电容元件、图像传感器、电容元件的制造方法以及图像传感器的制造方法技术

本申请的一个方案的电容元件具备：第一电极；第二电极，该第二电极与所述第一电极相对置地配置；以及电介质层，该电介质层位于所述第一电极与所述第二电极之间，并且与所述第一电极和所述第二电极分别接触。所述电介质层含有选自铪的氧化物和锆的氧化物中的至少一种作为主要成分。所述电介质层的膜厚为12nm以上。所述电介质层具有单斜晶系晶体结构。所述电介质层中所包含的氢的浓度为2.5×10

Manufacturing method of capacitive element, image sensor, capacitive element and image sensor

A capacitive element of one scheme of the present application includes: a first electrode; a second electrode, which is positioned relative to the first electrode; and a dielectric layer, which is located between the first electrode and the second electrode, and which is in contact with the first electrode and the second electrode respectively. The dielectric layer contains at least one of the oxides selected from hafnium and zirconium as the main component. The film thickness of the dielectric layer is more than 12 nm. The dielectric layer has a monoclinic crystal structure. The concentration of hydrogen contained in the dielectric layer is 2.5*10.

【技术实现步骤摘要】
电容元件、图像传感器、电容元件的制造方法以及图像传感器的制造方法
本申请涉及电容元件、图像传感器、电容元件的制造方法以及图像传感器的制造方法。
技术介绍
近年来，已知具有MIM(MetalInsulator-Metal；金属绝缘体金属)结构的电容元件。例如，日本特开2016-76921号公报和日本特开2006-270123号公报分别公开了具备使用ZrO2等介电常数高的材料形成的绝缘膜的电容元件。
技术实现思路
本申请的非限定性的某示例性的一个方案的电容元件具备：第一电极；第二电极，该第二电极与上述第一电极相对置地配置；以及电介质层，该电介质层位于上述第一电极与上述第二电极之间，并且与上述第一电极和上述第二电极分别接触。上述电介质层含有选自铪的氧化物和锆的氧化物中的至少一种作为主要成分。上述电介质层的膜厚为12nm以上。上述电介质层具有单斜晶系晶体结构。上述电介质层中所包含的氢的浓度为2.5×1021原子/cm3以下。总的或具体方案可以通过元件、器件、装置、系统、集成电路或它们的制造方法来实现。另外，总的或具体方案也可以通过任意组合元件、器件、装置、系统、集成电路和制造方法来实现。所公开的实施方式的追加效果和优点可以由说明书和附图来明确。效果和/或优点是由说明书和附图所公开的各个实施方式或特征独自提供的，为了得到它们中的一个以上并不需要所有实施方式或特征。附图说明图1是表示实施方式电容元件的示例性结构的剖视图。图2是表示氢气氛下的热处理前后电容元件的泄漏电流值的变化率相对于实施方式电容元件的电介质层的膜厚的图。图3是表示对于图2中的在氢气氛下进行了热处理之后的电容元件在氮气氛下进行热处理前后电容元件的泄漏电流值的变化的图。图4是表示依次进行了实施方式电容元件所具备的膜厚为20nm的电介质层的成膜处理、氢气氛下的热处理和氮气氛下的热处理时的各处理之后电容元件的泄漏电流的图。图5是表示依次进行了实施方式电容元件所具备的膜厚为20nm的电介质层的成膜处理、氮气氛下的热处理和氢气氛下的热处理时的各处理之后电容元件的泄漏电流的图。图6是表示具备膜厚为20nm的电介质层并且仅进行了氢气氛下的热处理的电容元件与仅进行了氮气氛下的热处理的电容元件各自中所包含的氢浓度的图。图7是表示膜厚为20nm的电介质层的刚成膜后的电容元件、仅进行了氢气氛下的热处理的电容元件和仅进行了氮气氛下的热处理的电容元件各自所具备的电介质层的表面通过XRD分析得到的衍射强度的图。图8是表示实施方式电容元件的改变氮气氛下的热处理温度时的泄漏电流的变化的图。图9是表示膜厚为20nm的电介质层的刚成膜后的电容元件、仅进行了氢气氛下的热处理的电容元件、仅进行了真空下的热处理的电容元件和仅进行了氮气氛下的热处理的电容元件各自的泄漏电流的图。图10是表示实施方式电容元件的制造方法的第一例的流程图。图11是表示实施方式电容元件的制造方法的第二例的流程图。图12是表示实施方式电容元件的制造方法的第三例的流程图。图13是表示实施方式电容元件的制造方法的第四例的流程图。图14是表示具备实施方式电容元件的图像传感器的截面结构的剖视图。图15是表示实施方式的变形例电容元件的示例性结构的剖视图。符号说明10、20电容元件11、21下部电极12、22电介质层13、23上部电极100图像传感器110基板120多层布线结构130光电转换元件131像素电极132光电转换膜133透明电极具体实施方式(作为本申请的基础的认识)近年来，已知有使用高介电常数的材料即所谓的high-k材料形成的半导体装置。例如，在MOSFET(MetalOxideSemiconductor；金属氧化物半导体)的栅极氧化膜和DRAM(DynamicRandomAccessMemory；动态随机存取存储器)的存储单元等中使用high-k材料。high-k材料例如为HfSiON、HfO2、ZrO2等。在使用high-k材料作为电容元件的电介质层的情况下，与使用了SiO2时相比能够在确保高容量值的同时增加电介质层的物理膜厚。因此，能够在抑制与薄膜化相伴的隧道电流增加的同时实现电容元件的高容量化。另外，在具备层叠而成的光电转换膜的CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor；互补金属氧化物半导体)图像传感器中也使用了具备利用high-k材料形成的电介质层的电容元件。但是，就现有电容元件来说，存在泄漏电流大、绝缘性低这样的问题。例如，上述日本特开2016-76921号公报将容量值高的电容元件用作蓄积在光电转换膜中产生的电荷并且将所蓄积的电荷量转换为电压的元件。在电容元件被用作图像传感器中的电荷蓄积用的情况下，电容元件的泄漏电流成为使蓄积的电荷量降低或使噪声增加的原因。图像传感器的噪声水平低，为几电子程度。由此，与其他半导体装置相比，尤其要求提高电容元件的绝缘性。因此，作为用于图像传感器的电容元件，可以使用具备膜厚与用于MOSFET的栅极绝缘膜和DRAM的存储单元的绝缘膜相比较厚的绝缘膜的电容元件。但是，就图像传感器来说，如日本特开2016-76921号公报中所述的那样，大多使用了形成于硅(Si)基板的界面的MOSFET作为构成信号处理电路的电路元件。在Si基板的界面处，Si的未结合键即悬空键成为特性变动和劣化的原因。因此，通过在氢气氛下对Si基板进行热处理，使悬空键发生氢封端。但是，在于氢气氛下进行了热处理的Si基板的上方形成电容元件的情况下，氢在使用等离子体的成膜工序或蚀刻工序中有时会从Si基板的界面脱离。因此，可以认为为了使MOSFET的特性恢复在形成电容元件之后也需要氢气氛下的热处理。此外，日本特开2006-270123号公报公开了：以包含氢气氛的非氧化性气氛对电容元件进行绝缘膜的形成温度以上的热处理，由此能够提高绝缘性。但是，本申请的专利技术者们发现了日本特开2006-270123号公报中所述的方法仅在绝缘膜的物理膜厚薄的情况下成立。本申请的专利技术者们发现了电容元件的泄漏电流在绝缘膜的膜厚大的情况下以氢气氛进行热处理时增大。因此，在形成电容元件之后进行了热处理的情况下，存在电容元件的绝缘性降低这样的问题。因此，存在无法在提高设置于Si基板的MOSFET的特性的同时提高电容元件的绝缘性这样的问题。本申请的一个方案的概要如下所述。本申请的一个方案的电容元件具备：第一电极；第二电极，该第二电极与所述第一电极相对置地配置；以及电介质层，该电介质层位于所述第一电极与所述第二电极之间，并且与所述第一电极和所述第二电极分别接触。所述电介质层含有选自铪的氧化物和锆的氧化物中的至少一种作为主要成分。所述电介质层的膜厚为12nm以上。所述电介质层具有单斜晶系晶体结构。所述电介质层中所包含的氢的浓度为2.5×1021原子/cm3以下。由此，可实现泄漏电流降低、绝缘性高的电容元件。另外，本申请的一个方案的图像传感器具备选自光电转换元件和光电二极管中的至少一种以及上述电容元件。由此，由于图像传感器具备绝缘性高的电容元件，因此能够提高图像传感器的特性。例如，在图像传感器具备电容元件作为蓄积信号电荷的元件时，能够减少由电容元件所带来的噪声。因此，可实现高精度并且可靠性高的图像传感器。此外，图像传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容元件，其具备：第一电极；第二电极，该第二电极与所述第一电极相对置地配置；以及电介质层，该电介质层位于所述第一电极与所述第二电极之间，并且与所述第一电极和所述第二电极分别接触，其中，所述电介质层含有选自铪的氧化物和锆的氧化物中的至少一种作为主要成分，所述电介质层的膜厚为12nm以上，所述电介质层具有单斜晶系晶体结构，所述电介质层中所包含的氢的浓度为2.5×1021原子/cm3以下。

【技术特征摘要】
2017.09.12 JP 2017-1751121.一种电容元件，其具备：第一电极；第二电极，该第二电极与所述第一电极相对置地配置；以及电介质层，该电介质层位于所述第一电极与所述第二电极之间，并且与所述第一电极和所述第二电极分别接触，其中，所述电介质层含有选自铪的氧化物和锆的氧化物中的至少一种作为主要成分，所述电介质层的膜厚为12nm以上，所述电介质层具有单斜晶系晶体结构，所述电介质层中所包含的氢的浓度为2.5×1021原子/cm3以下。2.一种图像传感器，其具备选自光电转换元件和光电二极管中的至少一种以及电容元件，其中，所述电容元件具备：第一电极；第二电极，该第二电极与所述第一电极相对置地配置；以及电介质层，该电介质层位于所述第一电极与所述第二电极之间，并且与所述第一电极和所述第二电极分别接触，所述电介质层含有选自铪的氧化物和锆的氧化物中的至少一种作为主要成分，所述电介质层的膜厚为12nm以上，所述电介质层具有单斜晶系晶体结构，所述电介质层中所包含的氢的浓度为2.5×1021原子/cm3以下。3.一种电容元件的制造方法，其包括下述工序：依次层叠第一电极、含有选自铪的氧化物和锆的氧化物中的至少一种作为主要成分并且膜厚为12nm以上的电介质层以及第二电极的工序；在层叠了所述电介质层的至少一部分之后在除去氢的气氛下或10-2Pa以下的减压下进行第一热处理的工序；以及在层叠了所述第二电极之后在氢气氛下进行第二热处理的工序。4.根据权利要求3所述的电容元件的制造方法，其中，在所述层叠的工序中一边进行所述第一热处理一边层叠所述第二电极。5.根据权利要求4所述的电容元件的制造方法，其中，在所述层叠的工序中使用原子层沉积法来层叠所述第二电极。6.根据权利要求3所述的电容元件的制造方法，其中，所述第一热处理在层叠所述电介质层之后并且层叠所述第二电极之前进行。7.根据权利要求3所述的电容元件的制造方法，其中，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：德原健富，柴田聪，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP