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CN106206635B - 摄像装置和电子设备 - Google Patents

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CN106206635B CN201610624836.8A CN201610624836A CN106206635B CN 106206635 B CN106206635 B CN 106206635B CN 201610624836 A CN201610624836 A CN 201610624836A CN 106206635 B CN106206635 B CN 106206635B
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Abstract

本发明提供一种摄像装置和电子设备。其中，摄像装置可包括：半导体基板，其具有第一侧和第二侧；光电转换部，其设置在所述半导体基板中；像素分隔凹槽，其设置在所述半导体基板中并且邻近于所述光电转换部；多个绝缘膜，其设置为邻近于所述半导体基板的所述第一侧；以及氧化硅膜，其中，所述多个绝缘膜中的每个绝缘膜包括选自由氧化铪、氧化锆、氧化铝、氧化钛和氧化钽组成的组中的至少一种成分，所述氧化硅膜接触第一绝缘膜的表面以及第二绝缘膜的表面，第一绝缘膜设置在所述像素分隔凹槽的内部，第二绝缘膜的至少一部分的厚度大于或等于10nm并且小于或等于80nm，并且第一绝缘膜和第二绝缘膜由相同材料制成。

Description

摄像装置和电子设备
分案申请
本申请是申请日为2014年9月19日、发明名称为“图像拾取元件、制造图像拾取元件的方法以及电子设备”的申请号为201410481987.3的专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及摄像装置以及包括这种摄像装置的电子设备。
背景技术
在固态图像拾取装置(图像拾取装置)，例如电荷耦合装置(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中，为每个像素设置包括光电转换部的固态图像拾取元件(图像拾取元件)。图像拾取元件的光电转换部例如由诸如硅(Si)的半导体材料构成。在光电转换部的表面上，由于晶体结构的破坏存在晶体缺陷和悬空键。由于光电转换部中产生的电子-空穴对复合，晶体缺陷和悬空键导致消光(extinction)，或者导致暗电流的产生。
例如，国际公开No.WO 2012/117931讨论了一种背照式固态图像拾取装置。在该固态图像拾取装置中，为了抑制暗电流的产生，在硅基板的光接收表面(后表面)上形成具有负固定电荷的绝缘膜(固定电荷膜(fixed charge film))。在硅基板中，光敏二极管埋设为光电转换部。在形成固定电荷膜的硅表面上，形成反型层。由该反型层钉扎硅界面，其抑制暗电流的产生。
此外，在硅基板中，可在彼此相邻的像素之间设置凹槽，并且通过用绝缘膜填充该凹槽而抑制光学混色。
发明内容
通常，通过干蚀刻形成上述凹槽。然而，干蚀刻可能在硅基板的表面(特别是凹槽的壁表面和底表面)上产生晶体缺陷和悬空键，这可导致界面态的增加。因此，容易产生暗电流。
希望提供能抑制暗电流产生的图像拾取元件、制造这种图像拾取元件的方法、以及包括这种图像拾取元件的电子设备。
根据本技术方案的实施例，所提供的摄像装置包括：半导体基板，其具有第一侧和第二侧；光电转换部，其设置在所述半导体基板中；像素分隔凹槽，其设置在所述半导体基板中并且邻近于所述光电转换部；多个绝缘膜，其设置为邻近于所述半导体基板的所述第一侧；以及氧化硅膜，其中，所述多个绝缘膜中的每个绝缘膜包括选自由氧化铪、氧化锆、氧化铝、氧化钛和氧化钽组成的组中的至少一种成分，所述氧化硅膜接触所述多个绝缘膜中的第一绝缘膜的表面以及所述多个绝缘膜中的第二绝缘膜的表面，所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜设置在所述像素分隔凹槽的内部，所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜的至少一部分的厚度大于或等于10nm并且小于或等于80nm，并且所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜和所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜由相同材料制成。
根据本技术方案的再一实施例，所提供的摄像装置包括：半导体基板，其具有第一侧和第二侧，所述半导体基板包括：光电转换部，以及像素分隔凹槽，邻近于所述光电转换部；第一膜，其设置为邻近于所述半导体基板的所述第一侧并且在所述像素分隔凹槽的内部；第二膜，其设置在所述第一膜上并且在所述像素分隔凹槽的内部；以及第三膜，其设置在所述第二膜上并且在所述像素分隔凹槽的内部，其中，所述第一膜和所述第三膜由相同材料制成，所述第一膜和所述第三膜包括选自由氧化铪、氧化锆、氧化铝、氧化钛和氧化钽组成的组中的至少一种成分，并且所述第一膜和所述第三膜中至少一者的厚度大于或等于10nm并且小于或等于80nm。
根据本技术方案的实施例，提供一种电子设备，其包括：如上所述的摄像装置；以及光学系统，所述光学系统包括至少一个光学透镜，其中，所述光学系统被配置为将光引导至所述摄像装置的像素部。
应理解，前面的总体描述和下面的详细描述都是示范性的，并且旨在对如所要求的技术方案提供进一步的说明。
附图说明
附图包括提供对本公开的进一步理解，并且结合在该说明书中且构成其一部分。附图示出了实施例，并且与说明书一起用于描述技术方案的原理。
图1是根据本技术方案实施例的图像拾取元件的截面图。
图2A是用于说明图1所示图像拾取元件的固定电荷膜(fixed charge film)的制造方法的截面图。
图2B是示出图2A中工艺的后续工艺的截面图。
图2C是与图2B中的工艺的后续工艺一起示出固定电荷膜的构造示例的截面图。
图3A是用于描述图1所示图像拾取元件的固定电荷膜的另一个制造方法的截面图。
图3B是示出图3A中工艺的后续工艺的截面图。
图3C是与图3B中工艺的后续工艺一起示出固定电荷膜的另一个构造示例的截面图。
图4是根据本公开的改进的图像拾取元件的截面图。
图5是根据应用示例的固态图像拾取装置的功能框图。
图6是根据另一个应用示例的电子设备的功能框图。
具体实施方式
下文将参考附图详细说明本公开的实施例。应注意，将按照下列顺序进行说明。
1.实施例(其中固定电荷膜具有多层结构，并且采用不同的制造方法形成各层的示例)
2.改进(其中遮光膜还设置在像素分隔凹槽中的示例)
3.应用示例(固态图像拾取装置和电子设备的应用示例)
1.实施例
图1示出了根据本公开实施例的图像拾取元件(图像拾取元件10)的截面构造。图像拾取元件10例如可构成图像拾取装置(图像拾取装置1)中的一个像素(例如，像素P)，图像拾取装置(图像拾取装置1)例如为CCD图像传感器和CMOS图像传感器(见图5)。图像拾取元件10可为背照式，并且包括光接收部20、配线层30和聚光部40。光接收部20包括光电转换部22。聚光部40设置在光接收部20的光入射表面(光接收表面S1)侧。配线层30设置在与光入射表面侧相反侧的表面上。光接收部20包括半导体基板21、固定电荷膜23和保护膜24。半导体基板21具有凹槽(像素分隔凹槽21A)，该凹槽设置在光入射表面侧上并设置在像素P之间。固定电荷膜23和保护膜24设置在半导体基板21的在光入射表面侧的整个表面上。本实施例的图像拾取元件10部分地具有层叠结构，其中固定电荷膜23由形成在不同区域的两种绝缘膜(第一绝缘膜23A和第二绝缘膜23B)形成。
下文以光接收部20、配线层30和聚光部40的顺序描述图像拾取元件10的构造。
光接收部
光接收部20包括半导体基板21和固定电荷膜23。在半导体基板21中，例如，光敏二极管可埋设为光电转换部22。固定电荷膜23设置在半导体基板21的后表面(光入射表面，或光接收表面S1)上。
半导体基板21例如可由p-型硅(Si)构成，并且具有如上所述的像素分隔凹槽21A。像素分隔凹槽21A设置在光接收表面S1侧的像素P之间，以在半导体基板21的厚度方向(Z方向)上延伸。像素分隔凹槽21A的深度(高度(h))可仅为允许抑制串扰的深度，并且例如可为0.25或更大以及5μm或更小。像素分隔凹槽21A的宽度(W)可仅为允许抑制串扰的宽度，并且例如可为100nm或更大以及1,000nm或更小。
在半导体基板21的表面(表面S2)附近，布置转移晶体管。转移晶体管例如可将光电转换部22中产生的信号电荷转移到垂直信号线Lsig(见图5)。转移晶体管的栅极电极例如可设置在配线层30中。信号电荷可为通过光电转换产生的电子或空穴。这里，其中电子读出为信号电荷的情况将描述为示例。
在半导体基板21的表面S2附近，例如，诸如复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管的部件可与上述转移晶体管一起设置。这样的晶体管的每一个例如可为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSEFT)，并且包括在用于像素P每一个的电路中。电路的每一个例如可具有包括转移晶体管、复位晶体管和放大晶体管的三晶体管构造，或者可具有除了这三个晶体管外还包括选择晶体管的四晶体管构造。除了转移晶体管外的晶体管还可由像素共享。
光电转换部22(光敏二极管)例如可为n-型半导体区域，其形成在半导体基板21(这里，Si基板)的厚度方向(Z方向)上，用于每个像素P。光电转换部22可为pn-结-型光敏二极管，其p-型半导体区域设置在半导体基板21的前表面和后表面附近。应注意，在半导体基板21中，p-型半导体区域还形成在像素P之间，并且上述像素分隔凹槽21A形成在该p-型半导体区域中。
固定电荷膜23具有负电荷，并且具有其中第一绝缘膜23A和第二绝缘膜23B部分层叠的构造(例如，见图2C)。具体而言，第一绝缘膜23A设置在半导体基板21的整个后表面上，即设置在半导体基板21的光接收表面S1上，并且从像素分隔凹槽21A的壁表面到底表面连续。应注意，第一绝缘膜23A包括多层(这里，两层(23A1和23A2))。第二绝缘膜23B设置在半导体基板21的一个区域(光接收表面S1)上，其不包括像素分隔凹槽21A的内表面(壁表面和底表面)。应注意，第二绝缘膜23B从光接收表面S1连续地形成到像素分隔凹槽21A的壁表面的一部分。
第一绝缘膜23A例如可通过原子层沉积(ALD)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)形成。第二绝缘膜23B例如可通过物理气相沉积(PVD)形成。如果第一绝缘膜23A至少直接地形成在半导体基板21上，第一绝缘膜23A和第二绝缘膜23B可以以任何的层叠顺序形成。在本实施例中，如图2C所示，固定电荷膜23例如可具有这样的构造，其中第一绝缘膜23A1、第二绝缘膜23B和第一绝缘膜23A2从半导体基板21侧开始依次层叠。作为选择，如图3C所示，第一绝缘膜23A1、第一绝缘膜23A2和第二绝缘膜23B可以该顺序从半导体基板21侧开始层叠。
第一绝缘膜23A1和23A2的每一个例如可优选具有1nm或更大以及25nm或更小的厚度。第一绝缘膜23A(23A1和23A2)可优选形成为具有2nm或更大以及100nm或更小的总厚度。这使其能改善半导体基板21在像素分隔凹槽21A的壁表面和底表面上的钉扎性能。第二绝缘膜23B例如可优选具有10nm或更大以及80nm或更小的膜厚度。
作为固定电荷膜23(23A和23B)的材料，可优选采用具有固定电荷的高介电材料。该材料的具体示例可包括氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)和氧化钽(Ta2O5)。这些氧化物已经用于诸如绝缘栅极场效晶体管的栅极绝缘膜之类的膜，并且因此已经建立了膜形成方法。因此，可容易形成这些氧化物的膜。特别是，采用折射率相对很低的诸如HfO2(2.05的折射率)、Ta2O5(2.16的折射率)和TiO2(2.20的折射率)的材料，为固定电荷膜23加入了抗反射效果。该材料的其它示例可包括稀土元素氧化物。稀土元素氧化物的具体示例可包括镧(La)、镨(Pr)、铈(Ce)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)和钇(Y)。应注意，硅(Si)可在不影响绝缘性的程度下加到上述氧化物。作为选择，可采用氧化物之外的氮化物和氧氮化物，例如氮化铪、氮化铝、氧氮化铪和氧氮化铝。给固定电荷膜23增加Si或Ni改善了的热阻以及Si界面和Si基板在工艺期间阻挡离子注入的能力。
第一绝缘膜23A(23A1和23A2)和第二绝缘膜23B可由相同的材料构造，但是第一绝缘膜23A和第二绝缘膜23B的材料可不同。对于采用共同制造方法的第一绝缘膜23A1和23A2采用相同的材料可简化制造工艺。作为选择，第一绝缘膜23A1和23A2以及第二绝缘膜23B可采用不同的材料形成。绝缘膜23A1、23A2和23B的每一个的优选材料可如下。首先，第一绝缘膜23A1的优选材料的示例可包括HfO2、ZrO2和Al2O3。第一绝缘膜23A2的优选材料的示例可包括HfO2、ZrO2、Al2O3、TiO2和Ta2O5。第二绝缘膜23B的优选材料的示例可包括HfO2、ZrO2、Al2O3、TiO2和Ta2O5。特别是，对于第二绝缘膜23B采用具有高折射率的材料，其形成为比第一绝缘膜23A厚，使其能有效地获得抗反射效果，并且通过增加进入光电转换部22的光，改善图像拾取元件10的灵敏度。
保护膜24设置在固定电荷膜23上，并且光接收部20的后表面通过用保护膜24填充像素分隔凹槽21A而平整。保护膜24例如可由氮化硅(Si2N3)、氧化硅(SiO2)和氧氮化硅(SiON)等单层膜或者这些材料的层叠膜构造。
配线层
配线层30设置得与半导体基板21的表面(表面S2)接触。配线层30包括在层间绝缘膜31中的多个配线32(例如，32A、32B和32C)。配线层30例如可粘合到由硅制成的支撑基板11。配线层30布置在支撑基板11和半导体基板21之间。
聚光部
聚光部40设置在光接收部20的光接收表面S1侧，并且在光入射侧上具有片上透镜41。片上透镜41作为光学功能层布置为面对每个像素P的光电转换部22。在光接收部20(具体而言，保护膜24)和片上透镜41之间，从光接收部20侧开始顺序层叠平坦化膜43和滤色器44。此外，光屏蔽膜42设置在像素P之间的保护膜24上。
片上透镜41具有朝着光接收部20(具体而言，光接收部20的光电转换部22)聚光的功能。片上透镜41的透镜直径设定在与像素P的尺寸对应的值，并且例如可为0.9μm或更大以及8μm或更小。此外，片上透镜41的折射率例如可为1.5或更大以及1.9或更小。透镜材料的示例可包括有机材料和氧化硅膜(SiO2)。
光屏蔽膜42可设置在像素P之间，即例如在与保护膜24的像素分隔凹槽21A对应的位置。光屏蔽膜42抑制由于相邻像素之间倾斜进入光的串扰引起的混色。光屏蔽膜42的材料示例可包括钨(W)、铝(Al)以及Al和铜(Cu)的合金。光屏蔽膜42例如可具有20nm或更大以及5,000nm或更小的膜厚度。
平坦化膜43例如可由氮化硅(Si2N3)、氧化硅(SiO2)和氧氮化硅(SiON)等任何一个的单层膜或者这些材料的任何层叠膜构造。
滤色器44例如可为红色(R)滤色器、绿色(G)滤色器、蓝色(B)滤色器和白色滤色器(W)中的任一个，并且例如可设置为用于像素P的每一个。这些滤色器44设置成规则的颜色阵列(例如，Bayer阵列)。在图像拾取元件10中，通过设置这些滤色器44获得与颜色阵列对应的色彩的光接收数据。
如上所述的图像拾取元件10例如可如下制造。
制造方法
首先，形成包括各种晶体管和周边电路的半导体基板21。对于半导体基板21，例如，可采用Si基板。在Si基板的表面(表面S2)附近，形成诸如转移晶体管的晶体管和诸如逻辑电路的周边电路。接下来，杂质半导体区域通过对半导体基板21离子注入而形成。具体而言，n-型半导体区域(光电转换部22)形成在与像素P的每一个对应的位置，并且p-型半导体区域形成在像素P之间。随后，像素分隔凹槽21A可形成在半导体基板21的光接收表面S1的预定位置，具体而言，形成在设置在像素P之间的p-型半导体区域中。像素分隔凹槽21A例如可通过干蚀刻形成为具有例如1nm的深度(h)。
接下来，固定电荷膜23形成在半导体基板21的光接收表面S1侧。具体而言，首先，如图2A所示，第一绝缘膜23A1例如可通过ALD或MOCVD形成。第一绝缘膜23A1连续地设置在半导体基板21的光接收表面S1上以及从像素分隔凹槽21A的壁表面到底表面。在采用ALD时，第一绝缘膜23A1例如可根据下列条件形成：基板温度为200℃至500℃，前驱体的流量为10sccm至500sccm，前驱体的辐射时间为1秒至15秒，并且臭氧(O3)的流量为5sccm至50sccm。在采用MOCVD时，例如可采用基板温度100℃至600℃形成第一绝缘膜23A1。应注意，在Si基板用作半导体基板21且第一绝缘膜23A1采用ALD形成在Si基板上时，减少界面态且具有约1nm厚度的氧化硅膜允许同时形成在Si基板的表面上。
接下来，如图2B所示，第二绝缘膜23B例如可采用PVD形成在第一绝缘膜23A1上。用于该形成的条件例如可为0.01Pa至50Pa的压力、500W至2,000W的功率、5sccm至50sccm的Ar流量以及5sccm至50sccm的氧(O2)流量。应注意，通过遮蔽效果，通过PVD形成的第二绝缘膜23B仅形成在半导体基板21的光接收表面S1上以及壁表面的连续至像素分隔凹槽21A的光接收表面S1的一部分上。第二绝缘膜23B不形成在像素分隔凹槽21A的内部(大部分壁表面和底表面)。
接下来，如图2C所示，第一绝缘膜23A2例如可通过采用ALD或MOCVD形成在第二绝缘膜23B和第一绝缘膜23A1上。第一绝缘膜23A1覆盖像素分隔凹槽21A的壁表面和底表面。ALD和MOCVD中的条件与上文描述的条件类似。从而形成固定电荷膜23。
如上所述，在第一绝缘膜23A1通过ALD或MOCVD形成在半导体基板21的整个后表面上后，第二绝缘膜23B通过PVD形成在第一绝缘膜23A1的光接收表面S1侧。具有抗反射功能的固定电荷膜(23A1、23B和23A2)允许形成在半导体基板21的表面部分上而不降低界面质量，并且同时允许在凹槽中形成改善界面态的固定电荷膜(23A1和23A2)。
应注意，如上所述，固定电荷膜23可以以图2A至2C所示层叠顺序之外的膜形成顺序形成。具体而言，例如，固定电荷膜23可形成为如图3A至3C所示。首先，第一绝缘膜23A1以与上述制造工艺类似的方式通过采用ALD或MOCVD形成在从半导体基板21的光接收表面S1到像素分隔凹槽21A的壁表面和底表面的区域中。随后，再一次采用ALD或MOCVD形成第一绝缘膜23A2。然后，通过PVD形成第二绝缘膜23B。这样，如果至少绝缘膜通过几乎不可能损坏膜形成表面的ALD或MOCVD直接形成在半导体基板21的后表面上，则对于随后要层叠的绝缘膜可采用任何的制造方法。
接下来，作为保护膜24，例如，SiO2膜可通过采用例如ALD或化学气相沉积(CVD)形成在光接收表面S1上的固定电荷膜23上。像素分隔凹槽21A填充有SiO2膜。随后，例如，W膜例如可通过采用溅射或CVD形成在保护膜24上，然后通过光刻图案化，使得形成光屏蔽膜42。接下来，平坦化膜43形成在保护膜24和光屏蔽膜42上。随后，例如，Bayer阵列形式的滤色器44和片上透镜41可依次形成在平坦化膜43上。因此获得图像拾取元件10。
图像拾取元件的操作
在上文所述的图像拾取元件10中，例如在图像拾取装置的像素P中可如下获得信号电荷(这里，电子)。通过片上透镜41进入图像拾取元件10时，光L通过滤色器44等，然后在每个像素P中由光电转换部22检测(吸收)，从而对红、绿或蓝色光进行光电转换。关于光电转换部22中产生的电子-空穴对，电子运动到半导体基板21(例如，Si基板中的n-型半导体区域)被存储，而空穴运动到p-型区域被放电。
功能和效果
如前所述，图像拾取元件具有例如由诸如硅的半导体材料构造的光电转换部，在该图像拾取元件中，由于晶体缺陷和悬空键存在于光电转换部的表面上，可能容易产生暗电流。通过在半导体基板的表面上形成具有固定电荷的绝缘膜(固定电荷膜)可抑制暗电流。
此外，在图像拾取元件中，通过在半导体基板的像素之间提供凹槽且用绝缘膜填充该凹槽可抑制光学混色。然而，通常，该凹槽通过干蚀刻形成，并且因此由于干蚀刻引起的损坏，晶体缺陷以及界面态容易形成在半导体基板的表面上。因此，尽管可抑制光学混色，但是可能容易产生暗电流。
凹槽中产生的暗电流可通过在凹槽的壁表面和底表面上形成上述固定电荷膜得到抑制。此外，产生暗电流抑制效果和抗反射效果二者的绝缘膜例如可采用折射率为2或更大的绝缘材料作为固定电荷膜的材料且在包括凹槽的整个后表面上形成该材料膜而实现。然而，固定电荷膜存在下面的问题。通常，考虑生产率选择沉积速度很高的PVD。然而，PVD损坏膜形成区域，即这里的半导体基板的包括凹槽的整个后表面，因此降低了界面质量。特别是，在凹槽的表面(壁表面和底表面)更容易产生暗电流，该表面因在形成凹槽中所用的干蚀刻而损坏。
相反，在根据本实施例的图像拾取元件10及其制造方法中，固定电荷膜23是层叠膜(包括第一绝缘膜23A和第二绝缘膜23B)，其各层采用不同的方法形成。具体而言，首先，第一绝缘膜23A1采用ALD或MOCVD形成在半导体基板21上，然后，第二绝缘膜23B采用PVD形成。随后，第一绝缘膜23A2采用ALD或MOCVD形成。当在如上所述通过PVD形成膜前执行通过ALD或MOCVD形成膜(第一绝缘膜23A1)时，能防止PVD损坏膜形成表面。这是由于通过ALD或MOCVD形成的第一绝缘膜23A1的特性。
在采用ALD或MOCVD执行膜形成时，形成更加微小的具有高结晶度的膜。为此，第一绝缘膜23A1用作半导体基板21的保护膜，其在通过PVD形成第二绝缘膜23B中减少对半导体基板21的表面的损坏。因此，能改善光接收表面S1的界面质量。另外，能抑制在形成像素分隔凹槽21A或者通过离子注入的杂质灭活中由于像素分隔凹槽21A的壁表面和底表面的物理损坏而产生的去钉扎(unpinning)性能的变坏。应注意，考虑到膜形成时间，第一绝缘膜23A1的膜厚度的减小PVD对半导体基板21的表面损坏所需的下限可优选为1nm或更大，并且上限可优选为25nm或更小。
另外，第一绝缘膜23A1和23A2采用ALD或MOCVD形成在半导体基板21的光入射表面侧的整个表面(光接收表面S1以及像素分隔凹槽21A的壁表面和底表面)上。而且，通过下文描述的遮蔽效果，采用PVD在光接收表面S1和壁表面的与像素分隔凹槽21A的光接收表面S1的部分上形成第二绝缘膜23B。第二绝缘膜23B中的遮蔽效果取决于像素分隔凹槽21A的深度(h)。深度(h)越深，遮蔽效果越大，从而抑制像素分隔凹槽21A的壁表面上的膜形成。允许抑制壁表面上膜形成的深度(h)可优选为1μm或更大。当深度(h)小于1μm时，凹槽形状可期望为悬垂类型(overhang type)。
如上所述，在本实施例中，固定电荷膜23，形成在半导体基板21的包括光电转换部22的光接收表面侧，形成为包括形成在不同区域中的两种不同绝缘膜的层叠膜(第一绝缘膜23A和第二绝缘膜23B)。具体而言，采用ALD或MOCVD在半导体基板21的光入射表面侧的整个表面(光接收表面S1以及像素分隔凹槽21A的壁表面和底表面)上形成第一绝缘膜23A。此外，采用PVD在光接收表面S1上形成第二绝缘膜23B。特别是，第二绝缘膜23B在形成第一绝缘膜23A后形成，并且因此能形成固定电荷膜而不损坏半导体基板21的表面。换言之，能提供这样的图像拾取装置，其中半导体基板21的表面(光接收表面S1以及像素分隔凹槽21A的壁表面和底表面)的界面态得到改善，并且抑制了暗电流的产生。
此外，在第一绝缘膜23A1形成在半导体基板21上后，第一绝缘膜23A2和第二绝缘膜23B的层叠顺序没有特别限制。然而，在如图2A至2C所示形成第二绝缘膜23B后，通过形成第一绝缘膜23A2，能防止诸如氧和氢的杂质进入半导体基板21。这使其能进一步改善界面态和光接收表面S1上的钉扎性能。
此外，与ALD和MOCVD相比，PVD提供高沉积率，并且因此能通过PVD在相对短的时间内形成厚到某种程度的膜。因此，通过采用具有相对高折射率的材料形成第二绝缘膜23B，改善了固定电荷膜23对倾斜进入光的抗反射性能，这使得可以抑制光电转换部22中的混色。
应注意，在本实施例中，固定电荷膜23构造为使第一绝缘膜23A包括两层，并且第二绝缘膜23B包括一层，但是这些膜的每一个可包括两层或者三个以上的层。
2.改进
图4示出了根据上述实施例的改进的图像拾取元件(图像拾取元件10A)的截面构造。图像拾取元件10A是背照式，并且具有多个像素P以类似于上述实施例的方式二维设置的结构。在图像拾取元件10A的光接收部20中，像素分隔凹槽21A以类似于上述实施例的方式设置在半导体基板21的像素P之间。固定电荷膜23形成在半导体基板21的光接收表面S1以及像素分隔凹槽21A的壁表面和底表面上，并且保护膜24形成在固定电荷膜23上。在聚光部50中，以与上述实施例类似的方式，平坦化膜53、光屏蔽膜52和滤色器54层叠在光接收部20和片上透镜51之间。在本改进的图像拾取元件10A中，光屏蔽膜52延伸在像素分隔凹槽21A内，这与上述实施例不同。除此外，图像拾取元件10A具有与图像拾取元件10类似的构造，并且也具有类似的功能和效果。
这样，在本改进中，光屏蔽膜52埋设在光接收部20的像素分隔凹槽21A中。因此，能进一步抑制有中光倾斜进入光电转换部22引起的混色。
3.应用示例
图5示出了固态图像拾取装置(图像拾取装置1)的总体结构，其中根据前述实施例和改进的任一图像拾取元件(图像拾取元件10和10A)用于每个像素。图像拾取装置1可为CMOS图像传感器，并且包括在半导体基板21上的中心部分用作图像拾取区域的像素部1a。在像素部1a的周边区域中，例如，可设置包括行扫描部131、系统控制部132、水平选择部133和列扫描部134的周边电路部130。
像素部1a例如可包括二维设置在行和列中的多个单元像素P(每一个相当于图像拾取元件10或10A)。对于单元像素P，例如，像素驱动线Lread(具体而言，行选择线和复位控制线)可配线用于每个像素行，并且垂直信号线Lsig可配线用于每个像素列。像素驱动线Lread传输用于从像素读取信号的驱动信号，并且一端连接到行扫描部131的输出端子，输出端子对应于每一行。
行扫描部131包括诸如位移寄存器和地址解码器之类的部件。行扫描部131例如可为像素驱动部，其逐行驱动像素部1a行的像素P。从行扫描部131选择的像素行中的像素P的每一个输出的信号通过垂直信号线Lsig的每一个提供到水平选择部133。水平选择部133例如可由诸如放大器以及为垂直信号线Lsig的每一个提供的水平选择开关之类的部件构成。
列扫描部134包括诸如位移寄存器和地址解码器之类的部件，并且在顺序扫描各水平选择部133的水平选择开关时驱动这些水平选择开关。通过列扫描部134的该选择性扫描，像素P的每一个通过垂直信号线Lsig的每一个传输的信号顺序输出到水平信号线135，然后通过水平信号线135传输到半导体基板21的外面。
包括行扫描部131、水平选择部133、列扫描部134和水平信号线135的电路部分可直接形成在半导体基板21上，或者可布置在外部控制IC中。可以将该电路设置在通过电缆等连接的其它基板中。
系统控制部132接收从半导体基板21外部提供的时钟以及指示操作模式的数据，并且输出图像拾取装置1的内部信息。另外，系统控制部132例如可包括定时发生器，其产生各种定时信号。系统控制部132可根据定时发生器产生的各种定时信号控制周边电路的驱动，例如行扫描部131、水平选择部133和列扫描部134。
如上所述的图像拾取装置1可应用于具有图像拾取功能的所有类型的电子设备。电子设备的示例可包括诸如静态相机和摄像机的相机系统以及移动电话。作为示例，图6示出了相机(电子设备2)的示意性构造。电子设备2例如可为能摄取静态图像或运动图像的摄像机。电子设备2可包括图像拾取装置(图像拾取装置1)、光学系统(光学镜头)310、快门单元311、信号处理部312和驱动部313。
光学系统310引导来自物体的图像光(入射光)到图像拾取装置1的像素部1a。光学系统310可包括多个光学透镜。快门单元311控制图像拾取装置1的光照射周期和屏蔽周期。驱动部313控制快门单元311的快门操作且传输图像拾取装置1的操作。信号处理部312对从图像拾取装置1输出的信号执行各种信号处理。例如，信号处理后的图像信号Dout可存储在诸如存储器的存储介质中，或者输出到诸如监视器的单元。
此外，在上述的实施例等中，背照式图像拾取元件10和10A的构造已被作为示例。然而，本技术方案可应用于前照式。
此外，内部透镜(未示出)可设置在光接收部20和聚光部40(或50)的滤色器44(或54)之间。
再次，不必设置上述实施例等中的所有部件，并且可设置其它部件。
由本公开的上述示例性实施例至少可实现下面的构造。
(1)一种图像拾取元件，包括：
半导体基板，包括用于每个像素的光电转换部；
像素分隔凹槽，设置在该半导体基板中；以及
固定电荷膜，提供在该半导体基板的光接收表面侧，
其中该固定电荷膜包括第一绝缘膜和第二绝缘膜，该第一绝缘膜从该光接收表面到该像素分隔凹槽的壁表面和底表面连续地设置，并且该第二绝缘膜设置在该第一绝缘膜的至少对应于该光接收表面的一部分上。
(2)根据(1)所述的图像拾取元件，其中该第一绝缘膜和该第二绝缘膜的层数不同。
(3)根据(1)或(2)所述的图像拾取元件，其中该第一绝缘膜包括两层，并且该第二绝缘膜包括一层。
(4)根据(1)至(3)任何一项所述的图像拾取元件，其中，在该固定电荷膜中，该第一绝缘膜、该第二绝缘膜和该第一绝缘膜从该半导体基板侧依次形成。
(5)根据(1)至(4)任何一项所述的图像拾取元件，其中，在该固定电荷膜中，该第一绝缘膜、该第一绝缘膜和该第二绝缘膜从该半导体基板侧依次形成。
(6)根据(1)至(5)任何一项所述的图像拾取元件，其中该第二绝缘膜从该光接收表面到该像素分隔凹槽的该壁表面的一部分是连续的。
(7)根据(1)至(6)任何一项所述的图像拾取元件，其中该第一绝缘膜和该第二绝缘膜的每一个由氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)和氧化钽(Ta2O5)中的任何一个形成。
(8)一种制造图像拾取元件的方法，该方法包括
在包括用于每个像素的光电转换部且具有像素分隔凹槽的半导体基板的光接收表面上形成固定电荷膜，
其中形成该固定电荷膜包括
形成从该光接收表面到该像素分隔凹槽的壁表面和底表面连续设置的第一绝缘膜，以及
形成第二绝缘膜，该第二绝缘膜设置在该第一绝缘膜的至少对应于该光接收表面的一部分上。
(9)根据(8)所述的方法，其中该第一绝缘膜通过原子层沉积或金属有机化学气相沉积形成。
(10)根据(8)或(9)所述的方法，其中该第二绝缘膜通过物理气相沉积形成。
(11)一种设置有图像拾取元件的电子设备，该图像拾取元件包括：
半导体基板，包括用于每个像素的光电转换部；
像素分隔凹槽，设置在该半导体基板中；以及
固定电荷膜，设置在该半导体基板的光接收表面侧，
其中该固定电荷膜包括第一绝缘膜和第二绝缘膜，该第一绝缘膜从该光接收表面到该像素分隔凹槽的壁表面和底表面连续设置，并且该第二绝缘膜设置在该第一绝缘膜的至少对应于该光接收表面的一部分上。
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，可以进行各种改进、结合、部分结合和替换。
本申请要求2013年9月27日提交的日本优先权专利申请JP2013-202123的权益，其全部内容通过引用结合于此。

Claims (29)

1.一种摄像装置，包括：
半导体基板，其具有第一侧和第二侧；
光电转换部，其设置在所述半导体基板中；
像素分隔凹槽，其设置在所述半导体基板中并且邻近于所述光电转换部；
多个绝缘膜，其设置为邻近于所述半导体基板的所述第一侧；以及
氧化硅膜，
其中，所述多个绝缘膜中的每个绝缘膜包括选自由氧化铪、氧化锆、氧化铝、氧化钛和氧化钽组成的组中的至少一种成分，
所述氧化硅膜接触所述多个绝缘膜中的第一绝缘膜的表面以及所述多个绝缘膜中的第二绝缘膜的表面，
所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜设置在所述像素分隔凹槽的内部，
所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜的至少一部分的厚度大于或等于10nm并且小于或等于80nm，
其中，所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜和所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜以从所述半导体基板的所述第一侧的层叠顺序形成。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜和所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜的层数不同。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜从所述半导体基板的光接收表面侧到所述像素分隔凹槽的壁表面的一部分是连续的。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，进一步包括：
设置在所述像素分隔凹槽中的至少一个其他膜，其中所述至少一个其他膜是保护膜。
5.根据权利要求4所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜包括设置在所述半导体基板和所述至少一个其他膜之间的部分。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜包括设置在所述半导体基板和所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜之间的部分。
7.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜的厚度大于或等于2nm并且小于或等于100nm。
8.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜包括设置在所述半导体基板和所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜之间的部分。
9.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜和所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜包括硅。
10.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述像素分隔凹槽的宽度大于或等于100nm并且小于或等于1000nm。
11.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述像素分隔凹槽的深度大于或等于0.25μm并且小于或等于5μm。
12.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜和所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜是部分层叠的。
13.根据权利要求12所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜包括多个层。
14.根据权利要求13所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜的至少一部分设置在所述像素分隔凹槽内。
15.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜的至少一部分设置在所述像素分隔凹槽内。
16.根据权利要求14所述的摄像装置，其中，所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜的设置在所述像素分隔凹槽内的所述至少一部分设置在所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜的两个层之间。
17.一种电子设备，包括：
摄像装置，所述摄像装置包括：
半导体基板，其具有第一侧和第二侧；
光电转换部，其设置在所述半导体基板中；
像素分隔凹槽，其设置在所述半导体基板中并且邻近于所述光电转换部；
多个绝缘膜，其设置为邻近于所述半导体基板的所述第一侧；以及
氧化硅膜，
其中，所述多个绝缘膜中的每个绝缘膜包括选自由氧化铪、氧化锆、氧化铝、氧化钛和氧化钽组成的组中的至少一种成分，
所述氧化硅膜接触所述多个绝缘膜中的第一绝缘膜的表面以及所述多个绝缘膜中的第二绝缘膜的表面，
所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜设置在所述像素分隔凹槽的内部，
所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜的至少一部分的厚度大于或等于10nm并且小于或等于80nm，
其中，所述多个绝缘膜中的所述第一绝缘膜和所述多个绝缘膜中的所述第二绝缘膜以从所述半导体基板的所述第一侧的层叠顺序形成；以及
光学系统，所述光学系统包括至少一个光学透镜，其中，所述光学系统被配置为将光引导至所述摄像装置的像素部。
18.一种摄像装置，包括：
半导体基板，其具有第一侧和第二侧，所述半导体基板包括：
光电转换部，以及
像素分隔凹槽，邻近于所述光电转换部；
第一膜，其设置为邻近于所述半导体基板的所述第一侧并且在所述像素分隔凹槽的内部；
第二膜，其设置在所述第一膜上并且在所述像素分隔凹槽的内部；以及
第三膜，其设置在所述第二膜上并且在所述像素分隔凹槽的内部，
其中，
所述第一膜和所述第三膜由相同材料制成，
所述第一膜和所述第三膜包括选自由氧化铪、氧化锆、氧化铝、氧化钛和氧化钽组成的组中的至少一种成分，并且
所述第二膜或所述第三膜的至少一部分的厚度大于或等于10nm并且小于或等于80nm。
19.根据权利要求18所述的摄像装置，其中，所述第一膜和所述第三膜的所述材料与所述第二膜的材料不同。
20.根据权利要求18所述的摄像装置，其中，氧化硅膜接触所述第三膜的表面。
21.根据权利要求18所述的摄像装置，其中，所述氧化硅膜形成在所述光电转换部上方。
22.根据权利要求18所述的摄像装置，其中，所述第三膜从所述半导体基板的光接收表面侧到所述像素分隔凹槽的壁表面的一部分是连续的。
23.根据权利要求18所述的摄像装置，其中，所述第一膜包括设置在所述半导体基板和所述第二膜之间的部分。
24.根据权利要求23所述的摄像装置，其中，所述第一膜包括设置在所述半导体基板和所述第三膜之间的部分。
25.根据权利要求18所述的摄像装置，其中，所述第一膜包括设置在所述半导体基板和所述第三膜之间的部分。
26.根据权利要求18所述的摄像装置，其中，所述像素分隔凹槽的宽度大于或等于100nm并且小于或等于1000nm。
27.根据权利要求18所述的摄像装置，其中，所述像素分隔凹槽的深度大于或等于0.25μm并且小于或等于5μm。
28.根据权利要求18所述的摄像装置，其中，所述第一膜、所述第二膜或所述第三膜中的一个或多个包括硅。
29.一种电子设备，包括：
摄像装置，所述摄像装置包括：
半导体基板，其具有第一侧和第二侧，所述半导体基板包括：
光电转换部，以及
像素分隔凹槽，邻近于所述光电转换部；
第一膜，其设置为邻近于所述半导体基板的所述第一侧并且在所述像素分隔凹槽的内部；
第二膜，其设置在所述第一膜上并且在所述像素分隔凹槽的内部；以及
第三膜，其设置在所述第二膜上并且在所述像素分隔凹槽的内部，
其中，
所述第一膜和所述第三膜由相同材料制成，
所述第一膜和所述第三膜包括选自由氧化铪、氧化锆、氧化铝、氧化钛和氧化钽组成的组中的至少一种成分，并且
所述第二膜或所述第三膜的至少一部分的厚度大于或等于10nm并且小于或等于80nm；以及
光学系统，所述光学系统包括至少一个光学透镜，其中，所述光学系统被配置为将光引导至所述摄像装置的像素部分。
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