固体摄像元件及其制造方法、固体摄像装置和摄像装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年8月24日、发明名称为"固体摄像元件及其制造方法、 固体摄像装置和摄像装置"的申请号为201110245628. 4专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉参考
[0003] 本申请包含与2010年8月31日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-194181所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方 式并入本文。
技术领域
[0004] 本发明涉及固体摄像元件、该固体摄像元件的制造方法、固体摄像装置和摄像装 置。具体地，本发明涉及能够抑制暗电流产生的固体摄像元件、该固体摄像元件的制造方 法、以及使用这样的固体摄像元件的固体摄像装置和摄像装置。
【背景技术】
[0005] 在相关技术中，包括电荷親合器件（Charge Coupled Device，CO))或者CMOS图像 传感器的固体摄像装置被广泛用于摄像机或数码相机等中。另外，在CMOS型固体摄像装置 中，使用的是图20中所示的表面照射型和图21中所示的背面照射型。
[0006] 如图20的示意性结构图中所示，表面照射型固体摄像装置111被设置为具有像素 区域113,在像素区域113中，在半导体基板112上形成有多个成为光电转换部的光电二极 管ro和多个包含多个像素晶体管的单位像素116。尽管未示出像素晶体管，但在图20中示 出了栅极电极114,于是示意性地示出了像素晶体管的存在。
[0007] 各光电二极管ro被由杂质扩散层形成的元件分离区域115分离，并且在半导体基 板112的形成有像素晶体管的表面侧上形成有多层配线层119,在多层配线层119中，多层 配线118隔着层间绝缘膜117布置。在与光电二极管ro的位置对应的位置之外的部分形 成配线118。
[0008] 在多层配线层119上，顺次形成有片上滤色器121和片上微透镜122,在片上滤色 器121与多层配线层119之间隔着平坦化膜120。片上滤色器121例如是通过布置各个红 色（R)、绿色（G)和蓝色（B)的滤色器来设置的。
[0009] 在表面照射型固体摄像装置111中，通过使用形成有多层配线层119的基板表面 作为受光面123,光L从基板表面侧入射。
[0010] 同时，如图21的示意性结构图中所示，背面照射型固体摄像装置131被设置为具 有像素区域113,在像素区域113中，多个成为光电转换部的光电二极管ro和多个包含多个 像素晶体管的单位像素116形成在半导体基板112上。尽管未示出像素晶体管，但在基板 表面侧形成有像素晶体管，在图21中示出了栅极电极114,于是示意性地示出了像素晶体 管的存在。
[0011] 各光电二极管ro被由杂质扩散层形成的元件分离区域115分开，并且在半导体基 板112的形成有像素晶体管的表面侧上形成有多层配线层119,在多层配线层119中，多层 配线118隔着层间绝缘膜117布置。在背面照射型中，可以不管光电二极管ro的位置来形 成配线118。
[0012] 此外，在光电二极管ro面对着的半导体基板112的背面上，顺次形成有绝缘层 128、片上滤色器121和片上微透镜122。
[0013] 在背面照射型固体摄像装置131中，将形成有多层配线层和像素晶体管的基板表 面的相对侧的基板背面作为受光面132,光L从基板背侧入射。另外，光L在不受多层配线 层119限制的状态下入射到光电二极管ro中，因此能够扩大光电二极管ro的开口并且实 现高灵敏度。
[0014] 另外，在如上所述的固体摄像装置中，提高灵敏度以及降低噪声是极其重要的。特 别地，对于固体摄像装置，在不存在入射光的情况下，暗电流成为设置有进行光电转换的受 光部的半导体基板与上层膜之间的界面中的界面态的产生源，该暗电流是要被降低的噪 声。
[0015] 这里，暗电流是如下现象：即使在光没有入射到受光部的状态下也从光电二极管 ro及其周边产生电子。当产生大量暗电流时，作为固体摄像元件的摄像性能的基准的暗电 平劣化，从而难以获得足够灰度级的分辨率，并且摄像时的灵敏度降低。
[0016] 此外，界面态是电子由于半导体基板内的晶体缺陷或者杂质、与氧化物膜界面的 接合缺陷而能够存在的能量状态。当界面态增加时，促进了暗电流的产生。
[0017] 另外，界面态的一个因素包括：由于从半导体基板的设置有进行光电转换的受光 部的表面与覆盖着该表面的氧化物膜之间的界面去除氧原子（0)而产生的对界面层的损 坏。
[0018] 在下文中，将借助附图对此进行说明。
[0019] 图22是示出了背面照射型固体摄像装置的结构的示意图。该装置具有设置有 受光部（未图示）的半导体基板（Si基板）201和形成在半导体基板表面上的氧化物膜 (SiO) 202。此外，在氧化物膜202的上层上设置有防反射膜（SiON) 203,在防反射膜203的上 层上设置有绝缘膜（SiO2) 204,在绝缘膜204的上层上设置有遮光膜（W) 206,且绝缘膜204 与遮光膜206之间设置有粘着层（Ti) 205。
[0020] 这里，粘着层（Ti) 205被形成来促进改善遮光膜（W) 206与绝缘膜（SiO2) 204之间 的粘着性，但是Ti与氧（0)具有强的结合强度。此外，通过由Ti引起的还原反应从氧化物 膜202与半导体基板201之间的界面处去除氧原子（0)，从而，如上所述，在氧化物膜202与 半导体基板201之间的界面中发生损坏，因此促进了暗电流的产生。
[0021] 另外，一种用于减少暗电流的技术是这样的方法：通过在氢气氛围中对导致界 面态的接合缺陷（bonding defect)进行热处理（烧结），对缺陷产生的Si的未结合键 (uncombined hand)进行氢圭寸端（hydrogen-terminating) 〇
[0022] 然而，在覆盖有遮光膜的区域中，可能难以获得氢烧结处理的效果，并且仅通过上 述技术难以充分地减少界面态的发生。
[0023] 因此，例如，日本专利申请公开公报第2010-16128号提出了这样的技术：布置用 于向各像素的光电转换元件的上部提供氢的氢供给膜，并且形成用于抑制在所述氢供给膜 与遮光部件之间氢扩散的防扩散膜。
[0024] 此外，例如，日本专利申请公开公报第2003-229556号提出了这样的技术：其中， 上述防反射膜是由不含钛的材料形成的，并且上述粘着层和用于配线和接触插头的阻挡层 是由不含钛的材料形成的。
[0025] 另外，在日本专利申请公开公报第2010-16128号所披露的技术中，向光电转换元 件的表面、栅极绝缘膜等提供充足的氢，能够终止界面态，因此能够减少暗电流。
[0026] 此外，通过在日本专利申请公开公报第2003-229556号中所披露的技术，能够消 除由于钛的影响而导致的暗电流噪声的增加。
[0027] 然而，当形成有氢供给膜的时候，难以避免由于在半导体基板与氧化物膜之间的 界面中的氧缺陷而导致的界面损坏。
[0028] 此外，当在粘着层或阻挡金属中不使用钛的情况下形成配线层或者遮光层时，会 担心配线的可靠性或者粘着性劣化。
【发明内容】
[0029] 鉴于上述情况，期望提供一种能够避免界面损坏并且能够在不降低可靠性或者粘 着性的前提下抑制暗电流的固体摄像元件、该固体摄像元件的制造方法、固体摄像装置以 及摄像装置。
[0030] 本发明实施形式的固体摄像元件包括：半导体基板，所述半导体基板具有对入射 光进行光电转换的受光部；氧化物层，所述氧化物层形成于所述半导体基板的表面上；遮 光层，所述遮光层形成于所述氧化物层的上层，并且在所述遮光层与所述氧化物层之间形 成有粘着层；以及氧供给层，所述氧供给层布置于所述氧化物层与所述粘着层之间，并且所 述氧供给层是由显示出的氧化焓比形成所述氧化物层的材料的氧化焓小的材料形成的。
[0031] 这里，通过布置于所述氧化物层与所述粘着层之间的并且由显示出的氧化焓比形 成所述氧化物层的材料的氧化焓小的材料形成的所述氧供给层，保护所述氧化物层与所述 半导体基板之间的界面层（界面氧化物）不受损坏，从而能够抑制由于界面态的形成而产 生的暗电流。
[0032] 也就是说，即使存在例如钛或铝等与氧的结合力强的材料，由于在这些材料中，从 化学反应和能量的观点来看，去除所述氧供给层的氧比去除所述半导体基板界面的所述氧 化物层的氧原子更加稳定，所以如上所述保护了所述氧化物层与所述半导体基板之间的界 面层（界面氧化物层），从而能够抑制暗电流的产生。
[0033] 此外，当所述氧供给层形成在与形成有所述半导体基板的所述受光部的区域相对 应的区域的几乎整个表面上时，能够更加令人满意地保护所述氧化物层与所述半导体基板 之间的界面层（界面氧化物层），从而能够想到在抑制暗电流产生方面的高效。另外，当所 述氧供给层形成在有效像素区域的上层中时，必须要使入射光到达所述受光部，因此必须 由具有优良透光性的材料来形成所述氧供给层。
[0034] 此外，当所述氧供给层仅形成在与形成有所述遮光层的区域相对应的区域中的时 候，有效像素区域的上层结构具有与普通的固体摄像元件（未形成有所述氧供给层的固体 摄像元件）的上层结构相同的结构。因此，形成所述氧供给层的材料的透光率或折射系数 可以是任意的。由于材料选择的自由度或成膜条件的自由度高并且在集成方面的限制少， 所以能够构建具有更宽的操作范围条件的稳定的制造工艺。
[0035] 此外，形成所述粘着层和所述遮光层的材料的氧化焓大于形成所述氧化物层的材 料的氧化焓。
[0036] 另外，所述氧供给层的示例包括使用氧化钽（Ta205)、氧化铌（Nb20 5)、氧化钒 (V2O3)、氧化铬（Cr2O3)、氧化钨（WO 2)或氧化钼（MoO2)构成所述氧供给层的情况。
[0037] 此外，本发明实施形式的固体摄像元件包括：半导体基板，所述半导体基板具有对 入射光进行光电转换的受光部；氧化物层，所述氧化物层形成于所述半导体基板的表面上； 配线层，所述配线层形成在所述氧化物层的上层，并且在所述配线层与所述氧化物层之间 形成有粘着层；以及氧供给层，所述氧供给层布置于所述氧化物层与所述粘着层之间，并且 所述氧供给层是由显示出的氧化焓比形成所述氧化物层的材料的氧化焓小的材料形成的。
[0038] 这里，通过布置于所述氧化物层与所述粘着层之间的并且由显示出的氧化焓比形 成所述氧化物层的材料的氧化焓小的材料形成的所述氧供给层，保护所述氧化物层与所述 半导体基板之间的界面层（界面氧化物）不受损坏，从而能够抑制由于界面态的形成而产 生的暗电流。
[0039] 也就是说，即使存在例如钛或铝等与氧的结合力强的材料，由于在这些材料中，从 化学反应和能量的观