固體攝像裝置及其制造方法
【專利摘要】實施方式所涉及的固體攝像裝置具有：第1導電型的第1半導體層；光電二極管區域，在所述第1半導體層表面形成有第2導電型的第2半導體層；第1層間絕緣膜，形成于所述第1半導體層上及所述光電二極管區域上；第1固定電荷膜，形成于所述第1層間絕緣膜上，具有所述第2導電型的電荷；1層或多層第2層間絕緣膜，形成于所述第1固定電荷膜上；以及第2固定電荷膜，形成于所述第2層間絕緣膜上，具有所述第2導電型的電荷。
【專利說明】固體攝像裝置及其制造方法
[0001]關聯申請
[0002]本申請享受以日本專利申請2015-52394號(申請日:2015年3月16日)為基礎申請的優先權。本申請通過參照該基礎申請而包含基礎申請的全部的內容。
技術領域
[0003]本發明的實施方式涉及固體攝像裝置及其制造方法。
【背景技術】
[0004]近年來，開發出了各種利用半導體工藝制造的CMOS圖象傳感器等固體攝像裝置。這種固體攝像裝置針對二維陣列狀排列的每個像素形成有受光部。各像素的受光部具有由例如形成于P型硅層的N型半導體層構成的光電二極管區域。通過入射到各像素的受光部的光，在光電二極管區域蓄積與光量對應的電荷。
[0005]在P型硅層上形成層間絕緣膜，在該層間絕緣膜上形成例如布線層、接觸區域。在這些層間絕緣膜、布線層、接觸區域上形成保護膜，在保護膜上形成平坦化膜。在平坦化膜上形成濾色器層，在濾色器上配置微透鏡，針對每個像素使入射光聚光于受光部。濾色器例如使R(紅)、G(綠)、B(藍)色光透射后入射到各像素的受光部。通過入射了不同顏色光的多個像素，檢測顏色的成分并實現彩色化。
[0006]但是，硅層的光電二極管區域與層間絕緣膜的界面(以下，稱為H)界面)通過對光電二極管區域施加電壓而耗盡。這樣，由于因硅層與層間絕緣膜的不連續性而產生的ro界面的界面能級的影響，容易流動漏電流(暗電流)。為了抑制該暗電流的產生，有時采用在層間絕緣膜上形成具有負的極性的固定電荷膜的方法。通過固定電荷膜將硅層的空穴向PD界面拉近并將ro界面充滿，從而防止ro界面的耗盡，抑制暗電流的產生。
[0007]然而，在半導體工藝中的切割工序等對于固體攝像裝置的表面的工序、組裝工序等中，有時ro界面帶電。即使在出廠后，ro界面也帶有例如正電時，固定電荷膜的負電場被中和，固定電荷膜對ro界面的負電場的作用變小，空穴不易被誘導到ro界面。由此，PD界面的空穴密度降低，局部地發生耗盡，變得無法抑制暗電流。
[0008]此外，保護膜具有在被例如靜電等施加比較大的電壓時將所施加的電壓的一部分充電的性質。在對保護膜施加例如急劇地變化的正電壓時，即使在出廠后保護膜也保持正電荷。在固定電荷膜的電場被由保持于保護膜的電荷產生的電場抵消時，由固定電荷膜產生的向ro界面誘導空穴的作用受抑制，PD界面會耗盡，產生暗電流不均。
【發明內容】
[0009]實施方式的目的在于，提供能夠阻止ro界面的耗盡并抑制暗電流的產生的固體攝像裝置及其制造方法。
[0010]實施方式提供一種固體攝像裝置，該固體攝像裝置具有:第I導電型的第I半導體層；光電二極管區域，在所述第I半導體層表面形成有第2導電型的第2半導體層；第I層間絕緣膜，形成于所述第I半導體層上及所述光電二極管區域上；第I固定電荷膜，形成于所述第I層間絕緣膜上，具有所述第2導電型的電荷；1層或多層第2層間絕緣膜，形成于所述第I固定電荷膜上；以及第2固定電荷膜，形成于所述第2層間絕緣膜上，具有所述第2導電型的電荷。
[0011]此外，實施方式提供一種固體攝像裝置的制造方法，在該固體攝像裝置的制造方法中，形成光電二極管區域，該光電二極管區域是在第I導電型的第I半導體層表面形成第2導電型的第2半導體層的區域，在所述第I半導體層上及所述光電二極管區域上形成第I層間絕緣膜，在所述第I層間絕緣膜上形成具有所述第2導電型的電荷的第I固定電荷膜，在所述第I固定電荷膜上形成I層或多層第2層間絕緣膜，在所述第2層間絕緣膜上形成具有所述第2導電型的電荷的第2固定電荷膜。
【附圖說明】
[0012]圖1是用于對第I實施方式所涉及的固體攝像裝置的截面形狀的概略進行說明的說明圖。
[0013]圖2是對第I實施方式中的固體攝像裝置的制造方法進行表示的流程圖。
[0014]圖3是對固定電荷膜的膜厚與白缺陷的產生量的關系進行表示的圖表。
[0015]圖4A及圖4B是用于對本實施方式中的暗電流的抑制效果進行說明的說明圖。
[0016]圖5是用于對本發明的第2實施方式所涉及的固體攝像裝置的截面形狀的概略進行說明的說明圖。
[0017]圖6是用于對第2實施方式中的暗電流的抑制效果進行說明的說明圖。
【具體實施方式】
[0018]實施方式的固體攝像裝置具有:第I導電型的第I半導體層；光電二極管區域，在所述第I半導體層表面形成有第2導電型的第2半導體層；第I層間絕緣膜，形成于所述第I半導體層上及所述光電二極管區域上；第I固定電荷膜，形成于所述第I層間絕緣膜上，具有所述第2導電型的電荷；1層或多層第2層間絕緣膜，形成于所述第I固定電荷膜上；以及第2固定電荷膜，形成于所述第2層間絕緣膜上，具有所述第2導電型的電荷。
[0019]以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細地說明。
[0020](第I實施方式)
[0021]圖1是用于對第I實施方式所涉及的固體攝像裝置的截面形狀的概略進行說明的說明圖。
[0022]實施方式中的固體攝像裝置由排列成矩陣狀的多個像素構成。各像素具備光電二極管，蓄積通過入射光而光電變換后的電荷，并輸出基于所蓄積的電荷的電平的像素信號。通過將各像素矩陣狀排列，獲得I個畫面的圖像信號。
[0023]圖1是對各像素的截面形狀進行說明的圖，示出了鄰接的3個像素的結構。實施方式示出了使用電子作為電荷的例子，但即使在使用空穴作為電荷的情況下也能夠同樣地構成。另外，在圖1中，關于布線層、接觸層、接觸孔、遮光膜等，省略圖示。
[0024]在P型的硅層11上，按每個像素形成有形成了 N型半導體層的光電二極管區域
12。光電二極管區域12從硅層11的表面一直形成到規定的深度，各光電二極管區域12具有在N型半導體層內蓄積各像素的電荷(在實施方式中為電子)的功能。在該光電二極管區域12及硅層11的表面上，整面地形成有層間絕緣膜13。
[0025]在實施方式中，在層間絕緣膜13上，整面地形成有具有負的固定電荷的第I固定電荷膜14(斜線部)。并且，在實施方式中，在第I固定電荷膜14上，層疊有層間絕緣膜15、保護膜16及層間絕緣膜17，在層間絕緣膜17上整面地形成有具有負的固定電荷的第2固定電荷膜18(斜線部)。
[0026]在第2固定電荷膜18上形成Si02等層間絕緣膜22后，形成有濾色器層19，濾色器層19對應于各像素被著色為例如紅(R)、綠(G)及藍(B)。在濾色器層19上，隔著平坦化層20形成有微透鏡21。通過微透鏡21及濾色器層19，來自被拍攝體的顏色光向各像素入射。
[0027]如后所述，第2固定電荷膜18具有與第I固定電荷膜14 一起對尤其是由表面充電等導致的暗電流的產生進行抑制的功能。
[0028]接下來，參照圖2對圖1的固體攝像裝置的制造方法進行說明。圖2是對第I實施方式中的固體攝像裝置的制造方法進行表示的流程圖。
[0029]首先，準備作為硅層11的P型的硅基板(步驟SI)，通過例如離子注入，在各像素區域形成光電二極管區域12(步驟S2)。另外，也可以是，在半導體基板上并不直接形成光電二極管區域，而通過阱等半導體層形成硅層11，并在該半導體層中形成光電二極管區域。例如，通過磷等離子的注入，將N型半導體層一直形成到硅層11的規定位置，形成光電二極管區域12。接下來，在步驟S3中，通過例如CVD(化學氣相成長法)、ALD(原子層沉積法)等，在硅層11及光電二極管區域12的整個表面上形成S12(氧化硅)膜等層間絕緣膜13。
[0030]接下來，在步驟S4中，通過例如CVD、ALD等，在層間絕緣膜13的表面上形成具有負的固定電荷的第I固定電荷膜14。作為第I固定電荷膜14的材料，例如采用氧化鉿(Hf02)、氧化鉭(Ta205)等。
[0031]接下來，在步驟S5中，通過例如CVD、ALD等，在第I固定電荷膜14的表面上形成Si02膜等層間絕緣膜15。接下來，在步驟S6中，通過例如CVD、ALD等，在層間絕緣膜15的表面上形成SiN(氮化硅)膜等保護膜16。另外，保護膜16具有捕獲氫而抑制暗電流的產生的效果。接下來，在步驟S7中，通過例如CVD、ALD等，在保護膜16的表面上形成S1J莫等層間絕緣膜17。
[0032]在實施方式中，在接下來的步驟S8中，通過例如CVD、ALD等，在層間絕緣膜17的表面上形成具有負的固定電荷的第2固定電荷膜18。作為第2固定電荷膜18的材料，例如采用氧化鉿(Hf02)、氧化鉭(Ta205)等。
[0033]接下來，在步驟S9中，通過例如CVD、ALD等，在第2固定電荷膜18上形成Si02等層間絕緣膜22。層間絕緣膜22是為了防止電荷從第2固定電荷膜18脫離而設置的。接下來，在步驟SlO中，通過使彩色抗蝕劑在規定的圖案上曝光，由此形成濾色器層19。接下來，在步驟Sll中，在濾色器層19上形成了平坦化層20后，形成微透鏡21。
[0034](作用)
[0035]在這樣構成的固體攝像裝置中，通過第I及第2固定電荷膜14、18，與表面充電等無關地，能夠可靠地抑制暗電流的產生。
[0036]但是，為了提高暗電流的抑制效果，考慮將具有負的固定電荷的固定電荷膜的膜厚加厚的方法。此外，也考慮通過層疊多個固定電荷膜，從而結果將固定電荷膜的膜厚加厚的方法。然而，僅僅將固定電荷膜的膜厚加厚，無法提高對由暗電流引起的白缺陷等的產生進行抑制的效果。
[0037]圖3是對固定電荷膜的膜厚與白缺陷的產生量的關系進行表示的圖表。另外，圖3示出了作為電源電壓而賦予2.8V的情況下所產生的白缺陷的個數。
[0038]在裝置A、B用的基板上，形成有層間絕緣膜即a(nm)厚的Si02膜。裝置A在該Si02膜上以13nm的膜厚形成有固定電荷膜即HfOx膜。另一方面，裝置B在Si02膜上以7nm的膜厚形成有固定電荷膜即HfOx膜。裝置A、B中的任一個都在HfOx膜上形成有d(nm)厚的保護膜即SiN膜。
[0039]如圖3所示，Si02膜的膜厚是共同的，此外，SiN膜的膜厚也是共同的。與此相對，裝置A、B的固定電荷膜即HfOx膜的膜厚不同，相對于裝置A的膜厚13nm，裝置B的膜厚7nm較小。在圖3中示出了如下情況，即固定電荷膜的膜厚較大的裝置A中產生的白缺陷的個數是1037個，微小白缺陷的個數是2221個，與此相對，固定電荷膜的膜厚較小的裝置B中產生的白缺陷的個數是586個，微小白缺陷的個數是1807個。
[0040]白缺陷的產生認為是由于暗電流。這樣，在裝置A、B的例子中，示出了僅僅將固定電荷膜的膜厚加厚的話無法抑制成為白缺陷的根源的暗電流。根據該理由，在實施方式中，并不僅僅將膜厚加厚，還用二層構成固定電荷膜，并且在這些固定電荷膜彼此的層間配置氧化硅膜、氮化硅膜等層間絕緣膜，從而能夠抑制表面充電，能夠防止光電二極管界面的耗盡，能夠抑制暗電流。
[0041]圖4A及圖4B是用于對實施方式中的暗電流的抑制效果進行說明的說明圖。圖4A是對關聯技術中暗電流產生的理由進行說明的圖，圖4B是對第I實施方式能夠抑制暗電流的產生的理由進行說明的圖。
[0042]圖4A表示關聯技術的固體攝像裝置，并代替圖4B所示的第I實施方式的固體攝像裝置的層間絕緣膜17及第2固定電荷膜18而形成有層間絕緣膜25的固體攝像裝置。圖4A的固體攝像裝置通過固定電荷膜14將空穴33從硅層11向H)界面拉近。然而，在制造時等在固體攝像裝置的表面帶有正電荷31而進行表面充電、或正電荷32被保護膜16捕獲。這些正電荷31、32作用于固定電荷膜14，將固定電荷膜14的負電荷部分地中和。關于在固定電荷膜14中電荷被中和的部分，不能獲得將空穴向H)界面拉近的效果，如圖4A所示，在H)界面的一部分產生不存在空穴33的區域。S卩，該區域被耗盡，產生暗電流。
[0043]與此相對，實施方式中的固體攝像裝置在第I固定電荷膜14上隔著層間絕緣膜
15、保護膜16及層間絕緣膜17而形成有第2固定電荷膜18。該第2固定電荷膜18不僅是捕獲在制造時等所帶電的正電荷31的功能，而且能夠抑制保護膜16中產生正電荷。由此，通過這些正電荷31、32，防止第I固定電荷膜14被中和。這樣，實施方式中的第I固定電荷膜14具有將空穴34向H)界面的整面拉近的效果。由此，在H)界面的整個區域防止耗盡，暗電流的產生得以抑制。實施方式為了捕獲在表面附近產生的正電荷31、32，因此第2固定電荷膜18形成在距表面近的濾色器19與層間絕緣膜17之間。然而，第2固定電荷膜18的形成位置不限定于實施方式。通過在距產生的正電荷近的位置形成第2固定電荷膜18，能夠獲得更好的效果。
[0044]因為采用了這樣隔著層間絕緣膜15、保護膜16及層間絕緣膜17設置第1、第2固定電荷膜14、18的結構，所以與僅僅將固定電荷膜14的膜厚加厚的情況相比，能夠提高正電荷31、32的捕獲效果，能夠可靠地防止H)界面的耗盡。此外，如實施方式那樣固定電荷膜被Si02等層間絕緣膜夾著，從而能夠保持固定電荷膜的電場，因此能夠進一步捕獲正電荷。
[0045]另外，在圖1中，對在第1、第2固定電荷膜14、18相互間夾著層間絕緣膜15、保護膜16及層間絕緣膜17這3層的例子進行了說明，但不限于3層，如果隔著I個或多個層間絕緣膜(一般而言保護膜也是層間絕緣膜)，則認為能夠獲得同樣的效果。
[0046]這樣在本實施方式中，為了阻止H)界面的耗盡并抑制暗電流的產生而形成第I固定電荷膜。并且，鑒于僅僅將第I固定電荷膜的膜厚加厚的話無法提高白缺陷的抑制效果這一情況，在第I固定電荷膜上隔著I或多個層間絕緣膜形成第2固定電荷膜，并通過第2固定電荷膜捕獲由表面充電等引起的電荷，從而通過第I固定電荷膜可靠地阻止耗盡，并抑制暗電流的產生。由此，能夠抑制白缺陷等的產生而獲得高畫像質量的攝像圖像。
[0047](第2實施方式)
[0048]圖5是用于對本發明的第2實施方式所涉及的固體攝像裝置的截面形狀的概略進行說明的說明圖。在圖5中對與圖1相同的結構要素標注同一附圖標記并省略說明。
[0049]實施方式中的固體攝像裝置與第I實施方式的不同點在于，代替圖1的保護膜16、層間絕緣膜17及第2固定電荷膜18，而形成有第2固定電荷膜41 (斜線部)、層間絕緣膜42及保護膜43。
[0050]S卩，在實施方式中，在第I固定電荷膜14上隔著層間絕緣膜15而形成有第2固定電荷膜41。在第2固定電荷膜41上，層疊有層間絕緣膜42及保護膜43，在保護膜43上形成有濾色器層19。保護膜43具有作為平坦化膜的功能，并且具有捕獲氫并抑制暗電流的產生的效果。
[0051]即使在實施方式中，第2固定電荷膜41也具有抑制由于表面充電等而產生暗電流的功能。
[0052]接下來，參照圖6對這樣構成的實施方式的作用進行說明。圖6是用于對第2實施方式中的暗電流的抑制效果進行說明的說明圖。
[0053]在實施方式中，通過第I及第2固定電荷膜14、41，與表面充電等無關地，能夠可靠地抑制暗電流的產生。實施方式中的固體攝像裝置，在第I固定電荷膜14上隔著層間絕緣膜15而形成有第2固定電荷膜41。該第2固定電荷膜41具有捕獲在制造時等所帶電的正電荷31、32的功能。由此，防止這些正電荷31、32對第I固定電荷膜14的中和。這樣，實施方式中的第I固定電荷膜14具有將空穴34向在H)界面的整面拉近的效果。由此，在PD界面的整個區域防止耗盡，暗電流的產生得以抑制。
[0054]這樣第2實施方式也能夠獲得與第I實施方式同樣的效果。
[0055]在上述實施方式中，以通過光電效應蓄積電荷的所謂的N型光電二極管為例進行了說明，但在是蓄積空穴的P型光電二極管的情況下也能夠通過使用具有正的極性的固定電荷膜而獲得實施方式的效果。
[0056]對本發明的幾個實施方式進行了說明，但這些實施方式是作為例子提示的，意圖不是限定發明的范圍。這些新的實施方式能夠以其他的各種方式實施，在不脫離發明的主旨的范圍內，能夠進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及其變形包含于發明的范圍及主旨，并且包含于專利請求的范圍所記載的發明及其均等的范圍。
【主權項】
1.一種固體攝像裝置，其特征在于，具有: 第I導電型的第I半導體層； 光電二極管區域，在所述第I半導體層表面形成有第2導電型的第2半導體層； 第I層間絕緣膜，形成于所述第I半導體層上及所述光電二極管區域上； 第I固定電荷膜，形成于所述第I層間絕緣膜上，具有所述第2導電型的電荷； I層或多層第2層間絕緣膜，形成于所述第I固定電荷膜上；以及 第2固定電荷膜，形成于所述第2層間絕緣膜上，具有所述第2導電型的電荷。2.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于， 所述第2層間絕緣膜包括包含氮的絕緣膜。3.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，還具有: I層或多層第3層間絕緣膜，形成于所述第2固定電荷膜上；以及 濾波器層及微透鏡，形成于所述I層或多層第3層間絕緣膜上。4.如權利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于， 所述第I及第2固定電荷膜被包含硅氧化膜在內的絕緣膜夾著。5.一種固體攝像裝置的制造方法，其特征在于， 形成光電二極管區域，該光電二極管區域是在第I導電型的第I半導體層表面形成了第2導電型的第2半導體層的區域， 在所述第I半導體層上及所述光電二極管區域上形成第I層間絕緣膜， 在所述第I層間絕緣膜上形成具有所述第2導電型的電荷的第I固定電荷膜， 在所述第I固定電荷膜上形成I層或多層第2層間絕緣膜， 在所述第2層間絕緣膜上形成具有所述第2導電型的電荷的第2固定電荷膜。6.如權利要求5所述的固體攝像裝置的制造方法，其特征在于， 形成包含保護膜的多個層，作為所述第2層間絕緣膜。7.如權利要求5所述的固體攝像裝置的制造方法，其特征在于， 在所述第2固定電荷膜上形成I層或多層第3層間絕緣膜， 在所述I層或多層第3層間絕緣膜上形成濾波器層及微透鏡。
【文檔編號】H01L27/146GK105990382SQ201510535605
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年8月27日
【發明人】荒川賢, 荒川賢一
【申請人】株式會社東芝