(57)【要約】      （修正有）【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】ｎ型拡散層１０ｎ及びｐ型領域１０ｐによって光電変換を行う半導体層１０と、半導体層１０の第２面１０ｂ上に設けられた酸化膜３０の上に設けられた反射防止膜３０と、を備えた固体撮像装置１００であり、反射防止膜３０は、屈折率２．０以上３．０以下の膜、または導電性を有する膜からなる。また、反射防止膜３０に負電圧が印加される。【選択図】図１
2016025135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う半導体層と、
前記半導体層上に設けられた導電性を有する反射防止膜と、
を備えた固体撮像装置。
【請求項２】
前記反射防止膜の屈折率は、２．０以上３．０以下である請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記反射防止膜は、チタン及び酸素の少なくともいずれかを含む請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記反射防止膜は、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から３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記反射防止膜は、ニオブ、タンタル及びタングステンの少なくともいずれかを含む請求項１から４のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記反射防止膜は、ニオブ及びタンタルの少なくともいずれかを含み、
前記反射防止膜に含有する前記ニオブまたは前記タンタルの量は、１０ａｔｏｍ％以下である請求項１から５のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記反射防止膜は、前記反射防止膜に負電圧を印可する電圧印加部に接続されている、もしくは、前記反射防止膜は接地されている請求項１から６のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記半導体層と前記反射防止膜との間に設けられた酸化膜をさらに備えた請求項１から７のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
光電変換を行う半導体層の上に、酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜上に、導電性を有する反射防止膜を形成する工程と、
を備えた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】
半導体基板の上に光電変換素子を設けた固体撮像装置がＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等に利用されている。
【０００３】
固体撮像装置は、表面照射型と裏面照射型の２つの型に大別される。表面照射型の固体撮像装置は、信号読出回路等が形成された半導体基板表面側から光を受光する構造を有する。裏面照射型の固体撮像装置は、半導体基板表面と反対の面側から光を受光する構造を有する。画素数の増大化に伴う画素の微細化が進み、このような構造を有する固体撮像装置において、表示品質の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、半導体層と、反射防止膜と、を備えた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。前記反射防止膜は、前記半導体層上に設けられる。前記反射防止膜は、導電性を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係る固体撮像装置を示す模式的断面図である。
【図２】本実施形態に係る固体撮像装置の特性を示す図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｅ）は、固体撮像装置の製造工程の一部のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
本願明細書において、「上に設けられる」とは、直接接して設けられる場合の他に、間に他の層又は膜が挿入されて設けられる場合も含む。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置を示す模式的断面図である。
図２は、本実施形態に係る固体撮像装置の特性を示す図である。
図１において、固体撮像装置の画素領域の断面図が示されている。図２において、本実施形態の固体撮像装置の一部が示されている。
【００１１】
図１に表すように、固体撮像装置１００には、半導体層１０と、酸化膜２０と、反射防止膜３０と、平坦化膜４０と、カラーフィルタ５０と、マイクロレンズ６０と、配線層７０と、支持基板８０と、が設けられている。
【００１２】
半導体層１０は、第１面１０ａ及び第２面１０ｂを有する。第１面１０ａは、第２面１０ｂの反対側の面である。本実施形態において、第１面１０ａが表面であり、第２面１０ｂが裏面である。本実施形態の固体撮像装置１００は、裏面照射型の固体撮像装置である。
【００１３】
酸化膜２０は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等のシリコン酸化物を含む膜である。酸化膜２０は、半導体層１０の第２面１０ｂ上に設けられる。半導体層１０がシリコン（Ｓｉ）を含む層であり、酸化膜２０がシリコン酸化物を含む膜である場合、シリコンとシリコン酸化物との界面には、界面準位による暗電流が発生することがある。暗電流の発生を抑制するために、酸化膜２０の上に負の固定電荷を有する膜を設けても良い。例えば、このような固定電荷膜として、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）、又は、酸化ハフニウムと二酸化ケイ素との積層膜が用いられる。
【００１４】
反射防止膜３０は、酸化膜２０の上に設けられる。反射防止膜３０を設けると、半導体層１０に入射する光量が増加する。半導体層１０に入射する光量が増加すると、画素の感度を高めることができる。反射防止膜３０の膜厚は、２０ナノメートル以上１００ナノメートル以下である。
【００１５】
反射防止膜３０は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、タンタル化合物、又はチタン化合物を含む膜である。また、反射防止膜３０は、これらの材料の少なくともいずれかを含む膜でも良い。タンタル化合物として、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を用いることができる。チタン化合物として酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いることができる。
【００１６】
反射防止膜３０は、屈折率２．０以上３．０以下の膜である。例えば、６３３ナノメートルの光の波長に対するシリコン酸化物の屈折率は、１．５である。光の波長６３３ナノメートルに対する酸化タンタルの屈折率は、２．１である。光の波長６３３ナノメートルに対する酸化タンタルの屈折率は、シリコン酸化物の屈折率より高い。反射防止膜３０として屈折率２．０以上の膜を用いると、画素の感度を高めることができる。また、反射防止膜３０として、屈折率２．０以上の膜を含む積層膜を用いても良い。
【００１７】
反射防止膜３０は、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）及びタングステン（Ｗ）の少なくともいずれかを含む。ニオブ、タンタル及びタングステンの少なくともいずれかを反射防止膜３０にドープすることで導電性が反射防止膜３０に付与される。反射防止膜３０は、半導体層１０に入射する光量を増加させる膜であると共に、導電性膜でもある。例えば、反射防止膜３０に含有するニオブ又はタンタルの量は、１０ａｔｏｍ％以下である。
【００１８】
例えば、反射防止膜３０として、酸化チタン（ＴｉＯ２）を含む膜にニオブがドープされる。酸化チタン膜は絶縁性を有する。酸化チタン膜にニオブをドープすると、反射防止膜３０は半導体として機能する。
【００１９】
また、反射防止膜３０に負電圧が印加される。例えば、固体撮像装置１００の外部に設けられた電圧印加部（図示せず）によって負電圧が反射防止膜３０に印加される。電圧印加部は、電源及びスイッチング素子等の回路を有する。負電圧が反射防止膜３０に印加されると、シリコンを含む半導体層１０と、シリコン酸化物を含む酸化膜２０と、の界面に正孔（ホール）が発生する。半導体層１０及び酸化膜２０の界面に正孔を発生させるために、反射防止膜３０は接地されても良い。
【００２０】
平坦化膜４０は、カラーフィルタ５０が形成される面を平坦化する膜である。平坦化膜４０は、反射防止膜３０の上に設けられる。
【００２１】
カラーフィルタ５０は、それぞれ異なる波長域の光を透過する。カラーフィルタ５０は、平坦化膜４０の上に設けられる。カラーフィルタ５０は、例えば、赤色の波長域の光を透過するＲカラーフィルタと、緑色の波長域の光を透過するＧカラーフィルタと、青色の波長域の光を透過するＢカラーフィルタと、を含む。
【００２２】
マイクロレンズ６０は、光源から入射された光を集光し、半導体層１０の第２面１０ｂ（裏面）側に光を導く。マイクロレンズ６０は、カラーフィルタ５０の上に設けられる。
【００２３】
配線層７０は、半導体層１０の第１面１０ａ上に設けられる。配線層７０は、多層配線７１と、層間絶縁層７２と、を有する。多層配線７１は、層間絶縁層７２内に形成される。配線層７０の上に支持基板８０が設けられる。
【００２４】
半導体層１０は、シリコン基板等の半導体基板上に形成されたエピタキシャル層である。半導体層１０は、ｎ形拡散層１０ｎと、ｐ形領域１０ｐと、を有する。半導体層１０の膜厚は、例えば、４マイクロメートル程度である。
また、転送トランジスタ１１と、トランジスタ群１２と、が半導体層１０及び配線層７０の境界付近に設けられている。トランジスタ群１２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、を有する。
【００２５】
ｎ形拡散層１０ｎ及びｐ形領域１０ｐによって光電変換が行われる。つまり、マイクロレンズ６０から半導体層１０に向かう方向に照射された光が信号変換されて電荷が蓄積される。ｎ形拡散層１０ｎ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１１は、ｎ形拡散層１０ｎに蓄積された信号電子を拡散層等に移動させる。拡散層等に接続された増幅トランジスタが信号電子を増幅して多層配線７１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、増幅トランジスタを初期状態に制御する。
【００２６】
ｎ形拡散層１０ｎ及びｐ形領域１０ｐによって形成された領域は、画素に対応する。画素間（点線部分１０ｄ）に分離層を設けても良い。画素間での光電子の混色が分離層によって抑制される。また、反射性の材料によって分離層を形成すると、画素の感度を高めることができる。
【００２７】
ここで、酸化膜、反射防止膜、平坦化膜、カラーフィルタ及びマイクロレンズを有する積層体が、半導体層の上に設けられている。半導体層と酸化膜との界面には、界面準位による暗電流が発生することがある。また、半導体層の裏面を任意の厚さまで加工する場合、欠陥準位がシリコンの表面に生じて暗電流及び白キズが発生する。さらに、このような積層体は、プラズマＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）を用いた成膜工程、及び、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching： RIE）によって裏面側に形成されるので、暗電流及び白キズが増大する。
【００２８】
暗電流とは、固体撮像装置において、光がないときに流れる漏れ電流である。また、白キズとは、漏れ電流によって発生する欠陥である。
【００２９】
暗電流及び白キズを抑制する方法として、シリコンを含む半導体層と、シリコン酸化物を含む酸化膜と、の界面直下にｐ型の中間層を設ける方法がある。中間層を設けることで正電荷が中間層に蓄積される。半導体層の裏面に、中間層等の正電荷を蓄積する領域を設ける場合、裏面側から半導体層に不純物を注入し、この不純物を活性化させる必要がある。また、不純物を注入するときに生じる結晶欠陥にアニール処理を施す必要がある。
【００３０】
しかし、裏面照射型の固体撮像装置には、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の配線層が半導体層の表面に設けられている。したがって、高温の熱処理を必要とするアニール処理に温度制約が生じるので、固体撮像装置の裏面に、正電荷を蓄積する領域を形成し難い。つまり、このような方法を用いて正電荷を蓄積する領域を形成し、暗電流を低減することは困難である。
【００３１】
一方で、本実施形態の固体撮像装置１００において、光電変換が行われる半導体層１０の第２面１０ｂ（裏面）の上に、導電性を有する反射防止膜３０が設けられている。また、反射防止膜３０は、負の電圧が印可され、反射防止膜３０の屈折率は、２．０以上３．０以下である。このような反射防止膜３０を形成すると、暗電流及び白キズを減少させることができる。
【００３２】
導電性を有する反射防止膜３０を形成すると、画素だけでなく画素以外も同電位となるため、プラズマＣＶＤ、反応性イオンエッチング及びアッシングによる損傷やチャージによる電界集中が緩和される。したがって、暗電流及び白キズが減少する。
【００３３】
また、図２に表すように、負の電圧が印可された反射防止膜３０が、酸化膜２０の上に形成されている。半導体層１０と酸化膜２０との界面に正孔１０ｈを蓄積させることができる。つまり、正電荷を蓄積する領域が正孔１０ｈによって形成される。半導体層１０と酸化膜２０との界面において、蓄積された正孔１０ｈと、暗電流を発生させる電子（暗電子）と、が再結合して暗電子は消失し、暗電流の発生が抑制される。
【００３４】
本実施形態によれば、特性の良好な固体撮像装置が提供される。
【００３５】
図３（ａ）〜図３（ｅ）は、固体撮像装置の製造工程の一部のフローチャートである。
図３（ａ）〜図３（ｅ）において、固体撮像装置の画素領域の断面図が示されている。
【００３６】
図３（ａ）に表すように、光電変換を行う半導体層１０の第２面１０ｂに設けられた酸化膜２０の上に、反射防止膜３０を形成する。
【００３７】
反射防止膜３０として、酸化チタン（ＴｉＯ２）を含む膜にニオブ（Ｎｂ）がドープされる。スパッタリングによって、ニオブを５％ドープしたＴｉＯ２膜が形成される。成膜されたＮｂ−ＴｉＯ２膜に、アニール処理が行われる。アニール処理は、４００℃の温度によって１時間程度行われる。Ｎｂ−ＴｉＯ２膜にアニール処理を行うことで、Ｎｂ−ＴｉＯ２膜は、低抵抗化する。例えば、Ｎｂ−ＴｉＯ２膜のシート抵抗は、０．０１４オームセンチメートル程度であり、Ｎｂ−ＴｉＯ２膜の厚さは、５０ナノメートル程度である。
【００３８】
反射防止膜３０は、ニオブがドープされることで導電性を有する。例えば、ニオブがドープされていないＴｉＯ２膜を有する固体撮像装置において、暗電流は２０（任意乗数）である。一方で、Ｎｂ−ＴｉＯ２膜を有する固体撮像装置において、暗電流は１０（任意乗数）である。Ｎｂ−ＴｉＯ２膜が設けられた固体撮像装置において、暗電流が減少することが分かる。
【００３９】
また、反射防止膜３０に負電圧が印可される。負電圧（−２Ｖ）が印可されたＮｂ−ＴｉＯ２膜を有する固体撮像装置において、暗電流は２（任意乗数）である。負電圧が印可されたＮｂ−ＴｉＯ２膜を有する固体撮像装置において、暗電流が減少することが分かる。
【００４０】
酸化膜２０と反射防止膜３０との間に固定電荷膜を設けても良い。半導体層１０と反射防止膜３０との間に膜を形成することで、導電性を有する反射防止膜３０と、シリコンを含む半導体層１０と、が電気的に絶縁される。
【００４１】
図３（ｂ）に表すように、反射防止膜３０の上に、層間絶縁膜１３を形成する。例えば、層間絶縁膜１３は、二酸化ケイ素等のシリコン酸化物を含む膜である。
【００４２】
図３（ｃ）に表すように、画素領域を開口するためのマスクとして、層間絶縁膜１３の上にレジスト１４を形成する。
【００４３】
図３（ｄ）に表すように、レジスト１４をマスクとして、ドライエッチング又はウェットエッチングによって層間絶縁膜１３の一部を取り除く。
【００４４】
図３（ｅ）に表すように、レジスト１４を取り除く。その後、反射防止膜３０の上であって、層間絶縁膜１３の間に設けられた開口部１３ａに、平坦化膜４０、カラーフィルタ５０及びマイクロレンズ６０を形成する。開口部１３ａは画素領域に相当する。例えば、画素領域の周辺に回路領域を形成する。
【００４５】
酸化膜２０、反射防止膜３０、平坦化膜４０、カラーフィルタ５０及びマイクロレンズ６０等は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、塗布法、スパッタリングや真空蒸着を含むＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、及び／又は反応性イオンエッチングを用いて形成することができる。
【００４６】
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される。
【００４７】
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、半導体層、酸化膜、反射防止膜、平坦化膜、カラーフィルタ、マイクロレンズ、配線層、支持基板及び層間絶縁膜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。  
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。
【００４８】
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】
【００４９】
１０…半導体層、  １０ａ…第１面、  １０ｂ…第２面、  １０ｄ…点線部分、  １０ｈ…正孔、  １０ｎ…ｎ形拡散層、  １０ｐ…ｐ形領域、  １１…転送トランジスタ、  １２…トランジスタ群、  １３…層間絶縁膜、  １３ａ…開口部、  １４…レジスト、  ２０…酸化膜、  ３０…反射防止膜、  ４０…平坦化膜、  ５０…カラーフィルタ、  ６０…マイクロレンズ、  ７０…配線層、  ７１…多層配線、  ７２…層間絶縁層、  ８０…支持基板、  １００…固体撮像装置
【図１】
2016025135.tif 000003
【図２】
2016025135.tif 000004
【図３】
2016025135.tif 000005