CN101409301A - 固态成像装置及其制造方法和成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有执行入射光的光电转换的感光部的固态成像装置及其制造方法和成像装置，该固态成像装置包括：形成在所述感光部的光接收面上的绝缘层；形成在所述绝缘层上的具有负电荷的层；以及形成在所述感光部的所述光接收面上的空穴聚集层。利用本发明的固态成像装置，因为暗电流能够被抑制，所以成像图像中的噪声能够被减小。结果，具有能够获得高质量图像的优势。
Description
相关申请的交叉参考
本发明包含于2007年10月11日向日本专利局提交的日本专利申请第2007-265287号的主题，其全部内容结合于此，作为参考。
技术领域
本发明涉及一种能够抑制暗电流产生的固态成像装置、其制造方法和成像装置。
背景技术
诸如CCD(电荷耦合器件)和COMS图像传感器的固态成像装置被广泛地用于摄像机、数码相机等中。在所有类型的固态成像装置中，敏感度改善及噪声降低是重要的问题。
特别地，在没有入射光的状态下，即使不存在通过入射光的光电转换所生成的纯信号电荷，但是当由于光接收面的基板界面中的微小缺陷所产生的电荷(电子)被作为信号输入时而检测到的作为微小电流的暗电流或由于在感光部与上层之间的界面上的界面态(interface state)所产生的暗电流，是在固态成像装置中应被降低的噪声。
对于抑制由界面态引起的暗电流的产生的技术来说，例如，如图42的(2)中所示，使用了具有由感光部(例如，光电二极管)12上的P+层构成的空穴聚集层23的嵌入型光电二极管结构。此外，在本说明书中，嵌入型光电二极管结构被称作HAD(空穴聚集二极管)结构。如图42的(1)所示，在没有提供HAD结构的结构中，由于界面态产生的电子作为暗电流流入光电二极管。另一方面，如图38的(2)所示，在HAD结构中，通过形成在界面上的空穴聚集层23来抑制从界面产生电子。另外，即使从界面产生了电荷(电子)，但该电荷(电子)也不流入作为感光部12的N+层的势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的P+层的空穴聚集层23。因此，能够消除电荷(电子)。结果，由于能够防止由于界面产生的电荷被作为暗电流而检测到，因而能够抑制由于界面态所引起的暗电流。
关于HAD结构的形成方法，通常是穿过基板上形成的热氧化层或CVD氧化层来形成P+层(例如，硼(B)或二氟化硼(BF2))来执行杂质的离子注入，从而通过退火来活化所注入的杂质，然后在界面附近形成p型区。但是，为了活化所掺杂的杂质，在700℃以上的高温下的热处理是必需的。因此，很难在400℃以下的低温处理中使用离子注入来形成空穴聚集层。同样，在为了抑制掺杂剂的扩散而期望避免在高温下的长时间活化的情况下，需要执行离子注入和退火的空穴聚集层形成方法不可取。
此外，当以低温等离子CVD法形成在感光部的上层上形成的氧化硅或氮化硅时，例如，与高温下形成的层和光接收面之间的界面相比，界面态发生劣化。界面态的劣化增大了暗电流。
如上所述，在期望避免高温下的离子注入和退火处理的情况下，不仅不能通过已知的离子注入来形成空穴聚集层，而且暗电流被进一步劣化。为了解决这一问题，需要以不是基于相关技术中的离子注入的其他方法来形成空穴聚集层。
例如，披露了这样一种技术，其中，与相反导电类型具有相同极性的带电粒子被嵌入在具有与在半导体区中所形成的半导体区的导电类型相反的导电类型的光电转换元件上由氧化硅形成的绝缘层中，从而提升光电转换部的表面的电位，并在该表面上形成反转层，结果，通过防止表面的损耗而降低了暗电流的产生(例如，参照JP-A-1-256168)。然而，在上面的技术中，需要将带电粒子嵌入绝缘层的技术，但又不知道使用何种嵌入技术。另外，为了像通常在非易失性存储器中所使用的一样将电荷从外部注入绝缘层，需要被用于注入电荷的电极。即使在不使用电极的非接触状态下能够将电荷从外部注入，但在绝缘层中所捕获的电荷却不会被释放。因此，电荷保持性能又成为问题。为此，由于需要具有很高电荷保持性能的高性能绝缘层，因而很难实现绝缘层。
发明内容
为了通过执行以高浓度向感光部(光电转换部)中的离子注入来形成充分的空穴聚集层，由于感光部由于离子注入而被破坏，所以必需进行高温退火。但是，在这种情况下，会发生杂质的扩散，并且光电转换特性劣化。另一方面，当为了减小由于离子注入所引起的破坏而以低浓度执行离子注入时，空穴聚集层的浓度降低。结果，空穴聚集层不具有充分的空穴聚集层功能。即，很难实现充分的空穴聚集层并减小暗电流，同时还通过抑制杂质的扩散来保持所期望的光电转换特性。
鉴于上述问题，期望实现充分的空穴聚集层并减小暗电流。
根据本发明的一个实施方式，具有执行入射光的光电转换的感光部的固态成像装置(第一固态成像装置)包括：形成在感光部的光接收面上的界面态降低层；形成在界面态降低层上的具有负电荷的层；和形成在感光部的光接收面上的空穴聚集层。
在上述的第一固态成像装置中，由于在界面态降低层上形成了具有负电荷的层，所以通过由负电荷产生的电场，在感光部的光接收面侧的表面上充分形成了空穴聚集层。因此，抑制了从界面产生电荷(电子)。另外，即使从界面产生了电荷(电子)，这些电荷(电子)也不会流入感光部中作为势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集层。结果，能够消除电荷(电子)。结果，由于能够防止由于界面产生的电荷变为暗电流并且被感光部检测，所以抑制了通过界面态造成的暗电流。此外，由于在感光部的光接收面上形成了界面态降低层，所以进一步抑制了由于界面态所引起的电子的产生。结果，抑制了由于界面态所产生的电子作为暗电流流入感光部。
根据本发明的另一实施方式，具有执行入射光的光电转换的感光部的固态成像装置(第二固态成像装置)包括：绝缘层，形成在感光部的光接收面上，并允许入射光在其中透过；形成在绝缘膜上的负电压施加层；以及形成在感光部的光接收面上的空穴聚集层。
在上述第二固态成像装置中，由于形成在感光部的光接收面上的绝缘层上形成了负电压施加层，所以通过当将负电压施加于负电压施加层时所产生的电场，在感光部的光接收面侧的表面上充分形成了空穴聚集层。因此，抑制了从界面产生电荷(电子)。另外，即使从界面产生了电荷(电子)，这些电荷(电子)也不会流入感光部中作为势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集层。结果，能够消除电荷(电子)。结果，由于防止了由于界面产生的电荷变为暗电流并被感光部检测，所以抑制了通过界面态引起的暗电流。
根据本发明再另一个实施方式，具有执行入射光的光电转换的感光部的固态成像装置(第三固态成像装置)包括：形成在感光部的光接收面上的绝缘层；以及形成在绝缘层上并且具有比执行光电转换的感光部的光接收面侧的界面更大的工函数(work function)值的层。
在上述第三固态成像装置中，由于在形成于感光部上的绝缘层上提供了具有比执行光电转换的感光部的光接收面侧的界面更大的工函数值的层，所以能够在感光部的光接收面侧的界面中聚集空穴。结果，暗电流被减小。
根据本发明再另一个实施方式，在半导体基板上形成执行入射光的光电转换的感光部的固态成像装置制造方法(第一制造方法)包括以下步骤：在形成有感光部的半导体基板上形成界面态降低层；在界面态降低层上形成具有负电荷的层；并且通过该具有负电荷的层在感光部的光接收面上形成空穴聚集层。
在该固态成像装置制造方法(第一制造方法)中，由于在界面态降低层上形成了具有负电荷的层，所以通过由负电荷产生的电场，在感光部的光接收面侧的界面上充分形成了空穴聚集层。因此，抑制了从界面产生电荷(电子)。另外，即使从界面产生了电荷(电子)，这些电荷(电子)也不会流入在感光部中作为势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集层。结果，能够消除电荷(电子)。因此，由于其能够防止在感光部中检测到在界面上由电荷生成的暗电流，所以抑制了通过界面态引起的暗电流。此外，由于在光感部件的光接收面上形成了界面态降低层，所以进一步抑制了由于界面态引起的电子的产生。结果，抑制了由于界面态产生的电子作为暗电流流入感光部。另外，通过使用具有负电荷的层，不用离子注入和退火就能形成HAD结构。
根据本发明的再另一个实施方式，在半导体基板上形成执行入射光的光电转换的感光部的固态成像装置制造方法(第二制造方法)包括以下步骤：在感光部的光接收面上形成允许入射光透过其中的绝缘层；在绝缘层上形成负电压施加层；以及通过对负电压施加层施加负电压，在感光部的光接收面上形成空穴聚集层。
在该固态成像装置制造方法(第二制造方法)中，由于在感光部的光接收面上形成的绝缘层上形成了负电压施加层，所以通过当将负电压施加于负电压施加层时产生的电场，在感光部的光接收面边的界面上充分形成了空穴聚集层。因此，抑制了从界面产生电荷(电子)。另外，即使从界面产生了电荷(电子)，这些电荷(电子)也不会流入感光部中作为势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集层。结果，能够消除电荷(电子)。因此，由于其能够防止在界面上通过电荷生成的暗电流在感光部中被检测，所以抑制了通过界面态引起的暗电流。另外，通过使用具有负电荷的层，不用离子注入和退火就能形成HAD结构。
根据本发明的再另一个实施方式，在半导体基板上形成执行入射光的光电转换的感光部的固态成像装置制造方法(第三制造方法)包括以下步骤：在感光部的光接收面上形成绝缘层；以及在绝缘层上形成具有比执行光电转换的感光部的光接收面侧的界面更大的工函数值的层。
在该固态成像装置制造方法(第三制造方法)中，由于在感光部上形成的绝缘层上提供了具有比执行光电转换的感光部的光接收面侧的界面更大的工函数值的层，所以能够在感光部的光接收侧的界面上形成空穴聚集层。结果，减小了暗电流。
根据本发明再另一个实施方式，成像装置(第一成像装置)包括：聚光光学部，会聚入射光；固态成像装置，接收在聚光光学部中所会聚的入射光，并执行所接收光的光电转换；以及信号处理部，对经过光电转换的信号电荷进行处理。固态成像装置包括：形成在执行入射光的光电转换的固态成像装置的感光部的光接收面上的界面态降低层；形成在界面态降低层上的具有负电荷的层；以及形成在感光部的光接收面上的空穴聚集层。
在上述第一成像装置中，由于根据本发明实施方式的第一固态成像装置被使用，所以能够使用减小了暗电流的固态成像装置。
根据本发明的再另一个实施方式，成像装置(第二成像装置)包括：聚光光学部，会聚入射光；固态成像装置，接收在聚光光学部中所会聚的入射光，并执行所接收光的光电转换；以及信号处理部件，处理经过光电转换的信号电荷。固态成像装置包括：形成在执行入射光的光电转换的固态成像装置的感光部的光接收面上的绝缘层；以及形成在绝缘层上的负电压施加层。绝缘层允许入射光通过其中被透射，并在感光部的光接收面上形成空穴聚集层。
在上述第二成像装置中，由于使用了根据本发明实施方式的第二固态成像装置，所以能够使用缩小了暗电流的固态成像装置。
根据本发明的再另一个实施方式，成像装置(第三成像装置)包括：聚光光学部，会聚入射光；固态成像装置，接收在聚光光学部中所会聚的入射光，并执行所接收光的光电转换；以及信号处理部，处理经光电转换后的信号电荷的光电转换。固态成像装置包括：形成在将入射光转换成信号电荷的固态成像装置的感光部的光接收面的上层上的绝缘层；以及形成在绝缘层上并具有比执行光电转换的感光部的光接收面侧的界面更大的功函数值的层。
在上述第三成像装置中，由于使用了根据本发明实施方式的第三固态成像装置，所以能够使用减小了暗电流的固态成像装置。
在根据本发明实施方式的固态成像装置中，因为暗电流能够被抑制，所以成像图像中的噪声能够被减小。结果，具有能够获得高质量图像的优势。特别地，能够减小在通过很小曝光量的长时间曝光时由于暗电流所引起的白点(在彩色CCD情况下的原色的点)的产生。
在根据本发明实施方式的固态成像装置制造方法中，因为暗电流能够被抑制，所以成像图像中的噪声能够被减小。结果，具有能够实现能够获得高质量图像的固态成像装置的优势。特别地，能够实现能够减小在通过很小曝光量的长时间曝光时由于暗电流所引起的白点(在彩色CCD情况下的原色的点)的产生的固态成像装置。
在根据本发明实施方式的成像装置中，因为使用了能够抑制暗电流的固态成像装置，所以成像图像中的噪声能够被减小。结果，具有能够记录高质量图像的优势。特别地，能够减小在通过很小曝光量的长时间曝光时由于暗电流所引起的白点(在彩色CCD情况下的原色的点)的生成。
附图说明
图1是示出根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置(第一固态成像装置)的主要部分的结构的截面图；
图2是示出根据本发明实施方式的固态成像装置(第一固态成像装置)的效果的能带图；
图3是示出该固态成像装置(第一固态成像装置)的变型例中的主要部分的结构的截面图；
图4是示出该固态成像装置(第一固态成像装置)的变型例中的主要部分的结构的截面图；
图5是示出在当具有负电荷的层位于***电路部附近时的情况下用于说明负电荷的主要部分的结构的截面图；
图6是示出根据本发明实施方式(第二实施例)的固态成像装置(第一固态成像装置)中的主要部分的结构的截面图；
图7是示出根据本发明实施方式(第三实施例)的固态成像装置(第一固态成像装置)中的主要部分的结构的截面图；
图8是示出根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图9是示出根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图10是示出根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图11是示出根据本发明实施方式(第二实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图12是示出根据本发明实施方式(第二实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图13是示出根据本发明实施方式(第二实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图14是示出根据本发明实施方式(第三实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图15是示出根据本发明实施方式(第三实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图16是示出根据本发明实施方式(第三实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图17是示出根据本发明实施方式(第四实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图18是示出根据本发明实施方式(第四实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图19是示出根据本发明实施方式(第四实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图20是示出根据本发明实施方式(第五实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图21是示出根据本发明实施方式(第五实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图22是示出平带电压(flat band voltage)与氧化层转换厚度之间的关系的示图，示出了负电荷存在于氧化铪(HfO2)层中；
图23是示出负电荷存在于氧化铪(HfO2)层中用于界面态密度比较的示图；
图24是示出平带电压与氧化层转换厚度之间的关系的示图，说明了基于热氧化层的电子和空穴的形成；
图25是示出根据本发明实施方式(第六实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)中的制造处理的截面图；
图26是示出在第一制造方法的第六实施例中制造的使用具有负电荷的层的固态成像装置的C-V(电容-电压)特性的示图；
图27是示出在第一制造方法的第六实施例中制造的使用具有负电荷的层的固态成像装置的C-V(电容-电压)特性的示图；
图28是示出在第一制造方法的第六实施例中制造的使用具有负电荷的层的固态成像装置的C-V(电容-电压)特性的示图；
图29是示出根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置(第二固态成像装置)中的主要部分的结构的截面图；
图30是示出根据本发明实施方式(第二实施例)的固态成像装置(第二固态成像装置)中的主要部分的结构的截面图；
图31是示出根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置制造方法(第二制造方法)中的制造处理的截面图；
图32是示出根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置制造方法(第二制造方法)中的制造处理的截面图；
图33是示出根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置制造方法(第二制造方法)中的制造处理的截面图；
图34是示出根据本发明实施方式(第二实施例)的固态成像装置制造方法(第二制造方法)中的制造处理的截面图；
图35是示出根据本发明实施方式(第二实施例)的固态成像装置制造方法(第二制造方法)中的制造处理的截面图；
图36是示出根据本发明实施方式(实施例)的固态成像装置(第三固态成像装置)中的主要部分的结构的截面图；
图37是示出使用辅助空穴聚集层的固态成像装置的实施例的主要部分的结构的截面图；
图38是示出根据本发明实施方式(实施例)的固态成像装置制造方法(第三制造方法)的流程图；
图39是示出根据本发明实施方式(实施例)的固态成像装置制造方法(第三制造方法)中的制造处理的截面图；
图40是示出根据本发明实施方式(实施例)的固态成像装置制造方法(第三制造方法)中的主要部分的制造处理的截面图；
图41是示出根据本发明实施方式的成像装置的框图；以及
图42是示出感光部的示意结构的截面图，示出了抑制由界面态引起的暗电流的产生的技术。
具体实施方式
下面将参照示出主要部分结构的图1的截面图来描述根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置(第一固态成像装置)。
如图1所示，固态成像装置1在半导体基板(或半导体层)11中包括执行入射光L的光电转换的感光部12。在感光部12的侧部上，以像素分隔区13介于其间的方式设置了形成有***电路(未具体示出)的***电路部14。将使用半导体基板11进行下面的说明。在感光部(包括将在后面被描述的空穴聚集层23)12的光接收面12s上，形成界面态降低层21。界面态降低层21由例如二氧化硅(SiO2)层形成。在界面态降低层21上，形成具有负电荷的层22。于是，在感光部12的光接收面侧形成了空穴聚集层(holeaccumulation layer)23。因此，至少在感光部12上，以通过具有负电荷的层22在感光部12的光接收面12s侧形成空穴聚集层23的膜厚度来形成界面态降低层21。例如，所述膜厚度被设置为大于等于一个原子层的厚度并小于等于100nm。
在当固态成像装置1为CMOS图像传感器1时的情况下，例如，包括诸如转移晶体管(transfer transistor)、复位晶体管、放大晶体管及选择晶体管的多个晶体管的像素电路被设置为***电路部14的***电路。另外，包括执行在由多个感光部12构成的像素阵列部的读取线上读取信号的操作的驱动电路、传输读取信号的垂直扫描电路、移位寄存器或地址解码器、水平扫描电路等。
此外，在当固态成像装置1为CCD图像传感器时的情况下，例如，将通过感光部光电转换的信号电荷读取至垂直转移栅极的读取栅极和在垂直方向上传输读取信号电荷的垂直信号转移部被设置为***电路部14的***电路。另外，包括垂直电荷转移部等。
具有负电荷的层22由例如氧化铪(HfO2)层、氧化铝(Al2O3)层、氧化锆(ZrO2)层、氧化钽(Ta2O5)层或氧化钛(TiO2)层形成。这些种类的层已经被用作绝缘栅极场效应晶体管等的栅极绝缘层。因此，由于层形成方法已知，所以能够轻松形成所述层。层形成方法的实例包括化学气相沉积法、溅射法及原子层沉积法。此处，因为能够在薄膜形成期间以1nm厚度同时形成降低界面态的SiO2层，所以优选使用原子层沉积方法。另外，关于除上述之外的材料，也可以考虑氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)等。另外，具有负电荷的层22也可以由氮化铪层、氮化铝层、氮氧化铪层或氮氧化铝层形成。
具有负电荷的层22可以在绝缘性不被损害的范围内添加硅(Si)或氮(N)。在层的绝缘性不被损害的范围内，适当地确定浓度。因此，能够提高层的热阻或防止在添加硅(Si)或氮(N)的处理期间的离子注入的能力。
在具有负电荷的层22上形成绝缘层41，并且在位于***电路部14上面的绝缘层41上形成遮光层42。通过遮光层42来生成光线不入射到感光部12上的区域，并通过感光部12的输出来确定图像中的黑水平(black level)。另外，由于防止了光线被入射到***电路部14上，所以抑制了由于光线入射而对***电路部引起的特性改变。此外，形成允许入射光透过其中的绝缘层43。优选地，绝缘层43的表面平坦。此外，在绝缘层43上形成滤色片层44和聚光透镜45。
在固态成像装置(第一固态成像装置)1中，在界面态降低层21上形成具有负电荷的层22。因此，通过具有负电荷的层22中的负电荷，穿过界面态降低层21向感光部12的表面施加电场，使得在感光部12的表面上形成空穴聚集层23。
另外，如图2的(1)所示，通过在形成具有负电荷的层22后立刻在层中所出现的负电荷，界面的附近可被用作空穴聚集层23。因此，抑制了在感光部12与界面态降低层21之间的界面上由于界面态产生的暗电流。即，抑制了从界面产生的电荷(电子)。另外，即使从界面产生了电荷(电子)，这些电荷(电子)也不会流入感光部12中作为势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集层23，因此，能够消除这些电荷(电子)。结果，由于能够防止在感光部12中检测出在界面上通过电荷所生成的暗电流，所以能够抑制由界面态引起的暗电流。
另一方面，在如图2的(2)所示没有提供空穴聚集层的结构中，由于界面态生成了暗电流。结果，暗电流流入感光部12的问题出现。另外，在如图2的(3)所示通过离子注入形成空穴聚集层23的结构中，形成了空穴聚集层23。但是，由于如上所述为了激活在离子注入中所掺杂的杂质而必须在700℃以上的高温下进行热处理，所以杂质沿着界面的空穴聚集层扩散。结果，由于光电转换发生的区域变得很窄，所以很难获得所期望的光电转换特性。
此外，在固态成像装置1中，由于在感光部12的光接收面12s上形成了界面态降低层21，所以进一步抑制了由于界面态引起的电子生成。结果，抑制了由于界面态生成的电子作为暗电流流入感光部12。
此外，在使用氧化铪层作为具有负电荷的层22的情况下，由于氧化铪层的折射率约为2，所以通过将膜厚最优化能够获得防反射效果并形成HAD结构。同样，在除氧化铪层之外的材料的情况下，通过将膜厚最优化能够通过具有高折射率的材料获得防反射效果。
另外，在已经被用在已知的固态成像装置中的氧化硅和氮化硅以低温形成的情况下，已知，层中的电荷变为正电荷。在这种情况下，很难通过负电荷形成HAD结构。
接下来，将参照示出主要部件的结构的图3的截面图来描述固态成像装置(第一固态成像装置)1的变型例。
如图3所示，在当在固态成像装置1中仅通过具有负电荷的层22在感光部12中的防反射效果不够充分时的情况下，固态成像装置2具有在具有负电荷的层22上形成的防反射层46。例如，由氮化硅层来形成防反射层46。另外，不形成在固态成像装置1中所形成的绝缘层43。因此，在防反射层46上形成了滤色片层44和聚光透镜45。因此，通过附加形成氮化硅层能够将防反射效果最大化。这种结构也可以被应用于将在随后描述的固态成像装置3。
因此，由于通过形成防反射层46能够减少在光线入射在感光部12上之前的反射，所以入射在感光部12上的光量能够被增大。结果，能够改进固态成像装置2的敏感度。
接下来，将参照示出主要部分的图4的截面图来描述固态成像装置(第一固态成像装置)1的变型例。
如图4所示，通过在具有负电荷的层22上直接形成遮光层42而不形成固态成像装置1中绝缘层41来获得固态成像装置3。另外，不形成绝缘层43，而是形成防反射层46。
因此，由于在具有负电荷的层22上直接形成遮光层42，所以能够使遮光层42接近半导体基板11的表面。结果，由于能够使遮光层42与半导体基板11之间的距离变小，所以能够减少从邻近感光部(光电二极管)的上层所斜向入射的光分量(即，光学混合色彩分量)。
此外，当如图5所示具有负电荷的层22处于***电路部14附近时，通过由具有负电荷的层22的负电荷所形成的空穴聚集层23能够抑制在感光部12的表面上由于界面态所产生的暗电流。但是，在***电路部14中，在感光部12的一边与存在于表面边的元件14D之间产生了电位差。因此，不期望的载流子从感光部12的表面流入表面边元件14D，从而导致***电路部14的故障。将在随后的第二和第三实施例中描述用于避免这种故障的结构。
接下来，将参照示出主要部分结构的图6的截面图来描述根据本发明实施方式(第二实施例)的固态成像装置(第一固态成像装置)。另外，在图6中，没有示出用于遮掩感光部的一部分和***电路部的遮光层、用于在感光部中入射的光的光谱过滤的滤色片层、用于会聚在感光部中入射的光线的聚光透镜等。
如图6所示，在固态成像装置4中，在***电路部14的表面与具有负电荷的层22之间形成绝缘层24，使得具有负电荷的层22与***电路部14的表面的距离大于固态成像装置1中具有负电荷的层22与感光部12的表面的距离。当由氧化硅层来形成界面态降低层21时，通过在***电路部14上形成比感光部12更厚的界面态降低层21，可以获得绝缘层24。
因此，由于在***电路部14与具有负电荷的层22之间形成绝缘层24，从而使得具有负电荷的层22与***电路部14的表面的距离大于具有负电荷的层22与感光部12的距离，所以在具有负电荷的层22中的负电荷的电场不影响***电路部14的***电路。结果，能够防止由于负电荷所引起的***电路的故障。
接下来，将参照示出主要部分结构的图7的截面图来描述根据本发明实施方式(第三实施例)的固态成像装置(第一固态成像装置)。另外，在图7中，没有示出用于遮掩感光部的一部分和***电路部的遮光层、用于在感光部中入射的光的光谱过滤的滤色片层、用于会聚在感光部中入射的光线的聚光透镜等。
如图7所示，通过形成用于增加具有负电荷的层与在固态成像装置1中的***电路部14与具有负电荷的层22之间的光接收面之间的距离的层25来获得固态成像装置5。为了消除负电荷的影响，优选具有正电荷的层25，并且对于层25优选使用氮化硅。
因此，由于在***电路部14与具有负电荷的层之间形成了具有正电荷的层25，所以通过层25中的正电荷能够减少具有负电荷的层22的负电荷。因此具有负电荷的层22中的负电荷的电场不会影响***电路部14。结果，能够防止***电路部14由于负电荷而引起的故障。如上所述，在***电路部14与具有负电荷的层22之间形成具有正电荷的层25的结构也可以被用于固态成像装置1、2、3及4，并且能够获得与固态成像装置5相同的效果。
构成固态成像装置4和5的每一个，使得在具有负电荷的层22上提供用于遮掩感光部12的一部分和***电路部14的遮光层、用于对至少在感光部12中入射的光进行光谱过滤的滤色片层、用于会聚在感光部12中入射的光线的聚光透镜等。关于这种结构的实施例，可以应用固态成像装置1、2及3的任意一种结构。
接下来，将参照示出主要部分的图8～图10的制造处理的截面图来描述根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)。在图8～图10中，作为实施例示出固态成像装置1的制造处理。
如图8的(1)中所示，在半导体基板(或半导体层)11中形成执行入射光的光电转换的感光部12、用于分隔感光部12的像素分隔区13、通过在***电路部14与感光部12之间***像素分隔区13形成***电路(没有被具体示出)的***电路部14等。已知的制造方法被用作制造方法。
随后，如图8的(2)所示，在感光部12的光接收面12s上(实质上，在半导体基板11上)形成界面态降低层21。例如，由氧化硅(SiO2)层形成界面态降低层21。随后，在界面态降低层21上形成具有负电荷的层22。因此，在感光部12的光接收面边形成空穴聚集层23。因此，至少在感光部12上，需要以通过具有负电荷的层22在感光部12的光接收面12s侧形成空穴聚集层23的膜厚来形成界面态降低层21。例如，膜厚被设置为大于等于一个原子层厚度并小于100nm。
具有负电荷的层22由例如氧化铪(HfO2)层、氧化铝(Al2O3)层、氧化锆(ZrO2)层、氧化钽(Ta2O5)层或氧化钛(TiO2)层形成。这些种类的层已经被用作绝缘栅极场效应晶体管等的栅极绝缘层。因此，由于层形成方法已知，所以能够轻松形成所述层。例如，化学气相沉积法、溅射法及原子层沉积法可以被用作层形成方法。此处，因为能够在薄膜形成期间以1nm厚度同时形成低于界面态的SiO2层，所以优选使用原子层沉积方法。
另外，关于除上述之外的材料，可以使用氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)等。另外，也可以由氮化铪层、氮化铝层、氮氧化铪层或氮氧化铝层来形成具有负电荷的层22。例如，也可以通过化学气相沉积、溅射法或原子层沉积来形成这些层。
另外，具有负电荷的层22可以在绝缘性不被损害的范围内添加硅(Si)或氮(N)。在层的绝缘性不被损害的范围内，适当地确定浓度。因此，能够提高层的热阻或防止在添加硅(Si)或氮(N)的处理期间的离子注入的能力。
另外，在通过氧化铪(HfO2)层形成具有负电荷的层22的情况下，由于氧化铪(HfO2)层的折射率约为2，所以能够通过调节膜厚有效地获得防反射效果。实际上，对于其它种类的层，通过根据折射率将膜厚最优化，也能获得防反射效果。
随后，在具有负电荷的层22上形成绝缘层41，随后，在绝缘层41上形成遮光层42。例如，由氧化硅层来形成绝缘层41。另外，例如，由具有遮光性能的金属层来形成遮光层42。因此，例如，通过利用在其间***的绝缘层41在具有负电荷的层22上形成遮光层42，能够防止遮光层42的金属与由氧化铪层形成的具有负电荷的层22反应。另外，由于当遮光层被蚀刻时绝缘层42作为蚀刻停止层使用，所以能够防止对于具有负电荷的层22的蚀刻破坏。
随后，如图9的(3)所示，通过抗蚀应用及平板印刷技术在感光部12的一部分和位于***电路部14上面的遮光层42上形成抗蚀掩板(没有示出)，随后，通过使用抗蚀掩板的蚀刻来处理遮光层42，从而使遮光层42留在感光部12的所述部分和位于***电路部14上面的绝缘层41上。通过遮光层42生成光线不入射在感光部12上的区域，并且通过感光部12的输出来确定图像中的黑水平。另外，由于防止了光线被入射在***电路部14上，所以抑制了由于在***电路部上所入射的光线所引起的特性改变。
随后，如图9的(4)所示，在绝缘层41上形成用于减小通过遮光层42所引起的水平差的绝缘层43。绝缘层43的表面优选为平坦的，并且例如由覆盖绝缘层构成。
随后，如图10的(5)所示，在位于感光部12上面的绝缘层43上形成滤色片层44，随后，通过已知的制造技术在滤色片层44上形成聚光透镜45。在这种情况下，为了防止在透镜处理时对滤色片层44的加工破坏，可以在滤色片层44与聚光透镜45之间形成透光绝缘层(没有示出)。因此，形成固态成像装置1。
在固态成像装置制造方法(第一制造方法)的第一实施例中，在界面态降低层21上形成具有负电荷的层22。因此，通过由在具有负电荷的层22中的负电荷所生成的电场，在感光部12的光接收面边的界面上充分形成了空穴聚集层23。因此，抑制了通过界面所生成的电荷(电子)。另外，即使通过界面生成了电荷(电子)，电荷(电子)也不会流入在感光部12中作为势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集层23。结果，能够消除电荷(电子)。因此，由于其能够防止在感光部中检测出在界面上通过电荷所生成的暗电流，所以抑制了通过界面态所引起的暗电流。此外，由于在感光部12的光接收面上形成了界面态降低层21，所以进一步抑制了由于界面态所引起的电子的生成。结果，抑制了由于界面态所生成的电子作为暗电流流入感光部12。另外，通过使用具有负电荷的层22，能够不通过离子注入和退火就能形成HAD结构。
接下来，将参照示出主要部分的图11～图13的制造处理的截面图来描述根据本发明实施方式(第二实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)。在图11～图13中，作为实施例示出固态成像装置2的制造处理。
如图11的(1)中所示，在半导体基板(或半导体层)11上形成执行入射光的光电转换的感光部12、用于分隔感光部12的像素分隔区13、通过在***电路部14与感光部12之间***像素分隔区13来形成***电路(没有被具体示出)的***电路部14等。已知的制造方法被用作制造方法。
随后，如图11的(2)所示，在感光部12的光接收面12s上(实际上，在半导体基板11上)形成界面态降低层21。例如，由氧化硅(SiO2)层形成界面态降低层21。随后，在界面态降低层21上形成具有负电荷的层22。因此，在感光部12的光接收面边形成空穴聚集层23。因此，至少在感光部12上，需要以通过具有负电荷的层22在感光部12的光接收面12s侧形成空穴聚集层23的膜厚来形成界面态降低层21。例如，膜厚被设置为大于等于一个原子层厚度并小于100nm。
例如，由氧化铪(HfO2)层、氧化铝(Al2O3)层、氧化锆(ZrO2)层、氧化钽(Ta2O5)层或氧化钛(TiO2)层形成具有负电荷的层22。这些种类的层已经被用作绝缘栅极场效应晶体管等的栅极绝缘层。因此，由于层形成方法已知，所以能够轻松形成所述层。例如，化学气相沉积法、溅射法及原子层沉积法可以被用作层形成方法。
另外，关于除上述之外的材料，可以使用氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)等。另外，也可以由氮化铪层、氮化铝层、氮氧化铪层或氮氧化铝层来形成具有负电荷的层22。例如，也可以通过化学气相沉积、溅射法或原子层沉积来形成这些层。此处，因为能够在薄膜形成期间以1nm厚度同时形成低于界面态的SiO2层，所以优选使用原子层沉积方法。
另外，具有负电荷的层22可以在绝缘性不被损害的范围内添加硅(Si)或氮(N)。在层的绝缘性不被损害的范围内，适当地确定浓度。因此，能够提高层的热阻或防止在添加硅(Si)或氮(N)的处理期间的离子注入的能力。
另外，在通过氧化铪(HfO2)层形成具有负电荷的层22的情况下，由于氧化铪(HfO2)层的折射率约为2，所以能够通过调节膜厚有效地获得防反射效果。实际上，对于其它种类的层，通过根据折射率将膜厚最优化，也能获得防反射效果。
随后，在具有负电荷的层22上形成绝缘层41，随后，在绝缘层41上形成遮光层42。例如，由氧化硅层来形成绝缘层41。另外，例如，由具有遮光性能的金属层来形成遮光层42。因此，例如，通过利用在其间所***的绝缘层41在具有负电荷的层22上形成遮光层42，能够防止遮光层42的金属与由氧化铪层所形成的具有负电荷的层22反应。另外，由于当遮光层被蚀刻时绝缘层42作为蚀刻停止层使用，所以能够防止对于具有负电荷的层22的蚀刻破坏。
随后，如图12的(3)所示，通过抗蚀应用及平板印刷技术在感光部12的一部分和位于***电路部14上面的遮光层42上形成抗蚀掩板(没有示出)，随后，通过使用抗蚀掩板的蚀刻来处理遮光层42，从而使遮光层42留在感光部12的所述部分和位于***电路部14上面的绝缘层41上。通过遮光层42生成光线没有入射在感光部12上的区域，并且通过感光部12的输出来确定图像中的黑水平。另外，由于防止了光线被入射在***电路部14上，所以抑制了由于在***电路部上入射的光线所引起的特性改变。
随后，如图12的(4)所示，在绝缘层41上形成防反射层46，从而覆盖遮光层42。例如，由具有折射率约为2的氮化硅层来形成防反射层46。
随后，如图13的(5)所示，在位于感光部12上面的防反射层46上形成滤色片层44，随后，通过已知的制造技术在滤色片层44上形成聚光透镜45。在这种情况下，为了防止在透镜处理时对滤色片层44的加工破坏，可以在滤色片层44与聚光透镜45之间形成透光绝缘层(没有示出)。因此，形成固态成像装置2。
在固态成像装置制造方法(第一制造方法)的第二实施例中，能够获得与第一实施例相同的效果，并且通过形成防反射层46能够减小在光线入射到感光部12上之前的反射。结果，由于能够增大入射在感光部12上的光量，所以能够改进固态成像装置2的敏感度。
接下来，将参照示出主要部分的图14～图16的制造处理的截面图来描述根据本发明实施方式(第三实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)。在图14～图16中，作为实施例示出固态成像装置3的制造处理。
如图14的(1)中所示，在半导体基板(或半导体层)11上形成执行入射光的光电转换的感光部12、用于分隔感光部12的像素分隔区13、通过在***电路部14与感光部12之间***像素分隔区13来形成***电路(没有被具体示出)的***电路部14等。已知的制造方法被用作制造方法。
随后，如图14的(2)所示，在感光部12的光接收面12s上(实际上，在半导体基板11上)形成界面态降低层21。例如，由氧化硅(SiO2)层形成界面态降低层21。随后，在界面态降低层21上形成具有负电荷的层22。因此，在感光部12的光接收面边形成空穴聚集层23。因此，至少在感光部12上，需要以通过具有负电荷的层22在感光部12的光接收面12s侧形成空穴聚集层23的膜厚来形成界面态降低层21。例如，膜厚被设置为大于等于一个原子层厚度并小于等于100nm。
例如，由氧化铪(HfO2)层、氧化铝(Al2O3)层、氧化锆(ZrO2)层、氧化钽(Ta2O5)层或氧化钛(TiO2)层形成具有负电荷的层22。这些种类的层已经被用作绝缘栅极场效应晶体管等的栅极绝缘层。因此，由于层形成方法已知，所以能够轻松形成所述层。例如，化学气相沉积法、溅射法及原子层沉积法可以被用作层形成方法。此处，因为能够在薄膜形成期间以1nm厚度同时形成低于界面态的SiO2层，所以优选使用原子层沉积方法。
另外，关于除上述之外的材料，可以使用氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)等。另外，也可以由氮化铪层、氮化铝层、氮氧化铪层或氮氧化铝层来形成具有负电荷的层22。例如，也可以通过化学气相沉积、溅射法或原子层沉积来形成这些层。
另外，具有负电荷的层22可以在绝缘性不被损害的范围内添加硅(Si)或氮(N)。在层的绝缘性不被损害的范围内，适当地确定浓度。因此，能够提高层的热阻或防止在添加硅(Si)或氮(N)的处理期间的离子注入的能力。
另外，在通过氧化铪(HfO2)层形成具有负电荷的层22的情况下，能够通过调节氧化铪(HfO2)层的膜厚有效地获得防反射效果。实际上，对于其它种类的层，通过根据折射率将膜厚最优化，也能获得防反射效果。
随后，在具有负电荷的层22上形成遮光层42。例如，由具有遮光性能的金属层来形成遮光层42。因此，由于在具有负电荷的层22上直接形成遮光层42，所以能够使遮光层42接近于半导体基板11的表面。结果，由于能够窄化遮光层42与半导体基板11之间的距离，所以能够减小从邻近光电二极管的上层所斜向入射的光组分(即，光学混合色彩组分)。
随后，如图15的(3)所示，通过抗蚀应用及平板印刷技术在感光部12的一部分和位于***电路部14上面的遮光层42上形成抗蚀掩板(没有示出)，随后，通过使用抗蚀掩板的蚀刻来处理遮光层42，从而使遮光层42留在感光部12的所述部分和位于***电路部14上面的具有负电荷的层22上。通过遮光层42生成光线没有入射在感光部12上的区域，并且通过感光部12的输出来确定图像中的黑水平。另外，由于防止了光线被入射在***电路部14上，所以抑制了由于在***电路部上入射的光线所引起的特性改变。
随后，如图15的(4)所示，在具有负电荷的层22上形成防反射层46，从而覆盖遮光层42。例如，由具有折射率约为2的氮化硅层来形成防反射层46。
随后，如图16的(5)所示，在位于感光部12上面的防反射层46上形成滤色片层44，随后，通过已知的制造技术在滤色片层44上形成聚光透镜45。在这种情况下，为了防止在透镜处理时对滤色片层44的加工破坏，可以在滤色片层44与聚光透镜45之间形成透光绝缘层(没有示出)。因此，形成固态成像装置3。
在固态成像装置制造方法(第一制造方法)的第三实施例中，能够获得与第一实施例相同的效果，并且通过在具有负电荷的层22上直接形成遮光层42，能够使遮光层42接近于半导体基板11的表面。结果，由于能够窄化遮光层42与半导体基板11之间的距离，所以能够减小从邻近光电二极管的上层斜向入射的光组分(即，光混合色彩组分)。另外，当仅通过具有负电荷的层22防反射效果不够充分时，通过形成防反射层46能够将防反射效果最大化。
接下来，将参照示出主要部分的图17～图19的制造处理的截面图来描述根据本发明实施方式(第四实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)。在图17～图19中，作为实施例示出固态成像装置4的制造处理。
如图17的(1)中所示，在半导体基板(或半导体层)11上形成执行入射光的光电转换的感光部12、用于分隔感光部12的像素分隔区13、通过在***电路部14与感光部12之间***像素分隔区13来形成***电路(例如，电路14C)的***电路部14等。已知的制造方法被用作制造方法。随后，形成允许入射光被通过其中透射的绝缘层26。例如，由氧化硅层来形成绝缘层26。
随后，如图17的(2)所示，通过抗蚀应用及平板印刷技术在位于***电路部14上面的绝缘层26上形成抗蚀掩板51。
随后，如图18的(3)所示，通过使用抗蚀掩板51(参照图17的(2))蚀刻来处理绝缘层26，在***电路部14上留下绝缘层26。随后，去除抗蚀掩板51。
随后，如图18的(4)所示，在感光部12的光接收面12s上(实际上，在半导体基板11上)形成覆盖了绝缘膜26的界面态降低层21。例如，由氧化硅(SiO2)层形成界面态降低层21。
随后，如图19的(5)所示，在界面态降低层21上形成具有负电荷的层22。因此，在感光部12的光接收面边形成空穴聚集层23。因此，至少在感光部12上，需要以通过具有负电荷的层22在感光部12的光接收面12s侧形成空穴聚集层23的膜厚来形成界面态降低层21。例如，膜厚被设置为大于等于一个原子层厚度并小于等于100nm。
例如，由氧化铪(HfO2)层、氧化铝(Al2O3)层、氧化锆(ZrO2)层、氧化钽(Ta2O5)层或氧化钛(TiO2)层形成具有负电荷的层22。这些种类的层已经被用作绝缘栅极场效应晶体管等的栅极绝缘层。因此，由于层形成方法已知，所以能够轻松形成所述层。例如，化学气相沉积法、溅射法及原子层沉积法可以被用作层形成方法。此处，因为能够在薄膜形成期间以1nm厚度同时形成低于界面态的SiO2层，所以优选使用原子层沉积方法。
另外，关于除上述之外的材料，可以使用氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)等。另外，也可以由氮化铪层、氮化铝层、氮氧化铪层或氮氧化铝层来形成具有负电荷的层22。例如，也可以通过化学气相沉积、溅射法或原子层沉积来形成这些层。
另外，具有负电荷的层22可以在绝缘性不被损害的范围内添加硅(Si)或氮(N)。在层的绝缘性不被损害的范围内，适当地确定浓度。因此，能够提高层的热阻或防止在添加硅(Si)或氮(N)的处理期间的离子注入的能力。
另外，在通过氧化铪(HfO2)层形成具有负电荷的层22的情况下，由于氧化铪(HfO2)层的的折射率约为2，所以能够通过调节膜厚有效地获得防反射效果。实际上，对于其它种类的层，通过根据折射率将膜厚最优化，也能获得防反射效果。
构成固态成像装置4，使得在具有负电荷的层22上提供用于遮掩感光部12的一部分和***电路部14的遮光层、用于至少对入射在感光部12上的光进行光谱过滤的滤色片层、用于会聚入射在感光部12上的光的聚光透镜等。就这种结构的实施例而言，也可以应用固态成像装置1、2及3的任意一个结构。
在固态成像装置制造方法(第一制造方法)的第四实施例中，在界面态降低层21上形成具有负电荷的层22。因此，通过由具有负电荷的层22中的负电荷所产生的电场，在感光部12的光接收面边的界面上充分形成空穴聚集层23。因此，能够抑制通过界面所生成的电荷(电子)。另外，即使通过界面生成了电荷(电子)，电荷(电子)也不会流入感光部12中作为势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集层23。结果，能够消除电荷(电子)。因此，由于其能够防止在感光部中检测出在界面上通过电荷生成的暗电流，所以抑制了通过界面态引起的暗电流。此外，由于在感光部12的光接收面上形成了界面态降低层21，所以进一步抑制了由于界面态引起的电子的生成。结果，抑制了由于界面态生成的电子作为暗电流流入感光部12。另外，通过使用具有负电荷的层22，不通过离子注入和退火就能形成HAD结构。
另外，由于在***电路部14上形成了绝缘层26，所以在***电路部14上与具有负电荷的层22的距离变得大于在感光部12上与具有负电荷的层的距离。结果，降低了从具有负电荷的层22被施加至***电路部14的负电场。即，由于减小了***电路部14上具有负电荷的层的影响，所以防止了通过由具有负电荷的层22所引起的负电场所导致的***电路部14的故障。
接下来，将参照示出主要部分的图20和图21的制造处理的截面图来描述根据本发明实施方式(第五实施例)的固态成像装置制造方法(第一制造方法)。在图20和图21中，作为实施例示出固态成像装置4的制造处理。
如图20的(1)中所示，在半导体基板(或半导体层)11上形成执行入射光的光电转换的感光部12、用于分隔感光部12的像素分隔区13、通过在***电路部14与感光部12之间***像素分隔区13来形成***电路(例如，电路14C)的***电路部14等。已知的制造方法被用作制造方法。随后，形成允许入射光被通过其中透射的界面态降低层21。随后，在界面态降低层21上形成用于将具有负电荷的层与光接收面的表面分开的层25。为了消除负电荷的影响，优选具有正电荷的层25，并且对于层25优选使用氮化硅。
至少在感光部12上，需要以通过在随后被形成的具有负电荷的层22在感光部12的光接收面12s侧形成将在随后被描述的空穴聚集层23的膜厚来形成界面态降低层21。例如，膜厚需要被设置为大于等于一个原子层并小于等于100nm。
随后，如图20的(2)所示，通过使用抗蚀应用及平板印刷技术在位于***电路部14上面的具有正电荷的层25上形成抗蚀掩板52。
随后，如图21的(3)所示，通过使用抗蚀掩板52(参照图20的(2))蚀刻来处理具有正电荷的层25，在***电路部14上留下具有正电荷的层25。随后，去除抗蚀掩板(resist mask)52。
随后，如图21的(4)所示，在界面态降低层21上形成覆盖了具有正电荷的层25的具有负电荷的层22。
例如，由氧化铪(HfO2)层、氧化铝(Al2O3)层、氧化锆(ZrO2)层、氧化钽(Ta2O5)层或氧化钛(TiO2)层形成具有负电荷的层22。这些种类的层已经被用作绝缘栅极场效应晶体管等的栅极绝缘层。因此，由于层形成方法已知，所以能够轻松形成所述层。例如，化学气相沉积法、溅射法及原子层沉积法可以被用作层形成方法。此处，因为能够在薄膜形成期间以1nm厚度同时形成低于界面态的SiO2层，所以优选使用原子层沉积方法。
另外，关于除上述之外的材料，可以使用氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)等。另外，也可以由氮化铪层、氮化铝层、氮氧化铪层或氮氧化铝层来形成具有负电荷的层22。例如，也可以通过化学气相沉积、溅射法或原子层沉积来形成这些层。
另外，具有负电荷的层22可以在绝缘性不被损害的范围内添加硅(Si)或氮(N)。在层的绝缘性不被损害的范围内，适当地确定浓度。因此，能够提高层的热阻或防止在添加硅(Si)或氮(N)的处理期间的离子注入的能力。
另外，在通过氧化铪(HfO2)层形成具有负电荷的层22的情况下，能够通过调节氧化铪(HfO2)层的膜厚有效地获得防反射效果。实际上，对于其它种类的层，通过根据折射率将膜厚最优化，也能获得防反射效果。
固态成像装置5被配置为在具有负电荷的层22上提供用于遮掩感光部12的一部分和***电路部14的遮光层、用于至少对入射在感光部12上的光进行光谱过滤的滤色片层、用于会聚入射在感光部12上的光的聚光透镜等。关于这种结构的实施例，也可以应用固态成像装置1、2及3的任意一个结构。
在固态成像装置制造方法(第一制造方法)的第五实施例中，在界面态降低层21上形成具有负电荷的层22。因此，通过由具有负电荷的层22中的负电荷生成的电场，在感光部12的光接收面边的界面上充分形成空穴聚集层23。因此，能够抑制通过界面生成的电荷(电子)。另外，即使通过界面生成了电荷(电子)，电荷(电子)也不会流入感光部12中作为势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集层23。结果，能够消除电荷(电子)。因此，由于其能够防止在感光部中检测出在界面上通过电荷生成的暗电流，所以抑制了通过界面态引起的暗电流。此外，由于在感光部12的光接收面上形成了界面态降低层21，所以进一步抑制了由于界面态引起的电子的生成。结果，抑制了由于界面态生成的电子作为暗电流流入感光部12。另外，通过使用具有负电荷的层22，不通过离子注入和退火就能形成HAD结构。
另外，由于在***电路部14与具有负电荷的层22之间形成了优选具有正电荷并且用于分隔具有负电荷的层和光接收面的表面的层25，所以通过在具有正电荷的层25中的正电荷减小了具有负电荷的层22的负电荷。因此，在具有负电荷的层22中的负电荷的电场不会影响***电路部14。结果，能够防止***电路部14由于负电荷所引起的故障。
此处，将在下面描述负电荷存在于作为具有负电荷的层的一个实施例的氧化铪(HfO2)层。
关于第一样品，预备了具有通过在其间***的热氧化硅(SiO2)层在硅基板上形成的栅极电极的MOS电容器，其中，热氧化硅层的膜厚被改变。
关于第二样品，预备了具有通过在其间***的CVD氧化硅(CVD-SiO2)层在硅基板上形成的栅极电极的MOS电容器，其中，CVD氧化硅层的膜厚被改变。
关于第三样品，预备了具有通过被***其间的通过连续层压臭氧氧化硅(O3-SiO2)层、氧化铪(HfO2)层及CVD氧化硅(SiO2)层所获得的层压层在硅基板上形成的栅极电极的MOS电容器，其中，CVD氧化硅层的膜厚被改变。另外，HfO2层和O3-SiO2层的膜厚被固定。
通过使用硅烷(SiH4)和氧气(O2)的混合气体的CVD方法来形成每个样品的CVD-SiO2层，并且通过使用四乙基甲基氨基铪(TEMAHf)和臭氧(O3)作为材料的ALD方法来形成HfO2层。第三样品的O3-SiO2层为具有约为1nm厚度并且当以ALD方法形成HfO2层时在HfO2层与硅基板之间被形成的基面氧化层。对于每个样品中的每个栅极电极，使用从上面开始层压铝(Al)层、氮化钛(TiN)层及钛(Ti)层的结构。
在上面的样品结构中，在第一和第二样品的情况下，立刻在SiO2层上形成栅极电极，但是在应用了HfO2层的第三样品的情况下，仅在HfO2层上层压CVD-SiO2层。这样就防止了当HfO2层与栅极电极直接相互接触时HfO2与电极在界面上彼此发生反应。
此外，在第三样品的层压结构中，HfO2层的厚度被固定为10nm，并且上面的CVD-SiO2层的膜厚被改变。原因是因为HfO2具有很大的相对介电常数，因此，即使以10nm的膜厚形成HfO2层，当作为氧化层的厚度来计算厚度时，HfO2层也具有几个纳米的厚度。结果，很难见到平带电压Vfb关于氧化层转换厚度的改变。
对于第一、第二及第三样品，已经检测到根据氧化层转换厚度Tox的平带电压Vfb。图22示出所述结果。
如图22所示，在热氧化(热-SiO2)层的第一样品和CVD-SiO2层的第二样品的情况下，平带电压根据膜厚的增加向负方向移动。另一方面，仅在应用HfO2层的第三样品中，已经确认平带电压根据膜厚的增加向正方向移动。通过平带电压的行为，能够看出负电荷存在于HfO2层中。另外，能够看出除HfO2之外的形成具有负电荷的层的每种材料也类似于HfO2具有负电荷。
另外，图23中示出每个样品中的界面态密度的数据。在图23中，已经通过使用图22中的Tox基本上等于40nm的第一、第二及第三样品执行了界面态密度Dit的比较。
结果，如图23所示，当热氧化(热-SiO2)层的第一样品具有2E10(/cm2·eV)以下的特性时，CVD-SiO2层的第二样品中，界面态被减小了约一个数量级。另一方面，在使用HfO2层的第三样品的情况下，已经确认约为3E10/cm2·eV和接近于热氧化层的好的界面。另外，能够看出除了HfO2之外用于形成具有负电荷的层的每种材料也类似于HfO2具有接近于热氧化层的好的界面。
接下来，已经检测到当形成具有正电荷的层25时关于氧化层转换厚度Tox的平带电压Vfb。图24中示出所述结果。
如图24所示，在大于热氧化层的平带电压的情况下，因为负电荷存在于层中，所以在硅(Si)的表面形成空穴。这种层压层的实施例包括通过在硅(Si)基板的表面从下开始连续层压HfO2层和CVD-SiO2层所获得的结构。另一方面，在小于热氧化层的平带电压的情况下，因为正电荷存在于层中，所以在硅(Si)表面上形成电子。这种层压层的实施例包括通过在硅(Si)基板的表面上从下开始连续层压CVD-SiO2层、CVD-SiN层、HfO2层及CVD-SiO2层所获得的结构。此处，当CVD-SiN层的膜厚变大时，与热氧化层相比，平带电压变大，在负方向上移动。此外，通过CVD-SiN层中的正电子消除了氧化铪(HfO2)的负电荷的影响。
在上面实施例中的固态成像装置1～5中，在如上所述具有负电荷的层中包含氮(N)的情况下，通过在形成具有负电荷的层22后使用高频等离子或微波等离子的渗氮处理可以包含氮(N)。另外，通过在形成具有负电荷的层22后在具有负电荷的层22上通过使用电子束辐射执行电子束固化处理可以增加层中的负电荷。
接下来，将在下面参照图25描述当将已经在本发明的第一至第五实施例中的固态成像装置制造方法中被使用的氧化铪用于具有负电荷的层22时的优选制造方法(第六实施例)。关于该实施例，图25示出适用于第一制造方法的第一实施例的情况。在本发明的实施方式中具有负电荷的层的形成方法也可以以相同的方式被应用于在第一制造方法的第二至第五实施例中具有负电荷的层的形成方法。
当使用原子层沉积法(ALD方法)由氧化铪形成具有负电荷的层22时，膜质量非常好。但是，存在膜形成需要时间的问题。因此，如图25(1)所示，预备了半导体基板(或半导体层)11，其中，形成执行入射光的光电转换的感光部12、用于分隔感光部12的像素分隔区13、具有通过在***电路部14与感光部12之间***的像素分隔区13所形成的***电路(没有具体示出)的***电路部14，并且在感光部12的光接收面12s上(实际上，在半导体基板11上)形成界面态降低层21。随后，使用原子层沉积方法在界面态降低层21上形成第一氧化铪层22-1。以对于具有负电荷的层22所需的至少3nm膜厚的膜厚来形成第一氧化铪层22-1。
在用于形成第一氧化铪层22-1的原子层沉积法(ALD方法)的膜形成条件的实施例中，TEMA-Hf(四乙基甲基氨基铪)、TDMA-Hf(四二甲基氨基铪)或TDEA-Hf(四二乙基氨基铪)被用作前体，膜形成时的基板温度被设置为200℃～500℃，前体流量被设置为10cm3/min～500cm3/min，前体的辐射时间位1秒～15秒，并且臭氧(O3)的流量被设置为5cm3/min～50cm3/min。
可替换地，也可以通过使用金属有机化学气相沉积(MOCVD法)来形成第一氧化铪层22-1。在TEMA-Hf(四乙基甲基氨基铪)、TDMA-Hf(四二甲基氨基铪)、或TDEA-Hf(四二乙基氨基铪)被用作前体的情况下的膜形成条件的实施例中，膜形成时的基板温度被设置为200℃～600℃，前体流量被设置为10cm3/min～500cm3/min，前体的辐射时间位1秒～15秒，并且臭氧(O3)的流量被设置为5cm3/min～50cm3/min。
随后，如图25(2)所示，通过使用物理气相沉积法(PVD法)在第一氧化铪层22-1上形成第二氧化铪层22-2，形成具有负电荷的层22。例如，执行膜形成，使得包括第一氧化铪层22-1和第二氧化铪层22-2的膜厚被设置为50nm～60nm。随后，如在第一至第五实施例中所描述的一样，执行用于在具有负电荷的层22上形成绝缘层41的后续处理。
在用于形成第二氧化铪层22-2的物理气相沉积法(PVD)法中的膜形成条件的实施例中，铪金属靶被用作靶，氩气和氧气被用作处理气体，膜形成大气压被设置为0.01Pa～50Pa，功率被设置为500W～2.00kW，氩气(Ar)的流量被设置为5cm3/min～50cm3/min，并且氧气(O2)的流量被设置为5cm3/min～50cm3/min。
接下来，在由氧化铪构成的具有负电荷的层22的厚度被设置为60nm并且第一氧化铪层22-1的厚度被用作参数的条件下，已经检测出固态成像装置的C-V(电容-电压)特性。图26和图27示出所述结果。在图26和图27中，垂直轴表示电容(C)，水平轴表示电压(V)。
如图26所示，在仅通过PDV法形成氧化铪(HfO2)层时的情况下，平带电压Vfb为作为负电压的-1.32V。对于具有负电荷的层，这是不够的。为了形成具有负电荷的层，平带电压Vfb需要为正电压。另外，由于上升沿平缓，所以界面态密度被增大。在这种情况下，估计出界面态密度Dit太高以至于不能被应用，这些将在随后被描述。
另一方面，在当通过使用ALD法以3nm厚度形成第一氧化铪层22-1并随后通过使用PVD法在第一氧化铪层22-1上以50nm厚度形成第二氧化铪层22-2时的情况下，平带电压Vfb为作为正电压的+0.42V。因此，获得具有正电荷的层。另外，由于上升沿尖锐，所以界面态密度Dit很低，导致Dit＝5.14E10/cm2·eV。
另外，在当通过使用ALD法以11nm的厚度形成第一氧化铪层22-1并随后通过使用PVD法在第一氧化铪层22-1上以50nm的厚度形成第二氧化铪层22-2时的情况下，平带电压Vfb变为被进一步增大的正电压。因此，获得了具有负电荷的层。另外，由于上升沿更加尖锐，所以界面态密度Dit很低。
此外，如图27所示，在当通过使用ALD法以11nm的厚度形成第一氧化铪层22-1并随后通过使用PVD法在第一氧化铪层22-1上以50nm的厚度形成第二氧化铪层22-2时的情况下，平带电压Vfb接近于当通过ALD法形成整个具有负电荷的层22时的情况，并且上升沿也具有几乎相同的状态。
接下来，对于通过以11nm的厚度形成第一氧化铪层22-1并随后使用PVD法在第一氧化铪层22-1上以50nm的厚度形成第二氧化铪层22-2所获得的具有负电荷的层，典型地执行使用直流电的C-V特性的测量(Qs-CV：准静态CV)和使用高频的测量(Hf-CV)。Qs-CV测量为作为时间的线性函数扫描栅极电压并计算在栅极与基板之间流动的位移电流的测量方法。通过这样，获得了高频区中的电容值。图28示出所述结果。另外，通过Qs-CV测量值与Hf-CV测量值之间的差值来计算界面态密度Dit。结果，由于界面态密度Dit变为5.14E10/cm2·eV，所以获得到充分低的值。另外，如上所述，由于平带电压Vfb为+0.42V，所以获得到正电压。
因此，通过以3nm以上的厚度来形成第一氧化铪层22-1，能够将具有负电荷的层22的平带电压Vfb的值设置为正电压，并且能够使界面态密度Dit很低。因此，优选以具有负电荷的层22所需的至少3nm膜厚的膜厚来形成第一氧化铪层22-1。
第一氧化铪层22-1为通过原子层沉积法所形成的层。如果在使用原子层沉积法形成氧化铪层的过程中膜厚小于3nm，则当通过使用PVD法形成随后的第二氧化铪层22-2时，由于PVD法所导致的界面破坏发生。但是，如果第一氧化铪层22-1的厚度为3nm以上，则即使通过使用PVD法形成随后的第二氧化铪层22-2，也能抑制界面破坏。因此，通过将第一氧化铪层22-1～22-3的厚度设置为3nm以上，使得由PVD法所导致的界面破坏被抑制，包括第一氧化铪层22-1和第二氧化铪层22-2的层的平带电压Vfb的值变为正电压。结果，包括第一氧化铪层22-1和第二氧化铪层22-2的层变为具有负电荷的层。由于这个原因，使通过界面态降低层21在界面一侧所形成的第一氧化铪层22-1具有3nm以上的膜厚。另外，PVD法的实施例包括溅射法。
另一方面，如果通过使用原子层沉积法形成具有负电荷的整个层22，则获得到良好的C-V特性，但是因为需要太多时间来形成所述层，所以生产效率显著降低。由于这种原因，不能使第一氧化铪层22-1的厚度太大。在原子层沉积法中，例如，大约需要45分钟来形成10nm厚的氧化铪层。另一方面，在物理气相沉积法的情况下，例如，需要大约3分钟来形成厚度为50nm的氧化铪层。因此，考虑到生产效率来确定第一氧化铪层22-1厚度的上限。例如，当具有负电荷的层22的层形成时间被设置为1小时以下时，第一氧化铪层22-1的厚度上限约为11nm～12nm。因此，在一起使用原子层沉积法和物理气相沉积法的层形成方法的情况下，与通过使用原子层沉积法或CVD法形成具有负电荷的整个层22的情况相比，能够显著缩短层形成时间。结果，改进了大规模生产效率。此外，在原子层沉积法或MOCVD法的情况下，与通过使用物理气相沉积法来形成层的情况相比，几乎没有对基板产生破坏。因此，由于降低了对光接收传感器部的破坏，所以能够解决作为暗电流产生原因的界面态强度变大的问题。
至今为止，已经描述了由氧化铪层来形成具有负电荷的层22的情况。但是，就具有负电荷的层22而言，例如，也可以使用氧化铝(Al2O3)层、氧化锆(ZrO2)层、氧化钽(Ta2O5)层、或氧化钛(TiO2)、氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)、氮化铪层、氮化铝层、氮氧化铪层或氮氧化铝层。而且，在这种情况下，也可以以相同的方式应用根据本发明实施方式的制造方法，其中，首先通过使用原子层沉积法执行层形成，随后通过使用物理气相沉积法执行层沉积。因此，能够获得与氧化铪层情况相同的效果。
接下来，将参照示出主要部分结构的图29的截面图描述根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置(第二固态成像装置)。另外，在图29中，没有示出用于遮掩感光部的一部分和***电路部的遮光层、用于在感光部中入射的光的光谱过滤的滤色片层、用于会聚在感光部中入射的光线的聚光透镜等。
如图29所示，固态成像装置6包括在半导体基板(或半导体层)11中执行入射光的光电转换的感光部12。在感光部12的一侧部分中，提供通过在其间所***的像素分隔区形成***电路(例如，电路14C)的***电路部14。在感光部(包括将在随后被描述的空穴聚集层23)12的光接收面12s上，形成绝缘层27。例如，由氧化硅(SiO2)来形成绝缘层27。在绝缘层27上形成负电压施加层28。
在图中，在***电路部14上比感光部12上更厚地形成绝缘层27，使得负电压施加层28与***电路部14表面的距离大于负电压施加层28与感光部12表面的距离。另外，当由氧化硅层来形成绝缘层27时，例如，绝缘层27具有与先前已经被描述的感光部12上的界面态降低层21相同的操作。因此，例如，优选以一个以上的原子层并且在100nm以下的膜厚来形成感光部12上的绝缘层27。因此，当将负电压施加于负电压施加层28时，在感光部12的光接收面边形成空穴聚集层23。
在当固态成像装置6为CMOS图像传感器时的情况下，例如，所构成包括诸如转移晶体管、复位晶体管、放大晶体管及选择晶体管的多个晶体管的像素电路被提供作为***电路部14的***电路。另外，包括在通过多个感光部12所形成的像素阵列部件的读取线上执行读取信号操作的驱动电路、传输读取信号的垂直扫描电路、移位寄存器或地址解码器、水平扫描电路等。
此外，在当固态成像装置6为CCD图像传感器时的情况下，例如，将通过感光部光电转换的信号电荷读入垂直转移栅极的读取栅极和在垂直方向上传输读取信号电荷的垂直电荷转移部件被提供作为***电路部14的***电路。另外，包括水平电荷转移部等。
由允许入射光透过其中被透射的透明导电层来构成负电压施加层28，例如，透明导电层允许可见光透过其中被透射。例如，可以使用氧化铟锡层、氧化铟锌层、氧化铟层、氧化锡层或氧化镓锡层来作为这样的层。
构成固态成像装置6，使得在负电压施加层28上提供用于遮掩感光部12的一部分和***电路部14的遮光层、用于至少在感光部12上的入射光的光谱过滤的滤色片层、用于会聚在感光部12上入射的光线的聚光透镜等。关于这种结构的实施例，也可以应用固态成像装置1、2及3的任意一种结构。
在固态成像装置(第二固态成像装置)6中，在感光部12的光接收面12s上形成的绝缘层27上形成负电压施加层28。因此，通过对负电压施加层28施加的负电压所生成的电场，在感光部12的光接收面12s的一边的界面上充分形成空穴聚集层。因此，抑制了通过界面生成的电荷(电子)。另外，即使通过界面生成了电荷(电子)，电荷(电子)也不会流入感光部12中作为势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集层23。结果，能够消除电荷(电子)。结果，由于其能够防止由于界面生成的电荷变为暗电流并被感光部12检测出来，所以抑制了通过界面态导致的暗电流。此外，由于在感光部12的光接收面12s上形成了作为界面态降低层使用的绝缘层27，所以进一步抑制了由于界面态引起的电子的生成。结果，抑制了由于界面态生成的电子作为暗电流流入感光部12。
此外，如图所示，由于形成负电压施加层28，使得通过绝缘层27使负电压施加层28与***电路部14的表面的距离大于负电压施加层28与感光部12的表面的距离，所以减小了当将负电压施加于负电压施加层28时生成的电场对***电路部14的影响。结果，能够消除***电路部14中的电路故障。
接下来，将参照示出主要部分结构的图30的截面图描述根据本发明实施方式(第二实施例)的固态成像装置(第二固态成像装置)。另外，在图30中，没有示出用于遮掩感光部的一部分和***电路部的遮光层、用于在感光部中入射的光的光谱过滤的滤色片层、用于会聚在感光部中入射的光线的聚光透镜等。
如图30所示，通过用于使负电压施加层远离***电路部14的光接收面(实质上，在固态成像装置6中的绝缘层27与负电压施加层28之间)来形成层25获得固态成像装置7。为了消除负电压的影响，优选具有正电荷的层25。优选在***电路部14与负电压施加层28之间形成具有正电荷的层25。可替换地，可以在绝缘层27上或绝缘层27下形成具有正电荷的层25。另外，尽管在图中作为具有均匀厚度的层形成了绝缘层27，但是类似于固态成像装置6，可以在***电路部14上比在感光部12上更厚地形成绝缘层27。
具有正电荷的层25的实例包括氮化硅层。
因此，由于在***电路部14与负电压施加层28之间形成了具有正电荷的层25，所以通过在具有正电荷的层25中的正电荷减小了当将负电压施加于负电压施加层28时所生成的负电场。因此，负电场没有影响***电路部14。结果，由于其防止了由于负电场所引起的***电路部14的故障，所以改善了***电路部14的可靠性。如上所述，也可以将在***电路部14与负电压施加层28之间形成具有正电荷的层25的结构应用于固态成像装置6，并且能够获得与固态成像装置7中相同的效果。
接下来，将参照示出主要部分结构的图31～图33的制造处理的截面图描述根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置的制造方法(第二制造方法)。在图31～图33中，作为实施例示出固态成像装置4的制造处理。
如图31的(1)中所示，在半导体基板(或半导体层)11上形成执行入射光的光电转换的感光部12、用于分隔感光部12的像素分隔区13、通过在***电路部14与感光部12之间***像素分隔区13来形成***电路(例如，电路14C)的***电路部14等。已知的制造方法被用作制造方法。随后，形成允许入射光被通过其中透射的绝缘层29。例如，由氧化硅层来形成绝缘层29。
随后，如图31的(2)所示，通过使用抗蚀应用及平板印刷技术在位于***电路部14上面的绝缘层29上形成抗蚀掩板53。
随后，如图32的(3)所示，通过使用抗蚀掩板53(参照图31的(2))蚀刻来处理绝缘层29，在***电路部14上留下绝缘层29。随后，去除抗蚀掩板53。
随后，如图32的(4)所示，在感光部12的光接收面12s上(实际上，在半导体基板11上)形成覆盖了绝缘膜29的界面态降低层21。例如，由氧化硅(SiO2)层形成界面态降低层21。因此，通过绝缘层29和界面态降低层21形成了绝缘层27。
随后，如图33的(5)所示，在界面态降低层21上形成负电压施加层28。通过被施加于负电压施加层28的负电压在感光部12的光接收面边形成空穴聚集层23。因此，至少在感光部12上，需要以通过被施加于负电压施加层28的负电压在感光部12的光接收面12s侧形成空穴聚集层23的膜厚来形成界面态降低层21。例如，膜厚被设置为大于等于一个原子层厚度并小于等于100nm。
由允许入射光透过其中被透射的透明导电层来形成负电压施加层28，例如，透明导电层允许可见光透过其中被透射。例如，可以使用氧化铟锡层、氧化铟锌层、氧化铟层、氧化锡层或氧化镓锡层来作为这样的层。
在固态成像装置6中的负电压施加层28上形成用于遮掩感光部12的一部分和***电路部14的遮光层、用于至少对在感光部12上的入射光进行光谱过滤的滤色片层、用于对感光部12上的入射光进行聚光的聚光透镜等。在固态成像装置制造方法(第一制造方法)的每个实施例中所描述的任何一种方法都可以被用作制造方法的实施例。
在固态成像装置6的制造方法(第二制造方法)的第一实施例中，在感光部12的光接收面12s上所形成的绝缘层27上形成负电压施加层28。因此，通过对负电压施加层28所施加的负电压所生成的电场，在感光部12的光接收面12s的一边的界面上充分形成空穴聚集层。因此，能够抑制通过界面生成的电荷(电子)。另外，即使通过界面生成了电荷(电子)，电荷(电子)也不会流入感光部12中作为势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集层23。结果，能够消除电荷(电子)。结果，由于其能够防止由于界面所生成的电荷变为暗电流并被感光部12检测出来，所以抑制了通过界面态所导致的暗电流。此外，由于在感光部12的光接收面12s上形成了界面态降低层21，所以进一步抑制了由于界面态引起的电子的生成。结果，抑制了由于界面态生成的电子作为暗电流流入感光部12。
此外，如图所示，比在感光部12上的绝缘层27更厚地形成了在***电路部14上的绝缘层27，使得通过绝缘层27使负电压施加层28与***电路部14的表面的距离大于负电压施加层28与感光部12的表面的距离。因此，减小了当将负电压施加于负电压施加层28时所生成的电场对***电路部14的影响。即，由于减小了电场强度并抑制了空穴在***电路部14的表面上的聚集，所以能够消除***电路部14中的电路故障。
接下来，将参照示出主要部分结构的图34和图35的制造处理的截面图描述根据本发明实施方式(第二实施例)的固态成像装置制造方法(第二制造方法)。在图34和图35中，作为实施例示出固态成像装置4的制造处理。
如图34的(1)中所示，在半导体基板(或半导体层)11上形成执行入射光的光电转换的感光部12、用于分隔感光部12的像素分隔区13、通过在***电路部14与感光部12之间***像素分隔区13来形成***电路(例如，电路14C)的***电路部14等。已知的制造方法被用作制造方法。随后，形成允许入射光被通过其中透射的绝缘层27。例如，由氧化硅层来形成绝缘层27。随后，在绝缘层27上形成具有正电荷的层25。例如，由氮化硅层来形成具有正电荷的层25。
随后，如图34的(2)所示，通过使用抗蚀应用及平板印刷技术在位于***电路部14上面的具有正电荷的层25上形成抗蚀掩板54。
随后，如图35的(3)所示，通过使用抗蚀掩板54(参照图34的(2))蚀刻来处理具有正电荷的层25，在***电路部14上留下具有正电荷的层25。随后，去除抗蚀掩板54。
随后，如图35的(4)所示，在绝缘层27和具有正电荷的层25上形成负电压施加层28。通过被施加于负电压施加层28的负电压在感光部12的光接收面边形成空穴聚集层23。在这种情况下，可以使绝缘层27具有界面态降低层的功能。因此，至少在感光部12上，需要以通过被施加于负电压施加层28的负电压在感光部12的光接收面12s侧形成空穴聚集层23的膜厚来形成绝缘层27。例如，膜厚被设置为大于等于一个原子层厚度并小于等于100nm。
由允许入射光透过其中被透射的透明导电层来形成负电压施加层28，例如，透明导电层允许可见光透过其中被透射。例如，可以使用氧化铟锡层、氧化铟锌层、氧化铟层、氧化锡层或氧化镓锡层来作为这样的层。
尽管没有被示出，但是在固态成像装置7中的负电压施加层28上形成用于遮掩感光部12的一部分和***电路部14的遮光层、用于至少对在感光部12上的入射光进行光谱过滤的滤色片层、用于对感光部12上的入射光进行聚光的聚光透镜等。在固态成像装置制造方法(第一制造方法)的每个实施例中所描述的任何一种方法都可以被用作制造方法的实施例。
在固态成像装置7的制造方法(第二制造方法)的第二实施例中，在感光部12的光接收面12s上形成的绝缘层27上形成负电压施加层28。因此，通过对负电压施加层28施加的负电压所生成的电场，在感光部12的光接收面12s的一边的界面上充分形成空穴聚集层。因此，能够抑制通过界面生成的电荷(电子)。另外，即使通过界面生成了电荷(电子)，电荷(电子)也不会流入感光部12中作为势阱的电荷聚集部，而是流入存在大量空穴的空穴聚集层23。结果，能够消除电荷(电子)。结果，由于其能够防止由于界面生成的电荷变为暗电流并被感光部12检测出来，所以抑制了通过界面态导致的暗电流。此外，由于在感光部12的光接收面12s上形成了界面态降低层21，所以进一步抑制了由于界面态引起的电子的生成。结果，抑制了由于界面态生成的电子作为暗电流流入感光部12。
另外，由于在***电路部14和负电压施加层28之间形成了具有正电荷的层25，所以通过在具有正电荷的层25中的正电荷减小了当将负电压施加于负电压施加层28时所生成的负电场。因此，负电场不影响***电路部14。结果，能够防止***电路部14由于负电场所导致的故障。如上所述，在***电路部14与负电压施加层28之间形成具有正电荷的层25的结构也可以被应用于固态成像装置6，并且能够获得与固态成像装置7中相同的效果。
接下来，将参照示出主要部分结构的图36的截面图描述根据本发明实施方式(实施例)的固态成像装置(第三固态成像装置)。另外，在图36中，主要示出了感光部，但是没有示出***电路部、配线层、用于遮掩感光部的一部分和***电路部的遮光层、用于在感光部中入射的光的光谱过滤的滤色片层、用于会聚在感光部中入射的光线的聚光透镜等。
如图36所示，固态成像装置8具有在半导体基板(或半导体层)11上执行入射光的光电转换的感光部12。例如，在感光部12的光接收面12s边形成绝缘层31，并且由氧化硅(SiO2)层来形成绝缘层31。在绝缘层31上，形成比执行光电转换的感光部12的光接收面12s的一侧的界面具有更大功函数的层(下文中，被称作辅助空穴聚集层)32。通过功函数之间的差值，形成空穴聚集层23。由于辅助空穴聚集层32不需要被电连接至其它元件和接线，所以辅助空穴聚集层32可以为绝缘层21或诸如金属层的导电层。
另外，在与形成感光部12的光入射边相反的半导体基板11的一边上，例如，形成被构成包括在多个层中都被提供的接线51和绝缘层52的配线层53。此外，通过支撑基板54来支撑配线层53。
例如，由于由硅(Si)来形成空穴聚集层23，所以功函数值约为5.1eV。因此，优选辅助空穴聚集层32为具有大于5.1的功函数值的层。
例如，在使用金属层的情况下，根据理科年表，铱(110)层的功函数值为5.42，铱(111)层的功函数值为5.76，镍层的功函数值为5.15，钯层的功函数值为5.55，锇层的功函数值为5.93，金(100)层的功函数值为5.47，金(110)层的功函数值为5.37，并且铂层的功函数值为5.64。这些层可以被用作辅助空穴聚集层32。除了上面的层之外，具有比感光部12的光接收面12s的一侧的界面更大的功函数值的金属层也可以被用作辅助空穴聚集层32。另外，尽管被用作透明电极的ITO(In2O3)的功函数值为4.8eV，但是通过层形成方法或杂质的注入可以控制氧化物半导体的功函数。
由于在光入射边形成辅助空穴聚集层32，所以以允许入射光透过其中被透射的膜厚来形成辅助空穴聚集层32很重要。关于入射光的透射率，优选辅助空穴聚集层32具有尽可能高的透射率。例如，优选确保透射率为95％以上。
另外，对于辅助空穴聚集层32，优选使用辅助空穴聚集层32的功函数与感光部12的表面的功函数之间的差值。由于不存在对低电阻的限制，所以例如即使在当使用导电层时的情况下，也不需要使膜厚很大。例如，假设入射光强度为I0，并且吸收率为α(其中，α＝(4πk)/λ，k为Boltzmann常数，并且λ为入射光的波长)，在深度z位置的位置处的光强度被表示为I(z)＝I0exp(-α·z)。因此，计算满足I(z)/I0＝0.8的厚度，例如，铱层的厚度为1.9nm，金层的厚度为4.8nm，并且铂层的厚度为3.4nm。即，能够看出，即使厚度随着膜的类型而改变，也优选厚度为2nm以下。
另外，辅助空穴聚集层32可以为有机层。例如，可以使用聚乙烯二氧噻吩(polyethylenedioxythiophene)。如上所述，辅助空穴聚集层32可以为导电层、绝缘层或半导体层，只要它具有比感光部12的光接收面12s的一侧的界面更高的功函数值。
在固态成像装置8中，在感光部12上所形成的绝缘层31上提供具有比感光部12的光接收面12s的一侧的界面23更大的功函数值的层(辅助空穴聚集层)32。因此，由于改进了空穴聚集层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层23能够在其中聚集充足的空穴。结果，减小了暗电流。
接下来，将参照图37描述使用辅助空穴聚集层32的固态成像装置的结构实施例。图37示出CMOS图像传感器。
如图37所示，在半导体基板11中形成将入射光转换成电信号的感光部(例如，光电二极管)12及具有包括转移晶体管、放大晶体管及复位晶体管的晶体管组55(在图中被部分示出)的多个像素部件61。例如，硅基板被用作半导体基板11。另外，形成处理从每个感光部12所读取的信号电荷的信号处理部件(没有示出)。
例如，在列方向或行方向上所提供的多个像素部件61之间的像素部件61的***部分形成元件分隔区13。
另外，在通过感光部12所形成的半导体基板11的表面边(图中的半导体基板11的下面)上形成配线层53。配线层53被构成包括配线51和覆盖了配线51的绝缘层52。在配线层53上形成支撑基板54。例如，由硅基板来形成支撑基板54。
此外，在固态成像装置1中，在半导体基板11的低表面边形成空穴聚集层23，并且通过在其中所***的绝缘层31在空穴聚集层23上形成辅助空穴聚集层32。此外，通过绝缘层(没有示出)来形成有机滤色片层44。相应于感光部12形成有机滤色片层44，并且例如，通过在格子板图形中排列蓝色有机滤色片、红色有机滤色片、及绿色有机滤色片来获得有机滤色片层44。另外，在每个有机滤色片层44上形成用于使入射光被会聚在每个感光部12上的聚光透镜45。
接下来，将参照描述主要部分的图38所示的流程图、图39的制造处理的截面图及图40的制造处理的截面图来描述根据本发明实施方式(第一实施例)的固态成像装置制造方法(第三制造方法)。在图38～图40中，作为实施例示出固态成像装置8的制造处理。
如图38的(1)和图39的(1)所示，首先预备通过在其中所***的绝缘层(例如，氧化硅层)83在硅基板82上形成硅层84所获得的SOI基板81，并且在硅层84中形成用于对准的底表面标记85。
随后，如图38的(2)和图39的(2)所示，在SOI基板81的硅层84中形成元件分隔区(没有被示出)、空穴聚集层23、感光部12、晶体管组55、配线层53等。可以在将基板变薄的处理后在随后的处理中形成空穴聚集层23。
随后，如图38的(3)和图39的(3)所示，将配线层53和支撑基板54粘合至一起。
随后，如图38的(4)和图39的(4)所示，执行使SOI基板81变薄的处理。此处，例如，通过研磨和抛光来去除硅基板82。
尽管没有被示出，但是也可以通过在消除SOI基板81的绝缘层82后形成保护层(没有示出)并执行杂质注入和激活处理来形成空穴聚集层23。关于该实施例，以30nm的厚度形成等离子TEOS氧化硅层来作为保护层，并且通过硼的注入来执行杂质注入。在这种离子注入条件中，例如，注入能量被设置为20keV，并且例如，设置剂量为1×1013/cm2。另外，优选通过在400℃以下的温度的退火来执行激活，使得配线层53与支撑基板54的粘合不被破坏。随后，例如，通过稀氟酸处理来去除保护层。此时，可以去除SOI基板81的绝缘层83。
因此，如图40的(1)所示，在感光部12上形成感光部的光接收面边的界面23。
随后，如图40的(2)所示，在空穴聚集层23(光入射边)上形成绝缘层31。关于该实施例，以30nm的厚度来形成等离子TEOS氧化硅层。
随后，如图40的(3)所示，在绝缘层31(光入射边)上形成具有比在感光部12的光接收面12s边的界面(具有约为5.1eV的功函数值)更大功函数值的层(即，辅助空穴聚集层32)。就实施例而言，通过溅射以3nm厚度形成作为薄金属层具有5.6eV的功函数的铂(Pt)层。对于其它薄金属层，可以使用铱(Ir)、铼(Re)、镍(Ni)、钯(Pd)、钴(Co)、钌(Ru)、铑(Rh)、锇(Os)、金(Au)等。不用说，也可以使用合金。
此外，在这个实施例中，由于感光部的光接收面边的界面的功函数约为5.1eV，所以ITO(In2O3)也可以被用作辅助空穴聚集层32的材料。在层形成处理中，ITO可以具有4.5eV～5.6eV的功函数。另外，因为具有大于5.1eV的功函数值，所以也可以使用其它诸如RuO2、SnO2、IrO2、OsO2、ZnO、ReO2和MoO2的氧化物半导体、或通过注入受体杂质所获得的半导体或作为有机材料的聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)作为辅助空穴聚集层32的材料。另外，在400℃以下温度所执行的层形成技术的实施例包括ALD法、CVD法及气相掺杂法。
随后，如图38的(5)和图39的(5)中所示，通过阻挡层金属91形成底电极92。
随后，如图38的(6)和图39的(6)中所示，在感光部12上形成滤色片层44，随后，形成聚光透镜45。因此，形成了固态成像装置8。
在该固态成像装置制造方法(第三制造方法)中，在感光部12上所形成的绝缘层31上提供具有比在感光部12的光接收面12s的一侧的界面23更大功函数值的层。因此，由于改进了空穴聚集层23的空穴聚集效率，所以在感光部12的光接收面12s的一侧的界面上所形成的空穴聚集层23能够在其中聚集充足的空穴。结果，减小了暗电流。另外，辅助空穴聚集层32优选具有比空穴聚集层23的功函数值更高的功函数值，并且由于电流不需要流入辅助空穴聚集层32，所以可以为导电层、绝缘层21或半导体层。由于这个原因，对于辅助空穴聚集层32，也可以选择具有高电阻的材料。另外，辅助空穴聚集层32不需要外部信号输入终端。
在上面实施方式中的固态成像装置1～8的每一个包括每一个都具有将入射光转换成电信号的感光部的多个像素部件和在通过像素部件所形成的半导体基板的表面上所提供的配线层，并且可以被用作具有一种结构的背面照射型成像设备，其中，在每个感光部中接收从与形成配线层的表面相反的一边入射的光线。不用说，固态成像装置1～8的每一个也可以被用作顶发射型固态成像装置，其中，在光接收面边形成配线层，并且通过将在感光部上入射的入射光的光路设置为没有形成配线层的区域，不会阻挡在感光部上入射的入射光。
接下来，将参照图41的框图描述根据本发明实施方式(实施例)的成像装置。成像装置的实施例包括摄像机、数码像机及手机像机。
如图41所示，成像装置500包括在成像部501中所提供的固态成像装置(没有示出)。在成像部501的聚光边提供成像图像的成像光学***502。具有用于驱动成像部501的驱动电路的信号处理部503、处理在固态成像装置中被光电转换成图像的图像的信号处理电路等被连接至成像部501。另外，通过信号处理部所处理的图像信号可以被存储在图像存储部(没有示出)中。在成像装置500中，在上面实施方式中被描述的固态成像装置1～8可以被用作固态成像装置。
在根据本发明实施方式的成像装置500中，使用根据本发明实施方式的固态成像装置1或2或者具有如图4所示构成的聚光透镜和防反射层的固态成像装置。因此，以与如上所述相同的方式来使用能够改进色彩重现性或分辨率的固态成像装置，具有能够记录高质量图像的优势。
此外，根据本发明实施方式的成像装置500不被限制于具有上述结构，而是可以被应用于具有任意结构的成像装置，只要是使用固态成像装置的成像装置。
另外，可以作为单片型设备或模块型设备来形成固态成像装置1～8的每一个，其中，选择性封装成像部及信号处理部或光学***，并且具有成像功能。另外，本发明不仅可以被应用于固态成像装置，而且可以被应用于成像装置。在这种情况下，在成像装置中能够获得改进图像质量的效果。此处，例如，成像装置指的是具有成像功能的像机或便携设备。另外，“成像”不仅包括在像机通常照像时的图像的成像，而且包括广义意义上的指纹检测等。
应该了解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (17)
1.一种具有执行入射光的光电转换的感光部的固态成像装置，包括：
形成在所述感光部的光接收面上的绝缘层；
形成在所述绝缘层上的具有负电荷的层；以及
形成在所述感光部的所述光接收面上的空穴聚集层。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，
其中，所述具有负电荷的层为氧化铪层、氧化铝层、氧化锆层、氧化钽层或氧化钛层。
3.根据权利要求1所述的固态成像装置，
其中，所述绝缘层由氧化硅层形成。
4.根据权利要求1所述的固态成像装置，
其中，在所述感光部的侧部上设置有形成***电路的***电路部，并且
所述绝缘层形成在所述***电路部的表面和所述具有负电荷的层之间，使得所述具有负电荷的层与所述***电路部的所述表面的距离大于所述具有负电荷的层与所述感光部的表面的距离。
5.根据权利要求1所述的固态成像装置，
其中，在所述感光部的侧部上设置有形成***电路的***电路部，并且
处于所述***电路部与所述具有负电荷的所之间的所述绝缘层被构成为具有包括氧化硅层、氮化硅层及氮氧化硅层的一种或多种层的层压结构。
6.根据权利要求1所述的固态成像装置，进一步包括：
每一个都具有将入射光转换成电信号的感光部的多个像素部；以及
在形成有所述像素部的半导体基板的表面上设置的配线层，
其中，所述固态成像装置为在所述感光部中接收从与形成所述配线层的表面相反的一侧入射的光线的背面照射型成像装置。
7.一种具有执行入射光的光电转换的感光部的固态成像装置，包括：
绝缘层，形成在所述感光部的光接收面上，并允许所述入射光在其中透过；
负电压施加层，形成在所述绝缘层上；以及
空穴聚集层，形成在所述感光部的所述光接收面上。
8.根据权利要求7所述的固态成像装置，
其中，所述负电压施加层由所述入射光在其中透过的导电材料形成。
9.根据权利要求7所述的固态成像装置，
其中，在所述感光部的侧部上设置有形成***电路的***电路部，并且
所述绝缘层形成在所述***电路部的表面与所述负电压施加层之间，使得所述负电压施加层与所述***电路部的所述表面的距离大于所述负电压施加层与所述感光部的表面的距离。
10.根据权利要求7所述的固态成像装置，
其中，在所述感光部的侧部上设置有形成***电路的***电路部，并且
在所述***电路部与所述负电压施加层之间形成具有包括氧化硅层、氮化硅层及氮氧化硅层的多个层的其中一种或多种的层压结构的层。
11.根据权利要求7所述的固态成像装置，进一步包括：
每一个都具有将入射光转换成电信号的感光部的多个像素部；以及
在形成有所述像素部的半导体基板的表面上设置的配线层，
其中，所述固态成像装置为在所述感光部中接收从与形成所述配线层的表面相反的一侧入射的光线的背面照射型成像装置。
12.根据权利要求7所述的固态成像装置，进一步包括：
每一个都具有将入射光转换成电信号的感光部的多个像素部；以及
在形成有所述像素部的半导体基板的表面上设置的配线层，
其中，所述固态成像装置为在所述感光部中接收从与形成所述配线层的表面相反的一侧入射的光线的背面照射型成像装置。
13.一种在半导体基板中形成执行入射光的光电转换的感光部的固态成像装置制造方法，包括以下步骤：
在形成有所述感光部的所述半导体基板上形成绝缘层；
在所述绝缘层上形成具有负电荷的层；以及
通过所述具有负电荷的层在所述感光部的光接收面上形成空穴聚集层。
14.根据权利要求13所述的固态成像装置制造方法，
其中，所述具有负电荷的层的形成包括：
使用原子层沉积法在所述绝缘层上形成第一氧化铪层；以及
使用物理气相沉积法在所述第一氧化铪层上形成第二氧化铪层。
15.根据权利要求14所述的固态成像装置制造方法，
其中，以所述具有负电荷的层所需的至少3nm厚度的厚度来形成所述第一氧化铪层。
16.一种成像装置，包括：
聚光光学部，会聚入射光；
固态成像装置，接收在所述聚光光学部中所会聚的所述入射光，并对所接收的光执行光电转换；以及
信号处理部，处理被光电转换的信号电荷，
其中，所述固态成像装置包括：
形成在执行所述入射光的光电转换的所述固态成像装置的感光部的光接收面上的绝缘层；
形成在所述绝缘层上的具有负电荷的层；以及
形成在所述感光部的所述光接收面上的空穴聚集层。
17.一种成像装置，包括：
聚光光学部，会聚入射光；
固态成像装置，接收在所述聚光光学部中所会聚的所述入射光，并对所接收的光执行光电转换；以及
信号处理部，处理被光电转换的信号电荷，
其中，所述固态成像装置包括：
形成在执行所述入射光的光电转换的所述固态成像装置的感光部的光接收面上的绝缘层；以及
形成在所述绝缘层上的负电压施加层，
所述绝缘层允许所述入射光在其中透过，以及
形成在所述感光部的所述光接收面上的空穴聚集层。
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