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JP4486043B2 - Cmosイメージセンサー及びその製造方法 - Google Patents

Cmosイメージセンサー及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、CMOSイメージセンサーに係り、特に、透明基板にフォトダイオードとトランジスタを形成し、透明基板側に光を受光するようにすることによってフォトダイオードの受光特性を向上させたCMOSイメージセンサー及びその製造方法に関する。
一般に、イメージセンサーとは、光学映像を電気信号に変換させる半導体素子であり、なかでも、CMOSイメージセンサーは、制御回路及び信号処理回路を周辺回路として使用するCMOS技術を用いて画素数だけのフォトダイオードと、これに接続されてチャネルを開閉するトランジスタを作り、このトランジスタを使って赤色(RED)、緑色(GREEN)、青色(BLUE)の順番に光学信号を検出してスイッチング方式で出力する素子である。
このようなCMOSイメージセンサーは、低消費電力、低工程単価、高集積度など多くの長所を持っている。特に、近来の技術的進歩に伴い、CMOSイメージセンサーは種々の応用分野において固体撮像素子(CCD)の代案として脚光を浴びている。
また、CMOSイメージセンサーは、トランジスタの個数によって3T型、4T型、5T型等に区分される。3T型は、1個のフォトダイオードと3個のトランジスタとから構成され、4T型は、1個のフォトダイオードと4個のトランジスタとから構成される。3T型CMOSイメージセンサーの単位画素に対するレイアウトについて説明すると次の通りである。
図1は、一般の3T型CMOSイメージセンサーを示す等価回路図であり、図2は、一般の3T型CMOSイメージセンサーの単位画素を示すレイアウト図であり、図3は、図2のI−I'線に沿った断面図である。
一般の3T型CMOSイメージセンサーの単位画素は、図1に示すように、1個のフォトダイオード(PD)と、3個のnMOSトランジスタT1,T2,T3とから構成される。フォトダイオードPDのカソードは、第1nMOSトランジスタT1のソースと第2nMOSトランジスタT2のゲートに接続されている。
そして、第1及び第2nMOSトランジスタT1,T2のドレインは両方とも、基準電圧VRが供給される電源線に接続されており、第1nMOSトランジスタT1のゲートは、リセット信号RSTが供給されるリセット線に接続されている。
また、第3nMOSトランジスタT3のドレインは、第2nMOSトランジスタのソースに接続され、第3nMOSトランジスタT3のソースは、信号線を介して読出回路(図示せず)に接続され、第3nMOSトランジスタT3のゲートは、選択信号SLCTが供給されるワード線に接続されている。
したがって、第1nMOSトランジスタT1は、リセットトランジスタRx、第2nMOSトランジスタT2はドライブトランジスタDx、第3nMOSトランジスタT3は選択トランジスタSxとそれぞれ称する。
一般の3T型CMOSイメージセンサーの単位画素は、図2及び図3に示すように、p型半導体基板1にフィールド領域とアクティブ領域10とが区画され、アクティブ領域10の中で幅の広い部分に1個のフォトダイオード20が形成され、残り部分のアクティブ領域10にオーバーラップされるように3個のトランジスタのゲート電極120,130,140がそれぞれ形成される。
すなわち、フォトダイオード20は、残りのアクティブ領域に比べてn型不純物イオンがより深く注入されるため、相対的に深く形成される(Deep junction)。
そして、ゲート電極120によりリセットトランジスタRxが形成され、ゲート電極130によりドライブトランジスタDxが形成され、ゲート電極140により選択トランジスタSxが形成される。ここで、各トランジスタのアクティブ領域10には、各ゲート電極120,130,140の下側部を除いた部分に不純物イオンが注入されることで、各トランジスタのソース/ドレイン領域が形成される。
したがって、リセットトランジスタRxとドライブトランジスタDx間のソース/ドレイン領域には電源電圧Vddが印加され、セレクトトランジスタSx一側のソース/ドレイン領域は読出回路(図示せず)に接続される。
これら各ゲート電極120,130,140は、図示してはいないが、各信号ラインに接続され、これら各信号ラインは一側端にパッドを備えて外部の駆動回路に接続される。
このように構成された3つのフォトダイオードが、一つの画素を構成する。すなわち、3つの各フォトダイオード上に、赤色、緑色、青色のカラーフィルタ層が形成され、これら3つのダイオードが1画素を形成する。
図4は、従来の技術に係るCMOSイメージセンサーを示す断面図である。
従来のCMOSイメージセンサーは、図4に示すように、センシング部と周辺駆動部とが区画される。
したがって、半導体基板11上にアクティブ領域を区画するためのフィールド酸化膜(図示せず)が形成されており、該アクティブ領域の半導体基板11には複数個のフォトダイオードPD 12とトランジスタ13が形成されている。
そして、フォトダイオード12及びトランジスタ13を含む全体構造上に第1層間絶縁膜14が形成される。
ここで、フォトダイオード12の表面からの第1層間絶縁膜14の高さ(厚さ)は、約7450Åである。
第1層間絶縁膜14上には単位画素を構成する複数個の金属配線M1,M2,M3が、フォトダイオード12に入射される光を遮らないように配置されている。
ここで、各層の単位画素構成用金属配線M1,M2,M3の間には、電気的絶縁のための第2乃至第4層間絶縁膜15,16,17と平坦化層18が形成されている。
すなわち、第1層間絶縁膜14上に5070Å厚の第1金属配線M1が形成され、この第1金属配線M1を含む基板全面に、7300Å厚の第2層間絶縁膜15が形成される。続いて、第2層間絶縁膜15上に5070Å厚の第2金属配線M2が形成され、第2金属配線M2を含む基板全面に、7300Å厚の第3層間絶縁膜16が形成される。
また、第3層間絶縁膜16上に9630Å厚の第3金属配線M3が形成され、第3金属配線M3を含む基板全面に、4000Å厚の第4層間絶縁膜17が形成される。
続いて、第4層間絶縁膜17上に3000Å厚の平坦化層18が形成される。
また、センシング部の平坦化層18上には、カラーイメージとするためのR,G,Bカラーフィルタ層19が形成されており、このカラーフィルタ層19上にマイクロレンズ21が形成されている。
このマイクロレンズ21は、フォトレジストを設け、フォトダイオード12上部に残るようにパターニングした後にベーキングによりリフローすることで所望の曲率で形成することができる。
このようなマイクロレンズ21は、入射光をフォトダイオード12まで集光して送る重要な役割を担うものである。
図5A及び図5Bは、従来のCMOSイメージセンサーの工程断面図である。
従来のCMOSイメージセンサーの製造方法は、図5Aに示すように、半導体基板1にp型不純物イオンを注入してp−ウェル(p-well)を形成し、フィールド領域とアクティブ領域とを区画した後にフィールド領域に素子分離膜(STI)2を形成する。
全面にゲート酸化膜3と導電性物質を堆積し選択的に除去することで、上述した各種トランジスタのゲート電極120,130,140を形成する。続いて、アクティブ領域の中でフォトダイオード形成領域にn型不純物イオンを注入してフォトダイオード20を形成し、残りのアクティブ領域にn型不純物イオンを注入して各種トランジスタのソース/ドレイン領域4を形成する。
ここで、ゲート電極120,130,140をマスクとして低濃度n型不純物イオンを注入してLDD領域を形成し、各ゲート電極120,130,140の側壁に絶縁膜側壁5を形成した後に高農度n型不純物イオンを注入して各トランジスタのソース/ドレイン領域4を形成することが望ましい。
続いて、図5Bに示すように、ゲート電極120,130,140を含む基板全面に、LPCVD方法で金属配線絶縁膜(PMD;pre-metal dielectric、例えば、TEOS酸化膜)である第1層間絶縁膜14を1000Å程度堆積する。
その後、第1層間絶縁膜14を選択的にエッチングし各トランジスタのソース/ドレイン領域4が露出されるようにコンタクトホール6を形成した後に、全面に金属層を堆積し選択的にエッチングすることで第1金属配線M1を形成する。ここで、コンタクトホール6の形成は、プラズマエッチング工程で行う。
続いて、図4で説明したような方法で、各層間絶縁膜15,16,17と各金属配線M2,M3を形成し、第4層間絶縁膜17上に平坦化層18を形成する。その後、センシング部の平坦化層18上にカラーイメージのためのR,G,Bカラーフィルタ層19を形成し、各カラーフィルタ層19上にマイクロレンズ21を形成する。
しかしながら、上記従来のCMOSイメージセンサー及びその製造方法では次のような問題点があった。
第一に、上述の如くフォトダイオード領域が基板の下側に配置され、この領域上に各種絶縁膜と金属配線が形成されるため、金属配線によりフォトダイオードの受光面積が制限を受けることになり、しかも、金属配線形成時に、フォトダイオード上側部分には金属配線を形成できないため、金属配線の設計に制限があった。
第二に、金属配線と層間絶縁膜の厚さにより実質的にフォトダイオードに到達する光が大きく減ってしまうため、受光特性が低下し、マイクロレンズを必ず形成しなければならないという不具合があった。
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、フォトダイオードの受光特性を向上させ、金属配線の設計のマージンを確保できるCMOSイメージセンサー及びその製造方法を提供することである。
上記目的を達成するための本発明に係るCMOSイメージセンサーは、フォトダイオード領域及びトランジスタ領域を有するアクティブ領域と、該アクティブ領域を隔離するためのフィールド領域とが区画された透明基板と、前記透明基板上に形成されるp型半導体層と、前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層に形成されるフォトダイオードと、前記トランジスタ領域の前記p型半導体層に形成される複数個のトランジスタと、含むことを一特徴とする。
また、上記目的を達成するための本発明に係るCMOSイメージセンサーは、フォトダイオード領域及びトランジスタ領域を有するアクティブ領域と、該アクティブ領域を隔離するためのフィールド領域が区画された透明基板と、前記フォトダイオード領域を除く残りのアクティブ領域とフィールド領域の透明基板に形成されるブラックマトリクス層と、前記フォトダイオード領域の透明基板に形成されるカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層及びブラックマトリクス層を含む前記透明基板上に形成されるp型半導体層と、前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層に形成されるフォトダイオードと、前記トランジスタ領域の前記p型半導体層に形成される複数個のトランジスタと、含むことを他の特徴とする。
上記目的を達成するための本発明に係るCMOSイメージセンサーの製造方法は、フォトダイオード領域及びトランジスタ領域を有するアクティブ領域と、アクティブ領域を隔離するためのフィールド領域とが区画された透明基板を準備する段階と、前記フォトダイオード領域を除く前記透明基板上にブラックマトリクス層を形成する段階と、前記フォトダイオード領域の透明基板にカラーフィルタ層を形成する段階と、前記カラーフィルタ層及びブラックマトリクス層を含む前記透明基板上のアクティブ領域にp型半導体層を形成する段階と、前記トランジスタ領域のp型半導体層上に複数個のゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する段階と、前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層にn型不純物領域とp型不純物領域を形成してフォトダイオードを形成する段階と、前記各ゲート電極間の前記p型半導体層にn型不純物イオンを注入してソース/ドレイン領域を形成する段階とを備えることを一特徴とする。
上記目的を達成するための本発明に係るCMOSイメージセンサーの製造方法は、フォトダイオード領域及びトランジスタ領域を有するアクティブ領域と、該アクティブ領域を隔離するためのフィールド領域とが区画された透明基板を準備する段階と、前記透明基板上のアクティブ領域にp型半導体層を形成する段階と、前記トランジスタ領域のp型半導体層上に複数個のゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する段階と、前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層にn型不純物領域とp型不純物領域を形成してフォトダイオードを形成する段階と、前記各ゲート電極間の前記p型半導体層にn型不純物イオンを注入してソース/ドレイン領域を形成する段階と、前記フォトダイオード領域を除く前記透明基板の背面にブラックマトリクス層を形成する段階と、前記フォトダイオード領域の前記透明基板の背面にカラーフィルタ層を形成する段階とを備えることを他の特徴とする。
上記目的を達成するための本発明に係るCMOSイメージセンサーの製造方法は、フォトダイオード領域及びトランジスタ領域を有するアクティブ領域と、該アクティブ領域を隔離するためのフィールド領域が区画された透明基板を準備する段階と、前記フォトダイオード領域を除く前記透明基板上にブラックマトリクス層を形成する段階と、前記ブラックマトリクス層を含む前記透明基板上のアクティブ領域にp型半導体層を形成する段階と、前記トランジスタ領域のp型半導体層上に複数個のゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する段階と、前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層にn型不純物領域とp型不純物領域を形成してフォトダイオードを形成する段階と、前記各ゲート電極間の前記p型半導体層にn型不純物イオンを注入してソース/ドレイン領域を形成する段階と、前記フォトダイオード領域の前記透明基板の背面にカラーフィルタ層を形成する段階とを備えることをさらに他の特徴とする。
上記目的を達成するための本発明に係るCMOSイメージセンサーの製造方法は、フォトダイオード領域及びトランジスタ領域を有するアクティブ領域と、該アクティブ領域を隔離するためのフィールド領域とが区画された透明基板を準備する段階と、前記フォトダイオード領域の前記透明基板の背面にカラーフィルタ層を形成する段階と、前記カラーフィルタ層を含む前記透明基板上のアクティブ領域にp型半導体層を形成する段階と、前記トランジスタ領域のp型半導体層上に複数個のゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する段階と、前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層にn型不純物領域とp型不純物領域を形成してフォトダイオードを形成する段階と、前記各ゲート電極間の前記p型半導体層にn型不純物イオンを注入してソース/ドレイン領域を形成する段階と、前記フォトダイオード領域を除く前記透明基板の背面にブラックマトリクス層を形成する段階とを備えることをさらに他の特徴とする。
本発明によるCMOSイメージセンサー及びその製造方法によれば、次のような効果が得られる。
第一、透明基板上にフォトダイオードを形成し、この透明基板側に光を受光するため、受光表面からフォトダイオードまでの距離が短くなり、優れた受光特性が得られる。
第二、別にマイクロレンズを形成する必要がない。
第三、金属配線にかかわらずにフォトダイオードを形成できるので、フォトダイオードの受光面積を大きくすることができる。
第四、金属配線をフォトダイオードの上側部分に形成できるので、金属配線の設計に制限がない。
以下、本発明に係るCMOSイメージセンサー及びその製造方法の好適な実施形態を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
図6は、本発明の第1実施形態によるCMOSイメージセンサーを示す断面図である。
まず、本発明の第1実施形態によるCMOSイメージセンサーも、図2での説明と同様に、アクティブ領域とフィールド領域が区画され、アクティブ領域はフォトダイオード領域と各トランジスタ形成領域が区画される。
したがって、本発明の第1実施形態によるCMOSイメージセンサーは、図6に示すように、アクティブ領域のフォトダイオード領域を除く残りのアクティブ領域とフィールド領域の透明基板(例えば、ガラス基板または石英基板)31上にブラックマトリクス層32が形成される。ブラックマトリクス層32は、遮光のためのもので、遮光可能な金属(Cr)またはブラックレジンからなる。
そして、フォトダイオード領域の透明基板31上には、カラーイメージのためのR,G,Bカラーフィルタ層33が形成され、カラーフィルタ層33及びブラックマトリクス層32を含む透明基板31の全面に、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの絶縁膜47が形成される。もちろん、絶縁膜47は形成しなくても構わない。
このアクティブ領域の絶縁膜47上にp型半導体層34が形成される。
ここで、p型半導体層34は、フィールド領域には形成されず、単にアクティブ領域にのみ形成されるので、別に素子分離膜を形成する必要がない。また、p型半導体層34は、p型不純物のドープされたポリシリコンまたはp型不純物のドープされた非晶質シリコン層である。
そして、アクティブ領域のうちフォトダイオード領域のp型半導体層34には、n型不純物イオンが注入されてn型不純物領域35が形成される。また、n型不純物領域35の表面にp型不純物イオンが注入されてp型不純物領域39が形成される。したがって、n型不純物領域35とp型不純物領域39によってフォトダイオードが形成される。
トランジスタ領域のp型半導体層34上にはゲート絶縁膜36とゲート電極37a,37b,37cが積層され、これら各ゲート電極37a,37b,37c間のp型半導体層34にはn型不純物イオンが注入されて各トランジスタのソース/ドレイン領域38が形成される。
ゲート電極37a,37b,37cとフォトダイオードを含む基板全面に、第1層間絶縁膜40が形成され、フォトダイオードのp型不純物領域39とソース/ドレイン領域38が露出されるように第1層間絶縁膜40が選択的に除去されてコンタクトホールが形成される。
このコンタクトホールを介してフォトダイオードのp型不純物領域39とソース/ドレイン領域38に電気的に接続されるように、第1層間絶縁膜40上に第1金属配線41が形成される。
第1金属配線41を含む第1層間絶縁膜40上に多層の層間絶縁膜42,43が形成され、各層間絶縁膜42,43上に多層の金属配線44が形成される。
したがって、本発明によるCMOSイメージセンサーは、透明基板側に光を受光し、受光部からフォトダイオードまでの距離が短いため、受光特性が優れており別途のマイクロレンズを形成する必要がない。
次に、このような構成を有する本発明の第1実施形態によるCMOSイメージセンサーの製造方法について説明する。
図7A乃至図7Dは、本発明の第1実施形態によるCMOSイメージセンサーの工程断面図である。
本発明の第1実施形態によるCMOSイメージセンサーの製造方法は、図7Aに示すように、アクティブ領域とフィールド領域が区画され、アクティブ領域はフォトダイオード領域と各トランジスタ形成領域とに区分される。
透明基板(例えば、ガラス基板または石英基板)31上に遮光物質を堆積し選択的に除去することで、アクティブ領域のフォトダイオード領域を除く残りのアクティブ領域とフィールド領域にブラックマトリクス層32を形成する。ブラックマトリクス層32は、光を遮るためのもので、遮光可能な金属(Cr)またはブラックレジンからなる。
フォトダイオード領域の透明基板31上には、カラーイメージのためのR,G,Bカラーフィルタ層33を形成する。
すなわち、3つのフォトダイオードが1単位セルを構成するので、全面に赤色カラーフィルタ層を堆積し、写真エッチング工程で3つのフォトダイオード領域の一つに赤色カラーフィルタ層を形成し、全面に緑色カラーフィルタ層を堆積し、写真エッチング工程で3つのフォトダイオード領域の残りの一つに緑色カラーフィルタ層を形成し、全面に青色カラーフィルタ層を堆積し、写真エッチング工程で3つのフォトダイオード領域の最後のものに青色カラーフィルタ層を形成する。
その後、R,G,Bカラーフィルタ層33及びブラックマトリクス層32を含む透明基板31の全面に、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの絶縁膜47を形成し、この絶縁膜47上にp型半導体層34を堆積する。また、図示してはいないが、p型半導体層34上に感光膜を堆積し露光及び現像工程でアクティブ領域を分けた後に、このアクティブ領域にのみ残るようにフィールド領域のp型半導体層34を選択的に除去する。
ここで、p型半導体層34はp型不純物のドープされたポリシリコンまたはp型不純物のドープされた非晶質シリコン層であり、p型半導体層34のうちフィールド領域のp型半導体層34を除去するので、別に素子分離膜またはフィールド絶縁膜を形成する必要がない。
次いで、図7Bに示すように、p型半導体層34を含む基板全面に、ゲート絶縁膜36及び導電層を堆積し、ゲート絶縁膜36及び導電層を選択的に除去してトランジスタのゲート電極37a,37b,37cを形成する。すなわち、リセットトランジスタRxのゲート電極37a、ドライブトランジスタDxのゲート電極37b、選択トランジスタSxのゲート電極37cを形成する。もちろん、4T型や5T型CMOSイメージセンサーでは、上記の方法でトランジスタのゲート電極を追加で形成すれば良い。
続いて、アクティブ領域のうちフォトダイオード領域のp型半導体層34に選択的にn型不純物イオンを注入してn型不純物領域35を形成し、前記n型不純物領域35の表面にp型不純物イオンを注入してp型不純物領域39を形成する。したがって、n型不純物領域35とp型不純物領域39によってフォトダイオードが形成される。各ゲート電極37a,37b,37c間のp型半導体層34にはn型不純物イオンを注入して各トランジスタのソース/ドレイン領域38を形成する。
図7Cに示すように、ゲート電極37a,37b,37c及びフォトダイオード35を含む基板全面に、第1層間絶縁膜40を形成し、フォトダイオードのp型不純物領域39及びソース/ドレイン領域38が露出されるように第1層間絶縁膜40を選択的に除去してコンタクトホール46を形成する。
この全面に金属層を堆積し選択的に除去することで、コンタクトホール46を介してフォトダイオードのp型不純物領域39及びソース/ドレイン領域38に電気的に接続されるように、前記第1層間絶縁膜40上に第1金属配線41を形成する。
その後、図7Dに示すように、第1金属配線41を含む第1層間絶縁膜40上に第2層間絶縁膜42を堆積し、上述の方法で第1金属配線41にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介して電気的に第1金属配線41に接続されるように、第2層間絶縁膜42上に第2金属配線44を形成する。
続いて、第2金属配線44を含む基板全面に、第3層間絶縁膜43及び金属配線と多層の絶縁膜(図示せず)を反復形成して多層の金属配線を形成する。
一方、他の実施形態として、R,G,Bカラーフィルタ層33及び/またはブラックマトリクス層32を、透明基板31の背面に形成することもできる。
図8は、本発明の第2実施形態によるCMOSイメージセンサーの構造を示す断面図である。
本発明の第2実施形態によるCMOSイメージセンサーは、図8に示すように、R,G,Bカラーフィルタ層33を透明基板31の背面のフォトダイオード領域に相当する部分に形成することが第1実施形態と異なり、それ以外の構成は同様なのでその説明を省略する。
このような構成を有する本発明の第2実施形態によるCMOSイメージセンサーの製造方法も、図7A乃至図7Dで説明した本発明の第1実施形態のそれと略同様であるが、ただし、R,G,Bカラーフィルタ層33を工程中に形成せず、工程完了後に、透明基板31の背面のフォトダイオード領域に相当する部分に付着する。
図9は、本発明の第3実施形態によるCMOSイメージセンサーの構造を示す断面図である。
本発明の第3実施形態によるCMOSイメージセンサーは、図9に示すように、ブラックマトリクス層32を、透明基板31の背面のフォトダイオード領域以外の領域に相当する部分に形成することが上記の本発明の第1実施形態と異なり、それ以外の構成は同様なので、その説明を省略する。
このような構成を有する本発明の第3実施形態によるCMOSイメージセンサーの製造方法も、図7A乃至図7Dで説明した本発明の第1実施形態のそれと略同様であるが、ただし、ブラックマトリクス層32を工程中に形成せず、工程完了後に、透明基板31の背面にフォトダイオード領域以外の領域に相当する部分に形成する。
図10は、本発明の第4実施形態によるCMOSイメージセンサーの構造を示す断面図である。
本発明の第4実施形態によるCMOSイメージセンサーは、図10に示すように、R,G,Bカラーフィルタ層33とブラックマトリクス層32の双方を、透明基板31の背面に形成したことが上記の本発明の第1実施形態と異なる。すなわち、透明基板31の背面のフォトダイオード領域以外の領域に相当する部分にブラックマトリクス層32を形成し、フォトダイオード領域にR,G,Bカラーフィルタ層33を形成する。それ以外の構成は本発明の第1実施形態と同様なので、その説明を省略する。
このような構成を有する本発明の第4実施形態によるCMOSイメージセンサーの製造方法も、図7A乃至図7Dで説明した本発明の第1実施形態のそれと略同様であるが、ただし、ブラックマトリクス層32及びカラーフィルタ層33を工程中に形成せず、工程完了後に、透明基板31の背面に形成する。
一般の3T型CMOSイメージセンサーの等価回路図である。 一般の3T型CMOSイメージセンサーの単位画素を示すレイアウト図である。 図2のI−I線に沿った断面構造図である。 従来のCMOSイメージセンサーの概略を示す断面図である。 従来のCMOSイメージセンサーの工程断面図である。 本発明によるCMOSイメージセンサーの構造を示す断面図である。 本発明によるCMOSイメージセンサーの工程断面図である。 本発明によるCMOSイメージセンサーの工程断面図である。 本発明によるCMOSイメージセンサーの工程断面図である。 本発明によるCMOSイメージセンサーの工程断面図である。 本発明の第2実施形態によるCMOSイメージセンサーの構造を示す断面図である。 本発明の第3実施形態によるCMOSイメージセンサーの構造を示す断面図である。 本発明の第4実施形態によるCMOSイメージセンサーの構造を示す断面図である。
符号の説明
31 透明基板、32 ブラックマトリクス層、33 カラーフィルタ層、34 p型半導体層、35 n型不純物領域、36 ゲート絶縁膜、37a,37b,37c ゲート電極、38 ソース/ドレイン領域、39 p型不純物領域、40,42,43 層間絶縁膜、41,44 金属配線、47 絶縁膜

Claims (26)

  1. フォトダイオード領域及びトランジスタ領域を有するアクティブ領域と、該アクティブ領域を隔離するためのフィールド領域とが区画され、背面側から光を受光する透明基板と、
    p型不純物のドープされたポリシリコンまたはp型不純物のドープされた非晶質シリコン層からなり、前記透明基板上の前記アクティブ領域のみに形成されるp型半導体層と、
    n型不純物領域とp型不純物領域からなり、前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層に形成されるフォトダイオードと、
    前記トランジスタ領域の前記p型半導体層に形成される複数個のトランジスタと、
    含むことを特徴とするCMOSイメージセンサー。
  2. 前記フォトダイオード領域を除く残りのアクティブ領域とフィールド領域の透明基板の上または背面に形成されるブラックマトリクス層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のCMOSイメージセンサー。
  3. 前記フォトダイオード領域の前記ブラックマトリクス層と同じ面に形成されるカラーフィルタ層をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載のCMOSイメージセンサー。
  4. 前記ブラックマトリクス層及びカラーフィルタ層を含む透明基板と前記p型半導体層との間に形成される絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載のCMOSイメージセンサー。
  5. 前記フォトダイオード領域を除く残りのアクティブ領域とフィールド領域の透明基板の背面に形成されるブラックマトリクス層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のCMOSイメージセンサー。
  6. 前記フォトダイオード領域の前記透明基板の背面に形成されるカラーフィルタ層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のCMOSイメージセンサー。
  7. 前記透明基板は、ガラス基板または石英基板からなることを特徴とする請求項1に記載のCMOSイメージセンサー。
  8. 前記ブラックマトリクス層は、光を遮る金属またはブラックレジンからなることを特徴とする請求項に記載のCMOSイメージセンサー。
  9. 前記p型半導体層は、p型不純物のドープされたポリシリコンまたはp型不純物のドープされた非晶質シリコン層から形成されることを特徴とする請求項1に記載のCMOSイメージセンサー。
  10. 前記フォトダイオードは、
    前記p型半導体層にn型不純物イオンが注入されたn型不純物領域と、
    前記n型不純物領域の表面に形成されるp型不純物領域とを含むことを特徴とする請求項1に記載のCMOSイメージセンサー。
  11. 前記複数個のトランジスタは、
    前記トランジスタ領域のp型半導体層上にゲート絶縁膜を介在して形成される複数個のゲート電極と、
    前記各ゲート電極間の前記p型半導体層に形成されるソース/ドレイン領域と
    を含むことを特徴とする請求項1に記載のCMOSイメージセンサー。
  12. 前記複数個のトランジスタ及びフォトダイオードを含む基板全面に形成される層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜上に形成される金属配線と
    をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のCMOSイメージセンサー。
  13. フォトダイオード領域及びトランジスタ領域を有するアクティブ領域と、アクティブ領域を隔離するためのフィールド領域とが区画され、背面側から光を受光する透明基板を準備する段階と、
    前記フォトダイオード領域を除く前記透明基板上にブラックマトリクス層を形成する段階と、
    前記フォトダイオード領域の透明基板の上または背面にカラーフィルタ層を形成する段階と、
    前記カラーフィルタ層及びブラックマトリクス層を含む前記透明基板上のアクティブ領域に、p型不純物のドープされたポリシリコンまたはp型不純物のドープされた非晶質シリコン層からなるp型半導体層を形成する段階と、
    前記トランジスタ領域のp型半導体層上に複数個のゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する段階と、
    前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層にn型不純物領域とp型不純物領域を形成してフォトダイオードを形成する段階と、
    前記各ゲート電極間の前記p型半導体層にn型不純物イオンを注入してソース/ドレイン領域を形成する段階と、
    備えることを特徴とするCMOSイメージセンサーの製造方法。
  14. 前記p型半導体層を形成する前に、前記ブラックマトリクス層及びカラーフィルタ層を含む透明基板の上または背面に絶縁膜を形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項13に記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
  15. 前記ブラックマトリクス層を形成する段階は、
    前記透明基板の全面に遮光金属またはブラックレジンを形成する段階と、
    前記フォトダイオード領域の前記遮光金属またはブラックレジンを選択的に除去する段階と
    を備えることを特徴とする請求項13に記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
  16. 前記p型半導体層を形成する段階は、
    前記ブラックマトリクス層及びカラーフィルタ層を含む基板全面に、p型不純物のドープされたポリシリコンまたはp型不純物のドープされた非晶質シリコン層を堆積する段階と、
    前記アクティブ領域にのみ残るように前記p型不純物のドープされたポリシリコンまたはp型不純物のドープされた非晶質シリコン層を選択的に除去する段階と
    を備えることを特徴とする請求項13に記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
  17. 前記フォトダイオードを形成する段階は、
    前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層にn型不純物イオンを注入して前記n型不純物領域を形成する段階と、
    前記n型不純物領域の表面にp型不純物イオンを注入して前記p型不純物領域を形成する段階と
    を備えることを特徴とする請求項13に記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
  18. 前記ゲート電極、フォトダイオード及びソース/ドレイン領域を含む基板全面に層間絶縁膜を形成する段階と、
    前記フォトダイオード及びソース/ドレイン領域にコンタクトホールを形成する段階と、
    前記フォトダイオード及びソース/ドレイン領域に電気的に接続されるように前記層間絶縁膜上に金属配線を形成する段階と
    をさらに備えることを特徴とする請求項13に記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
  19. フォトダイオード領域及びトランジスタ領域を有するアクティブ領域と、該アクティブ領域を隔離するためのフィールド領域とが区画され、背面側から光を受光する透明基板を準備する段階と、
    前記透明基板上のアクティブ領域に、p型不純物のドープされたポリシリコンまたはp型不純物のドープされた非晶質シリコン層からなるp型半導体層を形成する段階と、
    前記トランジスタ領域のp型半導体層上に複数個のゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する段階と、
    前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層にn型不純物領域とp型不純物領域を形成してフォトダイオードを形成する段階と、
    前記各ゲート電極間の前記p型半導体層にn型不純物イオンを注入してソース/ドレイン領域を形成する段階と
    備えることを特徴とするCMOSイメージセンサーの製造方法。
  20. 前記フォトダイオード領域を除く前記透明基板の背面に、ブラックマトリクス層を形成する段階と、
    前記フォトダイオード領域の前記透明基板の背面に、カラーフィルタ層を形成する段階と
    をさらに備えることを特徴とする請求項19に記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
  21. フォトダイオード領域及びトランジスタ領域を有するアクティブ領域と、該アクティブ領域を隔離するためのフィールド領域が区画され、背面側から光を受光する透明基板を準備する段階と、
    前記フォトダイオード領域を除く前記透明基板上にブラックマトリクス層を形成する段階と、
    前記ブラックマトリクス層を含む前記透明基板上のアクティブ領域に、p型不純物のドープされたポリシリコンまたはp型不純物のドープされた非晶質シリコン層からなるp型半導体層を形成する段階と、
    前記トランジスタ領域のp型半導体層上に複数個のゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する段階と、
    前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層にn型不純物領域とp型不純物領域を形成してフォトダイオードを形成する段階と、
    前記各ゲート電極間の前記p型半導体層にn型不純物イオンを注入してソース/ドレイン領域を形成する段階と
    を備えることを特徴とするCMOSイメージセンサーの製造方法。
  22. 前記フォトダイオード領域の前記透明基板の背面にカラーフィルタ層を形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項21に記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
  23. 前記p型半導体層を形成する前に、前記ブラックマトリクス層を含む透明基板の上または背面に絶縁膜を形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項21に記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
  24. フォトダイオード領域及びトランジスタ領域を有するアクティブ領域と、該アクティブ領域を隔離するためのフィールド領域とが区画され、背面側から光を受光する透明基板を準備する段階と、
    前記フォトダイオード領域の前記透明基板の背面にカラーフィルタ層を形成する段階と、
    前記カラーフィルタ層を含む前記透明基板上のアクティブ領域に、p型不純物のドープされたポリシリコンまたはp型不純物のドープされた非晶質シリコン層からなるp型半導体層を形成する段階と、
    前記トランジスタ領域のp型半導体層上に複数個のゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する段階と、
    前記フォトダイオード領域の前記p型半導体層にn型不純物領域とp型不純物領域を形成してフォトダイオードを形成する段階と、
    前記各ゲート電極間の前記p型半導体層にn型不純物イオンを注入してソース/ドレイン領域を形成する段階と、
    備えることを特徴とするCMOSイメージセンサーの製造方法。
  25. 前記フォトダイオード領域を除く前記透明基板の背面に、ブラックマトリクス層を形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項24に記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
  26. 前記p型半導体層を形成する前に、前記カラーフィルタ層を含む透明基板の上または背面に絶縁膜を形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項24に記載のCMOSイメージセンサーの製造方法。
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