TWI393251B - 固態成像裝置及製造固態成像裝置之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種固態成像裝置及一種製造一固態成像裝置的方法。特定言之，本發明係關於一種固態成像裝置，其中一半導體基板之一表面的一界面態可經補償，該半導體基板具有實行光電轉換的一感測器。
已知，在諸如一CCD或CMOS影像感測器的一固態成像裝置中，在該感測器中之晶體缺陷(由一光二極體及在介於該感測器與佈置於其上之一膜之間之一界面處的一界面態組成)成為產生暗電流的原因。一電洞累積二極體(HAD)結構係作為抑制歸因於該界面態(其係上述原因之一)的暗電流之產生的技術而為人所知。
圖8A繪示未應用該HAD結構的一種結構。在圖8A所示的結構中，用一絕緣膜205覆蓋直接形成於一半導體基板201之一表面側上的一感測器203之上部分。從而，歸因於一界面態(形成在介於該感測器203與該絕緣膜205之間之一界面處)而產生的電子以暗電流的形式流入該感測器203中。相比之下，圖8B繪示應用該HAD結構的一種結構。在圖8B中所示之結構中，由一P型擴散層組成的一電洞累積層207係設置於一感測器203上以覆蓋一半導體基板201之一表面，且一絕緣膜205係設置於該電洞累積層207上。從而，歸因於一界面態(介於組成該半導體基板之表面的該電洞累積層207與該絕緣膜205之間)而產生的電子在該電洞累積層中消失，由此防止暗電流的產生。
上述此種HAD結構可用於一CCD影像感測器或一CMOS影像感測器中。再者，該HAD結構不僅可應用至相關技術中的一表面照射型影像感測器中，亦可應用至一背表面照射型影像感測器(例如引用日本未審查專利申請公開案第2003-338615號)。
為形成上述電動累積層207，約700℃或更高之一高溫的一退火處理係必要的，以活化導入至該半導體基板201之一表面層中的一雜質。相應地，僅藉由以一400℃或更低之一溫度實行一程序而形成該電洞累積層207係困難的。此外，在700℃或更高之一高溫下的該退火處理中，一雜質擴散層出現在已形成的另一雜質層中。
再者，為有效讀取累積於該感測器203中之電荷，期望將該感測器203形成在該半導體基板201中之儘可能淺的一位置。相應地，期望形成在該感測器層203之上部的該電洞累積207具有一薄厚度以便滿足該期望。
但是，在該電洞累積層207之深度與歸因於界面態(在該HAD結構之表面處)的暗電流之間存在一利弊得失關係。相應地，减少該電洞累積層207之厚度係為增加該暗電流的一因素。此外，隨著該電洞累積層207之深度的减少，變動增加且由此對該暗電流中之一增加的一影響亦增加。
相應地，期望提供一種固態成像裝置，其中可減少歸因於一界面態的暗電流而無需設置由一雜質擴散層組成的一電洞累積層，藉此在一半導體基板中之一淺位置處設置一感測器以改良一電荷轉移效率，且提供一種製造該固態成像裝置的方法。
根據本發明之一實施例的一種固態成像裝置包含一感測器，該感測器包含一雜質擴散層且設置於一半導體基板之一表面層中；及一層氧化物絕緣膜，該氧化物絕緣膜含有碳且該氧化物絕緣膜係設置於該感測器上。該氧化物絕緣膜係設置為具有一固定負電荷且由一金屬氧化物或一矽基材料組成的一負電荷累積層。碳濃度較佳地為6×1019
原子/cm3
或更多。
在製造根據本發明之一實施例之一固態成像裝置的一種方法中，包含一雜質擴散層的一感測器係形成於一半島體基板之一表面層中，接著將含有碳的一層氧化物絕緣膜沈積於該感測器上。在此步驟中，藉由變化含有碳的一材料氣體之一流量比及沈積溫度而控制在該氧化物絕緣膜中之碳濃度。
在具有上述結構的固態成像裝置中，含有碳的氧化物絕緣膜係設置於感測器上。含有碳的氧化物絕緣膜作為具有一固定負電荷之一負電荷累積層。從而，藉由在基板上設置氧化物絕緣膜，藉由該氧化物絕緣膜中之負能帶彎曲效應，可有效地吸引正電荷至該半導體基板之表面側。從而，在該部分中形成一電洞累積層，由此補償界面態。再者，在該氧化物絕緣膜中之固定負電荷量係受控於碳濃度。據此，藉由一充分的能帶彎曲效應，可在該半導體之表面側上可靠地形成該電洞累積層。
如上所述，根據本發明之一實施例之固態成像裝置，藉由提供具有一足够負能帶彎曲效應(藉由控制碳濃度而獲得)之一氧化物絕緣膜，可在具有一感測器之一半導體基板之一表面層中可靠地形成一電洞累積層，且由此可補償界面態。據此，可藉由組成一HAD結構來防止暗電流及白點之產生，而無需在一感測器之一表面上設置由一雜質擴散層(其係藉由在一高溫下實行一熱處理而形成)組成之一電洞累積層。結果，可將該感測器設置於一半導體基板之一表面之一淺位置，藉此增加電荷至一浮動擴散部(其係佈置於該感測器之一側上，且一閘極電極係設置於該感測器與該浮動擴散部之間)之一轉移效率。
現將參考附圖詳細描述本發明之實施例。
圖1A係在應用根據本發明之一實施例之一固態成像裝置至一CMOS感測器的情況下，一像素之一相應零件的一橫截面圖。圖1B係圖1A之IB部分的一放大圖。繪示於圖1A及圖1B中之一第一實施例的一固態成像裝置1A具有以下結構。
在由N型單晶矽組成的一半導體基板101之一表面側上，舉例而言，設置渠溝元件隔離區域101a(淺渠溝隔離：STI)以隔離各像素區域。於該半導體基板101的表面側上在經該元件隔離區域101a隔離之各像素區域中設置一P井擴散層102。於該半導體基板101上圖案化形成一轉移閘極5且一閘極絕緣膜3介於該半導體基板101與該轉移閘極5之間，以便橫切該P井擴散層102。該閘極絕緣膜3可由(例如)一層氧化矽膜或具有一高介電常數的一膜(諸如氧化鉿)組成。該轉移閘極(閘極電極)5可由一多晶矽膜或一金屬材料構成。舉例而言，一絕緣側壁7係設置於具有上述結構的該轉移閘極7之各側壁上。雖然未在圖中示出，但是除了於該P井擴散層102上在各像素區域中設置該轉移閘極5之外，亦設置一重設閘極、一放大閘極等等。
在由上述轉移閘極5所分離的該像素區域之一側作為一光接收區域。一N型擴散層103係在該光接收區域內設置於該P井擴散層102之一表面側上。該P井擴散層102及該N型擴散層103組成一個二極體(感測器)D。在該二極體D中，經光電轉換而獲得的電荷係累積於該N型擴散層103中。相應地，該N型擴散層103作為一電荷累積層。
由一N型擴散層組成的一浮動擴散部105係設置於該轉移閘極5之另一側處且在該P井擴散層102的表面側上。
具有一驅動電路的一周邊區域(圖中未繪示)係佈置於一成像區四周，該成像區具有配置了上述結構之像素區域。組成該驅動電路的電晶體等等係配置在該周邊區域中。
包含該等元件隔離區域101a、該轉移閘極5、該二極體D、該浮動擴散部105，及組成該驅動電路之該等電晶體的該半導體基板101係用一層氧化物絕緣膜9A覆蓋。該氧化物絕緣膜9A含有碳，且相應地，設置該氧化物絕緣膜9A以作為具有一固定負電荷的一負電荷累積層。
在此第一實施例中，該氧化物絕緣膜9A係由一金屬氧化物組成。在金屬氧化物之間，本身具有一固定負電荷的一材料係較佳的。特定言之，在該等金屬氧化物之間，較佳地使用氧化鉿(HfO2
)、氧化鋯(ZrO2
)、氧化鋁(Al2
O3
)、氧化鈦(TiO2
)、氧化鉭(Ta2
O5
)。實際上已使用由上述材料之任一者組成的一層氧化物絕緣膜作為(例如)一絕緣閘極場效應電晶體之一閘極絕緣膜，且由此已建立其之一沈積方法。相應地，可容易形成由上述材料組成之氧化物絕緣膜9A。
含於該氧化物絕緣膜9A中之碳濃度較佳地為6×1019
原子/cm3
或更多。相應地，已於該氧化物絕緣膜9A中累積足夠量之固定負電荷。含於該氧化物絕緣膜中之該碳濃度之上限(例如5×1021
原子/cm3
或更少)係在其中該負電荷累積量可受控於該碳濃度的一範圍內。
圖2作為一實例繪示碳濃度(C濃度)與平帶電壓(Vfb)之間的關係，該碳濃度係為由氧化鉿(HfO2
)組成的一層氧化物絕緣膜9A之碳濃度。如圖表中所示，當該氧化物絕緣膜9A中之碳濃度為6×1019
原子/cm3
或更多時，平帶電壓(Vfb)可控制在0.3V或更多的一範圍內。相應地，可更可靠的累積一負固定電荷。另一方面，當該氧化物絕緣膜中之碳濃度為5×1021
原子/cm3
或更少時，該平帶電壓(Vfb)，即，負電荷累積量可受控於碳濃度。
應注意，此種氧化物絕緣膜9A在至少接觸該半導體基板101之側(即，在較低層中)上含有碳就已足夠，而較高層可能未含有碳。即，在該氧化物絕緣膜9A中，該碳濃度可具有一梯度，且在接觸該半導體基板101之側(即，在較低層中)上控制該碳濃度就已足够。
再者，如上所述，藉由設置該氧化物絕緣膜9A以作為一負電荷累積層，該半導體基板101係處於一電洞累積層107(其吸引正電荷)係形成於該二極體D之一表面層中的一狀態中。
再者，一光屏蔽膜13係設置於該氧化物絕緣膜9A上，同時(例如)具有一平坦表面的一絕緣膜11介於該光屏蔽膜13與該氧化物絕緣膜9A之間。該光屏蔽膜13係由具有一優良光吸收性質的一材料(諸如鎢)組成。該光屏蔽膜13具有在該二極體D上方之一開口13a且覆蓋除該開口13a之外的一區，藉此防止歸因於光入射至該區上(而非光入射至該二極體D上)的特徵變化。應注意，用該光屏蔽膜13覆蓋一些像素的二極體D。相應地，一影像中之黑階係由被該光屏蔽膜13所覆蓋的該二極體D之輸出決定。
再者，一彩色濾光層17係設置於該光屏蔽膜13上，且一平坦絕緣膜15介於該彩色濾光層17與該光屏蔽膜13之間，且用於光聚焦之一晶片上透鏡19係設置於該彩色濾光層17上。該彩色濾光層17及該晶片上透鏡19係圖案化於每一像素中。
接下來，參考圖3A至圖4B之橫截面程序圖，將描述一種製造繪示於圖1A及圖1B之固態成像裝置1A的方法。
首先，如圖3A所示，在由N型單晶矽組成的一半導體基板101的一表面側上形成渠溝元件隔離區域101a以隔離各像素區域。其次，藉由離子植入及隨後之熱處理而在該半導體101之表面側上在經隔離之各像素中形成一P井擴散層102。
隨後，在該半導體基板101上圖案化形成一轉移閘極5，且一閘極絕緣膜3介於該半導體基板101與轉移閘極5之間，以便橫切各像素區域(P井擴散層102)。在此步驟中，未示於圖中之一重設閘極、一放大閘極等等亦係由相同程序形成。隨後，視情況形成諸如一延伸區域的一擴散層，接著在該轉移閘極(閘極電極)5之各側壁形成一絕緣側壁7。
隨後，藉由離子植入及隨後之熱處理，而在被該轉移閘極5所分離之該P井擴散層102之一側的一表面層中形成一N型擴散層103。由此，在該半導體基板101之表面側上形成包含該P井擴散層102及該N型擴散層103的一個二極體D。藉由離子植入及隨後之熱處理，而在被該轉移閘極5所分離的該P井擴散之其他側的表面層中形成由一N型擴散層組成的一浮動擴散部105。再者，經如上所述之相同步驟，舉例而言，在一周邊區域(其佈置於配置了該等像素區域的一成像區四周)中形成組成一驅動電路的驅動電晶體。
接下來，如圖3B中所示，可在該半導體基板101上沈積一層氧化物絕緣膜9A，該半導體基板101上設置有該轉移閘極5、該二極體D、該浮動擴散部105，及該等驅動電晶體。
為形成上述含有碳且由一金屬氧化物組成的氧化物絕緣膜9A，較佳地利用使用一有機金屬氣體作為一材料氣體的一沈積方法。此種沈積方法之實例包含一金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)方法及一原子層沈積(ALD)方法。經利用此等方法，可形成抑制對該半導體基板101之破壞的一層氧化物絕緣膜9A。
再者，在沈積一層氧化物絕緣膜9A(其碳濃度具有如上所述之一梯度)中，首先實行藉由上述該MOCVD方法或該ALD方法的沈積，接著實行諸如一濺鍍方法之一物理氣相沈積(PVD)方法的沈積。藉由實行此種經一PVD方法的沈積，可增加該氧化物絕緣膜9A之整個層的一膜沈積速度。
作為一實例，用於ALD方法的沈積條件係如下：
用於沈積的基板溫度：200℃至500℃
有機金屬氣體流速：10至500sccm
有機金屬氣體的曝露時間：1至15sec。
臭氧流速：10至500sccm
臭氧曝露時間：10至500sccm。
同時，用於該MOCVD方法的沈積條件係如下：
用於沈積的基板溫度：200℃至600℃
在使用一有機金屬氣體的上述膜沈積方法中，藉由控制含有碳之材料氣體(有機金屬氣體)的流率比及控制沈積溫度而實行沈積，使得在該氧化物絕緣膜9A含有之碳濃度係在6×1019
至5×1021
原子/cm3
的範圍內。
用於隨後實行的該PVD方法的沈積條件係如下：
沈積室的壓強：0.01至50Pa
DC電源：500至2,000W
氩(Ar)流速：5至50sccm
氧(O2
)流速：5至50sccm
隨後，如圖3C中所示，在該氧化物絕緣膜9A上形成由氧化矽或類似物組成的一絕緣膜11。形成該絕緣膜11(例如)以便具有一平坦表面。接著在該絕緣膜11上形成由具有一優良光係數性質的一材料(諸如鎢(W))組成的一光屏蔽膜13。根據此結構，由於該氧化物絕緣膜9A係用該絕緣膜11覆蓋，可抑制由介於該氧化物絕緣膜9A與該光屏蔽膜13之間之直接接觸引起的一反應。
其次，如圖4A中所示，在該光屏蔽膜13中形成用於敞開對應於該二極體D之一位置的一開口13a。在此實施例中，使用作為一遮罩的(例如)一抗蝕圖案(圖中未繪示)而蝕刻圖案化該光屏蔽膜13，以在該二極體D上方形成該開口13a。在該步驟中，該絕緣膜11作為一蝕刻阻擋層，藉此防止該氧化物絕緣膜9A經受蝕刻。
其次，如圖4B中所示，形成一平坦絕緣膜15，該平坦絕緣膜15係用於減少歸因於該光屏蔽膜13之存在而造成的平坦度差異。該平坦絕緣膜15由(例如)氧化矽組成，且藉由塗佈而形成以便具有一平坦表面。
隨後，如圖1A中所示，圖案化形成一彩色濾光層17以便對應於在該平坦絕緣膜15上之各像素，並且在該彩色濾光層17上進一步形成一晶片上透鏡19。
在具有經上述(步驟)而獲得的繪示於圖1A及圖1B中之結構的固態成像裝置1A中，含有碳之氧化物絕緣膜9A係設置於二極體D上。含有碳之該氧化物絕緣膜9A作為具有一固定負電荷的一負電荷累積層。從而，藉由設置該氧化物絕緣膜9A於該感測器(二極體D)上，藉由該氧化物絕緣膜9A中之一負能帶彎曲效應，有效地吸引正電荷至半導體基板101之表面側。從而，在此部分中形成一電洞累積層107，且由此可補償一界面態。特定言之，該氧化物絕緣膜9A中之固定負電荷量係受控於參考圖2所述之碳濃度。相應地，藉由一有效的能帶彎曲效應，可在於該半導體基板101之表面側上可靠地形成該電洞累積層107。
據此，可藉由組成一HAD結構而防止暗電流及白點之產生，而無需在該二極體D之一表面上設置由一雜質擴散層(其係藉由在一高溫下實行一熱處理而形成)組成的一電洞累積層。結果，可將該二極體D設置於該半導體基板101之一表面中的一淺位置，藉此增加電荷至一浮動擴散部105(其係佈置於該感測器之一側上，且一閘極電極設置於該二極體D與該浮動擴散部105之間)的一轉移效率。
一第二實施例之一固態成像裝置在氧化物絕緣膜的結構上不同於參考圖1A及圖1B的第一實施例之固態成像裝置1A，而此等固態成像裝置之其他結構彼此係相同的。現將參考圖1A及圖1B描述第二實施例之一固態成像裝置1B之結構。
明確言之，在第二實施例之該固態成像裝置1B中，包含元件隔離區域101a、一轉移閘極5、一個二極體D、一浮動擴散部105，及組成一驅動電路的電晶體的一半導體基板101係用由一矽基材料組成的一層氧化物絕緣膜9B覆蓋。該氧化物絕緣膜9B含有碳，且相應地，如在第一實施例中，該氧化物絕緣膜9B係設置為具有一固定負電荷的一負電荷累積層。
該氧化物絕緣膜9B係由諸如二氧化矽的一矽基材料組成。在矽基材料之間，自身具有一固定負電荷的一材料係較佳的。明確言之，較佳地使用含有選自硼及磷的一雜質的一層氧化矽膜。其之明確實例包含含硼之氧化矽(硼矽玻璃(BSG))、含磷之氧化矽(磷矽玻璃(PSG))，及含硼及磷之氧化矽(硼磷矽玻璃(BPSG))。
圖5繪示不含一雜質的一層氧化矽膜(未經摻雜矽酸鹽玻璃(NSG)膜)、一BSG膜、一PSG膜及一BPSG膜中的平帶電壓(Vfb)。藉由使用僅改變含磷或硼之一膜沈積氣體的流率比且保持其他條件相同的一半常壓CVD(SA-CVD)方法而沈積此等膜之各者。沈積溫度為480℃。
如圖5中所示，與不含有一雜質的NSG膜相比，經證實在全部含有選自硼、磷等之一雜質的BSG膜、PSG膜，及BPSG膜中之平帶電壓(Vfb)係移向正側。結果顯示，藉由在一層氧化矽膜中導入選自硼、磷等等之一雜質，減少該膜中之一固定正電荷且增加一固定負電荷。此外，固定負電荷之此增加量在BPSG中為最大、在PSG中為第二大，在BSG中為第三大。但是，在此種矽基氧化物絕緣膜9B中之選自磷、硼等等之一雜質的含量係在0至10重量百分比的範圍內。
含於該氧化物絕緣膜9B中之碳濃度宜為6×1019
原子/cm3
或更多。據此，於該氧化物絕緣膜9B中累積足夠量的固定負電荷。含於該氧化物絕緣膜9B中之碳濃度的上限(例如5×1021
原子/cm3
或更少)係處於該負電荷累積量可受控於該碳濃度之一範圍內。
應注意，此種氧化物絕緣膜9B在至少接觸該半導體基板101之側(即，在較低層中)上含有碳就已足够，而較高層可能未含有碳。即，如在第一實施例中，於該氧化物絕緣膜9B中，該碳濃度可具有一梯度，且在接觸該半導體基板101之側(即，在較低層中)上控制該碳濃度就已足够。
如上所述，藉由設置該氧化物絕緣膜9B作為一負電荷累積層，該半導體基板101係處於一電洞累積層107(其吸引正電荷)係形成於該二極體D之一表面層中之一狀態中。
再者，如在第一實施例中，一光屏蔽膜13係設置於該氧化物絕緣膜9B上，且(例如)一絕緣膜11於其間具有一平坦表面。再者，一平坦絕緣膜15、一彩色濾光層17，及一晶片上透鏡19係以此次序設置於其上。
一種製造具有上述結構之第二實施例之固態成像裝置1B的方法可與參考橫截面程序圖3A至圖4B描述的第一實施例的固態成像裝置的製造方法相同，惟形成氧化物絕緣膜9B之步驟除外。
明確言之，首先，如圖3A中所示，在由N型單晶矽組成一半導體基板101之一表面側上形成渠溝元件隔離區域101a以隔離各像素區域。接著形成一P井擴散層102。隨後，圖案化形成一轉移閘極5，且一閘極絕緣膜3介於絕緣側壁7之間，以便橫切該P井擴散層102。接著在該轉移閘極5之各側壁上形成一絕緣側壁7。接下來，在被該轉移閘極5所分離的該P井擴散層102之一側的一表面層中形成一N型擴散層103，以形成包含該P井擴散層102及該N型擴散層103的一個二極體D。在被該轉移閘極5所分離的該P井擴散層的另一側的一表面層中形成由一N型擴散層組成的一浮動擴散部105。再者，在一周邊區域中(其佈置於配置了上述結構之像素區域的一成像區四周)形成組成一驅動電路的驅動電晶體。
接下來，如圖3B中所示，在半導體基板101上沈積一層氧化物絕緣膜9B，該半導體基板101上設置有轉移閘極5、二極體D、浮動擴散部105，及驅動電晶體。
為形成上述含有碳且由一矽基材料組成之該氧化物絕緣膜9B，利用使用一含碳氣體之四乙基矽烷氣體(TEOS)的一CVD方法。明確言之，較佳的利用使用臭氧(O3
)氣體與TEOS氣體的一SA-CVD方法。經利用該沈積方法，可形成抑制對該半導體基板101之破壞的一層氧化物絕緣膜9B，且再者，亦可達到一優良的埋入特性。
再者，在沈積一層氧化物絕緣膜9B(其碳濃度具有如上所述之一梯度)中，首先實行藉由上述使用TEOS氣體之該CVD方法的沈積，接著實行諸如一濺鍍方法之一物理氣相沈積(PVD)方法的沈積。藉由實行藉由一PVD方法的沈積，可增加該氧化物絕緣膜9A之全部層的一膜沈積速度。
在上述使用TEOS氣體的CVD方法中，藉由控制含有碳TEOS氣體之流率比及沈積溫度，實行沈積以使含於該氧化物絕緣膜9B中之碳濃度係處於6×1019
至5×1021
原子/cm3
的範圍內。
圖6係繪示當藉由使用TEOS氣體之一CVD方法沈積NSG時，沈積條件與該平帶電壓(Vfb)之間的關係的一圖表。在此實施例中，藉由使用變化沈積溫度或一O3
/TEOS流率比並且保持其他條件相同的一半常壓CVD(SA-CVD)方法的而實行沈積。出於比較，該圖表中亦繪示一熱氧化膜之平帶電壓(Vfb)。
亦如圖6中所示，經證實隨著沈積溫度的一降低及TEOS流率比的降低，該平帶電壓(Vfb)係移向正側。該結果呈現隨著該沈積溫度的降低及該TEOS流率比的增加，在該膜中之一固定正電荷減少了並且一固定負電荷增加了，並且此外，在該膜中之碳濃度亦增加。相應地，在使用TEOS氣體的CVD方法中，該氧化物絕緣膜9B中之碳濃度係受控於含有碳之TEOS氣體流率比及沈積溫度。
用於藉由此種使用TEOS氣體的CVD方法製得之矽基氧化物絕緣膜9B的沈積條件係設定為以下範圍：
用於沈積的基板溫度：200℃至350℃
TEOS流速：50至250mg/min。
O3
流速：250至10,000sccm
O3
/TEOS流率比：5至40
TEB(硼酸三甲酯)流率比：0至200mg/min。
TEPO(磷酸三乙酯)流率比：0至100mg/min。
相應地選擇沈積氣壓中之壓強、載體氣體之類型，及該載體氣體之流速。
隨後之步驟係如第一實施例中所實施。
明確言之，如圖3C中所示，在該氧化物絕緣膜9B上形成一絕緣膜11以便具有一平坦表面。在該絕緣膜11上進一步形成由具有一優良光吸收性質的一材料組成的一光屏蔽膜13。隨後，如圖4A所示，接著在該光屏蔽膜13中形成用於敞開對應於該二極體D之一位置的一開口13a。
其次，如圖4B中所示，形成一平坦絕緣膜15，該平坦絕緣膜15係用於減少歸因於該光屏蔽膜13之存在而造成的平坦度差異的一平坦絕緣膜15。
隨後，如圖1A中所示，圖案化形成一彩色濾光層17以便對應於在該平坦絕緣膜15上的各像素，並且在該彩色濾光層17上進一步形成一晶片上透鏡19。
在具有經上述(步驟)而獲得的繪示於圖1A及圖1B中之結構的固態成像裝置1B中，含有碳之氧化物絕緣膜9B係設置於二極體D上。含有碳之該氧化物絕緣膜9B作為具有一固定負電荷的一負電荷累積層。從而，藉由在該感測器(二極體D)上設置該氧化物絕緣膜9B，藉由該氧化物絕緣膜9B中之一負能帶彎曲效應，有效地吸引正電荷係至半導體基板101之表面側。從而，在此部份中形成電洞累積層107，並且可由此補償一界面態。特定言之，該氧化物絕緣膜9B中之固定負電荷量係受控於參考圖2所述之碳濃度。相應地，藉由一有效的能帶彎曲效應，可在該半導體基板101之表面側上可靠地形成該電洞累積層107。此外，藉由在該氧化物絕緣膜9B中導入諸如硼或磷之一雜質，可增加該氧化物絕緣膜9B中之該固定負電荷量，並且可更確定地形成該電洞累積層107。
相應地，如在第一實施例中，可藉由組成該HAD結構而防止暗電流之產生，而無需在該二極體D之一表面上設置由一雜質擴散層(其係藉由在一高溫下實行一熱處理而形成)組成的一電洞累積層。結果，可將該二極體D設置於一半導體基板之一表面中的一淺位置處，藉此增加電荷至一浮動擴散部105(其係佈置於該二極體D之一側處，並且該轉移閘極5設置於該二極體D與該浮動擴散部105之間)的一轉移效率。
圖7A及圖7B繪示第一實施例及第二實施例之一固態成像裝置的一修改。更明確言之，圖7A及圖7B繪示由一雜質擴散層組成之一正電荷累積層109係設置於一個二極體D之一表面上的一實例。其他結構係與該第一實施例及該第二實施例之固態成像裝置的結構相同。
設置於一固態成像裝置1A'或1B'中的正電荷累積層109係為藉由擴散一P型雜質於一半導體基板101之一頂面(例如，組成該二極體D之一N型擴散層103的一頂面)而形成的一層。
在製造具有上述結構之固態成像裝置1A'或1B'中，該二極體D係如參考第一實施例及第二實施例中之圖3A所描述而形成，並且接著藉由導入一P型擴散層於該二極體D之一表面中，實行形成該電洞累積層109的一步驟。可如該第一實施例及該第二實施例實行隨後步驟。
根據具有上述結構之該固態成像裝置1A'或1B'，藉由該氧化物絕緣膜9A或9B中之一負能帶彎曲效應，可增加由該雜質擴散層組成的該電洞累積層109中之固定正電荷量。相應地，即使當由該雜質擴散層組成之該電洞累積層109具有一低摻雜濃度並且該電洞累積層109之深度係淺的，由於該氧化物絕緣膜9A或9B中之一負能帶彎曲效應，可經由足夠量的固定電荷而防止暗電流之產生。
本申請案含有涉及揭示於2008年9月10日在日本專利局申請之日本優先專利申請案JP 2008-231780的標的物，其全部內容係以引用的方式併入本文中。
熟悉此項技術者應理解多種修改、組合、子組合及變化在隨附專利申請或其之等同均效物的範圍內可依設計需求及其他因素而出現。
3．．．閘極絕緣膜
5．．．轉移閘極
7．．．絕緣側壁
9A、9B．．．氧化物絕緣膜
11、205．．．絕緣膜
13．．．光屏蔽膜
13a．．．開口
15．．．平坦絕緣膜
17．．．彩色濾光層
19．．．晶片上透鏡
101、201．．．半導體基板
101a．．．渠溝元件隔離區域
102．．．P井擴散層
103．．．N型擴散層
105．．．浮動擴散部
107、109、207．．．電洞累積層
203．．．感測器層上部
圖1A及圖1B係說明第一實施例及第二實施例之固態成像裝置之結構的相應零件的橫截面圖；
圖2係繪示在氧化物絕緣膜中之碳濃度及平帶電壓(Vfb)之間的關係的圖表；
圖3A至圖3C係繪示製造第一實施例及第二實施例之固態成像裝置的方法的橫截面程序圖(第一部分)；
圖4A及圖4B係繪示製造第一實施例及第二實施例之固態成像裝置的方法的橫截面程序圖(第二部分)；
圖5係繪示在多種矽基氧化物絕緣膜中的平帶電壓(Vfb)的圖表；
圖6係繪示矽基氧化物絕緣膜的沈積濃度與平帶電壓(Vfb)之間的關係的圖表；
圖7A及圖7B係說明第一實施例及第二實施例之修改的相應零件的橫截面圖；及
圖8A及圖8B係說明在相關技術中的固態成像裝置之結構的相應零件的橫截面圖。
3．．．閘極絕緣膜
5．．．轉移閘極
7．．．絕緣側壁
9A、9B．．．氧化物絕緣膜
11．．．絕緣膜
13．．．光屏蔽膜
13a．．．開口
15．．．平坦絕緣膜
17．．．彩色濾光層
19．．．晶片上透鏡
101．．．半導體基板
101a．．．渠溝元件隔離區域
102．．．P井擴散層
103．．．N型擴散層
105．．．浮動擴散部
Claims (25)
- 一種固態成像裝置，其包括：一第一擴散層，其係在一氧化絕緣膜及一第二擴散層之一部分之間，該氧化絕緣膜包含碳，其中該第一擴散層為一第一傳導類型，該第二擴散層為一第二傳導類型，其中在該氧化絕緣膜中碳之數量係向該第一擴散層增加。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中該第二擴散層之另一部分係在該第一傳導類型的一浮動擴散部分及該第一擴散層之間。
- 如請求項2之固態成像裝置，其中一閘極絕緣膜係在該第二擴散層之該另一部分及一轉移閘極之間。
- 如請求項3之固態成像裝置，其中該閘極絕緣膜為一氧化矽膜或一氧化鉿膜。
- 如請求項3之固態成像裝置，其中該轉移閘極為一多晶矽膜或一金屬材料。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中一不同絕緣膜係在該氧化絕緣膜和一平坦絕緣膜之間，一彩色濾光層係在該平坦絕緣膜及一晶片上透鏡之間。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中該第一擴散層係物理接觸該第二擴散層及該氧化絕緣膜。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中該第二擴散層係在該第二傳導類型之一基板及該第一擴散層之間。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中該第一傳導類型為N類型及該第二傳導類型為P類型。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中該第一傳導類型之傳導性係與該第二傳導類型之傳導性相反。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中該氧化絕緣膜中之碳之一濃度為至少6×1019 原子/cm3 。
- 如請求項11之固態成像裝置，其中碳之該濃度至多為5×1021 原子/cm3 。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中該氧化絕緣膜為一金屬氧化物。
- 如請求項13之固態成像裝置，其中該金屬氧化物係來自由氧化鉿、氧化鋯、氧化鋁、氧化鈦、及氧化鉭所組成之群組。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中該氧化絕緣膜係由一矽基材料所組成。
- 如請求項15之固態成像裝置，其中該矽基材料為氧化矽。
- 如請求項15之固態成像裝置，其中該矽基材料包含硼。
- 如請求項15之固態成像裝置，其中該矽基材料包含磷。
- 一種製造一固態成像裝置之方法，其包括：在一第二傳導類型之一第二擴散層中形成一第一傳導類型之一第一擴散層；在該第一擴散層上形成一氧化絕緣膜，該氧化絕緣膜包含碳， 其中在形成該氧化絕緣膜時控制一材料氣體之一流量比，該材料氣體包含碳。
- 如請求項19之方法，其中在形成該氧化絕緣膜時控制一沉積溫度。
- 如請求項19之方法，其中該第一傳導類型為N類型及該第二傳導類型為P類型。
- 如請求項19之方法，其中該第一傳導類型之傳導性係與該第二傳導類型之傳導性相反。
- 如請求項19之方法，其中該第二擴散層係在該第二傳導類型之一基板和該第一擴散層之間。
- 如請求項19之方法，其中該第一擴散層係在該第二擴散層和該氧化絕緣膜之間。
- 如請求項19之方法，其中在該氧化絕緣膜中之一數量之碳向該第一擴散層增加。
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