專利名稱：固態(tài)成像裝置及其制造方法和成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠抑制暗電流產(chǎn)生的固態(tài)成4象裝置、其制造 方法和成像裝置。
背景技術(shù)：
諸如CCD (電荷耦合器件)和COMS圖像傳感器的固態(tài)成像 裝置被廣泛地用于攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等中。在所有類型的固態(tài)成像 裝置中，敏感度改善及噪聲降低是重要的問(wèn)題。
特別地，在沒(méi)有入射光的狀態(tài)下，即4吏不存在通過(guò)入射光的光 電轉(zhuǎn)換所生成的純信號(hào)電荷，但是當(dāng)由于光接收面的基板界面中的 微小缺陷所產(chǎn)生的電荷(電子)被作為信號(hào)輸入時(shí)而檢測(cè)到的作為
(interface state)所產(chǎn)生的暗電流，是在固態(tài)成《象裝置中應(yīng)被降低 的噪聲。
對(duì)于抑制由界面態(tài)引起的暗電流的產(chǎn)生的技術(shù)來(lái)說(shuō)，例如，如 圖42的(2)中所示，使用了具有由感光部(例如，光電二極管) 12上的P +層構(gòu)成的空穴聚集層23的嵌入型光電二極管結(jié)構(gòu)。此外，在本說(shuō)明書中，嵌入型光電二才及管結(jié)構(gòu)4皮稱作HAD (空穴聚集二 極管)結(jié)構(gòu)。如圖42的(1 )所示，在沒(méi)有提供HAD結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 中，由于界面態(tài)產(chǎn)生的電子作為暗電流流入光電二極管。另一方面， 如圖38的(2)所示，在HAD結(jié)構(gòu)中，通過(guò)形成在界面上的空穴 聚集層23來(lái)抑制從界面產(chǎn)生電子。另外，即使從界面產(chǎn)生了電荷 (電子)，但該電荷(電子)也不流入作為感光部12的N +層的勢(shì) 阱的電荷聚集部，而是流入存在大量空穴的P +層的空穴聚集層23。 因此，能夠消除電荷(電子)。結(jié)果，由于能夠防止由于界面產(chǎn)生 的電荷一皮作為暗電流而才企測(cè)到，因而能夠承卩制由于界面態(tài)所引起的 暗電流。
關(guān)于HAD結(jié)構(gòu)的形成方法，通常是穿過(guò)基4反上形成的熱氧化 層或CVD氧化層來(lái)形成P +層(例如，硼(B)或二氟化硼(BF2)) 來(lái)4丸4于雜質(zhì)的離子注入，乂人而通過(guò)退火來(lái)活化所注入的雜質(zhì)，然后 在界面附近形成p型區(qū)。但是，為了活化所摻雜的雜質(zhì)，在700。C 以上的高溫下的熱處理是必需的。因此，^艮難在400。C以下的低溫 處理中使用離子注入來(lái)形成空穴聚集層。同樣，在為了抑制摻雜劑 的擴(kuò)散而期望避免在高溫下的長(zhǎng)時(shí)間活化的情況下，需要執(zhí)行離子 注入和退火的空穴聚集層形成方法不可取。
此外，當(dāng)以j氐溫等離子CVD法形成在感光部的上層上形成的 氧化硅或氮化硅時(shí)，例如，與高溫下形成的層和光接收面之間的界 面相比，界面態(tài)發(fā)生劣化。界面態(tài)的劣化增大了暗電流。
如上所述，在期望避免高溫下的離子注入和退火處理的情況 下，不僅不能通過(guò)已知的離子注入來(lái)形成空穴聚集層，而且暗電流 被進(jìn)一步劣化。為了解決這一問(wèn)題，需要以不是基于相關(guān)技術(shù)中的 離子注入的其他方法來(lái)形成空穴聚集層。例如，披露了這樣一種技術(shù)，其中，與相反導(dǎo)電類型具有相同
緣層中，乂人而l是升光電轉(zhuǎn)換部的表面的電位，并在該表面上形成反 轉(zhuǎn)層，結(jié)果，通過(guò)防止表面的損耗而降低了暗電流的產(chǎn)生(例如，
參照J(rèn)P-A-l-256168 )。然而，在上面的技術(shù)中，需要將帶電粒子嵌 入絕緣層的技術(shù)，但又不知道使用何種嵌入技術(shù)。另夕卜，為了像通 常在非易失性存儲(chǔ)器中所使用的一樣將電荷從外部注入絕緣層，需 要被用于注入電荷的電極。即使在不使用電極的非接觸狀態(tài)下能夠 將電荷從外部注入，但在絕緣層中所捕獲的電荷卻不會(huì)被釋放。因 此，電荷保持性能又成為問(wèn)題。為此，由于需要具有很高電荷保持 性能的高性能絕緣層，因而很難實(shí)現(xiàn)絕緣層。

發(fā)明內(nèi)容
為了通過(guò)執(zhí)行以高濃度向感光部(光電轉(zhuǎn)換部)中的離子注入 來(lái)形成充分的空穴聚集層，由于感光部由于離子注入而^皮石皮壞，所 以必需進(jìn)行高溫退火。但是，在這種情況下，會(huì)發(fā)生雜質(zhì)的擴(kuò)散， 并且光電轉(zhuǎn)換特性劣化。另一方面，當(dāng)為了減小由于離子注入所引 起的破壞而以低濃度執(zhí)行離子注入時(shí)，空穴聚集層的濃度降低。結(jié) 果，空穴聚集層不具有充分的空穴聚集層功能。即，很難實(shí)現(xiàn)充分 的空穴聚集層并減小暗電流，同時(shí)還通過(guò)抑制雜質(zhì)的擴(kuò)散來(lái)保持所 期望的光電轉(zhuǎn)換特性。
鑒于上述問(wèn)題，期望實(shí)現(xiàn)充分的空穴聚集層并減小暗電流。
^T艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，具有^L行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感 光部的固態(tài)成^f象裝置(第一固態(tài)成<象裝置)包4舌形成在感光部的 光接收面上的界面態(tài)降低層；形成在界面態(tài)降低層上的具有負(fù)電荷 的層；和形成在感光部的光接收面上的空穴聚集層。在上述的第 一 固態(tài)成像裝置中，由于在界面態(tài)降低層上形成了 具有負(fù)電荷的層，所以通過(guò)由負(fù)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，在感光部的光接 收面?zhèn)鹊谋砻嫔铣浞中纬闪丝昭ň奂瘜?。因此，抑制了從界面產(chǎn)生 電荷(電子)。另外，即使從界面產(chǎn)生了電荷(電子)，這些電荷(電 子)也不會(huì)流入感光部中作為勢(shì)阱的電荷聚集部，而是流入存在大 量空穴的空穴聚集層。結(jié)果，能夠消除電荷(電子)。結(jié)果，由于 能夠防止由于界面產(chǎn)生的電荷變?yōu)榘惦娏鞑⑶益じ泄獠?企測(cè)，所以 抑制了通過(guò)界面態(tài)造成的暗電流。此外，由于在感光部的光4妄收面 上形成了界面態(tài)降低層，所以進(jìn)一步抑制了由于界面態(tài)所引起的電 子的產(chǎn)生。結(jié)果，抑制了由于界面態(tài)所產(chǎn)生的電子作為暗電流流入 感光部。
根據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施方式，具有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感
光部的固態(tài)成像裝置(第二固態(tài)成像裝置)包括絕緣層，形成在 感光部的光接收面上，并允許入射光在其中透過(guò)；形成在絕緣膜上 的負(fù)電壓施加層；以及形成在感光部的光4妄收面上的空穴聚集層。
在上述第二固態(tài)成4象裝置中，由于形成在感光部的光4妄收面上 的絕》彖層上形成了負(fù)電壓施加層，所以通過(guò)當(dāng)將負(fù)電壓施加于負(fù)電 壓施加層時(shí)所產(chǎn)生的電場(chǎng)，在感光部的光4妻收面?zhèn)鹊谋砻嫔铣浞中?成了空穴聚集層。因此，抑制了從界面產(chǎn)生電荷(電子)。另外， 即使從界面產(chǎn)生了電荷(電子)，這些電荷(電子)也不會(huì)流入感 光部中作為勢(shì)阱的電荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集 層。結(jié)果，能夠消除電荷(電子)。結(jié)果，由于防止了由于界面產(chǎn) 生的電荷變?yōu)榘惦娏鞑㈡じ泄獠?企測(cè)，所以抑制了通過(guò)界面態(tài)引起 的暗電-危。
根據(jù)本發(fā)明再另一個(gè)實(shí)施方式，具有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的 感光部的固態(tài)成4象裝置(第三固態(tài)成4象裝置)包括形成在感光部 的光接收面上的絕緣層；以及形成在絕緣層上并且具有比執(zhí)行光電轉(zhuǎn)才奐的感光部的光4妄收面?zhèn)鹊慕缑娓蟮墓ず痩t (work function) 值的層。
在上述第三固態(tài)成Y象裝置中，由于在形成于感光部上的絕緣層
的工函數(shù)值的層，所以能夠在感光部的光接收面?zhèn)鹊慕缑嬷芯奂?穴。結(jié)果，暗電流4皮減小。
根據(jù)本發(fā)明再另 一個(gè)實(shí)施方式，在半導(dǎo)體基板上形成執(zhí)行入射 光的光電轉(zhuǎn)換的感光部的固態(tài)成像裝置制造方法(第 一制造方法) 包括以下步驟在形成有感光部的半導(dǎo)體基^反上形成界面態(tài)降低 層；在界面態(tài)降低層上形成具有負(fù)電荷的層；并且通過(guò)該具有負(fù)電 荷的層在感光部的光接收面上形成空穴聚集層。
在該固態(tài)成^象裝置制造方法(第一制造方法)中，由于在界面 態(tài)降低層上形成了具有負(fù)電荷的層，所以通過(guò)由負(fù)電荷產(chǎn)生的電 場(chǎng)，在感光部的光接收面?zhèn)鹊慕缑嫔铣浞中纬闪丝昭ň奂瘜?。因此?抑制了從界面產(chǎn)生電荷(電子)。另外，即使從界面產(chǎn)生了電荷(電 子)，這些電荷(電子)也不會(huì)流入在感光部中作為勢(shì)阱的電荷聚 集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集層。結(jié)果，能夠消除電荷 (電子)。因此，由于其能夠防止在感光部中才全測(cè)到在界面上由電 荷生成的暗電流，所以抑制了通過(guò)界面態(tài)引起的暗電流。此外，由 于在光感部件的光接收面上形成了界面態(tài)降低層，所以進(jìn)一步抑制 了由于界面態(tài)引起的電子的產(chǎn)生。結(jié)果，抑制了由于界面態(tài)產(chǎn)生的 電子作為暗電流流入感光部。另外，通過(guò)4吏用具有負(fù)電荷的層，不 用離子注入和退火才尤能形成HAD結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的再另 一個(gè)實(shí)施方式，在半導(dǎo)體基板上形成執(zhí)行入 射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部的固態(tài)成像裝置制造方法(第二制造方 法)包括以下步驟在感光部的光4妻收面上形成允許入射光透過(guò)其中的絕^彖層；在絕》彖層上形成負(fù)電壓施加層；以及通過(guò)對(duì)負(fù)電壓施 加層施加負(fù)電壓，在感光部的光4妄收面上形成空穴聚集層。
在該固態(tài)成像裝置制造方法(第二制造方法)中，由于在感光 部的光4妄收面上形成的絕》彖層上形成了負(fù)電壓施加層，所以通過(guò)當(dāng) 將負(fù)電壓施加于負(fù)電壓施加層時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)，在感光部的光接收面 邊的界面上充分形成了空穴聚集層。因此，抑制了從界面產(chǎn)生電荷 (電子)。另外，即使從界面產(chǎn)生了電荷(電子)，這些電荷(電子) 也不會(huì)流入感光部中作為勢(shì)阱的電荷聚集部，而是流入存在大量空 穴的空穴聚集層。結(jié)果，能夠消除電荷(電子)。因此，由于其能 夠防止在界面上通過(guò)電荷生成的暗電流在感光部中#皮4企測(cè)，所以抑 制了通過(guò)界面態(tài)引起的暗電流。另外，通過(guò)使用具有負(fù)電荷的層， 不用離子注入和退火就能形成HAD結(jié)構(gòu)。
才艮據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)實(shí)施方式，在半導(dǎo)體基4反上形成執(zhí)4亍入 射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部的固態(tài)成像裝置制造方法(第三制造方 法)包括以下步-驟在感光部的光4妄收面上形成絕纟彖層；以及在絕
大的工函數(shù)值的層。
在該固態(tài)成像裝置制造方法(第三制造方法)中，由于在感光
收面?zhèn)鹊慕缑娓蟮墓ず瘮?shù)值的層，所以能夠在感光部的光接收側(cè) 的界面上形成空穴聚集層。結(jié)果，減小了暗電流。
根據(jù)本發(fā)明再另一個(gè)實(shí)施方式，成像裝置(第一成像裝置)包 括聚光光學(xué)部，會(huì)聚入射光；固態(tài)成像裝置，接收在聚光光學(xué)部 中所會(huì)聚的入射光，并執(zhí)行所接收光的光電轉(zhuǎn)換；以及信號(hào)處理部， 對(duì)經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷進(jìn)行處理。固態(tài)成像裝置包括形成在 執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的固態(tài)成像裝置的感光部的光接收面上的界面態(tài)降^f氐層；形成在界面態(tài)降^f氐層上的具有負(fù)電荷的層；以及形 成在感光部的光4妻收面上的空穴聚集層。
在上述第一成Y象裝置中，由于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的第一固態(tài) 成像裝置被使用，所以能夠使用減小了暗電流的固態(tài)成像裝置。
根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)實(shí)施方式，成像裝置(第二成像裝置) 包括聚光光學(xué)部，會(huì)聚入射光；固態(tài)成像裝置，接收在聚光光學(xué) 部中所會(huì)聚的入射光，并執(zhí)行所接收光的光電轉(zhuǎn)換；以及信號(hào)處理 部件，處理經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷。固態(tài)成〗象裝置包括形成在 執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的固態(tài)成像裝置的感光部的光接收面上的 絕緣層；以及形成在絕緣層上的負(fù)電壓施加層。絕緣層允許入射光 通過(guò)其中被透射，并在感光部的光接收面上形成空穴聚集層。
在上述第二成像裝置中，由于使用了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的第 二固態(tài)成像裝置，所以能夠使用縮小了暗電流的固態(tài)成像裝置。
根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)實(shí)施方式，成像裝置(第三成像裝置) 包括聚光光學(xué)部，會(huì)聚入射光；固態(tài)成像裝置，接收在聚光光學(xué) 部中所會(huì)聚的入射光，并執(zhí)行所接收光的光電轉(zhuǎn)換；以及信號(hào)處理 部，處理經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換。固態(tài)成像裝置包括 形成在將入射光轉(zhuǎn)換成信號(hào)電荷的固態(tài)成像裝置的感光部的光接 收面的上層上的絕緣層；以及形成在絕緣層上并具有比執(zhí)行光電轉(zhuǎn) 換的感光部的光接收面?zhèn)鹊慕缑娓蟮墓瘮?shù)值的層。
在上述第三成像裝置中，由于使用了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的第 三固態(tài)成像裝置，所以能夠使用減小了暗電流的固態(tài)成像裝置。
在才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的固態(tài)成l象裝置中，因?yàn)榘惦娏髂軌虮?抑制，所以成像圖像中的噪聲能夠被減小。結(jié)果，具有能夠獲得高質(zhì)量圖像的優(yōu)勢(shì)。特別地，能夠減小在通過(guò)很小曝光量的長(zhǎng)時(shí)間曝
光時(shí)由于暗電流所引起的白點(diǎn)(在彩色CCD情況下的原色的點(diǎn))
的產(chǎn)生。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置制造方法中，因?yàn)榘惦?流能夠被抑制，所以成像圖像中的噪聲能夠被減小。結(jié)果，具有能 夠?qū)崿F(xiàn)能夠獲得高質(zhì)量圖像的固態(tài)成像裝置的優(yōu)勢(shì)。特別地，能夠 實(shí)現(xiàn)能夠減小在通過(guò)^f艮小曝光量的長(zhǎng)時(shí)間曝光時(shí)由于暗電流所引
起的白點(diǎn)(在彩色CCD情況下的原色的點(diǎn))的產(chǎn)生的固態(tài)成像裝 置。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的成像裝置中，因?yàn)槭褂昧四軌蛞种瓢?電流的固態(tài)成像裝置，所以成像圖像中的噪聲能夠被減小。結(jié)果， 具有能夠記錄高質(zhì)量圖像的優(yōu)勢(shì)。特別地，能夠減小在通過(guò)很小曝 光量的長(zhǎng)時(shí)間曝光時(shí)由于暗電流所引起的白點(diǎn)(在彩色CCD情況 下的原色的點(diǎn))的生成。


圖1是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成像裝 置(第一固態(tài)成^f象裝置)的主要部分的結(jié)構(gòu)的截面圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置(第一固態(tài)成 像裝置)的效果的能帶圖3是示出該固態(tài)成像裝置(第一固態(tài)成像裝置)的變型例中 的主要部分的結(jié)構(gòu)的截面圖4是示出該固態(tài)成像裝置(第一固態(tài)成像裝置)的變型例中 的主要部分的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖5是示出在當(dāng)具有負(fù)電荷的層位于外圍電路部附近時(shí)的情況 下用于i兌明負(fù)電荷的主要部分的結(jié)構(gòu)的截面圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第二實(shí)施例)的固態(tài)成像裝 置(第一固態(tài)成像裝置)中的主要部分的結(jié)構(gòu)的截面圖7是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第三實(shí)施例)的固態(tài)成像裝 置(第一固態(tài)成像裝置)中的主要部分的結(jié)構(gòu)的截面圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成像裝 置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成像裝 置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖10是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成傳— 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖11是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第二實(shí)施例)的固態(tài)成<象 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖12是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第二實(shí)施例)的固態(tài)成像 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖13是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第二實(shí)施例)的固態(tài)成l象 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖14是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第三實(shí)施例)的固態(tài)成像 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖；圖15是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第三實(shí)施例)的固態(tài)成像 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖16是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第三實(shí)施例)的固態(tài)成l象 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖17是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第四實(shí)施例)的固態(tài)成像 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖18是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第四實(shí)施例)的固態(tài)成像 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖19是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第四實(shí)施例)的固態(tài)成傳_ 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖20是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第五實(shí)施例)的固態(tài)成^f象 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖21是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第五實(shí)施例)的固態(tài)成像 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖22是示出平帶電壓(flat band voltage )與氧化層轉(zhuǎn)換厚度之 間的關(guān)系的示圖，示出了負(fù)電荷存在于氧化鉿(Hf02)層中；
圖23是示出負(fù)電荷存在于氧化鉿(Hf02)層中用于界面態(tài)密 度比4交的示圖24是示出平帶電壓與氧化層轉(zhuǎn)換厚度之間的關(guān)系的示圖， ' 說(shuō)明了基于熱氧化層的電子和空穴的形成；圖25是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第六實(shí)施例)的固態(tài)成像 裝置制造方法(第一制造方法)中的制造處理的截面圖26是示出在第一制造方法的第六實(shí)施例中制造的使用具有 負(fù)電荷的層的固態(tài)成Y象裝置的C-V (電容-電壓)特性的示圖27是示出在第一制造方法的第六實(shí)施例中制造的使用具有 負(fù)電荷的層的固態(tài)成4象裝置的C-V (電容-電壓)特性的示圖28是示出在第一制造方法的第六實(shí)施例中制造的使用具有 負(fù)電荷的層的固態(tài)成像裝置的C-V (電容-電壓)特性的示圖29是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成^f象 裝置(第二固態(tài)成像裝置)中的主要部分的結(jié)構(gòu)的截面圖30是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第二實(shí)施例)的固態(tài)成^f象 裝置(第二固態(tài)成像裝置)中的主要部分的結(jié)構(gòu)的截面圖31是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成傳_ 裝置制造方法(第二制造方法)中的制造處理的截面圖32是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成像 裝置制造方法(第二制造方法)中的制造處理的截面圖33是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成像 裝置制造方法(第二制造方法)中的制造處理的截面圖34是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第二實(shí)施例)的固態(tài)成Y象 ' 裝置制造方法(第二制造方法)中的制造處理的截面圖；圖35是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第二實(shí)施例)的固態(tài)成像 裝置制造方法(第二制造方法)中的制造處理的截面圖36是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置 (第三固態(tài)成像裝置)中的主要部分的結(jié)構(gòu)的截面圖37是示出使用輔助空穴聚集層的固態(tài)成像裝置的實(shí)施例的 主要部分的結(jié)構(gòu)的截面圖38是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(實(shí)施例)的固態(tài)成l象裝置 制造方法(第三制造方法)的流程圖39是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置 制造方法(第三制造方法)中的制造處理的截面圖40是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置 制造方法(第三制造方法)中的主要部分的制造處理的截面圖41是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的成像裝置的框圖；以及
圖42是示出感光部的示意結(jié)構(gòu)的截面圖，示出了抑制由界面 態(tài)引起的暗電流的產(chǎn)生的#支術(shù)。
具體實(shí)施例方式
下面將參照示出主要部分結(jié)構(gòu)的圖1的截面圖來(lái)描述才艮據(jù)本發(fā) 明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置(第一固態(tài)成像裝置)。
如圖1所示，固態(tài)成像裝置1在半導(dǎo)體基板(或半導(dǎo)體層)11 中包括執(zhí)行入射光L的光電轉(zhuǎn)換的感光部12。在感光部12的側(cè)部 上，以像素分隔區(qū)13介于其間的方式設(shè)置了形成有外圍電路(未具體示出)的外圍電路部14。將使用半導(dǎo)體基板11進(jìn)行下面的說(shuō) 明。在感光部(包括將在后面被描述的空穴聚集層23) 12的光接 收面12s上，形成界面態(tài)降低層21。界面態(tài)降低層21由例如二氧 化石圭(Si02)層形成。在界面態(tài)降4氐層21上，形成具有負(fù)電荷的層 22。于是，在感光部12的光接收面?zhèn)刃纬闪丝昭ň奂瘜?hole accumulation layer ) 23。因jt匕，至少在感光部12上，以通過(guò)具有負(fù) 電荷的層22在感光部12的光接收面12s側(cè)形成空穴聚集層23的膜 厚度來(lái)形成界面態(tài)降低層21。例如，所述膜厚度被設(shè)置為大于等于 一個(gè)原子層的厚度并小于等于100 nm。
在當(dāng)固態(tài)成^f象裝置1為CMOS圖^f象傳感器1時(shí)的情況下，例如， 包括諸如轉(zhuǎn)移晶體管(transfer transistor )、復(fù)位晶體管、》文大晶體 管及選擇晶體管的多個(gè)晶體管的像素電路被設(shè)置為外圍電路部14 的外圍電3各。另夕卜，包括執(zhí)4亍在由多個(gè)感光部12構(gòu)成的^f象素陣列 部的讀取線上讀取信號(hào)的操作的驅(qū)動(dòng)電路、傳輸讀取信號(hào)的垂直掃 描電路、移位寄存器或地址解碼器、水平掃描電路等。
此外，在當(dāng)固態(tài)成像裝置1為CCD圖像傳感器時(shí)的情況下， 例如，將通過(guò)感光部光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷讀取至垂直轉(zhuǎn)移柵極的讀 取4冊(cè)^l和在垂直方向上傳輸讀耳又信號(hào)電荷的垂直信號(hào)轉(zhuǎn)移部^皮i殳 置為外圍電路部14的外圍電路。另外，包括垂直電荷轉(zhuǎn)移部等。
具有負(fù)電荷的層22由例如氧化鉿(Hf02 )層、氧化鋁(A1203) 層、氧化鋯(Zr02)層、氧化鉭(Ta205)層或氧化鈥(Ti02 )層形 成。這些種類的層已經(jīng)被用作絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管等的柵極絕緣 層。因此，由于層形成方法已知，所以能夠輕*>形成所述層。層形 成方法的實(shí)例包4^Tb學(xué)氣相沉積法、濺射法及原子層沉積法。此處， 因?yàn)槟軌蛟诒∧ば纬善陂g以1 nm厚度同時(shí)形成降低界面態(tài)的Si02 層，所以優(yōu)選使用原子層沉積方法。另外，關(guān)于除上述之外的材料， 也可以考慮氧化鑭(1^203)、氧化鐠(Pr203)、氧化鈰(Ce02)、氧化釹(Nd203)、氧化钷(Pm203)、氧化釤(Sm203)、氧化銪(￡11203)、氧化釓 (Gd203)、氧化鋱(了1)203)、氧化鏑(Dy203)、氧化鈥(1"10203)、氧化鉺 (Er203)、氧化銩(丁111203)、氧化鐿(丫15203)、氧化镥(1^203)、氧化釔 (Y203)等。另外，具有負(fù)電荷的層22也可以由氮化鉿層、氮化鋁層、 氮氧化鉿層或氮氧化鋁層形成。
具有負(fù)電荷的層22可以在絕鄉(xiāng)彖性不#1損害的范圍內(nèi)添加石圭 (Si)或氮(N)。在層的絕鄉(xiāng)彖性不^皮損害的范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)卮_定濃 度。因此，能夠提高層的熱阻或防止在添加硅(Si)或氮(N)的 處理期間的離子注入的能力。
在具有負(fù)電荷的層22上形成絕虛彖層41,并且在位于外圍電^各 部14上面的絕緣層41上形成遮光層42。通過(guò)遮光層42來(lái)生成光 線不入射到感光部12上的區(qū)i或，并通過(guò)感光部12的輸出來(lái)確定圖 寸象中的黑水平(black level )。另外，由于防止了光線^皮入射到外圍 電路部14上，所以抑制了由于光線入射而對(duì)外圍電路部引起的特 性改變。此外，形成允許入射光透過(guò)其中的絕》彖層43。優(yōu)選地，絕 》彖層43的表面平坦。此外，在絕^彖層43上形成濾色片層44和聚 光透鏡45。
在固態(tài)成像裝置(第一固態(tài)成像裝置)1中，在界面態(tài)降低層 21上形成具有負(fù)電荷的層22。因此，通過(guò)具有負(fù)電荷的層22中的 負(fù)電荷，穿過(guò)界面態(tài)降低層21向感光部12的表面施加電場(chǎng)，使得 在感光部12的表面上形成空穴聚集層23。
另外，如圖2的(l)所示，通過(guò)在形成具有負(fù)電荷的層22后 立刻在層中所出現(xiàn)的負(fù)電荷，界面的附近可被用作空穴聚集層23。 因此，抑制了在感光部12與界面態(tài)降^f氐層21之間的界面上由于界 面態(tài)產(chǎn)生的暗電流。即，抑制了從界面產(chǎn)生的電荷(電子)。另夕卜， 即使從界面產(chǎn)生了電荷(電子)，這些電荷(電子)也不會(huì)流入感光部12中作為勢(shì)阱的電荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴 聚集層23，因此，能夠消除這些電荷(電子)。結(jié)果，由于能夠防 止在感光部12中沖企測(cè)出在界面上通過(guò)電荷所生成的暗電流，所以 能夠抑制由界面態(tài)引起的暗電流。
另一方面，在如圖2的(2)所示沒(méi)有提供空穴聚集層的結(jié)構(gòu) 中，由于界面態(tài)生成了暗電流。結(jié)果，暗電流流入感光部12的問(wèn) 題出現(xiàn)。另外，在如圖2的(3)所示通過(guò)離子注入形成空穴聚集 層23的結(jié)構(gòu)中，形成了空穴聚集層23。但是，由于如上所述為了 激活在離子注入中所4參雜的雜質(zhì)而必須在700°C以上的高溫下進(jìn)4亍 熱處理，所以雜質(zhì)沿著界面的空穴聚集層擴(kuò)散。結(jié)果，由于光電轉(zhuǎn) 換發(fā)生的區(qū)域變得很窄，所以很難獲得所期望的光電轉(zhuǎn)換特性。
此外，在固態(tài)成^象裝置1中，由于在感光部12的光沖妄收面12s 上形成了界面態(tài)降低層21 ，所以進(jìn)一 步抑制了由于界面態(tài)引起的電 子生成。結(jié)果，抑制了由于界面態(tài)生成的電子作為暗電流流入感光 部12。
此外，在使用氧化鉿層作為具有負(fù)電荷的層22的情況下，由 于氧化鉿層的折射率約為2,所以通過(guò)將膜厚最優(yōu)化能夠獲得防反 射效果并形成HAD結(jié)構(gòu)。同樣，在除氧化鉿層之外的材料的情況 下，通過(guò)將膜厚最優(yōu)化能夠通過(guò)具有高折射率的材料獲得防反射效 果。
另外，在已經(jīng)被用在已知的固態(tài)成像裝置中的氧化硅和氮化硅 以J氐溫形成的情況下，已知，層中的電荷變?yōu)檎姾伞Ｔ谶@種情況 下，4艮難通過(guò)負(fù)電荷形成HAD結(jié)構(gòu)。
接下來(lái)，將參照示出主要部件的結(jié)構(gòu)的圖3的截面圖來(lái)描述固 態(tài)成像裝置(第一固態(tài)成像裝置)l的變型例。如圖3所示，在當(dāng)在固態(tài)成像裝置1中僅通過(guò)具有負(fù)電荷的層 22在感光部12中的防反射效果不夠充分時(shí)的情況下，固態(tài)成Y象裝 置2具有在具有負(fù)電荷的層22上形成的防反射層46。例如，由氮 化硅層來(lái)形成防反射層46。另外，不形成在固態(tài)成4象裝置1中所形 成的絕緣層43。因此，在防反射層46上形成了濾色片層44和聚光 透鏡45。因此，通過(guò)附加形成氮化硅層能夠?qū)⒎婪瓷湫Ч畲蠡?這種結(jié)構(gòu)也可以^皮應(yīng)用于將在隨后描述的固態(tài)成〗象裝置3。
因此，由于通過(guò)形成防反射層46能夠減少在光線入射在感光 部12上之前的反射，所以入射在感光部12上的光量能夠被增大。 結(jié)果，能夠改進(jìn)固態(tài)成像裝置2的敏感度。
接下來(lái)，將參照示出主要部分的圖4的截面圖來(lái)描述固態(tài)成像 裝置(第一固態(tài)成像裝置)l的變型例。
如圖4所示，通過(guò)在具有負(fù)電荷的層22上直接形成遮光層42 而不形成固態(tài)成像裝置1中絕緣層41來(lái)獲得固態(tài)成像裝置3。另夕卜， 不形成絕纟彖層43，而是形成防反射層46。
因此，由于在具有負(fù)電荷的層22上直4妄形成遮光層42，所以 能夠使遮光層42接近半導(dǎo)體基板11的表面。結(jié)果，由于能夠使遮 光層42與半導(dǎo)體基^反11之間的3巨離變小，所以能夠減少/人鄰近感 光部(光電二極管)的上層所斜向入射的光分量(即，光學(xué)混合色 彩分量)。
此外，當(dāng)如圖5所示具有負(fù)電荷的層22處于外圍電路部14附 近時(shí)，通過(guò)由具有負(fù)電荷的層22的負(fù)電荷所形成的空穴聚集層23 能夠抑制在感光部12的表面上由于界面態(tài)所產(chǎn)生的暗電流。但是， 在外圍電路部14中，在感光部12的一邊與存在于表面邊的元件14D 之間產(chǎn)生了電位差。因此，不期望的載流子/人感光部12的表面流入表面邊元件14D， 乂人而導(dǎo)致外圍電^各部14的故障。將在隨后的 第二和第三實(shí)施例中描述用于避免這種故障的結(jié)構(gòu)。
接下來(lái)，將參照示出主要部分結(jié)構(gòu)的圖6的截面圖來(lái)描述根據(jù) 本發(fā)明實(shí)施方式(第二實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置(第一固態(tài)成像裝 置)。另外，在圖6中，沒(méi)有示出用于遮掩感光部的一部分和外圍
層、用于會(huì)聚在感光部中入射的光線的聚光透鏡等。
如圖6所示，在固態(tài)成像裝置4中，在外圍電路部14的表面 與具有負(fù)電荷的層22之間形成絕緣層24，使得具有負(fù)電荷的層22 與外圍電i 各部14的表面的距離大于固態(tài)成Y象裝置1中具有負(fù)電荷 的層22與感光部12的表面的距離。當(dāng)由氧化娃層來(lái)形成界面態(tài)降 低層21時(shí)，通過(guò)在外圍電路部14上形成比感光部12更厚的界面 態(tài)降^f氐層21 ，可以獲得絕纟彖層24。
因此，由于在外圍電路部14與具有負(fù)電荷的層22之間形成絕 緣層24,從而使得具有負(fù)電荷的層22與外圍電路部14的表面的距 離大于具有負(fù)電荷的層22與感光部12的距離，所以在具有負(fù)電荷 的層22中的負(fù)電荷的電場(chǎng)不影響外圍電路部14的外圍電路。結(jié)果， 能夠防止由于負(fù)電荷所引起的外圍電路的故障。
接下來(lái)，將參照示出主要部分結(jié)構(gòu)的圖7的截面圖來(lái)描述根據(jù) 本發(fā)明實(shí)施方式(第三實(shí)施例)的固態(tài)成4象裝置(第一固態(tài)成4象裝 置)。另外，在圖7中，沒(méi)有示出用于遮掩感光部的一部分和外圍
層、用于會(huì)聚在感光部中入射的光線的聚光透鏡等。
如圖7所示，通過(guò)形成用于增加具有負(fù)電荷的層與在固態(tài)成傳_ 裝置1中的外圍電路部14與具有負(fù)電荷的層22之間的光接收面之間的距離的層25來(lái)獲得固態(tài)成l象裝置5。為了消除負(fù)電荷的影響， 優(yōu)選具有正電荷的層25，并且對(duì)于層25優(yōu)選使用氮化硅。
因此，由于在外圍電路部14與具有負(fù)電荷的層之間形成了具 有正電荷的層25,所以通過(guò)層25中的正電荷能夠減少具有負(fù)電荷 的層22的負(fù)電荷。因此具有負(fù)電荷的層22中的負(fù)電荷的電場(chǎng)不會(huì) 影響外圍電路部14。結(jié)果，能夠防止外圍電路部14由于負(fù)電荷而 引起的故障。如上所述，在外圍電路部14與具有負(fù)電荷的層22之 間形成具有正電荷的層25的結(jié)構(gòu)也可以-故用于固態(tài)成〗象裝置1、 2、 3及4,并且能夠獲得與固態(tài)成像裝置5相同的效果。
構(gòu)成固態(tài)成像裝置4和5的每一個(gè)，使得在具有負(fù)電荷的層22 上才是供用于遮掩感光部12的一部分和外圍電^各部14的遮光層、用 于對(duì)至少在感光部12中入射的光進(jìn)4亍光i普過(guò)濾的濾色片層、用于 會(huì)聚在感光部12中入射的光線的聚光透鏡等。關(guān)于這種結(jié)構(gòu)的實(shí) 施例，可以應(yīng)用固態(tài)成^f象裝置1、 2及3的任意一種結(jié)構(gòu)。
接下來(lái)，將參照示出主要部分的圖8~圖10的制造處理的截面 圖來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置制造 方法(第一制造方法)。在圖8 圖10中，作為實(shí)施例示出固態(tài)成 像裝置1的制造處理。
如圖8的(1)中所示，在半導(dǎo)體基4反(或半導(dǎo)體層)11中形 成執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部12、用于分隔感光部12的像素 分隔區(qū)13、通過(guò)在外圍電^各部14與感光部12之間插入像素分隔區(qū) 13形成外圍電3各(沒(méi)有^皮具體示出)的外圍電3各部14等。已知的 制造方法#1用4乍制造方法。
隨后，如圖8的(2)所示，在感光部12的光4妄收面12s上(實(shí) 質(zhì)上，在半導(dǎo)體基板11上)形成界面態(tài)降低層21。例如，由氧化硅(Si02)層形成界面態(tài)降低層21。隨后，在界面態(tài)降低層21上 形成具有負(fù)電荷的層22。因此，在感光部12的光接收面邊形成空 穴聚集層23。因此，至少在感光部12上，需要以通過(guò)具有負(fù)電荷 的層22在感光部12的光4妻收面12s側(cè)形成空穴聚集層23的膜厚來(lái) 形成界面態(tài)降低層21。例如，膜厚被設(shè)置為大于等于一個(gè)原子層厚 度并小于100 nm。
具有負(fù)電荷的層22由例如氧化鉿(Hf02 )層、氧化鋁(A1203 ) 層、氧化鋯(Zr02)層、氧化鉭(Ta205)層或氧化鈥(Ti02 )層形 成。這些種類的層已經(jīng)被用作絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管等的柵極絕緣 層。因此，由于層形成方法已知，所以能夠輕*>形成所述層。例如， 化學(xué)氣相沉積法、濺射法及原子層沉積法可以;波用作層形成方法。 此處，因?yàn)槟軌蛟诒∧ば纬善陂g以1 nm厚度同時(shí)形成低于界面態(tài) 的SiCb層，所以伊乙選^f吏用原子層沉積方法。
另夕卜，關(guān)于除上述之外的材料，可以使用氧化鑭(1^203)、氧化 鐠(Pr203)、氧化鈰(Ce02)、氧化釹(Nd203)、氧化钷(？111203)、氧化釤 (Sm203)、氧化銪(Eu203)、氧化4L(Gd203)、氧化鋱(1^203)、氧化鏑 (Dy203)、氧化鈥(Ho203)、氧化鉺(Er203)、氧化銩(Tm203)、氧化鐿 (Yb203)、氧化镥(Lu203)、氧化釔(丫203)等。另外，也可以由氮化《會(huì) 層、氮化鋁層、氮氧化鉿層或氮氧化鋁層來(lái)形成具有負(fù)電荷的層22。
例如，也可以通過(guò)^:學(xué)氣相;;冗積、濺射法或原子層沉積來(lái)形成這些層。
另外，具有負(fù)電荷的層22可以在絕桑彖性不^皮損害的范圍內(nèi)添 加硅(Si)或氮(N)。在層的絕緣性不被損害的范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)卮_ 定濃度。因此，能夠提高層的熱阻或防止在添加硅(Si)或氮(N) 的處理期間的離子注入的能力。另外，在通過(guò)氧化鉿(Hf02)層形成具有負(fù)電荷的層22的情 況下，由于氧化4合(Hf02)層的折射率約為2，所以能夠通過(guò)調(diào)節(jié) 膜厚有效地獲得防反射效果。實(shí)際上，對(duì)于其它種類的層，通過(guò)才艮 據(jù)折射率將膜厚最優(yōu)化，也能獲得防反射效果。
隨后，在具有負(fù)電荷的層22上形成絕《彖層41,隨后，在絕緣 層41上形成遮光層42。例如，由氧4匕石圭層來(lái)形成絕》彖層41。另夕卜， 例如，由具有遮光性能的金屬層來(lái)形成遮光層42。因此，例如，通 過(guò)利用在其間插入的絕緣層41在具有負(fù)電荷的層22上形成遮光層 42，能夠防止遮光層42的金屬與由氧化鉿層形成的具有負(fù)電荷的 層22反應(yīng)。另外，由于當(dāng)遮光層^皮蝕刻時(shí)絕》彖層42作為蝕刻停止 層使用，所以能夠防止對(duì)于具有負(fù)電荷的層22的蝕刻破壞。
隨后，如圖9的(3)所示，通過(guò)抗蝕應(yīng)用及平一反印刷技術(shù)在 感光部12的一部分和位于外圍電路部14上面的遮光層42上形成 抗蝕掩板(沒(méi)有示出)，隨后，通過(guò)4吏用抗蝕掩板的蝕刻來(lái)處理遮 光層42，從而使遮光層42留在感光部12的所述部分和位于外圍電 路部14上面的絕緣層41上。通過(guò)遮光層42生成光線不入射在感 光部12上的區(qū)域，并且通過(guò)感光部12的輸出來(lái)確定圖像中的黑水 平。另外，由于防止了光線被入射在外圍電路部14上，所以抑制 了由于在外圍電路部上所入射的光線所引起的特性改變。
隨后，如圖9的(4)所示，在絕纟彖層41上形成用于減小通過(guò) 遮光層42所引起的水平差的絕緣層43。絕緣層43的表面優(yōu)選為平 坦的，并且例如由覆蓋絕纟彖層構(gòu)成。
隨后，如圖10的(5)所示，在位于感光部12上面的絕纟彖層 43上形成濾色片層44,隨后，通過(guò)已知的制造技術(shù)在濾色片層44 上形成聚光透4竟45。在這種情況下，為了防止在透4竟處理時(shí)對(duì)濾色片層44的加工破壞，可以在濾色片層44與聚光透鏡45之間形成 透光絕緣層(沒(méi)有示出)。因此，形成固態(tài)成像裝置l。
在固態(tài)成像裝置制造方法(第一制造方法)的第一實(shí)施例中， 在界面態(tài)降^f氐層21上形成具有負(fù)電荷的層22。因此，通過(guò)由在具 有負(fù)電荷的層22中的負(fù)電荷所生成的電場(chǎng)，在感光部12的光4妄收 面邊的界面上充分形成了空穴聚集層23。因此，抑制了通過(guò)界面所 生成的電荷(電子)。另外，即使通過(guò)界面生成了電荷(電子)，電 荷(電子)也不會(huì)流入在感光部12中作為勢(shì)阱的電荷聚集部，而 是流入存在大量空穴的空穴聚集層23。結(jié)果，能夠消除電荷(電子)。 因此，由于其能夠防止在感光部中檢測(cè)出在界面上通過(guò)電荷所生成 的暗電流，所以抑制了通過(guò)界面態(tài)所引起的暗電流。此外，由于在 感光部12的光接收面上形成了界面態(tài)降低層21，所以進(jìn)一步抑制 了由于界面態(tài)所引起的電子的生成。結(jié)果，抑制了由于界面態(tài)所生 成的電子作為暗電流流入感光部12。另外，通過(guò)4吏用具有負(fù)電荷的 層22，能夠不通過(guò)離子注入和退火就能形成HAD結(jié)構(gòu)。
接下來(lái)，將參照示出主要部分的圖11~圖13的制造處理的截 面圖來(lái)描述4艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第二實(shí)施例)的固態(tài)成〗象裝置制 造方法(第一制造方法)。在圖11~圖13中，作為實(shí)施例示出固態(tài) 成^f象裝置2的制造處理。
如圖11的(1)中所示，在半導(dǎo)體基板(或半導(dǎo)體層)11上形 成#^于入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部12、用于分隔感光部12的<象素 分隔區(qū)13、通過(guò)在外圍電^各部14與感光部12之間插入〗象素分隔區(qū) 13來(lái)形成外圍電i 各(沒(méi)有^皮具體示出)的外圍電i 各部14等。已知 的制造方法;故用作制造方法。
隨后，如圖11的(2)所示，在感光部12的光4妄"欠面12s上(實(shí) 際上，在半導(dǎo)體基板11上)形成界面態(tài)降低層21。例如，由氧化硅(Si02)層形成界面態(tài)降低層21。隨后，在界面態(tài)降低層21上 形成具有負(fù)電荷的層22。因此，在感光部12的光4妻收面邊形成空 穴聚集層23。因此，至少在感光部12上，需要以通過(guò)具有負(fù)電荷 的層22在感光部12的光4妄收面12s側(cè)形成空穴聚集層23的膜厚來(lái) 形成界面態(tài)降低層21。例如，膜厚被設(shè)置為大于等于一個(gè)原子層厚 度并小于100 nm。
例如，由氧化鉿(Hf02 )層、氧化鋁(A1203 )層、氧化鋯(Zr02 ) 層、氧化鉭(Ta205 )層或氧化4太(Ti02)層形成具有負(fù)電荷的層 22。這些種類的層已經(jīng)被用作絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管等的柵極絕緣 層。因此，由于層形成方法已知，所以能夠輕+>形成所述層。例如， 4匕學(xué)氣相;冗積法、'減射法及原子層沉積法可以;故用作層形成方法。
另夕卜，關(guān)于除上述之外的材料，可以使用氧化鑭(La203)、氧化 鐠(Pr203)、氧化鈰(Ce02)、氧化釹(Nd203)、氧化钷(Pm203)、氧化衫 (Sm203)、氧化銪(Eu203)、氧化4L(Gd203)、氧化4戈(丁1 203)、氧化鏑 (Dy203)、氧化鈥(110203)、氧化鉺(Er203)、氧化銩(丁111203)、氧化鐿 (Yb203)、氧化镥(Lu203)、氧化釔(丫203)等。另外，也可以由氮化鉿 層、氮化鋁層、氮氧化4會(huì)層或氮氧化鋁層來(lái)形成具有負(fù)電荷的層22。 例^口，也可以通過(guò)4b學(xué)氣相:;兄積、、賊射法或原子層;兄積來(lái)形成這些 層。此處，因?yàn)槟軌蛟诒∧ば纬善陂g以1 nm厚度同時(shí)形成低于界 面態(tài)的Si02層，所以4尤選4吏用原子層沉積方法。
另外，具有負(fù)電荷的層22可以在絕桑彖性不^皮損害的范圍內(nèi)添 加硅(Si)或氮(N)。在層的絕緣性不^皮損害的范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)卮_ 定濃度。因此，能夠提高層的熱阻或防止在添加硅(Si)或氮(N) 的處理期間的離子注入的能力。
另夕卜，在通過(guò)氧化鉿(Hf02)層形成具有負(fù)電荷的層22的情 況下，由于氧化鉿(Hf02)層的折射率約為2，所以能夠通過(guò)調(diào)節(jié)膜厚有效地獲得防反射效果。實(shí)際上，對(duì)于其它種類的層，通過(guò)根 據(jù)折射率將膜厚最優(yōu)化，也能獲得防反射效果。
隨后，在具有負(fù)電荷的層22上形成絕緣層41，隨后，在絕緣 層41上形成遮光層42。例如，由氧化石圭層來(lái)形成絕》彖層41。另夕卜， 例如，由具有遮光性能的金屬層來(lái)形成遮光層42。因此，例如，通 過(guò)利用在其間所插入的絕緣層41在具有負(fù)電荷的層22上形成遮光 層42，能夠防止遮光層42的金屬與由氧化鉿層所形成的具有負(fù)電 荷的層22反應(yīng)。另夕卜，由于當(dāng)遮光層被蝕刻時(shí)絕緣層42作為蝕刻 停止層使用，所以能夠防止對(duì)于具有負(fù)電荷的層22的蝕刻破壞。
隨后，如圖12的(3)所示，通過(guò)抗蝕應(yīng)用及平板印刷技術(shù)在 感光部12的一部分和位于外圍電^各部14上面的遮光層42上形成 抗蝕掩^反(沒(méi)有示出)，隨后，通過(guò)4吏用抗蝕摘「板的蝕刻來(lái)處理遮 光層42，從而使遮光層42留在感光部12的所述部分和位于外圍電 路部14上面的絕纟彖層41上。通過(guò)遮光層42生成光線沒(méi)有入射在 感光部12上的區(qū)域，并且通過(guò)感光部12的輸出來(lái)確定圖像中的黑 水平。另外，由于防止了光線^皮入射在外圍電路部14上，所以抑 制了由于在外圍電路部上入射的光線所引起的特性改變。
隨后，如圖12的(4)所示，在絕纟彖層41上形成防反射層46, 從而覆蓋遮光層42。例如，由具有折射率約為2的氮化石圭層來(lái)形成 防反射層46。
隨后，如圖13的(5)所示，在^f立于感光部12上面的防反射 層46上形成濾色片層44，隨后，通過(guò)已知的制造才支術(shù)在濾色片層 44上形成聚光透4竟45。在這種情況下，為了防止在透4竟處理時(shí)對(duì) 濾色片層44的力o工石皮壞，可以在濾色片層44與聚光透鏡45之間 形成透光絕緣層(沒(méi)有示出)。因此，形成固態(tài)成4象裝置2。在固態(tài)成像裝置制造方法(第一制造方法)的第二實(shí)施例中，
能夠獲得與第一實(shí)施例相同的效果，并且通過(guò)形成防反射層46能 夠減小在光線入射到感光部12上之前的反射。結(jié)果，由于能夠增 大入射在感光部12上的光量，所以能夠改進(jìn)固態(tài)成4象裝置2的壽文 感度。
接下來(lái)，將參照示出主要部分的圖14~圖16的制造處理的截 面圖來(lái)描述4艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第三實(shí)施例)的固態(tài)成Y象裝置制 造方法(第一制造方法)。在圖14 ~圖16中，作為實(shí)施例示出固態(tài) 成像裝置3的制造處理。
如圖14的(1 )中所示，在半導(dǎo)體基板(或半導(dǎo)體層)11上形 成執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部12、用于分隔感光部12的像素 分隔區(qū)13、通過(guò)在外圍電路部14與感光部12之間插入像素分隔區(qū) 13來(lái)形成外圍電路(沒(méi)有被具體示出)的外圍電路部14等。已知
的制造方法;波用作制造方法。
隨后，如圖14的(2)所示，在感光部12的光4妄收面12s上 (實(shí)際上，在半導(dǎo)體基板11上)形成界面態(tài)降低層21。例如，由 氧化石圭(Si02 )層形成界面態(tài)降低層21 。隨后，在界面態(tài)降低層21 上形成具有負(fù)電荷的層22。因此，在感光部12的光4妻收面邊形成 空穴聚集層23。因此，至少在感光部12上，需要以通過(guò)具有負(fù)電 荷的層22在感光部12的光接收面12s側(cè)形成空穴聚集層23的膜厚 來(lái)形成界面態(tài)降低層21。例如，膜厚被設(shè)置為大于等于一個(gè)原子層 厚度并小于等于100 nm。
例如，由氧化鉿(Hf02 )層、氧化鋁(A1203 )層、氧化鋯(Zr02 ) 層、氧化鉭(Ta2Os)層或氧化鈥(Ti02)層形成具有負(fù)電荷的層 22 。這些種類的層已經(jīng)被用作絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管等的柵極絕緣 層。因此，由于層形成方法已知，所以能夠輕^>形成所述層。例如，化學(xué)氣相沉積法、濺射法及原子層沉積法可以被用作層形成方法。
此處，因?yàn)槟軌蛟诒∧ば纬善陂g以1 nm厚度同時(shí)形成低于界面態(tài) 的Si02層，所以伊C選4吏用原子層;;冗積方法。
另夕卜，關(guān)于除上述之外的材料，可以使用氧化鑭(1^203)、氧化 鐠(Pr203)、氧化鈰(Ce02)、氧化釹(Nd203)、氧化钷(？111203)、氧化釤 (Sm203)、氧化銪(Eu203)、氧化釓(Gd203)、氧化鋱(丁1 203)、氧化鏑 (Dy203)、氧化鈥(Ho203)、氧化斜(Er203)、氧化銩(了111203)、氧化鐿
(Yb203)、氧化镥(LU203)、氧化釔(Y203)等。另外，也可以由氮化鉿
層、氮化鋁層、氮氧化4會(huì)層或氮氧化鋁層來(lái)形成具有負(fù)電荷的層22。 例^口，也可以通過(guò)4匕學(xué)氣相:;冗積、濺射法或原子層:;冗積來(lái)形成這些層。
另外，具有負(fù)電荷的層22可以在絕》彖性不^皮損害的范圍內(nèi)添 加硅(Si)或氮(N)。在層的絕緣性不被損害的范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)卮_ 定濃度。因此，能夠提高層的熱阻或防止在添加硅(Si)或氮(N) 的處理期間的離子注入的能力。
另外，在通過(guò)氧化鉿(Hf02)層形成具有負(fù)電荷的層22的情 況下，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)氧化鉿(Hf02)層的膜厚有效地獲得防反射效 果。實(shí)際上，對(duì)于其它種類的層，通過(guò)#4居折射率將膜厚最優(yōu)化， 也能獲得防反射效果。
隨后，在具有負(fù)電荷的層22上形成遮光層42。例如，由具有 遮光性能的金屬層來(lái)形成遮光層42。因此，由于在具有負(fù)電荷的層 22上直4妄形成遮光層42,所以能夠4吏遮光層42 4妄近于半導(dǎo)體基才反 ll的表面。結(jié)果，由于能夠窄化遮光層42與半導(dǎo)體基板11之間的 距離，所以能夠減小從鄰近光電二極管的上層所斜向入射的光組分 (即，光學(xué)混合色彩組分)。隨后，如圖15的(3)所示，通過(guò)抗蝕應(yīng)用及平4反印刷寺支術(shù)在 感光部12的一部分和位于外圍電路部14上面的遮光層42上形成 抗蝕4奄玲反(沒(méi)有示出)，隨后，通過(guò)^f吏用抗蝕掩^反的蝕刻來(lái)處理遮 光層42,從而使遮光層42留在感光部12的所述部分和位于外圍電 路部14上面的具有負(fù)電荷的層22上。通過(guò)遮光層42生成光線沒(méi) 有入射在感光部12上的區(qū)i或，并且通過(guò)感光部12的ilr出來(lái)確定圖 像中的黑水平。另外，由于防止了光線被入射在外圍電路部14上， 所以抑制了由于在外圍電路部上入射的光線所引起的特性改變。
隨后，如圖15的(4)所示，在具有負(fù)電荷的層22上形成防 反射層46,從而覆蓋遮光層42。例如，由具有折射率約為2的氮 4匕石圭層來(lái)形成防反射層46。
隨后，如圖16的(5)所示，在^立于感光部12上面的防反射 層46上形成濾色片層44,隨后，通過(guò)已知的制造技術(shù)在濾色片層 44上形成聚光透4竟45。在這種情況下，為了防止在透4竟處理時(shí)對(duì) 濾色片層44的加工破壞，可以在濾色片層44與聚光透鏡45之間 形成透光絕^彖層(沒(méi)有示出)。因此，形成固態(tài)成^f象裝置3。
在固態(tài)成像裝置制造方法(第一制造方法)的第三實(shí)施例中， 能夠獲得與第一實(shí)施例相同的效果，并且通過(guò)在具有負(fù)電荷的層22 上直接形成遮光層42,能夠使遮光層42接近于半導(dǎo)體基板11的表 面。結(jié)果，由于能夠窄化遮光層42與半導(dǎo)體基板11之間的距離， 所以能夠減小從鄰近光電二極管的上層斜向入射的光組分(即，光 混合色彩組分)。另外，當(dāng)僅通過(guò)具有負(fù)電荷的層22防反射效果不 夠充分時(shí)，通過(guò)形成防反射層46能夠?qū)⒎婪瓷湫Ч畲蠡?br> 接下來(lái)，將參照示出主要部分的圖17~圖19的制造處理的截 面圖來(lái)描述才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第四實(shí)施例)的固態(tài)成〗象裝置制造方法(第一制造方法)。在圖17-圖19中，作為實(shí)施例示出固態(tài) 成像裝置4的制造處理。
如圖17的(1 )中所示，在半導(dǎo)體基才反(或半導(dǎo)體層)11上形 成扭^于入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部12、用于分隔感光部12的〗象素 分隔區(qū)13、通過(guò)在外圍電^各部14與感光部12之間插入l象素分隔區(qū) 13來(lái)形成外圍電路(例如，電路14C)的外圍電路部14等。已知 的制造方法^皮用作制造方法。隨后，形成允"i午入射光一皮通過(guò)其中透 射的絕纟彖層26。例如，由氧化石圭層來(lái)形成絕纟彖層26。
隨后，如圖17的(2)所示，通過(guò)抗蝕應(yīng)用及平4反印刷寺支術(shù)在 位于外圍電3各部14上面的絕纟彖層26上形成抗蝕掩寺反51。
隨后，如圖18的(3)所示，通過(guò)^f吏用抗蝕掩4反51 (參照?qǐng)D 17的(2))蝕刻來(lái)處理絕緣層26，在外圍電路部14上留下絕緣層 26。隨后，去除抗蝕掩板51。
隨后，如圖18的(4)所示，在感光部12的光4妄收面12s上 (實(shí)際上，在半導(dǎo)體基板11上)形成覆蓋了絕緣膜26的界面態(tài)降 低層21。例如，由氧化硅(Si02)層形成界面態(tài)降低層21。
隨后，如圖19的(5)所示，在界面態(tài)降低層21上形成具有 負(fù)電荷的層22。因此，在感光部12的光4妄收面邊形成空穴聚集層 23。因此，至少在感光部12上，需要以通過(guò)具有負(fù)電荷的層22在 感光部12的光4妻收面12s側(cè)形成空穴聚集層23的力莫厚來(lái)形成界面 態(tài)降低層21。例如，膜厚被設(shè)置為大于等于一個(gè)原子層厚度并小于 等于100 nm。
例如，由氧化鉿(Hf02 )層、氧化鋁(A1203 )層、氧化鋯(Zr02 ) 層、氧化鉭(Ta205 )層或氧化4太(Ti02)層形成具有負(fù)電荷的層22。這些種類的層已經(jīng)被用作絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管等的柵極絕緣 層。因此，由于層形成方法已知，所以能夠輕7^形成所述層。例如， 化學(xué)氣相沉積法、濺射法及原子層沉積法可以#皮用作層形成方法。 此處，因?yàn)槟軌蛟诒∧ば纬善陂g以1 nm厚度同時(shí)形成低于界面態(tài) 的Si02層，所以優(yōu)選4吏用原子層沉積方法。
另外，關(guān)于除上述之外的材料，可以使用氧化鑭(1^203)、氧化 鐠(Pr203)、氧化鈰(Ce02)、氧化釹(Nd203)、氧化钷(Pm203)、氧化釤 (Sm203)、氧化銪(Eu203)、氧化札(Gd203)、氧化鋱(1^203)、氧化鏑 (Dy203)、氧化4火(Ho203)、氧化鉺(￡^03)、氧化銩(丁111203)、氧化鐿 (Yb203)、氧化镥(LU203)、氧化釔(丫203)等。另夕卜，也可以由氮化鉿 層、氮化鋁層、氮氧化鉿層或氮氧化鋁層來(lái)形成具有負(fù)電荷的層22。 例如，也可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積、'減射法或原子層沉積來(lái)形成這些 層。
另外，具有負(fù)電荷的層22可以在絕緣性不被損害的范圍內(nèi)添 加石圭(Si)或氮(N)。在層的絕血彖性不一皮損害的范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)卮_ 定濃度。因此，能夠提高層的熱阻或防止在添加硅(Si)或氮(N) 的處理期間的離子注入的能力。
另外，在通過(guò)氧化鉿(Hf02)層形成具有負(fù)電荷的層22的情 況下，由于氧化鉿(Hf02)層的的折射率約為2，所以能夠通過(guò)調(diào) 節(jié)膜厚有效地獲得防反射效果。實(shí)際上，對(duì)于其它種類的層，通過(guò) 根據(jù)折射率將膜厚最優(yōu)化，也能獲得防反射效果。
構(gòu)成固態(tài)成像裝置4,使得在具有負(fù)電荷的層22上提供用于遮 掩感光部12的一部分和外圍電路部14的遮光層、用于至少對(duì)入射 在感光部12上的光進(jìn)行光譜過(guò)濾的濾色片層、用于會(huì)聚入射在感 光部12上的光的聚光透4竟等。就這種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例而言，也可以 應(yīng)用固態(tài)成4象裝置1、 2及3的4壬意一個(gè)結(jié)構(gòu)。在固態(tài)成〗象裝置制造方法(第一制造方法)的第四實(shí)施例中，
在界面態(tài)降低層21上形成具有負(fù)電荷的層22。因此，通過(guò)由具有 負(fù)電荷的層22中的負(fù)電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)，在感光部12的光接收面 邊的界面上充分形成空穴聚集層23。因此，能夠抑制通過(guò)界面所生 成的電荷(電子)。另外，即^使通過(guò)界面生成了電荷(電子)，電荷 (電子)也不會(huì)流入感光部12中作為勢(shì)阱的電荷聚集部，而是流 入存在大量空穴的空穴聚集層23。結(jié)果，能夠消除電荷(電子)。 因此，由于其能夠防止在感光部中才企測(cè)出在界面上通過(guò)電荷生成的 暗電流，所以抑制了通過(guò)界面態(tài)引起的暗電流。此外，由于在感光 部12的光接收面上形成了界面態(tài)降低層21,所以進(jìn)一步抑制了由 于界面態(tài)引起的電子的生成。結(jié)果，抑制了由于界面態(tài)生成的電子 作為暗電流流入感光部12。另外，通過(guò)4吏用具有負(fù)電荷的層22， 不通過(guò)離子注入和退火就能形成HAD結(jié)構(gòu)。
另夕卜，由于在外圍電路部14上形成了絕緣層26，所以在外圍 電路部14上與具有負(fù)電荷的層22的距離變得大于在感光部12上 與具有負(fù)電荷的層的距離。結(jié)果，降低了從具有負(fù)電荷的層22被 施加至外圍電路部14的負(fù)電場(chǎng)。即，由于減小了外圍電路部14上 具有負(fù)電荷的層的影響，所以防止了通過(guò)由具有負(fù)電荷的層22所 引起的負(fù)電場(chǎng)所導(dǎo)致的外圍電^各部14的故障。
接下來(lái)，將參照示出主要部分的圖20和圖21的制造處理的截 面圖來(lái)描述才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第五實(shí)施例)的固態(tài)成^f象裝置制 造方法(第一制造方法)。在圖20和圖21中，作為實(shí)施例示出固 態(tài)成像裝置4的制造處理。
如圖20的(1 )中所示，在半導(dǎo)體基板(或半導(dǎo)體層)11上形 成執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部12、用于分隔感光部12的像素 分隔區(qū)13、通過(guò)在外圍電路部14與感光部12之間插入像素分隔區(qū) 13來(lái)形成外圍電路(例如，電路14C)的外圍電路部14等。已知的制造方法4皮用作制造方法。隨后，形成允i午入射光一皮通過(guò)其中透 射的界面態(tài)降低層21。隨后，在界面態(tài)降低層21上形成用于將具 有負(fù)電荷的層與光接收面的表面分開的層25。為了消除負(fù)電荷的影 響，優(yōu)選具有正電荷的層25，并且對(duì)于層25優(yōu)選使用氮化硅。
至少在感光部12上，需要以通過(guò)在隨后^皮形成的具有負(fù)電荷 的層22在感光部12的光"f妄收面12s側(cè)形成將在隨后^f皮描述的空穴 聚集層23的膜厚來(lái)形成界面態(tài)降低層21。例如，膜厚需要被設(shè)置 為大于等于一個(gè)原子層并小于等于100nm。
隨后，如圖20的(2)所示，通過(guò)使用抗蝕應(yīng)用及平板印刷技 術(shù)在位于外圍電i 各部14上面的具有正電荷的層25上形成抗蝕摘^反 52。
隨后，如圖21的(3)所示，通過(guò)4吏用抗蝕掩板52 (參照?qǐng)D 20的(2))蝕刻來(lái)處理具有正電荷的層25,在外圍電3各部14上留 下具有正電荷的層25。隨后，去除抗蝕掩^！ (resist mask) 52。
隨后，如圖21的(4)所示，在界面態(tài)降低層21上形成覆蓋 了具有正電荷的層25的具有負(fù)電荷的層22。
例如，由氧化鉿(Hf02 )層、氧化鋁(A1203 )層、氧化鋯(Zr02 ) 層、氧化鉭(Ta205 )層或氧化4太(Ti02)層形成具有負(fù)電荷的層 22 。這些種類的層已經(jīng)被用作絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管等的柵極絕緣 層。因此，由于層形成方法已知，所以能夠輕+〉形成所述層。例如， 4匕學(xué)氣相沉積法、濺射法及原子層沉積法可以-故用作層形成方法。 此處，因?yàn)槟軌蛟诒∧ば纬善陂g以1 nm厚度同時(shí)形成低于界面態(tài) 的Si02層，所以優(yōu)選4吏用原子層:;兄積方法。另外，關(guān)于除上述之外的材沖牛，可以使用氧化鑭(1^203)、氧化 鐠(Pr203)、氧化鈰(Ce02)、氧化釹(Nd203)、氧化钷(Pm203)、氧化釤 (Sm203)、氧化銪(Eu203)、氧化釓(Gd203)、氧化鋱(丁1 203)、氧化鏑 (Dy203)、氧化鈥(110203)、氧化鉺(Er203)、氧化銩(了111203)、氧化鐿 (Yb203)、氧化镥(1^203)、氧化釔(丫203)等。另外，也可以由氮化鉿 層、氮化鋁層、氮氧化鉿層或氮氧化鋁層來(lái)形成具有負(fù)電荷的層22。 例如，也可以通過(guò)4b學(xué)氣相:;兄積、濺射法或原子層沉積來(lái)形成這些 層。
另外，具有負(fù)電荷的層22可以在絕》彖性不,皮損害的范圍內(nèi)添 加硅(Si)或氮(N)。在層的絕緣性不被損害的范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)卮_ 定濃度。因此，能夠提高層的熱阻或防止在添加硅(Si)或氮(N) 的處理期間的離子注入的能力。
另夕卜，在通過(guò)氧化鉿(Hf02)層形成具有負(fù)電荷的層22的情 況下，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)氧化鉿(Hf02)層的膜厚有效地獲得防反射效 果。實(shí)際上，對(duì)于其它種類的層，通過(guò)^^艮據(jù)折射率將膜厚最優(yōu)化， 也能獲得防反射效果。
固態(tài)成像裝置5被配置為在具有負(fù)電荷的層22上提供用于遮 才務(wù)感光部12的一部分和外圍電^各部14的遮光層、用于至少對(duì)入射 在感光部12上的光進(jìn)行光譜過(guò)濾的濾色片層、用于會(huì)聚入射在感 光部12上的光的聚光透4竟等。關(guān)于這種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，也可以應(yīng) 用固態(tài)成像裝置l、 2及3的任意一個(gè)結(jié)構(gòu)。
在固態(tài)成像裝置制造方法(第一制造方法)的第五實(shí)施例中， 在界面態(tài)降4氐層21上形成具有負(fù)電荷的層22。因此，通過(guò)由具有 負(fù)電荷的層22中的負(fù)電荷生成的電場(chǎng)，在感光部12的光4妄收面邊 的界面上充分形成空穴聚集層23。因此，能夠抑制通過(guò)界面生成的 電荷(電子)。另外，即使通過(guò)界面生成了電荷(電子)，電荷(電子)也不會(huì)流入感光部12中作為勢(shì)阱的電荷聚集部，而是流入存 在大量空穴的空穴聚集層23。結(jié)果，能夠消除電荷(電子)。因此，
流，所以抑制了通過(guò)界面態(tài)引起的暗電流。此外，由于在感光部12 的光接收面上形成了界面態(tài)降低層21,所以進(jìn)一步抑制了由于界面 態(tài)引起的電子的生成。結(jié)果，抑制了由于界面態(tài)生成的電子作為暗 電流流入感光部12。另外，通過(guò)^f吏用具有負(fù)電荷的層22,不通過(guò) 離子注入和退火就能形成HAD結(jié)構(gòu)。
另夕卜，由于在外圍電路部14與具有負(fù)電荷的層22之間形成了 優(yōu)選具有正電荷并且用于分隔具有負(fù)電荷的層和光4妄收面的表面 的層25,所以通過(guò)在具有正電荷的層25中的正電荷減小了具有負(fù) 電荷的層22的負(fù)電荷。因此，在具有負(fù)電荷的層22中的負(fù)電荷的 電場(chǎng)不會(huì)影響外圍電^各部14。結(jié)果，能夠防止外圍電^各部14由于 負(fù)電荷所引起的故障。
此處，將在下面描述負(fù)電荷存在于作為具有負(fù)電荷的層的一個(gè) 實(shí)施例的氧化鉿(Hf02 )層。
關(guān)于第 一樣品，預(yù)備了具有通過(guò)在其間插入的熱氧化硅(Si〇2 ) 層在硅基板上形成的柵極電極的MOS電容器，其中，熱氧化硅層 的膜厚被改變。
關(guān)于第二樣品，預(yù)備了具有通過(guò)在其間插入的CVD氧化硅 (CVD-Si02 )層在硅基板上形成的柵極電極的MOS電容器，其中， CVD氧化石圭層的膜厚^皮改變。
關(guān)于第三樣品，預(yù)備了具有通過(guò)被插入其間的通過(guò)連續(xù)層壓臭 氧氧化硅(03-Si02 )層、氧化鉿(Hf02 )層及CVD氧化硅(Si02 ) 層所獲得的層壓層在硅基板上形成的柵極電極的MOS電容器，其中，CVD氧化硅層的膜厚被改變。另外，Hf02層和03-Si02層的膜 厚4皮固定。
通過(guò)4吏用硅烷(SiH4)和氧氣(02)的混合氣體的CVD方法 來(lái)形成每個(gè)才羊品的CVD-Si02層，并且通過(guò)4吏用四乙基曱基氨基4會(huì) (TEMAHf)和臭氧(03 )作為材并+的ALD方法來(lái)形成Hf02層。 第三才羊品的03-Si02層為具有約為1 nm厚度并且當(dāng)以ALD方法形
成Hf。2層時(shí)在Hf。2層與硅基板之間被形成的基面氧化層。對(duì)于每
個(gè)樣品中的每個(gè)柵極電極，使用從上面開始層壓鋁(Al)層、氮化 鈦(TiN)層及鈦(Ti)層的結(jié)構(gòu)。
在上面的樣品結(jié)構(gòu)中，在第一和第二樣品的情況下，立刻在 Si02層上形成柵極電極，但是在應(yīng)用了 Hf02層的第三樣品的情況 下，僅在HfCb層上層壓CVD-Si02層。這才羊就防止了當(dāng)Hf02層與 柵極電才及直接相互接觸時(shí)Hf02與電極在界面上4皮此發(fā)生反應(yīng)。
此外，在第三樣品的層壓結(jié)構(gòu)中，Hf02層的厚度被固定為10 nm,并且上面的CVD-Si02層的膜厚被改變。原因是因?yàn)镠f02具 有很大的相對(duì)介電常數(shù)，因此，即使以10nm的膜厚形成Hf02層， 當(dāng)作為氧化層的厚度來(lái)計(jì)算厚度時(shí)，Hf02層也具有幾個(gè)納米的厚 度。結(jié)果，很難見到平帶電壓Vfb關(guān)于氧化層轉(zhuǎn)換厚度的改變。
對(duì)于第一、第二及第三樣品，已經(jīng)檢測(cè)到根據(jù)氧化層轉(zhuǎn)換厚度 Tox的平帶電壓Vfb。圖22示出所述結(jié)果。
如圖22所示，在熱氧化(熱-Si02 )層的第一樣品和CVD-Si02 層的第二樣品的情況下，平帶電壓根據(jù)膜厚的增加向負(fù)方向移動(dòng)。 另一方面，僅在應(yīng)用Hf02層的第三樣品中，已經(jīng)確認(rèn)平帶電壓根 據(jù)膜厚的增加向正方向移動(dòng)。通過(guò)平帶電壓的行為，能夠看出負(fù)電荷存在于Hf02層中。另外，能夠看出除Hf02之外的形成具有負(fù)電 荷的層的每種材料也類似于Hf02具有負(fù)電荷。
另外，圖23中示出每個(gè)樣品中的界面態(tài)密度的數(shù)據(jù)。在圖23 中，已經(jīng)通過(guò)使用圖22中的Tox基本上等于40 nm的第一、第二 及第三樣品執(zhí)行了界面態(tài)密度Dit的比較。
結(jié)果，如圖23所示，當(dāng)熱氧化(熱-SiCb)層的第一樣品具有 2E10(/cm2.eV)以下的特性時(shí)，CVD-Si02層的第二才羊品中，界面態(tài) 被減小了約一個(gè)數(shù)量級(jí)。另一方面，在使用Hf02層的第三樣品的 情況下，已經(jīng)確認(rèn)約為3E10/cn^.eV和^接近于熱氧化層的好的界面。 另外，能夠看出除了 Hf02之外用于形成具有負(fù)電荷的層的每種材 料也類似于Hf02具有接近于熱氧化層的好的界面。
4妄下來(lái)，已經(jīng)4企測(cè)到當(dāng)形成具有正電荷的層25時(shí)關(guān)于氧化層 轉(zhuǎn)換厚度Tox的平帶電壓Vfb。圖24中示出所述結(jié)果。
如圖24所示，在大于熱氧化層的平帶電壓的情況下，因?yàn)樨?fù) 電荷存在于層中，所以在石圭(Si)的表面形成空穴。這種層壓層的 實(shí)施例包括通過(guò)在硅(Si)基板的表面從下開始連續(xù)層壓Hf02層和 CVD-SiCb層所獲得的結(jié)構(gòu)。另一方面，在小于熱氧化層的平帶電 壓的情況下，因?yàn)檎姾纱嬖谟趯又?，所以在石?Si)表面上形成 電子。這種層壓層的實(shí)施例包括通過(guò)在珪(Si)基板的表面上從下 開始連續(xù)層壓CVD-Si02層、CVD-SiN層、Hf02層及CVD-Si02層 所獲得的結(jié)構(gòu)。此處，當(dāng)CVD-SiN層的膜厚變大時(shí)，與熱氧化層 相比，平帶電壓變大，在負(fù)方向上移動(dòng)。此夕卜，通過(guò)CVD-SiN層 中的正電子消除了氧化鉿(Hf02)的負(fù)電荷的影響。
在上面實(shí)施例中的固態(tài)成^f象裝置1~5中，在如上所述具有負(fù) 電荷的層中包含氮(N)的情況下，通過(guò)在形成具有負(fù)電荷的層22后使用高頻等離子或孩i波等離子的滲氮處理可以包含氮(N)。另外， 通過(guò)在形成具有負(fù)電荷的層22后在具有負(fù)電荷的層22上通過(guò)^f吏用 電子束輻射執(zhí)行電子束固化處理可以增加層中的負(fù)電荷。
接下來(lái)，將在下面參照?qǐng)D25描述當(dāng)將已經(jīng)在本發(fā)明的第一至 第五實(shí)施例中的固態(tài)成像裝置制造方法中被使用的氧化鉿用于具 有負(fù)電荷的層22時(shí)的優(yōu)選制造方法(第六實(shí)施例)。關(guān)于該實(shí)施例， 圖25示出適用于第一制造方法的第一實(shí)施例的情況。在本發(fā)明的 實(shí)施方式中具有負(fù)電荷的層的形成方法也可以以相同的方式被應(yīng) 用于在第一制造方法的第二至第五實(shí)施例中具有負(fù)電荷的層的形 成方法。
當(dāng)使用原子層沉積法(ALD方法)由氧化鉿形成具有負(fù)電荷的 層22時(shí)，膜質(zhì)量非常好。但是，存在膜形成需要時(shí)間的問(wèn)題。因 此，如圖25 (1)所示，預(yù)備了半導(dǎo)體基板(或半導(dǎo)體層)11，其 中，形成扭j行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部12、用于分隔感光部12 的^f象素分隔區(qū)13、具有通過(guò)在外圍電^各部14與感光部12之間插入 的像素分隔區(qū)13所形成的外圍電路(沒(méi)有具體示出)的外圍電路 部14，并且在感光部12的光4妄收面12s上(實(shí)際上，在半導(dǎo)體基 板11上)形成界面態(tài)降4氐層21。隨后，^吏用原子層沉積方法在界 面態(tài)降j氐層21上形成第一氧化鉿層22-1。以對(duì)于具有負(fù)電荷的層 22所需的至少3 nm膜厚的力莫厚來(lái)形成第一氧化鉿層22-1。
在用于形成第一氧化鉿層22-1的原子層沉積法(ALD方法) 的膜形成條件的實(shí)施例中，TEMA-Hf (四乙基曱基氨基鉿)、 TDMA-Hf (四二曱基氨基鉿)或TDEA-Hf (四二乙基氨基鉿)被用作 前體，膜形成時(shí)的基板溫度被設(shè)置為200°C~500°C，前體流量被設(shè) 置為10 cm3/min — 500 cm3/min,前體的輻射時(shí)間立1秒、~ 15秒、，并 且臭氧(03)的流量祐:i殳置為5 cmVmin ~ 50 cmVmin?？商鎿Q地，也可以通過(guò)使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD 法)來(lái)形成第一氧化鉿層22-l。在TEMA-Hf(四乙基甲基氨基鉿)、 TDMA-Hf (四二甲基氨基鉿)、或TDEA-Hf (四二乙基氨基4合)^皮用 作前體的情況下的膜形成條件的實(shí)施例中，膜形成時(shí)的基板溫度被
i殳置為200°C~ 600°C，前體流量^皮i殳置為10 cmVmin ~ 500 cmVmin，前體的輻射時(shí)間位1秒~15秒，并且臭氧(03)的流量 被設(shè)置為5 cm3/min ~ 50 cmVmin。
隨后，如圖25 (2)所示，通過(guò)4吏用物理氣相沉積法(PVD法) 在第一氧化鉿層22-1上形成第二氧化鉿層22-2，形成具有負(fù)電荷 的層22。例如，執(zhí)行膜形成，使得包括第一氧化鉿層22-1和第二 氧化鉿層22-2的膜厚祐 沒(méi)置為50 nm ~ 60 nm。隨后，如在第一至 第五實(shí)施例中所描述的一樣，執(zhí)行用于在具有負(fù)電荷的層22上形 成絕纟彖層41的后續(xù)處理。
在用于形成第二氧化鉿層22-2的物理氣相沉積法(PVD )法中 的膜形成條件的實(shí)施例中，鉿金屬靶被用作靶，氬氣和氧氣被用作 處理氣體，膜形成大氣壓4皮設(shè)置為0.01 Pa-50Pa，功率一皮設(shè)置為 500 W-2.00 kW，氬氣(Ar)的流量尋皮設(shè)置為5 cm3/min ~ 50 cm3/min， 并且氧氣(02 )的流量被設(shè)置為5 cm3/min ~ 50 cm3/min。
接下來(lái)，在由氧化鉿構(gòu)成的具有負(fù)電荷的層22的厚度被設(shè)置 為60 nm并且第一氧化鉿層22-1的厚度被用作參數(shù)的條件下，已經(jīng) 4全測(cè)出固態(tài)成^f象裝置的C-V (電容-電壓)特性。圖26和圖27示出 所述結(jié)果。在圖26和圖27中，垂直軸表示電容(C)，水平軸表示 電壓(V)。
如圖26所示，在僅通過(guò)PDV法形成氧化鉿(Hf02)層時(shí)的情況 下，平帶電壓Vfb為作為負(fù)電壓的-1.32V。對(duì)于具有負(fù)電荷的層， 這是不夠的。為了形成具有負(fù)電荷的層，平帶電壓Vfb需要為正電壓。另外，由于上升沿平緩，所以界面態(tài)密度被增大。在這種情況
下，估計(jì)出界面態(tài)密度Dit太高以至于不能#:應(yīng)用，這些將在隨后 被描述。
另一方面，在當(dāng)通過(guò)使用ALD法以3nm厚度形成第一氧化鉿 層22-1并隨后通過(guò)1"吏用PVD法在第一氧化鉿層22-1上以50 nm厚 度形成第二氧化鉿層22-2時(shí)的情況下，平帶電壓Vfb為作為正電壓 的+0.42V。因此，獲得具有正電荷的層。另外，由于上升沿尖4兌， 所以界面態(tài)密度Di"艮寸氐，導(dǎo)致Dit- 5.14E10/cm2 . eV。
另外，在當(dāng)通過(guò)使用ALD法以11 nm的厚度形成第一氧化鉿 層22-1并隨后通過(guò)4吏用PVD法在第一氧化鉿層22-1上以50 nm的 厚度形成第二氧化《會(huì)層22-2時(shí)的情況下，平帶電壓Vfb變?yōu)閊皮進(jìn)一 步增大的正電壓。因此，獲得了具有負(fù)電荷的層。另外，由于上升 沿更加尖銳，所以界面態(tài)密度Dit很低。
jJ:匕夕卜，長(zhǎng)口圖27所示，在當(dāng)通過(guò)4吏用ALD法以11 nm的厚度形 成第一氧化鉿層22-1并隨后通過(guò)4吏用PVD法在第一氧化鉿層22-1 上以50 nm的厚度形成第二氧化鉿層22-2時(shí)的情況下，平帶電壓 Vfb"t妾近于當(dāng)通過(guò)ALD法形成整個(gè)具有負(fù)電荷的層22時(shí)的情況， 并且上升沿也具有幾乎相同的狀態(tài)。
接下來(lái)，對(duì)于通過(guò)以11 nm的厚度形成第一氧化鉿層22-l并隨 后4吏用PVD法在第一氧化4合層22-1上以50 nm的厚度形成第二氧 化鉿層22-2所獲得的具有負(fù)電荷的層，典型地執(zhí)行使用直流電的 C-V特性的測(cè)量(Qs-CV:準(zhǔn)靜態(tài)CV)和使用高頻的測(cè)量(Hf-CV)。 Qs-CV測(cè)量為作為時(shí)間的線性函凄t掃描柵-4及電壓并計(jì)算在棚4及與 基板之間流動(dòng)的位移電流的測(cè)量方法。通過(guò)這樣，獲得了高頻區(qū)中 的電容值。圖28示出所述結(jié)果。另夕卜，通過(guò)Qs-CV測(cè)量值與Hf-CV 測(cè)量值之間的差值來(lái)計(jì)算界面態(tài)密度Dit。結(jié)果，由于界面態(tài)密度Dit變?yōu)?.14E10/cm2. eV，所以獲得到充分低的值。另外，如上所 述，由于平帶電壓Vfb為+0.42V,所以獲得到正電壓。
因此，通過(guò)以3 nm以上的厚度來(lái)形成第一氧化鉿層22-l，能 夠?qū)⒕哂胸?fù)電荷的層22的平帶電壓Vfb的值設(shè)置為正電壓，并且 能夠使界面態(tài)密度Dit很低。因此，優(yōu)選以具有負(fù)電荷的層22所需 的至少3 nm膜厚的膜厚來(lái)形成第一氧化《合層22-1。
第一氧化鉿層22-1為通過(guò)原子層沉積法所形成的層。如果在使 用原子層沉積法形成氧化鉿層的過(guò)程中膜厚小于3 nm，則當(dāng)通過(guò)使 用PVD法形成隨后的第二氧4匕4合層22-2時(shí)，由于PVD法所導(dǎo)致的 界面破壞發(fā)生。但是，如果第一氧化鉿層22-1的厚度為3 nm以上， 則即使通過(guò)使用PVD法形成隨后的第二氧化鉿層22-2,也能抑制 界面破壞。因此，通過(guò)將第一氧化鉿層22-1~22-3的厚度設(shè)置為3 nm以上，使得由PVD法所導(dǎo)致的界面破壞被抑制，包括第一氧化 鉿層22-1和第二氧化鉿層22-2的層的平帶電壓Vfb的值變?yōu)檎?壓。結(jié)果，包括第一氧化鉿層22-1和第二氧化《會(huì)層22-2的層變?yōu)?具有負(fù)電荷的層。由于這個(gè)原因，使通過(guò)界面態(tài)降低層21在界面 一側(cè)所形成的第一氧化鉿層22-1具有3 nm以上的膜厚。另夕卜，PVD 法的實(shí)施例包纟舌賊射法。
另一方面，如果通過(guò)4吏用原子層沉積法形成具有負(fù)電荷的整個(gè) 層22,則獲得到良好的C-V特性，但是因?yàn)樾枰鄷r(shí)間來(lái)形成 所述層，所以生產(chǎn)效率顯著降低。由于這種原因，不能使第一氧化 鉿層22-l的厚度太大。在原子層沉積法中，例如，大約需要45分 鐘來(lái)形成10nm厚的氧化鉿層。另一方面，在物理氣相沉積法的情 況下，例如，需要大約3分鐘來(lái)形成厚度為50nm的氧化鉿層。因 此，考慮到生產(chǎn)效率來(lái)確定第一氧化鉿層22-l厚度的上限。例如， 當(dāng)具有負(fù)電荷的層22的層形成時(shí)間^皮i殳置為1小時(shí)以下時(shí)，第一 氧化鉿層22-l的厚度上限約為11 nm~12 nm。因此，在一起l吏用原子層沉積法和物理氣相沉積法的層形成方法的情況下，與通過(guò)4吏
用原子層沉積法或CVD法形成具有負(fù)電荷的整個(gè)層22的情況相 比，能夠顯著縮短層形成時(shí)間。結(jié)果，改進(jìn)了大規(guī)一莫生產(chǎn)效率。此 外，在原子層沉積法或MOCVD法的情況下，與通過(guò)4吏用物理氣相 沉積法來(lái)形成層的情況相比，幾乎沒(méi)有對(duì)基^反產(chǎn)生石皮壞。因此，由 于降低了對(duì)光接收傳感器部的破壞，所以能夠解決作為暗電流產(chǎn)生 原因的界面態(tài)強(qiáng)度變大的問(wèn)題。
至今為止，已經(jīng)描述了由氧化鉿層來(lái)形成具有負(fù)電荷的層22 的情況。^f旦是，就具有負(fù)電荷的層22而言，例如，也可以4吏用氧 化鋁(A1203 )層、氧化4告(Zr02)層、氧化鉭(Ta205 )層、或氧 化鈦(Ti02)、氧化鑭(La203)、氧化鐠(Pf203)、氧化鈰(Ce02)、氧化 釹(Nd203)、氧化钷(Pm203)、氧化釤(Sm203)、氧化銪(￡11203)、氧化 ^L(Gd203)、氧化鋱(Tb203)、氧化鏑(Dy203)、氧化鈥(110203)、氧化 鉺(Er203)、氧化銩(丁111203)、氧化鐿(￥1 203)、氧化镥(1^203)、氧化 釔(丫203)、氮化鉿層、氮化鋁層、氮氧化鉿層或氮氧化鋁層。而且， 在這種情況下，也可以以相同的方式應(yīng)用才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的制 造方法，其中，首先通過(guò)使用原子層沉積法執(zhí)行層形成，隨后通過(guò) ^f吏用物理氣相沉積法扭J亍層沉積。因此，能夠獲得與氧化鉿層情況 相同的j文果。
接下來(lái)，將參照示出主要部分結(jié)構(gòu)的圖29的截面圖描述根據(jù) 本發(fā)明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置(第二固態(tài)成像裝 置)。另外，在圖29中，沒(méi)有示出用于遮掩感光部的一部分和外圍 電3各部的遮光層、用于在感光部中入射的光的光"i普過(guò)濾的濾色片 層、用于會(huì)聚在感光部中入射的光線的聚光透鏡等。
如圖29所示，固態(tài)成像裝置6包括在半導(dǎo)體基板(或半導(dǎo)體 層)11中才丸4亍入射光的光電轉(zhuǎn):換的感光部12。在感光部12的一側(cè) 部分中，提供通過(guò)在其間所插入的像素分隔區(qū)形成外圍電路(例如，電路14C )的外圍電路部14。在感光部(包括將在隨后被描述的空 穴聚集層23) 12的光接收面12s上，形成絕緣層27。例如，由氧 化石圭(Si02)來(lái)形成絕多彖層27。在絕》彖層27上形成負(fù)電壓施加層 28。
在圖中，在外圍電3各部14上比感光部12上更厚地形成絕緣層 27,使得負(fù)電壓施加層28與外圍電路部14表面的距離大于負(fù)電壓 施加層28與感光部12表面的距離。另外，當(dāng)由氧化硅層來(lái)形成絕 緣層27時(shí)，例如，絕緣層27具有與先前已經(jīng)被描述的感光部12 上的界面態(tài)降^f氐層21相同的揭:作。因此，例如，優(yōu)選以一個(gè)以上 的原子層并且在100 nm以下的膜厚來(lái)形成感光部12上的絕纟彖層 27。因此，當(dāng)將負(fù)電壓施加于負(fù)電壓施加層28時(shí)，在感光部12的 光4妄纟丈面邊形成空穴聚集層23。
在當(dāng)固態(tài)成l象裝置6為CMOS圖傳_傳感器時(shí)的情況下，例如， 所構(gòu)成包括諸如轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管及選擇晶體 管的多個(gè)晶體管的像素電路被提供作為外圍電路部14的外圍電路。 另外，包括在通過(guò)多個(gè)感光部12所形成的^f象素陣列部件的讀耳又線 上執(zhí)行讀取信號(hào)操作的驅(qū)動(dòng)電路、傳輸讀取信號(hào)的垂直掃描電路、 移位寄存器或地址解碼器、水平掃描電路等。
此外，在當(dāng)固態(tài)成4象裝置6為CCD圖4象傳感器時(shí)的情況下， 例如，將通過(guò)感光部光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷讀入垂直轉(zhuǎn)移柵極的讀取 才冊(cè)才及和在垂直方向上傳1#讀取信號(hào)電荷的垂直電荷轉(zhuǎn)移部件纟皮才是 供作為外圍電路部14的外圍電路。另夕卜，包括水平電荷轉(zhuǎn)移部等。
由允許入射光透過(guò)其中#1透射的透明導(dǎo)電層來(lái)構(gòu)成負(fù)電壓施 力口層28,例如，透明導(dǎo)電層允許可見光透過(guò)其中被透射。例如，可 以4吏用氧化銦錫層、氧化銦鋅層、氧化銦層、氧化錫層或氧化4家錫 層來(lái)作為這樣的層。構(gòu)成固態(tài)成^f象裝置6, 4吏得在負(fù)電壓施加層28上^是供用于遮4奄 感光部12的一部分和外圍電路部14的遮光層、用于至少在感光部 12上的入射光的光"i普過(guò)濾的濾色片層、用于會(huì)聚在感光部12上入 射的光線的聚光透4竟等。關(guān)于這種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，也可以應(yīng)用固態(tài) 成像裝置l、 2及3的任意一種結(jié)構(gòu)。
在固態(tài)成^f象裝置(第二固態(tài)成^f象裝置)6中，在感光部12的光 接收面12s上形成的絕緣層27上形成負(fù)電壓施加層28。因此，通 過(guò)對(duì)負(fù)電壓施加層28施加的負(fù)電壓所生成的電場(chǎng)，在感光部12的 光接收面12s的一邊的界面上充分形成空穴聚集層。因此，抑制了 通過(guò)界面生成的電荷(電子)。另外，即使通過(guò)界面生成了電荷(電 子)，電荷(電子)也不會(huì)流入感光部12中作為勢(shì)阱的電荷聚集部， 而是流入存在大量空穴的空穴聚集層23。結(jié)果，能夠消除電荷(電 子)。結(jié)果，由于其能夠防止由于界面生成的電荷變?yōu)榘惦娏鞑ⅰ?感光部12斗全測(cè)出來(lái)，所以抑制了通過(guò)界面態(tài)導(dǎo)致的暗電流。此夕卜， 由于在感光部12的光接收面12s上形成了作為界面態(tài)降低層使用的 絕緣層27,所以進(jìn)一步抑制了由于界面態(tài)引起的電子的生成。結(jié)果， 抑制了由于界面態(tài)生成的電子作為暗電流流入感光部12。
此外，如圖所示，由于形成負(fù)電壓施加層28, 4吏得通過(guò)絕參彖層 27使負(fù)電壓施加層28與外圍電路部14的表面的距離大于負(fù)電壓施 加層28與感光部12的表面的3巨離，所以減小了當(dāng)將負(fù)電壓施加于 負(fù)電壓施加層28時(shí)生成的電場(chǎng)對(duì)外圍電路部14的影響。結(jié)果，能 夠消除外圍電^各部14中的電路故障。
接下來(lái)，將參照示出主要部分結(jié)構(gòu)的圖30的截面圖描述才艮據(jù) 本發(fā)明實(shí)施方式(第二實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置(第二固態(tài)成像裝 置)。另外，在圖30中，沒(méi)有示出用于遮掩感光部的一部分和外圍 電路部的遮光層、用于在感光部中入射的光的光譜過(guò)濾的濾色片 層、用于會(huì)聚在感光部中入射的光線的聚光透鏡等。如圖30所示，通過(guò)用于使負(fù)電壓施加層遠(yuǎn)離外圍電路部14的 光接收面(實(shí)質(zhì)上，在固態(tài)成像裝置6中的絕緣層27與負(fù)電壓施 加層28之間)來(lái)形成層25獲得固態(tài)成像裝置7。為了消除負(fù)電壓 的影響，優(yōu)選具有正電荷的層25。優(yōu)選在外圍電路部14與負(fù)電壓 施加層28之間形成具有正電荷的層25。可替換地，可以在絕纟彖層 27上或絕緣層27下形成具有正電荷的層25。另外，盡管在圖中作 為具有均勻厚度的層形成了絕緣層27,但是類似于固態(tài)成像裝置6 ， 可以在外圍電路部14上比在感光部12上更厚地形成絕緣層27。
具有正電荷的層25的實(shí)例包括氮化硅層。
因此，由于在外圍電路部14與負(fù)電壓施加層28之間形成了具 有正電荷的層25，所以通過(guò)在具有正電荷的層25中的正電荷減小 了當(dāng)將負(fù)電壓施加于負(fù)電壓施加層28時(shí)所生成的負(fù)電場(chǎng)。因此， 負(fù)電場(chǎng)沒(méi)有影響外圍電^各部14。結(jié)果，由于其防止了由于負(fù)電場(chǎng)所 引起的外圍電路部14的故障，所以改善了外圍電路部14的可靠性。 如上所述，也可以將在外圍電路部14與負(fù)電壓施加層28之間形成 具有正電荷的層25的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于固態(tài)成像裝置6,并且能夠獲得與 固態(tài)成像裝置7中相同的效果。
接下來(lái)，將參照示出主要部分結(jié)構(gòu)的圖31 ~圖33的制造處理 的截面圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置 的制造方法(第二制造方法)。在圖31-圖33中，作為實(shí)施例示出 固態(tài)成^象裝置4的制造處理。
如圖31的(1)中所示，在半導(dǎo)體基4反(或半導(dǎo)體層)11上形 成拍j亍入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部12、用于分隔感光部12的〗象素 分隔區(qū)13、通過(guò)在外圍電3各部14與感光部12之間插入^f象素分隔區(qū) 13來(lái)形成外圍電^各(例如，電^各14C )的外圍電3各部14等。已知的制造方法^皮用作制造方法。隨后，形成允"i午入射光^皮通過(guò)其中透 射的絕纟彖層29。例如，由氧化石圭層來(lái)形成絕纟彖層29。
隨后，如圖31的(2)所示，通過(guò)使用抗蝕應(yīng)用及平板印刷技 術(shù)在^f立于外圍電i 各部14上面的絕虛彖層29上形成4元蝕掩—反53。
隨后，如圖32的(3)所示，通過(guò)^f吏用抗蝕4奄^反53 (參照?qǐng)D 31的(2))蝕刻來(lái)處理絕參彖層29，在外圍電路部14上留下絕纟彖層 29。隨后，去除抗蝕#務(wù)纟反53。
隨后，如圖32的(4)所示，在感光部12的光接收面12s上 (實(shí)際上，在半導(dǎo)體基板ll上)形成覆蓋了絕緣膜29的界面態(tài)降 {氐層21。例如，由氧化石圭(Si02)層形成界面態(tài)降^f氐層21。因此， 通過(guò)絕纟彖層29和界面態(tài)降^f氐層21形成了絕纟彖層27。
隨后，如圖33的(5)所示，在界面態(tài)降低層21上形成負(fù)電 壓施加層28。通過(guò)^皮施加于負(fù)電壓施加層28的負(fù)電壓在感光部12 的光4妄收面邊形成空穴聚集層23。因此，至少在感光部12上，需 要以通過(guò)^皮施加于負(fù)電壓施加層28的負(fù)電壓在感光部12的光4妻收 面12s側(cè)形成空穴聚集層23的膜厚來(lái)形成界面態(tài)降低層21。例如， 膜厚4皮設(shè)置為大于等于一個(gè)原子層厚度并小于等于100 nm。
由允許入射光透過(guò)其中被透射的透明導(dǎo)電層來(lái)形成負(fù)電壓施 加層28,例如，透明導(dǎo)電層允許可見光透過(guò)其中^皮透射。例如，可 以4吏用氧化銦錫層、氧化銦鋅層、氧化銦層、氧化錫層或氧化鎵錫 層來(lái)作為這樣的層。
在固態(tài)成l象裝置6中的負(fù)電壓施加層28上形成用于遮掩感光 部12的一部分和外圍電3各部14的遮光層、用于至少乂于在感光部12 上的入射光進(jìn)行光譜過(guò)濾的濾色片層、用于對(duì)感光部12上的入射光進(jìn)行聚光的聚光透鏡等。在固態(tài)成像裝置制造方法(第一制造方 法)的每個(gè)實(shí)施例中所描述的任何一種方法都可以被用作制造方法 的實(shí)施例。
在固態(tài)成像裝置6的制造方法(第二制造方法)的第一實(shí)施例 中，在感光部12的光4妄收面12s上所形成的絕桑彖層27上形成負(fù)電 壓施力口層28。因此，通過(guò)對(duì)負(fù)電壓施加層28所施加的負(fù)電壓所生 成的電場(chǎng)，在感光部12的光接收面12s的一邊的界面上充分形成空 穴聚集層。因此，能夠抑制通過(guò)界面生成的電荷(電子)。另外， 即使通過(guò)界面生成了電荷(電子)，電荷(電子)也不會(huì)流入感光 部12中作為勢(shì)阱的電荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚 集層23。結(jié)果，能夠消除電荷(電子)。結(jié)果，由于其能夠防止由 于界面所生成的電荷變?yōu)榘惦娏鞑皮感光部12沖全測(cè)出來(lái)，所以抑 制了通過(guò)界面態(tài)所導(dǎo)致的暗電流。此外，由于在感光部12的光4妄 收面12s上形成了界面態(tài)降低層21,所以進(jìn)一步抑制了由于界面態(tài) 引起的電子的生成。結(jié)果，抑制了由于界面態(tài)生成的電子作為暗電 流流入感光部12。
此外，如圖所示，比在感光部12上的絕》彖層27更厚地形成了 在外圍電路部14上的絕緣層27,使得通過(guò)絕緣層27使負(fù)電壓施加 層28與外圍電3各部14的表面的距離大于負(fù)電壓施加層28與感光 部12的表面的距離。因此，減小了當(dāng)將負(fù)電壓施加于負(fù)電壓施加 層28時(shí)所生成的電場(chǎng)對(duì)外圍電路部14的影響。即，由于減小了電 場(chǎng)強(qiáng)度并抑制了空穴在外圍電路部14的表面上的聚集，所以能夠 消除外圍電3各部14中的電i 各故障。
接下來(lái)，將參照示出主要部分結(jié)構(gòu)的圖34和圖35的制造處理 的截面圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(第二實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置 制造方法(第二制造方法)。在圖34和圖35中，作為實(shí)施例示出 固態(tài)成^f象裝置4的制造處理。如圖34的(1 )中所示，在半導(dǎo)體基板(或半導(dǎo)體層)11上形 成執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部12、用于分隔感光部12的像素 分隔區(qū)13、通過(guò)在外圍電路部14與感光部12之間插入像素分隔區(qū) 13來(lái)形成外圍電路(例如，電路14C )的外圍電路部14等。已知 的制造方法被用作制造方法。隨后，形成允許入射光被通過(guò)其中透 射的絕纟彖層27。例如，由氧化石圭層來(lái)形成絕纟彖層27。隨后，在絕 緣層27上形成具有正電荷的層25。例如，由氮化石圭層來(lái)形成具有 正電4肓的層25。
隨后，如圖34的(2)所示，通過(guò)使用抗蝕應(yīng)用及平板印刷技 術(shù)在^f立于外圍電3各部14上面的具有正電荷的層25上形成4元蝕4奄氺反 54。
隨后，如圖35的(3)所示，通過(guò)Y吏用抗蝕掩斧反54 (參照?qǐng)D 34的(2))蝕刻來(lái)處理具有正電荷的層25,在外圍電^各部14上留 下具有正電荷的層25。隨后，去除抗蝕4務(wù)才反54。
隨后，如圖35的(4)所示，在絕^彖層27和具有正電荷的層 25上形成負(fù)電壓施加層28。通過(guò)^皮施加于負(fù)電壓施加層28的負(fù)電 壓在感光部12的光4妄收面邊形成空穴聚集層23。在這種情況下， 可以-使絕纟彖層27具有界面態(tài)降〗氐層的功能。因此，至少在感光部 12上，需要以通過(guò)#1施加于負(fù)電壓施加層28的負(fù)電壓在感光部12 的光4婁收面12s側(cè)形成空穴聚集層23的力莫厚來(lái)形成絕纟彖層27。例 如，膜厚被設(shè)置為大于等于一個(gè)原子層厚度并小于等于100 nm。
由允許入射光透過(guò)其中被透射的透明導(dǎo)電層來(lái)形成負(fù)電壓施 力口層28，例如，透明導(dǎo)電層允許可見光透過(guò)其中,皮透射。例如，可 以^吏用氧化銦錫層、氧化銦鋅層、氧4b銦層、氧化錫層或氧化4家錫 層來(lái)作為這樣的層。盡管沒(méi)有被示出，但是在固態(tài)成像裝置7中的負(fù)電壓施加層28 上形成用于遮掩感光部12的一部分和外圍電路部14的遮光層、用 于至少對(duì)在感光部12上的入射光進(jìn)4亍光譜過(guò)濾的濾色片層、用于 對(duì)感光部12上的入射光進(jìn)行聚光的聚光透鏡等。在固態(tài)成像裝置 制造方法(第一制造方法)的每個(gè)實(shí)施例中所描述的任何一種方法 都可以;故用作制造方法的實(shí)施例。
在固態(tài)成像裝置7的制造方法(第二制造方法)的第二實(shí)施例 中，在感光部12的光4妄收面12s上形成的絕鄉(xiāng)彖層27上形成負(fù)電壓 施加層28。因此，通過(guò)對(duì)負(fù)電壓施加層28施加的負(fù)電壓所生成的 電場(chǎng)，在感光部12的光接收面12s的一邊的界面上充分形成空穴聚 集層。因此，能夠抑制通過(guò)界面生成的電荷(電子)。另外，即使 通過(guò)界面生成了電荷(電子)，電荷(電子)也不會(huì)流入感光部12 中作為勢(shì)阱的電荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集層 23。結(jié)果，能夠消除電荷(電子)。結(jié)果，由于其能夠防止由于界 面生成的電荷變?yōu)榘惦娏鞑㈡じ泄獠?2 4全測(cè)出來(lái)，所以抑制了通 過(guò)界面態(tài)導(dǎo)致的暗電流。此外，由于在感光部12的光4妻收面12s 上形成了界面態(tài)降低層21,所以進(jìn)一步抑制了由于界面態(tài)引起的電 子的生成。結(jié)果，抑制了由于界面態(tài)生成的電子作為暗電流流入感 光部12。
另夕卜，由于在外圍電路部14和負(fù)電壓施加層28之間形成了具 有正電荷的層25，所以通過(guò)在具有正電荷的層25中的正電荷減小 了當(dāng)將負(fù)電壓施加于負(fù)電壓施加層28時(shí)所生成的負(fù)電場(chǎng)。因此， 負(fù)電場(chǎng)不影響外圍電^各部14。結(jié)果，能夠防止外圍電3各部14由于 負(fù)電場(chǎng)所導(dǎo)f丈的古史障。如上所述，在外圍電3各部14與負(fù)電壓施加 層28之間形成具有正電荷的層25的結(jié)構(gòu)也可以被應(yīng)用于固態(tài)成像 裝置6,并且能夠獲得與固態(tài)成像裝置7中相同的效果。接下來(lái)，將參照示出主要部分結(jié)構(gòu)的圖36的截面圖描述根據(jù) 本發(fā)明實(shí)施方式(實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置(第三固態(tài)成像裝置)。 另夕卜，在圖36中，主要示出了感光部，但是沒(méi)有示出外圍電路部、 配線層、用于遮掩感光部的一部分和外圍電路部的遮光層、用于在 感光部中入射的光的光譜過(guò)濾的濾色片層、用于會(huì)聚在感光部中入 射的光線的聚光透鏡等。
如圖36所示，固態(tài)成像裝置8具有在半導(dǎo)體基板(或半導(dǎo)體 層)11上執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部12。例如，在感光部12 的光接收面12s邊形成絕緣層31,并且由氧化硅(Si02)層來(lái)形成 絕緣層31。在絕緣層31上，形成比執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的感光部12的光 接收面12s的一側(cè)的界面具有更大功函數(shù)的層(下文中，被稱作輔 助空穴聚集層)32。通過(guò)功函數(shù)之間的差值，形成空穴聚集層23。 由于輔助空穴聚集層32不需要被電連接至其它元件和接線，所以 輔助空穴聚集層32可以為絕纟彖層21或諸如金屬層的導(dǎo)電層。
另外，在與形成感光部12的光入射邊相反的半導(dǎo)體基—反11的 一邊上，例如，形成被構(gòu)成包括在多個(gè)層中都被提供的接線51和 絕緣層52的配線層53。此外，通過(guò)支撐基板54來(lái)支撐配線層53。
例如，由于由硅(Si)來(lái)形成空穴聚集層23，所以功函數(shù)值約 為5.1eV。因此，優(yōu)選輔助空穴聚集層32為具有大于5.1的功函數(shù) 值的層。
例如，在4吏用金屬層的情況下，才艮據(jù)理科年表，銥(110)層 的功函數(shù)值為5.42，銥(111 )層的功函數(shù)值為5.76，鎳層的功函 數(shù)值為5.15,鈀層的功函數(shù)值為5.55,鋨層的功函數(shù)值為5.93,金 (100)層的功函數(shù)值為5.47,金(110)層的功函數(shù)值為5.37,并 且鉑層的功函lt值為5.64。這些層可以:故用作輔助空穴聚集層32。 除了上面的層之外，具有比感光部12的光接收面12s的一側(cè)的界面更大的功函ft值的金屬層也可以#1用作輔助空穴聚集層32。另外， 盡管被用作透明電極的ITO (ln203)的功函數(shù)值為4.8eV，但是通 過(guò)層形成方法或雜質(zhì)的注入可以控制氧化物半導(dǎo)體的功函凄史。
由于在光入射邊形成輔助空穴聚集層32,所以以允許入射光透 過(guò)其中被透射的膜厚來(lái)形成輔助空穴聚集層32很重要。關(guān)于入射 光的透射率，優(yōu)選輔助空穴聚集層32具有盡可能高的透射率。例 如，優(yōu)選確保透射率為95%以上。
另外，對(duì)于輔助空穴聚集層32，優(yōu)選^f吏用輔助空穴聚集層32 的功函凄t與感光部12的表面的功函H之間的差^直。由于不存在對(duì) 低電阻的限制，所以例如即使在當(dāng)^f吏用導(dǎo)電層時(shí)的情況下，也不需 要使膜厚很大。例如，假設(shè)入射光強(qiáng)度為IG,并且吸收率為oc(其中， a = (4兀k) / X, k為Boltzmann常凄t,并且X為入射光的波長(zhǎng))，在;果度z 位置的位置處的光強(qiáng)度被表示為I(z) = IQexp(-oc.z)。因此，計(jì)算滿 足I(z)/I。-0.8的厚度，例如，銥層的厚度為1.9nm，金層的厚度 為4.8nm，并且鉑層的厚度為3.4 nm。即，能夠看出，即使厚度隨 著膜的類型而改變，也優(yōu)選厚度為2nm以下。
另外，輔助空穴聚集層32可以為有才幾層。例如，可以^吏用聚 乙晞二氧p塞吩(polyethylenedioxythiophene )。如上所述，輔助空穴 聚集層32可以為導(dǎo)電層、絕纟彖層或半導(dǎo)體層，只要它具有比感光 部12的光接收面12s的一側(cè)的界面更高的功函翁 fi。
在固態(tài)成^f象裝置8中，在感光部12上所形成的絕^彖層31上4是 供具有比感光部12的光接收面12s的一側(cè)的界面23更大的功函數(shù) 值的層(輔助空穴聚集層)32。因此，由于改進(jìn)了空穴聚集層23 的空穴聚集效率，所以在感光部12的光接收面上所形成的空穴聚 集層23能夠在其中聚集充足的空穴。結(jié)果，減小了暗電流。接下來(lái)，將參照?qǐng)D37描述使用輔助空穴聚集層32的固態(tài)成像 裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)施例。圖37示出CMOS圖像傳感器。
如圖37所示，在半導(dǎo)體基板ll中形成將入射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 的感光部(例如，光電二極管)12及具有包括轉(zhuǎn)移晶體管、放大晶 體管及復(fù)位晶體管的晶體管組55(在圖中被部分示出)的多個(gè)像素 部件61。例如，硅基板被用作半導(dǎo)體基板11。另外，形成處理從 每個(gè)感光部12所讀:f又的信號(hào)電荷的信號(hào)處理部件(沒(méi)有示出)。
例如，在列方向或行方向上所4是供的多個(gè)^f象素部件61之間的 4象素部件61的外圍部分形成元件分隔區(qū)13。
另夕卜，在通過(guò)感光部12所形成的半導(dǎo)體基板11的表面邊(圖 中的半導(dǎo)體基^反11的下面)上形成配線層53。配線層53^皮構(gòu)成包 括配線51和覆蓋了配線51的絕纟彖層52。在配線層53上形成支撐 基板54。例如，由硅基板來(lái)形成支撐基板54。
此外，在固態(tài)成像裝置1中，在半導(dǎo)體基板11的低表面邊形 成空穴聚集層23,并且通過(guò)在其中所插入的絕緣層31在空穴聚集 層23上形成輔助空穴聚集層32。此外，通過(guò)絕緣層(沒(méi)有示出) 來(lái)形成有才幾濾色片層44。相應(yīng)于感光部12形成有才幾濾色片層44， 并且例如，通過(guò)在格子板圖形中排列藍(lán)色有機(jī)濾色片、紅色有機(jī)濾 色片、及綠色有機(jī)濾色片來(lái)獲得有機(jī)濾色片層44。另外，在每個(gè)有
光透鏡45。
接下來(lái)，將參照描述主要部分的圖38所示的流程圖、圖39的 制造處理的截面圖及圖40的制造處理的截面圖來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明 實(shí)施方式(第一實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置制造方法(第三制造方法)。 在圖38~圖40中，作為實(shí)施例示出固態(tài)成4象裝置8的制造處理。如圖38的(1 )和圖39的(1 )所示，首先預(yù)備通過(guò)在其中所 插入的絕緣層(例如，氧化石圭層)83在石圭基纟反82上形成石圭層84所 獲得的SOI基4反81,并且在石圭層84中形成用于對(duì)準(zhǔn)的底表面標(biāo)記 85。
隨后，如圖38的(2)和圖39的(2)所示，在SOI基板81 的^圭層84中形成元件分隔區(qū)(沒(méi)有^皮示出)、空穴聚集層23、感光 部12、晶體管纟且55、配線層53等?？梢栽阢菘浠?反變薄的處理后在 隨后的處理中形成空穴聚集層23。
隨后，如圖38的(3 )和圖39的(3 )所示， 一夸配線層53和 支撐基板54粘合至一起。
隨后，^口圖38的(4)和圖39的(4)戶斤示，4丸^f亍^f吏SOI基4反 81變薄的處理。此處，例如，通過(guò)研磨和拋光來(lái)去除硅基板82。
盡管沒(méi)有被示出，但是也可以通過(guò)在消除SOI基板81的絕緣 層82后形成保護(hù)層(沒(méi)有示出)并扭^f亍雜質(zhì)注入和激活處理來(lái)形 成空穴聚集層23。關(guān)于該實(shí)施例，以30 nm的厚度形成等離子TEOS 氧化石圭層來(lái)作為保護(hù)層，并且通過(guò)硼的注入來(lái)4丸4于雜質(zhì)注入。在這 種離子注入條件中，例如，注入能量被i殳置為20keV，并且例如， i殳置劑量為1 x 1013/cm2。另夕卜，優(yōu)選通過(guò)在400。C以下的溫度的退 火來(lái)執(zhí)行激活，使得配線層53與支撐基板54的粘合不被破壞。隨 后，例如，通過(guò)稀氟酸處理來(lái)去除4呆護(hù)層。此時(shí)，可以去除SOI基 4反81的絕纟彖層83。
因此，如圖40的(1 )所示，在感光部12上形成感光部的光 4妄4丈面邊的界面23。隨后，如圖40的(2)所示，在空穴聚集層23 (光入射邊)上 形成絕鄉(xiāng)彖層31。關(guān)于該實(shí)施例，以30 nm的厚度來(lái)形成等離子TEOS 氧化硅層。
隨后，如圖40的(3)所示，在絕桑彖層31 (光入射邊)上形成 具有比在感光部12的光4妄收面12s邊的界面(具有約為5.1 eV的 功函數(shù)值)更大功函數(shù)值的層(即，輔助空穴聚集層32)。就實(shí)施 例而言，通過(guò)濺射以3 nm厚度形成作為薄金屬層具有5.6 eV的功 函數(shù)的鉑(Pt)層。對(duì)于其它薄金屬層，可以使用銥(Ir)、錸(Re)、 鎳(Ni)、釔(Pd)、鈷(Co)、釕(Ru)、銠(Rh)、鋨(Os)、金 (Au)等。不用說(shuō)，也可以使用合金。
此外，在這個(gè)實(shí)施例中，由于感光部的光4妄收面邊的界面的功 函數(shù)約為5.1 eV，所以ITO (ln203 )也可以被用作輔助空穴聚集層 32的材津+。在層形成處理中，ITO可以具有4.5eV 5.6eV的功函 數(shù)。另夕卜，因?yàn)榫哂写笥?.1 eV的功函邀:值，所以也可以使用其它 諸如Ru02、 Sn02、 Ir02、 Os02、 ZnO、 Re02和Mo02的氧化物半 導(dǎo)體、或通過(guò)注入受體雜質(zhì)所獲得的半導(dǎo)體或作為有^U才料的聚乙 烯二氧p塞p分(PEDOT)作為輔助空穴聚集層32的材泮+。另夕卜，在 400°C以下溫度所4丸行的層形成技術(shù)的實(shí)施例包括ALD法、CVD 法及氣相摻雜法。
隨后，如圖38的(5)和圖39的(5)中所示，通過(guò)阻擋層金 屬91形成底電才及92。
隨后，如圖38的(6)和圖39的(6)中所示，在感光部12 上形成濾色片層44,隨后，形成聚光透4竟45。因此，形成了固態(tài) 成4象裝置8。在該固態(tài)成〗象裝置制造方法(第三制造方法)中，在感光部12 上所形成的絕纟彖層31上4是供具有比在感光部12的光^t姿收面12s的 一側(cè)的界面23更大功函4fet值的層。因此，由于改進(jìn)了空穴聚集層 23的空穴聚集效率，所以在感光部12的光接收面12s的一側(cè)的界 面上所形成的空穴聚集層23能夠在其中聚集充足的空穴。結(jié)果， 減小了暗電流。另外，輔助空穴聚集層32優(yōu)選具有比空穴聚集層 23的功函數(shù)值更高的功函數(shù)值，并且由于電流不需要流入輔助空穴 聚集層32，所以可以為導(dǎo)電層、絕緣層21或半導(dǎo)體層。由于這個(gè) 原因，對(duì)于輔助空穴聚集層32,也可以選才奪具有高電阻的材^+。另 外，輔助空穴聚集層32不需要外部信號(hào)llr入終端。
在上面實(shí)施方式中的固態(tài)成像裝置1~8的每一個(gè)包括每一個(gè) 都具有將入射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的感光部的多個(gè)像素部件和在通過(guò) ^象素部件所形成的半導(dǎo)體基外反的表面上所l是供的配線層，并且可以 被用作具有一種結(jié)構(gòu)的背面照射型成像設(shè)備，其中，在每個(gè)感光部 中接收從與形成配線層的表面相反的一邊入射的光線。不用說(shuō)，固 態(tài)成像裝置1-8的每一個(gè)也可以被用作頂發(fā)射型固態(tài)成像裝置， 其中，在光4妄收面邊形成配線層，并且通過(guò)將在感光部上入射的入 射光的光路設(shè)置為沒(méi)有形成配線層的區(qū)域，不會(huì)阻擋在感光部上入 射的入射光。
接下來(lái)，將參照?qǐng)D41的框圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式(實(shí)施 例)的成像裝置。成像裝置的實(shí)施例包括攝像機(jī)、數(shù)碼像機(jī)及手機(jī) 像機(jī)。
如圖41所示，成^f象裝置500包括在成^f象部501中所^是供的固 態(tài)成像裝置(沒(méi)有示出)。在成像部501的聚光邊提供成像圖像的 成像光學(xué)系統(tǒng)502。具有用于驅(qū)動(dòng)成像部501的驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)處 理部503、處理在固態(tài)成像裝置中被光電轉(zhuǎn)換成圖像的圖像的信號(hào) 處理電^各等^皮連^妻至成^f象部501。另外，通過(guò)〗言號(hào)處理部所處理的圖像信號(hào)可以被存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)部(沒(méi)有示出)中。在成像裝置500中，在上面實(shí)施方式中^皮描述的固態(tài)成^象裝置1~8可以:帔用作固態(tài)成^f象裝置。在才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的成^象裝置500中，使用才艮據(jù)本發(fā)明實(shí) 施方式的固態(tài)成像裝置1或2或者具有如圖4所示構(gòu)成的聚光透鏡 和防反射層的固態(tài)成像裝置。因此，以與如上所述相同的方式來(lái)使 用能夠改進(jìn)色彩重現(xiàn)性或分辨率的固態(tài)成像裝置，具有能夠記錄高 質(zhì)量圖像的優(yōu)勢(shì)。此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的成l象裝置500不尋皮限制于具有上 述結(jié)構(gòu)，而是可以被應(yīng)用于具有任意結(jié)構(gòu)的成像裝置，只要是使用 固態(tài)成像裝置的成像裝置。另夕卜，可以作為單片型設(shè)備或模塊型設(shè)備來(lái)形成固態(tài)成像裝置 1 ~ 8的每一個(gè)，其中，選擇性封裝成像部及信號(hào)處理部或光學(xué)系統(tǒng)， 并且具有成像功能。另外，本發(fā)明不僅可以被應(yīng)用于固態(tài)成像裝置， 而且可以^皮應(yīng)用于成^f象裝置。在這種情況下，在成^f象裝置中能夠獲 得改進(jìn)圖像質(zhì)量的效果。此處，例如，成像裝置指的是具有成像功 能的像機(jī)或便攜設(shè)備。另外，"成像"不僅包括在像機(jī)通常照像時(shí) 的圖像的成像，而且包括廣義意義上的指紋檢測(cè)等。應(yīng)該了解，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更 改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同 替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部的固態(tài)成像裝置，包括形成在所述感光部的光接收面上的絕緣層；形成在所述絕緣層上的具有負(fù)電荷的層；以及形成在所述感光部的所述光接收面上的空穴聚集層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述具有負(fù)電荷的層為氧化鉿層、氧化鋁層、氧 化鋯層、氧化鉭層或氧化4太層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述絕緣層由氧化硅層形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，在所述感光部的側(cè)部上"i殳置有形成外圍電3各的外 圍電3各部，并且所述絕鄉(xiāng)彖層形成在所述外圍電3各部的表面和所述具有負(fù) 電荷的層之間，使得所述具有負(fù)電荷的層與所述外圍電路部的 所述表面的距離大于所述具有負(fù)電荷的層與所述感光部的表 面的3巨離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，在所述感光部的側(cè)部上i殳置有形成外圍電3各的外 圍電3各部，并且處于所述外圍電路部與所述具有負(fù)電荷的所之間的所述 絕纟彖層纟皮構(gòu)成為具有包括氧化石圭層、氮化石圭層及氮氧化硅層的 一種或多種層的層壓結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，進(jìn)一步包括每一個(gè)都具有將入射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的感光部的多個(gè)像 素部；以及在形成有所述^f象素部的半導(dǎo)體基4反的表面上i殳置的配線層，其中，所述固態(tài)成像裝置為在所述感光部中接收從與形 成所述配線層的表面相反的一側(cè)入射的光線的背面照射型成 像裝置。
7. —種具有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部的固態(tài)成像裝置，包 括絕緣層，形成在所述感光部的光接收面上，并允許所述 入射光在其中透過(guò)；負(fù)電壓施加層，形成在所述絕》彖層上；以及空穴聚集層，形成在所述感光部的所述光接收面上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述負(fù)電壓施加層由所述入射光在其中透過(guò)的導(dǎo) 電材料形成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中，在所述感光部的側(cè)部上i殳置有形成外圍電^各的外 圍電3各部，并且所述絕》彖層形成在所述外圍電i 各部的表面與所述負(fù)電壓 施加層之間，^f吏得所述負(fù)電壓施加層與所述外圍電i 各部的所述 表面的距離大于所述負(fù)電壓施加層與所述感光部的表面的距離。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中，在所述感光部的側(cè)部上i殳置有形成外圍電i 各的外 圍電3各部，并且在所述外圍電3各部與所述負(fù)電壓施加層之間形成具有包 括氧化硅層、氮化硅層及氮氧化硅層的多個(gè)層的其中 一種或多 種的層壓結(jié)構(gòu)的層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，進(jìn)一步包括每一個(gè)都具有將入射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的感光部的多個(gè)像 素部；以及在形成有所述像素部的半導(dǎo)體基板的表面上設(shè)置的配線層，其中，所述固態(tài)成像裝置為在所述感光部中接收從與形 成所述配線層的表面相反的一側(cè)入射的光線的背面照射型成 像裝置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，進(jìn)一步包括每一個(gè)都具有將入射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的感光部的多個(gè)像 素部；以及在形成有所述像素部的半導(dǎo)體基板的表面上設(shè)置的配線層，其中，所述固態(tài)成像裝置為在所述感光部中接收從與形 成所述配線層的表面相反的 一側(cè)入射的光線的背面照射型成 像裝置。
13. —種在半導(dǎo)體基板中形成執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部的 固態(tài)成^象裝置制造方法，包括以下步艱《在形成有所述感光部的所述半導(dǎo)體基板上形成絕緣層； 在所述絕鄉(xiāng)彖層上形成具有負(fù)電荷的層；以及通過(guò)所述具有負(fù)電荷的層在所述感光部的光4妄收面上形 成空穴聚集層。
14. 才艮據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)成像裝置制造方法，其中，所述具有負(fù)電荷的層的形成包括使用原子層沉積法在所述絕緣層上形成第 一氧化鉿層；以及使用物理氣相沉積法在所述第一氧化鉿層上形成第二氧 化鉿層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的固態(tài)成像裝置制造方法，其中，以所述具有負(fù)電荷的層所需的至少3 nm厚度的厚 度來(lái)形成所述第一氧化鉿層。
16. —種成^f象裝置，包4舌聚光光學(xué)部，會(huì)聚入射光；固態(tài)成像裝置，接收在所述聚光光學(xué)部中所會(huì)聚的所述 入射光，并對(duì)所接收的光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；以及信號(hào)處理部，處理;故光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷，其中，所述固態(tài)成^f象裝置包括裝置的感光部的光4妻收面上的絕纟彖層；形成在所述絕纟彖層上的具有負(fù)電荷的層；以及 形成在所述感光部的所述光4妄收面上的空穴聚集層。
17.—種成^f象裝置，包4舌聚光光學(xué)部，會(huì)聚入射光；固態(tài)成像裝置，接收在所述聚光光學(xué)部中所會(huì)聚的所述 入射光，并對(duì)所接收的光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；以及信號(hào)處理部，處理被光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷，其中，所述固態(tài)成像裝置包括形成在執(zhí)行所述入射光的光電轉(zhuǎn)換的所述固態(tài)成像 裝置的感光部的光4妾收面上的絕纟彖層；以及形成在所述絕桑彖層上的負(fù)電壓施加層，所述絕纟彖層允許所述入射光在其中透過(guò)，以及形成在所述感光部的所述光接收面上的空穴聚集層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換的感光部的固態(tài)成像裝置及其制造方法和成像裝置，該固態(tài)成像裝置包括形成在所述感光部的光接收面上的絕緣層；形成在所述絕緣層上的具有負(fù)電荷的層；以及形成在所述感光部的所述光接收面上的空穴聚集層。利用本發(fā)明的固態(tài)成像裝置，因?yàn)榘惦娏髂軌虮灰种?，所以成像圖像中的噪聲能夠被減小。結(jié)果，具有能夠獲得高質(zhì)量圖像的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101409301SQ200810161899
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者大岸裕子, 安藤崇志, 山口哲司, 押山到, 檜山晉, 池田晴美 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社