(57)【要約】【課題】  各種の後続する工程によるフォトダイオードの表面のダメージを減らして、フォトダイオードの表面特性を向上させるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を提供する。【解決手段】  半導体基板にフォトダイオード領域を形成する段階と、格子構造を変化させるためのイオンを前記フォトダイオード領域に注入する段階と、前記イオン注入による格子構造の変化を復旧するのに十分な条件で、前記フォトダイオード領域に酸化膜を形成する段階とを備えることを特徴とする。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にフォトダイオード領域を形成する段階と、
格子構造を変化させるためのイオンを前記フォトダイオード領域に注入する段階と、
前記イオン注入による格子構造の変化を復旧するのに十分な条件で、前記フォトダイオード領域に酸化膜を形成する段階と
を備えることを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項２】
前記酸化膜を形成する段階は、前記フォトダイオード領域の表面を熱酸化することを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項３】
前記酸化膜は不均一な厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項４】
前記酸化膜の表面は膨らんでいることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項５】
前記酸化膜は、入射光を前記フォトダイオード領域にフォーカシングすることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板は、前記フォトダイオード領域を形成する段階で障壁層を有し、前記格子構造を変化させるためのイオン注入段階の前に前記障壁層を除去する段階を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項７】
前記格子構造を変化させるためのイオンは、４族元素グループを含むことを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項８】
前記格子構造を変化させるためのイオンは、１０ｋｅＶ〜２０ｋｅＶのエネルギーで注入されることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＭＯＳイメージセンサに関し、より詳細には、フォトダイオード領域の表面を保護し、イメージセンサの感度特性を向上させたＣＭＯＳイメージセンサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、ＣＭＯＳイメージセンサとは、ＣＭＯＳ製造工程上で得られるＰ−Ｎ接合フォトダイオードを用いて、光学的なイメージ、つまり入射光量を電気的な信号に変換させる素子である。
【０００３】
このようなＣＭＯＳイメージセンサは、画素数だけフォトダイオードを形成し、前記フォトダイオードで生成された光電荷を、多数のＭＯＳトランジスタを用いて順次出力して、光電荷から光信号を検出する方式を採用しており、ＣＭＯＳイメージセンサの技術において重要事項の一つは、フォトダイオードが入射された光量に対してできる限り高い感度を有するようにすることである。
【０００４】
現在、イメージセンサとして広く用いられているＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサに比べて、ＣＭＯＳイメージセンサは、その駆動方式が簡便で多様なスキャニング方式の実現が可能であり、信号処理回路を単一のチップに集積することができるため、製品の小型化が可能であるばかりでなく、互換性のＣＭＯＳ技術を用いるので、製造単価を低めることができ、電力の消耗も低いという長所を有していることは周知のことである。
【０００５】
一般的なＣＭＯＳイメージセンサの単位セルは、１つのフォトダイオードと３つのトランジスタで構成されるか、１つのフォトダイオードと４つのトランジスタで構成されている。
【０００６】
図１は、従来の４つのトランジスタとフォトダイオードで構成されたＣＭＯＳイメージセンサの単位画素を示す回路図である。
従来のＣＭＯＳイメージセンサの単位画素は、図１に示したように、１つのフォトダイオードと４つのＭＯＳトランジスタで構成される。即ち、光を受けて光電荷を生成するフォトダイオード１００と、フォトダイオード１００で集められた光電荷をフローティング拡散領域１０２に運送するためのトランスファトランジスタ１０１と、所望値でフローティング拡散領域１０２の電位をセッティングし、電荷を排出してフローティング拡散領域１０２をリセットさせるためのリセットトランジスタ１０３と、ソースファロウァバッファ増幅器の役割をするドライブトランジスタ１０４と、スイッチングの役割でアドレッシングができるようにするセレクトトランジスタ１０５とで構成されている。
【０００７】
そして、単位画素の外には、出力信号を読みとれるように、ロードトランジスタ１０６が形成されている。
【０００８】
以下、添付の図面を参照して、従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明する。
【０００９】
図２ａ乃至図２ｃは、４つのトランジスタと１つのフォトダイオードとで構成されたＣＭＯＳイメージセンサの製造工程を示す断面図であり、フォトダイオード領域と、これに隣接したトランスファトランジスタを中心に示した図面である。
【００１０】
まず、図２ａに示したように、半導体基板１１にフィールド領域と活性領域を定義して、前記フィールド領域に素子隔離膜（図示せず）を形成する。そして、前記活性領域の半導体基板１１上にゲート酸化膜（図示せず）を介在させ、トランスファトランジスタのゲート電極１２を形成し、基板１１上で行われる各種のイオン注入時に半導体基板１１の表面欠陥を最小化するために障壁酸化膜１３を形成する。
【００１１】
その後、図面には示していないが、障壁酸化膜１３を形成した後、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域と、ＮＳＤ（Ｎ型ソース／ドレイン）領域の半導体基板を露出させるパターン（ＰＲ）を形成し、これをイオン注入マスクに用いて、ＬＤＤ領域とＮＳＤ領域を形成する。
【００１２】
次に、図２ｂに示したように、フォトダイオード領域の半導体基板を露出させるパターン（ＰＲ）を形成し、これをイオン注入マスクに用いて、半導体基板１１上にフォトダイオード領域（ＰＤ）１４を形成する。この際、前記フォトダイオード領域１４は、トランスファトランジスタのゲート電極１２のエッジにその一側面が整列されるように形成される。
【００１３】
次いで、図２ｃに示したように、前記ゲート電極１２を含む基板の全面に絶縁膜を蒸着し、これを異方性エッチングして、前記ゲート電極１２の側壁にスペーサ１２ａを形成する。それから、ウエットエッチング工程によって障壁酸化膜１３を除去する。
【００１４】
従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサは、ゲート電極１２を形成し、障壁酸化膜１３を形成した後、続いてＬＤＤ領域、ＮＳＤ領域、およびフォトダイオード領域１４を形成するためのイオンの注入を順次行う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、工程中に繰り返される数回のフォトレジスト工程、フォトレジスト除去工程、酸化膜の除去のためのエッチング工程によって単位画素のフォトダイオードの表面が損傷を受け、これは後に漏洩ソースとして作用する。
このようにフォトダイオードの表面特性が悪化することで、半導体基板上に形成されたシリコン格子構造に誤整列の状態が発生する。
【００１６】
更に、シリコン格子構造の誤整列した部分は、電子を捕獲する電子トラップの役割を果たし、このような電子トラップに捕獲された電子がトランスファトランジスタを経由して、イメージの再現に影響を与えるようになるので、ＣＭＯＳイメージセンサの特性を悪化させる根本的な要因となった。
【００１７】
本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、その目的は、各種の後続する工程によるフォトダイオードの表面のダメージを減らして、フォトダイオードの表面特性を向上させるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、半導体基板にフォトダイオード領域を形成する段階と、格子構造を変化させるためのイオンを前記フォトダイオード領域に注入する段階と、前記イオン注入による格子構造の変化を復旧するのに十分な条件で、前記フォトダイオード領域に酸化膜を形成する段階とを備えることを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記酸化膜を形成する段階は、前記フォトダイオード領域の表面を熱酸化することを特徴とする。
【００２０】
前記酸化膜は不均一な厚さを有することを特徴とする。
【００２１】
前記酸化膜の表面は膨らんでいることを特徴とする。
【００２２】
前記酸化膜は、入射光を前記フォトダイオード領域にフォーカシングすることを特徴とする。
【００２３】
前記半導体基板は、前記フォトダイオード領域を形成する段階で障壁層を有し、前記格子構造を変化させるためのイオン注入段階の前に前記障壁層を除去する段階を更に備えることを特徴とする。
【００２４】
前記格子構造を変化させるためのイオンは、４族元素グループを含むことを特徴とする。
【００２５】
前記格子構造を変化させるためのイオンは、１０ｋｅＶ〜２０ｋｅＶのエネルギーで注入されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法によれば、第一に、各種の工程中に損傷を受けたフォトダイオードのシリコン表面を回復させ、更に以後の工程でフォトダイオードの表面の損失を最小化することができる。
第二に、フォトダイオードの入射光量を増加させ、イメージセンサの特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法の好適な実施例について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
本発明のＣＭＯＳイメージセンサは、４つのトランジスタと１つのフォトダイオードからなる単位画素で構成され、従来と同一の構成要素からなるので、ＣＭＯＳイメージセンサの単位画素についての詳細な説明は省略する。
【００２９】
図３ａ乃至図３ｄを参照して、本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法の実施例を説明する。
図３ａ乃至図３ｄは、本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造工程を示す断面図で、フォトダイオード領域と、これに隣接したトランスファトランジスタを中心に示した図面である。
【００３０】
図３ａに示したように、半導体基板２１上にトランジスタのゲート電極２２を形成する。そして、前記ゲート電極２２を含む基板の全面に障壁酸化膜２３を形成する。次いで、ＬＤＤ領域、ＮＳＤ（Ｎ型ソース／ドレイン）領域、フォトダイオード領域２４、およびゲート電極２２のスペーサ２２ａを順に形成する一連の工程は従来と同一なので省略する。
【００３１】
フォトダイオード領域２４とゲート電極２２のスペーサ２２ａを形成した後、図３ｂに示したように、まず、エッチング工程を介して障壁酸化膜２３を基板２１上で除去する。
次いで、トランジスタのゲート電極２２の上部を含む半導体基板２１の全面にフォトレジストＰＲを塗布した後、図３ｃに示したように、前記フォトダイオード領域２４が露出するように、前記フォトレジストＰＲをパターニングする。即ち、フォトダイオード領域２４を除いた領域は、フォトレジストによってマスキングされる。
【００３２】
そして、前記パターニングされたフォトレジストをイオン注入マスクに用いて、前記フォトダイオード領域２４にゲルマニウム（Ｇｅ）を注入する。ここで、前記ゲルマニウムだけでなく、シリコンのような４族元素のうち、何れか一つを選択して用いてもよい。
この際、前記フォトダイオード領域２４にシリコンのような４族元素のゲルマニウムを１０〜２０ｋｅＶ程度の弱いエネルギーで注入して、半導体基板２１、つまりシリコン表面の格子構造を分解させる。ここで、最も好ましいイオン注入エネルギーは１５ｋｅＶ程度であれば良好である。
【００３３】
図３ｄに示したように、前記ゲルマニウム注入工程のためのフォトレジスト（ＰＲ）を除去する。そして、酸化工程を進行して、前記シリコン格子構造が崩れた前記フォトダイオード領域２４のシリコンの表面に表面酸化膜２５を厚く形成する。この際、酸化工程は、湿式、または乾式熱酸化工程を用いる。しかし、酸化工程だけでなく、例えば、ＴＥＯＳまたはシラン（ＳｉＨ4）などのようなシリコンソース、そしてオゾン（Ｏ3）又は酸素（Ｏ2）などのような酸素ソースなどを用いたブランケット蒸着、又はＣＶＤ（ＰＥ−ＣＶＤ、ＨＤＰ−ＣＶＤ）で形成できる。
【００３４】
そして、前記酸化膜２５は、前記フォトダイオード領域２４のシリコン表面に厚く形成され、前記酸化膜２５の表面は不均一な厚さを有して一定の曲率をもつ。即ち、前記酸化膜２５は膨らんでいる上部の表面を有してレンズの役割を果たす。
【００３５】
したがって、ゲルマニウムの注入によってフォトダイオード領域に当たるシリコン格子の構造を変化させた後、酸化工程を進行させると、フォトダイオードのシリコン表面に表面酸化膜２５が形成されるので、この際に形成された表面酸化膜２５によって工程中に損傷を受けたフォトダイオードの表面を回復し、以後の工程でもフォトダイオードの表面の損失を最小化することができる。
【００３６】
また、フォトダイオード領域２４に形成された表面酸化膜２５は除去せずに、以後の工程を進行させることで、製品の製造工程が完了した後、素子駆動時にレンズの役割をして、外部から入射する光の損失を減らすと共に、フォトダイオードに入射する光の量を増加させ、イメージセンサのイメージ実現の特性を向上させることができる。
【００３７】
図４から分かるように、フォトダイオードのシリコンの表面に形成された表面酸化膜２５によって外部から入射する光がフォトダイオードに集束する。
【００３８】
本発明は上述した実施例に限定せず、添付の請求範囲で分かるように、本発明の属する分野の通常の知識を有するものによって変形が可能であり、勿論、このような変形は本発明の範囲内に属する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】４つのトランジスタとフォトダイオードで構成されたＣＭＯＳイメージセンサの単位画素を示す回路図である。
【図２ａ】従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサでフォトダイオードとトランスファトランジスタを中心に製造工程を示す工程断面図である。
【図２ｂ】従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサでフォトダイオードとトランスファトランジスタを中心に製造工程を示す工程断面図である。
【図２ｃ】従来技術に係るＣＭＯＳイメージセンサでフォトダイオードとトランスファトランジスタを中心に製造工程を示す工程断面図である。
【図３ａ】本発明の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサの製造工程を示す工程断面図である。
【図３ｂ】本発明の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサの製造工程を示す工程断面図である。
【図３ｃ】本発明の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサの製造工程を示す工程断面図である。
【図３ｄ】本発明の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサの製造工程を示す工程断面図である。
【図４】本発明の製造工程によってフォトダイオード領域に形成された表面酸化膜を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
２１  半導体基板
２２  ゲート電極
２２ａ  スペーサ
２３  障壁酸化膜
２４  フォトダイオード
２５  表面酸化膜
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
2006093704.tif 000008
【図３ｃ】
2006093704.tif 000009
【図３ｄ】
2006093704.tif 000010
【図４】
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