[发明专利]固态成像装置及其制造方法以及成像设备

说明书

相关申请的交叉参考

本发明包括于2007年10月3日向日本专利局提交的日本专利申请JP2007-259501的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及具有空穴累积二极管的固态成像装置及其制造方法以及成像设备。

背景技术

诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS图像传感器的固态成像装置广泛用于摄像机、数码照相机等中。灵敏度和噪音减少方面的改进是所有类型的固态成像装置中的重要问题。

具体地，当将从光接收表面的衬底界面中的微小缺陷产生的电荷(电子)作为信号输入时被检测为非常小电流的暗电流、或即使在不存在入射光的情况下不存在由入射光的光电转换所产生的纯信号电荷而仍会由于传感器部与上层之间的界面上的界面状态而产生的暗电流是在固态成像装置中将要减少的噪音。

例如，作为抑制由界面状态所引起的暗电流的产生的技术，如图9B所示使用在传感器部(例如，光电二极管)12上具有由P⁺层形成的空穴累积层23的嵌入型光电二极管结构。此外，在本说明书中，将嵌入型光电二极管结构称为HAD(空穴累积二极管)结构。如图9A所示，在不设置HAD结构的结构中，由于界面状态而产生的电子作为暗电流流向光电二极管。另一方面，如图9B所示，在HAD结构中，电子从界面的产生被形成在界面上的空穴累积层23抑制。另外，即使从界面产生电荷(电子)，电荷(电子)也不会流向电荷累积部(传感器部12的N⁺层中的势阱)，而是流向其中存在许多空穴的P⁺层的空穴累积层23。因此，可以消除电荷(电子)。因此，由于可以防止由于界面而产生的电荷被检测为暗电流，所以可以抑制由界面状态所引起的暗电流。

抑制暗电流的方法可以被用在CCD与CMOS图像传感器中，并且不仅可以用于已知的顶部发光型图像传感器，还可以用于背部照明的图像传感器(例如，参考JP-A-2003-338615)。

作为HAD结构的形成方法，常见的是通过形成在衬底上的热氧化硅层或CVD氧化硅层来执行用于形成P⁺层的杂质的离子注入(例如，硼(B)或二氟化硼(BF₂))，以通过退火来活化(activate)注入的杂质，随后在界面附近形成p型区域。然而，为了活化掺杂质的杂质，在700℃以上的高温中的热处理是必要的。因此，使用离子注入形成空穴累积层难以在400℃以下进行低温处理。同样，在需要避免高温长时间活化以抑制掺杂剂的扩散的情况下，执行离子注入和退火的空穴累积层的形成方法并不是优选的。

此外，例如，当用低温等离子CVD方法形成在传感器部的上层上所形成的二氧化硅或氮化硅时，与光接收表面与高温下形成的层之间的界面相比，界面状态有所减少。界面状态的减少增加了暗电流。

如上所述，在需要避免高温下的离子注入和退火处理的情况下，不仅不能通过已知离子注入形成空穴累积层，而且还进一步增加了暗电流。为了解决这个问题，必需用不基于相关技术中的离子注入的另一种方法来形成空穴累积层。

作为实例，存在一种在传感器部的上层上形成具有负固定电荷的方法。在这个方法中，通过具有负固定电荷的层所引起的电场在传感器部的光接收表面侧的界面上形成空穴累积层。因此，抑制了从界面产生的电荷(电子)。此外，即使从界面产生了电荷(电子)，电荷(电子)也不会流向电荷累积部(传感器部中的势阱)，而是流向其中存在许多空穴的空穴累积层。因此，可以消除电荷(电子)。因此，由于可以防止在传感器部中检测到由界面上的电荷产生的暗电流，所以抑制了由界面状态所引起的暗电流。因此，通过使用具有负固定电荷的层，可以在无需离子注入和退火的情况下形成HAD结构。例如，具有负固定电荷的层可由二氧化铪(HfO₂)层形成。

然而，如上所述，当将其中在光接收表面上形成具有负固定电荷的层的配置应用于(例如)背部照明的CCD或CMOS图像传感器时，如图10所示，在传感器部12的整个光接收表面12s上形成具有负固定电荷的层22。因此，不仅在需要形成HAD的像素区域中而且在外围电路部14上的半导体衬底11的表面上形成空穴累积层23(P⁺层)。

例如，当在外围电路部14中存在阱区域、扩散层、电路等(在附图中作为实例示出了扩散层15)，以便在半导体衬底11的背面上产生负电位，并且将具有正电荷的空穴被拉向负电位以被扩散。因此，由于被拉的正电荷，所以不能获得所要的负电位，而是输出从设计值向正侧偏压的电位。因此，使用该电位的传感器部的施加电压受到了不利影响，从而出现像素特征变化的问题。

发明内容