TWI413240B - A solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, and an image pickup device - Google Patents

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Yuko Ohgishi
Takashi Ando
Harumi Ikeda
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Description

固體攝像裝置與其製造方法、及攝像裝置
本發明係關於一種抑制暗電流產生之固體攝像裝置與其製造方法、及攝像裝置。
以往，於攝影機或數位相機等廣泛使用由CCD(Charge Coupled Device：電荷耦合元件)或CMOS影像感測器所構成之固體攝像裝置。對於此等固體攝像裝置而言，減低雜訊係與提升靈敏度共通地並列為重要課題。
特別於未有射入光之狀態下，即使沒有由於射入光之光電轉換所產生之純粹信號電荷，從存在於受光面之基板界面之微小缺陷所產生之電荷(電子)被作為信號取入，成為微小電流並被檢測到之暗電流，或受光部與上層膜之界面中之界面態成為產生源之暗電流係固體攝像裝置所應減低之雜訊。
作為抑制起因於界面態之暗電流產生之方法，例如圖38(2)所示，使用於受光部(例如光二極體)12上具有P＋ 層所組成之電洞積存(電洞堆積)層23之埋入型光二極體構造。此外，本說明書中，前述埋入型光二極體構造稱為HAD(Hole Accumulated Diode：電洞堆積二極體)構造。如圖38(1)所示，於未設置HAD構造之構造中，起因於界面態(interface state)而產生之電子係作為暗電流而流入光二極體中。另一方面，如圖38(2)所示，於HAD構造中，藉由形成於界面之電洞積存層23來抑制來自界面之電子產生，或即使產生從界面產生之電荷(電子)，仍不會流入受光部12之N＋ 層中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之P＋ 層之電洞積存層23並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被檢測，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。
作為此HAD構造之製作方法一般係介以形成於基板上之熱氧化膜或CVD氧化膜，將形成P＋ 層之雜質之例如硼(B)或二氟化硼(BF2 )等予以離子植入後，藉由退火來施以注入雜質之活化，於界面附近製作P型區域。然而，為了摻雜雜質之活化，700℃以上之高溫熱處理為不可或缺，因此於400℃以下之低溫製程中，難以藉由離子植入來形成電洞積存層。而且，為了抑制摻雜物擴散而欲避免高溫下之長時間活化之情況時，施以離子植入及退火之電洞積存層形成方法亦不適宜。
而且，若以低溫之電漿CVD等方法來形成在受光部上層所形成之氧化矽或氮化矽，則相較於以高溫形成之膜與受光表面之界面，界面態會惡化。此界面態之惡化會使暗電流之增加發生。
如以上，於欲避免離子植入及高溫下之退火處理之情況時，不僅無法藉由以往之離子植入來形成電洞積存層，而且暗電流會往更惡化之方向演變。為了解決其而須以不倚靠以往之離子植入之其他方法來形成電洞積存層。
例如揭示有一種於具有與形成於半導體區域內之半導體區域之傳導型相反傳導型之光電轉換元件上之氧化矽所組成之絕緣層，埋入與相反之傳導型相同極性之帶電粒子，藉此拉高光電轉換部表面之電位，於表面形成反轉層，以防止表面之空乏化，減低暗電流產生之技術(參考例如日本特開平1－256168號公報)。然而，上述技術中需要於絕緣層埋入帶電粒子之技術，但卻不明瞭其使用何種埋入技術。而且，如同一般於非揮發性記憶體使用，為了從外部對於絕緣膜注入電荷，需要電荷注入用之電極，假使可不使用電極而從外部非接觸式地注入電荷，但摻雜於絕緣膜中之電荷均不得被去陷，電荷保持特性會出現問題。因此，要求電荷保持特性高之高品質絕緣膜，其難以實現。
所欲解決之問題點為，若於受光部(光電轉換部)高濃度地進行離子植入，以求形成充分之電洞積存層，則由於離子植入所造成之損傷進入受光部，因此需要高溫下之退火處理，但屆時會發生雜質擴散，光電轉換特性劣化之點。另一方面之問題點為，若為了減低離子植入之損傷而降低濃度來進行離子植入，則電荷積存層之濃度降低，未充分具有作為電荷積存層之功能。亦即，問題點為難以一面抑制雜質擴散並具有所需之光電轉換特性，一面同時達成充分之電洞積存層之實現及暗電流之降低。
本發明係以同時達成充分之電洞積存層之實現及暗電流之降低為課題。
本發明之固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)係包含用以將射入光予以光電轉換之受光部；其特徵為具有：形成於前述受光部之受光面之降低界面態之膜；及形成於前述降低界面態之膜上之具有負固定電荷之膜；且於前述受光部之受光面側形成有電洞積存層。
於上述第一固體攝像裝置，由於在降低界面態之膜形成有具有負固定電荷之膜，因此藉由起因於負固定電荷之電場，於受光部之受光面側之界面會充分形成電荷積存(電洞堆積)層。因此，抑制來自界面之電荷(電子)產生，並且即使產生電荷(電子)，仍不會流入受光部中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之電洞積存層並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被受光部檢測到，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。並且，由於在受光部之受光面形成降低界面態之膜，因此進一步抑制起因於界面態之電子產生，故抑制起因於界面態之電子作為暗電流而流入受光部中。
本發明之固體攝像裝置(第二固體攝像裝置)係包含用以將射入光予以光電轉換之受光部；其特徵為包含：形成於前述受光部之受光面且讓前述射入光穿透之絕緣膜；及形成於前述絕緣膜上之施加負電壓之膜；且於前述受光部之受光面側形成有電洞積存層。
於上述第二固體攝像裝置，由於在形成於受光部之受光面之絕緣膜上，形成有施加負電壓之膜，因此藉由於施加負電壓之膜施加有負電壓所產生之電場，於受光部之受光面側之界面會充分形成電荷積存(電洞堆積)層。因此，抑制來自界面之電荷(電子)產生，並且即使產生電荷(電子)，仍不會流入受光部中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之電洞積存層並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被受光部檢測到，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。
本發明之固體攝像裝置(第三固體攝像裝置)係包含用以將射入光予以光電轉換之受光部；其特徵為包含：形成於前述受光部之受光面側上層之絕緣膜；及形成於前述絕緣膜上，功函數之值比前述進行光電轉換之受光部之受光面側之界面大之膜。
於上述第三固體攝像裝置，由於在形成於受光部上之絕緣膜上，具有功函數之值比進行光電轉換之受光部之受光面側之界面大之膜，因此於受光部之受光側界面可積存電洞。藉其來減低暗電流。
本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)係於半導體基板形成將射入光予以光電轉換之受光部之固體攝像裝置之製造方法，其特徵為包含以下步驟：於形成有前述受光部之半導體基板上形成降低界面態之膜之步驟；及於前述降低界面態之膜上形成具有負固定電荷之膜之步驟；且藉由前述具有負固定電荷之膜，於前述受光部之受光面側形成電洞積存層。
於上述固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)，由於在降低界面態之膜形成有具有負固定電荷之膜，因此藉由起因於負固定電荷之電場，於受光部之受光面側之界面會充分形成電荷積存(電洞堆積)層。因此，抑制來自界面之電荷(電子)產生，並且即使產生電荷(電子)，仍不會流入受光部中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之電洞積存層並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被受光部檢測到，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。並且，由於在受光部之受光面形成降低界面態之膜，因此進一步抑制起因於界面態之電子產生，故抑制起因於界面態之電子作為暗電流而流入受光部中。然後，藉由使用具有負固定電荷之膜，不施以離子植入及退火，即可形成HAD構造。
本發明之固體攝像裝置之製造方法(第二製造方法)係於半導體基板形成將射入光予以光電轉換之受光部之固體攝像裝置之製造方法，其特徵為包含以下步驟：於前述受光部之受光面形成讓前述射入光穿透之絕緣膜之步驟；及於前述絕緣膜上形成施加負電壓之膜之步驟；且藉由於前述施加負電壓之膜施加負電壓，以於前述受光部之受光面側形成電洞積存層。
於上述第二固體攝像裝置之製造方法(第二製造方法)，由於在形成於受光部之受光面之絕緣膜上，形成有施加負電壓之膜，因此藉由於施加負電壓之膜施加有負電壓所產生之電場，於受光部之受光面側之界面會充分形成電荷積存(電洞堆積)層。因此，抑制從界面產生之電荷(電子)，並且即使產生電荷(電子)，仍不會流入受光部中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之電洞積存層並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被受光部檢測到，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。然後，藉由使用具有負固定電荷之膜，不施以離子植入及退火，即可形成HAD構造。
本發明之固體攝像裝置之製造方法(第三製造方法)係於半導體基板形成將射入光予以光電轉換之受光部之固體攝像裝置之製造方法，其特徵為包含以下步驟：於前述受光部之受光面側上層形成絕緣膜之步驟；及於前述絕緣膜上形成功函數之值比前述進行光電轉換之受光部之受光面側之界面大之膜之步驟。
於上述固體攝像裝置之製造方法(第三製造方法)，由於在形成於受光部上之絕緣膜上，具有功函數之值比光電轉換之受光部之受光面側之界面大之膜，因此可形成在受光部之受光側界面所形成之電洞積存層。藉其來減低暗電流。
本發明之攝像裝置(第一攝像裝置)之特徵為包含：聚光光學部，其係聚集射入光；固體攝像裝置，其係接受由前述聚光光學部所聚集之前述射入光，並予以光電轉換；及信號處理部，其係處理經光電轉換之信號電荷；前述固體攝像裝置係包含：形成於將前述射入光予以光電轉換的前述固體攝像裝置之受光部之受光面之降低界面態之膜；及形成於前述降低界面態之膜之具有負固定電荷之膜；且於前述受光部之受光面側形成有電洞積存層。
於上述第一攝像裝置，由於使用本申請發明之上述第一固體攝像裝置，因此使用減低暗電流之固體攝像裝置。
本發明之攝像裝置(第二攝像裝置)之特徵為包含：聚光光學部，其係聚集射入光；固體攝像裝置，其係接受由前述聚光光學部所聚集之前述射入光，並予以光電轉換；及信號處理部，其係處理經光電轉換之信號電荷；前述固體攝像裝置係包含：形成於將前述射入光予以光電轉換的前述固體攝像裝置之受光部之受光面之絕緣膜；及形成於前述絕緣膜上之施加負電壓之膜；且前述絕緣膜係由讓前述射入光穿透之絕緣膜組成；於前述受光部之受光面形成有電洞積存層。
於上述第二攝像裝置，由於使用本申請發明之上述第二固體攝像裝置，因此使用減低暗電流之固體攝像裝置。
本發明之攝像裝置(第三攝像裝置)之特徵為包含：聚光光學部，其係聚集射入光；固體攝像裝置，其係接受由前述聚光光學部所聚集之前述射入光，並予以光電轉換；及信號處理部，其係處理經光電轉換之信號電荷；前述固體攝像裝置係包含：形成於將前述射入光轉換為信號電荷的前述固體攝像裝置之受光部之受光面側上層之絕緣膜；及形成於前述絕緣膜上，功函數之值比進行光電轉換之受光部之受光面側界面大之膜。
於上述第三攝像裝置，由於使用本申請發明之上述第三固體攝像裝置，因此使用減低暗電流之固體攝像裝置。
若根據本發明之固體攝像裝置，由於可抑制暗電流，因此可減低拍攝圖像之雜訊，故具有可獲得高畫質圖像之優點。特別可減低由於曝光量少之長時間曝光下之暗電流所造成之白點產生(彩色CCD中為原色點)。
若根據本發明之固體攝像裝置之製造方法，由於可抑制暗電流，因此可減低拍攝圖像之雜訊，故具有可實現能獲得高畫質圖像之固體攝像裝置之優點。特別可實現能減低由於曝光量少之長時間曝光下之暗電流所造成之白點產生(彩色CCD中為原色點)之固體攝像裝置。
若根據本發明之攝像裝置，由於使用可抑制暗電流之固體攝像裝置，因此可減低拍攝圖像之雜訊，故具有可記錄高品質影像之優點。特別可減低由於曝光量少之長時間曝光下之暗電流所造成之白點產生(彩色CCD中為原色點)。
藉由圖1之要部結構剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)之一實施型態(第一實施例)。
如圖1所示，固體攝像裝置1係於半導體基板(或半導體層)11，具有將射入光L予以光電轉換之受光部12，於此受光部12之側部，具有介以像素分離區域13而形成有周邊電路(具體未圖示)之周邊電路部14。此外，於以下說明中，作為半導體基板11來說明。於上述受光部(亦包含後續說明之電洞積存層23)12之受光面12s上，形成有降低界面態之膜21。此降低界面態之膜21係例如以氧化矽(SiO2 )膜來形成。於上述降低界面態之膜21上，形成有具有負固定電荷之膜22。藉此，於上述受光部12之受光面側形成有電洞積存層23。因此，上述降低界面態之膜21係至少於受光部12上，形成如藉由上述具有負固定電荷之膜22，於上述受光部12之受光面12s側形成有電洞積存層23之膜厚。該膜厚為例如1原子層以上、100 nm以下。
於上述周邊電路部14之周邊電路，例如上述固體攝像裝置1為CMOS影像感測器之情況時存在有像素電路，其係由傳輸電晶體、重設電晶體、放大電晶體及選擇電晶體等電晶體所構成。而且，包含進行由複數受光部12所構成之像素陣列部之讀出列之信號讀出動作之驅動電路、傳輸讀出之信號之垂直掃描電路、偏移暫存器或位址解碼器、水平掃描電路等。
而且，於上述周邊電路部14之周邊電路，例如上述固體攝像裝置1為CCD影像感測器之情況時存在有：讀出閘極，其係於垂直傳輸閘極，讀出由受光部予以光電轉換之信號電荷；及垂直電荷傳輸部，其係將讀出之信號電荷往垂直方向傳輸。而且，包含水平電荷傳輸部等。
上述具有負固定電荷之膜22係以例如氧化鉿(HfO2 )膜、氧化鋁(Al2 O3 )膜、氧化鋯(ZrO2 )膜、氧化鉭(Ta2 O5 )膜或氧化鈦(TiO2 )膜來形成。上述所舉出之種類之膜係具有使用於絕緣閘極型場效電晶體之閘極絕緣膜等之實際成效，因此成膜方法已確立，可容易地成膜。作為成膜方法可使用例如化學氣相沈積法、濺鍍法、原子層蒸鍍法等，但若使用原子層蒸鍍法，於成膜中可與減低界面態之SiO2 層同時形成1 nm程度，因此較適宜。而且，作為上述以外之材料，可舉出氧化鑭(La2 O3 )、氧化鐠(Pr2 O3 )、氧化鈰(CeO2 )、氧化釹(Nd2 O3 )、氧化鉅(Pm2 O3 )、氧化釤(Sm2 O3 )、氧化銪(Eu2 O3 )、氧化釓(Gd2 O3 )、氧化鋱(Tb2 O3 )、氧化鏑(Dy2 O3 )、氧化鈥(Ho2 O3 )、氧化鉺(Er2 O3 )、氧化銩(Tm2 O3 )、氧化鐿(Yb2 O3 )、氧化鎦(Lu2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )等。並且，上述具有負固定電荷之膜22亦可由氮化鉿膜、氮化鋁膜、氮氧化鉿膜或氮氧化鋁膜來形成。
上述具有負固定電荷之膜22亦可在不損及絕緣性之範圍內，於膜中添加矽(Si)或氮(N)。其濃度係在不損及膜之絕緣性之範圍內適當地決定。如此，藉由添加矽(Si)或氮(N)，可提升膜之耐熱性或製程中之離子植入之阻止能力。
於上述具有負固定電荷之膜22上形成有絕緣膜41，於上述周邊電路部14上方之上述絕緣膜41上，形成有遮光膜42。藉由此遮光膜42，於受光部12製成光不進入之區域，藉由該受光部12之輸出來決定圖像之黑位準。而且，由於在周邊電路部14防止光進入，因此抑制光進入周邊電路部所造成之特性變動。並且，形成對於上述射入光具有穿透性之絕緣膜43。此絕緣膜43之表面宜受到平坦化。並且，於絕緣膜43上，形成有彩色濾光器層44及聚光透鏡45。
於上述固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)1中，於降低界面態之膜21形成有具有負固定電荷之膜22，因此藉由具有負固定電荷之膜22之膜中之負固定電荷，電場經由降低界面態之膜21而施加於受光部12表面，於受光部12表面形成有電洞積存(電洞堆積)層23。
然後，如圖2(1)所示，於剛形成具有負固定電荷之膜22後，立即藉由存在於膜中之負固定電荷所造成之電場，可使界面附近成為電洞積存層23。因此，抑制由於受光部12與降低界面態之膜21之界面之界面態所產生暗電流。亦即，抑制從該界面所產生之電荷(電子)，並且即使從界面產生電荷(電子)，仍不會流入受光部12中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之電洞積存層23並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被受光部12檢測到，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。
另一方面，如圖2(2)所示，於未設置電洞積存層之結構中，由於界面態而產生暗電流，發生該暗電流流入受光部12之問題。而且，如圖2(3)所示，於藉由離子植入來形成電洞積存層23之結構中，雖形成有電洞積存層23，但如前述所說明，為了離子植入中之摻雜雜質之活化，700℃以上之高溫熱處理為不可或缺，因此引起雜質擴散，界面之電洞積存層擴大，進行光電轉換之區域縮小，難以獲得所需之光電變化特性。
而且，於上述固體攝像裝置1，由於在受光部12之受光面12s形成有降低界面態之膜21，因此進一步抑制起因於界面態之電子產生，故抑制起因於界面態之電子作為暗電流而流入受光部12中。
而且，作為具有負固定電荷之膜22而使用氧化鉿膜之情況時，由於氧化鉿膜之折射率為2程度，因此藉由將膜厚最佳化，不僅會形成HAD構造，同時亦可獲得防反射效果。關於氧化鉿膜以外之材料，折射率高之材料係藉由將其膜厚最佳化而可獲得防反射效果。
此外，以低溫來形成以往之固體攝像裝置所使用之氧化矽或氮化矽之情況時，據知膜中之固定電荷為正，無法藉由負固定電荷來形成HAD構造。
接著，藉由圖3之要部結構剖面圖，來說明上述固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)1之一變形例。
如圖3所示，固體攝像裝置2係於上述固體攝像裝置1中，僅以具有負固定電荷之膜22，其受光部12上之防反射效果不足之情況時，於具有負固定電荷之膜22上形成防反射膜46。此防反射膜46係以例如氮化矽膜來形成。此外，未形成於前述固體攝像裝置1所形成之絕緣膜43。因此，於防反射膜46上形成彩色濾光器層44、聚光透鏡45。如此，藉由將氮化矽膜予以追加成膜，可將防反射效果最大化。此結構亦可適用於接下來說明之固體攝像裝置3。
如此，藉由形成防反射膜46，可減低射入受光部12前之反射，因此可增大對於受光部12之射入光量，故可提升固體攝像裝置2之靈敏度。
接著，藉由圖4之要部結構剖面圖，來說明上述固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)1之一變形例。
如圖4所示，固體攝像裝置3係於上述固體攝像裝置1中未形成上述絕緣膜41，而於具有負固定電荷之膜22上直接形成遮光膜42。而且，未形成絕緣膜43即形成防反射膜46。
如此，藉由於具有負固定電荷之膜22上直接形成遮光膜42，可使遮光膜42接近半導體基板11表面，因此遮光膜42與半導體基板11之間隔縮小，故可減少從相鄰受光部(二極體)之上層傾斜射入之光之成分，亦即減少光學混色成分。
而且，如圖5所示，具有負固定電荷之膜22位於周邊電路部14上之鄰近處之情況時，藉由利用具有負固定電荷之膜22之負固定電荷所形成之電洞積存層23，可抑制受光部12表面起因於界面態之暗電流。然而，於周邊電路部14，於存在於受光部12側與表面側之元件14D間產生電位差，意料外之載子從受光部12表面流入表面側之元件14D，成為周邊電路部14誤動作之原因。關於避免此誤動作之結構，由以下第二實施例、第三實施例來說明。
接著，藉由圖6之要部結構剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)之一實施型態(第二實施例)。此外，圖6中，未圖示將受光部之一部分及周邊電路部予以遮光之遮光膜、將射入受光部之光予以分光之彩色濾光器層、及將對於受光部之射入光予以聚光之聚光透鏡等。
如圖6所示，固體攝像裝置4係於前述固體攝像裝置1中，於上述周邊電路部14表面與上述具有負固定電荷之膜22之間形成絕緣膜24，以使上述具有負固定電荷之膜22從上述周邊電路部14表面之距離比從上述受光部12表面之距離大。此絕緣膜24係於上述降低界面態之膜21由氧化矽膜形成之情況時，將周邊電路部14上之降低界面態之膜21比受光部12上更厚地形成亦可。
如此，由於在上述周邊電路部14表面與上述具有負固定電荷之膜22之間形成絕緣膜24，以使上述具有負固定電荷之膜22從上述周邊電路部14表面之距離比從上述受光部12表面之距離大，因此於周邊電路部14，具有負固定電荷之膜22中之負固定電荷之電場所造成之影響不會波及周邊電路。故，可防止負固定電荷造成周邊電路誤動作。
接著，藉由圖7之要部結構剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)之一實施型態(第三實施例)。此外，圖7中，未圖示將受光部之一部分及周邊電路部予以遮光之遮光膜、將射入受光部之光予以分光之彩色濾光器層、及將對於受光部之射入光予以聚光之聚光透鏡等。
如圖7所示，固體攝像裝置5係於前述固體攝像裝置1中，於上述周邊電路部14上與上述具有負固定電荷之膜22之間，形成用以拉遠具有負固定電荷之膜與受光面之距離之膜25。前述膜25宜具有正固定電荷，用以抵銷負固定電荷之影響，宜使用氮化矽。
如此，由於在上述周邊電路部14上與上述具有負固定電荷之膜22之間，形成具有正固定電荷之上述膜25，因此具有負固定電荷之膜22之負固定電荷會由上述膜25中之正固定電荷來減低，因此具有負固定電荷之膜22中之負固定電荷之電場所造成之影響不會波及周邊電路14。故，可防止負固定電荷造成周邊電路14誤動作。如上述，於上述周邊電路部14上與上述具有負固定電荷之膜22之間，形成具有正固定電荷之上述膜25之結構，亦可適用於前述固體攝像裝置1,2,3,4，可獲得與固體攝像裝置5相同之效果。
上述固體攝像裝置4,5中具有負固定電荷之膜22上之結構，係設有將受光部12之一部分及周邊電路部14予以遮光之遮光膜、至少將射入受光部12之射入光予以分光之彩色濾光器層、及將對於受光部12之射入光予以聚光之聚光透鏡等。其結構係作為一例亦可適用前述固體攝像裝置1,2,3之任一結構。
接著，藉由圖8~圖10之表示有要部之製造步驟剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第一實施例)。於圖8~圖10中，作為一例而表示前述固體攝像裝置1之製造步驟。
如圖8(1)所示，於半導體基板(或半導體層)11，形成將射入光予以光電轉換之受光部12、將此受光部12分離之像素分離區域13、對於受光部12介以像素分離區域13而形成有周邊電路(具體未圖示)之周邊電路部14等。此製造方法係使用既有之製造方法。
接著，如圖8(2)所示，於上述受光部12之受光面12s上，實際上於上述半導體基板11上，形成降低界面態之膜21。此降低界面態之膜21係例如以氧化矽(SiO2 )膜來形成。接著，於上述降低界面態之膜21上，形成具有負固定電荷之膜22。藉此，於上述受光部12之受光面側形成電洞積存層23。因此，上述降低界面態之膜21必須至少於受光部12上，形成如藉由上述具有負固定電荷之膜22，於上述受光部12之受光面12s側形成有電洞積存層23之膜厚。該膜厚為例如1原子層以上、100 nm以下。
上述具有負固定電荷之膜22係以例如氧化鉿(HfO2 )膜、氧化鋁(Al2 O3 )膜、氧化鋯(ZrO2 )膜、氧化鉭(Ta2 O5 )膜或氧化鈦(TiO2 )膜來形成。上述所舉出之種類之膜係具有使用於絕緣閘極型場效電晶體之閘極絕緣膜等之實際成效，因此成膜方法已確立，可容易地成膜。作為成膜方法可使用例如化學氣相沈積法、濺鍍法、原子層蒸鍍法等，但若使用原子層蒸鍍法，於成膜中可與減低界面態之SiO2 層同時形成1 nm程度，因此較適宜。
而且，作為上述以外之材料，可使用氧化鑭(La2 O3 )、氧化鐠(Pr2 O3 )、氧化鈰(CeO2 )、氧化釹(Nd2 O3 )、氧化鉅(Pm2 O3 )、氧化釤(Sm2 O3 )、氧化銪(Eu2 O3 )、氧化釓(Gd2 O3 )、氧化鋱(Tb2 O3 )、氧化鏑(Dy2 O3 )、氧化鈥(HO2 O3 )、氧化鉺(Er2 O3 )、氧化銩(Tm2 O3 )、氧化鐿(Yb2 O3 )、氧化鎦(Lu2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )等。並且，上述具有負固定電荷之膜22亦可由氮化鉿膜、氮化鋁膜、氮氧化鉿膜或氮氧化鋁膜來形成。此等膜亦可使用例如化學氣相沈積法、濺鍍法、原子層蒸鍍法等。
而且，上述具有負固定電荷之膜22亦可在不損及絕緣性之範圍內，於膜中添加矽(Si)或氮(N)。其濃度係在不損及膜之絕緣性之範圍內適當地決定。如此，藉由添加矽(Si)或氮(N)，可提升膜之耐熱性或製程中之離子植入之阻止能力。
而且，作為上述具有負固定電荷之膜22而使用氧化鉿(HfO2 )膜之情況時，由於氧化鉿(HfO2 )膜之折射率為2程度，因此藉由調整其膜厚，可有效率地獲得防反射效果。當然，即使是其他種類之膜，藉由因應折射率來將膜厚最佳化，亦可獲得防反射效果。
接著，於上述具有負固定電荷之膜22上形成絕緣膜41，並進一步於上述絕緣膜41上形成遮光膜42。上述絕緣膜41係以例如氧化矽膜來形成。而且，上述遮光膜42係以例如具遮光性之金屬膜來形成。如此，藉由於上述具有負固定電荷之膜22上，介以絕緣膜41來形成遮光膜42，可防止以氧化鉿膜等形成之具有負固定電荷之膜22與遮光膜42之金屬反應。而且，於蝕刻遮光膜時，由於絕緣膜41會成為蝕刻阻止層，因此可防止對於具有負固定電荷之膜22之蝕刻損傷。
接著，如圖9(3)所示，藉由抗蝕劑塗布、微影技術，於上述受光部12之一部分及上述周邊電路部14上方之上述遮光膜42上，形成抗蝕劑掩模(未圖示)，藉由使用該抗蝕劑掩模之蝕刻，加工上述遮光膜42，於上述受光部12之一部分及上述周邊電路部14上方之上述絕緣膜41上，留下遮光膜42。藉由此遮光膜42，於受光部12製成光不進入之區域，藉由該受光部12之輸出來決定圖像之黑位準。而且，由於在周邊電路部14防止光進入，因此抑制光進入周邊電路部所造成之特性變動。
接著，如圖9(4)所示，於上述絕緣膜41上，形成減低由上述遮光膜42所造成之階差之絕緣膜43。此絕緣膜43係其表面宜受到平坦化，例如以塗布絕緣膜來形成。
接著，如圖10(5)所示，藉由既有之製造技術，於上述受光部12上方之絕緣膜43上，形成彩色濾光器層44，並進一步於彩色濾光器層44上形成聚光透鏡45。屆時，於彩色濾光器層44與聚光透鏡45間，為了防止透鏡加工時對於彩色濾光器層44之加工損傷，亦可形成光穿透性之絕緣膜(未圖示)。如此而形成固體攝像裝置1。
於上述固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之第一實施例，由於在降低界面態之膜21上形成有具有負固定電荷之膜22，因此於具有負固定電荷之膜22中，藉由起因於負固定電荷之電場，於受光部12之受光面側之界面會充分形成電荷積存(電洞堆積)層23。因此，抑制從界面產生之電荷(電子)，並且即使產生電荷(電子)，仍不會流入受光部12中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之電洞積存層23並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被受光部檢測到，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。並且，由於在受光部12之受光面形成降低界面態之膜21，因此進一步抑制起因於界面態之電子產生，故抑制起因於界面態之電子作為暗電流而流入受光部12中。然後，藉由使用具有負固定電荷之膜22，不施以離子植入及退火，即可形成HAD構造。
接著，藉由圖11~圖13之表示有要部之製造步驟剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第二實施例)。於圖11~圖13中，作為一例而表示前述固體攝像裝置2之製造步驟。
如圖11(1)所示，於半導體基板(或半導體層)11，形成將射入光予以光電轉換之受光部12、將此受光部12分離之像素分離區域13、對於受光部12介以像素分離區域13而形成有周邊電路(具體未圖示)之周邊電路部14等。此製造方法係使用既有之製造方法。
接著，如圖11(2)所示，於上述受光部12之受光面12s上，實際上於上述半導體基板11上，形成降低界面態之膜21。此降低界面態之膜21係例如以氧化矽(SiO2 )膜來形成。接著，於上述降低界面態之膜21上，形成具有負固定電荷之膜22。藉此，於上述受光部12之受光面側形成電洞積存層23。因此，上述降低界面態之膜21必須至少於受光部12上，形成如藉由上述具有負固定電荷之膜22，於上述受光部12之受光面12s側形成有電洞積存層23之膜厚。該膜厚為例如1原子層以上、100 nm以下。
上述具有負固定電荷之膜22係以例如氧化鉿(HfO2 )膜、氧化鋁(Al2 O3 )膜、氧化鋯(ZrO2 )膜、氧化鉭(Ta2 O5 )膜或氧化鈦(TiO2 )膜來形成。上述所舉出之種類之膜係具有使用於絕緣閘極型場效電晶體之閘極絕緣膜等之實際成效，因此成膜方法已確立，可容易地成膜。作為成膜方法可使用例如化學氣相沈積法、濺鍍法、原子層蒸鍍法等。
而且，作為上述以外之材料，可使用氧化鑭(La2 O3 )、氧化鐠(Pr2 O3 )、氧化鈰(CeO2 )、氧化釹(Nd2 O3 )、氧化鉅(Pm2 O3 )、氧化釤(Sm2 O3 )、氧化銪(Eu2 O3 )、氧化釓(Gd2 O3 )、氧化鋱(Tb2 O3 )、氧化鏑(Dy2 O3 )、氧化鈥(Ho2 O3 )、氧化鉺(Er2 O3 )、氧化銩(Tm2 O3 )、氧化鐿(Yb2 O3 )、氧化鎦(Lu2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )等。並且，上述具有負固定電荷之膜22亦可由氮化鉿膜、氮化鋁膜、氮氧化鉿膜或氮氧化鋁膜來形成。此等膜亦可使用例如化學氣相沈積法、濺鍍法、原子層蒸鍍法等，但若藉由原子層蒸鍍法，於成膜中可與減低界面態之SiO2 層同時形成1 nm程度，因此較適宜。
而且，上述具有負固定電荷之膜22亦可在不損及絕緣性之範圍內，於膜中添加矽(Si)或氮(N)。其濃度係在不損及膜之絕緣性之範圍內適當地決定。如此，藉由添加矽(Si)或氮(N)，可提升膜之耐熱性或製程中之離子植入之阻止能力。
而且，作為上述具有負固定電荷之膜22而使用氧化鉿(HfO2 )膜之情況時，由於氧化鉿(HfO2 )膜之折射率為2程度，因此藉由調整其膜厚，可有效率地獲得防反射效果。當然，即使是其他種類之膜，藉由因應折射率來將膜厚最佳化，亦可獲得防反射效果。
接著，於上述具有負固定電荷之膜22上形成絕緣膜41，並進一步於上述絕緣膜41上形成遮光膜42。上述絕緣膜41係以例如氧化矽膜來形成。而且，上述遮光膜42係以例如具遮光性之金屬膜來形成。如此，藉由於上述具有負固定電荷之膜22上，介以絕緣膜41來形成遮光膜42，可防止以氧化鉿膜等形成之具有負固定電荷之膜22與遮光膜42之金屬反應。而且，於蝕刻遮光膜時，由於絕緣膜41會成為蝕刻阻止層，因此可防止對於具有負固定電荷之膜22之蝕刻損傷。
接著，如圖12(3)所示，藉由抗蝕劑塗布、微影技術，於上述受光部12之一部分及上述周邊電路部14上方之上述遮光膜42上，形成抗蝕劑掩模(未圖示)，藉由使用該抗蝕劑掩模之蝕刻，加工上述遮光膜42，於上述受光部12之一部分及上述周邊電路部14上方之上述絕緣膜41上，留下遮光膜42。藉由此遮光膜42，於受光部12製成光不進入之區域，藉由該受光部12之輸出來決定圖像之黑位準。而且，由於在周邊電路部14防止光進入，因此抑制光進入周邊電路部所造成之特性變動。
接著，如圖12(4)所示，以覆蓋上述遮光膜42之方式，於上述絕緣膜41上形成防反射膜46。此防反射膜46係以例如折射率為2程度之氮化矽膜來形成。
接著，如圖13(5)所示，藉由既有之製造技術，於上述受光部12上方之防反射膜46上，形成彩色濾光器層44，並進一步於彩色濾光器層44上形成聚光透鏡45。屆時，於彩色濾光器層44與聚光透鏡45間，為了防止透鏡加工時對於彩色濾光器層44之加工損傷，亦可形成光穿透性之絕緣膜(未圖示)。如此而形成固體攝像裝置2。
於上述固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之第二實施例，可獲得與前述第一實施例相同之效果，並且藉由形成防反射膜46，可減低射入受光部12前之反射，因此可增大對於受光部12之射入光量，故可提升固體攝像裝置2之靈敏度。
接著，藉由圖14~圖16之表示有要部之製造步驟剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第三實施例)。於圖14~圖16中，作為一例而表示前述固體攝像裝置3之製造步驟。
如圖14(1)所示，於半導體基板(或半導體層)11，形成將射入光予以光電轉換之受光部12、將此受光部12分離之像素分離區域13、對於受光部12介以像素分離區域13而形成有周邊電路(具體未圖示)之周邊電路部14等。此製造方法係使用既有之製造方法。
如圖14(2)所示，於上述受光部12之受光面12s上，實際上於上述半導體基板11上，形成降低界面態之膜21。此降低界面態之膜21係例如以氧化矽(SiO2 )膜來形成。接著，於上述降低界面態之膜21上，形成具有負固定電荷之膜22。藉此，於上述受光部12之受光面側形成電洞積存層23。因此，上述降低界面態之膜21必須至少於受光部12上，形成如藉由上述具有負固定電荷之膜22，於上述受光部12之受光面12s側形成有電洞積存層23之膜厚。該膜厚為例如1原子層以上、100 nm以下。
上述具有負固定電荷之膜22係以例如氧化鉿(HfO2 )膜、氧化鋁(Al2 O3 )膜、氧化鋯(ZrO2 )膜、氧化鉭(Ta2 O5 )膜或氧化鈦(TiO2 )膜來形成。上述所舉出之種類之膜係具有使用於絕緣閘極型場效電晶體之閘極絕緣膜等之實際成效，因此成膜方法已確立，可容易地成膜。作為成膜方法可使用例如化學氣相沈積法、濺鍍法、原子層蒸鍍法等，但若使用原子層蒸鍍法，於成膜中可與減低界面態之SiO2 層同時形成1 nm程度，因此較適宜。
而且，作為上述以外之材料，可使用氧化鑭(La2 O3 )、氧化鐠(Pr2 O3 )、氧化鈰(CeO2 )、氧化釹(Nd2 O3 )、氧化鉅(Pm2 O3 )、氧化釤(Sm2 O3 )、氧化銪(Eu2 O3 )、氧化釓(Gd2 O3 )、氧化鋱(Tb2 O3 )、氧化鏑(Dy2 O3 )、氧化鈥(Ho2 O3 )、氧化鉺(Er2 O3 )、氧化銩(Tm2 O3 )、氧化鐿(Yb2 O3 )、氧化鎦(Lu2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )等。並且，上述具有負固定電荷之膜22亦可由氮化鉿膜、氮化鋁膜、氮氧化鉿膜或氮氧化鋁膜來形成。此等膜亦可使用例如化學氣相沈積法、濺鍍法、原子層蒸鍍法等。
而且，上述具有負固定電荷之膜22亦可在不損及絕緣性之範圍內，於膜中添加矽(Si)或氮(N)。其濃度係在不損及膜之絕緣性之範圍內適當地決定。如此，藉由添加矽(Si)或氮(N)，可提升膜之耐熱性或製程中之離子植入之阻止能力。
而且，作為上述具有負固定電荷之膜22而使用氧化鉿(HfO2 )膜之情況時，藉由調整氧化鉿(HfO2 )膜之膜厚，可有效率地獲得防反射效果。當然，即使是其他種類之膜，藉由因應折射率來將膜厚最佳化，亦可獲得防反射效果。
接著，於上述具有負固定電荷之膜22上形成遮光膜42。上述遮光膜42係以例如具有遮光性之金屬膜來形成。如此，藉由於具有負固定電荷之膜22上直接形成遮光膜42，可使遮光膜42接近半導體基板11表面，因此遮光膜42與半導體基板11之間隔縮小，故可減少從相鄰二極體之上層傾斜射入之光之成分，亦即減少光學混色成分。
接著，如圖15(3)所示，藉由抗蝕劑塗布、微影技術，於上述受光部12之一部分及上述周邊電路部14上方之上述遮光膜42上，形成抗蝕劑掩模(未圖示)，藉由使用該抗蝕劑掩模之蝕刻，加工上述遮光膜42，於上述受光部12之一部分及上述周邊電路部14上方之上述具有負固定電荷之膜22上，留下遮光膜42。藉由此遮光膜42，於受光部12製成光不進入之區域，藉由該受光部12之輸出來決定圖像之黑位準。而且，由於在周邊電路部14防止光進入，因此抑制光進入周邊電路部所造成之特性變動。
接著，如圖15(4)所示，以覆蓋上述遮光膜42之方式，於上述具有負固定電荷之膜22上形成防反射膜46。此防反射膜46係以例如折射率為2程度之氮化矽膜來形成。
接著，如圖16(5)所示，藉由既有之製造技術，於上述受光部12上方之防反射膜46上，形成彩色濾光器層44，並進一步於彩色濾光器層44上形成聚光透鏡45。屆時，於彩色濾光器層44與聚光透鏡45間，為了防止透鏡加工時對於彩色濾光器層44之加工損傷，亦可形成光穿透性之絕緣膜(未圖示)。如此而形成固體攝像裝置3。
於上述固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之第二實施例，可獲得與前述第一實施例相同之效果，並且藉由於具有負固定電荷之膜22上直接形成遮光膜42，可使遮光膜42接近半導體基板11表面，因此遮光膜42與半導體基板11之間隔縮小，故可減少從相鄰二極體之上層傾斜射入之光之成分，亦即減少光學混色成分。而且，藉由形成防反射膜46，即使於僅以具有負固定電荷之膜22，防反射效果仍不足時，可將防反射效果最大化。
接著，藉由圖17~圖19之表示有要部之製造步驟剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第四實施例)。於圖17~圖19中，作為一例而表示前述固體攝像裝置4之製造步驟。
如圖17(1)所示，於半導體基板(或半導體層)11，形成將射入光予以光電轉換之受光部12、將此受光部12分離之像素分離區域13、對於受光部12介以像素分離區域13而形成有周邊電路(例如電路14C)之周邊電路部14等。此製造方法係使用既有之製造方法。接著，形成對於上述射入光具有穿透性之絕緣膜26。此絕緣膜26係以例如氧化矽膜來形成。
接著，如圖17(2)所示，藉由抗蝕劑塗布、微影技術，於上述周邊電路部14上方之上述絕緣膜26上，形成抗蝕劑掩模51。
接著，如圖18(3)所示，藉由使用上述抗蝕劑掩模51[參考前述圖17(2)]之蝕刻，加工上述絕緣膜26，於上述周邊電路部14上留下絕緣膜26。其後，除去上述抗蝕劑掩模51。
接著，如圖18(4)所示，於上述受光部12之受光面12s上，實際上於上述半導體基板11上，形成覆蓋上述絕緣膜26之降低界面態之膜21。此降低界面態之膜21係例如以氧化矽(SiO2 )膜來形成。
接著，如圖19(5)所示，於上述降低界面態之膜21上，形成具有負固定電荷之膜22。藉此，於上述受光部12之受光面側形成電洞積存層23。因此，上述降低界面態之膜21必須至少於受光部12上，形成如藉由上述具有負固定電荷之膜22，於上述受光部12之受光面12s側形成有電洞積存層23之膜厚。該膜厚為例如1原子層以上、100 nm以下。
上述具有負固定電荷之膜22係以例如氧化鉿(HfO2 )膜、氧化鋁(Al2 O3 )膜、氧化鋯(ZrO2 )膜、氧化鉭(Ta2 O5 )膜或氧化鈦(TiO2 )膜來形成。上述所舉出之種類之膜係具有使用於絕緣閘極型場效電晶體之閘極絕緣膜等之實際成效，因此成膜方法已確立，可容易地成膜。作為成膜方法可使用例如化學氣相沈積法、濺鍍法、原子層蒸鍍法等，但若使用原子層蒸鍍法，於成膜中可與減低界面態之SiO2 層同時形成1 nm程度，因此較適宜。
而且，作為上述以外之材料，可使用氧化鑭(La2 O3 )、氧化鐠(Pr2 O3 )、氧化鈰(CeO2 )、氧化釹(Nd2 O3 )、氧化鉅(Pm2 O3 )、氧化釤(Sm2 O3 )、氧化銪(Eu2 O3 )、氧化釓(Gd2 O3 )、氧化鋱(Tb2 O3 )、氧化鏑(Dy2 O3 )、氧化鈥(Ho2 O3 )、氧化鉺(Er2 O3 )、氧化銩(Tm2 O3 )、氧化鐿(Yb2 O3 )、氧化鎦(Lu2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )等。並且，上述具有負固定電荷之膜22亦可由氮化鉿膜、氮化鋁膜、氮氧化鉿膜或氮氧化鋁膜來形成。此等膜亦可使用例如化學氣相沈積法、濺鍍法、原子層蒸鍍法等。
而且，上述具有負固定電荷之膜22亦可在不損及絕緣性之範圍內，於膜中添加矽(Si)或氮(N)。其濃度係在不損及膜之絕緣性之範圍內適當地決定。如此，藉由添加矽(Si)或氮(N)，可提升膜之耐熱性或製程中之離子植入之阻止能力。
而且，作為上述具有負固定電荷之膜22而使用氧化鉿(HfO2 )膜之情況時，由於氧化鉿(HfO2 )膜之折射率為2程度，因此藉由調整其膜厚，可有效率地獲得防反射效果。當然，即使是其他種類之膜，藉由因應折射率來將膜厚最佳化，亦可獲得防反射效果。
上述固體攝像裝置4中具有負固定電荷之膜22上之結構，係設有將受光部12之一部分及周邊電路部14予以遮光之遮光膜、至少將射入受光部12之射入光予以分光之彩色濾光器層、及將對於受光部12之射入光予以聚光之聚光透鏡等。其結構係作為一例亦可適用前述固體攝像裝置1,2,3之任一結構。
於上述固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之第四實施例，由於在降低界面態之膜21上形成有具有負固定電荷之膜22，因此於具有負固定電荷之膜22中，藉由起因於負固定電荷之電場，於受光部12之受光面側之界面會充分形成電荷積存(電洞堆積)層23。因此，抑制來自界面之電荷(電子)產生，並且即使產生電荷(電子)，仍不會流入受光部12中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之電洞積存層23並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被受光部檢測到，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。並且，由於在受光部12之受光面形成降低界面態之膜21，因此進一步抑制起因於界面態之電子產生，故抑制起因於界面態之電子作為暗電流而流入受光部12中。然後，藉由使用具有負固定電荷之膜22，不施以離子植入及退火，即可形成HAD構造。
如此，由於在周邊電路部14形成絕緣膜26，因此周邊電路部14上至具有負固定電荷之膜22之距離比受光部12上至具有負固定電荷之膜之距離長，故緩和從具有負固定電荷之膜22波及周邊電路部14之負電場。亦即，由於減低具有負固定電荷之膜22對於周邊電路部14之影響，因此可防止來自具有負固定電荷之膜22之負電場造成周邊電路部14誤動作。
接著，藉由圖20~圖21之表示有要部之製造步驟剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第五實施例)。於圖20~圖21中，作為一例而表示前述固體攝像裝置4之製造步驟。
如圖20(1)所示，於半導體基板(或半導體層)11，形成將射入光予以光電轉換之受光部12、將此受光部12分離之像素分離區域13、對於受光部12介以像素分離區域13而形成有周邊電路(例如電路14C)之周邊電路部14等。此製造方法係使用既有之製造方法。接著，形成對於上述射入光具有穿透性之降低界面態之膜21。此降低界面態之膜21係以例如氧化矽膜形成。並且，於上述降低界面態之膜21上，形成用以拉遠具有負固定電荷之膜與受光面表面之距離之膜25。前述膜25宜具有正固定電荷，用以抵銷負固定電荷之影響，宜使用氮化矽。
上述降低界面態之膜21必須至少於受光部12上，形成如藉由後續形成之具有負固定電荷之膜22，於上述受光部12之受光面12s側形成有電洞積存層23之膜厚。該膜厚為例如1原子層以上、100 nm以下。
接著，如圖20(2)所示，藉由抗蝕劑塗布、微影技術，於上述周邊電路部14上方之上述具有正固定電荷之膜25上形成抗蝕劑掩模52。
接著，如圖21(3)所示，藉由使用上述抗蝕劑掩模52[參考前述圖20(2)]之蝕刻，加工上述具有正固定電荷之膜25，於上述周邊電路部14上留下上述具有正固定電荷之膜25。其後，除去上述抗蝕劑掩模52。
接著，如圖21(4)所示，於上述降低界面態之膜21上，形成覆蓋上述具有正固定電荷之膜25之具有負固定電荷之膜22。
上述具有負固定電荷之膜22係以例如氧化鉿(HfO2 )膜、氧化鋁(Al2 O3 )膜、氧化鋯(ZrO2 )膜、氧化鉭(Ta2 O5 )膜或氧化鈦(TiO2 )膜來形成。上述所舉出之種類之膜係具有使用於絕緣閘極型場效電晶體之閘極絕緣膜等之實際成效，因此成膜方法已確立，可容易地成膜。作為成膜方法可使用例如化學氣相沈積法、濺鍍法、原子層蒸鍍法等，但若使用原子層蒸鍍法，於成膜中可與減低界面態之SiO2 層同時形成1 nm程度，因此較適宜。
而且，作為上述以外之材料，可使用氧化鑭(La2 O3 )、氧化鐠(Pr2 O3 )、氧化鈰(CeO2 )、氧化釹(Nd2 O3 )、氧化鉅(Pm2 O3 )、氧化釤(Sm2 O3 )、氧化銪(Eu2 O3 )、氧化釓(Gd2 O3 )、氧化鋱(Tb2 O3 )、氧化鏑(Dy2 O3 )、氧化鈥(Ho2 O3 )、氧化鉺(Er2 O3 )、氧化銩(Tm2 O3 )、氧化鐿(Yb2 O3 )、氧化鎦(Lu2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )等。並且，上述具有負固定電荷之膜22亦可由氮化鉿膜、氮化鋁膜、氮氧化鉿膜或氮氧化鋁膜來形成。此等膜亦可使用例如化學氣相沈積法、濺鍍法、原子層蒸鍍法等。
而且，上述具有負固定電荷之膜22亦可在不損及絕緣性之範圍內，於膜中添加矽(Si)或氮(N)。其濃度係在不損及膜之絕緣性之範圍內適當地決定。如此，藉由添加矽(Si)或氮(N)，可提升膜之耐熱性或製程中之離子植入之阻止能力。
而且，作為上述具有負固定電荷之膜22而使用氧化鉿(HfO2 )膜之情況時，藉由調整氧化鉿(HfO2 )膜之膜厚，可有效率地獲得防反射效果。當然，即使是其他種類之膜，藉由因應折射率來將膜厚最佳化，亦可獲得防反射效果。
上述固體攝像裝置5中具有負固定電荷之膜22上之結構，係設有將受光部12之一部分及周邊電路部14予以遮光之遮光膜、至少將射入受光部12之射入光予以分光之彩色濾光器層、及將對於受光部12之射入光予以聚光之聚光透鏡等。其結構係作為一例亦可適用前述固體攝像裝置1,2,3之任一結構。於上述固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之第五實施例，由於在降低界面態之膜21上形成有具有負固定電荷之膜22，因此於具有負固定電荷之膜22中，藉由起因於負固定電荷之電場，於受光部12之受光面側之界面會充分形成電荷積存(電洞堆積)層23。因此，抑制來自界面之電荷(電子)產生，並且即使產生電荷(電子)，仍不會流入受光部12中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之電洞積存層23並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被受光部檢測到，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。並且，由於在受光部12之受光面形成降低界面態之膜21，因此進一步抑制起因於界面態之電子產生，故抑制起因於界面態之電子作為暗電流而流入受光部12中。然後，藉由使用具有負固定電荷之膜22，不施以離子植入及退火，即可形成HAD構造。
並且，由於在上述周邊電路部14與上述具有負固定電荷之膜22間，宜形成具有正固定電荷之用以讓具有負固定電荷之膜22遠離受光面表面之膜25，因此具有負固定電荷之膜22之負固定電荷由具有正固定電荷之膜25中之正固定電荷來減低，故具有負固定電荷之膜22中之負固定電荷之電場所造成之影響不會波及周邊電路部14。故，可防止負固定電荷造成周邊電路部14誤動作。
於此，作為具有負固定電荷之膜之一例，藉由圖22來說明關於氧化鉿(HfO2 )膜存在有負固定電荷之資料。
作為第一取樣，準備於矽基板上，介以熱氧化矽(SiO2 )膜形成有閘極電極之MOS電容器，且改變上述熱氧化矽膜之膜厚者。
作為第二取樣，準備於矽基板上，介以CVD氧化矽(CVD－SiO2 )膜形成有閘極電極之MOS電容器，且改變上述CVD氧化矽膜之膜厚者。
作為第三取樣，準備於矽基板上，介以依序疊層有臭氧氧化矽(O3 －SiO2 )膜、氧化鉿(HfO2 )膜、CVD氧化矽(SiO2 )膜之疊層膜形成有閘極電極之MOS電容器，且改變上述CVD氧化矽膜之膜厚者。此外，固定HfO2 膜及O3 －SiO2 膜之膜厚。
上述各取樣之CVD－SiO2 膜係藉由使用單矽烷(SiH4 )與氧(O2 )之混合氣體之CVD法來形成，HfO2 膜係藉由以四乙基甲胺鉿(tetrakisethylmethyl－amino hafnium：TEMAHf)與臭氧(O3 )作為原料之ALD法來形成。上述第三取樣之O3 －SiO2 膜係藉由ALD法形成HfO2 膜時，於HfO2 與矽基板間形成之厚度1 nm程度之界面氧化膜。上述各取樣之閘極電極均使用從上層疊層有鋁(Al)膜、氮化鈦(TiN)及鈦(Ti)膜之構造。
此外，於上述取樣構造中，相對於第一取樣及第二取樣係於SiO2 膜正上方形成有閘極電極，僅有第三取樣之HfO2 膜之適用品是於HfO2 膜上疊層有CVD－SiO2 膜之構造。其理由係為了藉由使HfO2 與閘極電極直接接觸，以防止HfO2 與電極在界面引起反應。
而且，於第三取樣之疊層構造中，將HfO2 膜厚固定於10 nm，並改變上層之CVD－SiO2 膜之膜厚。其理由在於因HfO2 之相對介電率大，因此即使形成10 nm位準之膜厚，若換算為氧化膜之膜厚，則成為數nm，難以觀察平帶電壓Vfb對於氧化膜換算膜厚之變化。
針對上述第一取樣、第二取樣及第三取樣，調查對於氧化膜換算膜厚Tox之平帶電壓Vfb。於圖22表示其結果。
如圖22所示，熱氧化(Thermal－SiO2 )膜之第一取樣、CVD－SiO2 膜之第二取樣係平帶電壓相對於膜厚增加而往負方向偏移。另一方面，可確認僅有第三取樣之HfO2 膜適用品，其平帶電壓相對於膜厚增加而往正方向偏移。藉由此平帶電壓之動向，可得知HfO2 膜在膜中存在有負電荷。而且，亦可得知關於HfO2 以外之構成前述具有負固定電荷之膜之各材料，亦與HfO2 相同地具有負固定電荷。
而且，於圖23表示上述各取樣之界面態密度之資料。於此圖23中，使用圖22中Tox在40 nm程度約略相等之第一、第二及第三取樣，進行界面態密度Dit之比較。
其結果，如圖23所示，結果相對於熱氧化(Thermal－SiO2 )膜之第一取樣為2E10(/cm2 ．eV)以下之特性，CVD－SiO2 膜之第二取樣之界面態惡化約1位數程度。另一方面，可確認使用HfO2 膜之第三取樣具有3E10/cm2 ．eV程度之近於熱氧化膜之良好界面。而且，亦可得知關於HfO2 以外之構成前述具有負固定電荷之膜之各材料，與HfO2 相同具有近於熱氧化膜之良好界面態。
接著，調查對於形成有具有正固定電荷之膜25之情況下之氧化膜換算膜厚Tox之平帶電壓Vfb。於圖24表示其結果。
如圖24所示，比熱氧化膜之平帶電壓大之情況時，膜中有負電荷，矽(Si)表面形成電洞(hole)。作為此疊層膜，有例如於矽(Si)基板表面，從下層依序疊層有HfO2 膜、CVD－SiO2 膜者。另一方面，比熱氧化膜之平帶電壓小之情況時，膜中有正電荷，矽(Si)表面形成電子(electron)。作為此疊層膜，有例如於矽(Si)基板表面，從下層依序疊層有CVD－SiO2 膜、CVD－SiN膜、HfO2 膜及CVD－SiO2 膜者。於此，若增厚CVD－SiN膜之膜厚，則相較於熱氧化膜，平帶電壓大幅往負方向轉變。而且，CVD－SiN膜中之正電荷之影響會抵銷氧化鉿(HfO2 )之負電荷。
於上述各實施例之固體攝像裝置1至固體攝像裝置5中，如前述所說明，於具有負固定電荷之膜22含有氮(N)之情況時，於形成具有負固定電荷之膜22後，可藉由利用高頻電漿或微波電漿之氮化處理，來使其含有氮(N)。而且，藉由對於上述具有負固定電荷之膜22，於成膜後實施利用電子線照射之電子線烘烤處理，可增加膜中之負固定電荷。
接著，藉由圖25之要部結構剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置(第二固體攝像裝置)之一實施型態(第一實施例)。此外，圖25中，未圖示將受光部之一部分及周邊電路部予以遮光之遮光膜、將射入受光部之光予以分光之彩色濾光器層、及將對於受光部之射入光予以聚光之聚光透鏡等。
如圖25所示，固體攝像裝置6係於半導體基板(或半導體層)11，具有將射入光予以光電轉換之受光部12，並於此此受光部12之側部，具有介以像素分離區域13而形成有周邊電路(例如電路14C)之周邊電路部14。於上述受光部(亦包含後續說明之電洞積存層23)12之受光面12s上，形成有絕緣膜27。此絕緣膜27係以例如氧化矽(SiO2 )膜來形成。於上述絕緣膜27上形成有施加負電壓之膜28。
於圖式中，上述絕緣膜27係周邊電路部14上比上述受光部12上較厚地形成，以使上述施加負電壓之膜28從上述周邊電路部14表面之距離比從上述受光部12表面之距離長。而且，此絕緣膜27以例如氧化矽膜形成之情況時，於受光部12上，具有與前述說明之降低界面態之膜21相同之作用。因此，上述受光部12上之上述絕緣膜27宜形成例如1原子層以上、100 nm以下之膜厚。藉此，若於施加負電壓之膜28施加負電壓，則於上述受光部12之受光面側形成有電洞積存層23。
於上述周邊電路部14之周邊電路，例如上述固體攝像裝置1為CMOS影像感測器之情況時存在有像素電路，其係由傳輸電晶體、重設電晶體、放大電晶體及選擇電晶體等電晶體所構成。而且，包含進行由複數受光部12所構成之像素陣列部之讀出列之信號讀出動作之驅動電路、傳輸讀出之信號之垂直掃描電路、偏移暫存器或位址解碼器、水平掃描電路等。
而且，於上述周邊電路部14之周邊電路，例如上述固體攝像裝置1為CCD影像感測器之情況時存在有：讀出閘極，其係於垂直傳輸閘極，讀出由受光部予以光電轉換之信號電荷；及垂直電荷傳輸部，其係將讀出之信號電荷往垂直方向傳輸。而且，包含水平電荷傳輸部等。
上述施加負電壓之膜28係以例如對於射入光呈透明之具有導電性之膜來形成，並以例如對於可見光呈透明之導電性膜來形成。作為此膜，可使用氧化銦錫膜、氧化銦鋅膜或氧化銦膜、氧化錫膜、氧化鎵鋅膜等。
上述固體攝像裝置6中施加負電壓之膜28上之結構，係設有將受光部12之一部分及周邊電路部14予以遮光之遮光膜、至少將射入受光部12之射入光予以分光之彩色濾光器層、及將對於受光部之射入光予以聚光之聚光透鏡等。其結構係作為一例亦可適用前述固體攝像裝置1,2,3之任一結構。
於上述固體攝像裝置(第二固體攝像裝置)6，由於在形成於受光部12之受光面12s之絕緣膜27上，形成有施加負電壓之膜28，因此藉由於施加負電壓之膜28施加負電壓所產生之電場，於受光部12之受光面12s側之界面會充分形成電荷積存(電洞堆積)層。因此，抑制從界面產生之電荷(電子)，並且即使產生電荷(電子)，仍不會流入受光部中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之電洞積存層23並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被受光部12檢測到，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。並且，由於在受光部12之受光面12s形成作為降低界面態之膜之絕緣膜27，因此進一步抑制起因於界面態之電子產生，故抑制起因於界面態之電子作為暗電流而流入受光部12中。
而且，如圖示，藉由絕緣膜27，上述施加負電壓之膜28從上述周邊電路部14表面之距離比從上述受光部12表面之距離較長地形成，因此減低於施加負電壓之膜28施加負電壓時所產生之電場之影響波及周邊電路部14，可消除於周邊電路部14之電路誤動作。
接著，藉由圖26之要部結構剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置(第二固體攝像裝置)之一實施型態(第二實施例)。此外，圖26中，未圖示將受光部之一部分及周邊電路部予以遮光之遮光膜、將射入受光部之光予以分光之彩色濾光器層、及將對於受光部之射入光予以聚光之聚光透鏡等。
如圖26所示，固體攝像裝置7係於前述固體攝像裝置6中，於上述周邊電路部14上，實質上係於絕緣膜27與上述施加負電壓之膜28之間，形成用以拉遠施加負電壓之膜與受光面表面之膜25。前述膜25宜具有正固定電荷，用以抵銷負固定電荷之影響。具有正固定電荷之上述膜25若形成於上述周邊電路部14上與上述施加負電壓之膜28之間即可，在上述絕緣膜27上或絕緣膜27下均可。而且，圖式中係表示絕緣膜27以厚度均勻之膜形成之情況，但如前述固體攝像裝置6，周邊電路部14上比受光部12上厚度更厚之絕緣膜亦可。
上述具有正固定電荷之膜25之一例為氮化矽膜。
如此，由於在上述周邊電路部14上與上述施加負電壓之膜28之間，形成具有正固定電荷之膜25，因此於施加負電壓之膜28施加負電壓時所產生之負電場會由具有正固定電荷之膜25中之正固定電荷來減低，因此此負電場所造成之影響不會波及周邊電路14。故，可防止負電場造成周邊電路14誤動作，因此可提升周邊電路部14之可靠性。如上述，於上述周邊電路部14上與上述施加負電壓之膜28之間，形成具有正固定電荷之膜25之結構，亦可適用於前述固體攝像裝置6，可獲得與固體攝像裝置7相同之效果。
接著，藉由圖27~圖29之表示有要部之製造步驟剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置之製造方法(第二製造方法)之一實施型態(第一實施例)。於圖27~圖29中，作為一例而表示前述固體攝像裝置4之製造步驟。
如圖27(1)所示，於半導體基板(或半導體層)11，形成將射入光予以光電轉換之受光部12、將此受光部12分離之像素分離區域13、對於受光部12介以像素分離區域13而形成有周邊電路(例如電路14C)之周邊電路部14等。此製造方法係使用既有之製造方法。接著，形成對於上述射入光具有穿透性之絕緣膜29。此絕緣膜29係以例如氧化矽膜來形成。
接著，如圖27(2)所示，藉由抗蝕劑塗布、微影技術，於上述周邊電路部14上方之上述絕緣膜29上，形成抗蝕劑掩模53。
接著，如圖28(3)所示，藉由使用上述抗蝕劑掩模53[參考前述圖27(2)]之蝕刻，加工上述絕緣膜29，於上述周邊電路部14上留下絕緣膜29。其後，除去上述抗蝕劑掩模53。
接著，如圖28(4)所示，於上述受光部12之受光面12s上，實際上於上述半導體基板11上，形成覆蓋上述絕緣膜26之降低界面態之膜21。此降低界面態之膜21係例如以氧化矽(SiO2 )膜來形成。藉此，絕緣膜27係由上述絕緣膜29及上述降低界面態之膜21來形成。
接著，如圖29(5)所示，於上述降低界面態之膜21上，形成施加負電壓之膜28。藉由於此施加負電壓之膜28施加負電壓，以於上述受光部12之受光面側形成電洞積存層23。因此，上述降低界面態之膜21必須至少於受光部12上，形成如藉由施加於上述施加負電壓之膜28之負電壓，於上述受光部12之受光面12s側形成有電洞積存層23之膜厚。該膜厚為例如1原子層以上、100 nm以下。
上述施加負電壓之膜28係以例如對於射入光呈透明之具有導電性之膜來形成，並以例如對於可見光呈透明之導電性膜來形成。作為此膜，可使用氧化銦錫膜、氧化銦鋅膜或氧化銦膜、氧化錫膜、氧化鎵鋅膜等。
上述固體攝像裝置6中施加負電壓之膜28上之結構，係形成有將受光部12之一部分及周邊電路部14予以遮光之遮光膜、至少將射入受光部12之射入光予以分光之彩色濾光器層、及將對於受光部12之射入光予以聚光之聚光透鏡等。其製造方法係作為一例亦可適用前述固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之各實施例。
於上述固體攝像裝置6之製造方法(第二製造方法)之第一實施例，由於在形成於受光部12之受光面12s之絕緣膜27上，形成有施加負電壓之膜28，因此藉由於施加負電壓之膜28施加負電壓所產生之電場，於受光部12之受光面12s側之界面會充分形成電荷積存(電洞堆積)層。因此，抑制從界面產生之電荷(電子)，並且即使產生電荷(電子)，仍不會流入受光部中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之電洞積存層23並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被受光部12檢測到，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。並且，由於在受光部12之受光面12s形成作為降低界面態之膜21，因此進一步抑制起因於界面態之電子產生，故抑制起因於界面態之電子作為暗電流而流入受光部12中。
而且，如圖示，藉由絕緣膜27，周邊電路部14上之絕緣膜27之膜厚比受光部12上之絕緣膜27之膜厚較厚地形成，以使上述施加負電壓之膜28從上述周邊電路部14表面之距離比從上述受光部12表面之距離長。藉此減低於施加負電壓之膜28施加負電壓時所產生之電場之影響波及周邊電路部14。亦即，電場強度減低，於周邊電路部14表面抑制電洞積存，因此可消除於周邊電路部14之電路誤動作。
接著，藉由圖30~圖31之表示有要部之製造步驟剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置之製造方法(第二製造方法)之一實施型態(第二實施例)。於圖30~圖31中，作為一例而表示前述固體攝像裝置4之製造步驟。
如圖30(1)所示，於半導體基板(或半導體層)11，形成將射入光予以光電轉換之受光部12、將此受光部12分離之像素分離區域13、對於受光部12介以像素分離區域13而形成有周邊電路(例如電路14C)之周邊電路部14等。此製造方法係使用既有之製造方法。接著，形成對於上述射入光具有穿透性之絕緣膜27。此絕緣膜27係以例如氧化矽膜來形成。並且，於上述絕緣膜27上，形成具有正固定電荷之膜25。此具有正固定電荷之膜25係以例如氮化矽膜來形成。
接著，如圖30(2)所示，藉由抗蝕劑塗布、微影技術，於上述周邊電路部14上方之上述具有正固定電荷之膜25上，形成抗蝕劑掩模54。
接著，如圖31(3)所示，藉由使用上述抗蝕劑掩模54[參考前述圖30(2)]之蝕刻，加工上述具有正固定電荷之膜25，於上述周邊電路部14上留下具有正固定電荷之膜25。其後，除去上述抗蝕劑掩模54。
接著，如圖31(4)所示，於上述絕緣膜27及上述具有正固定電荷之膜25上，形成施加負電壓之膜28。藉由於此施加負電壓之膜28施加負電壓，以於上述受光部12之受光面側形成電洞積存層23。此時，可使上述絕緣膜27作為降低界面態之膜而作用。因此，上述絕緣膜27必須至少於受光部12上，形成如藉由施加於上述施加負電壓之膜28之負電壓，於上述受光部12之受光面12s側形成有電洞積存層23之膜厚。該膜厚為例如1原子層以上、100 nm以下。
上述施加負電壓之膜28係以例如對於射入光呈透明之具有導電性之膜來形成，並以例如對於可見光呈透明之導電性膜來形成。作為此膜，可使用氧化銦錫膜、氧化銦鋅膜或氧化銦膜、氧化錫膜、氧化鎵鋅膜等。
於上述固體攝像裝置7中施加負電壓之膜28上，雖未圖示但形成有將受光部12之一部分及周邊電路部14予以遮光之遮光膜、至少將射入受光部12之射入光予以分光之彩色濾光器層、及將對於受光部12之射入光予以聚光之聚光透鏡等。其製造方法係作為一例亦可適用前述固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之各實施例。
於上述固體攝像裝置7之製造方法(第二製造方法)之第二實施例，由於在形成於受光部12之受光面12s之絕緣膜27上，形成有施加負電壓之膜28，因此藉由於施加負電壓之膜28施加負電壓所產生之電場，於受光部12之受光面12s側之界面會充分形成電荷積存(電洞堆積)層。因此，可抑制來自界面之電荷(電子)產生，並且即使從界面產生電荷(電子)，仍不會流入受光部中成為位能之井之電洞積存部分，而可流動於存在有許多電洞之電洞積存層23並消滅。故，可防止該起因於界面之電荷成為暗電流而被受光部12檢測到，可抑制起因於界面態所造成之暗電流。並且，由於在受光部12之受光面12s形成降低界面態之膜21，因此進一步抑制起因於界面態之電子產生，故抑制起因於界面態之電子作為暗電流而流入受光部12中。
而且，由於在上述周邊電路部14與上述施加負電壓之膜28之間，形成具有正固定電荷之膜25，因此於施加負電壓之膜28施加負電壓時所產生之負電場會由具有正固定電荷之膜25中之正固定電荷來減低，因此此負電場所造成之影響不會波及周邊電路部14。故，可防止負電場造成周邊電路部14誤動作。如上述，於上述周邊電路部14上與上述施加負電壓之膜28之間，形成具有正固定電荷之膜25之結構，亦可適用於前述固體攝像裝置6，可獲得與固體攝像裝置7相同之效果。
接著，藉由圖32之要部結構剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置(第三固體攝像裝置)之一實施型態(實施例)。此外，於圖32中主要表示受光部，未圖示周邊電路部、佈線層、將受光部之一部分及周邊電路部予以遮光之遮光膜、將射入受光部之光予以分光之彩色濾光器層、及將對於受光部之射入光予以聚光之聚光透鏡等。
如圖32所示，固體攝像裝置8係於半導體基板(或半導體層)11，具有將射入光予以光電轉換之受光部12。於此受光部12之受光面12s側，形成有絕緣膜31，此絕緣膜31係以例如氧化矽(SiO2 )膜來形成。於上述絕緣膜31上，形成有功函數之值比進行光電轉換之受光部12之受光面12s側之界面大之膜(以下稱為電洞積存輔助膜)32，並因此功函數之差異而形成電洞積存層23。此電洞積存輔助膜32無須電性地與其他元件、佈線連接，因此為絕緣膜或如金屬膜具有導電性之膜均可。
而且，於形成有上述受光部12之半導體基板11之光射入側之相反側，形成有例如由複數層佈線71及絕緣膜72所組成之佈線層73。並且，該佈線層73係由支持基板74所支持。
例如電洞積存層23係以矽(Si)形成，因此其功函數值約為5.1 eV。因此，上述電洞積存輔助膜32只要功函數值比5.1大之值之膜即可。
例如使用金屬膜之情況時，若根據日本理科年表，銦(110)膜之功函數值為5.42，銦(111)膜之功函數值為5.72，鎳膜之功函數值為5.15，鈀膜之功函數值為5.55，鋨膜之功函數值為5.93，金(100)膜之功函數值為5.47，金(110)膜之功函數值為5.37，鉑膜之功函數值為5.64。於上述電洞積存輔助膜32可使用此等膜。而且，即使是上述以外之膜，若為功函數值比受光部12之受光面12s側之界面大之金屬膜，均可使用於電洞積存輔助膜32。而且，作為透明電極使用之ITO(In2 O3 )之功函數值為4.8 eV，氧化物半導體之功函數可藉由成膜方法或導入雜質來控制。
由於上述電洞積存輔助膜32形成於光射入側，因此重要者在於形成讓射入光穿透之膜厚，該射入光之穿透率宜儘可能具有高穿透率，宜確保例如95%以上之穿透率。
而且，電洞積存輔助膜32只要可利用與受光部12表面之功函數差即可，不限制於低電阻值，因此即使是使用例如導電膜之情況，亦無須厚層地形成膜厚。例如若設定射入光強度為I0 ，吸光係數α(其中，α＝(4πk)/λ，k為玻耳茲曼常數，λ為射入光之波長)，則於深度z位置之光強度係以I(z)＝I0 e×p(－α．z)來表示。故，若求出I(z)/I0 ＝0.8之厚度，則例如銦膜為1.9 nm，金膜為4.8 nm，鉑膜為3.4 nm，雖依膜種類而不同，但可知若為2 nm以下即可。
而且，上述電洞積存輔助膜32亦可為有機膜，例如可使用聚乙烯二氧噻吩(polyethylenedioxythiophene)。如前述，上述電洞積存輔助膜32只要具有比受光部12之受光面12s側界面之功函數值高之功函數值即可，其為導電膜、絕緣膜或半導體膜均可。
於上述固體攝像裝置8，由於在形成於受光部12上之絕緣膜31上，具有功函數值比受光部12之受光面12s側之界面23大之膜(電洞積存輔助膜)32，因此藉其來提高電洞積存層23之電洞積存效率，形成於受光部12之受光側界面之電洞積存層23可積存充分電洞。藉其來減低暗電流。
接著，藉由圖33來說明使用電洞積存輔助膜32之固體攝像裝置之結構之一例。於圖33中表示有CMOS影像感測器。
如圖33所示，於半導體基板11形成有複數像素部61，其係具有將射入光轉換為電性信號之受光部(例如光二極體)12、傳輸電晶體、放大電晶體、重設電晶體等電晶體群55(於圖式中圖示其一部分)等。於上述半導體基板11，使用例如矽基板。並且，形成處理從各受光部12讀出之信號電荷之信號處理部(未圖示)。
於上述像素部61周圍之一部分，例如於列方向或行方向之像素部61間，形成有像素分離區域13。
而且，於形成有上述受光部12之半導體基板11之表面側(圖式中為半導體基板11之下側)，形成有佈線層73。此佈線層73係由佈線71及被覆此佈線71之絕緣膜72所組成。於上述佈線層73形成有支持基板74。此支持基板74係由例如矽基板來組成。
並且，於上述固體攝像裝置1，於半導體基板11背面側形成有上述電洞積存層23，於其上面，介以絕緣膜31而形成前述所說明之電洞積存輔助膜32。並且，介以絕緣膜(未圖示)而形成有機彩色濾光器層44。此有機彩色濾光器層44係於上述受光部12相對應而形成，由例如藍(Blue)、紅(Red)及綠(Green)之有機彩色濾光器配置為例如方格花紋者來組成。而且，於各有機彩色濾光器層44上，形成使射入光聚光於各受光部12之聚光透鏡45。
接著，藉由圖34之流程圖、圖35之製造步驟剖面圖及圖36之表示有要部之製造步驟剖面圖，來說明本發明之固體攝像裝置之製造方法(第三製造方法)之一實施型態(第一實施例)。於圖34~圖36中，作為一例而表示前述固體攝像裝置8之製造步驟。
如圖34(1)及圖35(1)所示，首先準備於矽基板82上，介以絕緣層(例如氧化矽層)83而形成有矽層84之SOI基板81，於矽層84形成對準用之背面標記85。
接著，如圖34(2)及圖35(2)所示，於SOI基板81之矽層84，進行元件分離區域(未圖示)之形成、電洞積存層23之形成、受光部12之形成、電晶體群55之形成及佈線層73之形成等。其中，電洞積存層23亦可於後續之基板薄膜化後之步驟中形成。
接著，如圖34(3)及圖35(3)所示，貼合佈線層73及支持基板74。
接著，如圖34(4)及圖35(4)所示，實施SOI基板81之薄膜化。於此，藉由例如研削、研磨來除去矽基板82。
雖未圖示，上述電洞積存層23亦可於除去SOI基板81之絕緣層83後，形成蓋膜(未圖示)，並藉由雜質導入及活化處理來形成。作為一例，形成厚度30 nm之電漿－TEOS氧化膜，以作為蓋膜，雜質導入則以硼之離子植入來進行。此離子植入條件係例如打入能量設定為20 keV，摻雜重設定為1×1013 /cm2 。而且，活化宜以不破壞佈線層43與支持基板74之貼合之400℃以下之退火來進行。然後，以例如稀釋氟酸處理來除去上述蓋層。此時，亦可除去SOI基板81之絕緣層83。
如此，如圖36(1)所示，於受光部12上形成電洞積存層23。
接著，如圖36(2)所示，於電洞積存層23上(光射入側)形成絕緣膜31。作為一例，將電漿－TEOS氧化膜形成厚度30 nm。
接著，如圖36(3)所示，於上述絕緣膜31(光射入側)形成電洞積存輔助膜32，其係具有功函數值比受光部12之受光面12s側界面(功函數值約5.1 eV)大之膜。作為一例，以濺鍍將金屬薄膜之功函數值5.6 eV之鉑(Pt)膜成膜為厚度3 nm。作為其他金屬薄膜，銥(Ir)、錸(Re)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、鈷(Co)、釕(Ru)、銠(Rh)、鋨(Os)、金(Au)等為候補。當然亦可為合金。
而且，由於此例中受光部之受光面側界面之功函數值約為5.1 eV，因此上述電洞積存輔助膜32之材料亦可為ITO(In2 O3 )。ITO可於其成膜製程中具有4.5 eV~5.6 eV之功函數值。而且，由於作為其他氧化物半導體，諸如RuO2 、SnO2 、IrO2 、OsO2 、ZnO2 、ReO2 、MoO2 或導入有受體雜質之半導體或有機材料之聚乙烯二氧噻吩(polyethylenedioxythiophene：PEDOT)等，亦可具有比5.1 eV大之功函數值，因此可成為電洞積存輔助膜32之材料。而且，作為成膜方法，400℃以下之成膜方法可舉出ALD、CVD、氣相摻雜等。
接著，如圖34(5)及圖35(5)所示，介以障壁金屬91而形成背面電極92。
接著，如圖34(6)及圖35(6)所示，於受光部12上方形成彩色濾光器層44後，形成聚光透鏡45。如此而形成固體攝像裝置8。
於上述固體攝像裝置之製造方法(第三製造方法)，由於在形成於受光部12上之絕緣膜31上，形成功函數值比受光部12之受光面12s側界面大之膜之電洞積存輔助膜32，因此可提高電洞積存層23之電洞積存效率，形成於受光部12之受光面12s側界面之電洞積存層23可積存充分電洞。藉其來減低暗電流。而且，上述電洞積存輔助膜32只要具有比電洞積存層23之功函數值高之功函數值即可，無須導通有電流，其為導電膜、絕緣膜或半導體膜均可。因此，電洞積存輔助膜32亦可選擇高電阻之材料。而且，電洞積存輔助膜32具有不需要外部信號輸入端子之特徵。
上述各實施例之固體攝像裝置1~8可適用於背面照射型固體攝像裝置，其結構具備具有將射入光量轉換為電性信號之受光部之複數像素部，並於形成有各像素部之半導體基板之一面側具備佈線層，且以上述各受光部，接受從與形成有此佈線層之面相反側射入之光。當然，亦可適用於表面照射型固體攝像裝置，其係於受光面側形成有佈線層，且為了不遮蔽射入受光部之射入光，將對於射入受光部之射入光之光路作為上述佈線層之未形成區域。
接著，藉由圖37之區塊圖，來說明有關本發明之攝像裝置之一實施型態(實施例)。此攝像裝置有例如攝影機、數位相機、行動電話之相機等。
如圖37所示，攝像裝置500係於攝像部501具備固體攝像裝置(未圖示)。於此攝像部501之聚光側，具備使像成像之成像光學系統502，而且於攝像部501連結有具有驅動其之驅動電路，及將固體攝像裝置所光電轉換之信號處理為圖像之信號處理電路等之信號處理部503。而且，由上述信號處理部所處理之圖像信號可藉由圖像記憶部(未圖示)來記憶。於此攝像裝置500，上述固體攝像元件可使用前述實施型態所說明之固體攝像裝置1至固體攝像裝置8。
於本發明之攝像裝置500中，由於使用本申請發明之固體攝像裝置1或固體攝像裝置2、或前述圖4所示之結構之形成有反射膜之聚光透鏡之固體攝像裝置，因此與上述說明相同，由於使用可提高色重現性或解像度之固體攝像裝置，因此具有可記錄高品質影像之優點。
此外，本發明之攝像裝置500不限定於上述結構，可適用於使用固體攝像裝置之攝像裝置之任何結構者。
上述固體攝像裝置1至固體攝像裝置8等可為作為單晶片形成之型態，或攝像部、信號處理部或光學系統集中封裝之具有攝像功能之模組狀之型態均可。而且，本發明不僅可適用於固體攝像裝置，亦可適用於攝像裝置。此情況下，作為攝像裝置可獲得高畫質化效果。於此，攝像裝置係表示例如相機或具有攝像功能之攜帶式機器。而且，「攝像」不僅包含通常相機拍攝時之像取入，作為廣義之含意亦包含指紋檢測等。
1,2,3,4,5,6,7,8．．．固體攝像裝置
11．．．半導體基板
12．．．受光部
12s．．．受光面
13．．．像素分離區域
14．．．周邊電路部
14C．．．電路
14D．．．元件
21．．．降低界面態之膜
22．．．具有負固定電荷之膜
23．．．電洞積存層、界面
24,26,27,29,31,41,43,72,83．．．絕緣膜
25．．．具有正固定電荷之膜
28．．．施加負電壓之膜
32．．．電洞積存輔助膜
42．．．遮光膜
44．．．彩色濾光器層、有機彩色濾光器層
45．．．聚光透鏡
46．．．防反射膜
51,52,53,54．．．抗蝕劑掩模
55．．．電晶體群
61．．．像素部
71．．．佈線
73．．．佈線層
74．．．支持基板
81．．．SOI基板
82．．．矽基板
84．．．矽層
85．．．背面標記
91．．．障壁金屬
92．．．背面電極
500．．．攝像裝置
501．．．攝像部
502．．．成像光學系統
503．．．信號處理部
Dit．．．界面態密度
L．．．射入光
Tox．．．氧化膜換算膜厚
Vfb．．．平帶電壓
圖1係表示本發明之固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)之一實施型態(第一實施例)之要部結構剖面圖。
圖2(1)~(3)係說明本發明之固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)之效果之能帶圖。
圖3係表示上述固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)1之一變形例之要部結構剖面圖。
圖4係表示上述固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)1之一變形例之要部結構剖面圖。
圖5係說明具有負固定電荷之膜位於周邊電路部上之附近之情況下之負固定電荷之作用之要部結構剖面圖。
圖6係表示本發明之固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)之一實施型態(第二實施例)之要部結構剖面圖。
圖7係表示本發明之固體攝像裝置(第一固體攝像裝置)之一實施型態(第三實施例)之要部結構剖面圖。
圖8(1)、圖8(2)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第一實施例)之製造步驟剖面圖。
圖9(3)、圖9(4)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第一實施例)之製造步驟剖面圖。
圖10(5)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第一實施例)之製造步驟剖面圖。
圖11(1)、圖11(2)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第二實施例)之製造步驟剖面圖。
圖12(3)、圖12(4)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第二實施例)之製造步驟剖面圖。
圖13(5)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第二實施例)之製造步驟剖面圖。
圖14(1)、圖14(2)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第三實施例)之製造步驟剖面圖。
圖15(3)、圖15(4)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第三實施例)之製造步驟剖面圖。
圖16(5)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第三實施例)之製造步驟剖面圖。
圖17(1)、圖17(2)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第四實施例)之製造步驟剖面圖。
圖18(3)、圖18(4)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第四實施例)之製造步驟剖面圖。
圖19(5)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第四實施例)之製造步驟剖面圖。
圖20(1)、圖20(2)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第五實施例)之製造步驟剖面圖。
圖21(3)、圖21(4)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第一製造方法)之一實施型態(第五實施例)之製造步驟剖面圖。
圖22係表示於氧化鉿(HfO2 )膜存在有負固定電荷之平帶電壓與氧化膜換算膜厚之關係圖。
圖23係表示於氧化鉿(HfO2 )膜存在有負固定電荷之界面態密度之比較圖。
圖24係說明以熱氧化膜作為基準之電子(electron)之形成及電洞(hole)之形成之平帶電壓與氧化膜換算膜厚之關係圖。
圖25係表示本發明之固體攝像裝置(第二固體攝像裝置)之一實施型態(第一實施例)之要部結構剖面圖。
圖26係表示本發明之固體攝像裝置(第二固體攝像裝置)之一實施型態(第二實施例)之要部結構剖面圖。
圖27(1)、圖27(2)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第二製造方法)之一實施型態(第一實施例)之製造步驟剖面圖。
圖28(3)、圖28(4)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第二製造方法)之一實施型態(第一實施例)之製造步驟剖面圖。
圖29(5)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第二製造方法)之一實施型態(第一實施例)之製造步驟剖面圖。
圖30(1)、圖30(2)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第二製造方法)之一實施型態(第二實施例)之製造步驟剖面圖。
圖31(3)、圖31(4)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第二製造方法)之一實施型態(第二實施例)之製造步驟剖面圖。
圖32係表示本發明之固體攝像裝置(第三固體攝像裝置)之一實施型態(實施例)之要部結構剖面圖。
圖33係表示使用電洞積存輔助膜之固體攝像裝置之結構之一例之要部結構剖面圖。
圖34(1)~(6)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第三製造方法)之一實施型態(第三實施例)之流程圖。
圖35(1)~(6)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第三製造方法)之一實施型態(第三實施例)之製造步驟剖面圖。
圖36(1)~(3)係表示本發明之固體攝像裝置之製造方法(第三製造方法)之一實施型態(第三實施例)之要部之製造步驟剖面圖。
圖37係表示本發明之攝像裝置之一實施型態(實施例)之區塊圖。
圖38(1)、圖38(2)係表示抑制起因於界面態之暗電流產生之方法之受光部之概略結構剖面圖。
1．．．固體攝像裝置
11．．．半導體基板
12．．．受光部
12s．．．受光面
21．．．降低界面態之膜
22．．．具有負固定電荷之膜
23．．．電洞積存層
41,43．．．絕緣膜
42．．．遮光膜
44．．．彩色濾光器層
45．．．聚光透鏡
L．．．射入光

Claims (4)

  1. 一種固體攝像裝置，其係包含用以將射入光予以光電轉換之受光部；其特徵為包含：形成於前述受光部之受光面側上層之絕緣膜；及形成於前述絕緣膜上，功函數之值比前述進行光電轉換之受光部之受光面側之界面大之膜。
  2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中前述固體攝像裝置係背面照射型固體攝像裝置，其包含含有將射入光量轉換為電性信號之受光部之複數像素部，並於形成有前述像素部之半導體基板之一面側包含有佈線層；且以前述受光部接受從與形成有前述佈線層之面相反側射入之光。
  3. 一種固體攝像裝置之製造方法，其係於半導體基板形成將射入光予以光電轉換之受光部之固體攝像裝置之製造方法，其特徵為包含以下步驟：於前述受光部之受光面側上層形成絕緣膜之步驟；及於前述絕緣膜上形成功函數之值比前述進行光電轉換之受光部之受光面側之界面大之膜之步驟。
  4. 一種攝像裝置，其特徵為包含：聚光光學部，其係聚集射入光；固體攝像裝置，其係接受由前述聚光光學部所聚集之前述射入光，並予以光電轉換；及信號處理部，其係處理經光電轉換之信號電荷； 前述固體攝像裝置係包含：形成於將前述射入光轉換為信號電荷的前述固體攝像裝置之受光部之受光面側上層之絕緣膜；及形成於前述絕緣膜上，功函數之值比前述進行光電轉換之受光部之受光面側之界面大之膜。
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