CN102272931B - 固态摄像元件及其制造方法、摄像装置 - Google Patents

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Abstract

一种固态摄像元件(1)被构造为包括：半导体层(2)，光电二极管形成于其中，在所述光电二极管中实现光电转换；带负的固定电荷的第一膜(21)，且其形成在至少所述光电二极管形成于其中的区域中的半导体层(2)上；以及带负的固定电荷的第二膜(22)，其由不同于制成带负的固定电荷的第一膜(21)的材料制成，且形成在带负的固定电荷的第一膜(21)上。

Description

固态摄像元件及其制造方法、摄像装置
技术领域
本发明涉及固态摄像元件及其制造方法，以及包括该固态摄像元件的摄像装置。 
背景技术
众所周知，在电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)固态摄像元件和互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，COMS)固态摄像元件中，光电二极管中的晶体缺陷，及形成于硅衬底上的受光部分和形成于该受光部分上的绝缘层之间的界面的界面状态引起暗电流。 
图12A示出了在光电二极管形成于其中的硅层上形成绝缘层的示例的概要视图。图12B示出了图12A所示的结构的能量图。如图12A和图12B所示，通过标记×各自标识的界面状态发生在光电二极管PD形成于其中的硅层51和形成于该硅层51上的绝缘层52之间的界面中。这些界面状态成了暗电流的产生源，而且起源于该界面中的电子被迫以暗电流的形式流入该光电二极管PD。 
为了应对此情况，采用了一种所谓的有孔聚集二极管(holeaccumulation diode，HAD)结构为技术以控制暗电流的产生。(例如，此技术在专利文件1中予以描述。) 
图13A示出了通过形成p+型半导体区域而得到HAD结构的示例的概要视图。图13B示出了图13A所示的HAD结构的能量图。具体而言，如图13A和图13B所示，将p型杂质引入硅层51的表面附近以形成p+型半导体区域，而所得的p+型半导体区域为聚集其中正电荷(孔)的正电荷聚集区域53。 
以此方式在硅层51的界面上获得正电荷聚集区域53形成于其中的 HAD结构，其中光电二极管PD远离该界面，从而使其可以抑制以该界面状态为产生源的暗电流的产生。 
总体而言，在形成HAD结构时，以退火温度将诸如B离子或BF2离子的离子注入硅层51中，从而在硅层51的界面附近形成成为正电荷聚集区域53的p+型半导体区域。 
同样地，对于现有离子注入工艺来说，出于实现被注入离子的适当扩散和活性化的目的，尽可能长时间地保持高温。 
然而，从充分确保固态摄像元件的特性及其类似物的角度来说，长时间保持高温是不可取的。 
如图14A和图14B所示，提出了一种在光电二极管PD形成于其中的硅层51上，形成带负的固定电荷54的绝缘层55，代替形成普通绝缘层52的技术。(例如，此技术在专利文件2中予以描述。) 
根据此技术，甚至当如图14B所示时，在能带弯曲的状态下，离子未被注入硅层51中，在硅层51的界面附近形成正电荷聚集区域，从而使其可以聚集正电荷聚集区域53中的正电荷(孔)。 
举例来说，HfO2、ZrO2、Al2O3、TiO2、Ti2O5等可作为带负的固定电荷54的绝缘层55的材料。 
现有技术文件
专利文件 
专利文件1：日本专利公报第2005-123280号 
专利文件2：日本专利公报第2008-306154号 
发明的公示
技术问题 
专利文件2中所描述的技术提出了在沉积带负的固定电荷的绝缘层过程中，依次层压第一膜，其通过利用原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)法或者金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapordeposition，MOCVD)法沉积，和第二膜，其通过利用物理气相沉积 (physical vapor deposition，PVD)法沉积。 
根据此技术，可通过利用AID法抑制界面状态的产生，而通过利用PVD法可提高成品率。 
和专利文件2中提出的制造方法一样，然而，因为通过利用两种不同的沉积方法层压和形成了相同的氧化物，所以带负的固定电荷54的绝缘层55的特性受所使用的氧化物的限制。 
为了解决上述问题提出本发明，因此期望提供其中可抑制暗电流产生和可放松对带负的固定电荷的层的特性限制的固态摄像元件、及其制造方法和包括该固态摄像元件的摄像装置。 
技术解决方案 
为了实现上述期望，根据本发明，提供一种固态摄像元件，其包括：半导体层，光电二极管形成于其中，在该光电二极管中实现光电转换；带负的固定电荷的第一膜，且在至少光电二极管形成于其中的区域中形成在半导体层上。另外，该固态摄像元件包括带负的固定电荷的第二膜，由不同于制成带负的固定电荷的第一膜的材料制成，并且形成在带负的固定电荷的第一膜上。 
根据本发明，提供了制造固态摄像元件的方法，其包括：在半导体层中形成光电二极管的制程；在至少该光电二极管形成于其中的区域中于半导体层上形成带负的固定电荷的第一膜的制程。另外，该方法包括在带负的固定电荷的第一膜上形成带负的固定电荷、由不同于制成带负的固定电荷的第一膜的材料制成的第二膜的制程。 
根据本发明，提供了一种固态摄像装置，其包括：汇聚光学部分，其被构造为汇聚入射光；固态摄像元件，其用以接收通过汇聚光学部分汇聚的入射光，从而实现入射光的光电转换；以及信号处理部分，其被构造为处理通过固态摄像元件中光电转换而得到的信号。进一步地，根据本发明的摄像装置，该固态摄像元件被构造为本发明中的固态摄像元件。 
和根据本发明的固态摄像元件的结构一样，各自带负的固定电荷的第一膜和第二膜的形成导致在光电二极管形成于其中的半导体层的界面附近 (表面附近)形成正电荷聚集区域，从而使其可以聚集正电荷聚集区域中的正电荷(孔)。结果，可以抑制由界面状态引起的暗电流的产生。另外，通过第一膜和第二膜的彼此结合得到充分的负偏压效应。 
另外，当形成带负的固定电荷的第二膜时，可通过带负的固定电荷的第一膜阻止半导体层受损。 
此外，因为第二膜由不同于制成第一膜的材料制成，如上述专利文件2所示，所以没有必要通过两种膜沉积方法层压相同的材料。因此，放松了对带负的固定电荷的膜的材料的限制。 
和根据本发明的固态摄像元件的方法构成一样，可在至少光电二极管形成于其中的区域中的半导体层上形成带负的固定电荷的第一膜。另外，因为带负的固定电荷的第二膜形成在带负的固定电荷的第一膜上，所以可通过这两层获得该结构，使得正电荷(孔)可聚集在光电二极管形成于其中的半导体层的界面附近(表面附近)。因此。可以抑制由界面状态引起的暗电流的产生。 
同样地，因为第一膜被形成为第二膜的基板，所以在形成第二膜的过程中，第一膜可阻止半导体层受损。 
因为第二膜由不同于制成第一膜的材料制成的，这不同于专利文件2的技术示例，所以没有必要通过利用两种不同的膜沉积方法层压相同的氧化物材料，因而放松了对带负的固定电荷的膜材料的限制。 
和根据本发明的摄像装置的构成一样，因为本实施例的固态摄像元件构成了本发明的摄像装置，所以可以抑制暗电流的产生。 
有益效果 
如上文所提及的，根据本发明的摄像元件及其制造方法，依照充分大的负偏压效应可以抑制由界面状态引起的暗电流的产生。 
因此，可以实现可靠度较高的、且可在不产生暗电流的情况下稳定工作的固态摄像元件。 
另外，放松了对带负的固定电荷的膜材料的限制。因此，亦放松了对带负的固定电荷的膜的特性的限制。因此，可以增加固态摄像元件的设计 自由度。 
根据本发明的摄像装置，因为可在固态摄像元件中抑制暗电流的产生，所以通过固态摄像元件中光电转换而获得的信号是稳定的。 
因此，可以实现工作稳定，其在其中可获得令人满意的图像质量的可靠度较高的摄像装置。 
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的固态摄像元件的结构的概要视图。 
图2示出了图1所示的固态摄像元件的制造方法中的一个制程的概要视图。 
图3示出了图1所示的固态摄像元件的制造方法中的一个制程的概要视图。 
图4示出了图1所示的固态摄像元件的制造方法中的一个制程的概要视图。 
图5示出了图1所示的固态摄像元件的制造方法中的一个制程的概要视图。 
图6示出了图1所示的固态摄像元件的制造方法中的一个制程的概要视图。 
图7示出了图1所示的固态摄像元件的制造方法中的一个制程的概要视图。 
图8示出了图1所示的固态摄像元件的制造方法中的一个制程的概要视图。 
图9示出了图1所示的固态摄像元件的制造方法中的一个制程的概要视图。 
图10A示出了通过测试元件组(test element group，TEP)测量得到的栅电压和电容之间的关系图；而图10B示出了样品中平能带和界面状态数量图。 
图11示出了取决于样品中波长的吸收系数的变化图。 
图12A和图12B分别示出了在光电二极管形成于其中的硅层上形成绝缘层的示例的概要视图和能量图。 
图13A和图13B分别示出了形成p+型半导体区域以获得HAD机构的示例的概要视图和能量图。 
图14A和图14B分别示出了在光电二极管形成于其中的硅层上形成带负的固定电荷的绝缘层的示例的概要视图和能量图。 
图15示出了根据本发明的另一实施例的摄像装置的构成的概要方框图。 
标号描述:1固态摄像元件2硅衬底3隔离区域4电荷聚集区域5正电荷聚集区域6绝缘膜7遮光膜8平坦化膜9彩色滤光片10片上透镜11栅电极12布线层13绝缘层21带负的固定电荷的第一膜22带负的固定电荷的第二膜23带负的固定电荷的膜41光电二极管部分42周边电路部分500摄像装置501摄像部分502成像光学部分503信号处理部分504入射光
发明的实施方式 
下面将参考附图详细描述本发明的优选实施例。 
应注意将按照下列顺序给予描述。 
1.发明纲要 
2.固态摄像元件 
3.试验(特性的测量) 
4.摄像装置 
＜1.发明纲要 
在本发明中，带负的固定电荷的第一膜形成在至少固态摄像元件的光电二极管形成于其中的区域中的半导体层上，而带负的固定电荷的第二膜形成在带负的固定电荷的第一膜上。 
带负的固定电荷的第二膜由不同于制成带负的固定电荷的第一膜的材料制成(沉积)。 
带负的固定电荷的第一膜和带负的固定电荷的第二膜的材料可分别由其中包含硅、铪、铝、钽、钛、钇和镧系元素的至少一种元素的绝缘层形成。 
例如从包括氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5)的群组中选择的材料可作为上述绝缘膜的材料。因为由这些材料中的任何一者制成的膜已被用在栅绝缘膜或绝缘栅场效应晶体管(gate field-effect transistor)的类似物中，所以建立了该膜 沉积方法，因而可容易地沉积该膜。 
尤其当使用这些材料中折射率比较高的HfO2(折射率：2.05)、Ta2O5(折射率：2.16)、TiO2(折射率：2.20)时，同样可以获得防发射效应。 
就绝缘材料而非上述这些材料而言，例如可提供稀土元素的氧化物。这就是说，提供了镧、镨、铈、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铒、镱、镥、钇的氧化物。 
另外，也可以使用氮化铪、氮化铝、氮氧化铪和氮氧化铝的任何一个。 
同样地，可从上述材料中分别为带负的固定电荷的第一膜和带负的固定电荷的第二膜选择不同的材料。 
除非使其绝缘性减弱，否则可将硅(Si)或氮(N)加入带负的固定电荷的第一膜或带负的固定电荷的第二膜中。适当确定被加入的硅或氮的浓度，使其不减弱膜的绝缘性。将硅或氮以这样一种方式加入膜中，从而使其可以提高膜的耐热性，并且提高工艺过程中阻挡离子注入的能力。 
更优选地，通过使用膜沉积速度相对较低的的膜沉积方法沉积带负的固定电荷的第一膜。进一步优选地，举例来说，以0.01～1nm/min的沉积速度形成带负的固定电荷的第一膜。 
通过使用这样一种方法例如原子层沉积(ALD)法或金属有机化学气相沉积(MOCVD)法形成上述膜。 
当通过利用ALD法沉积第一膜时，沉积条件可以设置为这样一种状态，例如衬底温度在200～500℃的范围内，前驱物的流速在10～500sccm的范围内，前驱物的照射时间在1～15s的范围内，且O3的流速在5～50sccm的范围内。 
当通过利用MOCVD法沉积第一膜时，沉积条件设置为这样一种状态，例如衬底温度在200～600℃的范围内。 
应注意，当半导体层为硅层，且在该半导体层上通过利用ALD法形成第一膜时，与此同时，可在该硅层表面上形成以减少界面状态的氧化硅膜，使其具有约1nm的厚度。 
更优选地，通过使用与带负的固定电荷的第一膜的膜沉积方法相比，其膜沉积速度相对较高的膜沉积方法沉积带负的固定电荷的第二膜。进一步优选地，例如以10～50nm/min的沉积速度形成带负的固定电荷的第二膜。举例来说，可将化学气相沉积(PVD)法作为具有此沉积速度的膜沉积方法。 
当通过利用PVD法沉积第二膜时，沉积条件可设置为这样一种状态，例如压力在0.01～50Pa的范围内，功率在500～2,000w的范围内，Ar的流速在5～50sccm的范围内，而O2的流速在5～50sccm的范围内。 
因为通过使用PVD法沉积第二膜，所以其膜沉积速度比ALD法和MOCVD法的每一个高。因此，可在相对较短的时间内形成具有一定测量厚度的膜。 
尽管尤其是带负的固定电荷的第一膜厚度无法受到限制，但是在形成第二膜时，要求第一膜的某个或更多厚度的测量，使其不损害半导体层。优选地，第一膜的厚度被设置为等于或大于1nm。 
另外，当通过使用诸如ALD法或MOCVD法等膜沉积速度相对较低的膜沉积方法形成第一膜时，还需要时间加厚第一膜。由于这个原因，优选地，第一膜的厚度被设置为等于或小于20nm。 
带负的固定电荷的第一膜和带负的固定电荷的第二膜的总厚度优选地被设置在40～100nm的范围内。更优选地，从防反射的角度来看，它们的总厚度被设置在50～70nm的范围内。 
因为在本发明中，带负的固定电荷的第二膜形成在带负的固定电荷的第一膜上，所以通过彼此结合第一膜和第二膜可获得充分的负偏压效应。 
另外，当通过使用类似于原子层沉积(ALD)法或金属有机化学气相沉积(MOCVD)法的膜沉积速度相对较低的膜沉积方法形成带负的固定电荷的第一膜时，可在形成第一膜时阻止半导体层受损。 
另外，因为带负的固定电荷的第一膜带有负的固定电荷，所以可在形成带负的固定电荷的第二膜时阻止半导体层受损。 
同样地，因为第二膜由不同于制成第一膜的材料制成，所以放松了对带负的固定电荷的膜的材料的限制。因此，可以增加固态摄像元件的设计 自由度。 
同样地，举例来说，折射率相对较高的HfO2、TiO2、Ta2O5用作带负的固定电荷的第二膜，以此除了上述防反射效果之外，增加了入射到光电二极管上的光，从而可以提高其灵敏度。 
因此，根据本发明，可以依照充分大的负偏压效应抑制由界面状态引起的暗电流的产生。因此，可以实现可靠度高较、且在不产生暗电流的情况下稳定工作的固态摄像元件。另外，放松了对带负的固定电荷的膜的材料的限制。因此，也放松了对带负的固定电荷的膜的特性的限制。结果，可以增加固态摄像元件的设计自由度。 
同样地，本发明的摄像装置被构造为包括本发明的固态摄像元件。结果，因为在固态摄像元件中可抑制暗电流的产生，所以通过固态摄像元件中光电转换获得的信号是稳定的。因此，可以实现工作稳定，且可在其中获得令人满意的图像质量的可靠度较高的摄像装置。 
＜2.固态摄像元件 
图1示出了根据本发明的一个实施例的固态摄像元件的结构的概要视图。 
与本发明的示例相对应的本发明的实施例被应用于所谓的背面照射型CMOS固态摄像元件(CMOS影像传感器)。 
在CMOS固态摄像元件1中，在光电二极管部分41中的硅衬底2中，构成了成为光电二极管的电荷聚集区域4，作为N型杂质区域中用于光电转换入射光的受光部分。 
在各个光电二极管的电荷聚集区域4的各个表面上形成正电荷聚集区域5。 
同样地，电荷聚集区域4和正电荷聚集区域5构成了上述HAD结构。 
在光电二极管部分41中，在硅衬底2的各个电荷聚集区域4的下方形成MOS晶体管Tr1的栅电极11，而在硅衬底2的各个电荷聚集区域4的更下方形成由金属布线制成的布线层12。图1示出了这三层中的布线层12。栅电极11和最上方的布线层12、最上方的布线层12和中间布线层 12、中间布线层12和最下方的布线层12之间的界面绝缘层13绝缘。 
应注意，绝缘层13通过下方提供的支撑衬底(未示出)支撑。 
像素分别由带有各个电荷聚集区域4的光电二极管构成。 
各个像素被构造为具有一个或多个包括晶体管(转移晶体管，用于读取和转移本示例中电荷聚集区域相对应的一者中被聚集的电荷)Tr1的晶体管。 
像素中每两个相邻的电荷聚集区域4通过p型隔离区域3隔离。 
应注意尽管未说明，但是优选地，在晶体管Tr1的栅电极11的侧面，在电荷聚集区域4的界面中形成了p+型半导体区域，从而抑制了电荷聚集区域4和绝缘层13之间的界面中的暗电流的产生。 
在周边电路部分42中形成了分别由N沟道MOS晶体管或P沟道MOS晶体管构成的MOS晶体管Tr2和Tr3。 
在硅衬底2中形成了MOS晶体管Tr2和Tr3的源区域和漏区域(未示出)，以及成为MOS晶体管Tr2和Tr3的沟道的半导体井区域(未示出)。 
在相对于光电二极管形成于其中的硅衬底2的上层中形成了带负的固定电荷的膜23。 
由于在带负的固定电荷的膜23中存在包于其中的含负的固定电荷，所以电场被应用于电荷聚集区域4的表面，从而在电荷聚集区域4的表面上形成正电荷聚集区域(孔聚集区域)5。结果，甚至当没有离子注入电荷聚集区域4的表面时，也可形成正电荷聚集区域5。 
在其中包含负的固定电荷的膜23上形成了由例如SiO2构成的绝缘膜6。 
在绝缘膜6上形成遮光膜7以覆盖光电二极管部分41的一部分，及周边电路部分42。 
其中使得光未入射在任何一个光电二极管上的区域(光阻区域(未示出))通过遮光膜7形成，从而可以依照各个光电二极管的输出确定黑色水平。 
在周边电路部分42中，遮光膜7可抑制MOS晶体管Tr2和Tr3的特 征的波动，以及由光的入射引起的类似物。 
形成了平坦化膜8以覆盖SiO2膜6和遮光膜7。 
在平坦化膜8的每个像素上形成具有不同颜色(红(R)、绿(G)、蓝(B))的彩色滤光片9。 
在彩色滤光片9上分别设置了用于汇聚光的片上透镜。 
通过采用这样的结构，和本实施例的CMOS固态摄像元件1一样，使得光从图1的上侧入射以在各个光电二极管的每个电荷聚集区域4中引起光电转换，从而可以使其接收和侦测入射光。 
同样地，COMS固态摄像元件1具有所谓的背面照射型结构，这是因为当从光电二极管形成于其中的硅层2的视图看时，可使得光入射在与下层中布线层2的一侧(前面侧)相对立的一侧(后面侧)。 
在本实施例的固态摄像元件1中，具体而言，带负的固定电荷的膜23具有带负的固定电荷，及构成下层的第一膜21和带负的固定电荷，及构成上层的第二膜22的两层层压结构。 
第一膜21和第二膜22由彼此不同的材料制成。 
另外，更优选地，构成下层的第一膜21通过使用诸如AID法或MOCVD法等膜沉积速度相对较低的的膜沉积方法沉积。构成上层的第二膜22通过使用诸如PVD法等与用于沉积第一膜的膜沉积方法相比，膜沉积速度相对较高的膜沉积方法沉积。 
带负的固定电荷的第一膜和带负的固定电荷的第二膜的材料可由其中包含硅、铪、铝、钽、钛、钇和镧系元素的至少一种元素的绝缘层形成。同样地，例如可以从HfO2、ZrO2、Al2O3、TiO2、Ta2O5中选择使用氧化物。另外，可以使用上述的氮化物、氮氧化物、稀土元素的氧化物等。 
用于第一膜21和第二膜22的不同材料可分别从这些材料中选取。 
在相对于硅衬底2的上层中，其中包含负的固定电荷的膜23(膜21、22)的供给导致了能带发生弯曲，这类似于图14A和图14B所示的有关技术的示例，从而使其可以在硅衬底2的界面附近聚集正电荷(孔)。 
应注意，尤其当折射率相对较高的的HfO2、Ta2O5、TiO2等构成其中包含负的固定电荷的膜21、22时，也可以获得防反射效应。 
接着，下面将描述根据本发明另一实施例的CMOS固态摄像元件1的制造方法。 
该描述现在将开始于如图2所示的状态，在光电二极管部分41的硅衬底2中形成电荷聚集区域4，而且在光电二极管部分41和周边电路部分42中形成各个MOS晶体管Tr1、Tr2和Tr3的栅电极11及布线层12。 
首先，如图3所述，通过使用如ALD法和MOVCD法等膜沉积速度相对较低的膜沉积方法形成带负的固定电荷的第一膜。使用其中包含硅、铪、铝、钽、钛、钇和镧系元素的至少一种元素的绝缘材料作为带负的固定电荷的第一膜21的材料。更具体而言，HfO2、ZrO2、Al2O3、TiO2、Ta2O5可用作膜21的材料。 
通过利用ALD法的沉积条件可以设置为这样一种状态，例如膜沉积的衬底温度在200～500℃的范围内，前驱物的流速在10～500sccm的范围内，前驱物的照射时间在1～15s的范围内，且O3的流速在5～50sccm的范围内。 
优选地，使得第一膜的厚度等于或大于1nm，且等于或小于20nm。 
应注意，当使用ALD法沉积第一膜21时，与此同时，在一些示例中，在硅衬底2的表面上形成了氧化硅膜(具有约1nm的厚度)。 
接着，如图4所示，通过使用如PVD法等与沉积第一膜的膜沉积方法相比，膜沉积速度相对较高的膜沉积方法在带负的固定电荷的第一膜21上沉积带负的固定电荷的第二膜22。使用其中包含硅、铪、铝、钽、钛、钇和镧系元素的至少一种元素的绝缘材料作为不同于第一膜21的带负的固定电荷的第二膜22的材料。更具体而言，HfO2、ZrO2、Al2O3、TiO2、Ta2O5可用作膜22的材料。 
同样地，当通过利用PVD法沉积其中包含负的固定电荷的第二膜22时，沉积条件可以这样一种状态设置，例如压力在0.01～50Pa的范围内，D.C.功率在500～2,000w的范围内，Ar的流速在5～50sccm的范围内，且O2的流速在5～50sccm的范围内。 
在其中包含负的固定电荷的第一膜21上形成其中包含负的固定电荷的第二膜22，从而形成层压这两层21、22、且其中包含负的固定电荷的 膜23。通过带负的固定电荷的膜23，在电荷聚集区域4的各个表面上形成正电荷聚集区域5。 
接着，如图5所示，在其中包含负的固定电荷的第二膜22上形成由SiO2膜或类似物构成的绝缘膜6。 
绝缘膜6的形成导致了可阻止其中包含负的固定电荷的第二膜的表面在遮光膜2的后期蚀刻过程中直接受到腐蚀。另外，可以抑制其中包含负的固定电荷的第二膜22和遮光膜7之间的，由其中包含负的固定电荷的第二膜22和彼此直接接触的遮光膜7引起的电抗。 
接着，如图6所示，在绝缘膜6上形成成为遮光膜7的金属膜。 
另外，如图7所示，遮光膜7和绝缘膜6的上部分通过实施蚀刻来处理。结果，遮光膜7位于光电二极管部分41的一部分、及周边电路部分42的左侧。 
接着，如图8所示，形成平坦化膜8以覆盖光电二极管部分41的一部分的表面和剩余遮光膜7的表面。例如SiO2膜可通过利用该应用方法被形成为平坦化表面8。平坦化表面8被形成为具有足够的厚度，由此可通过移动绝缘层6和剩余光阻部分7形成的阶梯部分来平坦化表面。 
最后，如图9所示，在光电二极管部分41中，在各个像素的光电二极管上方以此顺序形成彩色滤光片9和片上透镜10。 
应注意，出于在透镜处理过程中阻止彩色滤光片9受损，可在彩色滤光片9和片上透镜10之间形成光传输绝缘膜(未示出)。 
以此方式，可制造图1所示的CMOS固态摄像元件1。 
根据本实施例中图1所示的CMOS固态摄像元件1的结构，其中包含负的固定电荷的第一膜21形成在光电二极管部分41中，电荷聚集区域4形成于其中的硅衬底2上。其中包含负的固定电荷的第二膜22形成在其中包含负的固定电荷的第一膜21上，从而形成层压这两层21、22的其中包含负的固定电荷的膜23。 
在其中各自包含负的固定电荷的第一膜21和第二膜22的结合过程中获得了充分的负偏压效应。因此，由于存在各自包含负的固定电荷的第一膜21和第二膜22，宽带可以是弯曲的，这类似于图14A和图14B所示的 有关技术的示例。结果，在硅衬底2的界面附近形成了各个正电荷聚集区域5，使得各个正电荷聚集区域5中的正电荷(孔)聚集，从而使其可以抑制由界面状态引起的暗电流的发生。 
当通过使用如ALD法和MOVCD法等膜沉积速度相对较低的膜沉积方法形成带负的固定电荷的第一膜21时，可在形成第一膜21时阻止硅衬底受损。 
另外，因为第一膜21被形成为带负的固定电荷的第二膜22的基板，所以第一膜21可在形成带负的固定电荷的第二膜22的过程中阻止硅衬底2受损。 
带负的固定电荷的第一膜21由不同于制成带负的固定电荷的第二膜22的材料制成。 
结果，不同于专利文件2所述的有关技术的示例，相同材料不必通过利用两种不同的沉积方法层压，因而放松了对膜23(膜21、22)的材料的限制。 
因此，根据本发明的实施例，依照足够大的负偏压效应可以抑制由界面状态引起的暗电流的产生。因此，可以实现可靠度较高的、在不产生暗电流的情况下工作稳定的固态摄像元件1。 
另外，放松了对其中包含负的固定电荷的膜23(膜21、22)的限制。因此，也放松了对带负的固定电荷的膜23(膜21、22)的特性的限制。结果，可以增加固态摄像元件的设计自由度。 
应注意，在硅衬底上的硅外延层中也可形成构成光电二极管的电荷聚集区域4，替代了在图1所示的硅衬底中形成构成光电二极管的电荷聚集区域4。 
另外，应注意，相对于其中包含负的固定电荷的第二膜22的上层结构，和周边电路部分42的结构决不受限于上述实施例中的这些，因此可作出它们的各种更换。 
举例来说，亦可以采用如专利文件1所述的结构。 
尽管本实施例描述了与本发明应用于CMOS固态摄像元件的示例相对应的上文，但是本发明也可以应用于具有任何合适结构的固态摄像元件。 
举例来说，本发明也可应用于CCD固态摄像元件。在该示例中，通过使用等离子体形成的氧化硅膜，以及带负的固定电荷的膜依次形成在受光部分上，从而使其可以抑制由界面状态引起的暗电流的产生。 
另外，本实施例描述了与本发明应用于具有背面照射型结构的CMOS固态摄像元件的示例相对应的上文。 
然而，本发明也可应用于具有所谓的表面照射型结构的固态摄像元件中，其中布线层和转移电极形成在光电二极管形成于其中的半导体层的一侧，使得光入射在该侧上。 
＜3.试验(特性的测量) 
这里，类似于图1所示的固态摄像元件1的示例，通过使用ALD法形成带负的固定电荷的第一膜21，且在带负的固定电荷的第一膜21通过使用PVD法形成带负的固定电荷的第二膜22，以及检验所得层压结构的特性。 
(试验1) 
开始，在通过绝缘层形成在硅衬底上的各个电极层中的MOS电容器被制造为测试元件组(TEG)。 
同样地，使用下面层压结构的TEG被制造为MOS电容器的绝缘层。 
(1)通过使用ALD法形成具有10nm厚度的HfO2膜，且通过利用PVD法形成具有50nm厚度的HfO2膜。 
(2)通过使用ALD法形成具有10nm厚度的HfO2膜，且通过利用PVD法在HfO2膜上形成具有50nm厚度的Ta2O5膜。 
完成用于各个被制造的TEG的，使用D.C.的一般C-V特性(Qs-CV：准静态CV)的测量和使用高频的C-V特性(Hf-CV：高频CV)的测量。Qs-CV是以时间的线性函数的形式扫描栅电极的测试方法，从而获得在栅和衬底之间流动的位移电流。 
从Qs-CV特性的测量中获得低频区域中的电容C。 
另外，从Qs-CV的测量值和Hf-CV的测量值之间的差异获得界面状态密度Dit。 
电压Vg(V)和电容C(pF)之间的关系被示为图10A中的测量结果。 另外，图10B示出了图10A中的界面状态密度Dit和平能带电压Vfb(V)的大小。 
从图10A中应理解，当通过使用ALD法形成HfO2膜和通过使用PVD法在HfO2膜上形成Ta2O5膜时，可获得相似的平能带电压，而且与ALD法和PVD法彼此结合而形成HfO2膜的示例相比，其界面状态密度Dit稍微减小。 
(试验2) 
设计了模拟实际固态摄像元件1的结构，并且基于该模拟完成了计算。由此检验了入射光的波长与对该波长的敏感度大小之间的关系。 
被设计的结构为硅衬底膜(厚度：3μm)/SiO2膜(厚度：1nm)/通过ALD法形成的HfO2膜(厚度：10nm)/通过PVD法形成的氧化物膜/通过等离子CVD法形成的氧化硅膜(厚度：150nm)/平坦化膜(厚度：100nm)。 
两种类型的氧化物膜，例如，Ta2O5膜和HfO2膜被预备作为分别通过PVD法形成的氧化物膜。 
同样地，在完成该模拟的同时，改变了各个氧化物膜的厚度，从而获得各自具有最高敏感度的厚度。结果，当Ta2O5膜厚度为40nm，而HfO2膜厚度为50nm时，其敏感度达到最高。 
接着，图11示出了在各个膜具有最高敏感度的厚度下，取决于光波 的吸收系数的变化图。 
从图11中应理解，当使用Ta2O5膜时，在波长范围为450～550nm之间作一比较，其吸收系数增大，且在接近450nm时，HfO2膜的吸收系数比Ta2O5膜的吸收系数增大约10％。 
这就是说，应理解，当使用折射率相对较高的Ta2O5膜作为带负的固定电荷的第二膜时，在波长范围内其接收系数显著增加，因而增大了波长范围内的敏感度。 
＜4.摄像装置 
接着，将参考图11详细叙述根据本发明的另一实施例的摄像装置。 
图15示出了根据本发明的另一实施例的摄像装置构造的概要方框 图。 
例如，摄影机、数码相机、手机相机等作为另一实施例的摄像装置。 
如图15所示，摄像装置500具有包括固态摄像元件(未示出)的摄像部分501。用于汇聚入射光以映射与入射光504对应的图像的成像光学***502被设置在摄像部分501的前级。另外，具有用于驱动摄像部分501的驱动电路的信号处理部分503、用于将通过摄像元件中的光电转换而获得的信号处理成图像的信号处理电路等被连接至摄像部分501的后级。另外，通过在信号处理部分503中执行处理而获得的图像信号可存储在图像存储部分(未示出)中。 
在本发明另一实施例的摄像装置500中，上文参考图1所述的实施例中的CMOS固态摄像元件1用作为固态摄像元件。 
根据另一实施例的摄像元件500，其优点在于可记录高级图像，这是由于使用了依照充分的负偏压效应，可抑制暗电流的产生的CMOS固态摄像元件。 
应注意，本发明的摄像装置决不限于图15所示的构造，因而本发明可应用于只要使用本发明的摄像元件的摄像装置。 
举例来说，摄像元件可以具有被形成为一个芯片的构成，或者也可以具有摄像功能，以及摄像部分和信号处理部分或光学***全体被包于其中的模块状构成。 
本发明的摄像装置可例如应用于各种摄像装置，如相机和具有摄像功能的装置。另外，用语“摄像装置”包括指纹侦测装置或广义上的类似物。 
本发明决不限于上述实施例，因而，也可以在不违背本发明主旨的情况下采用各种组成。 

Claims (9)

1.一种固态摄像元件，其包括：
半导体层，光电二极管形成于其中，在所述光电二极管中实现光电转换；
带负的固定电荷的第一膜，且其在至少所述光电二极管形成于其中的区域中形成在所述半导体层上；以及
带负的固定电荷的第二膜，其由不同于制成所述带负的固定电荷的所述第一膜的材料制成，且形成在所述带负的固定电荷的第一膜上。
2.如权利要求1所述的固态摄像元件，其中所述带负的固定电荷的第二膜通过使用与所述带负的固定电荷的第一膜的膜沉积方法相比其膜沉积速度更高的膜沉积方法而形成。
3.如权利要求1所述的固态摄像元件，其中所述带负的固定电荷的第一膜是其中包含硅、铪、铝、钽、钛、钇和镧系元素的至少一种元素的绝缘层。
4.如权利要求1所述的固态摄像元件，其中所述带负的固定电荷的第二膜是其中包含硅、铪、铝、钽、钛、钇和镧系元素的至少一种元素的绝缘层。
5.一种制造固态摄像元件的方法，其包括：
用于在半导体层中形成光电二极管的制程；
用于在至少所述光电二极管形成于其中的区域中于所述半导体层上形成带负的固定电荷的第一膜的制程；
用于在所述带负的固定电荷的第一膜上，形成带负的固定电荷、且由不同于制成所述带负的固定电荷的第一膜的材料制成的第二膜的制程。
6.如权利要求5所述的制造固态摄像元件的方法，其中所述带负的固定电荷的第二膜通过使用与所述带负的固定电荷的第一膜的膜沉积方法相比其膜沉积速度更高的膜沉积方法形成。
7.如权利要求5所述的制造固态摄像元件的方法，其中硅、铪、铝、钽、钛、钇和镧系元素的至少一种元素包含于其中的绝缘材料用作所述带负的固定电荷的第一膜的材料。
8.如权利要求5所述的制造固态摄像元件的方法，其中硅、铪、铝、钽、钛、钇和镧系元素的至少一种元素包含于其中的绝缘材料用作所述带负的固定电荷的第二膜的材料。
9.一种固态摄像装置，其包括：
汇聚光学部分，其被构造为汇聚入射光；
固态摄像元件，其包括光电二极管形成于其中的半导体层，在所述光电二极管中实现光电转换；带负的固定电荷的第一膜，且其在至少所述光电二极管形成于其中的区域中形成在所述半导体层上；以及带负的固定电荷的第二膜，其由不同于制成所述带负的固定电荷的第一膜的材料制成，且形成在所述带负的固定电荷的第一膜上，固态摄像元件用以接收通过汇聚光学部分汇集的入射光，从而完成入射光的光电转换；以及
信号处理部分，其被构造为对通过在所述固态摄像元件中的光电转换而得到的信号进行处理。
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