(57)【要約】【課題】特性の良好な固体撮像装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の実施形態によれば、半導体層と、第１層と、第２層と、第３層と、を含む固体撮像装置が提供される。前記半導体層は、光電変換を行う。前記第１層は、第１屈折率を有する。前記第２層は、前記第１層と前記半導体層との間に設けられ、金属酸化物を含み、前記第１屈折率以下の第２屈折率を有する。前記第３層は、前記第１層と第２層との間に設けられ、酸素と共有結合する元素を含み、前記第１屈折率以下の第３屈折率を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う半導体層と、
第１屈折率を有する第１層と、
前記第１層と前記半導体層との間に設けられ、金属酸化物を含み、前記第１屈折率以下の第２屈折率を有する第２層と、
前記第１層と第２層との間に設けられ、酸素と共有結合する元素を含み、前記第１屈折率以下の第３屈折率を有する第３層と、
を備えた固体撮像装置。
【請求項２】
前記第３層は、化学気相成長を用いて形成される請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第３層の厚さは、３ナノメートル以上１５ナノメートル以下である請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２層は、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン及び酸化タンタルの少なくともいずれかを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１層は、屈折率が２以上の物質を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１層は、酸化チタン及び酸化タンタルのいずれかを含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第３層３０は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸化窒化シリコンの少なくともいずれかを含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１層の厚さは、２０ナノメートル以上１００ナノメートル以下である請求項１〜７のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第３層は、原子層堆積を用いて形成される請求項１〜８のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１層は、物理気相成長を用いて形成される請求項１〜９のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
光電変換を行う半導体層の上に、金属酸化物を含み第２屈折率を有する第２層を形成し、
前記第２層の上に酸素と共有結合する元素を含み第３屈折率を有する第３層を形成し、
前記第３層の上に、第２屈折率以上であり第３屈折率以上である第１屈折率を有する第１層を形成する固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置において、特性の向上が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１６６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、特性の良好な固体撮像装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、半導体層と、第１層と、第２層と、第３層と、を含む固体撮像装置が提供される。前記半導体層は、光電変換を行う。前記第１層は、第１屈折率を有する。前記第２層は、前記第１層と前記半導体層との間に設けられ、金属酸化物を含み、前記第１屈折率以下の第２屈折率を有する。前記第３層は、前記第１層と第２層との間に設けられ、酸素と共有結合する元素を含み、前記第１屈折率以下の第３屈折率を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式断面図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する模式断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の特性を例示する模式図である。
【図４】第２の実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式断面図である。
【図５】第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式断面図である。  
図１に表したように、本実施形態に係る固体撮像装置１１０には、半導体層５０と、第１層１０と、第２層２０と、第３層３０と、が設けられる。
【０００９】
半導体層５０は、光電変換を行う。半導体層５０は、例えば、正孔５０ｈ（ホール）（電子の抜けた見かけの電荷）を蓄積する。
【００１０】
第１層１０は、第１屈折率を有する。第１層１０は、入射する光に対して低反射である。第１層１０には、例えば、酸化チタン及び酸化タンタルのいずれかが用いられる。第１層１０として、例えば、屈折率が２以上の物質が用いられる。
【００１１】
第２層２０は、金属酸化物を含む。第２層２０は、第１屈折率以下の第２屈折率を有する。第２層２０は、例えば、負の電荷２０ｅを蓄積する。第２層２０は、例えば、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン及び酸化タンタルの少なくともいずれかを含む。
【００１２】
第３層３０は、酸素と共有結合する元素を含む。第３層３０は、第１屈折率以下の第３屈折率を有する。第３層３０は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸化窒化シリコンの少なくともいずれかを含む。
【００１３】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示する模式断面図である。
【００１４】
図２（ａ）に表したように、半導体層５０の上に、第２層２０が形成される。
【００１５】
図２（ｂ）に表したように、第２層２０の上に、第３層３０が形成される。このとき、第２層２０の負の電荷２０ｅは、蓄積された状態を維持する。第３層３０は、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）で形成される。第３層３０は、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ： Atomic Layer Deposition）で形成される。第３層３０の上に、第１層１０が形成される。すなわち、第１の実施形態に係る固体撮像装置１１０が形成される。第１層１０は、例えば、物理気相成長（ＰＶＤ:Physical Vapor Deposition）を用いて形成される。
【００１６】
第３層３０の形成条件は、第１層１０の形成条件よりも、マイルドである。このため、第２層２０の上に第３層３０を形成しても、第２層２０に損傷が実質的に生じない。第３層３０は、第２層２０を保護する。第３層３０により保護された第２層２０の上に、第１層１０を形成しても、第２層２０には、損傷が実質的に生じない。実施形態においては、第２層２０の負の電荷２０ｅは、所望の状態である。
【００１７】
一方、第２層２０の上に、第３層３０を形成せずに、第１層１０を形成する参考例がある。この参考例においては、第１層１０の形成の際に、第２層２０が損傷する。例えば、第２層２０の負の電荷２０ｅが、所望の状態ではなくなる。すなわち、負の電荷２０ｅが減少する。このため、正孔５０ｈが減少する。これにより、例えば、固体撮像装置の暗電流の量Ａｎが増加する。例えば、白キズが増加する。暗電流は、固体撮像装置において、光のないときに流れる漏れ電流である。白キズは、漏れ電流により発生する点欠陥である。
【００１８】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の特性を例示する模式図である。  
図３（ａ）は、固体撮像装置１１０の暗電流の量Ａｎを例示している。図３（ａ）の横軸は、第３層３０の厚さｔ３である。図３（ａ）の縦軸は、暗電流の量Ａｎである。
【００１９】
図３（ａ）に表したように、厚さｔ３を変化させたとき、暗電流の量Ａｎが変化する。厚さｔ３が３ｎｍよりも小さいとき、厚さｔ３が３ｎｍ以上のときよりも暗電流の量Ａｎが高い。厚さｔ３は、例えば、３ｎｍ以上である。すなわち、第１の実施形態に係る固体撮像装置１１０において、第３層３０の厚さｔ３を調整することにより、暗電流の量Ａｎを抑制することが可能である。
【００２０】
図３（ｂ）は、固体撮像装置１１０の感度Ｌｓを例示している。図３（ｂ）の横軸は、第３層３０の厚さｔ３である。図３（ｂ）の縦軸は、感度Ｌｓである。
【００２１】
図３（ｂ）に表したように、厚さｔ３の値が大きくなるとき、感度Ｌｓが低下する。厚さｔ３は、例えば、１５ｎｍ以下である。厚さｔ３は、例えば、３ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。
【００２２】
図３（ｃ）は、固体撮像装置１１０の感度Ｌｓを例示している。図３（ｃ）の横軸は、第１層１０の厚さｔ１である。図３（ｃ）の縦軸は、感度Ｌｓである。
【００２３】
図３（ｃ）に表したように、厚さｔ１が５０ｎｍのとき、感度Ｌｓが最も高い。厚さｔ１は、例えば、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００２４】
このように、第１の実施形態によれば、特性の良好な固体撮像装置１１０が提供できる。
【００２５】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式断面図である。  
図４に表したように、本実施形態に係る固体撮像装置３１０には、第１層１０と、第２層２０と、第３層３０と、半導体層５０と、マイクロレンズ６０と、カラーフィルタ層７０と、が設けられる。第１層１０、第２層２０及び第３層３０は、固体撮像装置１１０と同様なので説明を省略する。
【００２６】
マイクロレンズ６０は、第１層１０の第３層３０が設けられる面とは反対側の面に設けられる。カラーフィルタ層７０は、第１層１０とマイクロレンズ６０との間に設けられる。マイクロレンズ６０は、光を集光する。カラーフィルタ層７０は、光を複数の波長域に分類する。
【００２７】
この例では、半導体層５０には、支持基板５１と、層間絶縁層５２と、転送トランジスタ５３と、トランジスタ群５４と、多層配線５５と、正孔層５６と、ｎ形拡散層５７ｎと、ｐ形領域５７ｐと、浮遊拡散層５８と、が設けられる。第２層２０の半導体層５０が設けられる側に、支持基板５１が設けられる。第２層２０と支持基板５１との間に、層間絶縁層５２が設けられる。層間絶縁層５２の中に、転送トランジスタ５３と、トランジスタ群５４と、多層配線５５と、が設けられる。トランジスタ群５４には、例えば、増幅トランジスタと、リセットトランジスタと、アドレストランジスタと、が設けられる。第２層２０と層間絶縁層５２との間に、正孔層５６が設けられる。正孔層５６と層間絶縁層５２との間に、ｎ形拡散層５７ｎが設けられる。正孔層５６と層間絶縁層５２との間に、ｎ形拡散層５７ｎと隣接してｐ形領域５７ｐが設けられる。ｐ形領域５７ｐと層間絶縁層５２との間に、浮遊拡散層５８が設けられる。
【００２８】
ｎ形拡散層５７ｎとｐ形領域５７ｐとは、光電変換を行う。ｎ形拡散層５７ｎは、光電変換により発生した信号電子を蓄積する。転送トランジスタ５３は、ｎ形拡散層５７ｎに蓄積された信号電子を、浮遊拡散層５８に移動させる。浮遊拡散層５８は、増幅トランジスタに接続される。増幅トランジスタは、信号電子を増幅する。増幅トランジスタは、増幅した電子信号を多層配線５５に出力する。アドレストランジスタは、増幅トランジスタが信号電子を出力するタイミングを制御する。リセットトランジスタは、浮遊拡散層５８と、増幅トランジスタと、を初期状態に制御する。正孔層５６は、正孔５０ｈを蓄積する。実施形態によれば、特性の良好な固体撮像装置が提供できる。
【００２９】
（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示するフローチャート図である。  
図５に表したように、光電変換を行う半導体層５０の上に、金属酸化物を含む第２層２０を形成する（ステップＳ１１０）。第２層２０は、第２屈折率を有する。
【００３０】
第２層２０の上に酸素と共有結合する元素を含む第３層３０を形成する（ステップＳ１２０）。第３層３０は、第３屈折率を有する。
【００３１】
第３層３０の上に第１層１０を形成する（ステップＳ１３０）。第１層１０の屈折率（第１屈折率）は、第２屈折率以上であり、第３屈折率以上である。これにより、第１層１０は、低反射層となる。
【００３２】
本実施形態においては、第２層２０の上に第３層３０を形成する。これにより、負の電荷２０ｅは、第２層２０に蓄積された状態を維持する。正孔５０ｈは、半導体層５０に蓄積された状態を維持する。これにより、暗電流量を抑制することができる。本実施形態においては、第３層３０の上に第１層１０を形成する。これにより、固体撮像装置の感度を向上することができる。
【００３３】
本実施形態によれば、特性の良好な固体撮像装置の製造方法が提供できる。
【００３４】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、固体撮像装置に含まれる半導体層、マイクロレンズ及びカラーフィルタ層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【００３５】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００３６】
その他、本発明の実施の形態として上述した固体撮像装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての固体撮像装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００３７】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１０…第１層、  ２０…第２層、  ２０ｅ…負の電荷、  ３０…第３層、  ５０…半導体層、  ５０ｈ…正孔、  ５１…支持基板、  ５２…層間絶縁層、  ５３…転送トランジスタ、  ５４…トランジスタ群、  ５５…多層配線、  ５６…正孔層、  ５７ｎ…ｎ形拡散層、  ５７ｐ…ｐ形領域、  ５８…浮遊拡散層、  ６０…マイクロレンズ、  ７０…カラーフィルタ層、  １１０、３１０…固体撮像装置、  Ａｎ…暗電流の量、  Ｌｓ…感度、  ｔ１、ｔ３…厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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