(57)【要約】【課題】フォトダイオード領域で赤色光の透過深さが深くて吸収率が低いことによるクロストーク現象を抑制することに好適なイメージセンサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも二つの波長の光をイメージングするためのイメージセンサにおいて、光波長に応じて少なくとも二つのグループに分けられる複数の単位ピクセルと、前記各単位ピクセルに受光のために形成され、光波長に応じて深さが異なるフォトダイオードとを含む。【選択図】　　　　　図３
2004146764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの波長の光をイメージングするためのイメージセンサにおいて、
光波長に応じて少なくとも二つのグループに分けられる複数の単位ピクセルと、
前記各単位ピクセルに受光のために形成され、光波長に応じて深さが異なるフォトダイオードとを含むことを特徴とする光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項２】
前記光の波長が長いほど前記フォトダイオードの深さがより深いことを特徴とする請求項１に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項３】
前記イメージセンサは、赤色光をイメージングするための単位ピクセルからなる第１グループと、青色光をイメージングするための単位ピクセルからなる第２グループと、及び緑色光をイメージングするための単位ピクセルからなる第３グループとに分けられ、
前記第１グループの単位ピクセル内のフォトダイオードが最も深く、前記第２グループの単位ピクセル内のフォトダイオードが最も浅いことを特徴とする請求項１に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項４】
前記第１、第２及び第３グループ単位ピクセルの各フォトダイオードは、ｐ型イオン注入領域とｎ型イオン注入領域とを備えｐｎ接合をなし、
前記第１グループ単位ピクセル内のフォトダイオードのｎ型イオン注入領域が最も深く、前記第２グループ単位ピクセル内のフォトダイオードのｎ型イオン注入領域の深さが最も浅いことを特徴とする請求項３に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項５】
前記イメージセンサは、前記第１、第２及び第３グループの各単位ピクセルのフォトダイオードを提供するエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極両側壁のスペーサとをさらに含み、
前記各フォトダイオードのｎ型イオン注入領域は、前記ゲート電極のエッジ下までその片側が拡張され、前記ｐ型イオン注入領域は、前記スペーサのエッジに整列（ａｌｉｇｎ）されることを特徴とする請求項４に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項６】
赤色領域、緑色領域及び青色領域に各カラー領域が分離されたエピタキシャル層を用意するステップと、
前記エピタキシャル層の前記各カラー領域上にゲート電極を形成するステップと、
前記エピタキシャル層にイオン注入を行なって、前記各カラー領域ごとに深さが互いに異なるフォトダイオードを形成するステップと、
前記フォトダイオードが形成された前記エピタキシャル層上に絶縁膜を形成するステップと、
前記絶縁膜上に前記各カラー領域に対応するカラーフィルタを形成するステップとを含むことを特徴とする光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項７】
前記フォトダイオードを形成するステップは、前記青色領域を覆う第１イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記青色領域と前記緑色領域を覆う第２イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記フォトダイオード位置が予定される前記エピタキシャル層上部を露出させるマスクを形成するステップと、
前記マスクをイオン注入マスクとして前記エピタキシャル層内にイオン注入を行なうステップとを含むことを特徴とする請求項６に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項８】
前記フォトダイオードを形成するステップは、前記青色領域を覆う第１イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記青色領域と前記緑色領域を覆う第２イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記第１、第２イオン注入ブロッキング層及び前記赤色領域を覆う第３イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記第３イオン注入ブロッキング層上にフォトダイオード位置が予定される前記エピタキシャル層上部を露出させるマスクを形成するステップと、
前記マスクをイオン注入マスクとして前記エピタキシャル層内にイオン注入を行なうステップとを含むことを特徴とする請求項６に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項９】
前記イオン注入を行なうステップで２回のイオン注入工程を通してｎ型イオン注入領域を形成し、
前記マスクを除去するステップと、
前記ゲート電極を含む全面にスペーサ用絶縁膜を形成するステップと、
前記スペーサ用絶縁膜をエッチバックして前記ゲート電極の両側壁に接するスペーサを形成するステップと、
前記スペーサ及び前記ゲート電極をマスクにして前記ｎ型イオン注入領域上にｐ型イオン注入領域を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項７または８に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１０】
前記ｎ型イオン注入領域を形成するステップは、第１イオン注入をするステップと、
前記第１イオン注入より低いエネルギーで第２イオン注入をするステップとを含むことを特徴とする請求項９に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記第１イオン注入ブロッキング層を形成するステップは、前記ゲート電極を含む前記エピタキシャル層上に第１酸化膜を形成するステップと、
前記第１酸化膜上に前記青色領域を覆うマスクを形成するステップと、
前記マスクをエッチングマスクとして前記第１酸化膜をエッチングして前記第１イオン注入ブロッキング層を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項７または８に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１２】
前記マスクは、青色カラーフィルタを形成するためのレティクルを利用することを特徴とする請求項１１に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１３】
前記第２イオン注入ブロッキング層を形成するステップは、前記第１イオン注入ブロッキング層上に第２酸化膜を形成するステップと、
前記第２酸化膜に前記青色領域と前記緑色領域を覆うマスクを形成するステップと、
前記マスクをエッチングマスクとして前記第２酸化膜をエッチングして前記第２イオン注入ブロッキング層を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項７または８に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１４】
前記マスクは、緑色カラーフィルタを形成するためのレティクルを利用することを特徴とする請求項１３に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１５】
前記第１、第２及び第３イオン注入ブロッキング層は、酸化膜であることを特徴とする請求項８に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１６】
エピタキシャル層内にフィールド酸化膜を形成して複数のカラー領域を定義するステップと、
前記各カラー領域のエピタキシャル層内に前記各カラー領域に対応する光の波長に応じて互いに異なる深さを有するｎ型イオン注入領域を形成するステップと、
前記ｎ型イオン注入領域上にｐ型イオン注入領域を形成するステップとを含むことを特徴とする光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサのフォトダイオード形成方法。
【請求項１７】
前記ｎ型イオン注入領域は、前記各カラー領域に対応する光の波長が長いほどその深さが深いことを特徴とする請求項１６に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサのフォトダイオード形成方法。
【請求項１８】
前記ｎ型イオン注入領域を形成するステップは、第１イオン注入するステップと、
前記第１イオン注入より低いエネルギーで第２イオン注入するステップとを含むことを特徴とする請求項１６に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサのフォトダイオード形成方法。
【請求項１９】
前記ｎ型イオン注入領域を形成するステップは、前記各カラー領域が青色領域、緑色領域及び赤色領域に区分され、
前記エピタキシャル層上に前記青色領域を覆う第１イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記青色領域と前記緑色領域を覆う第２イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記第１、第２イオン注入ブロッキング層及び前記赤色領域を覆う第３イオン注入ブロッキング層を形成するステップと、
前記第３イオン注入ブロッキング層上にフォトダイオード位置が予定される前記エピタキシャル層上部を露出させるマスクを形成するステップと、
前記マスクをイオン注入マスクとしてｎ型ドーパントをイオン注入するステップとを含むことを特徴とする請求項１６に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサのフォトダイオード形成方法。
【請求項２０】
前記第１、第２及び第３イオン注入ブロッキング層は、酸化膜であることを特徴とする請求項１９に記載の光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサのフォトダイオード形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術に関し、特に、光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅ　Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳイメージセンサにおいてフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ：ＰＤ）は、各波長に応じて入射する光を電気的信号に変換する導入部であって、理想的な場合は、全ての波長帯において光電荷生成率（Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が１である場合であり、入射された光を全部収束する場合であるので、これを達成するための努力が進められている。
【０００３】
図１は、従来の技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの構造断面図である。
図１に示すように、ｐ型半導体基板１１上にｐ型エピタキシャル層１２が成長され、ｐ型エピタキシャル層１２に緑色、赤色及び青色の領域間分離のためのフィールド酸化膜１３が形成され、各カラー入力領域のｐ型エピタキシャル層１２内には、浅いｐ０領域（Ｓｈａｌｌｏｗ　ｐ０　ｒｅｇｉｏｎ）と深いｎ−領域（Ｄｅｅｐ　ｎ−　ｒｅｇｉｏｎ）とからなるフォトダイオードＰＤ＿Ｇ、ＰＤ＿Ｒ、ＰＤ＿Ｂが具備される。
【０００４】
そして、各フォトダイオードＰＤ＿Ｇ、ＰＤ＿Ｒ、ＰＤ＿Ｂの片側に整列されるトランスファートランジスタのゲート電極１４、１５、１６が、各々両側壁にスペーサ１４Ａ、１５Ａ、１６Ａを具備しながらｐ型エピタキシャル層１２上に形成される。
そして、ゲート電極１４、１５、１６及びｐ型エピタキシャル層１２上部に平坦化された層間絶縁膜１７が形成され、層間絶縁膜１７上に各フォトダイオード領域ＰＤ＿Ｇ、ＰＤ＿Ｒ、ＰＤ＿Ｂに対応する緑色フィルタ（Ｇｒｅｅｎ）、赤色フィルタ（Ｒｅｄ）、青色フィルタ（Ｂｌｕｅ）からなるカラーフィルタ配列（Ｃｏｌｏｒ　Ｆｉｌｔｅｒ　Ａｒｒａｙ：ＣＦＡ）が具備される。
【０００５】
図１のような従来イメージセンサのフォトダイオードは、赤色、緑色、青色に関係なく全部同じＲｐ（ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）を有するように形成される。（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００６】
図２は、光の波長に応じたシリコン層内透過深さと吸収係数の関係を示す図である。
図２を参照すると、光（ｌｉｇｈｔ）の波長（λ）が増加するほど光の透過深さ（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｄｅｐｔｈ：ｘ）は増加するが、それだけシリコン層内吸収係数（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）は減少する。
したがって、同じ光（可視光線）が入射した場合にも波長が長い赤色光の場合吸収率が落ち、これはイメージセンサの赤色信号の減少及びカラー比の不均衡を招く問題として作用する。
【０００７】
図２に基づいて図１を参照すると、緑色光ＬＧと青色光ＬＢの場合、各々透過深さが大部分フォトダイオード領域ＰＤ＿Ｇ、ＰＤ＿Ｂ内に制限されて安定したイメージ信号の出力が可能である。
しかし、赤色光ＬＲの場合、波長及び透過深さが深いので、フォトダイオード領域ＰＤ＿Ｒを外れる確率が大きいため、フォトダイオード領域ＰＤ＿Ｒを外れる電荷が隣接フォトダイオード領域に移動するクロストーク（Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ：Ｃ）現象を誘発する問題がある。これによって、赤色信号出力の顕著な減少を招き、またカラー比（ｃｏｌｏｒ　ｒａｔｉｏｎ）の不均一化を招く。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｐ＋　Ｂｕｒｉｅｄ　Ｌａｙｅｒ　Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　Ｄｏｓｅ　ｆｏｒ　Ｒｅｄｕｃｉｎｇ　Ｊｕｃｔｉｏｎ　Ｌｅａｋａｇｅ　ｏｎ　Ｗｅｌｌ−ｔｏ−Ｂｕｒｉｅｄ　Ｌａｙｅｒ　Ｓｐａｃｉｎｇ（１９９９　ＩＥＥＥ，ｐａｇｅｓ　７５−７８）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記従来のＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、フォトダイオード領域で赤色光の透過深さが深くて吸収率が低いことによるクロストーク現象を抑制することに好適なイメージセンサ及びその製造方法及びそのフォトダイオード形成方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明による光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサは、少なくとも二つの波長の光をイメージングするためのイメージセンサにおいて、光波長に応じて少なくとも二つのグループに分けられる複数の単位ピクセルと、前記各単位ピクセルに受光のために形成され、光波長に応じて深さが異なるフォトダイオードとを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するためになされた本発明によるフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、赤色領域、緑色領域及び青色領域に各カラー領域が分離されたエピタキシャル層を用意するステップと、前記エピタキシャル層の前記各カラー領域上にゲート電極を形成するステップと、前記エピタキシャル層にイオン注入を行なって、前記各カラー領域ごとに深さが互いに異なるフォトダイオードを形成するステップと、前記フォトダイオードが形成された前記エピタキシャル層上に絶縁膜を形成するステップと、前記絶縁膜上に前記各カラー領域に対応するカラーフィルタを形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサのフォトダイオード形成方法は、エピタキシャル層内にフィールド酸化膜を形成して複数のカラー領域を定義するステップと、前記各カラー領域のエピタキシャル層内に前記各カラー領域に対応する光の波長に応じて互いに異なる深さを有するｎ型イオン注入領域を形成するステップと、前記ｎ型イオン注入領域上にｐ型イオン注入領域を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る光の波長に応じてフォトダイオードの深さが異なるＣＭＯＳイメージセンサとその製造方法及びそのフォトダイオード形成方法の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図３は、本発明の実施例に係るイメージセンサの単位画素を示す断面図である。
【００１４】
図３を参照すると、高濃度ｐ型ドーパントがドープされたｐ型基板２１上に低濃度ｐ型エピタキシャル層２２が成長され、ｐ型エピタキシャル層２２の所定領域に具備されたフィールド酸化膜２３により青色領域（Ｂ）、緑色領域（Ｇ）、赤色領域（Ｒ）が分離される。
そして、青色領域のｐ型エピタキシャル層２２内に青色光を受け取ってＲｐがＲｐ（Ｂ）であるフォトダイオードが形成され、緑色領域のｐ型エピタキシャル層２２内に緑色光を受け取ってＲｐがＲｐ（Ｇ）であるフォトダイオードが形成され、赤色領域のｐ型エピタキシャル層２２内に赤色光を受け取ってＲｐがＲｐ（Ｒ）であるフォトダイオードが形成される。
【００１５】
各カラー領域のフォトダイオードについて述べると、青色領域のフォトダイオードは、浅いｐ０領域３５Ａと深い第１ｎ−領域３１とからなり、緑色領域のフォトダイオードは、浅いｐ０領域３５Ｂと深い第２ｎ−領域３２とからなり、赤色領域のフォトダイオードは、浅いｐ０領域３５Ｃと深い第３ｎ−領域３３とからなる。
ここで、ｐ０領域は、全部同一深さであり、入力光の中で波長が最も長い赤色光が入力される第３ｎ−領域３３の深さが最も深く、赤色光より波長が短い緑色光が入力される第２ｎ−領域３２が波長が最も短い青色光が入力される第１ｎ−領域３１より深い。すなわち、Ｒｐ（Ｒ）は、Ｒｐ（Ｇ）、Ｒｐ（Ｂ）より深く、Ｒｐ（Ｇ）は、Ｒｐ（Ｂ）に比べて深い。
これはフォトダイオードに入射する光の波長が長いほどＲｐが深いことを意味する。
【００１６】
そして、フォトダイオードを除外したｐ型エピタキシャル層２２上にスペーサ３４を備えたトランスファーゲート（Ｔｘ）のゲート電極２５が形成される。したがって、各カラー別フォトダイオードは、各々ｐ型イオン注入領域であるｐ０領域とｎ型イオン注入領域であるｎ−領域を備えてｐｎ接合をなし、各フォトダイオードのｐ０領域は、スペーサ３４のエッジに整列（ａｌｉｇｎ）され、各フォトダイオードのｎ−領域はゲート電極２５の下までその片側が拡張される。
【００１７】
図３において、第３ｎ−領域３３とｐ型半導体基板２１との間の距離［ｈ（Ｒ）］が最も短く、第１ｎ−領域３１とｐ型半導体基板２１との間の距離［ｈ（Ｂ）］が最も長く、第２ｎ−領域３２とｐ型半導体基板２１との間の距離［ｈ（Ｇ）］がその中間長さである。
従って、ｐ型半導体基板２１とｎ型領域との間の距離（ｈ）、特に、ｈ（Ｒ）の値が減少するほど赤色光による隣接ピクセルのクロストーク現象が抑制される。
【００１８】
図４乃至図１０は、第１の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
図４に示すように、高濃度ｐ型不純物がドープされたｐ型半導体基板２１上にｐ型エピタキシャル層２２を成長させる。このように、ｐ型エピタキシャル層２２がフォトダイオード（ＰＤ）下部に存在すると、フォトダイオード（ＰＤ）の空乏層深さを増加させることができるので、優れた光感度特性が得られる。
【００１９】
次に、ｐ型エピタキシャル層２２にフィールド酸化膜２３を形成して緑色領域Ｇ＿ｒｅｇｉｏｎ、赤色領域Ｒ＿ｒｅｇｉｏｎ及び青色領域Ｂ＿ｒｅｇｉｏｎを定義する。
この場合、フィールド酸化膜２３は、図に示すように、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ　Ｔｒｅｎｃｈ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法によって形成し、他の方法としては、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｌｉｃｏｎ）工程を利用することができる。
【００２０】
フィールド酸化膜２３を形成した後、ｐ型エピタキシャル層２２上にゲート酸化膜２４とゲート電極２５の積層構造を形成する。この場合、ゲート電極２５は、ポリシリコン膜またはポリシリコン膜とタングステンシリサイド膜の積層膜を利用するが、ゲート電極２５は後続フォトダイオードの深さｎ−領域を形成するためのイオン注入が高エネルギーで行なわれるので、２５００Å〜３５００Åの厚さに形成される。
ここで、ゲート電極２５は、トランスファートランジスタのゲート電極であり、単位画素をなす他のトランジスタのゲート電極も同時に形成される。
【００２１】
次に、ゲート電極２５を含むｐ型エピタキシャル層２２上に第１酸化膜２６を形成した後、第１酸化膜２６上に青色領域を覆う第１マスク２７を形成する。
この場合、第１マスク２７時レティクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）は、カラーフィルタ配列（ＣＦＡ）形成時青色フィルタを形成するための青色フィルタマスクのレティクルと同じもので、感光膜を塗布して露光及び現像によりパターニングした感光膜パターンであり、ポジ感光膜（ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を利用する。
【００２２】
次に、図５に示すように、第１マスク２７をエッチングマスクに第１酸化膜２６をウェットエッチングして、第１ブロッキング層２６Ａを形成する。この場合、第１ブロッキング層２６Ａは、青色領域を覆う形態に形成され、緑色領域と赤色領域上には形成されない。
【００２３】
次に、図６に示すように、第１マスク２７を除去した後、第１ブロッキング層２６Ａを含むｐ型エピタキシャル層２２上に第２酸化膜２８を形成する。そして、第２酸化膜２８上に緑色領域と青色領域を覆う第２マスク２９を形成する。
この場合、第２マスク２８のレティクルは、カラーフィルタ配列（ＣＦＡ）形成時緑色フィルタを形成するための緑色フィルタマスクのレティクルと同じもので、感光膜を塗布して露光及び現像によりパターニングした感光膜パターンである。
【００２４】
次に、図７に示すように、図６の第２マスク２９をエッチングマスクとして第２酸化膜２８をウェットエッチングして第２ブロッキング層２８Ａを形成する。この場合、第２ブロッキング層２８Ａは、青色領域と緑色領域を覆う形態に形成され、赤色領域上には形成されない。次に、第２マスク２９を除去する。
上述したような工程により青色領域には、第１ブロッキング層２６Ａと第２ブロッキング層２８Ａの二重層が残留し、緑色領域には、第２ブロッキング層２８Ａの単一層が残留し、赤色領域にはブロッキング層が残留しない。
【００２５】
例えば、青色光が入力される青色領域に最も厚いブロッキング層があり、緑色光が入力される緑色領域には、中間ブロッキング層があり、赤色光が入力される赤色領域には、ブロッキング層が導入されていない。結果的に、光の波長が長くなるほどブロッキング層の厚さが薄くなっていっている。
【００２６】
次に、図８に示すように、第２ブロッキング層２８Ａが形成された結果物上に感光膜を塗布して露光及び現像によりパターニングしてフォトダイオードの深いｎ−領域を定義する第３マスク３０を形成する。
この場合、第３マスク３０は、ゲート電極２５の片側エッジとフィールド酸化膜２３の片側エッジに整列（ａｌｉｇｎ）され、ゲート電極２５の他側、例えば、フローティング拡散領域が形成される部分は覆われる。
【００２７】
次に、第３マスク３０をイオン注入マスクに利用して高エネルギーで傾斜角（ｔｉｌｔ　ａｎｇｌｅ）及び回転（ｒｏｔａｔｉｏｎ）なしにｎ型ドーパントのイオン注入を実施する。
この場合、イオン注入後青色領域のｐ型エピタキシャル層２２内には、Ｒｐ（ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）が最も浅い第１ｎ型領域３１Ａが形成され、赤色領域には、Ｒｐが最も深い第３ｎ型領域３３Ａが形成され、緑色領域にはＲｐが中間深さである第２ｎ型領域３２Ａが形成される。
【００２８】
このように、同じイオン注入条件下でイオン注入をしてもＲｐが互いに異なる理由は、各領域上に備わったブロッキング層の厚さのためである。すなわち、各ブロッキング層がイオン注入時マスク役割を行なうことによって、イオン注入時のＲｐが各領域に応じて異なるように現れる。
上述したイオン注入により、第１、第２及び第３ｎ型領域３１Ａ、３２Ａ、３３Ａは、各々そのＲｐがＲｐ（Ｂ）、Ｒｐ（Ｇ）、Ｒｐ（Ｒ）であり、その深さの度合は、Ｒｐ（Ｒ）＞Ｒｐ（Ｇ）＞Ｒｐ（Ｂ）である。
【００２９】
次に、図９に示すように、第３マスク３０を残した状態で中間エネルギーで傾斜角を与えてまた回転しながらイオン注入を実施する。
この場合、イオン注入が傾斜角を与えながら実施されるので、第１、第２及び第３ｎ型領域３１Ａ、３２Ａ、３３Ａは、各々ゲート電極２５の下方にドーピングプロファイル（ｄｏｐｉｎｇ　ｐｒｏｆｉｌｅ）が拡張される。すなわち、第１ｎ型拡張領域３１Ｂ、第２ｎ型拡張領域３２Ｂ、第３ｎ型拡張領域３３Ｂが形成される。
【００３０】
次に、図１０に示すように、第３マスク３０を除去する。
上述したように、２回のイオン注入を通してフォトダイオードのｎ−領域をなす第１、第２及び第３ｎ−領域３１、３２、３３を形成する。すなわち、青色領域には、Ｒｐ（Ｂ）である第１ｎ−領域３１が形成され、緑色領域には、Ｒｐ（Ｇ）である第２ｎ−領域３２が形成され、赤色領域には、Ｒｐ（Ｒ）である第３ｎ−領域３３が形成され、第３ｎ−領域３３のＲｐ（Ｒ）が第１ｎ−領域３１のＲｐ（Ｂ）と第２ｎ−領域３２のＲｐ（Ｇ）より深い。これは、フォトダイオードに入射する光の波長が長いほどＲｐが深いことを意味する。
【００３１】
第３マスク３０の除去後露出された全面に絶縁膜を蒸着した後、エッチバックしてゲート電極２５の両側壁に接するスペーサ３４を形成する。この場合、スペーサ３４を形成するための絶縁膜は、窒化膜または酸化膜を利用し、第１、第２ブロッキング層２６Ａ、２８Ａが酸化膜であるので、スペーサ形成のためのエッチバック時に除去される。
次に、ゲート電極２５及びスペーサ３４をイオン注入マスクに利用してｐ型ドーパントをイオン注入して各カラー領域に浅いｐ０領域３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃを形成する。この場合、ｐ０領域３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃは、第１、第２ブロッキング層２６Ａ、２８Ａが除去された状態でイオン注入して形成するので、全ての領域でその深さが同一である。
【００３２】
従って、青色領域に第１ｎ−領域３１とｐ０領域３５Ａになったフォトダイオードが形成され、緑色領域に第２ｎ−領域３２とｐ０領域３５Ｂになったフォトダイオードが形成され、赤色領域に第３ｎ−領域３３とｐ０領域３５Ｃになったフォトダイオードが形成される。
ここで、第３ｎ−領域３３とｐ型半導体基板２１との間の距離［ｈ（Ｒ）］が最も短く、第１ｎ−領域３１とｐ型半導体基板２１との間の距離［ｈ（Ｂ）］最も長く、第２ｎ−領域３２とｐ型半導体基板２１との間の距離［ｈ（Ｇ）］が中間長さである。
【００３３】
一方、ｐ型半導体基板２１とｎ型領域との間の距離（ｈ）、特に、ｈ（Ｒ）の値が減少するほど赤色光による隣接ピクセルのクロストーク現象が抑制される。これは、ｐ型半導体基板２１との距離が減少されるため、光電荷流入時、電子正孔対（ＥＨＰ）に対する再結合（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）が活発してドリフト電子（ｄｒｉｆｔ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ）の濃度が減少するためである。
【００３４】
図１１乃至図１８は、第２の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
図１１に示すように、高濃度ｐ型不純物がドープされたｐ型半導体基板２１上にｐ型エピタキシャル層２２を成長させる。このように、ｐ型エピタキシャル層２２がフォトダイオード（ＰＤ）下部に存在すると、フォトダイオード（ＰＤ）の空乏層深さを増加させることができるので、優れた光感度特性が得られる。
【００３５】
次に、ｐ型エピタキシャル層２２にフィールド酸化膜２３を形成して緑色領域Ｇ＿ｒｅｇｉｏｎ、赤色領域Ｒ＿ｒｅｇｉｏｎ及び青色領域Ｂ＿ｒｅｇｉｏｎを定義する。
この場合、フィールド酸化膜２３は、ＳＴＩ法またはＬＯＣＯＳ工程を利用することができる。
【００３６】
フィールド酸化膜２３を形成した後、ｐ型エピタキシャル層２２上にゲート酸化膜２４とゲート電極２５の積層構造を形成する。この場合、ゲート電極２５は、ポリシリコン膜またはポリシリコン膜とタングステンシリサイド膜の積層膜を利用するが、ゲート電極２５は、後続フォトダイオードの深いｎ−領域を形成するためのイオン注入が高エネルギーで行なわれるので、２５００Å〜３５００Å厚さに形成される。
ここで、ゲート電極２５は、トランスファートランジスタのゲート電極であり、単位画素をなす他のトランジスタのゲート電極も同時に形成される。
【００３７】
次に、ゲート電極２５を含むｐ型エピタキシャル層２２上に第１酸化膜２６を形成した後、第１酸化膜２６上に青色領域を覆う第１マスク２７を形成する。
この場合、第１マスク２７時レティクルは、カラーフィルタ配列（ＣＦＡ）形成時青色フィルタを形成するための青色フィルタマスクのレティクルと同じもので、感光膜を塗布して露光及び現像によりパターンニングした感光膜パターンであり、ポジ感光膜を利用する。
【００３８】
次に、図１２に示すように、第１マスク２７をエッチングマスクに第１酸化膜２６をウェットエッチングして、第１ブロッキング層２６Ａを形成する。この場合、第１ブロッキング層２６Ａは、青色領域を覆う形態に形成され、緑色領域と赤色領域上には形成されない。
【００３９】
次に、図１３に示すように、第１マスク２７を除去した後、第１ブロッキング層２６Ａを含むｐ型エピタキシャル層２２上に第２酸化膜２８を形成する。そして、第２酸化膜２８上に緑色領域と青色領域を覆う第２マスク２９を形成する。
この場合、第２マスク２８時レティクルは、カラーフィルタ配列（ＣＦＡ）形成時緑色フィルタを形成するための緑色フィルタマスクのレティクルと同じもので、感光膜を塗布して露光及び現像によりパターンニングした感光膜パターンである。
【００４０】
次に、図１４に示すように、図１３の第２マスク２９をエッチングマスクとして第２酸化膜２８をウェットエッチングして第２ブロッキング層２８Ａを形成する。この場合、第２ブロッキング層２８Ａは、青色領域と緑色領域を覆う形態に形成され、赤色領域上には形成されない。次に、第２マスク２９を除去する。
【００４１】
次に、図１５に示すように、第２ブロッキング層２８Ａを含む全面に酸化膜物質を蒸着して全領域を覆う第３ブロッキング層３６を形成する。
上述したような第１、第２及び第３ブロッキング層２６Ａ、２８Ａ、３６を導入することによって、青色領域には、第１ブロッキング層２６Ａ、第２ブロッキング層２８Ａ及び第３ブロッキング層３６の三重層が残留し、緑色領域には、第２ブロッキング層２８Ａと第３ブロッキング層３６の二重層が残留し、赤色領域には、第３ブロッキング層３６の単一層が残留する。
【００４２】
例えば、青色光が入力される青色領域に最も厚いブロッキング層があり、緑色光が入力される緑色領域には、中間ブロッキング層があり、赤色光が入力される赤色領域には最も薄いブロッキング層が導入されている。結果的に、光の波長が長くなるほどブロッキング層の厚さが薄くなっている。
【００４３】
次に、図１６に示すように、第３ブロッキング層３６が形成された結果物全面に感光膜を塗布し露光及び現像によりパターンニングしてフォトダイオードの深いｎ−領域を定義する第３マスク３０を形成する。
この場合、第３マスク３０は、ゲート電極２５の片側エッジとフィールド酸化膜２３の片側エッジに整列され、ゲート電極２５の他側、例えば、フローティング拡散領域が形成される部分は覆われる。
【００４４】
次に、第３マスク３０をイオン注入マスクに利用して高エネルギーで傾斜角及び回転なしにｎ型ドーパントのイオン注入を実施する。
この場合、イオン注入後青色領域のｐ型エピタキシャル層２２内には、Ｒｐが最も浅い第１ｎ型領域３１Ａが形成され、赤色領域には、Ｒｐが最も深い第３ｎ型領域３３Ａが形成され、緑色領域には、Ｒｐが中間深さである第２ｎ型領域３２Ａが形成される。
【００４５】
このように、同じイオン注入条件下でイオン注入をしてもＲｐが互いに異なる理由は、各領域上に備わったブロッキング層の厚さのためである。すなわち、各ブロッキング層がイオン注入時マスク役割を行なうことによって、イオン注入時のＲｐが各領域に応じて異なるように現れる。
上述したイオン注入により、第１、第２及び第３ｎ型領域３１Ａ、３２Ａ、３３Ａは、各々そのＲｐがＲｐ（Ｂ）、Ｒｐ（Ｇ）、Ｒｐ（Ｒ）であり、その深さの度合は、Ｒｐ（Ｒ）＞Ｒｐ（Ｇ）＞Ｒｐ（Ｂ）である。
【００４６】
次に、図１７に示すように、第３マスク３０を残した状態で中間エネルギーで傾斜角を与えかつ回転しながらイオン注入を実施する。
この場合、イオン注入が傾斜角を与えながら実施されるので、第１、第２及び第３ｎ型領域３１Ａ、３２Ａ、３３Ａは、各々ゲート電極２５の下方にドーピングプロファイルが拡張される。すなわち、第１ｎ型拡張領域３１Ｂ、第２ｎ型拡張領域３２Ｂ、第３ｎ型拡張領域３３Ｂが形成される。
【００４７】
次に、図１８に示すように、第３マスク３０を除去する。
上述したように、２回のイオン注入を通してフォトダイオードのｎ−領域をなす第１、第２及び第３ｎ−領域３１、３２、３３を形成する。すなわち、青色領域には、Ｒｐ（Ｂ）である第１ｎ−領域３１が形成され、緑色領域には、Ｒｐ（Ｇ）である第２ｎ−領域３２が形成され、赤色領域には、Ｒｐ（Ｒ）である第３ｎ−領域３３が形成され、第３ｎ−領域３３のＲｐ（Ｒ）が第１ｎ−領域３１のＲｐ（Ｂ）と第２ｎ−領域３２のＲｐ（Ｇ）より深い。これは、フォトダイオードに入射する光の波長が長いほどＲｐが深いことを意味する。
【００４８】
第３マスク３０除去後露出された全面に絶縁膜を蒸着した後、エッチバックしてゲート電極２５の両側壁に接するスペーサ３４を形成する。この場合、スペーサ３４を形成するための絶縁膜は、窒化膜または酸化膜を利用し、第１、第２、第３ブロッキング層２６Ａ、２８Ａ、３６が酸化膜であるので、スペーサ形成のためのエッチバックの際除去される。
【００４９】
次に、ゲート電極２５及びスペーサ３４をイオン注入マスクに利用してｐ型ドーパントをイオン注入して、各カラー領域に浅いｐ０領域３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃを形成する。この場合、ｐ０領域３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃは、第１、第２、第３ブロッキング層２６Ａ、２８Ａ、３６が除去された状態でイオン注入して形成するので、全ての領域でその深さが同一である。
従って、青色領域に第１ｎ−領域３１とｐ０領域３５Ａとなったフォトダイオードが形成され、緑色領域に第２ｎ−領域３２とｐ０領域３５Ｂとなったフォトダイオードが形成され、赤色領域に第３ｎ−領域３３とｐ０領域３５Ｃとなったフォトダイオードが形成される。
【００５０】
ここで、第３ｎ−領域３３とｐ型半導体基板２１との間の距離［ｈ（Ｒ）］が最も短く、第１ｎ−領域３１とｐ型半導体基板２１との間の距離［ｈ（Ｂ）］が最も長く、第２ｎ−領域３２とｐ型半導体基板２１との間の距離［ｈ（Ｇ）］が中間長さである。
一方、ｐ型半導体基板２１とｎ型領域との間の距離（ｈ）、特に、ｈ（Ｒ）の値が減少するほど赤色光による隣接ピクセルのクロストーク現象が抑制される。これはｐ型半導体基板２１との距離が減少されるため、光電荷流入時電子正孔対（ＥＨＰ）に対する再結合が活発でドリフト電子の濃度が減少するためである。
【００５１】
上述したブロッキング層の厚さについて述べると、青色領域に導入されたブロッキング層の厚さは、１５００Å〜２０００Åであり、緑色領域に導入されたブロッキング層の厚さは、１０００Åであり、赤色領域に導入されたブロッキング層の厚さは５００Åである。
したがって、カラー領域ごとにそれぞれ異なる厚さのブロッキング層を導入することによって、同じイオン注入工程に多様なＲｐを具現できるので、カラー比を向上させることができる効果がある。例えば、通常のカラー比、すなわち赤色／緑色、青色／緑色比率は、０．５〜０．６水準であるが、本発明の場合カラー比を１に近接させることができる。
【００５２】
一方、図面に示さなかったが、後続工程として、図１のように、各フォトダイオードが形成されたｐ型エピタキシャル層上に絶縁膜を形成した後、絶縁膜上に各カラー領域に対応するカラーフィルタを形成する。
【００５３】
尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
上述したようになされる本発明によれば、赤色光が入射するフォトダイオードの深さを増加させて赤色光により誘発される光電荷がフォトダイオード内に分布するように赤色信号特性を改善させることができる効果がある。
また、追加的なレティクル製作なしにカラーフィルタ配列レティクルを利用してカラー領域に応じて異なるフォトダイオードの深さを形成することによって、色再現性を向上させることができる効果がある。
【００５５】
そして、フォトダイオードとｐ型基板との間の距離を減少させることによって、隣接ピクセルのクロストーク現象を抑制できる効果がある。
そして、カラー領域ごとにそれぞれ異なる厚さのブロッキング層を導入することによって、同じイオン注入工程に多様なＲｐを具現できるのでカラー比を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術に係るＣＭＯＳイメージセンサの単位画素を示す断面図である。
【図２】光の波長に応じたシリコン層内透過深さと吸収係数の関係を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係るイメージセンサの単位画素を示す断面図である。
【図４】第１の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図５】第１の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６】第１の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７】第１の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８】第１の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図９】第１の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１０】第１の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１１】第２の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１２】第２の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１３】第２の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１４】第２の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１５】第２の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１６】第２の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１７】第２の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１８】第２の実施例による図３に示すイメージセンサの単位画素の製造方法を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
２１　　　　ｐ型半導体基板
２２　　　　ｐ型エピタキシャル層
２３　　　　フィールド酸化膜
２４　　　　ゲート酸化膜
２５　　　　ゲート電極
２６　　　　第１酸化膜
２６Ａ　　　第１ブロッキング層
２７　　　　第１マスク
２８　　　　第２酸化膜
２８Ａ　　　第２ブロッキング層
２９　　　　第２マスク
３０　　　　第３マスク
３１　　　　第１ｎ−領域
３１Ａ　　　第１ｎ型領域
３１Ｂ　　　第１ｎ型拡張領域
３２　　　　第２ｎ−領域
３２Ａ　　　第２ｎ型領域
３２Ｂ　　　第２ｎ型拡張領域
３３　　　　第３ｎ−領域
３３Ａ　　　第３ｎ型領域
３３Ｂ　　　第３ｎ型拡張領域
３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ　　ｐ０領域
３６　　　　第３ブロッキング層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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