固态成像装置及其制造方法以及电子设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种固态成像装置及其制造方法以及电子设备。所提供的固态成像装置包括半导体基体、形成在半导体基体之上的有机光电转换层、形成在半导体基体上的绝缘层中的接触孔、形成在接触孔中且将包括有机光电转换层的光电转换部分与半导体基体电连接的导体层、以及通过与接触孔中的导体层自对准地形成在半导体基体中的并且连接到该导体层的接触部分。
【专利说明】固态成像装置及其制造方法以及电子设备
【技术领域】
[0001]本技术涉及固态成像装置及其制造方法以及具有固态成像装置的电子设备。
【背景技术】
[0002]近年来，在CXD成像传感器和CMOS成像传感器中，随着像素尺寸的减小，入射在单元像素上的光子数减少且灵敏度下降，导致S/N的下降。
[0003]在被广泛使用的、且将红像素、绿像素和蓝像素设置在平面上的像素设置中，绿光和蓝光不通过红像素中的彩色滤光片，并且不用于光电转换，导致灵敏度的损失。
[0004]此外，当颜色信号通过像素插补(interpolation)产生时,会发生伪色。
[0005]为了解决这些问题，已经知晓这样的成像传感器，其中三个光电转换层在竖直方向上堆叠以用一个像素获得三个颜色的光电转换信号。
[0006]已经提出了这样的在一个像素中堆叠三个光电转换层的结构，例如，构造为检测绿光的光电转换部分提供在硅基板之上，并且构造为检测蓝光和红光的两个ro堆叠在硅基板内(参见日本专利提前公开特开2003-332551号公报)。
[0007]再者，已经提出了背面照射型结构，其中电路形成表面设置在光接收表面的相对侦牝该背面照射型结构所具有的结构是，其中一层光电转换膜设置在硅基板之上且两种颜色的两个光电转换部分设置在娃基板中。
[0008]另外，特别是已经提出了一种背面照射型结构，其中包括有机光电转换层的有机光电转换部分形成在硅基板之上(参见日本专利提前公开特开2011-29337号公报)。
[0009]在该结构中，因为无机光电转换部分和有机光电转换部分之间不形成电路或配线，所以可减小相同的像素中无机光电转换部分和有机光电转换部分之间的距离。结果，可抑制每个颜色的F值依赖性，并且可抑制不同颜色当中灵敏度的变化。
[0010]另外，已经提出了具有有机光电转换部分形成在半导体基板之上的结构，其中进一步形成竖直转移通道，该竖直转移通道包括在半导体基板中在竖直方向上堆叠的连接部分、电势势垒层和电荷累积层(参见日本专利提前公开特开2011-138927号公报)。该结构的目的在于通过在半导体基体中形成竖直转移通道改善转移效率而不影响像素的小型化。
[0011]根据日本专利提前公开特开2011-138927号公报，竖直转移通道形成如下。
[0012]首先，光电转换部分的半导体区域以及竖直转移通道的电荷累积层和电势势垒层通过离子注入形成在SOI基板的半导体层上。
[0013]随后，该装置上下翻转以去除构成SOI基板的基板和BOX层，从而暴露后表面，该后表面要成为半导体层的光入射表面。
[0014]接下来，以高浓度将η型杂质离子注入到半导体层被暴露的最外前表面的电势势垒层的上部区域中以形成连接部分(在下文，称为接触部分)，并且通过激光退火进行活化。
【发明内容】
[0015]在通过激光退火处理来实现离子注入区域活化的情况下，可采用熔化激光退火来熔化硅。
[0016]然而，由于激光斑点尺寸和接触部分的尺寸之间的关系，熔化了包括除接触部分之外区域的很大部分。出于这个原因，杂质从离子注入区域横向扩散，所以使耗尽层扩展，并且在制造上可能损坏接触插塞部分而使结漏电流变坏。
[0017]再者，杂质横向扩散可能会消除硅表面上的负的固定电荷，因此可能导致暗电流的变坏。
[0018]因此，希望提供一种固态成像装置，其中防止杂质扩散，并且与有机光电转换层连接的接触部分可通过激光退火形成，还希望提供该固态成像装置的制造方法和具有该固态成像装置的电子设备。
[0019]根据本公开的实施例，所提供的固态成像装置包括半导体基体、形成在半导体基体之上的有机光电转换层、形成在半导体基体上的绝缘层中的接触孔、形成在接触孔中且将包括有机光电转换层的光电转换部分与半导体基体电连接的导体层、以及通过与接触孔中的导体层自对准形成在半导体基体中的且连接到导体层的接触部分。
[0020]根据本公开的实施例，所提供的具有有机光电转换层的固态成像装置的制造方法包括在半导体基体上形成的绝缘层上形成反射激光的反射膜、处理反射膜和绝缘层、以及形成到达半导体基体的接触孔、通过激光处理在接触孔下的半导体基体中形成接触部分、在接触孔中形成导体层以与半导体基体中的接触部分连接、以及形成与导体层电连接且包括在半导体基体之上的有机光电转换层的光电转换部分。
[0021]根据本技术的实施例的电子设备包括光学系统、根据上述本技术实施例的固态成像装置以及用于处理该固态成像装置的输出信号的信号处理电路。
[0022]根据上述本技术的实施例的固态成像装置，因为与导体层连接的接触部分通过与接触孔中的导体层自对准地形成，所以接触部分中的杂质不扩散到接触孔之外。这能够抑制接触部分中的杂质扩散引起的耗尽层的扩展导致的结漏电流(junction leakage)以及负的固定电荷的消除引起的暗电流的发生。
[0023]根据上述本技术的实施例的固态成像装置的制造方法，反射激光的反射膜形成在半导体基体上的绝缘层上，处理反射膜和绝缘层以形成接触孔，并且接触部分通过激光退火形成在接触孔下的半导体基体中。
[0024]在激光退火中，因为反射膜反射激光，所以仅半导体基体在接触孔下的部分被激光辐射。为此，接触孔下的部分可选择性地被熔化、再结晶和活化以通过与接触孔自对准形成接触部分，允许接触部分的杂质不扩散到接触孔之外。这能够抑制接触部分中的杂质扩散引起的耗尽层的扩展导致的结漏电流以及负的固定电荷的消除引起的暗电流的发生。
[0025]于是，因为导体层形成在接触孔中，且导体层与半导体基体的接触部分接触，所以接触孔中的导体层和接触部分通过自对准形成。
[0026]根据上述本技术的实施例的电子设备，因为包含本技术的实施例中的固态成像装置，所以能在固态成像装置中抑制由于耗尽层的扩展导致的结漏电流和由于负的固定电荷的引起的暗电流的发生。
[0027]根据上述本技术，因为可抑制结漏电流和暗电流的发生，所以与有机光电转换层电接触的接触部分可通过不困难的激光退火形成。于是，在固态成像装置以及包括该固态成像装置的电子设备中可保证在可靠性和成像质量上的改善。【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是根据第一实施例的固态成像装置的示意性结构图(主要部分的截面图)。
[0029]图2A和2B是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0030]图3C和3D是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0031]图4E和4F是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0032]图5是整个像素在图4F的状态下的截面图。
[0033]图6A至6C是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0034]图7D至7F是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0035]图8G和8H是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0036]图91和9J是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0037]图1OK和IOL是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0038]图1IM和IlN是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0039]图120和12P是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0040]图13Q和13R是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0041]图14S和14T是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0042]图15U和15V是示出图1的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0043]图16是示出根据第二实施例的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0044]图17A和17B是示出根据第三实施例的固态成像装置的制造工艺的示意图。
[0045]图18是根据第四实施例的电子设备的示意性结构图(框图)。
【具体实施方式】
[0046]在下文，将参考附图详细描述本技术的优选实施例。应注意，在该说明书和附图中，具有基本上相同功能和结构的构成元件用相同的附图标记表示，并且省略这些构成元件的重复说明。
[0047]在下文，描述实施本技术的优选实施方式(称为实施例)。
[0048]描述以下面的顺序进行。
[0049]1.第一实施例(固态成像装置及其制造方法)
[0050]2.第二实施例(固态成像装置的制造方法)
[0051]3.第三实施例(固态成像装置的制造方法)
[0052]4.第四实施例(电子设备)
[0053]〈1.第一实施例(固态成像装置及其制造方法)>
[0054]图1示出了固态成像装置的第一实施例的示意性结构图(主要部分的截面图)。
[0055]在实施例中，本技术应用于CMOS型固态成像装置(CMOS成像传感器)。
[0056]图1示出了固态成像装置的一个像素的截面图。
[0057]实施例中的固态成像装置包括半导体基体1，该半导体基体I具有在深度方向上堆叠的两个光电转换部分PDl和Η)2，如图1所示。光电转换部分PDl和PD2的每一个由形成在半导体基体I内的光敏二极管构成。
[0058]图中半导体基体I中的上表面是光入射表面，并且其下表面是电路形成表面。[0059]在半导体基体I的电路形成表面侧，诸如放大晶体管的像素晶体管形成在每个像素中，并且诸如逻辑电路的周边电路形成在将成为周边电路部分的区域中，这在图中没有示出。
[0060]半导体基体I由诸如娃的半导体材料制造。
[0061]半导体基体I可为半导体基板、半导体基板及其上的半导体外延层或绝缘层上的半导体层等。SOI基板的硅层也可用于半导体基体1，该SOI基板在硅基板上隔着氧化硅膜形成有娃层。
[0062]关于两个光电转换部分PDl和PD2，下层侧的第一光电转换部分PDl光电转换长波长的红R光。上层侧的第二光电转换部分PD2光电转换短波长的蓝B光。这些构成纵向分光成像传感器。
[0063]第二光电转换部分PD2包括堆叠到第一光电转换部分PDl的一部分和在图中向下延伸用于与电路形成表面上的电路相连接的一部分(插塞部分)。
[0064]关于第二光电转换部分TO2，浮置扩散FD隔着半导体基体I内的转移栅极2设置在该第二光电转换部分ro2的左侧。
[0065]关于第一光电转换部分F1Dl,转移栅极和浮置扩散(floating diffusing)分别设置在没有示出的部分中。
[0066]在半导体基体I中，电荷累积部分5形成在光电转换部分PDl和TO2的右侧，用于累积通过稍后描述的有机光电转换部分光电转换绿G光而获得的电荷。此外，溢流势垒(overflow barrier) 4和N+接触部分3形成在电荷累积部分5上。电荷累积部分5形成为包括N型半导体区域，并且溢流势垒4形成为包括低浓度的P型半导体区域。
[0067]关于电荷累积部分5，浮置扩散FD隔着转移栅极2设置在该电荷累积部分5的右侧。
[0068]在半导体基体I中，进一步向右形成的是P+接触部分6和P型插塞区域7，该P+接触部分6和P型插塞区域7将有机光电转换部分与电路形成表面上的电路相连接。
[0069]在接触部分6和插塞区域7周围，绝缘膜8形成为使半导体基体I绝缘于接触部分6和插塞区域7。
[0070]绝缘膜8例如可采用氧化硅膜和氮化硅膜形成。
[0071]在半导体基体I的电路形成表面的下侧，配线部分(多层互连部分)19形成为包括隔着层间介电层17竖直堆叠的多个配线层18。在图1中，三层配线层18示出为在转移栅极2下。
[0072]支撑基板20设置在配线部分(多层互连部分)19下。
[0073]绝缘层11形成在半导体基体I的光入射表面(上表面)上。
[0074]绝缘层11希望由具有低界面状态的材料制作，以便减小与半导体基体I的界面状态，并且抑制暗电流从半导体基体I和绝缘层11之间的界面产生。
[0075]绝缘层11的示例包括由ALD (原子层沉积)法形成的氧化铪(HfO2)膜和由等离子体CVD法形成的SiO2膜的堆叠结构膜。然而，其结构和膜形成方法不限于此。
[0076]导体层12形成在接触孔内以及绝缘层11上，接触孔形成在绝缘层11中。导体层12包括在接触孔中的导电插塞和绝缘层11上的配线层。
[0077]N+接触部分3和P+接触部分6形成在半导体基体I内靠近上表面，分别与导体层12的导电插塞连接。
[0078]因为导体层12的一部分配线层形成为从导电插塞的一部分横向延伸，所以光可被半导体基体I的导体层12下方的部分遮挡。就是说，如图1所示，第二光电转换部分TO2的插塞部分、接触部分3、溢流势垒4、电荷累积部分5、接触部分6和插塞区域7可通过导体层12遮光。
[0079]将遮光性良好的导电材料用于导体层12。此外，导体层12必须与半导体基体I接触。关于导体层12的材料，例如，可采用具有Ti和TiN的堆叠膜的势垒金属，和包括W(钨)的结构。应注意，该结构和材料不限于此，并且导体层12可采用其它材料。
[0080]与导体层12连接的接触部分3形成为包括N+区域，即高浓度N型杂质区域。这允许接触部分3和其上的导体层12之间的欧姆接触，使得通过有机光电转换部分的光电转换而获得的电荷可输送至半导体基体I中的电荷累积部分5而不会有损失。
[0081]绝缘层13形成为覆盖导体层12。绝缘层13可不采用低界面状态的材料形成，与其下方的绝缘层11不同，绝缘层13采用普通绝缘材料形成。
[0082]绝缘层13具有形成在导体层12上的接触孔，其对应于接触部分3和6的每一个，并且导电插塞层14形成为填充接触孔。导电插塞层14例如可采用TiN膜和W膜的堆叠膜形成。
[0083]有机光电转换部分的下电极21和配线层15形成在绝缘层13之上，其每一个连接到导电插塞层14。
[0084]下电极21连接到与N+接触部分3相连接的导体层12上的导电插塞层14。
[0085]配线层15连接到与P+接触部分6相连接的导体层12上的导电插塞层14。
[0086]下电极21采用透明导电材料形成，以便使光入射在半导体基体I中的光电转换部分PDl和PD2上。
[0087]配线层15可用与下电极21相同的材料或者与下电极21不同的材料制造。在将与下电极21相同的材料用于配线层15的情况下，可在一层上执行图案化以同时形成配线层15和下电极21。
[0088]在绝缘层13上，绝缘层16形成为横向跨过下电极21和配线层15的边缘。
[0089]由有机光电转换材料制作的有机光电转换层22形成为与下电极21接触且形成在其上。有机光电转换层22形成为从下电极21向左延伸。
[0090]此外，上电极23形成为与有机光电转换层22接触且形成在其上。上电极23具有与有机光电转换层22对齐的右边缘。上电极23还具有没有示出的、与有机光电转换层22对齐的左边缘。
[0091]上电极23采用透明导电材料形成以便使光入射在有机光电转换层22上。
[0092]下电极21、有机光电转换层22和上电极23构成有机光电转换部分用于检测绿G光。
[0093]有机光电转换层22吸收绿G光以执行光电转换，并且具有彩色滤光片的功能以使蓝G光和红R光通过。
[0094]因为包括有机光电转换层22的有机光电转换部分和形成在半导体基体I中的光电转换部分PDl和PD2被竖直堆叠，所以三种颜色R、G和B的光可由一个像素接收且检测。
[0095]下电极21和上电极23的透明导电材料的示例例如包括铟锡氧化物(ΙΤ0)、在ZnO中作为掺杂剂掺杂有Al的铝锌氧化物(例如，AZO)和掺杂有掺杂剂的Sn02。再者，可采用通过将作为掺杂剂的Ga加入到ZnO获得的镓锌氧化物(例如，GZ0)、通过将作为掺杂剂的In加入到ZnO获得的铟锌氧化物(例如，ΙΖ0)。此外，可采用Cu1、InSbO4, ZnMgO, CuInO2,MgIn2O4、CdO 和 ZnSnO3 等。
[0096]用于有机光电转换层22光电转换绿G光的有机光电转换材料的不例例如包括若丹菁(rhodacyanine)色素、部花青(merocyanine)色素和喹B丫唳酮(quinacridone)色素
坐寸ο
[0097]另外，有机光电转换层22可为一种未不出的结构,其中底涂层膜、电子阻挡膜、光电转换膜、空穴阻挡膜、空穴阻挡缓冲膜和功函调整膜被堆叠在下电极上，例如如日本专利提前公开特开2007-81137号公报中所披露。
[0098]有机光电转换层22优选包含有机P型半导体和有机η型半导体中的至少一种。
[0099]有机P型半导体和有机η型半导体的示例特别优选地包括喹吖啶酮衍生物、萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、并四苯衍生物、芘衍生物、二萘嵌苯衍生物和荧蒽衍生物。也可采用诸如聚亚苯基亚乙烯基、芴、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲基吡啶、噻吩、乙炔和二乙炔及其衍生物的聚合物。用于有机光电转换层22的材料的其它示例优选包括金属复合物色素、花青(cyanine)色素、部花青色素、苯基氧杂蒽(phenylxanthene)色素、三苯代甲烧(triphenylmethane)色素、若丹菁色素、氧杂蒽(xanthene)色素、大环氮杂轮烯(macrocyclic azaannulene)色素、甘菊蓝(azulene)色素、萘醌、蒽醌色素、蒽、诸如花的稠合多环芳族化合物、通过稠合芳香环化合物或杂环化合物获得的链化合物、具有方酸(squarylium)基团和克酮酸次甲基(croconic methine)基团作为连接链的喹啉、诸如苯并噻唑和苯并噁唑的含氮杂环化合物以及通过方酸基团和克酮酸次甲基基团连接的花青类(cyanine-like)色素。
[0100]金属复合物色素的优选示例包括二硫醇金属复合物色素(dithiol metalcomplex colorants)、金属酞花青色素(metallic phthalocyanine colorants)、金属口卜啉色素(metallic porphyrin colorants)和钌复合物色素(ruthenium complexcolorants) 0钌复合物色素是特别优选的。然而，该材料不限于上面描述的那些。
[0101]配线层24形成为与上电极23上的右边缘接触。配线层24也形成为与配线层15接触且形成在其上。
[0102]这使有机光电转换部分的上电极23隔着配线层24、配线层15、接触部分6和导电插塞区域7的每一个与半导体基体I的下表面侧的电路装置电接触。
[0103]配线层24的材料示例例如包括W、T1、TiN和Al等,但是不限于此。
[0104]在有机光电转换部分的上电极23上，钝化层25形成为覆盖在有机光电转换层22之上，并且保护有机光电转换层22。钝化层25还覆盖在配线层24之上。
[0105]平整层26形成在钝化层25上以平整其表面。芯片上透镜(on-chip lens) 27形成在平整层上。
[0106]在该实施例中，接触部分3特别地通过与导体层12的导电插塞自对准形成。为此，接触部分3形成为宽度窄于溢流势垒4和电荷累积部分5的宽度，抑制耗尽层从接触部分3扩展到光电转换部分PDl和TO2。
[0107]在图1中，P+接触部分6形成为与插塞区域7具有相同的宽度，然而，P+接触部分6也可通过与导体层12的导电插塞自对准形成。
[0108]根据实施例的固态成像装置例如可以以如下所述方式制造。
[0109]如图2A所示，采用堆叠有硅基板31、BOX层(SiO2膜)32和硅层的SOI基板，并且该SOI基板的硅层用作半导体基体I。
[0110]首先，半导体区域和绝缘膜形成在半导体基体I中。然后，为半导体基体I形成转移栅极2以及图1中未示出的像素晶体管和诸如周边电路部分的逻辑电路的电路装置。
[0111]图2B示出了在此状态下主要部分的截面图。在图2B中，示出了溢流势垒4、电荷累积部分5、浮置扩散FD和转移栅极2。此时，图1所示的两个光电转换部分PDl和TO2、接触部分6、插塞区域7和绝缘膜8也形成在半导体基体I中，但是图2B中没有示出。
[0112]随后，如图3C所示，隔着层间介电层17设有多个配线层18的配线部分(多层互连层)19形成在半导体基体I和转移栅极2上。
[0113]其后，如图3D所示，支撑基板20粘合到配线部分(多层互连层)19。
[0114]接下来，如图4E所示，基板上下翻转。进一步，如图4F所示，SOI基板的硅基板31和SiO2膜32被去除。
[0115]在图4F的状态下的整个像素的截面图如图5所示。在图5中，除了图4F所示的区域外，为配线部分(多层互连层)19上的半导体基体I形成两个光电转换部分PDl和TO2、接触部分6、插塞区域7和绝缘膜8。
[0116]在下面的工艺中，示出了半导体基体I和转移栅极2之上的部分，而省略了配线部分(多层互连层)19和支撑基板20。
[0117]然后，如图6A所示，绝缘层11形成在半导体基体I上。
[0118]关于绝缘层11，如上所述，具有低界面状态的材料优选用于抑制暗电流在半导体基体I和绝缘层11之间的界面发生。例如，绝缘层11采用由ALD法形成的氧化铪膜和由等离子体CVD法形成的SiO2膜的堆叠膜形成。
[0119]随后，如图6B所示，用于反射激光的激光反射膜33形成在绝缘层11上。激光反射膜33优选采用诸如W、Ti和TiN的金属膜形成，但不限于此。
[0120]此外，如图6C所示，开口形成在绝缘层11和激光反射膜33中，以形成到达半导体基体I的接触孔。
[0121]接下来，如图7D所示，形成膜34，该膜34包括要扩散进入接触部分中的杂质。这里，形成包括诸如磷和砷的η型杂质的膜以便形成作为N+区域的接触部分3。例如，通过ALD (原子层沉积)法形成磷娃酸盐玻璃(phosphosilicate glass)的膜。包括杂质的膜34的形成为具有不完全填充接触孔的膜厚度。
[0122]用于防止杂质扩散到外面的不包括杂质的氧化物膜可形成在包括杂质的膜34之上。
[0123]随后，在像素区域上执行激光退火处理以形成接触部分。此时，施加能量密度至熔化硅的程度。
[0124]如图7E所示，因为上层中的激光反射膜33反射激光35使其向上返回作为反射光36，半导体基体I的仅对应于接触孔的部分被激光35辐射。结果，杂质从包括杂质的膜34与接触孔自对准地扩散，并且同时半导体基体I中的硅熔化为活化杂质。这样，N+接触部分3可通过与接触孔自对准形成。[0125]在此时的激光退火处理中，硅必须熔化到活性层的厚度(约3μπι)或更小的程度。从而，激光退火处理的激光的波长设定到600nm或更小，并且施加200纳秒或更小的短脉宽的条件。
[0126]接下来，如图7F所示，去除包括杂质的膜34。
[0127]然后，如图SG所示，去除激光反射膜33。
[0128]随后，如图8H所示，导体层12通过填充接触孔而形成在绝缘层11上。这通过自对准形成了接触孔中的导体层12和接触部分3。
[0129]导体层12例如可采用上述具有Ti和TiN的堆叠膜的势垒金属以及包括W (钨)的结构形成。
[0130]此外，导体层12处理为使遮光的部分保留，并且形成为包括导电插塞和配线层。此时整个像素的截面图如图91所示。如图91所示，具有T状截面的导体层12形成为分别与接触部分3和接触部分6接触。
[0131]在下面的工艺中，示出了整个像素的截面图。
[0132]接下来,如图9J所示,诸如SiO2膜的绝缘层13例如通过等离子体CVD法形成绝缘层11上，且覆盖在导体层12上。其后，绝缘层13的表面例如通过CMP (化学机械抛光)法平坦化。
[0133]然后，接触孔形成在绝缘层13中以通到导体层12。
[0134]随后，如图1OK所示，导电插塞层14形成为填充接触孔。导电插塞层14这样形成:形成TiN和W的堆叠膜，并且其后例如采用CMP法去除绝缘层13上多余的W和TiN。
[0135]接下来，如图1OL所示，有机光电转换部分的下电极21和配线层15的每一个形成在绝缘层13和导电插塞层14上。
[0136]下电极21通过溅射沉积ITO膜、光刻图案化ITO膜且干蚀刻或湿蚀刻该图案化的膜而形成。
[0137]下电极21的材料示例不限于ΙΤ0，而是可采用上述的各种透明导电材料。
[0138]当配线层15采用与下电极21相同的材料形成时，配线层15和下电极21可通过图案化同时形成。
[0139]当配线层15采用与下电极21不同的材料形成时，配线层15在形成下电极21之前或之后形成。在此情况下，与下电极21不同，配线层15的材料不限于透明导电材料。因此，可采用配线层一般采用的材料。
[0140]接下来，如图1lM所示，SiO2膜例如通过等离子体CVD法形成，以在下电极21和配线层15上形成绝缘层16。
[0141]随后，下电极例如通过各向同性蚀刻而平坦化，从而如图1lN所示，开口形成在绝缘层16上，以通到下电极21和配线层15。
[0142]然后，如图120所示，有机光电转换层22形成为覆盖于全部表面上。例如，在喹吖啶酮衍生物用于有机光电转换层22的情况下，有机光电转换层22可通过基于真空的沉积形成。
[0143]此外，在形成有机光电转换层22时，可不必采用金属掩模并且可采用印刷技术等形成希望的图案。
[0144]接下来，如图12P所示，上电极23形成在全部有机光电转换层22上。上电极23可采用上面描述的诸如ITO的各种材料形成。
[0145]已经知晓有机光电转换层22会因水分、氧和氢等而产生特性上的变化。
[0146]为此，上电极23优选通过连续的真空工艺与有机光电转换层22 —起形成。
[0147]然后，抗蚀剂例如通过光刻技术等图案化以形成抗蚀剂掩模。
[0148]随后，如图13Q所示，抗蚀剂掩模37用于通过干蚀刻顺序处理上电极23和有机光电转换层22。
[0149]此后，执行诸如灰化和有机清洗的后处理以去除沉积的物质和残渣。
[0150]接下来，如图13R所示，配线层24形成为覆盖于全部表面上。配线层24的材料示例包括诸如W、T、TiN和Al等金属，但不必限于此。
[0151]然后，抗蚀剂例如通过光刻图案化以形成抗蚀剂掩模。
[0152]随后，如图14S所示，抗蚀剂掩模38用于图案化配线层24。这形成与上电极23和配线层15接触的配线层24，如图14S所示。
[0153]其后，如图14T所示，钝化层25形成为覆盖在全部表面上。
[0154]钝化层25可采用由等离子体CVD法形成的SiN膜和SiON膜形成，但不限于该方法和该膜。
[0155]接下来，如图15U所示，平整层26通过SOG (玻璃上旋涂)法等形成为覆盖于全部表面上。
[0156]随后，如图15V所示，芯片上透镜27形成在平整层26上。
[0157]这样，可制造根据图1所示实施例的固态成像装置。
[0158]根据上面描述实施例中的固态成像装置的结构，因为接触部分3通过与接触孔中形成的导体层12自对准形成，所以接触部分3的杂质不扩散到接触孔之外。由此，能够抑制接触部分3中的杂质扩散引起的耗尽层的扩展导致的结漏电流(junction leakage)以及负的固定电荷的消除引起的暗电流的发生。
[0159]根据上述实施例中的固态成像装置的制造方法，激光反射膜33形成在半导体基体I上的绝缘层11上，以在激光反射膜33和绝缘层11中形成接触孔。然后，包括杂质的膜34形成在接触孔中，杂质通过激光退火从包括杂质的膜34中扩散，并且杂质被活化以在接触孔下形成接触部分3。
[0160]在激光退火中，因为激光反射膜33反射激光，所以在接触孔下的部分选择性地被熔化、再结晶和活化以能通过与接触孔自对准地形成接触部分3。此时，接触部分3的杂质可形成为不扩散到接触孔之外，抑制由于耗尽层的扩展导致的结漏电流以及由于负的固定电荷的消除引起的暗电流的发生。
[0161]然后，导体层12形成在接触孔中以与半导体基体I的接触部分3接触，接触孔中的导体层12和接触部分3通过自对准形成。
[0162]此外，根据实施例的固态成像装置的制造方法，接触部分3利用从包括杂质的膜34的杂质扩散和在半导体基体I的后表面侧(与电路形成表面相对)上的激光退火而形成。
[0163]根据该制造方法，与杂质从半导体基体I的前表面(电路形成表面侧)被离子注入且活化为形成接触部分的方法相比，不需要高能量的离子注入，因此能够提高接触部分3的杂质浓度。
[0164]根据实施例，因为可抑制结漏电流和暗电流的发生，与有机光电转换层22电接触的接触部分3可通过不困难的激光退火形成。
[0165]于是，在固态成像装置和包括固态成像装置的电子设备中可保证在可靠性和图像质量上的改善。
[0166]在上面的实施例中，作为颜色的组合，有机光电转换部分设定为用于绿G,第一光电转换部分PDl设定为用于红R，并且第二光电转换部分PD2设定为用于蓝B。然而，其它的颜色组合可应用于根据本技术的实施例。
[0167]例如，有机光电转换部分可设定为用于红R或蓝B，并且半导体基体中的两个光电转换部分可设定为用于其它颜色。
[0168]用于红R光的光电转换的光电转换材料的示例包括含有酞菁色素的光电转换材料。
[0169]用于蓝B光的光电转换的光电转换材料的示例包括含有香豆素色素和部花青色素的光电转换材料。
[0170]根据本技术的实施例，设置有两层有机光电转换部分，并且其中一层光电转换部分可设置在半导体基体中。
[0171]应注意，半导体基体可不设置有光电转换部分，并且三层有机光电转换部分可堆叠在半导体基体上，然而，通过在半导体基体中设置一个或更多个光电转换部分，可减小体积。
[0172]在上面的实施例中，已经描述了具有单层结构的钝化层25，然而，钝化层25可为具有两层或更多层的堆叠结构。
[0173]在上面的实施例中，半导体基体的光入射表面和电路形成表面形成在不同的表面上，就是说采用所谓的背面照射型结构。
[0174]本技术可应用于前照明结构，其中半导体基体的光入射表面和电路形成表面形成在相同的表面上。
[0175]〈2.第二实施例(固态成像装置的制造方法)>
[0176]接下来，描述根据第二实施例的固态成像装置的制造方法。
[0177]根据该实施例的制造方法，杂质通过离子注入法或等离子体掺杂法注入半导体基体I中且扩散，从而替代了形成如图7D至图7E所示的包括杂质的膜34。
[0178]就是说，在第一实施例的制造方法中的如图6C所示的工艺后，杂质41通过如图16所示的离子注入法或等离子体掺杂法注入。这于是形成了在半导体基体I中的与接触孔自对准的杂质区域42,如图16所示。
[0179]随后，在像素区域上执行激光退火处理以形成接触部分，但这部分没有示出。
[0180]因为上层中的激光反射膜33将激光反射使其向上返回作为反射光，所以半导体基体I得仅对应于接触孔的部分辐射有激光。结果，通过与接触孔自对准形成的杂质区域42被活化以形成图1所示的接触部分3。这样，N+接触部分3可通过与接触孔自对准形成。
[0181]在其后的工艺中，图1所示的固态成像装置可类似于第一实施例的制造方法制造。
[0182]根据上述实施例中固态成像装置的制造方法，激光反射膜33形成在半导体基体I上的绝缘层11上，并且接触孔形成在激光反射膜33和绝缘层11中。然后，杂质41通过离子注入法或等离子体掺杂法注入到接触孔下的半导体基体I中，并且杂质被激光退火活化以形成在接触孔下的接触部分3。
[0183]在激光退火中，因为激光反射膜33反射激光，所以在接触孔下的部分可被选择性地熔化、再结晶和活化以通过与接触孔自对准地形成接触部分3。此时，接触部分3的杂质可形成为不扩散到接触孔之外，从而抑制了由于耗尽层的扩展导致的结漏电流以及由于负的固定电荷的消除引起的暗电流的发生。
[0184]于是，因为导体层12形成在接触孔中且与半导体基体I的接触部分3接触，所以接触孔中的导体层12和接触部分3通过自对准形成。
[0185]根据实施例，因为可抑制结漏电流和暗电流的发生，所以与有机光电转换层22电接触的接触部分3可通过不困难的激光退火形成。
[0186]于是，在固态成像装置和包括固态成像装置的电子设备中可保证在可靠性上和图像质量上的改善。
[0187]<3.第三实施例(固态成像装置的制造方法)>
[0188]接下来，描述根据第三实施例的固态成像装置的制造方法。
[0189]根据该实施例的制造方法，不执行图SG所示的去除激光反射膜33的工艺，而是随后执行形成导体层12的工艺。
[0190]就是说，在第一实施例的制造方法中的图7F所示工艺后，在保留激光反射膜33的状态下形成导体层12,如图17A所示。
[0191]其后，导体层12和激光反射膜33图案化为形成配线部分，以成为图17B所示的遮光层。
[0192]在其后的工艺中，图1所示的固态成像装置可类似于第一实施例的制造方法制造。
[0193]在根据实施例的制造方法的情况下，在最终制造的固态成像装置中要成为绝缘层11上的遮光层的部分(配线部分)是激光反射膜33和导体层12的堆叠。除此之外的其他结构与图1所示的固态成像装置的结构类似。
[0194]根据前述实施例中的固态成像装置的制造方法，接触部分3类似于第一实施例中的制造方法形成在接触孔下。
[0195]因此，接触部分3的杂质形成为不扩散在接触孔之外，从而抑制了由于耗尽层的扩展引起的结漏电流以及由于负的固定电荷的消除引起的暗电流的发生。
[0196]于是，因为导体层12形成在接触孔中且与半导体基体I的接触部分3接触，所以接触孔中的导体层12和接触部分3通过自对准形成。
[0197]根据实施例，因为可抑制结漏电流和暗电流的发生，所以要与有机光电转换层22电接触的接触部分3可通过不困难的激光退火形成。
[0198]于是，在固态成像装置和包括固态成像装置的电子设备中可保证在可靠性和图像质量上的改善。
[0199]〈4.第四实施例(电子设备)>
[0200]图18示出了第二实施例中电子设备的示意性结构图(框图)。
[0201]该实施例是本技术应用于具有能摄取静态图像或动态图像的照相机的电子设备的情况。
[0202]如图18所示，电子设备121包括固态成像装置122、光学系统123、快门设置124、驱动电路125和信号处理电路126。
[0203]光学系统123由光学透镜等构成，并且来自物体的图像光(入射光)聚焦在固态成像装置122的像素部分。这允许信号电荷在固态成像装置122中累积一段时间。光学系统123可为由多个光学透镜构成的光学透镜系统。
[0204]包括上述实施例中的固态成像装置的根据本技术的实施例的固态成像装置用作固态成像装置122。
[0205]快门设置124控制用于固态成像装置122的光照明时间和遮光时间。
[0206]驱动电路125提供驱动信号用于控制固态成像装置122的转移操作和快门设置124的快门操作。固态成像装置122的信号转移根据从驱动电路125提供的驱动信号(定时信号)执行。
[0207]信号处理电路126执行各种信号处理。经受信号处理的视频信号存储在诸如存储器的存储介质中或输出到监视器。
[0208]根据上述实施例中的电子设备121的结构，包括上述实施例或变型示例中的固态成像装置的根据本技术的实施例的固态成像装置用作固态成像装置122。在固态成像装置122中，这可提高有机光电转换层的钝化性以提高固态成像装置122和电子设备121的可靠性，并且能够提高集光性。
[0209]在本技术中，电子设备的结构不限于图18所示的结构，而是可应用除图18所示之外的其他结构，只要它们采用根据本技术的固态成像装置。
[0210]另外，本技术也可构造如下。
[0211](I) 一种固态成像装置，包括:
[0212]半导体基体；
[0213]有机光电转换层，形成在该半导体基体之上；
[0214]接触孔，形成在该半导体基体上的绝缘层中；
[0215]导体层，形成在该接触孔中并且该导体层将包括该有机光电转换层的光电转换部分与该半导体基体电连接；和
[0216]接触部分，与该接触孔中的该导体层自对准地形成在该半导体基体中，并且该接触部分连接到该导体层。
[0217](2)根据(I)的固态成像装置，
[0218]其中包括该有机光电转换层的有机光电转换部分和形成在该半导体基体中的光电转换部分被竖直地堆叠。
[0219](3)根据(I)或(2)的固态成像装置，
[0220]其中采用背面照射型结构，其中半导体基体的光入射表面和电路形成表面是不同的表面。
[0221](4) 一种具有有机光电转换个的固态成像装置的制造方法:
[0222]在半导体基体上形成的绝缘层上形成反射激光的反射膜；
[0223]加工该反射膜和该绝缘膜，并且形成到达该半导体基体的接触孔；
[0224]通过激光退火在该接触孔下的该半导体基体中形成接触部分；
[0225]在该接触孔中形成与该半导体基体中的该接触部分相连接的导体层；以及
[0226]在该半导体基体之上形成与该导体层电连接且包括该有机光电转换层的光电转换部分。
[0227](5)根据(4)的固态成像装置的制造方法，
[0228]其中，在形成该接触孔后，形成包括杂质的膜并且之后通过激光退火使杂质从该包括杂质的膜扩散以形成该接触部分。
[0229](6)根据(4)的固态成像装置的制造方法，
[0230]其中，在形成该接触孔后，通过离子注入法或等离子体掺杂法将杂质引入该半导体基体中，并且之后，该引入的杂质通过激光退火活化以形成该接触部分。
[0231](7) 一种电子设备，包括:
[0232]光学系统；
[0233]根据(I)至(3)任何一项的固态成像装置；和
[0234]信号处理电路，处理固态成像装置的输出信号。
[0235]本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。
[0236]本申请包含2012年7月2日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP2012-148659中公开的相关主题事项，其全部内容通过引用结合于此。
【权利要求】
1.一种固态成像装置，包括: 半导体基体； 有机光电转换层，形成在该半导体基体之上； 接触孔，形成在该半导体基体上的绝缘层中； 导体层，形成在该接触孔中并且该导体层将包括该有机光电转换层的光电转换部分与该半导体基体电连接；和 接触部分，与该接触孔中的该导体层自对准地形成在该半导体基体中，并且该接触部分连接到该导体层。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置， 其中包括该有机光电转换层的有机光电转换部分和形成在该半导体基体中的光电转换部分被竖直地堆叠。
3.根据权利要求1所述的固态成像装置， 其中采用背面照射型结构，其中该半导体基体的光入射表面和电路形成表面是不同的表面。
4.一种具有有机光电转换层的固态成像装置的制造方法，包括: 在半导体基体上形成的绝缘层上形成反射激光的反射膜； 加工该反射膜和该绝缘膜，并且形成到达该半导体基体的接触孔； 通过激光退火在该接触孔下的该半导体基体中形成接触部分； 在该接触孔中形成与该半导体基体中的该接触部分相连接的导体层；以及 在该半导体基体之上形成与该导体层电连接且包括该有机光电转换层的光电转换部分。
5.根据权利要求4所述的固态成像装置的制造方法， 其中，在形成该接触孔后，形成包括杂质的膜并且之后通过激光退火使杂质从该包括杂质的膜扩散以形成该接触部分。
6.根据权利要求4所述的固态成像装置的制造方法， 其中，在形成该接触孔后，通过离子注入法或等离子体掺杂法将杂质引入该半导体基体中，并且之后，该引入的杂质通过激光退火活化以形成该接触部分。
7.—种电子设备,包括: 光学系统； 固态成像装置，包括 半导体基体， 有机光电转换层，形成在该半导体基体之上， 接触孔，形成在该半导体基体上的绝缘层中， 导体层，形成在该接触孔中并且该导体层将包括该有机光电转换层的光电转换部分与该半导体基体电连接，和 接触部分，与该接触孔中的该导体层自对准地形成在该半导体基体中，并且该接触部分连接到该导体层；以及 信号处理电路，处理该固态成像装置的输出信号。
【文档编号】H01L51/48GK103531606SQ201310254575
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2012年7月2日
【发明者】宫波勇树, 中泽正志 申请人:索尼公司