第2イオン注入マスクを使って前記第2導電型の第1不純物拡散領域に第1導電型の不純物イオンを注入し、
前記第2イオン注入マスクを除去することを含んでなされることを特徴とする請求項30に記載のイメージセンサ形成方法。 - 前記第2導電型の第2不純物拡散領域を形成することは、
前記第2導電型の第1不純物拡散領域および前記第1導電型の不純物拡散領域を覆うように第2イオン注入マスクを形成し、
前記第2イオン注入マスク、前記ゲート電極、前記第1および第2複数個のゲート電極パターンをイオン注入遮断膜として使用して前記ゲート電極パターンの他側面に隣接した半導体基板および前記第1および第2複数個のゲート電極パターンの間の半導体基板に第2導電型の不純物イオンを注入し、
前記第2イオン注入マスクを除去することを含んでなされることを特徴とする請求項30に記載のイメージセンサ形成方法。
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