一種全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容，包括不透光的上下極板和中間的介質(zhì)層，上下極板之間相互絕緣，上極板的側(cè)壁傾斜。本發(fā)明還公開這種全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容的形成方法，步驟包括，阱注入，常規(guī)多晶刻蝕，MOS電容多晶刻蝕，邊墻刻蝕，源漏注入，生成硅化物阻擋層和形成金屬硅化物。本發(fā)明的MOS電容多晶刻蝕，通過(guò)調(diào)整刻蝕工藝改變了MOS電容多晶側(cè)壁角度，使其不能留有邊墻，實(shí)現(xiàn)了MOS電容在多晶側(cè)壁生成不透光的金屬硅化物，有效阻擋入射光線的穿透，避免由此造成的存儲(chǔ)電容中存儲(chǔ)電荷的失真，減少噪點(diǎn)，提高輸出圖像信號(hào)的正確率。本發(fā)明適用于4T、5T、6T、8T和12T等各種需要MOS存儲(chǔ)電容的全局像元結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用廣泛。
【專利說(shuō)明】一種全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器是指將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，通常大規(guī)模商用的圖像傳感器芯片包括電荷耦合器件CXD和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS圖像傳感器芯片兩大類。
[0003]CMOS圖像傳感器和傳統(tǒng)的C⑶傳感器相比具有的低功耗，低成本和與CMOS工藝兼容等特點(diǎn)，因此得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在CMOS圖像傳感器不僅用于消費(fèi)電子領(lǐng)域，例如微型數(shù)碼相機(jī)DSC，手機(jī)攝像頭，攝像機(jī)和數(shù)碼單反DSLR中，而且在汽車電子，監(jiān)控，生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。
[0004]CMOS圖像傳感器的像素單元是圖像傳感器實(shí)現(xiàn)感光的核心器件。最常用像素單元為包含一個(gè)光電二極管和四個(gè)晶體管的有源像素結(jié)構(gòu)，這些器件中光電二極管是感光單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)光線的收集和光電轉(zhuǎn)換，其它的MOS晶體管是控制單元，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)光電二極管的選中，復(fù)位，信號(hào)放大和讀出的控制。一個(gè)像素單元中MOS晶體管的多少?zèng)Q定了非感光區(qū)域占的面積，因此包含四個(gè)晶體管的像素結(jié)構(gòu)通常稱為4T像素單元。
[0005]在數(shù)碼相機(jī)中通常有兩種快門控制方式:機(jī)械快門和電子快門。機(jī)械快門通過(guò)安裝在CMOS圖像傳感器前面的機(jī)械件的開合來(lái)控制曝光時(shí)間；電子快門通過(guò)像素單元的時(shí)序控制來(lái)改變積分時(shí)間，從而達(dá)到控制曝光時(shí)間的目的。由于機(jī)械快門需要機(jī)械件，會(huì)占用數(shù)碼相機(jī)的面積，因此不適用于便攜式的數(shù)碼相機(jī)，而且對(duì)于視頻監(jiān)控應(yīng)用而言，由于通常是進(jìn)行視頻采集，因此一般采用電子快門控制曝光時(shí)間。電子快門又分為兩種:卷簾式和全局曝光式。卷簾式電子快門每行之間的曝光時(shí)間是不一致的，在拍攝高速物體是容易造成拖影現(xiàn)象；全局曝光式電子快門的每一行在同一時(shí)間曝光，然后同時(shí)將電荷信號(hào)存儲(chǔ)在像素單元的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，最后將存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)逐行輸出，由于所有行在同一時(shí)間進(jìn)行曝光，所以不會(huì)造成拖影現(xiàn)象。
[0006]隨著CMOS圖像傳感器在工業(yè)、車載、道路監(jiān)控和高速相機(jī)中越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，對(duì)于可以捕捉高速運(yùn)動(dòng)物體圖像的圖像傳感器的需求進(jìn)一步提高。為了監(jiān)控高速物體，CMOS圖像傳感器需要使用全局曝光的像素單元，而全局曝光像素單元中的用于存儲(chǔ)電荷信號(hào)的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)對(duì)于光源的寄生響應(yīng)是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)每個(gè)像素單元使用晶體管的數(shù)目，全局曝光像素單元有4T、5T、6T、8T和12Τ等。如圖1所示以8Τ全局曝光像素單元為例，Cl為存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)I和C2為存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)2。Cl和C2分別為存儲(chǔ)電荷的MOS電容。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的光源寄生響應(yīng)是指存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)電容對(duì)入射光的寄生響應(yīng)。對(duì)于像素單元而言，入射到像素單元表面的光線由于折射和散射而不能全部聚焦到光電二極管表面，有部分光線可能入射到存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)Cl和C2上。Cl和C2在入射光的照射下也可以像光電二極管一樣產(chǎn)生光電響應(yīng)。由于入射光照射而在Cl和C2上產(chǎn)生的電荷會(huì)影響原來(lái)存儲(chǔ)在上面的由光電二極管產(chǎn)生的電壓信號(hào)，造成了信號(hào)的失真。為了減小存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的光源寄生響應(yīng)，Cl和C2需要使用完全不透光的金屬屏蔽層來(lái)防止入射光線的影響?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常在CMOS工藝中用到的金屬包括金屬硅化物、鎢、鋁和銅等，減小存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)光源寄生響應(yīng)的就需要利用其中的一種或幾種形成MOS電容的金屬掩蔽層，避免入射光對(duì)MOS電容中存儲(chǔ)電荷的影響。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)MOS電容包括N型和P型兩種結(jié)構(gòu)，以N型MOS電容為例。所謂MOS電容是一個(gè)在P型襯底上形成的兩端器件，上極板由N型多晶和金屬硅化物組成，下極板由N阱、N+源漏區(qū)和金屬硅化物組成，CMOS工藝中的柵氧化層作為電容之間的介質(zhì)層。MOS電容的上下極板由于包含有多晶、金屬硅化物或者襯底本身就是高濃度的注入阱區(qū)，都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)不透光。在MOS電容的側(cè)壁上覆蓋有邊墻，其目的是為了減小器件的橫向電場(chǎng)，邊墻的引入能夠?qū)⒃绰㎞+注入和輕摻雜源漏NLDD注入分開，從而實(shí)現(xiàn)CMOS工藝需要的輕摻雜源漏區(qū)。由于邊墻通常使用氧化硅或氮化硅等絕緣材料作為其介質(zhì)層，因此邊墻同時(shí)可以隔斷N型多晶和N+注入的源漏區(qū)表面的金屬硅化物，防止金屬硅化物之間的短接。但是，由于氧化硅和氮化硅對(duì)入射光線是完全透明的，因此入射光線就可以穿透邊墻進(jìn)入MOS電容的多晶上極板和N阱下極板區(qū)域，造成MOS電容中存儲(chǔ)的電荷信號(hào)失真，最終導(dǎo)致CMOS圖像傳感器輸出信號(hào)的失真。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，阻止入射光線穿透邊墻進(jìn)入MOS電容的上下極板區(qū)域，避免由此造成的MOS電容中存儲(chǔ)的電荷信號(hào)失真，從而避免CMOS圖像傳感器輸出信號(hào)的失真，減少噪點(diǎn)，提高輸出圖像信號(hào)的正確率和改善圖像清晰度。
[0009]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容:包括不透光的上下極板和中間的介質(zhì)層，上下極板之間相互絕緣，其特征在于所述存儲(chǔ)電容上極板的側(cè)壁傾斜；
[0010]可選的，所述存儲(chǔ)電容的上極板側(cè)壁與下極板夾角大于O度小于60度；
[0011]可選的，所述存儲(chǔ)電容上極板由多晶組成，下極板由阱和源漏區(qū)組成，中間介質(zhì)層是二氧化硅；
[0012]優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)電容上極板多晶的頂面和側(cè)面被不透光的阻擋物包圍；
[0013]優(yōu)選的，所述不透光的阻擋物是金屬硅化物；
[0014]優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)電容上極板側(cè)面四周不透光的阻擋物是金屬硅化物；
[0015]優(yōu)選的，所述所述金屬硅化物是鈦、氮化鈦、鎢、鋁、銅、鈷和鎳之類的金屬或金屬化合物；
[0016]可選的，所述作為存儲(chǔ)電容下極板的源漏區(qū)上有不透光的金屬硅化物覆蓋；
[0017]優(yōu)選的，所述金屬硅化物是鈦、氮化鈦、鎢、鋁、銅、鈷和鎳之類的金屬或金屬化合物；
[0018]可選的，在所述上下極板相鄰的邊緣放置硅化物阻擋層實(shí)現(xiàn)上下極板之間相互絕緣。
[0019]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種全局曝光像素單元中存儲(chǔ)電容的形成方法，其步驟為:
[0020]I)在襯底上進(jìn)行阱注入；
[0021]2)常規(guī)多晶刻蝕；
[0022]3) MOS電容多晶刻蝕；
[0023]4)邊墻刻蝕；
[0024]5)源漏注入；
[0025]6)硅化物阻擋層；
[0026]7)形成金屬硅化物。
[0027]以現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的MOS電容中的N型MOS電容為例，其截面如圖2所示。N型MOS電容是一個(gè)在P型襯底201上形成的兩端器件，上極板由N型多晶202a和金屬硅化物202b組成，下極板由N阱203a、N+源漏區(qū)203b和金屬硅化物203d組成，柵氧化層204作為電容之間的介質(zhì)層。在CMOS工藝中，為了減小器件的橫向電場(chǎng)，需要引入輕摻雜的源漏區(qū)，使用邊墻205將高摻雜N+源漏203b注入和輕摻雜NLDD源漏203c注入分開。邊墻的引入同時(shí)還可以防止N+多晶202a和N+源漏區(qū)上面的金屬硅化物203d的短接，避免柵和源漏之間的短路。通常邊墻使用氧化硅或氮化硅作為介質(zhì)層。氧化硅和氮化硅對(duì)入射光線來(lái)說(shuō)是全透明的，因此入射光線可以穿透邊墻進(jìn)入電容的多晶上極板和N阱下極板區(qū)域，造成MOS電容中存儲(chǔ)的電荷信號(hào)的失真，最終導(dǎo)致CMOS圖像傳感器輸出信號(hào)的失真。
[0028]采用本發(fā)明提供的用于CMOS圖像傳感器的全局曝光像素單元存儲(chǔ)電容可以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，阻擋入射光穿透并進(jìn)入存儲(chǔ)電容的上、下極板，避免入射光對(duì)MOS存儲(chǔ)電容中電荷信號(hào)的影響。圖3所示為本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題所提供的MOS電容結(jié)構(gòu)的截面圖，改變MOS存儲(chǔ)電容上電極多晶側(cè)壁的角度，使多晶側(cè)壁302傾斜，側(cè)壁與襯底夾角小于60度，隨后通過(guò)淀積金屬和硅化反應(yīng)的方法使得多晶的頂部和側(cè)壁均反應(yīng)生成金屬硅化物304，所淀積的金屬為鈦、氮化鈦、鎢、鋁、銅、鈷和鎳之類的金屬或金屬化合物。由于金屬層的不透光特性，所形成的金屬硅化物阻擋并反射入射光線，使光線不能通過(guò)多晶側(cè)壁進(jìn)入MOS電容的N阱區(qū)域，阻止光線穿透多晶進(jìn)入MOS電容電荷信號(hào)存儲(chǔ)區(qū)，防止發(fā)生存儲(chǔ)號(hào)失真。
[0029]采用本發(fā)明提供的用于CMOS圖像傳感器的全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容的形成方法，能夠在實(shí)現(xiàn)防漏光的同時(shí)，還防止多晶金屬硅化物與源漏上的金屬硅化物短接。如圖3所示，在MOS電容多晶上極板和N+源漏區(qū)301之間的硅化物阻擋層的圖形位置插入絕緣的硅化物阻擋物303，然后淀積金屬，形成金屬硅化物304。由于硅化物阻擋物的存在，多晶與源漏區(qū)上的金屬硅化物斷開，防止了 MOS電容多晶上極板的金屬硅化物和N+源漏區(qū)上的金屬硅化物之間短路。而MOS電容多晶，由于其側(cè)壁傾斜，在常規(guī)CMOS邊墻工藝后不會(huì)留有邊墻，因此多晶表面將完全被金屬覆蓋而形成金屬硅化物。形成如圖3所示的側(cè)壁也覆蓋有金屬硅化物的MOS電容結(jié)構(gòu)，從而防止入射光線從邊墻進(jìn)入MOS電容。
[0030]由此可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明通過(guò)加入MOS電容多晶刻蝕，改變多晶側(cè)壁的角度，從現(xiàn)有技術(shù)中的側(cè)壁垂直于襯底改變成側(cè)壁與襯底的夾角為O?60度，且小于60度。于是在后續(xù)常規(guī)工藝的邊墻刻蝕后，原本現(xiàn)有技術(shù)中的D型邊墻將完全被刻蝕干凈，使得MOS電容多晶側(cè)壁上沒(méi)有邊墻存在。整個(gè)多晶表面可以通過(guò)與金屬的硅化反應(yīng)形成不透光的金屬硅化物，從而阻擋入射光線的穿透，避免由于光線射入MOS電容，造成電容中存儲(chǔ)的電荷信號(hào)變化而導(dǎo)致CMOS圖像傳感器輸出信號(hào)的失真。再通過(guò)引入硅化物阻擋層，確保多晶金屬硅化物不會(huì)與源漏區(qū)的金屬硅化物發(fā)生短路。本發(fā)明中MOS電容多晶刻蝕是在常規(guī)多晶刻蝕工藝上通過(guò)變化刻蝕氣體的流量和配比實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明提供的存儲(chǔ)電容比現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品噪點(diǎn)少，輸出圖像信號(hào)的正確率和圖像清晰度都有明顯提高和改善，同時(shí)通過(guò)硅化物阻擋層確保多晶金屬硅化物不會(huì)與源漏的金屬硅化物發(fā)生短路，提高了產(chǎn)品的合格率。本發(fā)明可用于4T、5T、6T、8T和12Τ等各種需要MOS存
[0031]儲(chǔ)電容的全局像元結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用廣泛。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為8Τ全局曝光像素單元的電路結(jié)構(gòu)
[0033]圖2為常規(guī)的MOS電容結(jié)構(gòu)
[0034]圖3為本發(fā)明提供的用于全局曝光像素單元的MOS存儲(chǔ)電容結(jié)構(gòu)
[0035]圖4為常規(guī)MOS電容的形成方法
[0036]圖5為本發(fā)明提供的全局曝光像素單元的MOS存儲(chǔ)電容結(jié)構(gòu)的形成方法
【具體實(shí)施方式】
[0037]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0038]本發(fā)明提供一種CMOS圖像傳感器的全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容及其形成方法，能夠避免入射光對(duì)MOS電容中存儲(chǔ)的電荷信號(hào)的影響，避免輸出信號(hào)的失真，使圖像傳感器最終能得到高質(zhì)量的圖像。
[0039]實(shí)施例
[0040]以N型MOS電容的形成過(guò)程為例。
[0041]常規(guī)MOS電容的形成方法如圖4所示。具體包括在在P型硅襯底上進(jìn)行阱注入；常規(guī)多晶刻蝕，邊墻刻蝕，源漏注入和金屬硅化物形成。上述步驟為了突出MOS電容的工藝主題，省去了標(biāo)準(zhǔn)工藝必須的柵氧化、多晶淀積、邊墻淀積和金屬淀積等步驟，以示簡(jiǎn)略。形成方法中的被阱區(qū)包圍源漏區(qū)及其上面覆蓋的金屬硅化物形成了常規(guī)MOS電容的下極板，而刻蝕后的多晶及多晶上覆蓋的金屬硅化物為常規(guī)MOS電容的上極板。常規(guī)多晶刻蝕形成的多晶圖形即是線路中MOS晶體管的柵極，同時(shí)也是MOS電容的上極板，因此MOS電容的多晶側(cè)壁角度如圖2所示，垂直于P型襯底，邊墻是依附在多晶側(cè)壁上形成的D型絕緣介質(zhì)層。由于邊墻是由氧化硅或氮化硅，氧化硅和氮化硅構(gòu)成的，其對(duì)于入射光線完全透明，使得入射光能夠穿透邊墻進(jìn)入MOS電容極板，影響MOS電容中存儲(chǔ)的電荷信號(hào)。
[0042]如圖5所示為本發(fā)明提供的用于全局曝光像素單元的MOS電容的形成方法。同常規(guī)的MOS電容形成方法相比，本發(fā)明提供的形成方法在常規(guī)的多晶刻蝕之后加入了一道MOS電容多晶刻蝕。實(shí)際操作中，常規(guī)多晶刻蝕后，形成了側(cè)壁垂直于襯底的多晶；再通過(guò)MOS電容掩膜版，將作為線路中MOS晶體管柵極的多晶用光刻膠保護(hù)，留下MOS電容多晶圖形，然后進(jìn)行MOS電容多晶刻蝕:通過(guò)刻蝕氣體流量和配比的調(diào)整,增加反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)聚合物在MOS電容多晶的側(cè)壁上淀積，形成如圖3所示的與P型襯底的夾角大于O度但小于60度的傾斜的多晶側(cè)壁；接著去膠并繼續(xù)進(jìn)行邊墻刻蝕。由于MOS電容多晶的側(cè)壁是傾斜的，邊墻無(wú)法在上面形成，因此邊墻刻蝕后MOS晶體管柵極多晶的側(cè)壁仍留有邊墻，而MOS電容多晶側(cè)壁上卻完全沒(méi)有邊墻。下一步形成硅化物阻擋物，在先前版圖設(shè)計(jì)的圖形位置，如圖3所示在MOS電容多晶上極板和N+源漏區(qū)上的金屬硅化物之間插入了絕緣的硅化物阻擋層，防止后續(xù)生成金屬硅化物的短路。最后形成金屬硅化物:M0S電容多晶頂部和側(cè)壁由于沒(méi)有邊墻覆蓋，淀積金屬或金屬化合物后，多晶和金屬直接反應(yīng)生成金屬硅化物，形成如圖3所示的多晶頂部和側(cè)壁上都覆蓋金屬硅化物的MOS電容結(jié)構(gòu)。金屬硅化物是由鈦、氮化鈦、鎢、鋁、銅、鈷和鎳之類的金屬或金屬化合物與多晶反應(yīng)生成的。利用金屬硅化物的不透光性，實(shí)現(xiàn)防止入射光線穿透進(jìn)入MOS電容的目的。
[0043]以上介紹的僅僅是基于本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不能以此來(lái)限定本發(fā)明的范圍。任何對(duì)本發(fā)明的裝置作本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)熟知的部件的替換、組合、分立，以及對(duì)本發(fā)明實(shí)施步驟作本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)熟知的等同改變或替換均不超出本發(fā)明的揭露以及保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容，包括不透光的上下極板和中間的介質(zhì)層，上下極板之間相互絕緣，其特征在于所述存儲(chǔ)電容上極板的側(cè)壁傾斜。
2.如權(quán)利要求1所述的全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容，其特征在于所述存儲(chǔ)電容的上極板側(cè)壁與下極板夾角大于0度小于60度。
3.如權(quán)利要求1所述的全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容，其特征在于所述存儲(chǔ)電容上極板由多晶組成，下極板由阱和源漏區(qū)組成，中間介質(zhì)層是二氧化硅。
4.如權(quán)利要求3所述的全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容，其特征在于所述存儲(chǔ)電容上極板多晶的頂面和側(cè)面被不透光的阻擋物覆蓋。
5.如權(quán)利要求4所述的全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容，其特征在于所述不透光的阻擋物是金屬硅化物。
6.如權(quán)利要求5所述的全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容，其特征在于所述金屬硅化物是由鈦、氮化鈦、鎢、鋁、銅、鈷和鎳之類的金屬或金屬化合物與硅反應(yīng)生成。
7.如權(quán)利要求3所述的全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容，其特征在于所述作為存儲(chǔ)電容下極板的源漏區(qū)上有不透光的金屬硅化物覆蓋。
8.如權(quán)利要求7所述的全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容，其特征在于所述金屬硅化物是由鈦、氮化鈦、鎢、鋁、銅、鈷和鎳之類的金屬或金屬化合物與硅反應(yīng)生成。
9.如權(quán)利要求1所述的全局曝光像素單元中的存儲(chǔ)電容，其特征在于在所述上下極板相鄰的邊緣放置硅化物阻擋層實(shí)現(xiàn)上下極板之間相互絕緣。
10.如權(quán)利要求1所述的全局曝光像素單元中防漏光存儲(chǔ)電容的形成方法，其步驟為: 1)在襯底上進(jìn)行阱注入； 2)常規(guī)多晶刻蝕； 3)MOS電容多晶刻蝕； 4)邊墻刻蝕； 5)源漏注入； 6)形成硅化物阻擋層 7)形成金屬娃化物。
【文檔編號(hào)】H01L23/552GK104362159SQ201410482239
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】顧學(xué)強(qiáng), 趙宇航, 周偉 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 成都微光集電科技有限公司