专利名称：固态成像器件和制造固态成像器件的方法
技术领域：
本发明涉及固态成像器件和和制造固态成像器件的方法。更具体而 言，本发明涉及其中具有执行光电转换的传感器的、半导体衬底的表面的 界面状态可以被补偿的固态成像器件。
背景技术：
在诸如CCD或CMOS图像传感器的固态成像器件中，已知由光电二 极管构成的传感器中的晶体缺陷以及传感器的表面和布置在其上的膜之间 的界面处的界面状态成为产生暗电流的原因。空穴积累二极管(HAD)结 构被已知作为用于抑制由于界面状态(上述的原因之一)导致的暗电流产 生的技术。
图8A示出了没有应用HAD结构的结构。在图8A所示的结构中，形 成在半导体衬底201的表面侧的传感器203的上部直接由绝缘膜205覆 盖。结果，由于在传感器203和绝缘膜205之间的界面处形成的界面状态 产生的电子以暗电流的形式流入传感器203。相反，图8B示出了应用了 HAD结构的结构。在图8B所示的结构中，由P型扩散层构成的空穴积累 层207被设置在传感器203上以覆盖半导体衬底201的表面，并且绝缘膜 205被设置在空穴积累层207上。结果，由于构成半导体衬底的表面的空 穴积累层207和绝缘膜205之间的界面状态所产生的电子消失在空穴积累 层207中，由此防止了暗电流的产生。
上述这样的HAD结构可以被用于CCD图像传感器或CMOS图像传 感器。此外，HAD结构不仅可以应用于相关技术中的表面照射型图像传感 器，而且可以应用于背面照射型图像传感器(参考例如日本未审査专利申 请公布No. 2003-338615)。
发明内容
为了形成上述的空穴累积层207，需要在700°C或更高的高温下的退 火处理以激活引入到半导体衬底201的表面层中的杂质。因此，难以通过 仅仅执行在400°C或更低的低温下的工艺来形成空穴累积层207。此外， 在700°C或更高的高温下的退火处理中，在己经形成的另外的杂质层中发 生杂质的扩散。
此外，为了有效地读取传感器203中累积的电荷，理想的是，传感器 203被形成在半导体衬底201中尽可能浅的位置。因此，理想的是，形成 在传感器203的上部中的空穴累积层207具有小的厚度，以满足此要求。
但是，在空穴累积层207的深度和在HAD结构的表面处的界面状态 所导致的暗电流之间存在竞争关系。因此，空穴累积层207的厚度的减小 是暗电流增大的因素。此外，随着空穴累积层207的深度减小，差异增 大，因此对于暗电流的增大的影响增大。
因此，期望提供一种固态成像器件，其中在不设置由杂质扩散层构成 的空穴累积层的情况下可以减小由于界面状态导致的暗电流，从而提供处 于半导体衬底内的浅位置处的传感器，以提高电荷转移效率，并且期望提 供一种制造该固态成像器件的方法。
根据本发明的实施方式的固态成像器件包括包含杂质扩散层的传感 器，其设置在半导体衬底的表面层中；以及含碳的氧化物绝缘膜，所述氧 化物绝缘膜设置在所述传感器上。所述氧化物绝缘膜被设置作为具有固定 负电荷的负电荷累积层，并由金属氧化物或硅基材料构成。碳浓度为6 x 1019原子/0113或更大。
在制造根据本发明的实施方式的固态成像器件的方法中，在半导体衬 底的表面层中形成包含杂质扩散层的传感器；以及随后在所述传感器上沉 积含碳的氧化物绝缘膜。在此步骤中，通过控制含碳的材料气体的流率比 和沉积温度来控制氧化物绝缘膜中的碳浓度。
在具有上述结构的固态成像器件中，含碳的氧化物绝缘膜设置在传感 器上。所述含碳的氧化物绝缘膜充当具有固定负电荷的负电荷累积层。结 果，通过在传感器上设置氧化物绝缘膜，通过氧化物绝缘膜中的负带弯曲效应，正电荷被有效地吸引到半导体衬底的表面侧。结果，空穴累积层被 形成在此位置，由此补偿界面状态。此外，氧化物绝缘膜中的固定负电荷 的量由碳浓度控制。因此，通过充分的带弯曲效应，空穴累积层可以被可 靠地形成在半导体衬底的表面侧。
如上所述，根据本发明的实施方式的固态成像器件，通过设置经由控 制碳浓度所获得的具有充分的负带弯曲效应的氧化物绝缘膜，可以可靠地 在具有传感器的半导体衬底的表面层中形成空穴累积层，由此可以补偿界 面状态。因此，可以通过在不用在传感器的表面上设置由通过在高温下执
行热处理形成的杂质扩散层所构成的空穴累积层的情况下来构造HAD结 构，来防止暗电流和白点的产生。结果，传感器可以被设置在半导体衬底 的表面中的浅位置处，由此提高电荷到布置在传感器的一侧的浮动扩散部 分的转移效率，其中，栅电极被布置在传感器和浮动扩散部分之间。
图1A和1B是图示了第一实施方式和第二实施方式的固态成像器件的
结构的相关部分的剖视图2是示出了氧化物绝缘膜中的碳浓度和平带电压(Vfb)之间的关
系的图线；
图3A-3C是示出了制造第一实施方式和第二实施方式的固态成像器件 的方法的剖视工艺图(第一部分)；
图4A和4B是示出了制造第一实施方式和第二实施方式的固态成像器 件的方法的剖视工艺图(第二部分)；
图5是示出了各种硅基氧化物绝缘膜中的平带电压(Vfb)的图线；
图6是示出了用于沉积硅基氧化物绝缘膜的条件和平带电压(Vfb)
之间的关系的图线；
图7A和7B是图示了第一实施方式和第二实施方式的修改方案的相关
部分的剖视图；并且
图8A和8B是图示了相关技术中的固态成像器件的结构的相关部分的
剖视图。
具体实施例方式
下面将参考附图详细描述本发明的实施方式。
第一实施方式
(其中氧化物绝缘膜由金属氧化物构成的实施方式) [固态成像器件的结构]
图1A是在根据本发明的实施方式的固态成像器件被应用于CMOS传 感器的情况下， 一个像素的相关部分的剖视图。图1B是图1A的部分IB 的放大视图。图1A和1B中所示的第一实施方式的固态成像器件1A具有 如下结构。
在由N型单晶硅构成的半导体衬底101的表面侧，例如，设置沟槽元 件隔离101a (浅沟槽隔离STI)来隔离各个像素区域。P阱扩散层102 被设置在半导体衬底101的表面侧、每一个由元件隔离区域101a隔离的像 素区域中。转移栅极5在栅极绝缘膜3处于转移栅极5与半导体衬底101 之间的情况下被图案化形成在半导体衬底101上，从而与P阱扩散层102 相交。栅极绝缘膜3可以由例如氧化硅膜或具有高介电常数的膜(诸如氧 化铪膜)构成。转移栅极(栅电极)5可以由多晶硅膜或金属材料构成。 例如，绝缘侧壁7被设置在具有上述结构的转移栅极5的每一个侧壁上。 除了转移栅极5，还在每个像素区域中在P阱扩散层102上设置重置栅 极、放大栅极等，但是没有在图中示出。
像素区域的由上述转移栅极5分隔的一侧充当光接收区域。N型扩散 层103被布置在光接收区域中、P阱扩散层102的表面侦ij。 P阱扩散层102 和N型扩散层103构成二极管(传感器)D。在此二极管D中，通过光电 转换获得的电荷被累积在N型扩散层103中。因此，N型扩散层103充当 电荷累积层。
由N型扩散层构成的浮动扩散部分105被设置在转移栅极5的另一侧 和P阱扩散层102的表面侧。
设置有驱动电路的外围区域(没有示出)围绕成像区域(其布置有上述结构的像素区域)布置。构造驱动电路的晶体管等被布置在外围区域 中。
半导体衬底101 (其包含元件隔离101a、转移栅极5、 二极管D、浮 动扩散部分105以及构造驱动电路的晶体管)由氧化物绝缘膜9A覆盖。 此氧化物绝缘膜9A包含碳，因此，氧化物绝缘膜9A被提供作为具有固定 的负电荷的负电荷累积层。
在此第一实施方式中，氧化物绝缘膜9A由金属氧化物构成。在金属 氧化物中，本身具有固定的负电荷的材料是优选的。具体地，在这样的金 属氧化物中，优选使用氧化铪(Hf02)、氧化锆(Zr02)、氧化铝 (A1203)、氧化钛(Ti02)、或氧化钽(Ta205)。由任意上述材料构成 的氧化物绝缘膜已经被实际用作例如绝缘栅场效应晶体管的栅极绝缘膜， 因此其沉积方法业已建立。因此，可以容易地形成上述材料所构成的氧化 物绝缘膜9A。
氧化物绝缘膜9A中包含的碳浓度优选为6 x 1019原子/cmS或更大。因 此，足够量的固定负电荷被累积在氧化物绝缘膜9A中。氧化物绝缘膜9A 中包含的碳浓度的上限处于其中负电荷的累积量可以由碳浓度来控制的范 围内，例如5xl0"原子/cmS或更小。
图2示出了作为一个示例的由氧化铪(Hf02)构成的氧化物绝缘膜 9A中的碳浓度(C浓度)和平带电压(Vfb)之间的关系。如此图中所 示，当氧化物绝缘膜9A中的碳浓度为6x 1019原子/0113或更大时，平带电 压(Vfb)可以被控制在0.3 V或更大的范围内。因此，可以更可靠地累 积固定负电荷。另一方面，当氧化物绝缘膜9A中的碳浓度为5xlO"原子 /cn^或更小时，平带电压(Vfb)，即负电荷累积量可以由碳浓度来控 制。
注意，这样的氧化物绝缘膜9A至少在接触半导体衬底101的一侧 (即，在下层中)包含碳就足够了，上层可以不包含碳。就是说，在氧化 物绝缘膜9A中，碳浓度可以具有梯度，并且在接触半导体衬底101的一 侧(即，在下层中)控制碳浓度就足够了。
此外，如上所述，通过设置氧化物绝缘膜9A作为负电荷累积层，半导体衬底101处于其中在二极管D的表面层中形成了正电荷被吸引到其的 空穴累积层107的状态。
此外，遮光膜13在例如具有平坦表面的绝缘膜11处于遮光膜13和氧 化物绝缘膜9A之间的情况下被设置在氧化物绝缘膜9A上。遮光膜13由 具有良好的吸光性的材料(诸如钨(W))构成。遮光膜13在二极管D 上方具有开口 13a，并且覆盖除开口 13a之外的其它区域，从而防止由于 除了二极管D之外的区域上的光入射导致的特性变化。注意， 一些像素的 二极管D由遮光膜13覆盖。因此，图像中的黑水平由覆盖有遮光膜13的 二极管D的输出确定。
此外，色彩过滤层17在平面化绝缘膜15处于色彩过滤层17和遮光膜 13之间的情况下被设置在遮光膜13上，并且用于光聚焦的片上透镜19被 设置在色彩过滤层17上。对于每一个像素通过图案化形成色彩过滤层17 和片上透镜19。 [制造固态成像器件的方法]
下面将参考图3A-4B的剖视工艺图描述制造图1A和1B所示的固态 成像器件1A的方法。
首先，如图3A所示，在由N型单晶硅构成的半导体衬底101的表面 侧形成沟槽元件隔离101a，来隔离各个像素区域。接着，通过离子注入和 随后的热处理，将P阱扩散层102形成在半导体衬底101的表面侧、每一 个被隔离的像素区域中。
接着，在半导体衬底101上隔着栅极绝缘膜3图案化形成转移栅极 5，以与每一个像素区域(P阱扩散层102)相交。在此步骤中，通过相同 工艺还形成图中没有示出的重置栅极、放大栅极等。接着，可选地形成扩 散层(诸如延伸区域)，然后将绝缘侧壁7形成在转移栅极(栅电极)5 的每一个侧壁上。
随后，通过离子注入和随后的热处理，在P阱扩散层102的由转移栅 极5分隔的一侧的表面层中形成N型扩散层103。由此，在半导体衬底 101的表面侧形成包含P阱扩散层102和N型扩散层103的二极管D。通 过离子注入和随后的热处理，在P阱扩散层102的由转移栅极5分隔的另一侧的表面层中形成由N型扩散层构成的浮动扩散部分105。此外，通过 与上述的相同的步骤，例如，在围绕其中布置有像素区域的成像区域布置 的外围区域中形成构造驱动电路的驱动晶体管。
接着，如图3B所示，氧化物绝缘膜9A被沉积在其上设置有转移栅极 5、 二极管D、浮动扩散部分105以及驱动晶体管的半导体衬底101上。
为了形成含碳的并由金属氧化物构成的上述氧化物绝缘膜9A，优选 采用使用有机金属气体作为材料气体的沉积方法。这样的沉积方法的示例 包括金属-有机化学气相沉积(MOCVD)法和原子层沉积(ALD)法。通 过使用这些方法，可以形成其中对于半导体衬底101的损伤被抑制的氧化 物绝缘膜9A。
此外，在沉积其碳浓度具有如上所述的梯度的氧化物绝缘膜9A时， 首先执行通过上述的MOCVD法或ALD法的沉积，然后可以执行通过物 理气相沉积(PVD)法(诸如溅射法)的沉积。通过执行这样的通过PVD 法的沉积，可以提高氧化物绝缘膜9A的整个层的膜沉积速率。
作为示例，用于ALD法的沉积条件如下
用于沉积的衬底温度200°C到500°C
有机金属气体流率10到500 sccm
有机金属气体的暴露时间1到15秒
臭氧气体流率10到500 sccm
臭氧气体的暴露时间1到15秒。
同时，用于MOCVD法的沉积条件如下
用于沉积的衬底温度200°C到600°C。
在上述的使用有机金属气体的膜沉积方法中，通过控制含碳材料气体 (有机金属气体)的流率比和沉积温度，执行沉积从而使得氧化物绝缘膜 9A中所包含的碳浓度为6 x 1019原子/cn^到5 x 1021原子/cmS的范围。 用于随后执行的PVD法的沉积条件如下 沉积室压力0.01到50 Pa DC功率500到2,000 W 氩(Ar)流率5到50sccm氧气(02)流率5到50 sccm。
随后，如图3C所示，由氧化硅(Si02)等构成的绝缘膜ll被形成在 氧化物绝缘膜9A上。此绝缘膜ll被形成为例如具有平坦表面。由具有良 好的吸光性的材料(诸如钨(W))构成的遮光膜13随后被形成在绝缘膜 11上。根据此结构，因为氧化物绝缘膜9A被绝缘膜U覆盖，所以可以抑 制由氧化物绝缘膜9A和遮光膜13之间的直接接触引起的反应。
接着，如图4A所示，用于在对应于二极管D的位置上形成开口的开 口 13a被形成在遮光膜13中。在此实施方式中，利用例如光刻胶图案(没 有示出)作为掩模对遮光膜13进行图案化刻蚀，来在二极管D上方形成 开口 13a。在此步骤中，绝缘膜11充当刻蚀停止层，从而防止氧化物绝缘 膜9A被暴露于刻蚀。
接着，如图4B所示，形成平面化绝缘膜15，用于减小由于遮光膜13 的存在而导致的水平差异。此平面化绝缘膜15由例如氧化硅构成，并且 通过涂敷而被形成为具有平坦表面。
随后，如图1A所示，图案化形成色彩过滤层17，以对应于平面化绝 缘膜15上的每一个像素，并且片上透镜19被进一步形成在色彩过滤层17 上。
在如上所述地获得的具有图1A和1B中所示的结构的固态成像器件 1A中，含碳的氧化物绝缘膜9A被设置在二极管D上。含碳的氧化物绝缘 膜9A充当具有固定的负电荷的负电荷累积层。结果，通过在传感器(二 极管D)上设置氧化物绝缘膜9A，通过氧化物绝缘膜9A中的负带弯曲效 应，正电荷被有效地吸引到半导体衬底101的表面侧。结果，空穴累积层 107被形成在此位置，由此界面状态可以被补偿。具体地，如参考图2所 描述的，氧化物绝缘膜9A中的固定负电荷的量由碳浓度控制。因此，通 过充分的带弯曲效应，空穴累积层107可以被可靠地形成在半导体衬底 101的表面侧。
因此，可以通过在不在二极管D的表面上设置由通过在高温下执行热 处理形成的杂质扩散层所构成的空穴累积层的情况下来构造HAD结构， 防止暗电流的产生。结果，二极管D可以被设置在半导体衬底101的表面中的浅位置处，由此提高电荷到布置在二极管D的一侧处的浮动扩散部分 105的转移效率，其中，转移栅极5被布置在二极管D和浮动扩散部分 105之间。
第二实施方式 (其中氧化物绝缘膜由硅基材料构成的实施方式)
第二实施方式的固态成像器件与参考图1A和1B所述的第一实施方式 的固态成像器件1A的不同之处在于氧化物绝缘膜的结构，这些固态成像 器件的其它结构彼此相同。下面将参考图1A和1B描述第二实施方式的固 态成像器件1B的结构。
具体地，在第二实施方式的固态成像器件1B中，包含元件隔离 101a、转移栅极5、 二极管D、浮动扩散部分105以及构造驱动电路的晶 体管在内的半导体衬底101由氧化物绝缘膜9B覆盖，该氧化物绝缘膜9B 由硅基材料构成。此氧化物绝缘膜9B包含碳，因此如同第一实施方式 中，氧化物绝缘膜9B被提供作为具有固定的负电荷的负电荷累积层。
氧化物绝缘膜9B由硅基材料诸如氧化硅(Si02)构成。在硅基材料 中，本身具有固定的负电荷的材料是优选的。具体地，优选使用含有选自 硼和磷的杂质的氧化硅膜。其具体示例包括含硼氧化硅(硼硅玻璃 (BSG))、含磷氧化硅(磷硅玻璃(PSG))以及含硼和磷的氧化硅 (硼磷硅玻璃(BPSG))。
图5示出了不含杂质的氧化硅膜(非掺杂硅玻璃(NSG)膜)、BSG 膜、PSG膜和BPSG膜中的平带电压(Vfb)。利用次大气压CVD (SA-CVD)法通过仅仅改变含磷或硼的膜沉积气体的流率比并且使得其它条件 保持相同，来沉积这些膜中的每一个。沉积温度为480。C。
如图5所示，可以确定与没有包含杂质的NSG膜相比，含有选自硼 和磷等的杂质的BSG膜、PSG膜和BPSG膜中的平带电压(Vfb)朝向正 侧移动。此结果表明，通过在氧化硅膜中加入选自硼、磷等的杂质，膜中 的固定的正电荷被减少，并且固定的负电荷增加。此外，这样的固定负电荷的增加的量在BPSG中最大，在PSG中次之，在BSG中再次之。但 是，在这样的氧化物绝缘膜9B中的选自磷、硼等的杂质的含量在0到10 重量百分比的范围内。
氧化物绝缘膜9B中包含的碳浓度优选为6 x 1019原子/ci^或更大。因 此，足够量的固定负电荷被累积在氧化物绝缘膜9B中。氧化物绝缘膜9B 中包含的碳浓度的上限处于其中负电荷的累积量可以由碳浓度来控制的范 围内，例如5xlO"原子/cmS或更小。
注意，这样的氧化物绝缘膜9B至少在接触半导体衬底101的一侧 (即，在下层中)包含碳就足够了，上部层可以不包含碳。就是说，如同 在第一实施方式中，在氧化物绝缘膜9B中，碳浓度可以具有梯度，并且 在接触半导体衬底101的一侧(即，在下层中)控制碳浓度就足够了。
如上所述，如同在第一实施方式中，通过设置氧化物绝缘膜9B作为 负电荷累积层，半导体衬底101处于其中正电荷被向其吸引的空穴累积层 107被形成在二极管D的表面层中的状态。
此外，如同在第一实施方式中，遮光膜13隔着例如具有平坦表面的 绝缘膜11被设置在氧化物绝缘膜9B上。此外，平面化绝缘膜15、色彩过 滤层17和片上透镜19被依次设置在其上。 [制造固态成像器件的方法]
制造具有上述结构的第二实施方式的固态成像器件1B的方法可以与 参考图3A-4B的剖视工艺图描述的制造第一实施方式的固态成像器件的方 法相似，不同之处在于形成氧化物绝缘膜9B的步骤。
具体而言，首先，如图3A所示，在由N型单晶硅构成的半导体衬底 101的表面侧形成沟槽元件隔离101a，来隔离各个像素区域。然后形成P 阱扩散层102。接着，隔着栅极绝缘膜3图案化形成转移栅极5，以与P 阱扩散层102相交。然后将绝缘侧壁7形成在转移栅极(栅电极)5的每 一个侧壁上。接着，在P阱扩散层102的由转移栅极5分隔的一侧的表面 层中形成N型扩散层103，以形成包含P阱扩散层102和N型扩散层103 的二极管D。在P阱扩散层102的由转移栅极5分隔的另一侧的表面层中 形成由N型扩散层构成的浮动扩散部分105。此外，通过与上述的相同的步骤，例如，在围绕其中布置了像素区域的成像区域布置的外围区域中形 成构造驱动电路的驱动晶体管。
接着，如图3B所示，氧化物绝缘膜9B被沉积在其上设置有转移栅极 5、 二极管D、浮动扩散部分105以及驱动晶体管的半导体衬底101上。
为了形成含碳的并由硅基材料构成的上述氧化物绝缘膜9B，优选采 用使用四乙氧基硅垸(TEOS)(其是含碳气体)的CVD方法。具体地， 优选使用臭氧(03)气体以及TEOS气体的SA-CVD方法。通过使用这样 的沉积方法，可以形成其中对于半导体衬底101的损伤被抑制的氧化物绝 缘膜9B，并且还可以实现良好的包埋特性。
此外，在沉积其碳浓度具有如上所述的梯度的氧化物绝缘膜9B时， 首先执行通过利用TEOS气体的上述CVD法的沉积，然后可以执行通过 物理气相沉积(PVD)法(诸如溅射法)的沉积。通过执行这样的通过 PVD法的沉积，可以提高氧化物绝缘膜9B的整个层的膜沉积速率。
在上述的使用TEOS气体的CVD方法中，通过控制含碳的TEOS气 体的流率比和沉积温度，执行沉积从而使得氧化物绝缘膜9B中所包含的 碳浓度处于6 x 1019原子/cr^至5 x 1021原子/cmS的范围以内。
图6是示出了当通过利用TEOS气体的CVD方法沉积NSG时沉积条 件和平带电压(Vfb)之间的关系的图线。在此实施方式中，利用次大气 压CVD (SA-CVD)方法通过仅仅改变沉积温度或0/TEOS流率比并且使 得其它条件保持相同，来执行沉积。为了比较，热氧化膜的平带电压(Vfb) 也被示于该图线中。
如图6所示，可以确定随着沉积温度降低和TEOS的流率比的增大， 平带电压(Vfb)朝向正侧移动。此结果表明随着沉积温度降低和TEOS 的流率比的增大，膜中的固定的正电荷减少，并且固定的负电荷增加，此 外，膜中的碳浓度也增大。因此，在利用TEOS气体的CVD方法中，通 过控制含碳的TEOS气体的流率比和沉积温度来控制氧化物绝缘膜9B中 的碳浓度。
通过使用TEOS气体的CVD方法的硅基氧化物绝缘膜9B的沉积条件 被设为如下范围用于沉积的衬底温度250°C到350°C
TEOS流率50到250 mg/min
03流率250到10,000 seem
0/TEOS流率比5到40
TEB (硼酸三乙酯)流率0到200 mg/min
TEPO (磷酸三乙酯)流率O到100mg/min。
沉积气氛的压力、载气的类型和载气的流率可以被适当地选择。
如在第一实施方式中一样执行后续步骤。
具体地，如图3C所示，绝缘膜U被形成在氧化物绝缘膜9B上，从 而具有平坦表面。由具有良好的吸光性的材料构成的遮光膜13被进一步 形成在绝缘膜ll上。接着，如图4A所示，用于在对应于二极管D的位置 上形成开口的开口 13a被形成在遮光膜13中。
接着，如图4B所示，形成平面化绝缘膜15，用于减小由于遮光膜13
的存在而导致的水平差异。
随后，如图1A所示，图案化形成色彩过滤层17，以对应于平面化绝 缘膜15上的每一个像素，并且片上透镜19被进一步形成在色彩过滤层17 上。
在如上所述地获得的具有图1A和1B中所示的结构的固态成像器件 1B中，含碳的硅基绝缘膜9B被设置在二极管D上。含碳的硅基氧化物绝 缘膜9B充当具有固定的负电荷的负电荷累积层。结果，通过在传感器 (二极管D)上设置氧化物绝缘膜9B，通过氧化物绝缘膜9B中的负带弯 曲效应，正电荷被有效地吸引到半导体衬底101的表面侧。结果，空穴累 积层107被形成在此位置，由此界面状态可以被补偿。具体地，氧化物绝 缘膜9B中的固定负电荷的量由碳浓度控制。因此，通过充分的带弯曲效 应，空穴累积层107可以被可靠地形成在半导体衬底101的表面侧。此 外，通过将诸如硼或磷的杂质加入氧化物绝缘膜9B，可以增加氧化物绝 缘膜9B中的固定负电荷的量，并且可以更可靠地形成空穴累积层107。
因此，如在第一实施方式中，可以通过在不在二极管D的表面上设置 由通过在高温下执行热处理形成的杂质扩散层所构成的空穴累积层的情况下构造HAD结构，来防止暗电流的产生。结果，二极管D可以被设置在 半导体衬底101的表面中的浅位置处，由此提高电荷到布置在二极管D的 一侧的浮动扩散部分105的转移效率，其中，转移栅极5被布置在二极管 D和浮动扩散部分105之间。
修改方案
(其中设置由杂质扩散层构成的空穴累积层的实施方式) [固态成像器件的结构]
图7A和7B示出了第一和第二实施方式的固态成像器件的修改方案。 更具体地，图7A和7B示出了其中由杂质扩散层构成的正电荷累积层109 被设置在二极管D的表面上的实施例。其它结构与第一和第二实施方式的 固态成像器件的相同。
设置在固态成像器件1A'或1B'中的正电荷累积层109是通过在半导 体衬底IOI的顶表面(即构造二极管D的N型扩散层103的顶表面)中扩 散P型杂质形成的层。 [制造固态成像器件的方法]
在制造具有上述结构的固态成像器件1A'或1B'时，如第一和第二实 施方式中参考图3A所述地形成二极管D，然后通过将P型扩散层引入二 极管D的表面来执行形成空穴累积层109的步骤。可以如第一实施方式和 第二实施方式中一样执行后续的步骤。
根据具有上述结构的固态成像器件1A'或1B'，通过氧化物绝缘膜9A 或9B中的负带弯曲效应，增大由杂质扩散层构成的空穴累积层109中的 固定正电荷的量。因此，即使当由杂质扩散层构成的空穴累积层109具有 低的杂质浓度并且空穴累积层109的深度很浅时，因为氧化物绝缘膜9A 或9B中的负带弯曲效应的帮助，也可以通过足够量的固定电荷防止暗电 流的产生。
本申请包含与2008年9月10日向日本专利局提交的日本在先专利申 请JP 2008-231780中公开的主题相关的主题，该在先申请的全部内容通过 引用结合于此。子组合和变更落在所附权利要求书及其等同方案的范围内即可。
权利要求
1.一种固态成像器件，包括包含杂质扩散层的传感器，其设置在半导体衬底的表面层中；以及含碳的氧化物绝缘膜，所述氧化物绝缘膜设置在所述传感器上。
2. 如权利要求1所述的固态成像器件，其中所述氧化物绝缘膜被设 置作为具有固定负电荷的负电荷累积层。
3. 如权利要求1或2所述的固态成像器件，其中所述负电荷累积层 具有6 x 1019原子/cn^或更大的碳浓度。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的固态成像器件， 其中所述氧化物绝缘膜被设置作为具有固定负电荷的负电荷累积层，并且由所述负电荷累积层中累积的负电荷的作用所形成的空穴累积层被设 置在所述传感器的表面层中。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的固态成像器件，其中所述氧化 物绝缘膜使用金属氧化物构成。
6. 如权利要求5所述的固态成像器件，其中所述金属氧化物是氧化 铪(Hf02)、氧化锆(Zr02)、氧化铝(A1203)、氧化钛(Ti02)、或氧 化钽(Ta205)。
7. 如权利要求1至4中任一项所述的固态成像器件，其中所述氧化 物绝缘膜使用硅基材料构成。
8. 如权利要求7所述的固态成像器件，其中使用硅基材料构成的所 述氧化物绝缘膜包含硼和磷中的至少一种。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的固态成像器件，其中所述传感 器是二极管，所述二极管包含P型扩散层和布置在所述P型扩散层上的N 型扩散层。
10. 如权利要求9所述的固态成像器件，还包括N型扩散层，其中，在栅电极设置在所述半导体衬底上并且处于所述 二极管和所述N型扩散层之间的情况下，所述N型扩散层被布置在所述二极管的一侧。
11. 一种制造固态成像器件的方法，包括如下步骤 在半导体衬底的表面层中形成包含杂质扩散层的传感器；以及 在所述传感器上沉积含碳的氧化物绝缘膜，同时通过控制含碳的材料气体的流率比和沉积温度来控制碳浓度。
12. 如权利要求11所述的方法，其中在沉积所述氧化物绝缘膜的步骤 中，通过原子层沉积法和金属有机化学气相沉积法中的一种形成包括金属 氧化物的氧化物绝缘膜。
13. 如权利要求11所述的方法，其中在沉积所述氧化物绝缘膜的步骤 中，通过利用四乙氧基硅烷(TEOS)气体的化学气相沉积法形成由硅氧 化物基材料构成的氧化物绝缘膜。
全文摘要
本发明提供了固态成像器件和制造固态成像器件的方法。固态成像器件包括包含杂质扩散层的传感器，其设置在半导体衬底的表面层中；以及含碳的氧化物绝缘膜，所述氧化物绝缘膜设置在所述传感器上。
文档编号H01L31/10GK101673749SQ20091017054
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月10日 优先权日2008年9月10日
发明者宫波勇树, 押山到, 桧山晋, 田中和树 申请人:索尼株式会社