TW201603258A - 固體攝像裝置及其製造方法 - Google Patents

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Hiroyuki Fukumizu
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Abstract

根據一個實施形態，固體攝像裝置包括半導體層、中間膜、抗反射膜、及導電性膜。上述半導體層進行光電轉換。上述中間膜設置於上述半導體層上。上述中間膜具有負電荷。上述抗反射膜設置於上述中間膜上。上述導電性膜設置於上述抗反射膜上。

Description

固體攝像裝置及其製造方法 (相關文獻之引用)
本申請案基於在2014年6月10日提出申請之先前之日本專利申請案2014-119472號之優先權的利益，且謀求其利益，藉由引用將其內容整體包含於本文中。
本發明之實施形態係關於一種固體攝像裝置及其製造方法。
於半導體基板上設置光電轉換元件而成之固體攝像裝置被用於CCD(Charge-Coupled Device，電荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)影像感測器等。
固體攝像裝置被大致區分為正面照射型與背面照射型之兩種類型。正面照射型之固體攝像裝置具有自形成有信號讀出電路等之半導體基板正面側接收光之構造。背面照射型之固體攝像裝置具有自與半導體基板正面相反之面側接收光之構造。隨著像素數之增大化，像素之微細化發展，對於具有此種構造之固體攝像裝置，期望提昇顯示品質。
本發明所欲解決之問題在於提供一種特性良好之固體攝像裝置及其製造方法。
根據一個實施形態，固體攝像裝置包括半導體層、中間膜、抗反射膜、及導電性膜。上述半導體層進行光電轉換。上述中間膜設置於上述半導體層上。上述中間膜具有負電荷。上述抗反射膜設置於上述中間膜上。上述導電性膜設置於上述抗反射膜上。
本發明能夠使固體攝像裝置之特性良好。
10‧‧‧半導體層
10a‧‧‧第1面
10b‧‧‧第2面
10d‧‧‧虛線部分
10h‧‧‧電洞
10n‧‧‧n形擴散層
10p‧‧‧p形區域
11‧‧‧傳輸電晶體
12‧‧‧電晶體群
20‧‧‧中間膜
20e‧‧‧負電荷
30‧‧‧抗反射膜
40‧‧‧導電性膜
50‧‧‧氧化膜
60‧‧‧彩色濾光片
70‧‧‧微透鏡
80‧‧‧配線層
81‧‧‧多層配線
82‧‧‧層間絕緣層
90‧‧‧支持基板
100‧‧‧固體攝像裝置
S110‧‧‧步驟
S120‧‧‧步驟
S130‧‧‧步驟
圖1係表示本實施形態之固體攝像裝置之模式性剖視圖。
圖2係表示本實施形態之固體攝像裝置之特性之圖。
圖3係表示固體攝像裝置之特性之參考圖。
圖4係表示本實施形態之固體攝像裝置之特性之圖。
圖5係表示本實施形態之固體攝像裝置之特性之曲線圖。
圖6係表示本實施形態之固體攝像裝置之特性之曲線圖。
圖7係固體攝像裝置之製造步驟之一部分之流程圖。
以下，一面參照圖式一面對本發明之各實施形態進行說明。
再者，圖式係模式性或概念性者，各部分之厚度與寬度之關係、部分間之大小之比率等未必與實際相同。又，即便為表示相同部分之情形，亦存在根據圖式而將相互之尺寸或比率表示得不同之情形。
再者，於本案說明書與各圖中，關於已出現過之圖，對與上述要素相同之要素標註相同之符號並適當省略詳細之說明。
參照圖式對實施形態之固體攝像裝置及其製造方法進行說明。
圖1係表示本實施形態之固體攝像裝置之模式性剖視圖。圖2係表示本實施形態之固體攝像裝置之特性之圖。圖3係表示固體攝像裝置之特性之參考圖。圖4係表示本實施形態之固體攝像裝置之特性之 圖。
於圖2及圖4中，表示本實施形態之固體攝像裝置之一部分。於圖3中，表示參考形態之固體攝像裝置之一部分。
如圖1所示，固體攝像裝置100具有：半導體層10；中間膜20，其設置於半導體層10之第2面10b上；抗反射膜30，其設置於中間膜20上；導電性膜40，其設置於抗反射膜30上；氧化膜50，其設置於導電性膜40上；彩色濾光片60，其設置於氧化膜50上；微透鏡70，其設置於彩色濾光片60上；及配線層80，其設置於半導體層10之第1面10a上。於配線層80上設置支持基板90。
半導體層10具有第1面10a及第2面10b。第1面10a係第2面10b之相反側之面。於本實施形態中，第1面10a為正面，第2面10b為背面。本實施形態之固體攝像裝置100係背面照射型之固體攝像裝置。
中間膜20係具有負固定電荷之膜。中間膜20係含有例如氧化鉿(HfOx)、氧化鋯(ZrOx)、氧化鋁(AlxOx)、氧化鈦(TiOx)、或氧化鉭(TaOx)之膜。又，中間膜20亦可為含有該等材料中之至少任一種之膜。作為中間膜20，亦可使用氧化鉿及二氧化矽(SiO2)之積層膜。
於半導體層10係含有矽(Si)之層、氧化膜50係含有二氧化矽等矽氧化物之膜之情形時，有時會在矽與矽氧化物之界面產生因界面能階所導致之暗電流。又，於將矽之正面(第2面10b)加工至任意厚度之情形時，在矽之正面產生缺陷能階從而產生暗電流及白瑕疵。進而，由於使用利用有電漿CVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，電漿加強化學氣相沈積)之成膜步驟、及反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etching：RIE)法於第2面10b側形成積層體，故而暗電流及白瑕疵增大。
所謂暗電流係固體攝像裝置100中於無光時流動之漏電流。又，所謂白瑕疵係因漏電流而導致產生之缺陷。
如圖2所示，若於含有矽之半導體層10上設置中間膜20，則負電荷20e會蓄積於中間膜20。又，電洞(hole)10h會蓄積於半導體層10。在半導體層10與中間膜20之界面中，所蓄積之電洞10h與產生暗電流之電子(暗電子)再結合，從而暗電子消失，而抑制暗電流之產生。
抗反射膜30係含有例如氮化矽(SiN)、氮氧化矽(SiON)、氧化鉭、或氧化鈦之膜。又，抗反射膜30亦可為含有該等材料中之至少任一種之膜。作為抗反射膜30之材料，可使用鉭化合物、或鈦化合物。
若設置抗反射膜30，則入射至半導體層10之光量會增加。若入射至半導體層10之光量增加，則能夠提高像素之感度。抗反射膜30較理想為折射率為2.0以上之膜。例如，矽氧化物對633奈米之光之波長的折射率為1.5。氮化矽及氮氧化矽對633奈米之光之波長的折射率為1.8。氧化鉭對光之波長633奈米之折射率為2.1。氮化矽、氮氧化矽、及氧化鉭對光之波長633奈米之折射率較矽氧化物之折射率高。若使用折射率為2.0以上之膜作為抗反射膜30，則能夠提高像素之感度。又，作為抗反射膜30，亦可使用包含折射率為2.0以上之膜之積層膜。
導電性膜40係含有金屬、金屬氧化物、或金屬氮化物之膜。又，導電性膜40亦可為含有該等材料中之至少任一種之膜。例如，作為金屬，可使用銅(Cu)、鉑(Pt)、鎢(W)、鋁(Al)、或其等之合金。作為金屬氧化物，可使用氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、或氧化錫(SnO)。作為金屬氮化物，可使用氮化鈦(TiN)、或氮化鉭(TaN)。例如，藉由對金屬進行電漿氮化處理而產生金屬氮化物。
氧化膜50例如為氧化矽膜。氧化膜50設置於導電性膜40上。氧化膜50亦可設置於抗反射膜30及導電性膜40之間。
彩色濾光片60使各不相同之波長區域之光透過。彩色濾光片60具有例如使紅色波長區域之光透過之R彩色濾光片、使綠色波長區域 之光透過之G彩色濾光片、以及使藍色波長區域之光透過之B彩色濾光片。亦可在氧化膜50與彩色濾光片60之間設置平坦化層。藉由平坦化層使形成彩色濾光片60之面平坦化。
微透鏡70使自光源入射之光聚光，並將光引導至半導體層10之第2面10b(背面)側。
配線層80具有多層配線81、及層間絕緣層82。多層配線81形成於層間絕緣層82內。
半導體層10係形成於矽基板等半導體基板上之磊晶層。半導體層10具有n形擴散層10n、及p形區域10p。半導體層10之膜厚為例如4微米左右。
又，傳輸電晶體11、及電晶體群12設置於半導體層10及配線層80之交界附近。電晶體群12具有例如放大電晶體、重設電晶體、及位址電晶體。
藉由n形擴散層10n及p形區域10p進行光電轉換。亦即，使沿著自微透鏡70朝向半導體層10之方向照射之光，進行信號轉換而使電荷蓄積。n形擴散層10n蓄積藉由光電轉換而產生之信號電子。傳輸電晶體11使蓄積於n形擴散層10n之信號電子移動至擴散層等。連接於擴散層等之放大電晶體，將信號電子放大並輸出至多層配線81。位址電晶體控制放大電晶體輸出信號電子之時機。重設電晶體將放大電晶體控制為初始狀態。
由n形擴散層10n及p形區域10p形成之區域，與像素區域對應。亦可於像素區域間(虛線部分10d)設置分離層。像素區域間之光電子之混色被分離層抑制。又，若由反射性材料形成分離層，則能夠提高像素之感度。
此處，具有中間膜20、抗反射膜30、導電性膜40、氧化膜50、彩色濾光片60及微透鏡70之積層體，係設置於半導體層10之第2面10b 上。此種積層體係藉由使用電漿CVD之成膜步驟、及反應性離子蝕刻而形成。於積層體之形成過程中，積層體容易帶正電，從而蓄積於中間膜20之負電荷20e減少。
例如，如圖3所示，於在抗反射膜30上未設置導電性膜40之情形時，抗反射膜30之正面帶正電，蓄積於中間膜20之負電荷20e減少。若負電荷20e減少，則蓄積於半導體層10之電洞10h會減少。又，若電洞10h減少，則與電洞10h再結合之暗電子會減少。因此，暗電流及白瑕疵增大。
另一方面，於本實施形態之固體攝像裝置100中，於進行光電轉換之半導體層10上形成有中間膜20，於中間膜20上形成有抗反射膜30，於抗反射膜30上形成有導電性膜40。若以此種方式形成導電性膜40，則積層體將變得難以帶正電，從而蓄積於中間膜20之負電荷20e不會減少。
例如，如圖4所示，藉由設置於抗反射膜30上之導電性膜40，使抗反射膜30之正面難以帶正電，從而蓄積於中間膜20之負電荷20e不會減少。亦即，因抗反射膜30之正面帶正電而導致產生之抗反射膜30之電荷集中被抑制。藉此，藉由具有負電荷20e之中間膜20，能夠使電洞10h蓄積於半導體層10與中間膜20之界面，因此，抑制暗電流及白瑕疵之產生。再者，只要具有能夠如此般使電洞10h蓄積於界面之負電荷效果，則並不限定於固定電荷。
圖5係表示本實施形態之固體攝像裝置之特性之曲線圖。
圖6係表示本實施形態之固體攝像裝置之特性之曲線圖。
圖5表示於改變了固體攝像裝置100之導電性膜40之膜厚之情形時光之波長與反射率之關係。圖6表示固體攝像裝置100中導電性膜40之膜厚與平均反射率之關係。圖5及圖6為模擬結果。
於圖5中，橫軸表示光之波長(奈米)，縱軸表示反射率。反射率 係具有中間膜20、抗反射膜30、導電性膜40、氧化膜50、彩色濾光片60及微透鏡70之積層體之光反射率(任意單位)。抗反射膜30係含有氧化鈦(TiO2)之膜，導電性膜40係含有氮化鈦(TiN)之膜。
圖5之曲線a表示導電性膜40之膜厚為0奈米之情形時之曲線。亦即，曲線a中，導電性膜40未設置於固體攝像裝置100。又，圖5之曲線b表示導電性膜40之膜厚為5奈米之情形時之曲線。圖5之曲線c表示導電性膜40之膜厚為10奈米之情形時之曲線。圖5之曲線d表示導電性膜40之膜厚為15奈米之情形時之曲線。圖5之曲線e表示導電性膜40之膜厚為20奈米之情形時之曲線。
於圖6中，橫軸表示導電性膜40之膜厚(奈米)，縱軸表示平均反射率(任意單位)。平均反射率係光之波長為400到700奈米時之積層體之光反射率之平均值。抗反射膜30係含有氧化鈦(TiO2)之膜，導電性膜40係含有氮化鈦(TiN)之膜。
於導電性膜40之膜厚為0奈米之情形時，平均反射率為0.043。於導電性膜40之膜厚為5奈米之情形時，平均反射率為0.055。於導電性膜40之膜厚為10奈米之情形時，平均反射率為0.091。於導電性膜40之膜厚為15奈米之情形時，平均反射率為0.138。於導電性膜40之膜厚為20奈米之情形時，平均反射率為0.189。
如圖5所示，若使導電性膜40之膜厚變薄，則反射率會降低。如圖6所示，若使導電性膜40之膜厚變薄，則平均反射率會降低。若使反射率降低，則入射至半導體層10之光量會增加。若入射至半導體層10之光量增加，則能夠提高像素之感度。亦即，若使導電性膜40之膜厚變薄，則能夠提高像素之感度。
此處，有如下之一種固體攝像裝置，其具有：中間膜，其設置於半導體層上；抗反射膜，其設置於中間膜上；氧化膜，其設置於抗反射膜上；及遮光金屬，其設置於氧化膜上且係像素之間(彩色濾光 片之間)。於此種固體攝像裝置中，因形成遮光金屬而導致像素之感度降低。例如，若於固體攝像裝置形成遮光金屬，則可確認感度會降低6%左右。
考慮到具有遮光金屬構造之固體攝像裝置之感度之損失，於本實施形態之固體攝像裝置100中，較理想為將導電性膜40之膜厚設為10奈米以下。若將導電性膜40之膜厚設為10奈米以下，則能夠抑制導電性膜40對光之吸收或反射。由於光之吸收或反射被抑制，故能夠提高像素之感度。考慮到導電性膜40之製造，導電性膜40之膜厚為例如5奈米以上且10奈米以下。
藉由在抗反射膜30上設置導電性膜40，能夠抑制因積層體內帶電而產生之電荷集中。藉此，能夠抑制中間膜20所具有之固定負電荷之功能降低之情形。又，藉由將導電性膜40之膜厚設為10奈米以下，可抑制感度降低。
根據本實施形態，提供一種特性良好之固體攝像裝置。
圖7係固體攝像裝置之製造步驟之一部分之流程圖。
於進行光電轉換之半導體層10之第2面10b，形成具有負固定電荷之中間膜20(步驟S110)。配線層80及支持基板90係設置於半導體層10之第1面10a。
於中間膜20上，形成抗反射膜30(步驟S120)。藉由抗反射膜30，可提高像素之感度。
於抗反射膜30上，形成導電性膜40(步驟S130)。藉由導電性膜40抑制因抗反射膜30之表面帶正電而產生之抗反射膜30之電荷集中。又，於導電性膜40上，形成氧化膜50、彩色濾光片60及微透鏡70等。
中間膜20、抗反射膜30、導電性膜40、氧化膜50、彩色濾光片60及微透鏡70等係使用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法、塗佈法、包含濺鍍或真空蒸鍍之PVD(Physical Vapor Deposition，物理氣相沈積)法、ALD(Atomic Layer Deposition，原子層沈積)法、及/或反應性離子蝕刻而形成。
根據本實施形態，提供一種特性良好之固體攝像裝置之製造方法。
以上，一面參照具體例，一面就本發明之實施形態進行了說明。然而，本發明並不限定於該等具體例。例如，關於半導體層、中間膜、抗反射膜、導電性膜、氧化膜、彩色濾光片、微透鏡、配線層及支持基板等各要素之具體構成，只要業者藉由自公知之範圍進行適當選擇而能夠同樣地實施本發明，並能夠獲得相同之效果，則亦包含於本發明之範圍。
又，關於將各具體例中之任意2個以上之要素於技術上可行之範圍內加以組合而成者，只要包含本發明之主旨，則亦包含於本發明之範圍。
對本發明之若干個實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為示例而提出者，並非意圖限定發明之範圍。該等新穎之實施形態能以其他各種形態實施，且能夠於不脫離發明主旨之範圍內進行各種省略、替換、變更。該等實施形態或其變化包含於發明之範圍或主旨中，並且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍內。
10‧‧‧半導體層
10a‧‧‧第1面
10b‧‧‧第2面
10d‧‧‧虛線部分
10n‧‧‧n形擴散層
10p‧‧‧p形區域
11‧‧‧傳輸電晶體
12‧‧‧電晶體群
20‧‧‧中間膜
30‧‧‧抗反射膜
40‧‧‧導電性膜
50‧‧‧氧化膜
60‧‧‧彩色濾光片
70‧‧‧微透鏡
80‧‧‧配線層
81‧‧‧多層配線
82‧‧‧層間絕緣層
90‧‧‧支持基板
100‧‧‧固體攝像裝置

Claims (20)

  1. 一種固體攝像裝置，其包括：半導體層，其進行光電轉換；中間膜，其設置於上述半導體層上，且具有負電荷；抗反射膜，其設置於上述中間膜上；及導電性膜，其設置於上述抗反射膜上。
  2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述導電性膜含有金屬、金屬氧化物及金屬氮化物中之至少任一種。
  3. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述導電性膜含有氧化銦錫、氧化鋅及氧化錫中之至少任一種。
  4. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述導電性膜含有氮化鈦及氮化鉭中之至少任一種。
  5. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述導電性膜之厚度為10奈米以下。
  6. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述導電性膜之厚度為5奈米以上且10奈米以下。
  7. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述抗反射膜含有氮化矽、氮氧化矽、氧化鉭、及氧化鈦中之至少任一種。
  8. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述抗反射膜含有折射率為2以上之物質。
  9. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述中間膜含有氧化鉿、氧化鋯、氧化鋁、氧化鈦及氧化鉭中之至少任一種。
  10. 如請求項1之固體攝像裝置，其進而包括設置於上述導電性膜上之氧化膜。
  11. 一種固體攝像裝置之製造方法，其包括如下步驟： 於進行光電轉換之半導體層上形成具有負電荷之中間膜；於上述中間膜上形成抗反射膜；及於上述抗反射膜上形成導電性膜。
  12. 如請求項11之固體攝像裝置之製造方法，其中上述導電性膜含有金屬、金屬氧化物及金屬氮化物中之至少任一種。
  13. 如請求項11之固體攝像裝置之製造方法，其中上述導電性膜含有氧化銦錫、氧化鋅及氧化錫中之至少任一種。
  14. 如請求項11之固體攝像裝置之製造方法，其中上述導電性膜含有氮化鈦及氮化鉭中之至少任一種。
  15. 如請求項11之固體攝像裝置之製造方法，其中上述導電性膜之厚度為10奈米以下。
  16. 如請求項11之固體攝像裝置之製造方法，其中上述導電性膜之厚度為5奈米以上且10奈米以下。
  17. 如請求項11之固體攝像裝置之製造方法，其中上述抗反射膜含有氮化矽、氮氧化矽、氧化鉭、及氧化鈦中之至少任一種。
  18. 如請求項11之固體攝像裝置之製造方法，其中上述抗反射膜含有折射率為2以上之物質。
  19. 如請求項11之固體攝像裝置之製造方法，其中上述中間膜含有氧化鉿、氧化鋯、氧化鋁、氧化鈦及氧化鉭中之至少任一種。
  20. 如請求項11之固體攝像裝置之製造方法，其進而包括於上述導電性膜上形成氧化膜之步驟。
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