专利名称：固体摄像器件、其制造方法以及电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体摄像器件、制造所述固体摄像器件的方法以及电子装置。具体而言，本发明涉及可防止光电转换特性劣化的固体摄像器件、制造该固体摄像器件的方法以及电子装置。
背景技术：
在数码相机及数码摄像机等中广泛使用例如互补金属氧化物半导体·(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)图像传感器及电荷稱合器件(chargecoupled device, (XD)等固体摄像器件。近年来，固体摄像器件的像素尺寸已日益减小,且因此进入单位像素的光子数目也减少。因此，固体摄像器件的灵敏度及信噪(S/N)比已显示出下降的趋势。在典型的固体摄像器件中，已使用其中红色像素、绿色像素及蓝色像素彼此相邻地排列于平面上的像素阵列(例如使用原色滤色器的拜耳(Bayer)阵列)。在此种使用滤色器的固体摄像器件的红色像素中，绿光及蓝光无法穿过滤色器并因此无法用于光电转换，从而造成灵敏度的损失。此外，当由像素插补(interpolation)产生彩色信号时,会出现伪色(false color)。此种灵敏度的损失及伪色的出现已通过如下方式解决采用由三个在垂直方向上堆叠的光电转换层构成的像素结构来形成一个像素。采用此种结构的固体摄像器件可从一个像素获得三种颜色的光电转换信号。例如，未经审查的日本专利申请公开公报第2003-332551号(专利文献I)揭示了如下一种传感器其中，用于检测绿光并响应所检测的绿光产生信号电荷的光电转换单元设置于娃基板上方，并且用于检测蓝光及红光的两个光电二极管堆叠于所述娃基板内部。还提出一种背面照射型固体摄像器件，即如下摄像器件其中，将电路形成表面设置于光接收表面的相反侧上，具有将一种颜色的光电转换膜设置于硅基板上方并将另外两种颜色的光电转换单元设置于所述硅基板中的结构。具体而言，未经审查的日本专利申请公开公报第2011-29337号(专利文献2)揭示了一种其中形成有有机光电转换层的背面照射器件。由于在无机光电转换单兀与有机光电转换单元之间无电路或布线形成，因此，可减小同一像素中的无机光电转换单元与有机光电转换单元之间的距离。因此，可抑制各颜色的F值依赖性，并可抑制不同颜色间灵敏度的变化。基本上，如专利文献I所述，光电转换单元包括第一电极膜、由堆叠的有机材料构成的光电转换膜、以及多层式第二电极膜。未经审查的日本专利申请公开公报第2007-81137号(专利文献3)及第2010-62380号(专利文献4)揭示了此种器件结构。例如，专利文献4揭示了光电转换单元的一种结构，其包括下电极，形成于层间绝缘膜上；光电转换层，覆盖所述下电极并具有向下开口的倒置字母U形状的截面；以及上电极，覆盖所述光电转换层以从外部密封所述光电转换层。根据此种结构，光电转换层由覆盖下电极的侧表面的侧表面部及覆盖下电极的上表面的上表面部构成，且光电转换层向上突出。如专利文献4所述，有机光电转换膜优选地具有高的取向可控性。然而，在专利文献4所揭示的结构中，有机光电转换膜在下电极的侧壁部处的取向不同于其在下电极的上表面部处的取向，这会造成光电转换特性的劣化
发明内容
鉴于上述情况，根据本发明，将避免光电转换特性的劣化。 根据本发明的实施例，提供一种固体摄像器件，其包括半导体基板以及位于所述半导体基板上方的光电转换层。所述光电转换层包括下电极，其侧表面被绝缘膜绝缘；光电转换膜，位于所述下电极上；以及上电极，所述上电极与所述下电极将所述光电转换膜夹置于其间。所述下电极的上表面低于所述绝缘膜的上表面。根据本发明的另一实施例，提供一种用于制造固体摄像器件的方法，所述固体摄像器件包括半导体基板及位于所述半导体基板上方的光电转换层。所述方法包括在所述半导体基板上形成层间绝缘膜；在所述层间绝缘膜上形成下电极；在所述层间绝缘膜及所述下电极上形成绝缘膜，并使所述绝缘膜平坦化，以暴露出所述下电极；在所述下电极上形成光电转换膜；以及形成上电极，以使所述光电转换膜位于所述上电极与所述下电极之间。在此种方法中，在使所述绝缘膜平坦化时，所述下电极的上表面被形成为低于所述绝缘膜的上表面。根据本发明的再一实施例，提供一种用于制造固体摄像器件的方法，所述固体摄像器件包括半导体基板及位于所述半导体基板上方的光电转换层。所述方法包括在所述半导体基板上形成层间绝缘膜；在所述层间绝缘膜上形成绝缘膜，所述绝缘膜在待形成下电极的区域中具有开口 ；在所述层间绝缘膜及所述绝缘膜上形成用以形成所述下电极的电极膜，并使所述电极膜平坦化，以暴露出所述绝缘膜并从而形成所述下电极；在所述下电极上形成光电转换膜；以及形成上电极，使得所述光电转换膜位于所述下电极与所述上电极之间。在此种方法中，在使所述电极膜平坦化时，所述下电极的上表面被形成为低于所述绝缘膜的上表面。根据本发明的再一实施例，提供一种包括固体摄像器件的电子装置。所述固体摄像器件包括半导体基板及位于所述半导体基板上方的光电转换层。所述光电转换层包括下电极，其侧表面被绝缘膜绝缘；光电转换膜，位于所述下电极上；以及上电极，所述上电极与所述下电极将所述光电转换膜夹置于其间。所述下电极的上表面低于所述绝缘膜的上表面。根据这些实施例，可避免光电转换特性的劣化。
图I为显示一个实施例的固体摄像器件的结构的示例的剖面图；图2为用于制造固体摄像器件的第一种方法的第一步骤的剖面图；图3为第二步骤的剖面图；图4为第三步骤的剖面图；图5为第四步骤的剖面图；图6为第五步骤的剖面图；图7为第六步骤的剖面图； 图8为第七步骤的剖面图；图9为第八步骤的剖面图；图10为第九步骤的剖面图；图11为显示用于使绝缘膜平坦化的工艺的另一示例的图；图12A及图12B示出了当下电极具有突出的结构时所执行的工艺；图13为用于制造固体摄像器件的第二种方法的第十步骤的剖面图；图14为第i^一步骤的剖面图；图15为第十二步骤的剖面图；图16为第十三步骤的剖面图；图17A至图17C为用于描述侵蚀的图；图18A至图18C为用于描述凹陷(dishing)的图；以及图19为显示安装于电子装置中的成像系统的示例性构造的方框图。
具体实施例方式现在将参照附图来详细地阐述应用本发明的技术的各具体实施例。图I为显示固体摄像器件的第一实施例的结构的示例的剖面图。图I显示固体摄像器件11的一个像素及其附近部分的截面。固体摄像器件11包括按自底部向上的顺序堆叠的半导体元件基板21、层间绝缘膜22以及光电转换层23。固体摄像器件11为背面照射式CMOS传感器，其中光入射至背面(图I中朝上的表面)，所述背面与半导体元件基板21的堆叠有布线层的前表面相反。传输晶体管24B及24G、其他晶体管(图中未显示)、以及其中堆叠有多个布线层(其间有层间绝缘膜)的多层配线层(图中未显示)堆叠于半导体元件基板21的前表面侧上。例如逻辑电路等外围电路(图中未显示)形成于固体摄像器件11的外围区域中，所述外围区域位于其中形成有像素阵列的区域外部。光电转换单元31B及31R、浮动扩散区32B及32G、电荷储存单元33、溢出屏障34、接触部35、离子注入插头36、接触部37及绝缘膜38形成于半导体元件基板21中。光电转换单元3IB以能够使光电转换单元3IB有效地将蓝光转换成电信号的深度形成于半导体元件基板21的背面侧附近。光电转换单元31B从此区域朝半导体元件基板21的前表面延伸。通过使用光电转换单元31B对蓝光进行光电转换而产生的电荷经由传输晶体管24B而被传输至浮动扩散区32B并被读出。传输晶体管24B被布置成邻近如下区域即光电转换单元31B的延伸至半导体元件基板21的前表面附近的部分所处的区域。传输晶体管24B形成于半导体元件基板21的前表面的绝缘膜上。浮动扩散区32B被形成为与半导体元件基板21的前表面相接触，并位于与光电转换单元31B隔开的位置处，浮动扩散区32B与光电转换单元31B之间有传输晶体管24B。半导体元件基板21中的光电转换单元31R位于比形成有光电转换单元31B处更深的位置处。光电转换单元31R形成于其深度能够有效地将红光转换成电信号的区域中，并将红光转换成电信号。应注意，图中省略了用于读出光电转换单元31R中所产生的电荷的传输晶体管及浮动扩散区。电荷储存单元33储存通过使用后文所述的光电转换层23将绿光转换成电信号而产生的电荷。电荷储存单元33经由溢出屏障34及接触部35而连接至半导体元件基板21的背面。电荷储存单元33延伸至半导体元件基板21的前表面附近的区域。溢出屏障34形成于电荷储存单元33与接触部35之间。溢出屏障34用作当由光电转换层23所产生的电荷流入电荷储存单元33中时的屏障。接触部35为与半导体元件基板21的背面相接触的N+型区域，并连接至形成于层间绝缘膜22中的导电膜41b。·储存于电荷储存单元33中的电荷经由传输晶体管24G而被传输至浮动扩散区32G并被读出。传输晶体管24G被布置成邻近如下区域，即电荷储存单元33形成于半导体元件基板21的前表面附近的区域。传输晶体管24G设置于半导体元件基板21的前表面上的绝缘膜上。浮动扩散区32G被形成为与半导体元件基板21的前表面相接触，并位于与电荷储存单元33隔开的位置处，浮动扩散区32G与电荷储存单元33之间有传输晶体管24G。离子注入插头36为穿透半导体元件基板21的P型区域。光电转换层23的接触金属层55的电位经由离子注入插头36而通过基板(图中未显示)固定。接触部37为与半导体元件基板21的背面相接触的P+型区域，并连接至层间绝缘膜22中的导电膜41a。绝缘膜38围绕离子注入插头36及接触部37而形成，以使离子注入插头36及接触部37与半导体元件基板21绝缘。层间绝缘膜22将半导体元件基板21与光电转换层23绝缘。层间绝缘膜22包括两层，即，绝缘膜22-1及绝缘膜22-2。导电膜41a至41c及导电插头42a、42b形成于层间绝缘膜22中。导电膜41a至41c均形成于绝缘膜22-1中的接触孔中，并位于层间绝缘膜22_1与层间绝缘膜22-2之间的界面处，并用作导电插头及遮光膜。换言之，导电膜41a至41c由遮光材料构成，例如，其被形成为暴露出期望透射光的区域同时覆盖剩余的区域。因此，穿过开口部的光照射半导体元件基板21内部的光电转换单元31B及31R。导电膜41a连接至接触部37，且导电膜41b连接至接触部35。导电插头42a及42b形成于绝缘膜22_2中的接触孔中。导电插头42a连接至导电膜41a及下电极52a。导电插头42b连接至导电膜41b及下电极52b。换言之,下电极52a经由导电插头42a及导电膜41a而连接至接触部37，且下电极52b经由导电插头42b及导电膜41b而连接至接触部35。光电转换层23是通过将绝缘膜51、下电极52a及52b、有机光电转换膜53、上电极54及接触金属层55堆叠而形成。绝缘膜51堆叠于层间绝缘膜22上以使下电极52a与下电极52b之间绝缘。
下电极52a为将导电插头42a连接至接触金属层55的电极。下电极52b为连接至有机光电转换膜53的下表面的透明电极。在下电极52b与上电极54之间施加电压，以使有机光电转换膜53中产生的电荷传输至电荷储存单兀33。下电极52b的上表面低于绝缘膜51的上表面，从而形成凹陷结构。下电极52b的整个上表面与有机光电转换膜53相接触，而其侧表面则完全被绝缘膜51覆盖。有机光电转换膜53接收特定波长范围内的光并将所述光转换成电信号。在图I所不的不例中，有机光电转换膜53将绿光转换成电信号。上电极54为连接至有机光电转换膜53的上表面的透明电极。上电极54的一部分被接触金属层55覆盖。接触金属层55对上电极54施加经由离子注入插头36而从半导体元 件基板21的前表面侧提供的特定电压。具有此种构造的固体摄像器件11具有其中下电极52b的上表面低于绝缘膜51的上表面的凹陷结构。因此，有机光电转换膜53仅与下电极52b的上表面相接触。这利于控制有机光电转换膜53的取向，且因此可改良光电转换特性。现在将参照图2至图11来阐述用于制造固体摄像器件11的第一种方法。图2显示第一步骤。在第一步骤中，光电转换单元31B及光电转换单元31R以交叠的方式形成于半导体元件基板21内部。电荷储存单元33、溢出屏障34及接触部35也通过一个堆叠于另一个之上而形成于半导体元件基板21内部。浮动扩散区32B、浮动扩散区32G、离子注入插头36、接触部37及绝缘膜38B也形成于半导体元件基板21内部。然后，将支撑基板附接至多层配线层(图中未显示)，并去除硅及SiO2 (二氧化硅)膜以暴露出薄硅层的背面(在图2中朝上的表面)。图3示出第二步骤。在第二步骤中，在半导体元件基板21的背面上形成绝缘膜22-1。绝缘膜22_1优选地具有小的界面态，以减少相对于构成半导体元件基板21的硅层的界面态，并抑制从硅层与绝缘膜22-1之间的界面产生暗电流。因此，可使用包括氧化铪(HfO2)膜及SiO2膜的多层式膜作为绝缘膜22-1,所述氧化铪膜是通过原子层沉积(atomic layer deposition,ALD )法形成的，且所述SiO2膜是通过等离子体增强化学气相沉积(chemical vapordeposition, CVD)法形成的。绝缘膜22_1可具有通过任何其他膜形成技术形成的其他结构。图4示出第三步骤。在第三步骤中，在绝缘膜22-1中形成接触孔61a至61c。接触孔61a穿透绝缘膜22-1并到达接触部37。接触孔61b穿透绝缘膜22-1并到达接触部35。随后形成导电膜，以掩埋接触孔61a至61c并覆盖绝缘膜22-1，并被部分处理以仅在期望光被遮蔽的部分保留导电膜。于是，形成导电膜41a至41c。优选地将由势垒金属(B卩，钛(Ti)、氮化钛(TiN)及钨(W))构成的多层膜用于导电膜41a至41c，这是因为导电膜41a至41c将与半导体元件基板21相接触并用作遮光膜。导电膜41a至41c的结构及材料也可为任何其他结构及材料。图5示出第四步骤。
在第四步骤中，例如通过等离子体增强CVD法形成SiO2膜，以覆盖绝缘膜22-1及导电膜41a至41c,并随后通过化学机械研磨(chemical mechanical polishing, CMP)法使其平坦化以形成绝缘膜22-2。图6示出第五步骤。在第五步骤中，在绝缘膜22-2中形成接触孔62a及62b，并形成导电插头42a及42b以填充接触孔62a及62b。例如通过如下方式形成导电插头42a及42b :沉积氮化钛及钨的多层膜，随后通过CMP法去除剩余在绝缘膜22-2上的不需要的钨及氮化钛。图7示出第六步骤。在第六步骤中，在绝缘膜22-2上形成下电极52a及52b。由于下电极52b用于透射光，因此，例如，通过如下方式形成下电极52b :派射沉积氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)膜、以光刻方式将ITO膜图案化、以及干法蚀刻或湿法蚀刻经图案化的膜。可用于形成下电极52a及52b的材料的示例除ITO之外还包括基于氧化锡的材料，例如SnO2 (包含掺··杂剂);基于氧化锌的材料，例如氧化锌铝(掺杂有Al的ZnO，例如ΑΖ0)、氧化锌镓(掺杂有Ga的Zn。，例如GZ0),以及氧化锌铟(掺杂有In的Zn。，例如IZ0)；CuI ；InSbO4 ；ZnMgO ；CuIn02 ；MgIN2O4 ；CdO ;以及 ZnSnO30图8显示第七步骤。在第七步骤中，在下电极52a、52b及绝缘膜22_2上形成绝缘膜51’。绝缘膜51’例如由通过等离子体增强CVD技术形成的SiO2膜构成。图9示出第八步骤。在第八步骤中，例如通过CMP技术使绝缘膜51’平坦化，以形成暴露出下电极52a及52b的绝缘膜51。在现有技术中众所周知的是，当使用例如CMP等平坦化技术时，通常会出现凹陷、侵蚀及其他问题，并因此使下电极52b的上表面与绝缘膜51的上表面不位于同一高度处。例如，如图9的放大部分所示，下电极52b的上表面低于绝缘膜51的上表面，从而形成凹陷结构。优选地，下电极52b的上表面相对于绝缘膜51的上表面的深度d尽可能小。具体而言，深度d为50nm以下，且优选地为20nm以下。该结构可为任何其他结构，只要下电极52b的上表面不从绝缘膜51的上表面突出即可。例如，下电极52b的上表面与绝缘膜51的上表面可处于基本上相同的高度。CMP的条件如下。使用市售的氧化物膜CMP磨料对绝缘膜51’进行研磨，直到暴露出下电极52a及52b。可通过在暴露出下电极52a及52b时研磨台的电机电流的变化来检测研磨的结束时刻。因此，可在所述时刻结束研磨。例如，通过以80rpm的板转速、4psi的研磨压力、以及150ccm/min的磨料流速来使用特定的研磨板而执行CMP。因此,获得其中下电极52b的上表面低于绝缘膜51的上表面的凹陷结构。图10示出第九步骤。在第九步骤中，在下电极52b及绝缘膜51上形成有机光电转换膜53，且在有机光电转换膜53上形成上电极54。具体而言，通过如下方式形成有机光电转换膜53及上电极54 :在下电极52a、52b及绝缘膜51的整个表面上形成由用于有机光电转换膜53的材料构成的膜，在所述膜上形成由用于上电极54的材料构成的膜，以光刻方式将所述膜图案化，以及干法蚀刻所述膜。因此，形成如下结构其中下电极52b的整个上表面与其上面的有机光电转换膜53相接触，且下电极52b的侧表面被绝缘膜51覆盖。例如，通过真空气相沉积喹吖啶酮而形成有机光电转换膜53。如上述专利文献3中所述，有机光电转换膜53可具有如下多层式结构其中底涂层膜、电子阻挡膜、光电转换膜、空穴阻挡膜、空穴阻挡缓冲膜、以及功函数调整膜堆叠于下电极上。有机光电转换膜53优选地包含有机P型半导体及有机η型半导体中的至少一种。有机P型半导体及有机η型半导体的示例包括喹吖啶酮衍生物、萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、丁省衍生物、芘衍生物、茈衍生物以及荧蒽衍生物。也可使用例如苯乙炔、芴、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲基吡啶、噻吩、乙炔及丁二炔等聚合物及其衍生物。用于有机光电转换膜53的材料的其他示例包括金属络合物颜料、青蓝颜料、部花青颜料、苯基氧杂蒽颜料、三苯甲烧颜料、若丹菁(rhodacyanine)颜料、咕吨颜料、大环氮杂轮烯颜料、甘菊环颜料、萘醌、蒽醌颜料、蒽、稠合多环芳香族化合物(例如芘)、通过稠合芳香环化合物或杂环化合物而获得的链状化合物、具有作为结合链的克酮酸次甲基基团及 方酸鎗基团的喹啉、含氮杂环化合物(例如苯并噻唑及苯并恶唑)、以及通过方酸鎗基团及克酮酸次甲基基团连接的菁类颜料。金属络合物颜料的优选示例包括二硫基金属络合物颜料、金属酞菁颜料、金属卟啉颜料以及钌配合物颜料。尤其优选的是钌配合物颜料。然而，有机光电转换膜53的材料并非仅限于上述这些材料。上电极54为透明的，并通过例如溅射沉积ITO而形成。上电极54的材料可为ITO或任何其他材料。所述材料的示例包括基于氧化锡的材料，例如SnO2 (包含掺杂剂);基于氧化锌的材料，例如氧化锌铝(掺杂有Al的ZnO，例如ΑΖ0)、氧化锌镓(掺杂有Ga的ZnO，例如 GZ0)、以及氧化锌铟(掺杂有 In 的 ZnO，例如 IZO) ；CuI ； InSbO4 ；ZnMgO ；CuIn02 ；MgIN204 ；CdO ;以及 ZnSn03。在第九步骤之后，如图I所示，接触金属层55被形成为连接至下电极52a并覆盖上电极54的上表面的一部分。接触金属层55例如可由钨、钛、氮化钛或铝等构成。也可采用这些材料之外的材料。在形成接触金属层55之后，进一步形成钝化膜、平坦化膜、片上透镜以及其他相关组件(图中未显示)。根据上述第一种方法，可形成具有其中下电极52b的上表面低于绝缘膜51的上表面的凹陷结构的固体摄像器件11。固体摄像器件11为如下示例其中光电转换单元31B及光电转换单元31R形成于半导体元件基板21内部，且有机光电转换膜53位于半导体元件基板21上方。然而，也可采用任何其他构造。在参照图9所阐述的第八步骤中，阐述了其中使用CMP技术使绝缘膜51平坦化的示例。作为另一选择，可通过任何其他技术来使绝缘膜51平坦化。现在将参照图11来阐述用于使绝缘膜51平坦化的其他技术的示例。例如，在图8所示的第七步骤中绝缘膜51’形成于下电极52a、52b及绝缘膜22_2上之后，如图11所示，形成具有平的上表面的抗蚀剂层63。随后将抗蚀剂层63及绝缘膜51’回蚀至形成其中下电极52b的上表面低于绝缘膜51的上表面的凹陷结构。干法蚀刻抗蚀剂层63及绝缘膜51’的条件如下。例如，可通过以如下方式使用平行板等离子体蚀刻装置而形成上述凹陷结构对上电极施加60MHz的频率且对下电极施加2MHz的频率，使用IOOmTorr的CF4/02气体，为上电极供应1000W的功率且为下电极供应500W的功率，以及将抗蚀剂层/氧化膜的选择比调整至大约为I。在某些情形中，通过使绝缘膜51平坦化而暴露出的下电极52b不会形成图9所示的凹陷结构。换言之，在某些情形中，下电极52b的上表面不低于绝缘膜51的上表面。例如，如图12A所示，当形成突出的结构时，对下电极52b进一步进行湿法蚀刻或干法蚀刻，例如，以形成图12B中所示的凹陷结构。用于湿法蚀刻下电极52b的工艺的示例包括通过使用化学溶液(例如，经稀释的氢氟酸、盐酸或草酸)去除用于下电极52b的材料的 工艺。也可通过使用感应耦合等离子体(inductively coupled plasma, ICP)蚀刻装置或容性稱合等离子体(capacitivelycoupled plasma, CCP)蚀刻装置以 Cl2IOsccm/Ar IOOsccm 气体、IO11 原子 /cm3 的等离子体密度及300V偏压来干法蚀刻下电极52b。可将用于蚀刻突出的下电极52b的工艺应用于上述第一种方法中及下述第二种方法中。不论在平坦化工艺中是否已执行CMP或干法蚀刻，均可应用蚀刻突出的下电极52b的工艺。现在将参照图13至图16来阐述用于制造固体摄像器件11的第二种方法。首先，执行与参照图2至图6所阐述的第一至第五步骤相同的步骤，以形成图6所示的结构。换言之，形成如下结构其中形成有导电膜41a至41c及导电插头42a、42b的层间绝缘膜22堆叠于半导体元件基板21上，半导体元件基板21中形成有光电转换单元31B及 31R。图13显示第五步骤之后的第十步骤。在第十步骤中，例如，由SiO2膜构成的绝缘膜51”形成于层间绝缘膜22的整个表面上，所述SiO2膜通过等离子体增强CVD等形成。图14示出第^^一步骤。在第十一步骤中，在绝缘膜51”中，在与待形成有下电极52a及52b的区域相对应的位置处，形成沟槽开口 64a及64b。沟槽开口 64a及64b通过光刻或干法蚀刻而形成。于是，形成用于绝缘下电极52a与52b的绝缘膜51。图15示出第十二步骤。在第十二步骤中，通过溅射方法在层间绝缘膜22及绝缘膜51的整个表面上形成作为形成下电极52a及52b的材料的下电极膜52’。用于形成下电极膜52’(即，下电极52a及52b)的材料与在第六步骤中参照图7所述的材料相同。图16显示第十三步骤。在第十三步骤中，例如，通过CMP技术将绝缘膜51上的下电极膜52’的不需要的部分去除，以形成下电极52a及52b。如在图16的放大部分中所示，与第一种方法中一样，形成凹陷结构，在所述凹陷结构中下电极52b的上表面低于绝缘膜51的上表面。优选地,下电极52b的上表面相对于绝缘膜51的上表面的深度d尽可能小。具体而言，深度d优选地为50nm以下，且更优选地为20nm以下。该结构可为任何其他结构，只要下电极52b的上表面不从绝缘膜51的上表面突出即可。例如，下电极52b的上表面与绝缘膜51的上表面可位于基本上相同的高度。CMP的条件如下。使用市售的包含ITO蚀刻剂的硅石磨料对下电极膜52’进行研磨，直到下电极膜52’中暴露出绝缘膜51。可通过在下电极膜52’中暴露出绝缘膜51时研磨台的电机电流的变化来检测研磨的结束时刻。因此，可在所述时刻结束研磨。例如，通过使用特定的研磨板以80rpm的板转速、4psi的研磨压力、以及150ccm/min的磨料流速来执行CMP。因此，获得其中下电极52b的上表面低于绝缘膜51的上表面的凹陷结构。作为另一选择，可通过使用利用蚀刻气体的回蚀技术而非CMP技术来执行下电极膜52’的去除。干法蚀刻的条件如下。S卩，以Cl2 IOsccm/ArlOOsccm气体、IO11原子/cm3的等离子体密度及300V偏压使用ICP蚀刻装置或CCP蚀刻装置。与第一种方法一样，也可使用第二种方法制造具有其中下电极52b的上表面低于绝缘膜51的上表面的凹陷结构的固体摄像器件11。如以上第八步骤(图9)及第十三步骤(图16)所述，当使用例如CMP等平坦化技术时，会出现凹陷、侵蚀及其他问题，并因此使下电极52b的上表面与绝缘膜51的上表面不处于同一高度，从而导致凹陷结构的形成。换言之，形成于固体摄像器件11中的凹陷结构可能是在平坦化工艺期间出现凹陷、侵蚀等的结果。 现在将参照图17A至图17C来阐述侵蚀。图17A显示通过如下方式形成的结构74 :将绝缘膜72堆叠于基板71上，在绝缘膜72中形成接触孔，并用布线材料73填充所述接触孔。其中触点及布线密集形成的密集部位于图17A的左半边，且其中触点及布线稀疏的稀疏部位于图17A的右半边。当对结构74采用例如CMP等平坦化技术以暴露出绝缘膜72时，理想的结果为图17B中所示的结构，其中绝缘膜72的上表面与布线材料73的上表面位于同一高度处并且是平的。然而，在实际平坦化工艺中，如图17C所示，其中密集地设置有触点及布线的密集部全部产生凹痕。此种现象是密集部整体遭受厚度减小的侵蚀。相比而言，在触点及布线稀疏的稀疏部中，布线材料73的上表面变得低于绝缘膜72的上表面，但不会出现影响整个稀疏部的大的凹痕(侵蚀)。接下来，将参照图18A至图18C来阐述凹陷。图18A显示通过如下方式形成的结构84 :将绝缘膜82堆叠于基板81上，在绝缘膜82中形成宽的接触孔，并使用布线材料83填充所述宽的接触孔。通过例如CMP等平坦化技术而使结构84平坦化，以暴露出绝缘膜82。理想的结果是图18B所示的结构，其中绝缘膜82的上表面及布线材料83的上表面位于同一高度处并且是平的。然而，在实际平坦化工艺中，金属CMP磨料对绝缘膜具有低的研磨率，因此将单独进行对布线材料83 (其为金属)的研磨。因此，在研磨宽的布线的情形中，当使用板研磨宽的布线时会出现厚度减小(凹陷)。在用于制造固体摄像器件11的方法中，此种侵蚀及凹陷可能会产生其中下电极52b的上表面低于绝缘膜51的上表面的凹陷结构。当形成此种凹陷结构时，可改良固体摄像器件11的光电转换特性。根据专利文献4中所揭示的结构，在下电极的边缘部将出现电场集中，且在侧壁部中将出现光电转换膜的覆盖范围劣化。专利文献3中所述的技术会出现同样的情况。相比之下，根据固体摄像器件11，可抑制此种电场集中及覆盖范围劣化，并因此可抑制光电转换器件中的暗电流且可控制耐电压劣化。专利文献2提出了一种通过形成绝缘膜而减少下电极之间的间隙的技术。根据此种技术，通过用光敏材料形成绝缘膜或通过借助具有锥形的抗蚀剂掩模回蚀刻二氧化硅(SiO2)膜(通过CVD技术形成)而给予绝缘膜所需的锥角(优选地为30°以下)，并随后形成有机光电转换膜。然而，根据此种结构，下电极的开口的区域小，有机光电转换膜与下电极之间的接触区域减小，且电子输出效率低。形成绝缘膜将增大从上方的片上透镜到硅基板的高度。为提高硅中的光电转换单元的灵敏度，优选地使从片上透镜到硅基板的高度减小。相比之下，固体摄像器件11可使下电极52b与有机光电转换膜53之间的接触区域最大化，并因此提高输出效率。此外，由于可减小从片上透镜(图中未显示)至半导体元件基板21的闻度，因此可提闻灵敏度。
可使用由无机材料构成的膜来替换固体摄像器件11的有机光电转换膜53。无机光电转换材料的示例包括结晶娃、非晶娃、铜铟镓硒(copper indium galliumdiselenide, CIGS)、铜铟硒(copper indium diselenide, CIS)、黄铜矿结构半导体以及复合半导体(例如GaAs )。在采用垂直型分光技术之外的技术的情形中，下电极52b可为金属电极而非透明电极。例如，当需要具有小的功函数的材料时，可采用如下材料j^nLa、Er、Y、Yb、Zn、Ce、Sc、Pb、Mg、Mn、Al、Ag、Hf、Ta、Ti、Zr、V或包含这些材料中至少一者的硅化物膜、硅氮化物膜或碳化物膜。相反地，当需要具有高的功函数的材料时，可采用如下材料例如W、Ti、Ta、Cr、Ru、Rh、Co、Pb、Ni、Re、Ir、Pr、Mo、Au或包含这些材料中至少一者的硅化物膜、硅氮化物膜或碳化物膜。尽管固体摄像器件11具有一个有机光电转换膜53，然而也可设置两个有机光电转换膜53，并可在半导体元件基板21内部形成一个光电转换单元31。可将上述固体摄像器件11应用于各种类型的电子设备，例如，如数码相机及数码摄像机等成像系统、具有摄像功能的移动电话以及具有摄像功能的其他器件。图19示出了安装于电子装置中的成像系统的构造的示例的方框图。如图19所示，成像系统101包括光学系统102、摄像器件103、信号处理电路104、显示器105以及存储器106，并可捕获静止的图像或动态的图像。光学系统102由一个或多个透镜构成，其将来自目标的图像光(入射光)引导至摄像器件103，并使图像形成于摄像器件103的光接收表面(传感器部)上。使用具有任何上述示例性构造的固体摄像器件11作为摄像器件103。响应于经由光学系统102而形成于光接收表面上的图像，在摄像器件103中储存电子达特定的时间段。随后将与储存于摄像器件103中的电子相对应的信号提供至信号处理电路104。信号处理电路104对从摄像器件103输出的信号电荷执行各种类型的信号处理。通过在信号处理电路104中执行信号处理而获得的图像(图像数据)被提供至显示器105中并被显示、或者被提供至存储器106并储存(记录)于存储器106中。具有此种构造并包括固体摄像器件11作为摄像器件103的成像系统101可实现改良的图像品质。可将固体摄像器件11应用于前照射式CMOS固体摄像器件或CCD固体摄像器件而非背面照射式CMOS固体摄像器件。
本文所揭示的技术可采用以下构造。(I) 一种固体摄像器件，其包括半导体基板以及位于所述半导体基板上方的光电转换层，所述光电转换层包括下电极，其侧表面被绝缘膜绝缘；光电转换膜，其位于所述下电极上；以及 上电极，所述上电极与所述下电极将所述光电转换膜夹在中间，其中，所述下电极的上表面低于所述绝缘膜的上表面。
(2)根据(I)所述的固体摄像器件，其中，所述下电极的所述上表面与所述光电转换膜完全接触，且所述下电极的所述侧表面被所述绝缘膜完全覆盖。(3)根据(I)或(2)所述的固体摄像器件，其中，所述下电极及所述上电极为光学透明的，且分别由氧化铟锡、氧化锡、基于氧化锌的材料、CuI, InSbO4, ZnMgO, CuInO2,MgIN2O4, CdO 或 ZnSnO3 形成。本发明的实施例不限于上述实施例，可在不背离本发明的范围的条件下进行各种修改。
权利要求
1.一种固体摄像器件，其包括半导体基板以及位于所述半导体基板上方的光电转换层， 所述光电转换层包括 下电极，其侧表面被绝缘膜绝缘； 光电转换膜，其位于所述下电极上；以及 上电极，所述上电极与所述下电极将所述光电转换膜夹在中间， 其中，所述下电极的上表面低于所述绝缘膜的上表面。
2.根据权利要求I所述的固体摄像器件，其中，所述下电极的所述上表面与所述光电转换膜完全接触，且所述下电极的所述侧表面被所述绝缘膜完全覆盖。
3.根据权利要求I所述的固体摄像器件，其中，所述下电极及所述上电极为光学透明的，且各自由氧化铟锡、氧化锡、基于氧化锌的材料、&11、11^04、21^0、(1111102、1%爪204、〇(10或ZnSnO3形成。
4.一种用于制造固体摄像器件的方法，所述固体摄像器件包括半导体基板及位于所述半导体基板上方的光电转换层，所述方法包括以下步骤 在所述半导体基板上形成层间绝缘膜； 在所述层间绝缘膜上形成下电极； 在所述层间绝缘膜及所述下电极上形成绝缘膜，并使所述绝缘膜平坦化，以暴露出所述下电极； 在所述下电极上形成光电转换膜；以及 形成上电极，以使所述光电转换膜位于所述上电极与所述下电极之间， 其中，在使所述绝缘膜平坦化时，所述下电极的上表面被形成为低于所述绝缘膜的上表面。
5.根据权利要求4所述的制造固体摄像器件的方法，其中，在所述层间绝缘膜及所述下电极上形成绝缘膜之后，在所述绝缘膜上形成抗蚀剂层，然后蚀刻所述绝缘膜和所述抗蚀剂层，以使所述绝缘膜平坦化并暴露出所述下电极。
6.一种用于制造固体摄像器件的方法，所述固体摄像器件包括半导体基板及位于所述半导体基板上方的光电转换层，所述方法包括以下步骤 在所述半导体基板上形成层间绝缘膜； 在所述层间绝缘膜上形成绝缘膜，所述绝缘膜在待形成下电极的区域中具有开口 ； 在所述层间绝缘膜及所述绝缘膜上形成用于形成所述下电极的电极膜，并使所述电极膜平坦化，以暴露出所述绝缘膜并由此形成所述下电极； 在所述下电极上形成光电转换膜；以及 形成上电极，使得所述光电转换膜位于所述下电极与所述上电极之间， 其中，在使所述电极膜平坦化时，所述下电极的上表面被形成为低于所述绝缘膜的上表面。
7.一种电子装置，其包括权利要求I至3中任一项所述的固体摄像器件。
全文摘要
本发明涉及固体摄像器件、制造所述固体摄像器件的方法以及电子装置。该固体摄像器件包括半导体基板以及位于所述半导体基板上方的光电转换层，所述光电转换层包括下电极，其侧表面被绝缘膜绝缘；光电转换膜，其位于所述下电极上；以及上电极，所述上电极与所述下电极将所述光电转换膜夹在中间，其中，所述下电极的上表面低于所述绝缘膜的上表面。本发明的固体摄像器件可避免光电转换特性的劣化。
文档编号H04N5/335GK102891153SQ20121022599
公开日2013年1月23日 申请日期2012年6月29日 优先权日2011年7月19日
发明者泷本香织 申请人:索尼公司