CN104380468B - 固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种固态成像装置，包括：半导体基底；光电转换元件，提供在半导体基底中；光电转换膜，设置在半导体基底的光接收表面侧；接触部分，提供在半导体基底中，光电转换膜中产生的信号电荷由该接触部分读取，所述接触部分；第一膜构件，从上覆盖光电转换元件；以及第二膜构件，提供在接触部分上。

Description

固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备
技术领域
本技术涉及固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备。
背景技术
对于背照式固态成像装置，提出了在半导体基底的表面上形成具有负固定电荷的膜，以便抑制暗电流的发生，暗电流因半导体基底在光进入的第二表面侧上的界面态(interface state)引起(例如，见专利文件1)。由于具有负固定电荷的膜引起电场，空穴累积(空穴累积)层形成在光接收部分在光接收表面侧的界面上。从界面产生的电子由这样的空穴累积层抑制。再者，当电荷(电子)从该界面产生时，电子以扩散的方式在空穴累积层中消逝，并且因此允许减少暗电流。
而且，在具有负固定电荷的该膜形成在背照式固态成像装置中、在半导体基底的第二表面侧上、在整个像素区域和整个外围电路部分上时，在外围电路侧的第一表面侧上的装置与半导体基底的第二表面侧之间产生电位差。在此情况下，意想不到的带电体从第二表面侧的半导体界面流入第一表面侧的装置，导致电路故障。从而，为了避免这样的故障，提出了在像素部分和外围电路部分中改变具有负固定电荷的膜和半导体基底之间形成的绝缘膜的厚度(例如，见专利文件2)。例如，提出了在外围电路部分中形成绝缘膜，从而从具有负固定电荷的膜到半导体层的第一表面侧的距离比像素部分长。
引用列表
专利文件
专利文件1：日本未审查专利申请公开No.2008-306154
专利文件2：日本未审查专利申请公开No.2010-226143
发明内容
如上所述，对于背照式固态成像装置，要求通过在半导体基底界面中防止暗电流的产生或意想不到带电体的产生而改善固态成像装置的成像特性。
从而，希望提供能改善成像特性的固态成像装置和电子设备。
本技术的实施例的固态成像装置包括：半导体基底；光电转换元件，提供在半导体基底中；以及光电转换膜，设置在半导体基底的光接收表面侧。此外，固态成像装置包括：接触部分，光电转换膜中产生的信号电荷被读取至该接触部分，并且该接触部分提供在半导体基底中；第一膜构件，覆盖光电转换元件；以及第二膜构件，提供在接触部分上。
而且，本技术实施例的固态成像装置包括：半导体基底；光电转换元件，提供在半导体基底中；第一膜构件，提供在光电转换元件上；以及第二膜构件，提供在半导体基底上，位于彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中。
而且，本技术实施例的电子设备包括上述固态成像装置以及构造为处理固态成像装置的输出信号的信号处理电路。
本技术实施例的固态成像装置的制造方法包括在半导体基底中形成光电转换元件和接触部分的步骤。此外，该方法包括：在半导体基底上的覆盖光电转换元件的位置形成第一膜构件的步骤；在半导体基底上的覆盖接触部分的位置形成第二膜构件的步骤；以及在半导体基底的光接收表面上形成光电转换膜的步骤。
根据本技术实施例的固态成像装置以及根据由其制造方法制造的固态成像装置，第一膜构件形成在光电转换元件上，并且第二膜构件形成在接触部分上。作为选择，第一膜构件形成在光电转换元件上，并且第二膜构件形成在像素间区域中。从而，通过在光电转换元件上以及在接触部分上或在像素间区域中选择性地形成由适合于各部分特性的材料制造的膜构件，能防止在半导体基底界面中产生暗电流。结果，能改善固态成像装置的成像特性。
根据本技术的实施例，可提供能改善成像特性的固态成像装置和电子设备。
附图说明
图1是示出第一实施例的固态成像装置构造的平面图。
图2是示出第一实施例的固态成像装置的示意性平面构造的平面图。
图3是示出第一实施例的固态成像装置构造的截面图。
图4是第一实施例的固态成像装置的制造步骤图。
图5是第一实施例的固态成像装置的制造步骤图。
图6是第一实施例的固态成像装置的制造步骤图。
图7是第一实施例的固态成像装置的制造步骤图。
图8是第一实施例的固态成像装置的制造步骤图。
图9是第一实施例的固态成像装置的制造步骤图。
图10是示出第二实施例的固态成像装置构造的截面图。
图11是示出第二实施例的修改的固态成像装置构造的截面图。
图12是示出第三实施例的固态成像装置构造的截面图。
图13是示出第四实施例的固态成像装置构造的截面图。
图14是示出第五实施例的固态成像装置构造的截面图。
图15是示出第六实施例的固态成像装置构造的截面图。
图16是示出第七实施例的固态成像装置构造的截面图。
图17是示出第八实施例的固态成像装置构造的截面图。
图18是示出第九实施例的固态成像装置构造的截面图。
图19是示出第十实施例的固态成像装置构造的截面图。
图20是示出第十一实施例的固态成像装置构造的截面图。
图21是示出电子设备构造的示意图。
具体实施方式
下面描述执行本技术的最佳模式的示例。然而，本技术方案不限于下面的以下示例。
应注意，描述以下面的顺序提供。
1.固态成像装置的概述
2.固态成像装置的第一实施例
3.第一实施例的半导体单元的制造方法
4.固态成像装置的第二实施例
5.固态成像装置的第三实施例
6.固态成像装置的第四实施例
7.固态成像装置的第五实施例
8.固态成像装置的第六实施例
9.固态成像装置的第七实施例
10.固态成像装置的第八实施例
11.固态成像装置的第九实施例
12.固态成像装置的第十实施例
13.固态成像装置的第十一实施例
14.电子设备
[1.固态成像装置的概述]
首先，在描述本技术的固态成像装置的实施例前，描述固态成像装置的概述。在包括具有负固定电荷的膜的背照式固态成像装置中，具有负固定电荷的膜形成在半导体基底的整个表面上，以便抑制发生半导体基底的界面态导致的暗电流。在该结构中，具有负固定电荷的膜不仅提供在半导体基底上形成的光电转换元件(光敏二极管PD)上，而且提供在相邻光敏二极管PD之间的分隔区域(像素间区域)上，位于其中形成外围电路的外围电路部分等上。具有这样结构的固态成像装置具有某些问题。
当折射率小于半导体基底的材料用作具有负固定电荷的膜时，抑制了入射光的反射，并且因此具有负固定电荷的膜用作抗反射膜。当低反射膜形成在光电转换元件上时，这是优选的，因为抗反射特性而提高了灵敏度。
然而，当折射率小于半导体基底的具有负固定电荷的膜不仅形成在光电转换元件上而且形成在包括像素间区域的整个像素区域中时，存在增加颜色混合的问题。具体而言，由于具有负固定电荷的膜的抗反射特性，提高了整个半导体基底的灵敏度，并且也增加了像素间区域中的半导体基底中产生的信号电荷量。此外，由于像素间区域中信号电荷的增加，增加了杂散信号电荷量，并且增加了至光电转换元件的流入量。结果，增加颜色混合。如上所述，像素之间颜色混合的增加是包括具有负固定电荷的膜的固态成像装置中的问题。
为了解决上述颜色混合的问题，例如，有效的方法是在像素间区域上形成栅格形状的金属光阻挡层。然而，因为具有负固定电荷的膜和绝缘膜等层叠在半导体基底和金属光阻挡层之间，所以从金属光阻挡层到半导体基底的距离很长。为此，不允许金属光阻挡层的光阻挡相对于从倾斜方向进入的光有效实现。如上所述，包括具有负固定电荷的膜的构造在抑制暗电流和改善灵敏度上是有效的，因为在光电转换元件中提供了抗反射特性，但是具有由像素间区域中灵敏度提高导致的颜色混合问题。
再者，已经提出了具有这样构造的固态成像装置(层叠式成像装置)，其中光电转换材料提供在半导体基底之外。在具有这样构造的固态成像装置中，在半导体基底的第二侧表面侧的表面上形成接触部分，光电转换材料中已经经受光电转换的电荷传输至该接触部分。光电转换材料中已经经受光电转换的电荷通过该接触部分被读取至半导体基底的电路形成表面。接触部分希望由抑制暗电流的高浓度杂质区域构造。还是在具有该构造的固态成像装置中，为了抑制半导体基底的表面上的暗电流，半导体表面上层叠具有负固定电荷的膜的技术是有效的。
在层叠式成像装置中，在接触部分周围形成导电类型与接触部分相反的阱。此外，耗尽层形成在接触部分和阱之间。该耗尽层从半导体基底中接触部分和阱的界面延伸到半导体基底的表面，半导体基底的表面具有很多带电体发生源，例如界面态。
为此，当具有负固定电荷的膜形成在上述成像装置的接触部分上时，接触部分周围形成耗尽层扩展到接触部分侧。替代地，该耗尽层的电场强度增加。而且，通过在半导体基底的表面上提供具有负固定电荷的膜，耗尽层形成在接触部分和空穴累积层之间，空穴累积层形成在半导体基底界面中。从而，增加了接触部分中的暗电流。如上所述，第二个问题是暗电流的增加。
在本技术的实施例中，提出了一种构造，其在包括具有负固定电荷的膜的固态成像装置中，能实现光电转换元件中抑制暗电流和改善灵敏度二者，并且抑制像素间区域中的颜色混合。此外，提出了一种构造，固态成像装置具有其中光电转换材料提供在半导体基底之外的构造，在固态成像装置中，能实现抑制在半导体基底界面中由于具有负固定电荷的膜引起的暗电流和抑制接触部分中的暗电流二者。采用该构造构成成像特性较好的固态成像装置，该构造能实现抑制半导体基底界面中的暗电流和抑制接触部分中的暗电流二者，并且抑制像素间区域中的颜色混合或者抑制接触部分中的暗电流。
[2.固态成像装置的第一实施例]
[固态成像装置的示意性构造]
提供对应用本技术的固态成像装置的实施例的描述。
图1示出了CMOS型固态成像装置1的示意性构造，作为应用本技术的固态成像装置的示例。图1的构造是下面描述的根据各实施例的固态成像装置公用的构造。此外，在下面的实施例中，提供对所谓的背照式CMOS型固态成像装置的描述，其中半导体基底的电路形成表面(前表面)侧的相反(后表面)侧用作光进入表面。
[固态成像装置的通常构造]
图1是示出根据第一实施例的CMOS型固态成像装置1整体的示意性构造图。本实施例示例的固态成像装置1构造为包括像素区域3、垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7、控制电路8等。像素区域3由设置在半导体基底11上的多个像素2构成。
像素2由作为光电转换元件的光敏二极管和多个像素晶体管构成。多个像素2在半导体基底11上规则地布置成二维阵列。构成像素2的像素晶体管可为四个像素晶体管，由转移晶体管、复位晶体管、选择晶体管和放大晶体管构成，或者可为从其排除选择晶体管的三个晶体管。
像素区域3由规则地布置成二维阵列的多个像素2构成。像素区域3由有效像素区域和黑色参考像素区域(未示出)构成。有效像素区域放大其上实际光接收和光电转换产生的信号电荷且读取放大的电荷到列信号处理电路5。黑色参考像素区域用于输出光学黑色，用作黑色水平的参考。黑色参考像素区域典型地形成在有效像素区域的外周边部分中。
控制电路8根据垂直同步信号、水平同步信号和主时钟产生时钟信号、控制信号等，它们用作垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等的操作参考。此外，控制电路8产生的时钟信号、控制信号等输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等。
垂直驱动电路4例如可由位移寄存器构成，并且在垂直方向上以行为单位选择性地且顺序地扫描像素区域3中的各像素2。此外，垂直驱动电路4通过垂直信号线9提供基于信号电荷的像素信号到列信号处理电路5，信号电荷根据每个像素2中光敏二极管中的光接收量产生。
列信号处理电路5例如可布置为用于像素2的每个列。列信号处理电路5可响应于来自黑色参考像素区域(未示出，但形成在有效像素区域周围)的信号，为每个像素列在对应于一行的从像素2输出的信号上执行信号处理，例如噪声去除和信号放大。水平选择开关(未示出)布置在列信号处理电路5的输出段和水平信号线10之间。
水平驱动电路6例如可由位移寄存器构成。水平驱动电路6顺序输出水平扫描脉冲以顺序选择各列信号处理电路5，并且允许像素信号从各列信号处理电路5输出到水平信号线10。输出电路7在信号上执行信号处理且输出已处理的信号，该信号从各列信号处理电路5通过水平信号线10顺序提供。
[固态成像装置的主要部分的构造(平面图)]
图2示出了固态成像装置的单元像素2中的示意性平面构造。单元像素2由光电转换区域和电荷读取部分构成。在光电转换区域中，第一至第三光电转换元件层叠成三层，其每一个在具有红(R)、绿(G)或蓝(B)的波长的光上执行光电转换。电荷读取部分对应于光电转换元件的每一个。在本实施例的示例中，光电转换区域由形成在半导体基底中的第一光电转换元件和第二光电转换元件以及形成在半导体基底的光接收表面上的第三光电转换元件(光电转换膜)构成。而且，光电转换区域提供有连接到第一光电转换元件的杂质扩散区域13、连接到第二光电转换元件的杂质扩散区域12以及连接到第三光电转换元件(光电转换膜)的杂质扩散区域14。电荷读取部分由分别对应于第一至第三光电转换元件的第一至第三像素晶体管TrA、TrB和TrC构成。在固态成像装置1中，光在单元像素2的垂直方向上分开。
第一至第三像素晶体管TrA、TrB和TrC形成在光电转换区域的外围，并且每一个由四个MOS型晶体管构成。第一像素晶体管TrA由第一转移晶体管Tr1、复位晶体管Tr4、放大晶体管Tr5和选择晶体管Tr6构成，输出作为像素信号的信号电荷，信号电荷产生且累积在稍后描述的第一光电转换元件中。第二像素晶体管TrB由第二转移晶体管Tr2、复位晶体管Tr7、放大晶体管Tr8和选择晶体管Tr9构成，输出作为像素信号的信号电荷，信号电荷产生且累积在稍后描述的第二光电转换元件中。第三像素晶体管TrC由第三转移晶体管Tr3、复位晶体管Tr10、放大晶体管Tr11和选择晶体管Tr12构成，输出作为像素信号的信号电荷，信号电荷产生且累积在稍后描述的第三光电转换元件(光电转换膜)中。
第一转移晶体管Tr1由浮置扩散部分FD1和转移栅极电极15构成。浮置扩散部分FD1邻近杂质扩散区域13且形成在半导体基底的前表面(第一表面)侧。转移栅极电极15形成在半导体基底11上，其间具有栅极绝缘膜。第二转移晶体管Tr2由浮置扩散部分FD2和转移栅极电极16构成。浮置扩散部分FD2邻近杂质扩散区域12且形成在半导体基底的前表面(第一表面)侧。转移栅极电极16形成在半导体基底11上，其间具有栅极绝缘膜。第三转移晶体管Tr3由浮置扩散部分FD3和转移栅极电极17构成。浮置扩散部分FD3邻近杂质扩散区域14且形成在半导体基底的前表面(第一表面)侧。转移栅极电极17形成在半导体基底11上，其间具有栅极绝缘膜。
而且，在背照式固态成像装置中，半导体基底11的前表面(电路形成表面)侧提供有复位晶体管Tr4、Tr7和Tr10、放大晶体管Tr5、Tr8和Tr11以及选择晶体管Tr6、Tr9和Tr12。复位晶体管Tr4、Tr7和Tr10的每一个由源-漏区域23和24以及栅极电极20构成。放大晶体管Tr5、Tr8和Tr11的每一个由源-漏区域24和25以及栅极电极21构成。选择晶体管Tr6、Tr9和Tr12的每一个由源-漏区域25和26以及栅极电极22构成。
而且，在这些像素晶体管TrA、TrB和TrC的每一个中，浮置扩散部分FD1、FD2和FD3的每一个连接到对应于复位晶体管Tr4、Tr7或Tr10的一个源-漏区域23。此外，浮置扩散部分FD1、FD2和FD3分别连接到对应放大晶体管Tr5、Tr8和Tr11的栅极电极21。此外，复位晶体管Tr4、Tr7和Tr10与放大晶体管Tr5、Tr8和Tr11之间共享的源-漏区域24连接到电源电压线Vdd。此外，选择晶体管Tr6、Tr9和Tr12的每一个的一个源-漏区域26连接到选择信号线VSL。
[固态成像装置的像素部分的构造]
图3示出了图2所示的光电转换区域的示意性构造。图3是固态成像装置的光电转换区域中主要部分的截面构造。在图3中，仅示出了第一至第三像素晶体管TrA、TrB和TrC中的第一至第三转移晶体管Tr1、Tr2和Tr3，而省略了其它像素晶体管的图示。本实施例的固态成像装置是背照式固态成像装置，其中光从半导体基底11的与其上形成像素晶体管的前表面(第一表面)侧相反的后表面(第二表面)侧进入。在图4中，图的上侧设定为光接收表面侧，并且下侧设定为其上形成像素晶体管、诸如逻辑电路的外围电路等的电路形成表面。
图3所示的固态成像装置包括作为单元像素2的区域，其中形成上述的第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2以及光电转换膜32和垂直传输通道40。此外，像素间区域30包括在相邻单元像素2之间的区域中。
图3所示的固态成像装置包括在半导体基底1中的第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2，用作第一和第二光电转换元件。此外，图3所示的固态成像装置包括在半导体基底11的第二表面侧的光电转换膜32，其用作第三光电转换元件。第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2层叠在半导体基底11中的光入射方向上，并且光电转换膜32层叠在第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2上。
这样，本示例的固态成像装置具有这样的构造，其中光电转换膜32、第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2层叠在光入射方向上。此外，层叠的光电转换膜32、第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2构成一个单元像素2。
第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2形成在半导体基底11的阱区(p-阱)44中。半导体基底11可由硅等构造，并且为第二导电类型(本示例中为n型)。阱区44由第一导电类型(本示例中为p型)的半导体区域构成。第一光敏二极管PD1包括n型半导体区域45，其形成在半导体基底11的用作光接收表面的后表面(第二表面)侧，并且由第二导电类型(本示例中为n型)的杂质构成。第二光敏二极管PD2由n型半导体区域46构成，形成在半导体基底11的前表面(第一表面)侧。此外，具有高浓度的用作空穴累积层的p型半导体区域(省略了其图示)形成在n型半导体区域46的前表面(第一表面)侧的半导体基底11的界面中。
而且，转移栅极电极15和浮置扩散部分FD1形成为邻近第一光敏二极管PD1以构成第一转移晶体管Tr1。转移栅极电极15以其间的栅极绝缘膜形成在沟槽中，该沟槽形成为从半导体基底11的第一表面侧到n型半导体区域45附近。浮置扩散部分FD1形成在半导体基底11的第一表面侧。电荷由转移栅极电极15转移到半导体基底11的前表面上的浮置扩散部分FD1。
浮置扩散部分FD2和转移栅极电极16形成为邻近第二光敏二极管PD2以构成第二转移晶体管Tr2。转移栅极电极16形成在半导体基底11的前表面上，其间具有栅极绝缘膜。此外，浮置扩散部分FD2形成在半导体基底11的前表面上，浮置扩散部分FD2和第二光敏二极管PD2之间具有转移栅极电极16。
光电转换膜32形成在半导体基底11的后表面(第二表面)侧的第二膜构件36上。此外，顶电极33和底电极31形成在光电转换膜32的上表面和下表面二者上。顶电极33和底电极31由光学透射材料构造。再者，平坦层38形成在顶电极33上。此外，芯片上透镜39形成在平坦层38上。
第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2根据吸收系数差对具有不同波长的光执行光电转换。第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2中产生的电荷累积在那些区域中，并且然后由读取电路输出到外面。形成在远离光接收表面的区域中的第二光敏二极管PD2用作光电转换元件，其对具有红波长的光执行光电转换。形成在光接收表面侧的第一光敏二极管PD1用作光电转换元件，其对具有蓝波长的光执行光电转换。此外，布置在半导体基底11的后表面上的光电转换膜32用作光电转换元件，其对具有绿波长的光执行光电转换。
在用作对具有绿波长的光执行光电转换的光电转换元件时，光电转换膜32例如可由有机光电转换材料构造，有机光电转换材料包括若丹明基颜料、部花青基颜料、喹吖(二)酮或类似物。此外，顶电极33和底电极31由光学透射材料构造，并且例如可由透明导电膜构造，例如铟锡氧化物(ITO)膜或铟锌氧化物膜。
应注意，光电转换膜32可由对具有蓝或红波长的光执行光电转换的材料构造，并且第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2可构造为对应于其它的波长。例如，当蓝光在光电转换膜32中被吸收时，形成在半导体基底11的光接收表面侧的第一光敏二极管PD1可设定为对绿光执行光电转换的光电转换元件。此外，第二光敏二极管PD2可设定为对红光执行光电转换的光电转换元件。作为选择，当红光在光电转换膜32中被吸收时，形成在半导体基底11的光接收表面侧的第一光敏二极管PD1可设定为对蓝光执行光电转换的光电转换元件。此外，第二光敏二极管PD2可设定为对绿光执行光电转换的光电转换元件。对蓝光执行光电转换的光电转换膜例如可由有机光电转换材料构造，该有机光电转换材料包括香豆酸颜料(coumaric acid pigment)、三-8-羟基喹啉铝(Alq3)、部花青基颜料或类似物。此外，对红光执行光电转换的光电转换膜可由包括酞菁染料基颜料的有机光电转换材料构造。
在本示例的固态成像装置中，在半导体基底11中经受光电转换的光设定为具有蓝波长和红波长。此外，在光电转换膜32中经受光电转换的光设定为具有绿波长。在这样的构造中，绿波长是光电转换膜32中的中间波长，通过接收绿波长，能改善第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2之间的光谱特性。
穿过第二膜构件36的接触塞34连接到光电转换膜32的半导体基底11侧形成的底电极31。接触塞34连接到垂直传输通道40，垂直传输通道40形成为从半导体基底11的第一表面侧到第二表面侧。
垂直传输通道40由接触部分41、势垒部分42和电荷累积部分43构成，它们形成在半导体基底11的从第二表面侧到第一表面侧的垂直方向上。接触部分41由形成在半导体基底11的第二表面侧的高浓度n型杂质区域构造。接触部分41构造为与接触塞34建立欧姆接触。势垒部分42由低浓度p型杂质区域构造，并且用作接触部分41和电荷累积部分43之间的势垒。电荷累积部分43是累积从光电转换膜32转移的信号电荷的区域，并且由浓度低于接触部分41的n型杂质区域构造。此外，高浓度p型杂质区域(省略其图示)形成在半导体基底11的最上表面上，并且因此抑制半导体基底11的界面中产生暗电流。
浮置扩散部分FD3和转移栅极电极17形成为邻近垂直传输通道40以构成第三转移晶体管Tr3。转移栅极电极17形成在半导体基底11的前表面上，其间具有栅极绝缘膜。此外，浮置扩散部分FD3形成在半导体基底11的前表面上，垂直传输通道40和浮置扩散部分FD3之间具有转移栅极电极17。
层间绝缘层37形成在半导体基底11的第一表面上。层间绝缘层37形成为覆盖半导体基底11上形成的转移栅极电极15、16和17、其它栅极电极等。而且，连接到栅极电极、浮置扩散部分等的诸如塞子和配线的导电层形成在层间绝缘层37内。
[第一膜构件和第二膜构件]
第一膜构件51和第二膜构件36形成在半导体基底11的第二表面侧和光电转换膜32之间。第一膜构件51仅形成在其中形成第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2的区域上。此外，第二膜构件36形成为覆盖第一膜构件覆盖区域之外的区域，并且覆盖第一膜构件51上的区域。此外，底电极31和接触塞34形成在第二膜构件36内。此外，在第二膜构件36中，光阻挡层35形成在像素间区域30中。
第一膜构件51可优选由具有负固定电荷的膜构成。具有负固定电荷的膜的示例可包括氧化铪、氧化铝、氧化锆、氧化钽和氧化钛。而且，作为上述材料之外的材料，也可由下面的材料形成具有负固定电荷的膜：氧化镧、氧化镨、氧化铈、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇、氮化铝膜、氧氮化铪膜、氧氮化铝膜或类似物。而且，可层叠具有负固定电荷的两个或更多个膜。而且，具有负固定电荷的膜可在膜中在不降低绝缘性的范围中加硅(Si)或氮(N)。其浓度可在不降低膜绝缘性的范围内适当决定。通过如此加入硅(Si)或(N)，能提高膜的耐热性、在制造步骤期间对离子注入的阻止能力(prevention ability)等。
通过在第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2上提供具有负固定电荷的膜，空穴累积(空穴累积)层形成在第一光敏二极管PD1的界面中。由于该空穴累积层，抑制了从该界面产生电子，此外，所产生的电子在空穴累积层中消亡(demise)。结果，能在固态成像装置抑制暗电流。
而且，当折射率小于半导体基底11的材料用作具有负固定电荷的膜时，具有负固定电荷的膜用作抗反射膜。从而，当作为低反射膜的具有负固定电荷的膜形成在第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2上时，改善了固态成像装置的灵敏度。
第二膜构件36可由与上述第一膜构件51不同的材料形成。第二膜构件36可由用作典型半导体单元中的层间绝缘膜的材料制造。例如，第二膜构件36例如可由硅的氧化物膜、氮化物膜或氧氮化物膜等构造。
第二膜构件36形成在像素间区域30中的半导体基底11上。为此，在采用折射率小于半导体基底11的材料时，增加了半导体基底11的像素间区域30上的光入射量，并且增加了像素间区域30中产生的信号电荷量。这可能是像素间颜色混合的原因。从而，作为第二膜构件36，折射率高于第一膜构件51的材料可优选采用。而且，第二膜构件36可优选由折射率高于半导体基底11的材料制造。
而且，第二膜构件36还形成在接触部分41上。耗尽层形成在接触部分41与接触部分41周围的p阱44的界面中。耗尽层还形成在半导体基底11的第二表面的表面上。从而，当由具有负固定电荷的膜构成的第一膜构件形成在接触部分41和p阱44的界面中的耗尽层上时，由具有负固定电荷的膜引起的电场增强了p阱44的p型。换言之，与不形成具有负固定电荷的膜的情况相比增强了耗尽层。而且，耗尽层从p阱44在接触部分41侧上的方向上扩展。结果，从耗尽层流到接触部分41的暗电流量增加。
从而，作为形成在接触部分41上的第二膜构件36，采用负固定电荷量小于第一膜构件的材料。通过采用具有小负固定电荷量的材料，允许接触部分41的界面中耗尽层的增强和扩展被第二膜构件36抑制。特别是，可优选采用在由硅制造的半导体基底11之间几乎不可能产生界面态的材料，例如，作为与硅等反应的结果形成的氧化物膜。由于这样的构造，能抑制接触部分41中的暗电流。应注意，第二膜构件36除了可优选形成在接触部分41上的区域外，也可优选形成在其中耗尽层扩展在接触部分41和p阱44的界面中的区域上。通过不在耗尽层上形成由具有负固定电荷的膜构成的第一膜构件51，能进一步抑制暗电流。
如图3所示，当相同的第二膜构件36形成在像素间区域30中以及在接触部分41上时，第二膜构件36可优选如上所述由能在像素间区域30中抑制颜色混合且在接触部分41中抑制暗电流的材料构造。换言之，作为第二膜构件36，可优选采用与第一膜构件51相比折射率高且负固定电荷量小的材料。
如上所述，在本示例的固态成像装置中，由具有负固定电荷的膜构成的第一膜构件仅选择性地形成在光敏二极管PD上。此外，由与第一膜构件不同的材料制造的第二膜构件形成在不包括光敏二极管PD上区域的区域中。由于这样的构造，能由具有负固定电荷的膜而在光敏二极管PD中抑制暗电流。而且，能防止由具有负固定电荷的膜而在光敏二极管PD之外的区域引起的不合适功能。
特别是，当折射率高于第一膜构件和半导体基底的材料用作具有上述构造的第二膜构件时，能抑制像素间区域中光电转换引起的颜色混合。而且，当负固定电荷弱于第一膜构件的材料用作具有上述构造的第二膜构件时，能抑制接触部分中的暗电流。
应注意，由具有负固定电荷的膜构成的第一膜构件可呈现或不出现在具有上述构造的固态成像装置中邻近像素区域提供的外围电路区域中。然而，考虑到具有负固定电荷的膜的功能，在外围电路上，其中第一膜构件不提供在像素间区域中的构造是优选的。
而且，在上述实施例中，提供为第三光电转换元件的光电转换膜32可由电荷保持部分构成，电荷保持部分如同电容器能保持电子。在上述本实施例和稍后描述的各实施例中，所描述的本技术的示例是指光电转换膜32提供在第三光电转换元件中的构造。然而，通过对该光电转换元件取代电荷保持部分，可采用提供有电荷保持部分的构造。
[3.第一实施例的半导体单元的制造方法]
接下来，提供对上述第一实施例的固态成像装置的制造方法的描述。图4至9是第一实施例的固态成像装置的制造步骤图，尤其是示出在形成有光电转换元件的区域中的制造步骤的示意图。
首先，如图4所示，p阱44形成在半导体基底11的预定位置。此外，构成垂直传输通道40的接触部分41和电荷累积部分43形成在p阱44中的预定位置。此外，构成第一光敏二极管PD1的n型半导体区域和构成第二光敏二极管PD2的n型半导体区域在形成垂直传输通道40的相同步骤中形成。作为半导体基底，例如，可采用SOI(绝缘体上硅)基板等。再者，转移栅极电极15、16和17形成在半导体基底11的第一表面侧，其间具有未示出的栅极绝缘膜。此外，形成浮置扩散部分FD1、FD2和FD3。在离子注入后，执行退火工艺。用于离子注入的区域考虑退火工艺引起扩散进行设计。离子注入可执行为分成多次。此外，层间绝缘层37形成在半导体基底11的前表面上。其后，未示出的支撑基板或另一个半导体基底等可连接在半导体基底11的第一表面侧，并且垂直翻转所形成物。此外，半导体基底11与氧化层分开以暴露第二表面侧。图4所示半导体基底11中构造的每一个可通过典型CMOS工艺中所用的技术形成，例如已为公众所知的离子注入或CVD。
接下来，如图5所示，第一膜构件51形成在半导体基底11的第二表面侧。第一膜构件51形成在半导体基底11的第二表面侧的整个表面上。作为第一膜构件51，采用上述具有负固定电荷的膜。第一膜构件51可为单层，或者可为多个层的叠层。此外，如图6所示，光致抗蚀剂52形成在如图6所示的第一膜构件51上。此外，通过曝光和显影的光刻步骤去除其中形成光敏二极管PD区域之外的区域中的光致抗蚀剂。此外，从光致抗蚀剂52暴露的第一膜构件51通过干蚀刻或湿蚀刻去除。第一膜构件51因此图案化为如图7所示。
接下来，如图8所示，第二膜构件36形成为覆盖第一膜构件51和半导体基底11的第二表面侧。作为第二膜构件36，例如，可通过HDP-CVD法等形成绝缘层。此外，光阻挡层35形成在第二膜构件36上。光阻挡层35形成在像素间区域中。此外，连接到接触部分41的接触塞34形成在第二膜构件36中。对于接触塞34，通过在第二膜构件36中的预定位置开口而形成接触孔。此外，屏蔽金属膜形成在接触孔的侧壁和底表面上，并且金属材料填充其中以形成接触塞34。接触塞34例如可由作为屏蔽金属膜的钛(Ti)和氮化钛(TiN)以及作为填充金属材料的钨(W)的层叠膜构成，以便实现与接触部分41欧姆接触。
而且，如图9所示，在层叠第二膜构件36后，形成连接到接触塞34的底电极31。作为为底电极31的透明电极，例如，可采用通过溅射法形成的厚度约为100nm的ITO膜。此外，第二膜构件36层叠为覆盖底电极31，暴露底电极31的开口部分形成在该第二膜构件36中。此外，光电转换膜32形成为覆盖开口部分。其后，顶电极33形成在光电转换膜32的上部的整个表面上。与底电极31一样，例如，通过溅射法形成的厚度为约100nm的ITO膜也可用作顶电极33。其后，平坦层38和芯片上透镜39形成在顶电极33的上部上。第一实施例的固态成像装置允许通过上述步骤制造。
应注意，在图案化第一膜构件51的步骤中，可在第一膜构件51上执行采用氧化物膜或氮化物膜等的硬掩模法，而不是光致抗蚀剂。例如，氧化物膜或氮化硅膜等可沉积在第一膜构件51上，并且通过光刻和蚀刻形成硬掩模的图案。此外，第一膜构件51可通过利用该硬掩模蚀刻第一膜构件51而图案化。而且，也允许通过结合上述实施例的制造方法和制造半导体单元的公知方法来制造下述各实施例的固态成像装置。
[4.固态成像装置的第二实施例]
接下来，描述固态成像装置的第二实施例。图10示出了第二实施例的固态成像装置的光电转换区域中的主要部分的截面构造。应注意，在第二实施例中，与上述第一实施例中类似的构造用相同的附图标记表示，并且省略其描述。
图10所示的固态成像装置包括形成在半导体基底11内且用作光电转换元件的第一光敏二极管PD1，以及包括第一光敏二极管PD1的第一转移晶体管Tr1。第一光敏二极管PD1由n型半导体区域45构成，n型半导体区域45由半导体基底11中形成的第二导电类型(本示例中为n型)杂质制作。n型半导体区域45形成在由硅等制作的第二导电类型(本示例中为n型)半导体基底11的阱区(p阱)44中。阱区44由第一导电类型(本示例中为p型)半导体区域构成。
转移栅极电极53形成在半导体基底11上且邻近第一光敏二极管PD1。此外，邻近转移栅极电极53的浮置扩散部分FD1形成在半导体基底11的前表面上，位于面对第一光敏二极管PD1的位置。这样，转移栅极电极53和浮置扩散部分FD1在半导体基底11的第一表面侧形成为邻近第一光敏二极管PD1以构成第一转移晶体管Tr1。而且，层间绝缘层37形成在半导体基底11的前表面上以覆盖转移栅极电极53等。
而且，第一膜构件51和第二膜构件36形成在半导体基底11的后表面上。第一膜构件51形成在其中形成第一光敏二极管PD1的部分中。此外，第二膜构件36形成为覆盖第一膜构件51的区域以及半导体基底11的第二表面上的其中没有形成第一膜构件51的区域。
而且，光阻挡层35形成在第二膜构件36中的像素间区域30中。此外，对应于第一光敏二极管PD1的彩色滤光片56形成在第二膜构件36和光阻挡层35上，其间具有平坦层55。而且，对应于第一光敏二极管PD1的芯片上透镜39形成在彩色滤光片56上，其间具有平坦层38。
与上述第一实施例一样，第一膜构件51由具有负固定电荷的膜构成。作为具有负固定电荷的膜，可采用上述材料。此外，平坦层38和55以及芯片上透镜39与上述第一实施例具有类似的构造。与已经公知的固态成像装置类似的彩色滤光片可用作彩色滤光片56。
如图10所示，第二膜构件36形成在像素间区域30上。此外，第二膜构件36优选覆盖半导体基底11的后表面，也在像素区域周围形成的外围电路区域中。因为形成在像素间区域30上，第二膜构件36可优选由折射率高于第一膜构件51的材料制造。此外，第二膜构件36可优选由折射率高于半导体基底11的材料制造。此外，当第二膜构件36形成在半导体基底11的后表面上也在外围电路区域中时，第二膜构件36可优选由负固定电荷量小于第一膜构件51的材料制造。
在本实施例中，如图10所示，其中第一膜构件51形成在光敏二极管PD上且其它区域覆盖有第二膜构件36的构造允许也用在其中光敏二极管PD单个形成在单元像素2中的构造。还是在该构造中，由于由具有负固定电荷的膜构成的第一膜构件51，能抑制光敏二极管PD上的暗电流。此外，通过选择性地仅在光敏二极管PD上地形成第一膜构件51，以及在像素间区域30中形成折射率高于第一膜构件51的第二膜构件36，能抑制颜色混合。
[修改]
接下来，描述第二实施例的修改。图11示出了第二实施例的固态成像装置的修改构造。在修改中，半导体基底11中形成的光敏二极管PD的构造与上述第二实施例的不同。
图11所示的固态成像装置包括第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2，用作半导体基底11中的第一和第二光电转换元件。第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2层叠在半导体基底11中的光入射方向上。
转移栅极电极15和浮置扩散部分FD1形成为邻近第一光敏二极管PD1以构成第一转移晶体管Tr1。转移栅极电极15形成在沟槽中，该沟槽形成为从半导体基底11的第一表面侧到第一光敏二极管PD1的区域，其间具有栅极绝缘膜。浮置扩散部分FD1形成在半导体基底11的第一表面侧。
而且，浮置扩散部分FD2和转移栅极电极16形成为邻近第二光敏二极管PD2以构成第二转移晶体管Tr2。转移栅极电极16形成在半导体基底11的前表面上，其间具有栅极绝缘膜。此外，浮置扩散部分FD2形成在半导体基底11的前表面上，第二光敏二极管PD2和浮置扩散部分FD2之间具有转移栅极电极16。
层间绝缘层37形成在半导体基底11的前表面上以覆盖转移栅极电极17等。此外，第一膜构件51和第二膜构件36形成在半导体基底11的后表面上。第一膜构件51仅形成在其中形成第一光敏二极管PD1的区域上。此外，第二膜构件36形成为覆盖第一膜构件51上的区域和半导体基底11的第二表面上的其中不形成第一膜构件51的区域。
而且，光阻挡层35形成在第二膜构件36的像素间区域30中。此外，对应于第一光敏二极管PD1的彩色滤光片56形成在第二膜构件36和光阻挡层35上，其间具有平坦层55。而且，对应于第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2的芯片上透镜39形成在彩色滤光片56上，其间具有平坦层38。
如图11所示，与第二实施例一样，本技术也可应用于具有其中层叠光敏二极管PD构造的固态成像装置。而且，与第二实施例一样，本技术也可应用于具有其中光敏二极管PD以三层形成在半导体基底中的构造的固态成像装置。通过地利用第一膜构件在光敏二极管PD上选择性形成第一膜构件和第二膜构件允许与第二实施例类似的效果也实现在这些构造中。
[5.固态成像装置的第三实施例]
接下来，描述固态成像装置的第三实施例。应注意，下面描述的第三实施例具有与上面描述的第一实施例类似的构造，除了半导体基底11的后表面上的膜构件的构造外。从而，在第三实施例的下面的描述中，与第一实施例类似的构造用相同的附图标记表示，并且省略其描述。
[膜构件]
第三实施例的固态成像装置的构造示出在图12中。在图12所示的固态成像装置中，第一膜构件51、第二膜构件36和第三膜构件57形成在半导体基底11的后表面上。第一膜构件51仅形成在其中形成第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2的区域上。此外，第三膜构件57形成在第一膜构件51上。第三膜构件57形成在第一膜构件51的整个表面上，而不形成在第一膜构件51之外的区域中。
而且，第二膜构件36形成为覆盖第一膜构件51和第三膜构件57覆盖区域之外的区域以及第三膜构件57上的区域。而且，底电极31、接触塞34和光阻挡层35形成在第二膜构件36内。
第一膜构件51和第三膜构件57的每一个可优选由具有负固定电荷的膜构成。具有负固定电荷的膜可由上面第一实施例描述的材料制造。第一膜构件51和第三膜构件57可由相同的材料构造，或者可由不同的材料构造。第一膜构件51和第三膜构件57可优选具有负固定电荷量不同的构造。而且，第二膜构件36可优选由与上述第一实施例中类似的材料制造。
如图12所示，在其中形成光敏二极管PD的区域中，可采用这样的构造，其中层叠第一膜构件51和第三膜构件57，它们中的每一个由具有负固定电荷的膜构成。通过形成具有负固定电荷的多层膜，施加到半导体基底11的电场变为多个形成膜的电场总和。从而，通过调整第一膜构件51和第三膜构件57中的每一个的材料、厚度、形成方法等能控制施加到半导体基底11的电场强度。通过采用这样的构造，与单独形成具有负固定电荷的膜的情况相比，变得更容易控制施加到半导体基底11的电场。而且，改善了膜构件构造的选择自由度，这也使得能改善半导体基底的产率。
[6.固态成像装置的第四实施例]
接下来，描述了固态成像装置的第四实施例。应注意，下面描述的第四实施例与上面描述第一实施例具有类似的构造，除了半导体基底11的后表面上的膜构件构造外。从而，在第四实施例的下面的描述中，与第一实施例类似的构造用相同的附图标记表示，并且省略其描述。
[膜构件]
第四实施例的固态成像装置的构造示出在图13中。在图13所示的固态成像装置中，第一膜构件61、第二膜构件62和第三膜构件63形成在半导体基底11的后表面上。第一膜构件61形成在其中形成第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2的区域上以及像素间区域30上。此外，第二膜构件62连续地形成在第一膜构件61上和接触部分41上。而且，第三膜构件63形成为覆盖第二膜构件62。
第一膜构件61可优选由具有负固定电荷的膜构成。具有负固定电荷的膜可由上面第一实施例中描述的材料制造。此外，典型地用作半导体单元中配线层的层间绝缘膜的材料可应用于第三膜构件63。此外，底电极31、接触塞34和光阻挡层35形成在第三膜构件63内。接触塞34通过接触部分41上的第二膜构件62，并且连接到接触部分41。
第二膜构件62直接形成在半导体基底11上，位于接触部分41上的区域中。其中第二膜构件62形成在半导体基底11上的区域范围至少等于或大于其中耗尽层形成在接触部分41和接触部分41周围的p阱44的界面中的范围。而且，第二膜构件62可优选由具有负固定电荷的膜构造。具有负固定电荷的膜可由上面第一实施例中描述的材料制造。然而，第二膜构件62可优选由负固定电荷量小于第一膜构件61的材料制造。
在具有图13所示构造的半导体单元中，由于半导体基底11表面的界面态，暗电流也可产生在接触部分41中。从而，通过形成具有负固定电荷的膜，能抑制来自半导体基底11表面的暗电流。然而，当负固定电荷量很大时，因此影响接触部分41和p阱44的界面中的耗尽层，并且增加暗电流。为此，考虑到来自半导体基底11表面的暗电流的抑制量以及来自接触部分41和p阱44的界面中的耗尽层的暗电流的增加量，能总体上抑制暗电流的材料可优选用作第二膜构件62。
应注意，在本示例中，描述其中第一膜构件61和第二膜构件62形成在像素间区域30中的构造。然而，在像素间区域30中，考虑要形成的膜构件的折射率，允许适当选择膜构件的构造。例如，当像素间区域30中产生的电荷导致的颜色混合问题不发生或者以可忽略的程度发生时，第一膜构件61和第二膜构件62可像本示例一样形成在像素间区域30上。而且，在考虑颜色混合发生时，具有优选折射率的膜可适当选自像素间区域30中要形成的第一至第三膜构件61、62和63。
[7.固态成像装置的第五实施例]
接下来，描述固态成像装置的第五实施例。应注意，下面描述的第五实施例与上面描述的第一实施例具有类似的构造，除了半导体基底11的后表面上的膜构件构造外。从而，在下面第五实施例的描述中，与第一实施例类似的构造用相同的附图标记表示，并且省略其描述。
[膜构件]
第五实施例的固态成像装置的构造示出在图14中。在图14所示的固态成像装置中，第一膜构件64、第二膜构件65、第三膜构件66和第四膜构件67形成在半导体基底11的后表面上。第一膜构件64仅形成在其中形成第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2的区域上。第二膜构件65形成为覆盖接触部分41上的区域以及耗尽层上的区域，耗尽层延伸在接触部分41周围与p阱44的界面中。第三膜构件66形成在半导体基底11上的像素间区域30中。此外，第四膜构件67形成为覆盖第一至第三膜构件64、65和66上的区域。
第一膜构件64可优选由具有负固定电荷的膜构成。具有负固定电荷的膜可由上面第一实施例中描述的材料制造。此外，典型用作半导体单元中配线层的层间绝缘膜的材料可用作第四膜构件67。此外，底电极31、接触塞34和光阻挡层35形成在第四膜构件67内。接触塞34通过接触部分41上的第二膜构件65，并且连接到接触部分41。
与第四实施例一样，第二膜构件65可优选由具有负固定电荷的膜构成。然而，第二膜构件65可优选由负固定电荷量小于第一膜构件64的材料制造。通过为第二膜构件65选择这样具有负固定电荷的膜，能抑制接触部分41中的暗电流。第三膜构件66可与第一膜构件64一样优选由具有负固定电荷的膜构成。通过提供负固定电荷，抑制了来自半导体基底11表面的暗电流。
而且，第三膜构件66的折射率高于第一膜构件64，抑制在像素间区域30中产生电荷，并且使得能抑制颜色混合。例如，当半导体基底11由硅制造且构成配线层的第四膜构件67由SiO2制造时，通过使第一膜构件64的折射率在Si和SiO2之间，使因第一膜构件64引起的抗反射特性有效。此外，通过使第三膜构件66的取向比(tropism rate)类似于或高于SiO2，增加了第三膜构件66中的反射成分。从而，抑制了在像素间区域30中产生电荷，这使得能抑制颜色混合。
如上所述，由不同材料制造的具有负固定电荷的膜可形成在光敏二极管PD、像素间区域和接触部分上的各区域中。通过在所有的区域中形成具有负固定电荷的膜，能抑制来自半导体基底11表面的暗电流。而且，通过为每个区域选择材料、厚度、形成方法等，从而优化膜构件的负固定电荷量、折射率等，实现了暗电流抑制、颜色混合抑制等。
[8.固态成像装置的第六实施例]
接下来，描述固态成像装置的第六实施例。应注意，下面描述的第六实施例与上面描述的第一实施例具有类似的构造，除了半导体基底11的后表面上的膜构件的构造外。从而，在下面的第六实施例的描述中，与第一实施例类似的构造用相同的附图标记表示，并且省略其描述。
[膜构件]
第六实施例的固态成像装置的构造示出在图15中。在图15所示的固态成像装置中，第一膜构件68、第二膜构件69和第三膜构件71形成在半导体基底11的后表面上。第二膜构件69形成在其中耗尽层形成在接触部分41和接触部分41周围的p阱44的界面中的区域上。此外，第一膜构件68形成在其中形成第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2的区域上以及在第二膜构件69上。而且，第三膜构件71形成为覆盖半导体基底11上其中没有形成第一膜构件68的区域以及第一膜构件68上的区域。
第一膜构件68可优选由具有负固定电荷的膜构成。具有负固定电荷的膜可由上面在第一实施例中描述的材料制造。此外，典型地用作半导体单元中配线层的层间绝缘膜的材料可用作第三膜构件71。底电极31、接触塞34和光阻挡层35形成在第三膜构件71内。接触塞34通过接触部分41上的第一膜构件68和第二膜构件69，连接到接触部分41。
第二膜构件69由具有小界面态的材料形成。第二膜构件69例如可由氧化物膜构造，该氧化物膜作为与半导体基底11的材料等反应的结果而形成。此外，第二膜构件69形成为使其厚度不影响第一膜构件68，由具有负固定电荷的膜构造在接触部分41上以及接触部分41周围形成的耗尽层上。
通过在接触部分41上以及在接触部分41周围的区域和第一膜构件68之间形成第二膜构件69，实现了一种构造，其中第一膜构件68与接触部分41的外围不直接接触。通过采用该构造，在接触部分41和接触部分41周围的p阱44的界面中的耗尽层不受影响。从而，能抑制来自耗尽层的暗电流的产生。
而且，在覆盖有第一膜构件68的部分中，由于具有负固定电荷的膜，抑制了来自半导体基底11的表面的暗电流。从而，在光敏二极管PD的形成区域中能抑制来自半导体基底11的表面的暗电流。此外，通过采用具有小界面态的材料作为第二膜构件69，能在覆盖有第二膜构件69的接触部分41的外围抑制暗电流。而且，在像素间区域30中，通过提供具有增加反射成分的折射率的第三膜构件71，能抑制像素间区域30中产生电荷且抑制颜色混合。
如上所述，除了选择性地形成具有负固定电荷的膜外，不同种类的膜可提供在光敏二极管PD、像素间区域和接触部分上的各区域中，在半导体基底11具有负固定电荷的膜之间。
[9.固态成像装置的第七实施例]
接下来，描述固态成像装置的第七实施例。应注意，下面描述的第七实施例与上面描述的第一实施例具有类似的构造，除了半导体基底11的后表面上的膜构件的构造为外。从而，在下面第七实施例的描述中，与第一实施例类似的构造用相同的附图标记表示，并且省略其描述。
[膜构件]
第七实施例的固态成像装置的构造示出在图16中。在图16所示的固态成像装置中，第一膜构件72、第二膜构件73和第三膜构件74形成在半导体基底11的后表面上。第一膜构件72仅形成在其中形成第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2的区域上。第二膜构件73形成为覆盖接触部分41上的区域以及耗尽层上的区域，耗尽层延伸在接触部分41周围与p阱44的界面中。第三膜构件74形成为覆盖半导体基底11上其中没有形成第一膜构件72和第二膜构件73的区域以及第一膜构件72和第二膜构件73上的区域。
第一膜构件72和第二膜构件73的每一个由导电层构成。第一膜构件72由允许给其施加电压的透明电极构成。第一膜构件72和第二膜构件73构造为用其间的第三膜构件74彼此分隔。此外，未示出的配线连接到各第一膜构件72和第二膜构件73，这实现了其中允许电压单独地施加到第一膜构件72和第二膜构件73的每一个的构造。透明电极可由与上述顶电极33和底电极33相同的材料制造。而且，典型地用作半导体单元中配线或电极的材料可用作第二膜构件73。特别是，当第二膜构件73由与第一膜构件72相同的透明电极形成时，第一膜构件72和第二膜构件73被允许在相同的步骤中制造。为此，第二膜构件73可优选由与第一膜构件72相同的透明电极形成。
典型地用作半导体单元中配线的层间绝缘膜的材料可用作第三膜构件74。底电极31、接触塞34和光阻挡层35形成在第三膜构件74内。绝缘层75形成在接触塞34周围，并且第二膜构件73和接触塞34构造为不彼此接触。
通过构造导电层的第一膜构件72和第二膜构件73的每一个，当负偏压施加到第一膜构件72和第二膜构件73时，抑制了来自半导体基底11的界面的电子产生，这使得能抑制暗电流。通过施加负偏压，如在形成具有负固定电荷的膜的情况下，空穴累积层形成在半导体基底11的表面上，这抑制了暗电流。
而且，在本示例中，分开的导电层形成在其中形成光敏二极管PD的区域和其中形成接触部分41的区域的各区域中。因此，能适当地且独立地调整施加到各膜构件的电压。例如，通过使施加到第一膜构件72的电压高于施加到第二膜构件73的电压，增加了光敏二极管PD上半导体基底11的界面中的空穴累积量，这抑制了暗电流。而且，通过在这时降低施加到第二膜构件73的电压，抑制了来自接触部分41周围的半导体基底11的界面的暗电流，并且抑制了接触部分41周围耗尽层上的影响，以抑制耗尽层导致的暗电流的产生。
如上所述，取代具有负固定电荷的膜，导电层可选择性地形成在光敏二极管PD和接触部分的各区域上。通过采用这样的构造，实现了暗电流的抑制、颜色混合的抑制等。
[10.固态成像装置的第八实施例]
接下来，描述固态成像装置的第八实施例。应注意，下面描述的第八实施例与上面描述的第一实施例具有类似的构造，除了半导体基底11的后表面上的膜构件的构造外。从而，在下面第八实施例的描述中，与第一实施例类似的构造用相同的附图标记表示，并且省略其描述。
[膜构件]
第八实施例的固态成像装置的构造示出在图17中。在图17所示的固态成像装置中，第一膜构件76和第二膜构件36形成在半导体基底11的后表面上。
第一膜构件76仅形成在其中形成第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2的区域上。此外，第二膜构件36形成为覆盖耗尽层上的区域、包括像素间区域30的没有用第一膜构件覆盖的区域，以及第一膜构件76上的区域，耗尽层延伸在接触部分41周围与p阱44的界面中。而且，底电极31和接触塞34形成在第二膜构件36内。此外，光阻挡层35形成在第二膜构件36中的像素间区域30中。
第一膜构件76由带隙大于半导体基底11的半导体材料构造。具有大带隙的半导体材料的示例可包括这样的半导体材料，所述半导体材料包括：碳化硅基混合晶体、ZnCdSe基混合晶体、AlGaInN基混合晶体、AlGaInP基混合晶体等。通过采用具有大带隙的半导体材料作为第一膜构件76，能以具有负固定电荷的膜引起的空穴累积层减小暗电流产生的可能性。从而，通过在光敏二极管PD上形成由具有大带隙半导体材料制造的第一膜构件76，能抑制来自半导体基底11的界面的暗电流。
[11.固态成像装置的第九实施例]
接下来，描述固态成像装置的第九实施例。应注意，下面描述的第九实施例与上面描述的第一实施例具有类似的构造，除了半导体基底11的第二表面侧的形状以及膜构件的构造外。从而，在下面第九实施例的描述中，与第一实施例类似的构造用相同的附图标记表示，并且省略其描述。
[膜构件]
第九实施例的固态成像装置的构造示出在图18中。在图18所示的固态成像装置中，嵌入式元件分离部分77形成在半导体基底11的第二表面侧。而且，第一膜构件78和第二膜构件79形成在半导体基底11的后表面上。
元件分离部分77由凹槽(沟槽)构成，凹槽(沟槽)通过利用STI来蚀刻半导体基底11而形成，并且第一膜构件78和第二膜构件79填充沟槽。而且，元件分离部分77形成垂直传输通道40周围的侧表面上，并且形成在与垂直传输通道40接触的位置。此外，元件分离部分77形成为从半导体基底11的第二表面侧到在接触部分41和势垒部分42之上的深度。
元件分离部分77形成为从电荷累积部分43的外周边的外侧到电荷累积部分43的外周边的内侧。元件分离部分77形成为使接触部分41和势垒部分42的侧表面以及电荷累积部分43的上部与元件分离部分77接触。此外，元件分离部分77形成为使表面与垂直传输通道40接触之外的部分与垂直传输通道40周围的p阱44接触。换言之，实现了这样的构造，其中垂直传输通道40从元件分离部分77的内周边侧的侧表面暴露，并且p阱44从内周边侧的侧表面暴露到沟槽的侧表面。
第一膜构件78形成在其中形成第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2的区域上。此外，第一膜构件78形成在p阱44上，p阱44暴露到元件分离部分77中沟槽的内表面。第一膜构件78可优选由具有负固定电荷的膜构成。具有负固定电荷的膜可由上面第一实施例中描述的材料制造。
第二膜构件79形成为覆盖没有用第一膜构件78覆盖的区域以及第一膜构件78上的区域。具体而言，第二膜构件79形成在接触部分41上的区域上，接触部分41、势垒部分42和电荷累积部分43上暴露到沟槽的侧表面的区域上，以及包括像素间区域30的没有用第一膜构件78覆盖的区域上。此外，第二膜构件79形成为填充元件分离部分77中的整个沟槽。
而且，典型用作半导体单元配线层的层间绝缘膜的材料可用作第二膜构件79。特别是，由界面态小的材料形成且通过小界面态的方法形成的绝缘膜，例如，作为与硅等反应的结果形成的氧化物膜可优选设置。底电极31、接触塞34和光阻挡层35形成在第二膜构件79内。此外，第二膜构件79具有与上述第一实施例的第二膜构件类似的构造，除了第二膜构件79填充构成元件分离部分77的沟槽外。
在上述构造中，形成了第一膜构件78，其由具有负固定值的膜构造在半导体基底11上其中形成光敏二极管PD的区域中以及沟槽中的p阱44上。通过在光敏二极管PD上提供具有负固定电荷的膜，能抑制来自半导体基底11界面的暗电流。而且，在暴露到沟槽的内表面的p阱44中，作为该界面中杂质不足的结果，可能产生暗电流。从而，通过在沟槽中的p阱44上形成具有负固定电荷的膜，能抑制来自元件分离部分77的界面的暗电流。
而且，通过提供元件分离部分77，减少了接触部分41中p-n结的结合面积。从而，能抑制泄漏电流。而且，第一膜构件78不设置在接触部分41周围以及在像素间区域30中。通过采用这样的构造，实现了暗电流抑制、颜色混合抑制等。
应注意，在上述实施例中，由具有负固定电荷的膜构造的第一膜构件形成为单层。然而，例如，与上述第三实施例或第四实施例一样，第一膜构件可由多层膜形成。此外，取代具有负固定电荷的膜，第一膜构件可由上述第七实施例中描述的透明电极或第八实施例中描述的具有大带隙的材料构成。而且，与上述第四实施例或第七实施例一样，可采用这样的构造，其中具有负固定电荷的膜、导电层等形成在接触部分41上以及在沟槽的暴露垂直传输通道40的内表面上。还是在采用这样构造的情况下，除了上述第九实施例的效果外，可实现实施例的每一个中的构造所实现的效果。
[12.固态成像装置的第十实施例]
接下来，描述固态成像装置的第十实施例。应注意，下面描述的第十实施例与上述第一实施例和第九实施例具有类似的构造，除了半导体基底11的后表面上的膜构件的构造外。从而，在下面第十实施例的描述中，与第一和第九实施例类似的构造用相同的附图标记表示，并且省略其描述。
[膜构件]
第十实施例的固态成像装置的构造示出在图19中。在图19所示的固态成像装置中，第一膜构件81、第二膜构件82、第三膜构件83和第四膜构件87形成在半导体基底11的后表面上。第一膜构件81形成在其中形成第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2的区域上以及在p阱44上，p阱44从元件分离部分77中沟槽的侧表面暴露。第二膜构件82形成在接触部分41上以及在从沟槽的侧表面暴露的接触部分41、势垒部分42和电荷累积部分43上。第三膜构件83形成在像素间区域30中的半导体基底11上。此外，第四膜构件87形成在第一膜构件81、第二膜构件82和第三膜构件83上，并且形成为填充在元件分离部分77的沟槽中。
第一膜构件81可优选由具有负固定电荷的膜构成。具有负固定电荷的膜可由上面在第一实施例中描述的材料制造。与第一膜构件81一样，第二膜构件82可优选由具有负固定电荷的膜构成。然而，第二膜构件82可优选由负固定电荷量小于第一膜构件81的材料制造。通过为第二膜构件82选择这样具有负固定电荷的膜，能抑制垂直传输通道40中的暗电流。
与第一膜构件81一样，第三膜构件83可优选由具有负固定电荷的膜构成。通过具有负固定电荷，来自半导体基底11表面的暗电流得到抑制。此外，通过使第三膜构件83的折射率高于第一膜构件81，抑制了在像素间区域30中产生电荷，这使得能抑制颜色混合。此外，典型地用作半导体单元中配线或电极的材料可用作第四膜构件87。
如上所述，由不同材料制造的具有负固定电荷的膜被允许形成在光敏二极管PD、像素间区域30、接触部分41和元件分离部分77上区域的各区域中。通过在所有的区域中形成具有负固定电荷的膜，能抑制来自半导体基底11表面的暗电流。而且，通过选择材料、厚度、形成方法等从而选择各区域的膜构件的负固定电荷量、折射率等，允许实现暗电流的抑制、颜色混合的抑制等。
[13.固态成像装置的第十一实施例]
接下来，描述固态成像装置的第十一实施例。应注意，下面描述的第十一实施例与上面描述的第一和第九实施例具有类似的构造，除了半导体基底11的后表面上的膜构件的构造外。从而，在下面第十一实施例的描述中，与第一实施例和第九实施例类似的构造用相同的附图标记表示，并且省略其描述。
[膜构件]
第十一实施例的固态成像装置的构造示出在图20中。在图20所示的固态成像装置中，第一膜构件84、第二膜构件85和第三膜构件86形成在半导体基底11的后表面上。
第二膜构件85形成在接触部分41上以及从沟槽的侧表面暴露的接触部分41、势垒部分42和电荷累积部分43上。此外，第一膜构件84形成在其中形成第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2的区域上、在从元件分离部分77中沟槽的侧表面暴露的p阱44上、以及在第二膜构件85上。此外，第三膜构件86形成为覆盖半导体基底11上其中没有形成第一膜构件84的区域以及第一膜构件84上的区域。
第一膜构件84可优选由具有负固定电荷的膜构成。具有负固定电荷的膜可由上面第一实施例中描述的材料制造。第二膜构件85由具有小界面态的材料形成。例如，第二膜构件85可由作为与半导体基底11等反应的结果形成的氧化膜物构成。此外，第二膜构件85形成的厚度不使具有负固定电荷的膜构造的第一膜构件84影响垂直传输通道40。典型地用作半导体单元中配线层的层间绝缘膜的材料可用于第三膜构件86。
第二膜构件85形成在接触部分41上，以及在第一膜构件84和暴露到元件分离部分77中沟槽侧表面的垂直传输通道40之间。换言之，由于第二膜构件85，实现了其中垂直传输通道40和第一膜构件84彼此不直接接触的构造。在该构造中，垂直传输通道40不受由具有负固定电荷的膜构成的第一膜构件84影响。从而，能抑制垂直传输通道40中暗电流的产生。此外，通过采用具有小界面态的材料作为第二膜构件85，能抑制来自用第二膜构件85覆盖的垂直传输通道40的界面的暗电流。
[14.电子设备]
接下来，描述包括上述固态成像装置的电子设备的实施例。上述固态成像装置例如可应用于诸如相机系统、具有成像功能的移动电话或具有成像功能的其它装置的电子设备。相机系统的示例可包括数字相机和摄像机。作为电子设备的示例，图21示出了固态成像装置应用于能摄取静态图像或运动图像的相机情况下的示意性构造。
该示例中的相机100包括固态成像装置101、光学系统102、快门单元103和驱动电路104。光学系统102引导入射光到固态成像装置101的光接收传感器部分。快门单元103提供在固态成像装置101和光学系统102之间。驱动电路104驱动固态成像装置101。此外，相机100包括信号处理电路105，其处理固态成像装置101的输出信号。
上面实施例和修改的任何一个中描述的固态成像装置可应用于固态成像装置101。光学系统(光学透镜)102使来自物体的图像光(入射光)在固态成像装置101的成像表面(未示出)上形成为图像。因此，信号电荷累积在固态成像装置101中一定的周期。应注意，光学系统102可由包括多个光学透镜的光学透镜组构成。此外，快门单元103相对于固态成像装置101控制入射光的光照射周期和光阻挡周期。
驱动电路104提供驱动信号到固态成像装置101和快门单元103。此外，驱动电路104利用所提供的驱动信号控制固态成像装置101至信号处理电路105的信号输出操作以及快门单元103的快门操作。换言之，在该示例中，从固态成像装置101到信号处理电路105的信号转移操作利用从驱动电路104提供的驱动信号(定时信号)执行。
信号处理电路105对从固态成像装置101转移的信号执行各种信号处理。此外，进行各种信号处理的信号(图像信号)存储在诸如存储器的存储介质(未示出)中或输出到监视器(未示出)。
根据诸如上述相机100的电子设备，能提供由固态成像装置101改善成像特性的电子设备。
应注意，在上述半导体成像装置中，第二导电类型FD区域和第二导电类型光敏二极管PD区域形成在例如p型的第一导电类型的半导体区域中，其形成在例如n型的第二导电类型半导体基底上。然而，n型和p型的导电类型在本技术方案中可是相反。在此情况下，将从光电转换膜转移到半导体基底的信号电荷看作空穴，并且使连接到光电转换膜的垂直传输通道的n型和p型的导电类型相反。
应注意，本公开也可具有下面的构造。
(1)一种固态成像装置，包括：
半导体基底；
光电转换元件，提供在该半导体基底中；
光电转换膜，设置在该半导体基底的光接收表面侧；
接触部分，该光电转换膜中产生的信号电荷被读取至该接触部分，该接触部分提供在该半导体基底中；
第一膜构件，覆盖该光电转换元件；以及
第二膜构件，提供在该接触部分上。
(2)根据(1)所述的固态成像装置，其中，该第二膜构件提供在该半导体基底上彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中。
(3)根据(1)所述的固态成像装置，还包括第三膜构件，所述第三膜构件在该半导体基底上位于彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中，该第三膜构件由与该第一膜构件和该第二膜构件不同的材料制造。
(4)根据(1)至(3)任何一项所述的固态成像装置，其中，该第一膜构件具有其中层叠不同类型膜构件的构造。
(5)根据(1)至(4)任何一项所述的固态成像装置，其中，该第二膜构件层叠在该第一膜构件上。
(6)根据(1)至(5)任何一项所述的固态成像装置，其中，该第一膜构件包括选择自具有负固定电荷的膜、带隙大于半导体基底的半导体材料和导电层的至少一个。
(7)根据(1)至(6)任何一项所述的固态成像装置，其中，该第二膜构件包括选自负固定电荷量小于该第一膜构件的膜、界面态小于该半导体基底的膜和导电层的至少一个。
(8)根据(1)至(7)任何一项所述的固态成像装置，还包括在该接触部分周围的嵌入式元件分离部分。
(9)根据(8)所述的固态成像装置，其中，该第一膜构件包括在该元件分离部分中。
(10)根据(8)或(9)所述的固态成像装置，其中，该第二膜构件包括在该元件分离部分中与该接触部分接触的一部分中。
(11)一种固态成像装置，包括：
半导体基底；
光电转换元件，提供在半导体基底中；
第一膜构件，提供在该光电转换元件上；以及
第二膜构件，提供在该半导体基底上彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中。
(12)一种固态成像装置的制造方法，该方法包括：
在半导体基底中形成光电转换元件和接触部分的步骤；
在该半导体基底上覆盖该光电转换元件的位置形成第一膜构件的步骤；
在该半导体基底上覆盖该接触部分的位置形成第二膜构件的步骤；以及
在该半导体基底的光接收表面上形成光电转换膜的步骤。
(13)一种电子设备，包括：
根据(1)至(10)任何一项所述的半导体单元；以及
信号处理电路，构造为处理该半导体单元的输出信号。
(14)一种电子设备，包括：
根据(11)所述的半导体单元；以及
信号处理电路，构造为处理该半导体单元的输出信号。
本申请要求以2012年6月29日提交日本专利局的日本专利申请JP2012-146499为基础的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。

Claims (13)

1.一种固态成像装置，包括：
半导体基底；
光电转换元件，提供在所述半导体基底中；
光电转换膜，设置在所述半导体基底的光接收表面侧；
接触部分，所述光电转换膜中产生的信号电荷被读取至所述接触部分，所述接触部分提供在所述半导体基底中；
第一膜构件，覆盖所述光电转换元件；以及
第二膜构件，提供在所述接触部分上，
其中，所述第二膜构件提供在所述半导体基底上彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中，并且
第一膜构件和第二膜构件直接接触半导体基底，
其中，第一膜构件仅形成在光电转换元件的区域上，且第二膜构件形成为覆盖第一膜构件覆盖区域之外的区域并且覆盖第一膜构件上的区域。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，还包括第三膜构件，所述第三膜构件在所述半导体基底上位于彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中，所述第三膜构件由与所述第一膜构件和所述第二膜构件不同的材料制造。
3.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述第一膜构件具有其中层叠不同类型膜构件的构造。
4.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述第二膜构件层叠在所述第一膜构件上。
5.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述第一膜构件包括选自具有负固定电荷的膜、带隙大于所述半导体基底的半导体材料和导电层的至少一个。
6.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述第二膜构件包括选自负固定电荷量小于所述第一膜构件的膜、界面态小于所述半导体基底的膜和导电层的至少一个。
7.根据权利要求1所述的固态成像装置，还包括在所述接触部分周围的嵌入式元件分离部分。
8.根据权利要求7所述的固态成像装置，其中，所述第一膜构件包括在所述元件分离部分中。
9.根据权利要求7所述的固态成像装置，其中，所述第二膜构件包括在所述元件分离部分中与所述接触部分接触的部分中。
10.一种固态成像装置，包括：
半导体基底；
光电转换元件，提供在所述半导体基底中；
第一膜构件，提供在所述光电转换元件上；以及
第二膜构件，提供在所述半导体基底上彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中，
其中，所述第二膜构件提供在所述半导体基底上彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中，并且
第一膜构件和第二膜构件直接接触半导体基底，
其中，第一膜构件仅形成在光电转换元件的区域上，且第二膜构件形成为覆盖第一膜构件覆盖区域之外的区域并且覆盖第一膜构件上的区域。
11.一种固态成像装置的制造方法，该方法包括：
在半导体基底中形成光电转换元件和接触部分的步骤；
在所述半导体基底上覆盖该光电转换元件的位置形成第一膜构件的步骤；
在所述半导体基底上覆盖所述接触部分的位置形成第二膜构件的步骤；以及
在所述半导体基底的光接收表面上形成光电转换膜的步骤，
其中，所述第二膜构件提供在所述半导体基底上彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中，并且
第一膜构件和第二膜构件直接接触半导体基底，
其中，第一膜构件仅形成在光电转换元件的区域上，且第二膜构件形成为覆盖第一膜构件覆盖区域之外的区域并且覆盖第一膜构件上的区域。
12.一种电子设备，包括：
半导体单元；以及
信号处理电路，构造为处理所述半导体单元的输出信号，
所述半导体单元包括
半导体基底，
光电转换元件，提供在所述半导体基底中，
光电转换膜，设置在所述半导体基底的光接收表面侧，
接触部分，所述光电转换膜中产生的信号电荷被读取至所述接触部分，所述接触部分提供在所述半导体基底中，
第一膜构件，覆盖所述光电转换元件，以及
第二膜构件，提供在所述接触部分上，
其中，所述第二膜构件提供在所述半导体基底上彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中，并且
第一膜构件和第二膜构件直接接触半导体基底，
其中，第一膜构件仅形成在光电转换元件的区域上，且第二膜构件形成为覆盖第一膜构件覆盖区域之外的区域并且覆盖第一膜构件上的区域。
13.一种电子设备，包括：
固态成像装置；以及
信号处理电路，构造为处理所述固态成像装置的输出信号，
所述固态成像装置包括
半导体基底，
光电转换元件，提供在所述半导体基底中，
第一膜构件，提供在所述光电转换元件上，以及
第二膜构件，提供在所述半导体基底上，位于彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中，
其中，所述第二膜构件提供在所述半导体基底上彼此相邻的光电转换元件之间的像素间区域中，并且
第一膜构件和第二膜构件直接接触半导体基底，
其中，第一膜构件仅形成在光电转换元件的区域上，且第二膜构件形成为覆盖第一膜构件覆盖区域之外的区域并且覆盖第一膜构件上的区域。
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