(57)【要約】【課題】既存方法より空乏領域をより容易に作ることができるようにして、リセットを容易にしてフォトダイオード空乏を最大化させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供する。【解決手段】イメージセンサーは、素子分離膜によって定義される活性化領域を含む第１導電型半導体基板と、前記活性化領域に複数で分離して形成された第２導電型第１イオン注入領域と、前記第２導電型第１イオン注入領域を連結する第２導電型第２イオン注入領域と、及び前記第２導電型第２イオン注入領域上に形成された第１導電型イオン注入領域と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子分離膜によって定義される活性化領域を含む第１導電型半導体基板と、
前記活性化領域に複数で分離して形成された第２導電型第１イオン注入領域と、
前記第２導電型第１イオン注入領域を連結する第２導電型第２イオン注入領域と、及び
前記第２導電型第２イオン注入領域上に形成された第１導電型イオン注入領域と、を含むことを特徴とするイメージセンサー。
【請求項２】
前記第２導電型第１イオン注入領域は、
前記第１導電型半導体基板の上側から１０００〜６０００Åの深さに形成することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項３】
前記第２導電型第１イオン注入領域は、
前記第１導電型半導体基板の上側から９０００〜１１０００Åの深さに形成することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項４】
前記第２導電型第２イオン注入領域は、
前記第２導電型第１イオン注入領域の上側に形成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ー。
【請求項５】
前記第２導電型第２イオン注入領域は、
前記第２導電型第１イオン注入領域の中間に形成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ー。
【請求項６】
前記第２導電型第２イオン注入領域は、
前記第２導電型第１イオン注入領域の下側に形成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ー。
【請求項７】
前記第１導電型はＰ型であり、前記第２導電型はＮ型であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項８】
第１導電型半導体基板に素子分離膜を形成して、活性化領域を定義する段階と、
前記活性化領域に複数で分離した第２導電型第１イオン注入領域を形成する段階と、
前記第２導電型第１イオン注入領域を連結する第２導電型第２イオン注入領域を形成する段階と、及び、
前記第２導電型第２イオン注入領域上に第１導電型イオン注入領域を形成する段階と、を含むことを特徴とするイメージセンサーの製造方法。
【請求項９】
前記第２導電型第１イオン注入領域を形成する段階は、
複数で分離したパターンが形成されたマスクを利用することを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１０】
前記第２導電型第１イオン注入領域は、
前記第１導電型半導体基板の上側から１０００〜６０００Åの深さに形成することを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１１】
前記第２導電型第１イオン注入領域を形成する段階は、
８０〜２００ｋｅＶのエネルギーでイオン注入をすることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１２】
前記第２導電型第１イオン注入領域を形成する段階は、
８０〜２００ｋｅＶのエネルギーでイオン注入するが、８０ｋｅＶでイオン注入を始めて６０ｋｅＶずつ増加しながらイオン注入をすることを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１３】
前記第２導電型第１イオン注入領域は、
前記第１導電型半導体基板の上側から９０００〜１１０００Åの深さに形成することを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１４】
前記第２導電型第１イオン注入領域を形成する段階は、
８０〜８００ｋｅＶのエネルギーでイオン注入をすることを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１５】
前記第２導電型第１イオン注入領域を形成する段階は、
８０〜８００ｋｅＶのエネルギーでイオン注入するが、８０ｋｅＶでイオン注入を始めて６０ｋｅＶずつ増加しながらイオン注入をすることを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１６】
前記第２導電型第２イオン注入領域は、
前記第２導電型第１イオン注入領域の上側に形成されることを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１７】
前記第２導電型第２イオン注入領域は、
前記第２導電型第１イオン注入領域の中間に形成されることを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１８】
前記第２導電型第２イオン注入領域は、
前記第２導電型第１イオン注入領域の下側に形成されることを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサーの製造方法。
【請求項１９】
前記第１導電型はＰ型であり、前記第２導電型はＮ型であることを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施例はイメージセンサー及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、イメージセンサー（Image Sensor）は光学的映像（optical image）を電気的信号に変換させる半導体素子である。イメージセンサーは電荷結合素子（charge coupled device、ＣＣＤ）イメージセンサーとシーモス（ＣＭＯＳ、Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサー（Image Sensor）に区分される。
【０００３】
シーモスイメージセンサーはフォトダイオードに光が入射して、これがフォトダイオードの空乏領域に電子を作って、この電子を利用して信号を作り出す技術である。
【０００４】
空乏領域に生ずる電子は、リセット（reset）という工程を通じてフォトダイオードで抜き取るようになるが、この時リセットするためにフォトダイオード全体を空乏化させなければならなく、これをピニング（pinning）がなされると言う。
【０００５】
ところが、従来技術（related art）による場合ピニングが完全になされない場合、電子が作られることができる空乏領域が細くなることで、感度や飽和レベル（saturation level）が低くなるようになって、リセットが完全にされない場合は、イメージラギング（image lagging）を誘発するようになる。
【０００６】
すなわち、従来技術によるイメージセンサーによると、イオン注入領域がとても広く分布される場合、ピニング（pinning）がうまくできなくてリセット時にデプレッション（depletion）が完全にされない領域が発生して、電子を作ることができる空乏領域が狭くなるか、あるいは電子が全くリセットされなくて、イメージラギング（image lagging）を誘発する問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実施例は、フォトダイオードのＮ型イオン注入領域のパターン（pattern）を既存方法と他に格子構造でイオン注入をさせることで、既存方法より空乏領域をより容易に作ることができるようにして、リセット（reset）を容易にしてフォトダイオード空乏を最大化させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供しようとする。
【０００８】
また、実施例はＮ型イオン注入領域のパターン（pattern）を既存方法と他に格子構造でイオン注入をさせることで、既存方法より空乏領域をより容易に作ることができるようにしてイメージラギング（image lagging）をなくすことで、フォトダイオードの特性を向上させることができるイメージセンサー及びその製造方法を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施例によるイメージセンサーは、素子分離膜によって定義される活性化領域を含む第１導電型半導体基板と、前記活性化領域に複数で分離して形成された第２導電型第１イオン注入領域と、前記第２導電型第１イオン注入領域を連結する第２導電型第２イオン注入領域と、及び前記第２導電型第２イオン注入領域上に形成された第１導電型イオン注入領域と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、実施例によるイメージセンサーの製造方法は、第１導電型半導体基板に素子分離膜を形成して活性化領域を定義する段階と、前記活性化領域に複数で分離した第２導電型第１イオン注入領域を形成する段階と、前記第２導電型第１イオン注入領域を連結する第２導電型第２イオン注入領域を形成する段階と、及び前記第２導電型第２イオン注入領域上に第１導電型イオン注入領域を形成する段階と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
実施例によるイメージセンサー及びその製造方法によると、フォトダイオード（photodiode）のＮ型イオン注入領域の空乏領域が拡張されることをさらに容易に作ることができるし、これを通じてピニング（pinning）が易しくなって、フォトダイオード動作時にリセット動作が易しくなされて、イメージラギング（image lagging）をなくすことができる効果がある。
【００１２】
また、従来技術による場合Ｎ型イオン注入領域が縦長方向に厚く分布される場合Ｎ型イオン注入領域の中間付近はピニング（pinning）が完全になされないことがあるが、実施例によるとＮ型イオン注入領域の厚さが厚くても、ピニングが完全になされることができるので、フォトダイオード（photodiode）の空乏領域が厚くなって、結果的に光に対して作り上げることができる電子の数が多くなって感度が向上して、飽和度（saturation）もまた増加することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、実施例によるイメージセンサー及びその製造方法を添付された図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は実施例によるイメージセンサーの断面図である。
【００１５】
実施例によるイメージセンサーは第１導電型半導体基板１１０、第２導電型第１イオン注入領域１３２、第２導電型第２イオン注入領域１３４及び第１導電型イオン注入領域１４０を含むことができる。
【００１６】
実施例によるイメージセンサーでは、半導体基板１１０をＰ型として、前記第２導電型イオン注入領域１３０をＮ型イオン注入領域として、前記第１導電型イオン注入領域１４０はＰ型イオン注入領域として説明するが、それに限定されるものではない。
【００１７】
前記第１導電型半導体基板１１０は、素子分離膜１２０によって定義される活性化領域を含む。前記第１導電型半導体基板１１０は、Ｐ型半導体基板であることができる。前記第１導電型半導体基板１１０はＳｉウェハーにＰ型エピタキシャルを形成するか、またはＳｉウェハーにマルチイオン注入によってＰ型ウェル（well）を形成して作ることができる。
【００１８】
前記素子分離膜１２０はＬＯＣＯＳによって形成するか、またはＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）工程によって形成することができる。
【００１９】
次に、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２は、前記活性化領域に複数で分離して形成されることができる。前記第２導電型第１イオン注入領域１３２は、４個の例を示したが、それに限定されるものではなくて、２個、３個、５個など複数で形成されることができる。
【００２０】
前記第１導電型半導体基板１１０がＰ型である場合、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２は、Ｎ型イオン注入領域であることができる。
【００２１】
前記第２導電型第１イオン注入領域１３２は、前記第１導電型半導体基板１１０の上側から１０００〜６０００Åの深さに形成することができる。前記第２導電型第１イオン注入領域１３２の間に前記第１導電型半導体基板１１０が四方に存在することで、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２がデプレッションされる時に四方で空乏領域が効果的に拡張されて、従来技術に比べてピニングがずっと容易になされる長所がある。
【００２２】
また、前記第２導電型第１イオン注入領域は、前記第１導電型半導体基板１１０の上側から９０００〜１１０００Åの深さに形成することができる。すなわち、従来技術より約２〜３倍深い位置に第２導電型第１イオン注入領域を形成してもピニングが完全になされることができる長所がある。
【００２３】
すなわち、従来技術による場合、Ｎ型イオン注入領域が縦長方向に厚く分布される場合、Ｎ型イオン注入領域の中間付近はピニング（pinning）が完全になされないことがあるが、本発明によるとＮ型イオン注入領域の厚さが厚くてもピニングが完全になされるので、フォトダイオード（photodiode）の空乏領域が厚くなって、結果的に光に対して作り上げることができる電子の数が多くなって感度が向上して、飽和度（saturation）もまた増加することができる効果がある。
【００２４】
次に、前記第２導電型第２イオン注入領域１３４は、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２を電気的に連結して複数で分離している前記第２導電型第１イオン注入領域１３２を縛ってくれる役割をする。
【００２５】
前記第２導電型第２イオン注入領域１３４は、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２の上側に形成されることを例示で説明したが、それに限定されるのではなくて、第２導電型第２イオン注入領域１３４は、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２の中間に形成されるか、または前記第２導電型第１イオン注入領域１３２の下側に形成されて、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２を電気的に縛ってくれることができる。
【００２６】
これで、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２と前記第２導電型第２イオン注入領域１３４が第２導電型イオン注入領域１３０を形成するようになる。
【００２７】
次に、前記第１導電型イオン注入領域１４０は、前記第２導電型第２イオン注入領域１３４上に形成される。前記第１導電型半導体基板１１０がＰ型である場合、前記第１導電型イオン注入領域１４０は、Ｐ型イオン注入領域であることができる。
【００２８】
実施例によるイメージセンサーによると、フォトダイオード（photodiode）のＮ型イオン注入領域の空乏領域が拡張されることをさらに容易に作ることができるし、これを通じてピニング（pinning）が易しくなって、フォトダイオード動作時にリセット動作が易しくなされてイメージラギング（image lagging）をなくすことができる効果がある。
【００２９】
（第１実施例）
図２ないし図５は、第１実施例によるイメージセンサーの製造工程の断面図である。
【００３０】
第１実施例によるイメージセンサーの製造方法は、活性化領域を定義する段階と、第２導電型第１イオン注入領域を形成する段階と、第２導電型第２イオン注入領域を形成する段階と、及び第１導電型イオン注入領域を形成する段階と、を含むことができる。
【００３１】
第１実施例によるイメージセンサーの製造方法で、半導体基板をＰ型として、前記第１イオン注入領域をＮ型イオン注入領域として、前記第２イオン注入領域をＰ型イオン注入領域として説明するが、それに限定されるものではない。
【００３２】
まず、図２のように、第１導電型半導体基板１１０に素子分離膜１２０を形成して活性化領域を定義する。前記第１導電型半導体基板１１０は、Ｐ型半導体基板であってもよい。前記第１導電型半導体基板１１０は、ＳｉウェハーにＰ型エピタキシャルを形成するか、またはＳｉウェハーにマルチイオン注入によってＰ型ウェル（well）を形成して作ることができる。
【００３３】
前記素子分離膜１２０はＬＯＣＯＳによって形成するか、またはＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）工程によって形成することができる。
【００３４】
次に、前記半導体基板１１０の活性化領域に複数に分離した第１感光膜パターン１６０を形成して、前記第１感光膜パターン１６０をマスクとしてＮ型イオンを注入して、複数に分離した第２導電型第１イオン注入領域１３２を形成することができる。
【００３５】
前記第２導電型第１イオン注入領域１３２は、前記第１導電型半導体基板１１０の上側から１０００〜６０００Åの深さに形成することができる。
【００３６】
前記第２導電型第１イオン注入領域１３２は８０〜２００ｋｅＶのエネルギーでイオン注入するが、８０ｋｅＶでイオン注入を始めて６０ｋｅＶずつ増加しながら、イオン注入を通じて複数に分離した第２導電型第１イオン注入領域１３２を前記第１導電型半導体基板１１０の１０００〜６０００Åの深さに形成することができる。
【００３７】
前記第２導電型第１イオン注入領域１３２の間に前記第１導電型半導体基板１１０が四方に存在することで、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２がデプレッションされる時に四方に空乏領域が効果的に拡張されて、従来技術に比べてピニングがずっと容易になされる長所がある。
【００３８】
この時、前記第１感光膜パターン１６０を形成するためのマスクは、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して説明する。
【００３９】
図３（ａ）及び図３（ｂ）のように、マスクの暗い部分（dark）に第１感光膜パターン１６０が残るようになって（陽性感光膜の場合）、マスクの明るい部分（white）に後工程で第２導電型イオン注入がなされる。陰性感光膜の場合にはマスクのパターンがその反対にならなければならない。
【００４０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）のＩ−Ｉ線またはＩＩ−ＩＩ線は、図２の断面図の様子と対応している。
【００４１】
次に、図４のように、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２を連結する第２導電型第２イオン注入領域１３４を形成する。
【００４２】
前記半導体基板１１０の活性化領域を全体的にオープンにする第２感光膜パターン１７０を形成して、前記第２感光膜パターン１７０をマスクにして、Ｎ型イオンを注入して複数に分離した第２導電型第１イオン注入領域１３２を電気的に縛ってくれる第２導電型第２イオン注入領域１３４を形成する。
【００４３】
第１実施例では前記第２導電型第２イオン注入領域１３４は、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２の上側に形成されることを例にしているが、これに限定されるものではない。
【００４４】
次に、図５のように、前記第２導電型第２イオン注入領域１３４上に第１導電型イオン注入領域１４０を形成する。前記第２感光膜パターン１７０をマスクにしてＰ型イオン注入をするか、または前記第２感光膜パターン１７０を除去して新しい第３感光膜パターン（図示せず）を形成して、Ｐ型イオン注入をして第１導電型イオン注入領域１４０を形成することができる。
【００４５】
図６は第１実施例によるイメージセンサーのデプレッションを示す断面図である。
【００４６】
第１実施例によるイメージセンサーのＮ型イオン注入領域１３０にバイアスが印加されてＮ型空乏領域が拡張１９０されて、基板１１０のＰ−領域とフォトダイオードの表面付近のＰ型イオン注入領域１４０が共にリバース（reverse）形態になってＰ型空乏領域が拡張１８０されて、上側の空乏領域と下側の空乏領域が触れ合うようになって、フォトダイオード部分の全体がデプレッションされる現象が発生する。
【００４７】
特に、第１実施例によるイメージセンサーでは、第１導電型半導体基板１１０の下側に第２導電型第１イオン注入領域１３２を複数の分離した形態で形成することで、第１導電型半導体基板１１０と四方で隣接し、フォトダイオード（photodiode）のＮ型イオン注入領域１３２の空乏領域が拡張されることがさらに容易になり、これを通じてピニング（pinning）が易しくなって、フォトダイオード動作時にリセット動作が易しくなされてイメージラギング（image lagging）をなくすことができる長所がある。
【００４８】
（実施例２）
図７は第２実施例によるイメージセンサーのデプレッションを示す断面図である。
【００４９】
第２実施例によるイメージセンサーの製造方法は、活性化領域を定義する段階と、第２導電型第１イオン注入領域を形成する段階と、第２導電型第２イオン注入領域を形成する段階と、及び第１導電型イオン注入領域を形成する段階と、を含むことができる。
【００５０】
第２実施例によるイメージセンサーの製造方法は、前記第１実施例の製造方法を採用することができる。
【００５１】
第２実施例によるイメージセンサーは、前記第１実施例の他に前記第２導電型第１イオン注入領域２３２を前記第１導電型半導体基板１１０の上側から９０００〜１１０００Åの深さに形成する点である。
【００５２】
前記第２導電型第１イオン注入領域２３２は、８０〜８００ｋｅＶのエネルギーでイオン注入されるが、８０ｋｅＶでイオン注入を始めて６０ｋｅＶずつ増加しながら８００ｋｅＶまでイオン注入を通じて複数に分離した第２導電型第１イオン注入領域２３２を前記第１導電型半導体基板１１０の９０００〜１１０００Åの深さに形成することができる。
【００５３】
第２実施例によるイメージセンサーの製造方法によると、従来技術より約２〜３倍深い位置に第２導電型第１イオン注入領域２３２を形成してもピニングが完全になされることができる長所がある。
【００５４】
すなわち、従来技術による場合Ｎ型イオン注入領域が縦長方向で厚く分布されるとき、Ｎ型イオン注入領域の中間付近はピニング（pinning）が完全になされないことがあるが、本発明によるとＮ型イオン注入領域の厚さが厚くても、ピニングが完全になされることができるので、フォトダイオード（photodiode）の空乏領域が厚くなって、結果的に光に対して作り上げることができる電子の数が多くなって感度が向上して、飽和度（saturation）もまた増加することができる効果がある。
【００５５】
次に、前記第２導電型第２イオン注入領域２３４を前記第２導電型第１イオン注入領域２３２らが連結されるように形成することで、前記第２導電型第１イオン注入領域２３２を電気的に連結して、第２導電型イオン注入領域２３０を完成する。
【００５６】
以後、第１導電型イオン注入領域を前記第２導電型第２イオン注入領域２３４上に形成することができる。
【００５７】
（第３実施例）
第１実施例と第２実施例では、前記第２導電型第２イオン注入領域１３４は前記第２導電型第１イオン注入領域１３２の上側に形成されることを例にしているが、これに限定されるものではない。
【００５８】
例えば、図８のように前記第２導電型第２イオン注入領域１３４ａは、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２の中間に形成されていてもよい。
【００５９】
または、図９のように前記第２導電型第２イオン注入領域１３４ｂは、前記第２導電型第１イオン注入領域１３２の下側に形成されていてもよい。
【００６０】
第３実施例は前記第１実施例と前記第２実施例の技術的な特徴を採用することができる。
【００６１】
以上では本発明を実施例によって詳細に説明したが、本発明は実施例によって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例によるイメージセンサーの断面図である。
【図２】実施例によるイメージセンサーの製造工程の断面図である。
【図３】同じく、実施例によるイメージセンサーの製造工程の断面図である。
【図４】同じく、実施例によるイメージセンサーの製造工程の断面図である。
【図５】同じく、実施例によるイメージセンサーの製造工程の断面図である。
【図６】第１実施例によるイメージセンサーのデプレッションを示す断面図である。
【図７】第２実施例によるイメージセンサーのデプレッションを示す断面図である。
【図８】第３実施例によるイメージセンサーの断面図である。
【図９】同じく、第３実施例によるイメージセンサーの断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１０  第１導電型半導体基板、  １２０  素子分離膜、  １３０  第２導電型イオン注入領域、  １３２  第２導電型第１イオン注入領域、  １３４  第２導電型第２イオン注入領域、  １４０  第１導電型イオン注入領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008047896.tif 000005
【図４】
2008047896.tif 000006
【図５】
2008047896.tif 000007
【図６】
2008047896.tif 000008
【図７】
2008047896.tif 000009
【図８】
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【図９】
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