(57)【要約】【課題】暗電流の発生を抑制した固体撮像装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、半導体層と、第１絶縁膜と、第１金属酸化膜と、第２金属酸化膜と、第２絶縁膜と、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絶縁膜は、前記半導体層の上に設けられる。前記第１金属酸化膜は、前記第１絶縁膜の上に設けられる。前記第２金属酸化膜は、前記第１金属酸化膜の上に設けられ、前記第１金属酸化膜とは組成が異なる。前記第２絶縁膜は、前記第２金属酸化膜の上に設けられる。【選択図】図１
2016062998.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、
前記半導体層の上に設けられた第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜の上に設けられた第１金属酸化膜と、
前記第１金属酸化膜の上に設けられ、前記第１金属酸化膜とは組成の異なる第２金属酸化膜と、
前記第２金属酸化膜の上に設けられた第２絶縁膜と、
を備えた固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１絶縁膜に含まれる絶縁体、及び、前記第２絶縁膜に含まれる絶縁体は、共有結合によって形成された請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１金属酸化膜に含まれる金属酸化物、及び、前記第２金属酸化膜に含まれる金属酸化物は、イオン結合によって形成された請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２絶縁膜の上に設けられた第３金属酸化膜と、
前記第３金属酸化膜の上に設けられ、前記第３金属酸化膜とは組成の異なる第４金属酸化膜と、
前記第４金属酸化膜の上に設けられた第３絶縁膜と、
を備えた請求項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３絶縁膜に含まれる絶縁体は、共有結合によって形成された請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第３金属酸化膜に含まれる酸化物、及び、前記第４金属酸化膜に含まれる酸化物は、イオン結合によって形成された請求項４または５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１金属酸化膜の屈折率は、前記第１絶縁膜の屈折率よりも高く、
前記第２金属酸化膜の屈折率は、前記第１絶縁膜の屈折率よりも高い請求項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２絶縁膜の上に繰り返し積層された複数の積層体をさらに備え、
前記積層体のそれぞれは、
前記第１金属酸化膜に含まれる第１金属酸化物を含む第１膜と、
前記第１膜の上に設けられ、前記第２金属酸化膜に含まれる第２金属酸化物を含む第２膜と、
前記第２膜の上に設けられ、前記第１絶縁膜に含まれる第１絶縁体を含む第３膜と、
を含む請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１絶縁体は、共有結合によって形成され、
前記第１金属酸化物及び前記第２金属酸化物は、イオン結合によって形成された請求項８記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板にフォトダイオードを設けた固体撮像装置として、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等がある。フォトダイオード及びその周辺の半導体層において、界面準位または結晶欠陥に起因して、暗電流が発生する。固体撮像装置によって撮像される画像の画質は、暗電流によって劣化することがある。このような固体撮像装置において、暗電流の発生を抑制することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３９１１６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、暗電流の発生を抑制した固体撮像装置を提供する。
【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絶縁膜と、第１金属酸化膜と、第２金属酸化膜と、第２絶縁膜と、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絶縁膜は、前記半導体層の上に設けられる。前記第１金属酸化膜は、前記第１絶縁膜の上に設けられる。前記第２金属酸化膜は、前記第１金属酸化膜の上に設けられ、前記第１金属酸化膜とは組成が異なる。前記第２絶縁膜は、前記第２金属酸化膜の上に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式的断面図である。
【図２】実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、固体撮像装置の特性を例示するグラフ図である。
【図４】図３（ａ）及び図３（ｂ）の測定に用いられた積層体を例示する模式的断面図である。
【図５】実施形態に係る別の固体撮像装置の一部を例示する模式的断面図である。
【図６】実施形態に係るさらに別の固体撮像装置の一部を例示する模式的断面図である。
【図７】固体撮像装置の特性を例示する模式図である。
【図８】積層体の光学的特性を例示するグラフ図である。
【図９】積層体の光学的特性を例示するグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、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】
図１は、実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式的断面図である。  
図１に表したように、固体撮像装置１００は、半導体層１０と、半導体層１０の上に設けられた第１絶縁膜２１と、第１絶縁膜２１の上に設けられた第１金属酸化膜３１と、第１金属酸化膜３１の上に設けられた第２金属酸化膜３２と、第２金属酸化膜３２の上に設けられた第２絶縁膜２２と、を含む。
【０００９】
図１に表した固体撮像装置１００は、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサである。この例では、固体撮像装置１００は、カラーフィルタ６０と、マイクロレンズ７０と、トランジスタ１１と、トランジスタ群１２と、拡散層１３と、配線層８０と、支持基板９０と、をさらに含む。
【００１０】
以下の説明において、半導体層１０から第１絶縁膜２１へ向かう方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向に対して垂直で、Ｚ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１１】
配線層８０は、支持基板９０の上に設けられる。配線層８０は、配線８１と、層間絶縁膜８２と、を含む。半導体層１０は、配線層８０の上に設けられる。
【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、配線層８０側の面である。第２面１０ｂは、第１面１０ａの反対側の面である。ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、第１面１０ａは表面と呼ばれ、第２面１０ｂは裏面と呼ばれる。
【００１３】
半導体層１０には、シリコン（Ｓｉ）が用いられる。半導体層１０は、少なくとも１以上のｎ形拡散層１０ｎと、ｐ形拡散層１０ｐと、を含む。例えば、複数のｎ形拡散層１０ｎは、Ｘ−Ｙ平面において、アレイ状に並んで配置されている。
【００１４】
ｎ形拡散層１０ｎのそれぞれは、Ｘ−Ｙ平面において、ｐ形拡散層１０ｐによって囲まれている。１つのｎ形拡散層１０ｎが、１つのフォトダイオードに対応する。すなわち、１つのｎ形拡散層１０ｎは、固体撮像装置における１つの画素に対応する。ｎ形拡散層１０ｎ同士の間（画素間領域１０ｄ）に分離層を設けても良い。
【００１５】
第１絶縁膜２１は、半導体層１０の上に設けられる。すなわち、半導体層１０の裏面側に第１絶縁膜２１が設けられる。第１絶縁膜２１は、第１絶縁体を含む。第１絶縁体には、共有結合によって形成される絶縁体が用いられる。第１絶縁体は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。
【００１６】
第１金属酸化膜３１は、第１金属酸化物を含む。第１金属酸化物には、イオン結合によって形成される酸化物が用いられる。第１金属酸化物は、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）である。第１金属酸化物には、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）または酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を用いてもよい。第１金属酸化膜３１における酸素密度（面密度）は、第１絶縁膜２１における酸素密度（面密度）よりも高い。
【００１７】
第２金属酸化膜３２は、第２金属酸化物を含む。第２金属酸化物には、イオン結合によって形成される酸化物が用いられる。第２金属酸化物の組成は、第１金属酸化物の組成とは異なる。第２金属酸化物は、例えば、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）である。第２金属酸化物には、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）または酸化セリウム（Ｃｅ２Ｏ３）を用いてもよい。第２金属酸化膜３２における酸素密度（面密度）は、第２絶縁膜２２における酸素密度（面密度）よりも低い。
【００１８】
第２絶縁膜２２は、第２絶縁体を含む。第２絶縁体には、共有結合によって形成される絶縁体が用いられる。第２絶縁体は、第１絶縁体と同じであっても良く、例えば、酸化シリコンである。
【００１９】
なお、本願明細書において、酸素面密度とは、積層された膜同士の界面近傍（例えば、界面からの距離が１ｎｍ以内の領域）における、単位面積あたりの酸素原子の数である。酸素面密度は、例えば、２次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry；ＳＩＭＳ）やエネルギー分散型Ｘ線分光法（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy；ＥＤＸ）、電子エネルギー損失分光法（Electron Energy-Loss Spectroscopy；ＥＥＬＳ）などによって測定することができる。
【００２０】
カラーフィルタ６０は、第２金属酸化膜３２の上に設けられる。複数のカラーフィルタ６０のそれぞれは、複数のｎ形拡散層１０ｎのそれぞれの上に設けられる。
【００２１】
カラーフィルタ６０は、所定の波長域の光を透過する。カラーフィルタ６０のそれぞれは、赤色の波長域、緑色の波長域及び青色の波長域のいずれかの光を透過する。  
カラーフィルタ６０のそれぞれの上に、マイクロレンズ７０が設けられる。
【００２２】
固体撮像装置１００の動作において、光は、裏面側から照射される。すなわち、光は、マイクロレンズ７０及びカラーフィルタ６０を通過し、半導体層１０へ入射する。
【００２３】
マイクロレンズ７０は、固体撮像装置に入射した光を集光し、半導体層１０へ導く。カラーフィルタ６０は、所定の波長域の光を、半導体層１０へ入射させる。
【００２４】
半導体層１０は、入射した光によって、光電変換を行う。半導体層１０に入射した光に応じて、半導体層１０中に信号電子が発生する。ｎ形拡散層１０ｎは、発生した信号電子を蓄積する。１つのｎ形拡散層１０ｎには、１つの画素に入射した光に応じて、信号電子が蓄積される。
【００２５】
半導体層１０の第１面１０ａには、トランジスタ１１、トランジスタ群１２及び拡散層１３が設けられている。トランジスタ１１は、転送トランジスタである。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１３へ移動させる。これにより、蓄積された信号電子数に応じて、拡散層１３の電位が変化する。
【００２６】
トランジスタ群１２は、例えば、増幅トランジスタを含む。増幅トランジスタは、拡散層１３及び配線８１と電気的に接続されている。増幅トランジスタは、上述の拡散層１３の電位の変化を増幅する。増幅された信号は、配線８１を介して周辺回路（図示せず）に出力される。このようにして、画素に入射した光に応じた電気信号を得ることができる。
【００２７】
また、トランジスタ群１２は、リセットトランジスタ及びアドレストランジスタを含む。リセットトランジスタは、ｎ形拡散層１０ｎ及び拡散層１３から、蓄積された電子を排出し、初期状態に戻す。アドレストランジスタは、増幅トランジスタが信号を出力するタイミングを制御する。
【００２８】
例えば、裏面照射型のイメージセンサの製造において、半導体層１０の厚さを調整する際、半導体層１０の第２面１０ｂ側が研磨される。このため、半導体層１０の界面において、結晶欠陥や界面準位が生じることがある。
【００２９】
例えば、固体撮像装置１００に光が入射していない場合においても、界面準位に起因して、熱励起などにより、半導体層１０中に電子（暗電子）が発生する。この電子によって、フォトダイオードに電流が流れ込む。画素に入射した光に依存せずに生じる電流（暗電流）は、出力においてノイズの一因となり、画質を劣化させる。また、光が入射していないときに比較的大きな電流が流れる画素においては、他の画素に比べて出力が大きくなる。これは画像上の欠陥（白傷）となる。
【００３０】
実施形態に係る固体撮像装置１００では、第２面１０ｂ側に前述の膜を積層する。これにより、半導体層１０と第１絶縁膜２１との界面において、半導体層１０中の正孔（ホール）濃度を増大させることができる（後述）。半導体層１０の界面において、発生した暗電子と、蓄積された正孔と、が再結合する。これにより、暗電流及び白傷の発生を抑制することができる。
【００３１】
図２は、実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式的断面図である。  
図２は、半導体層１０、第１絶縁膜２１、第１金属酸化膜３１、第２金属酸化膜３２、及び第２絶縁膜２２の一部を拡大して示す。
【００３２】
共有結合によって形成された酸化物からなる膜と、イオン結合によって形成された酸化物からなる膜と、が積層されると、界面にダイポールが形成される。ダイポールは、例えば、界面における酸素原子の面密度の差や、電気陰性度の違いによって生じると考えられる。
【００３３】
固体撮像装置１００においては、第１絶縁膜２１には共有結合性の絶縁体が用いられ、第１金属酸化膜３１にはイオン結合性の酸化物が用いられる。このため、第１絶縁膜２１と第１金属酸化膜３１との界面にダイポールが形成される。
【００３４】
第１金属酸化膜３１における酸素面密度は、第１絶縁膜２１における酸素面密度よりも高い。このため、例えば、酸素原子の密度が高い第１金属酸化膜３１から、酸素原子の密度が低い第１絶縁膜２１へ、酸素が受け渡される。ここで、酸素は負電荷を持つイオンである。界面のダイポールの向きは、酸素の移動方向に依存する。この例では、ダイポールの負から正へ向かう方向は、第１絶縁膜２１から第１金属酸化膜３１へ向かう方向となる。
【００３５】
また、第２金属酸化膜３２にはイオン結合性の酸化物が用いられ、第２絶縁膜２２には共有結合性の絶縁体が用いられる。このため、第２金属酸化膜３２と第２絶縁膜２２との界面にダイポールが形成される。
【００３６】
第２金属酸化膜３２における酸素面密度は、第２絶縁膜２２における酸素面密度よりも低い。このため、例えば、酸素原子密度が高い第２絶縁膜２２から、酸素原子の密度が低い第２金属酸化膜３２へ、酸素が受け渡される。第２金属酸化膜３２と第２絶縁膜２２との界面において、ダイポールの負から正へ向かう方向は、第２金属酸化膜３２から第２絶縁膜２２へ向かう方向となる。
【００３７】
膜同士の界面において、このように向きの揃ったダイポールが形成されることにより、半導体層１０と第１絶縁膜２１との界面において、フラットバンド電圧が正に増大する。このため、図２に表したように、半導体層１０の界面において、正孔（ｈ＋）が蓄積される。
【００３８】
裏面照射形のイメージセンサにおいては、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 Vapor Deposition）によって、積層体が第２面１０ｂ側に形成される。積層体の形成過程において、積層体は、正に帯電しやすい。このとき、半導体層１０の界面付近における正孔濃度が減少しやすい。正孔の濃度が低い場合には、発生した暗電子と、正孔と、の再結合が不十分となり、暗電流が増大する。これにより、撮像される画像が劣化してしまう場合がある。
【００３９】
そこで、光電変換を行うＳｉ半導体層の上に、ＳｉＯ２膜を設け、さらにＳｉＯ２膜の上にＨｆＯ２膜を積層した参考例の固体撮像装置がある。例えば、ＨｆＯ２膜は、負の固定電荷を有する膜として機能し、Ｓｉ半導体層の界面に正孔を蓄積させる。しかしながら、この参考例の固体撮像装置では、十分な正孔濃度を得ることができず、暗電流及び白傷の抑制が不十分な場合がある。
【００４０】
これに対して、実施形態に係る固体撮像装置１００においては、第１絶縁膜２１と第１金属酸化膜３１との界面、及び、第２金属酸化膜３２と第２絶縁膜２２との界面、の双方において、向きが揃ったダイポールが形成される。これにより、蓄積された正孔の濃度を増大させることができる。暗電子と正孔とが再結合することで、暗電流及び白傷を抑制することができる。
【００４１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、固体撮像装置の特性を例示するグラフ図である。  
図４は、図３（ａ）及び図３（ｂ）の測定に用いられた積層体を例示する模式的断面図である。
【００４２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図４に表した積層体２００及び２０１の測定結果である。積層体２００は、実施形態に係る固体撮像装置１００に対応し、積層体２０１は、参考例の固体撮像装置に対応する。
【００４３】
積層体２００では、半導体層１０の上に積層体Ｓ１が設けられ、その上にＷ電極が設けられている。ここで、積層体Ｓ１は、第１絶縁膜２１（ＳｉＯ２膜、厚さ８．８ｎｍ）、第１金属酸化膜３１（ＨｆＯ２膜、厚さ２〜１８ｎｍ）、第２金属酸化膜３２（Ｌａ２Ｏ３膜、厚さ４ｎｍ）、及び、第２絶縁膜２２（ＳｉＯ２膜、厚さ４ｎｍ）が積層された構造を有する。
【００４４】
積層体２０１では、Ｓｉ半導体層の上に積層体Ｓ２が設けられ、その上にＷ電極が設けられている。積層体Ｓ２は、ＳｉＯ２膜（厚さ８．８ｎｍ）、ＨｆＯ２膜（厚さ２〜１８ｎｍ）、及びＳｉＯ２膜（厚さ４ｎｍ）が積層された構造を有する。
【００４５】
図３（ａ）の縦軸は、半導体層とＷ電極との間の容量（μＦ／ｃｍ２）を表し、横軸は、半導体層とＷ電極との間に印加された電圧（Ｖ）を表す。複数の試料について、このような容量を測定した。
【００４６】
図３（ｂ）の縦軸は、測定された容量から算出されたフラットバンド電圧ＶＦＢ（Ｖ）を表し、横軸は、積層体Ｓ１またはＳ２の酸化膜換算膜厚（Equivalent Oxide Thickness：ＥＯＴ）を表す。
【００４７】
図３（ａ）及び図３（ｂ）のグラフから分かるように、積層体２００においては，積層体２０１に比べて、フラットバンド電圧が正に増大している。このため、実施形態に係る固体撮像装置１００では、蓄積された正孔の濃度を増大させることができ、暗電流及び白傷を抑制することができる。これにより、高画質な画像を撮像することができる。
【００４８】
また、ダイポールは、前述のように膜の界面において生じる。このため、ＥＯＴが変化した時の、フラットバンド電圧の変化は小さい。すなわち、フラットバンド電圧の、ＥＯＴ依存性は小さい。
【００４９】
図５は、実施形態に係る別の固体撮像装置の一部を例示する模式的断面図である。  
図５に表した固体撮像装置１０１は、固体撮像装置１００と同様に半導体層１０、第１絶縁膜２１、第１金属酸化膜３１、第２金属酸化膜３２及び第２絶縁膜２２と、を含む。さらに、固体撮像装置１０１は、第３金属酸化膜３３と、第４金属酸化膜３４と、第３絶縁膜２３と、を含む。
【００５０】
第３金属酸化膜３３は、第２絶縁膜２２の上に設けられる。第３金属酸化膜３３に用いられる金属酸化物は、イオン結合によって形成される。例えば、第３金属酸化膜３３は、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２及びＴａ２Ｏ３の少なくともいずれかを含む。第３金属酸化膜３３には、第１金属酸化膜３１と同じ酸化物を用いてもよい。
【００５１】
第４金属酸化膜３４は、第３金属酸化膜３３の上に設けられる。第４金属酸化膜３４は、第３金属酸化膜３３とは組成が異なる。第４金属酸化膜３４に用いられる金属酸化物は、イオン結合によって形成される。例えば、第４金属酸化膜３４は、Ｌａ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３及びＣｅ２Ｏ３の少なくともいずれかを含む。第４金属酸化膜３４には、第２金属酸化膜３２と同じ酸化物を用いてもよい。
【００５２】
第３絶縁膜２３は、第４金属酸化膜３４の上に設けられる。第３絶縁膜２３に用いられる絶縁体は、共有結合によって形成される。第３絶縁膜２３には、第１絶縁膜２１及び第２絶縁膜２２と同じ絶縁体を用いてもよく、例えば、ＳｉＯ２が用いられる。
【００５３】
第２絶縁膜２２と第３金属酸化膜３３との界面において、ダイポールが発生する。第３金属酸化膜３３の酸素面密度は、第２絶縁膜２２の酸素面密度よりも高い。このため、この界面におけるダイポールの負から正へ向かう方向は、第２絶縁膜２２から第３金属酸化膜３３へ向かう方向となる。
【００５４】
第４金属酸化膜３４と第３絶縁膜２３との界面においても、ダイポールが発生する。第４金属酸化膜３４の酸素面密度は、第３絶縁膜２３の酸素面密度よりも低い。このため、この界面におけるダイポールの負から正へ向かう方向は、第４金属酸化膜３４から第３絶縁膜２３へ向かう方向となる。
【００５５】
このように、固体撮像装置１０１においては、第２絶縁膜２２と第３金属酸化膜３３との界面、及び、第４金属酸化膜３４と第３絶縁膜２３との界面においても、向きの揃ったダイポールが発生する。このため、固体撮像装置１００の場合よりも、さらにフラットバンド電圧が正に増大する。これにより、半導体層１０の界面において蓄積される正孔の濃度をさらに高くすることができ、暗電流及び白傷を抑制することができる。
【００５６】
図６は、実施形態に係るさらに別の固体撮像装置の一部を例示する模式的断面図である。  
実施形態に係る固体撮像装置１０２は、半導体層１０と、半導体層１０の上に設けられた少なくとも１以上の積層体ＳＢ１と、を含む。複数の積層体ＳＢ１は、積層方向（Ｚ軸方向）において、繰り返し積層されている。
【００５７】
積層体ＳＢ１のそれぞれは、第１膜Ｆ１と、第２膜Ｆ２と、第３膜Ｆ３と、を含む。  
第１膜Ｆ１は、前述した第１金属酸化物を含む。第２膜Ｆ２は、第１膜Ｆ１の上に設けられ、前述の第２金属酸化物を含む。第３膜Ｆ３は、第２膜Ｆ２の上に設けられ、前述の第１絶縁体を含む。
【００５８】
第１膜Ｆ１と第３膜Ｆ３との界面において、第１膜Ｆ１の酸素面密度は、第３膜Ｆ３の酸素面密度よりも高い。  
第２膜Ｆ２と第３膜Ｆ３との界面において、第２膜Ｆ２の酸素面密度は、第３膜Ｆ３の酸素面密度よりも低い。
【００５９】
例えば、第１絶縁膜２１及び第２絶縁膜２２を、第３膜Ｆ３と見なしてもよい。また、第１金属酸化膜３１を第１膜Ｆ１と見なし、第２金属酸化膜３２を第２膜Ｆ２と見なしてもよい。
【００６０】
固体撮像装置１０２では、第２絶縁膜２２の上に、複数の積層体ＳＢ１が積層されている。第１膜Ｆ１と第３膜Ｆ３との界面、及び、第２膜Ｆ２と第３膜Ｆ３との界面において、向きの揃ったダイポールが発生する。積層体ＳＢ１の積層数に応じて、フラットバンド電圧を増大させることができる。
【００６１】
図７は、固体撮像装置の特性を例示する模式図である。  
図７は、積層体２０２〜２０３における、フラットバンド電圧ＶＦＢと、ＥＯＴと、の関係を示す。
【００６２】
積層体２０２においては、Ｓｉ半導体層の上にＳｉＯ２膜が設けられ、その上にＷ電極が設けられている。積層体２０３においては、Ｓｉ半導体層の上に設けられたＳｉＯ２膜と、Ｗ電極と、の間に１つの積層体ＳＢ１が積層されている。積層体２０４においては、Ｓｉ半導体層の上に設けられたＳｉＯ２膜と、Ｗ電極と、の間に積層体ＳＢ１が３つ積層されている。このような積層体を用いて、図３（ａ）及び図３（ｂ）と同様に、フラットバンド電圧を算出した。
【００６３】
図７に表したように、積層体ＳＢ１の積層数が増えるほど、フラットバンド電圧が増大する。このように、積層体ＳＢ１の積層回数に応じて、フラットバンド電圧の増大を調整することができる。すなわち、半導体層１０の界面における正孔濃度を調整することができる。これにより、暗電流及び白傷の発生を抑制することができる。
【００６４】
ところで、図１に表したような裏面照射形のイメージセンサにおいて、光は、第２面１０ｂに設けられた積層体を通過して、フォトダイオードに入射する。  
例えば、マイクロレンズ７０及びカラーフィルタ６０を透過した光の一部は、第２面１０ｂに設けられた積層体において反射される。第２面１０ｂに設けられた積層体の反射率が大きい場合、フォトダイオードに入射する光が減少し、固体撮像装置の感度が低下してしまう。
【００６５】
実施形態においては、波長が６３３ｎｍの波長の光に対して、第１金属酸化膜３１の屈折率は、第１絶縁膜２１の屈折率よりも高い。第２金属酸化膜３２の屈折率は、第１絶縁膜２１の屈折率よりも高い。また、例えば、波長が６３３ｎｍの波長の光に対して、第１金属酸化膜３１の屈折率は、第２金属酸化膜３２の屈折率よりも高い。  
換言すると、波長が６３３ｎｍの波長の光に対して、第１金属酸化物の屈折率は、第１絶縁体の屈折率よりも高く、第２金属酸化物の屈折率は、第２絶縁体の屈折率よりも高い。
【００６６】
このような屈折率を有する複数の膜を積層し、各膜の厚さを調整することで、反射率を低減させることができる。例えば、多層反射防止膜を形成することができる。  
なお、前述したように、フラットバンド電圧のＥＯＴ依存性は小さい。このため、反射率の観点から、各膜の厚さを調整することができる。各膜の厚さの調整においては、各膜の屈折率が考慮される。
【００６７】
例えば、ある膜の屈折率をｎとし、光の波長をλとすると、当該膜の厚さは、λ／４ｎ（４００ｎｍ≦λ≦７００ｎｍ）程度である。  
例えば、第１絶縁膜２１の厚さは、１ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である。第１金属酸化膜３１の厚さは、１ｎｍ以上９０ｎｍ以下である。第２金属酸化膜３２の厚さは、１ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。
【００６８】
図８及び図９は、積層体の光学的特性を例示するグラフ図である。  
図８及び図９は、ＳｉＮ膜２０５、及び積層体２０６〜２０９の反射率のシミュレーション結果を示す。  
ＳｉＮ膜２０５は、厚さ５０ｎｍのＳｉＮ膜である。
【００６９】
ＳｉＯ２膜と、ＳｉＯ２膜に積層されたＨｆＯ２膜と、ＨｆＯ２膜に積層されたＬａ２Ｏ３膜と、を１組とする。積層体２０６は、１つの組からなる。積層体２０７は、積層方向において積層された２つの組からなる。積層体２０８は、積層方向において積層された４つの組からなる。積層体２０９は、積層方向において積層された６つの組からなる。積層体２０６〜２０９においては、各膜の厚さは、各膜の屈折率を考慮し、それぞれ調整されている。例えば、ＳｉＯ２膜の屈折率は１．４５程度、ＨｆＯ２膜の屈折率は２．０程度、Ｌａ２Ｏ３膜の屈折率は１．９程度である。
【００７０】
図８の縦軸は、反射率（arbitrary unit）を表し、横軸は、積層体に入射する光の波長を表す。図９の縦軸は、波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲における、各試料の反射率の平均値である。
【００７１】
実施形態に係る固体撮像装置のように複数の膜を積層した積層体２０６〜２０９の反射率は、ＳｉＮ単層（ＳｉＮ膜２０５）の反射率に比べて低い。図９に示すように、積層される組の数を増やし、各膜の厚さを適切に調整した場合、さらに反射率を低減させることができる。これにより、固体撮像装置の感度を向上させることができる。
【００７２】
固体撮像装置１００においては、半導体層１０の上に、第１絶縁膜２１、第１金属酸化膜３１、第２金属酸化膜３２及び第２絶縁膜２２が順次積層されている。さらに各膜の厚さを適切に調整する。これにより、暗電流及び白傷の発生を抑制しつつ、感度を向上させることができる。
【００７３】
実施形態によれば、暗電流の発生を抑制した固体撮像装置が提供できる。
【００７４】
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、本発明の実施形態は、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、絶縁膜、金属酸化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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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】
【００７８】
１０…半導体層、  １０ａ…第１面、  １０ｂ…第２面、  １０ｄ…画素間領域、  １０ｎ…ｎ形拡散層、  １０ｐ…ｐ形拡散層、  １１…トランジスタ、  １２群…トランジスタ群、  １３…拡散層、  ２１〜２３…第１〜第３絶縁膜、  ３１〜３４…第１〜第４金属酸化膜、  ６０…カラーフィルタ、  ７０…マイクロレンズ、  ８０…配線層、  ８１…配線、  ８２…層間絶縁膜、  ９０…支持基板、  １００〜１０２…固体撮像装置、  ２００〜２０４…積層体、  ２０５…ＳｉＮ膜、  ２０６〜２０９…積層体、  Ｆ１〜Ｆ３…第１〜第３膜、  Ｓ１、Ｓ２、ＳＢ１…積層体
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図６】
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