TWI442556B - A solid-state image pickup device, a method of manufacturing the same, and an image pickup device - Google Patents
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Description
本發明係關於固體攝像元件及其製造方法、以及具備固體攝像元件之攝像裝置。
在CCD(Charge Coupled Devices電荷耦合裝置)固體攝像元件或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor互補金屬氧化物半導體)固體攝像元件中,已知發光二極體中之結晶缺陷、或形成於矽基板之受光部與其上之絕緣層之界面位準系成為暗電流之原因。
即,如圖12A之模式性剖面圖所示、如圖12B之電位圖所示,在形成有發光二極體PD之矽層51、與其上之絕緣層52之界面,發生以X標誌顯示之界面位準。該界面位準為暗電流之產生源,起源於界面之電子成為暗電流,流入至發光二極體PD。
因此,作為控制暗電流發生之技術,採用有所謂之HAD(Hole Accumulation Diode電洞累積二極體)構造(例如,參照專利文獻1)。
具體而言,如圖13A之模式性剖面圖所示、如圖13B之電位圖所示,於矽層51之表面附近導入p型雜質,形成p+
半導體區域,將該p+
半導體區域設為用於累積正電荷(電洞)之正電荷累積區域53。
如此,藉由於界面形成有正電荷累積區域53之HAD構造,可使發光二極體PD與界面分離,從而抑制以界面位準作為發生源之暗電流。
通常,形成HAD構造之際,以退火溫度離子植入如B、BF2
等之離子,藉此於界面附近形成有成為正電荷累積區域53之p+
半導體區域。
且,在先前之離子植入過程中,為實現植入之離子之適當正確之擴散及活性化,不可欠缺的是儘可能地保持長時間之高溫。
然而,長時間保持高溫根據充分確保固體攝像元件之特性等之觀點並非所欲。
因此,如圖14A及圖14B所示,作為於形成有發光二極體PD之矽層51上形成之絕緣層,提出有取代通常之絕緣層52而形成具有負固定電荷54之絕緣層55(參照專利文獻2)。
藉此,如圖14B所示,即使將帶彎曲,不於矽層51進行離子植入,亦可於界面附近形成正電荷累積區域53,從而累積正電荷(電洞)。
作為具有如此之負固定電荷54之絕緣層55之材料,可舉例例如HfO2
、ZrO2
、Al2
O3
、TiO2
、Ta2
O5
等。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2005-123280號公報
專利文獻2:日本特開2008-306154號公報
在上述專利文獻2中亦提出有將具有負固定電荷之絕緣層進行成膜之際,積層藉由ALD(Atomic Layer Deposition:原子層沉積)法、或藉由MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金屬化學氣相沉積)法進行成膜之第1膜,與PVD(Physical Vapor Deposition:物理氣相沉積)法進行成膜之第2膜的方法。
根據該方法,使用ALD法可抑制界面位準,且使用PVD法可使生產性提高。
然而,在上述專利文獻2中所提出之製造方法中,由於以不同之2種成膜方法,積層形成有相同之氧化物,故具有負固定電荷54之絕緣層55之特性因使用之氧化物受到限制。
為解決上述之問題,本發明係提供可抑制暗電流,且放寬具有負固定電荷之層之特性限制的固體攝像元件及其製造方法者。又,係提供具備該固體攝像元件之攝像裝置者。
本發明之固體攝像元件包含形成有進行光電轉換之發光二極體之半導體層,與於至少形成有發光二極體之區域之半導體層上形成之具有負固定電荷的第1膜。再者,包含形成於具有該負固定電荷之第1膜上之由與具有負固定電荷之第1膜21不同之材料所成之具有負固定電荷的第2膜。
本發明之固體攝像元件之製造方法包含於半導體層上形成發光二極體之步驟;於至少形成有發光二極體之區域之半導體層上,形成具有負固定電荷之第1膜之步驟。進而包含於具有負固定電荷之第1膜上,形成由與具有負固定電荷之第1膜不同之材料構成之具有負固定電荷的第2膜。
本發明之攝像裝置包含集聚入射光之聚光光學部;接收以該聚光光學部集聚之入射光並進行光電轉換之固體攝像元件;處理以該固體攝像元件光電轉換而獲得之信號之信號處理部。且,本發明之攝像裝置固體攝像元件為上述之本發明之固體攝像元件之構成者。
根據上述之本發明之固體攝像元件之構成,藉由具有負固定電荷之第1膜及第2膜,於形成有發光二極體之半導體層之界面附近(表面附近),形成正電荷累積區域,從而可累積正電荷(電洞)。藉此可抑制界面位準導致之暗電流之產生。又,組合該第1膜及第2膜,獲得充分之負偏壓效果。
又,藉由具有負固定電荷之第1膜,可防止形成具有負固定電荷之第2膜時對半導體層之損害。
再者,由於第2膜係由與第1膜不同之材料所構成,故無需如上述專利文獻2所示,以2種成膜法積層相同之材料,從而放寬具有負固定電荷之膜之材料之限制。
根據上述之本發明之固體攝像元件之製造方法,於至少形成有發光二極體之區域之半導體層上,形成具有負固定電荷之第1膜。且,由於在該第1膜上形成具有負固定電荷之第2膜,故藉由第1膜及第2膜,可成為於形成有發光二極體之半導體層之界面附近(表面附近)累積正電荷(電洞)之構造。藉此可抑制界面位準導致之暗電流之發生。
且,由於在第2膜下形成有第1膜,故可在形成第2膜之際,以第1膜預防以使對半導體層不造成損害。
再者,由於第2膜係由與第1膜不同之材料所構成,故無需如上述專利文獻所示,以2種成膜法積層相同之材料,從而放寬具有負固定電荷之膜之材料限制。
根據上述之本發明之攝像裝置之構成,固體攝像元件為上述本發明之攝像裝置之構成,藉此可抑制暗電流發生。
根據上述之本發明之固體攝像元件及其製造方法,可利用充分大之負偏壓效果,抑制界面位準導致之暗電流發生。
因此,可實現不產生暗電流而穩定動作之具有高可靠度之固體攝像元件。
又,可放寬具有負固定電荷之膜之材料限制,且亦可放寬具有負固定電荷之膜之特性限制。藉此可擴展固體攝像元件之設計自由度。
根據上述之本發明之攝像裝置,由於可抑制在固體攝像元件中暗電流發生,故以發光二極體進行光電轉換而獲得之信號穩定。
因此,可實現穩定動作、具有高可靠度、並可獲得良好畫質之攝像裝置。
以下,說明用於實施發明之最佳之形態(以下,稱為實施形態)。
再者,說明以下列順序進行。
1. 發明之概要
2. 固體攝像元件之實施形態
3. 實驗(特性測定)
4. 攝像裝置之實施形態
在本發明中,於固體攝像元件之至少形成有固體攝像元件之發光二極體之區域之半導體層上,形成具有負固定電荷之第1膜,並於該具有負固定電荷之第1膜上,形成具有負固定電荷之第2膜。
具有負固定電荷之第2膜係由與具有負固定電荷之第1膜不同之材料形成(成膜)。
具有負固定電荷之第1膜及第2膜之材料可採用包含矽、鉿、鋁、鉭、鈦、釔、類鑭元素中至少一個元素的絕緣膜。
作為如此之絕緣膜之絕緣材料,例如可舉例例如從氧化鉿(HfO2
)、氧化鋯(ZrO2
)、氧化鋁(Al2
O3
)、氧化鈦(TiO2
)、氧化鉭(Ta2
O5
)中選擇之材料。該等之氧化物之膜由於已證實有用於絕緣閘極型電場效果電晶體之柵絕緣膜等,故成膜方法已確立,從而可容易地進行成膜。
又,該等材料中,尤其是形成折射率相對高之HfO2
(折射率2.05)、Ta2
O5
(折射率2.16)、TiO2
(折射率2.20)等之情況時,亦可獲得反射防止效果。
作為上述以外之絕緣材料,例如可舉例稀土類元素之氧化物。即鑭、鐠、鈰、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、釔之各氧化物。
再者,亦可使用氮化鉿、氮化鋁、氧氮化鉿、氧氮化鋁。
且,負固定電荷之第1膜與具有負固定電荷之第2膜係分別從上述之材料選定不同之材料。
亦可在不損害絕緣性之範圍內,對具有負固定電荷之第1膜或具有負固定電荷之第2膜,於膜中添加矽(Si)或氮(N)。其濃度在不損害膜之絕緣性之範圍內適宜決定。如此,藉由添加矽(Si)或氮(N),可使膜之耐熱性或在製程中之離子植入之阻止能力提高。
較好具有負固定電荷之第1膜係使用成膜速度相對慢之成膜方法成膜。更佳為例如將成膜速度設為0.01 nm/分~1 nm/分,形成具有負固定電荷之第1膜。作為此種成膜速度之成膜方法,可舉例例如原子層沉積(ALD)法或有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)法。
藉由ALD法成膜第1膜之情況時,採用之條件為例如基板溫度為200~500℃、前驅物之流量為10~500 sccm、前驅物在照射時間為1~15秒、O3
之流量為5~50 sccm。
藉由MOCVD法成膜第1膜之情況時,例如採用基板溫度為200~600℃之條件。
再者,半導體層為矽層,且於其上藉由ALD法成膜第1膜之情況時,同時可於矽層之表面,形成厚度1 nm左右之降低界面位準之氧化矽膜。
較佳,具有負固定電荷之第2膜係使用成膜速度快於具有負固定電荷之第1膜之成膜速度之成膜速度相對快之成膜法成膜。更佳為例如將成膜速度設為10 nm/分~50 nm/分,形成具有負固定電荷之第2膜。作為此種成膜速度之成膜方法,可舉例例如物理氣相沉積(PVD)法。
藉由PVD法成膜第2膜之際,採用之條件為例如壓力為0.01 Pa~50 Pa、功率為500~2000 W,Ar之流量為5~50 sccm,O2
之流量為5~50 sccm。
由於藉由PVD法成膜第2膜,故相較於ALD法或MOCVD法,成膜速度變快,從而可以相對較短之時間形成某程度厚之膜。
具有負固定電荷之第1膜之膜厚無特別限定,但形成第2膜之際,必須為大於第1膜某種程度之膜厚,以使不會對半導體層造成損害。更佳為將第1膜之膜厚設為1 nm以上。
又,使用ALD法或MOCVD法等成膜速度相對慢之成膜方法形成第1膜之情況,形成厚膜需花費時間。因此,第1膜之膜厚較佳為設為20 nm左右以下。
組合具有負固定電荷之第1膜與具有負固定電荷之第2膜之合計之膜厚較佳設為40 nm~100 nm。根據反射防止之觀點,更佳為將合計之膜厚設為50 nm~70 nm。
在本發明中,由於在具有負固定電荷之第1膜上,形成有具有負固定電荷之第2膜,故組合兩者,可獲得充分之負偏壓效果。
又,使用原子層沉積(ALD)法或有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)法等之成膜速度相對慢之成膜方法,形成具有負固定電荷之第1膜之情況時,可於形成第1膜之際,不對半導體層造成損害。
再者,具有負固定電荷之第1膜具有負固定電荷,且可防止形成具有負固定電荷之第2膜之際對半導體層的損害。
且,由於第2膜係由與第1膜不同之材料所成,故可放寬具有負固定電荷之膜之材料之限制。藉此,可擴展固體攝像元件之設計自由度。
且,例如於具有負固定電荷之第2膜,藉由使用折射率相對高之HfO2
、Ta2
O5、TiO2
,除上述之反射防止效果以外,可增強入射至發光二極體之光,從而提高感光度。
因此,根據本發明,藉由充分大之負偏壓效果,可抑制界面位準導致之暗電流發生,從而可實現不產生暗電流而穩定動作之具有高可靠度之固體攝像元件。又,可放寬具有負固定電荷之膜之材料限制,亦可放寬具有負固定電荷之膜之特性限制。藉此,可擴展固體攝像元件之設計自由度。
且,本發明之攝像裝置具備本發明之固體攝像元件構成攝像裝置。藉此,由於可抑制在固體攝像元件中暗電流發生,以固體攝像元件光電轉換而獲得之信號穩定,故可實現穩定動作、具有高可靠度、且可獲得良好畫質之攝像裝置。
於圖1顯示本發明之固體攝像元件之一實施形態之概略構成圖(剖面圖)。
本實施形態係將本發明適用於所謂之背面照射型之CMOS固體攝像元件(CMOS影像感測器)之情況。
該固體攝像元件1係於發光二極體部41之矽基板2上,由N型雜質區域形成成為發光二極體之電荷累積區域4光電轉換入射光之受光部。
於該發光二極體之電荷累積區域4之表面,形成有正電荷累積區域5。
且,藉由該等電荷累積區域4及正電荷累積區域5,構成上述之HAD構造。
在發光二極體部41中,於矽基板2之電荷累積區域4之下方,形成MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導體)電晶體Tr1之閘極電極11,於更下方形成由金屬配線構成之配線層12。在圖1中,顯示有3層之配線層12。閘極電極11及各層之配線層12之間,藉由層間之絕緣層13絕緣。
再者,絕緣層13由雖未圖示但設置於下方之支撐基板等支撐。
藉由具有電荷累積區域4之發光二極體構成各像素。
各像素包含圖示之電晶體(該情況為讀取‧傳送累積於電荷累積區域4之電荷之傳送電晶體)Tr1,且具有1個以上之電晶體。
各像素之電荷累積區域4之間,由P型元件分離區域3分離。
再者,雖未圖示,但較佳為於電荷累積區域4之電晶體Tr1閘極電極11側之界面,形成p+
半導體區域,抑制與絕緣層3之界面之暗電流發生。
在周邊電路部42中,形成有包含N型或P型MOS電晶體之MOS電晶體Tr2、Tr3。
雖未圖示,但於矽基板2內形成該等MOS電晶體Tr2、Tr3之源極‧汲極區域或成為通道之半導體阱區域。
於形成有發光二極體之矽基板2之上層,形成有具有負固定電荷之膜23。
由具有負固定電荷之膜23中之負固定電荷於電荷累積區域4之表面施加電場,於電荷累積區域4之表面形成正電荷累積區域(電洞累積區域)5。藉此,即使不於電荷累積區域4之表面進行離子注入,亦可形成正電荷累積區域5。
於具有負固定電荷之膜23上,形成絕緣膜6,例如SiO2
膜。
於絕緣膜6上,以覆蓋發光二極體部41之一部份與周邊電路部42的方式,形成有遮光膜7。
利用該遮光膜7,可於發光二極體上製作不入射光之區域(未圖示之光學黑色區域),且根據該發光二極體之輸出,可決定在圖像中之黑色程度。
又,在周邊電路部42中,藉由遮光部7,可抑制光入射所造成之MOS電晶體Tr2、Tr3等之特性變動。
覆蓋SiO2
膜6及遮光膜7,形成平坦化膜8。
於該平坦化膜8上,於每個像素上形成對應顏色(紅R、綠G、藍B)之彩色濾光器9。
於各彩色濾光器9上,分別設有用於聚光之單晶片透鏡10。
藉由成為如此之構成,本實施形態之固體攝像元件1可從圖1之上方入射光,在發光二極體之電荷累積區域4中,產生光電轉換,而接受光檢測入射光。
且,從形成有發光二極體之矽基板2觀察,由於從與位於下層之配線層12側(表面側)成相反側(背面側)之上層入射光,故呈所謂之背面照射型構造。
在本實施形態之固體攝像元件1中,尤其是具有負固定電荷之膜23呈下層之具有負固定電荷之第1膜21與上層之具有負固定電荷之第2膜22的2層積層構造。
第1膜21與第2膜22係由不同之材料形成。
又,較佳為下層之第1膜21藉由如ALD法或MOCVD法等成膜速度相對慢之成膜方法成膜,上層之第2膜22藉由如PVD法等成膜速度快於第1膜21的成膜速度相對快之成膜方法成膜。
具有負固定電荷之第1膜21及具有負固定電荷之第2膜22可採用包含矽、鉿、鋁、鉭、鈦、釔、類鑭元素中至少一個元素之絕緣膜。且,例如可使用從HfO2
、ZrO2
、Al2
O3
、TiO2
、Ta2
O5
中選擇之氧化物。又,亦可使用上述之氮化物或氧氮化物、稀土類元素之氧化物等。
分別從上述之材料選定不同之材料作為第1膜與第2膜。
於矽基板2之上層,設有具有負固定電荷之膜23(21、22),藉此可與圖14A及圖14B所示同樣地,將帶彎曲,於界面附近累積正電荷(電洞)。
再者,尤其是在形成折射率相對高之HfO2
膜、Ta2
O5
膜、TiO2
膜、膜等作為具有負固定電荷之膜21、22之情況時,亦可獲得反射防止效果。
本實施形態之固體攝像元件1可如下製造。
如圖2所示,根據於發光二極體部41之矽基板2內形成有電荷累積區域4,且形成有電晶體Tr1、Tr2、Tr3之閘極電極11及配線層12之狀態,進行說明。
首先,如圖3所示,藉由如ALD法或MOCVD法等成膜速度相對慢之成膜方法,於形成有電荷累積區域4之矽基板2上,形成具有負固定電荷之第1膜21。作為具有負固定電荷之第1膜21之材料,使用包含矽、鉿、鋁、鉭、鈦、釔、類鑭元素中至少一個元素的絕緣材料。具體而言,可舉例例如HfO2
、ZrO2
、Al2
O3
、TiO2
、Ta2
O5
以ALD法成膜之情況之成膜條件設為例如成膜基板溫度200~500℃、前驅物之流量10~500 sccm、照射時間1~15秒、O3
流量10~500 sccm。
第1膜21之膜厚較佳設為1 nm以上、20 nm以下。
再者,藉由ALD法成膜第1膜21之情況時,同時於矽基板2之表面形成氧化矽膜(厚度1 nm左右)。
其次,如圖4所示,藉由如PVD等成膜速度快於第1膜21的成膜速度相對快之成膜方法,於具有負固定電荷之第1膜21上,形成具有負固定電荷之第2膜22。作為具有負固定電荷之第2膜22之材料,使用包含矽、鉿、鋁、鉭、鈦、釔、類鑭元素中至少一個元素的絕緣材料,且與第1膜21不同之材料。具體而言,可舉例例如HfO2
、ZrO2
、Al2
O3
、TiO2
、Ta2
O5
。
以PVD法成膜時之成膜條件設為例如壓力0.01~50 Pa、DC功率500~2000 W、Ar流量5~50 sccm、O2
流量5~50 sccm。
於具有負固定電荷之第1膜21上,形成具有負固定電荷之第2膜22,藉此構成具有積層2層21、22之負固定電荷之膜23。藉由該具有負固定電荷之膜23,於電荷累積區域4之表面,形成正電荷累積區域5。
其次,如圖5所示,於具有負固定電荷之第2膜22上,形成SiO2
膜等之絕緣膜6。
藉由形成該絕緣膜6,可防止其後蝕刻遮光膜7之際,直接蝕刻而暴露具有負固定電荷之第2膜22之表面。又,可抑制具有負固定電荷之第2膜22與遮光膜直接接觸而導致之具有負固定電荷之覅2膜22與遮光膜7之反應。
其次,如圖6所示,形成成為遮光膜7之金屬膜。
再者,如圖7所示,藉由蝕刻,加工遮光膜7與絕緣膜6之上部。藉此遮光膜7殘留於發光二極體部41上之一部份及周邊電路部42上。
其次,如圖8所示,覆蓋表面形成平坦化膜8。作為平坦化膜8例如藉由塗布法形成SiO2
膜。將平坦化膜8形成至充分之厚度,藉此可避免遮光膜7引起之段差,使表面平坦化。
最後,如圖9所示,在發光二極體部41中,於各像素之發光二極體之上方,依序形成彩色濾光器9及單晶片透鏡10。
再者,為防止透鏡加工時對彩色濾光器9之加工損害,亦可於彩色濾光器9與單晶片透鏡10之間,形成光透射性之絕緣膜(未圖示)。
如此,可製造圖1所示之固體攝像元件1。
根據上述之本實施形態之固體攝像元件1之構成,於形成有電荷累積區域4之發光二極體部41之矽基板2上,形成具有負固定電荷之第1膜21。且,於該具有負固定電荷之第1膜21上,形成具有負固定電荷之第2膜22,從而構成具有積層2層21、22之負固定電荷之膜23。
組合具有負固定電荷之第1膜21及具有負固定電荷之第2膜22之2個膜,獲得充分之負偏壓效果。藉由該等之膜之負固定電荷,可與圖14A及圖14B所示同樣地將帶彎曲,且可於界面附近形成正電荷累積區域5,累積正電荷(電洞),從而抑制界面位準導致之暗電流發生。
藉由ALD法或MOCVD法等成膜速度相對慢之成膜方法,形成具有負固定電荷之第1膜21之情況時,可在形成第1膜21之際,不對矽基板2造成損害。
又,由於在具有負固定電荷之第2膜22下,形成第1膜21,故可在形成具有負固定電荷之第2膜22之際,以第1膜21預防,以使對矽基板2不造成損害。
再者,具有負固定電荷之第1膜21與具有負固定電荷之第2膜22係由不同之材料形成。
藉此,可不需要如上述專利文獻2所示之以兩種成膜法積層相同材料,具有負固定電荷之膜23(21、22)之材料限制得以放寬。
因此,由本實施形態,藉由充分大之負偏壓效果,可抑制界面位準導致之暗電流發生,從而可實現不產生暗電流而穩定動作,具有高可靠度之固體攝像元件1。
又,可放寬具有負固定電荷之膜23(21、22)之限制,亦可放寬具有負固定電荷之膜23(21、22)之特性之限制。藉此可擴展固體攝像元件之設計自由度。
再者,如圖1所示,取代於矽基板2形成構成發光二極體之電荷累積區域4,亦可於矽基板上之矽磊晶層上形成構成發光二極體之電荷累積區域。
又,較具有負固定電荷之第2膜22更上層之構成,或周邊電路部42之構成並非限定於上述之實施形態之構成,可為各種之變形。
例如,亦可採用在上述專利文獻2中作為實施形態而記載之構成。
在上述之實施形態中,有於CMOS固體攝像元件適用本發明之情況,但本發明亦可適用於其他構成之固體攝像元件。
例如,即使在CCD固體攝像元件中,亦適用本發明,於受光部上形成使用電漿而形成之氧化矽膜及具有負固定電荷之膜,藉此可抑制界面位準導致之暗電流發生。
又,在上述之實施形態中,有將本發明適用於背面照射型構造之固體攝像元件之情況。
本發明亦可適用於在形成有發光二極體之半導體層之入射光之側,形成有配線層或傳送電極之所謂表面照射型構造之固體攝像元件。
此處,與圖1所示之固體攝像元件1同樣地,使用ALDA法形成具有負固定電荷之第1膜,於其上使用PVD法形成具有負固定電荷之第2膜,調查該等之積層構造之特性。
首先,於矽基板上,介隔絕緣層形成電極層製作MOS電容器作為TEG(Test Element Group,試驗元件組)。
且,使用以下各個積層構造製作TEG作為MOS電容器之絕緣層。
(1) 使用ALD法以膜厚10 nm形成HfO2
膜,並於其上,使用PVD法以膜厚50 nm形成HfO2
膜。
(2) 使用ALD法以膜厚10 nm形成HfO2
膜,並於其上,使用PVD法以膜厚50 nm形成Ta2
O5
膜。
對所製作之各個TEG,進行使用直流電之一般之C-V特性測定(Qs-CV:半靜態-CV)及使用高頻之C-V特性之測定(Hf-CV:高頻-CV)。Qs-CV係掃描閘極電壓作為時間之一次函數,並求得流動於閘極‧基板間之變位電流之測定法。
根據Qs-CV特定之測定,求得低頻區域之電容C。
又,根據Qs-CV之測定值與Hf-CV之測定值之差,求得界面位準密度Dit。
作為測定結果,將電壓Vg(V)與電容C(pF)之關係顯示於圖10。又,將界面位準密度Dit、與圖10A之平帶電壓Vfb(V)之大小顯示於圖10B。
根據圖10A,發現使用ALD法形成HfO2
膜,並於其上形成a2
O5
膜之情況,相較於組合ALD法與PVD法而形成之HfO2
膜,可獲得同程度之平帶電壓,又,界面位準密度略微變小。
設計模製實際固體攝像元件1之構造之構造,利用模擬進行計算,調查入射光之波長與對波長之感光度大小的關係。
設計之構造為矽基板(厚度3μm)/SiO2
膜(膜厚1 nm)/利用ALD法之HfO2
膜(膜厚10 nm)/利用PVD法之氧化膜/利用電漿CVD法之氧化矽膜(膜厚150 nm)/平坦化膜(膜厚100 nm)。
利用PVD法之氧化膜設為Ta2
O5
膜與HfO2
膜2種。
且,改變各個氧化膜之膜厚進行模擬,求得感光度最高之膜厚。其結果,Ta2
O5
膜為40 nm,HfO2
膜為50 nm感光度達到最高。
其次,將各個膜之感光度最高之膜厚因光波長λ引起之吸收率Ab變化顯示於圖11。
根據圖11,可知若在450 nm~550 nm之波長範圍內比較,則使用Ta2
O5
膜之情況時,吸收率增高,且相較於在450 nm附近使用HfO2
膜之情況,增高10%左右。
即,可知將折射率相對高之Ta2
O5
膜使用於具有負固定電荷之第2膜之情況時,該波長範圍內之吸收率大幅提高,且該波長範圍內之感光度提高。
其次,說明本發明之攝像裝置之實施形態。
將本發明之攝像裝置之一實施形態之概略構成圖(方塊圖)顯示於圖15。
作為該攝像裝置,可舉例例如攝影機、數位相機、行動電話之照相機等。
如圖15所示,攝像裝置500包含有具備固體攝像元件(未圖示)之攝像部501。於該攝像部501之前端具備有聚集入射光504使影像成像之成像光學系502。又,於攝像部501之後端,連接有包含驅動攝像部501之驅動電路、與以固體攝像元件將光電轉換之信號處理成圖像之信號處理電路等之信號處理部503。又,由信號處理部503處理之圖像信號可由圖像儲存部(未圖示)儲存。
在如此之攝像裝置500中,作為固體攝像元件,上述之實施形態之固體攝像元件1等可使用本發明之固體攝像元件。
根據本實施形態之攝像裝置500,由於使用本發明之固體攝像元件,即如上所述,可藉由充分之負偏壓效果而抑制暗電流發生之固體攝像元件,故具有可記錄高品質影像之優點。
再者,本發明之攝像裝置並不限定於圖15所示之構成,只要使用固體攝像元件之攝像裝置,均可適用。
例如,固體攝像元件可為作為單晶片而形成之形態,亦可為具有結合攝像部、與信號處理部或光學系而組裝之攝像功能之模組狀形態。
本發明之攝像裝置可適用於例如攝像機或具有攝像功能之行動裝置等各種攝像裝置。又,作為「攝像」之廣義,亦包含指紋檢測裝置等。
本發明並非限定於上述之實施形態,在不脫離本發明之主旨之範圍內,可獲得其他各種之構成。
1...固體攝像元件
2...矽基板
3...元件分離區域
4...電荷累積區域
5...正電荷累積區域
6...絕緣膜
7...遮光膜
8...平坦化膜
9...彩色濾光器
10...單晶片透鏡
11...柵極電極
12...配線層
13...絕緣層
21...具有負固定電荷之第1膜
22...具有負固定電荷之第2膜
23...具有負固定電荷之膜
41...發光二極體部
42...周邊電路部
500...攝像裝置
501...攝像部
502...成像光學系
503...信號處理部
504...入射光
圖1係本發明之固體攝像元件之一實施形態之概略構成圖(剖面圖);
圖2係顯示圖1之固體攝像元件之製造方法之製造步驟圖;
圖3係顯示圖1之固體攝像元件之製造方法之製造步驟圖;
圖4係顯示圖1之固體攝像元件之製造方法之製造步驟圖;
圖5係顯示圖1之固體攝像元件之製造方法之製造步驟圖;
圖6係顯示圖1之固體攝像元件之製造方法之製造步驟圖;
圖7係顯示圖1之固體攝像元件之製造方法之製造步驟圖;
圖8係顯示圖1之固體攝像元件之製造方法之製造步驟圖;
圖9係顯示圖1之固體攝像元件之製造方法之製造步驟圖;
圖10A係顯示由TEG之C-V測量而獲得之電壓與容量之關係的圖。圖10B係顯示各試料之平帶電壓與界面位準之量的圖;
圖11係顯示各試料之吸收率隨波長變化的圖;
圖12A、圖12B係說明於發光二極體之矽層上形成絕緣層之情況的圖;
圖13A、圖13B係說明形成p+
半導體區域,採用HAD構造之情況之圖;
圖14A、圖14B係說明於發光二極體之矽層上形成具有負固定電荷之絕緣層之情況的圖;及
圖15係本發明之攝像裝置之一實施形態之概略構成圖(方塊圖)。
1...固體攝像元件
2...矽基板
3...元件分離區域
4...電荷累積區域
5...正電荷累積區域
6...絕緣膜
7...遮光膜
8...平坦化膜
9...彩色濾光器
10...單晶片透鏡
11...柵極電極
12...配線層
13...絕緣層
21...具有負固定電荷之第1膜
22...具有負固定電荷之第2膜
23...具有負固定電荷之膜
41...發光二極體部
42...周邊電路部
Tr1、Tr2、Tr3...電晶體
Claims (9)
- 一種固體攝像元件,其包含:形成有進行光電轉換之發光二極體之半導體層;形成於至少形成有上述發光二極體之區域之上述半導體層上之具有負固定電荷的第1膜;及形成於上述具有負固定電荷之第1膜上且,包含與上述具有負固定電荷之第1膜不同之材料之具有負固定電荷的第2膜。
- 如請求項1之固體攝像元件,其中上述具有負固定電荷之第2膜係藉由成膜速度比具有上述負固定電荷之第1膜之成膜方法更快之成膜方法所形成。
- 如請求項1之固體攝像元件,其中上述具有負固定電荷之第1膜為包含矽、鉿、鋁、鉭、鈦、釔、類鑭元素中至少一個元素之絕緣膜。
- 如請求項1之固體攝像元件,其中上述具有負固定電荷之第2膜為包含矽、鉿、鋁、鉭、鈦、釔、類鑭元素中至少一個元素之絕緣膜。
- 一種固體攝像元件之製造方法,其包含下列步驟:於半導體層形成發光二極體;於至少形成有上述發光二極體之區域之上述半導體層上,形成具有負固定電荷之第1膜;及於上述具有負固定電荷之第1膜上,形成包含與上述具有負固定電荷之第1膜不同之材料的具有負固定電荷之第2膜。
- 如請求項5之固體攝像元件之製造方法,上述具有負固定電荷之第2膜係藉由成膜方法比形成上述具有固定電荷之第1膜之更快成膜速度之成膜方法所形成。
- 如請求項5之固體攝像元件之製造方法,其中作為上述具有負固定電荷之第1膜之材料係使用包含矽、鉿、鋁、鉭、鈦、釔、類鑭元素中至少一個元素之絕緣材料。
- 如請求項5之固體攝像元件之製造方法,其中作為上述具有負固定電荷之第2膜之材料係使用包含矽、鉿、鋁、鉭、鈦、釔、類鑭元素中至少一個元素之絕緣材料。
- 一種攝像裝置,其包含:集聚入射光之聚光光學部;接收以上述聚光光學部聚光之上述入射光並進行光電轉換之固體攝像元件,其包含形成有進行光電轉換之發光二極體之半導體層、形成於至少形成有上述發光二極體之區域之半導體層上之具有負固定電荷的第1膜、及形成於上述具有負固定電荷之第1膜上且包含與上述具有負固定電荷之第1膜不同之材料之具有負固定電荷的第2膜;及處理以上述固體攝像元件進行光電轉換而獲得之信號之信號處理部。
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