專利名稱：Cmos圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器電路中的電容器，尤其涉及一種CMOS圖像傳感器電 路結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
CMOS圖像傳感器電路中常用到的電容器結(jié)構(gòu)有"金屬一絕緣體一金屬"(Metal-Insulator-Metal,簡稱MBO結(jié)構(gòu)禾口 "多晶硅 一 絕緣體 一 多晶硅"(poly-Insulator-poly，簡稱PIP)結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)中MIM電容器結(jié)構(gòu)的示意圖， 一般來說，MIM電容器001其下 電極是用倒數(shù)第二層互連線金屬002，中間電介質(zhì)003用Si02或SiN或Si02/SiN/Si02復(fù)合層 (簡稱0N0)材料，上電極金屬004用Ti或TiN或Ti/TiN復(fù)合層。上電極004和下電極金屬 層002分別用金屬塞005a和005b引出，然后由最上層金屬006a和006b連接到電路。
圖1中，也示意出CMOS圖像傳感器電路的其它部分，包括
電路的襯底101(—般是P型硅上外延輕摻雜P型硅)、為P型輕摻雜阱102 (簡稱P阱)、 淺溝槽隔離103(Shallow Trench Isolation, STI)或局域隔離氧化層(local oxidation of silicon, LOCOS) 、 N型重?fù)诫s區(qū)104、感光二極管105、轉(zhuǎn)移晶體管110及其多晶硅柵 極106、第一層金屬108和硅襯底(例如104)的金屬塞(接觸孔)107、第二層金屬109、 金屬層之間的隔離電介質(zhì)113等。
CMOS圖像傳感器的感光像素中有一個十分重要的區(qū)域是浮動節(jié)點(Floating Diffusion,簡稱FD)區(qū)域IOO，包括由P阱102和N型重?fù)诫s區(qū)104構(gòu)成的PN結(jié)電容器 102/104，以及該電容器上面的遮光層及引出金屬108。當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管110它柵極接髙接電 位打開時，入射光112在感光二極管105中的產(chǎn)生的光電子被轉(zhuǎn)移到浮動節(jié)點的PN結(jié)電容 器102/104區(qū)域，進(jìn)而由接觸孔107引到放大管(省略)。浮動節(jié)點100中第一層金屬108 作用除引出PN結(jié)電容器N極外同時還用來遮避光線，以減少來自其它像素的散射光引起的 信號噪聲以及光學(xué)串?dāng)_。
上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點
由于第一層金屬108至硅表面(g卩N型重?fù)诫s區(qū)104的表面)之間距離大，仍會有散射 光(例如110和111)會進(jìn)入到浮動節(jié)點電容器102/104區(qū)域，并產(chǎn)生光電子。這些額外的光電子會增加信號噪聲以及引起光學(xué)串?dāng)_，當(dāng)像素縮小時這個問題更加突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)串?dāng)_和噪聲小的CMOS圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)及其制作方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的-
本發(fā)明的CMOS圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)，包括浮動節(jié)點，所述浮動節(jié)點包括PN結(jié)電容
器，所述PN結(jié)電容器的上方設(shè)有由金屬層構(gòu)成的遮光層。
本發(fā)明的上述的CMOS圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)的制作方法，包括步驟
首先，在硅襯底材料中，用離子植入的方法制作PN結(jié)電容器；
然后，在所述硅襯底材料的上方制作由絕緣介質(zhì)層和金屬層構(gòu)成的遮光層。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的CMOS圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)及
其制作方法，由于浮動節(jié)點的PN結(jié)電容器的上方設(shè)有由金屬層構(gòu)成的遮光層，可反射或
吸收散射光和反射光，使其不能進(jìn)入浮動節(jié)點，從而降低圖像傳感器的光學(xué)串?dāng)_和噪
聲°


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)示意圖3 圖6為本發(fā)明CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)的制作方法的實施步驟示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的CMOS圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)，其較佳的具體實施方式
如圖2所示，包括浮動節(jié) 點300，所述浮動節(jié)點包括PN結(jié)電容器102/104，所述PN結(jié)電容器102/104的上方設(shè)有由金 屬層204b、 204c構(gòu)成的遮光層。
還包括MIP電容200，所述MIP電容200自下而上依次包括下電極多晶硅層106a、絕緣 介質(zhì)層203a和上電極金屬層204a，所述絕緣介質(zhì)層203a和上電極金屬層204a與所述遮光 層處于該電路結(jié)構(gòu)的同一層次上。
還包括轉(zhuǎn)移晶體管110及其多晶硅柵極106b，所述多晶硅柵極106b與所述下電極多晶 硅層106a處于該電路結(jié)構(gòu)的同一層次上。
所述PN結(jié)電容器102/104由P阱102和N型重?fù)诫s區(qū)104構(gòu)成。本發(fā)明的上述的CMOS圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)的制作方法，其較佳的具體實施方式
是， 包括步驟
首先，在硅襯底材料中，用離子植入的方法制作PN結(jié)電容器； 然后，在所述硅襯底材料的上方制作由金屬層構(gòu)成的遮光層。
所述制作由金屬層構(gòu)成的遮光層與制作MIP電容器的絕緣介質(zhì)層和上電極金屬層同時 進(jìn)行。
在制作好PN結(jié)電容器的硅襯底材料上，首先通過沉積、刻蝕的方法制作MIP電容器的 下電極多晶硅層，同時制作轉(zhuǎn)移晶體管的多晶硅柵極，并在所述下電極多晶硅層和多晶 硅柵極的側(cè)面形成側(cè)壁電介質(zhì)；
然后，依次沉積絕緣介質(zhì)層和金屬層，并通過刻蝕的方法制作遮光層及MIP電容的絕 緣介質(zhì)層和上電極金屬層。
所述MIP電容器的下電極多晶硅層和轉(zhuǎn)移晶體管的多晶硅柵極的材料為摻P型雜質(zhì)多 晶硅或者摻N型雜質(zhì)多晶硅。
所述絕緣介質(zhì)層用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法形成，材料包括以下至少一種材料 Si02、 Si美、Si0xNy;
或者，用原子層化學(xué)氣相淀積法形成，材料包括以下至少一種材料Hf02、 Zr02、 A1203、 Ta205 。
或者，用熱氧化所述下電極多晶硅形成Si02。
所述金屬層用物理氣相淀積法或者化學(xué)氣相淀積法形成，材料包括以下至少一種材 料Ti、 TiN、 Ta、 TaN或者Ti/TiN、 Ta/TaN雙層金屬。
具體實施例
如圖3所示，首先選擇硅襯底材料IOI， 一般是重?fù)诫sP型硅上外延輕摻雜P型硅，用 常規(guī)集成電路工藝形成淺溝槽隔離或局域隔離氧化層隔離103區(qū)域，用離子植入方法形成 P阱102、 N型重?fù)诫s區(qū)104、以及感光二極管105 (詳細(xì)省略)。生長柵氧化層介質(zhì)(省 略)后淀積多晶硅并蝕刻形成106a和106b，其材料可以是摻P型雜質(zhì)多晶硅或者摻N型雜 質(zhì)多晶硅。形成側(cè)壁電介質(zhì)以及硅化物阻擋介質(zhì)(統(tǒng)稱113)。
其次沉積MIP電容器的介質(zhì)層203，可以用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法形成，材料可 以是Si02、 Si美、SiOxNy或者是它們?nèi)叩膹?fù)合層或者是三者中二者的復(fù)合層。也可以用 原子層化學(xué)氣相淀積法形成，材料是Hf02、 Zr02、 A1203、 Ta20s等髙介電常數(shù)介質(zhì)?；蛘哂?熱氧化多晶硅形成。然后沉積金屬層204，可以用物理氣相淀積法或者化學(xué)氣相淀積法形 成，材料可以是Ti、 TiN、 Ta、 TaN或者Ti/TiN以及Ta/TaN雙層金屬。
如圖4所示，接下來用集成電路常用的光刻掩膜技術(shù)蝕刻出圖中形狀。
如圖5所示，再沉積電介質(zhì)113，材料可以是Si02、摻FSi02、多空Si02、或者其它絕緣材料。用化學(xué)機(jī)械拋光法將介質(zhì)113表面平整化。在107a, 107b， 107c的區(qū)域蝕刻出孔， 依次沉積Ti/TiN薄層和W材料，并用化學(xué)機(jī)械拋光法形成圖5結(jié)構(gòu)。
如圖6所示，淀積金屬層并蝕刻成的圖中的結(jié)構(gòu)。這樣，MIP電容器200的二個電極分 別用金屬塞107a和107b以及第一層互連金屬層108a和108b引出。金屬塞107c和金屬108c 則引出浮動節(jié)點300的電容器的N型電極，并連接到放大管(省略)。
最后淀積介質(zhì)113，用集成電路常規(guī)方法形成第二層金屬及以上的互連層和隔離等 (省略)。
再參見圖2，從最終結(jié)構(gòu)可以明顯看出，散射光110和lll被金屬層204b和204c擋住， 一部分被吸收，另一部分被反射后逐漸被介質(zhì)吸收。不會進(jìn)入浮動節(jié)點300的電容器 102/104，從而可以有效抑制了圖像傳感器的光學(xué)串?dāng)_和噪聲，提高圖像質(zhì)量。
本發(fā)明中，CMOS圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)中的MIP電容器結(jié)構(gòu)"金屬一絕緣體一多晶硅" (Metal-Insulator-Poly，簡稱MIP)電容器，該電容器200自下而上包括下電極多晶硅 106a、絕緣介質(zhì)層203a和上電極金屬層204a。形成該電容器同時，在104區(qū)域上面也形成 由金屬層204b和204c構(gòu)成的遮光層，構(gòu)成新的浮動節(jié)點300。新的浮動節(jié)點300的由于加 入MIP電容器上電極金屬層204b和204c，可反射或吸收散射光111和110的反射光，使其不 能進(jìn)入浮動節(jié)點300，從而降低圖像傳感器的光學(xué)串?dāng)_和噪聲。同時，MIP電容器與遮光 層處于CMOS圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)的同一層次上，可以通過一次沉積完成，簡化了工藝。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替 換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種CMOS圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)，包括浮動節(jié)點，所述浮動節(jié)點包括PN結(jié)電容器，其特征在于，所述PN結(jié)電容器的上方設(shè)有由金屬層構(gòu)成的遮光層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括MIP電容，所 述MIP電容自下而上依次包括下電極多晶硅層、絕緣介質(zhì)層和上電極金屬層，所述絕緣介 質(zhì)層和上電極金屬層與所述遮光層處于該電路結(jié)構(gòu)的同一層次上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括轉(zhuǎn)移晶體管 及其多晶硅柵極，所述多晶硅柵極與所述下電極多晶硅層處于該電路結(jié)構(gòu)的同一層次 上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述PN結(jié)電容器 由P阱和N型重?fù)诫s區(qū)構(gòu)成。
5、 一種權(quán)利要求1至4任一項所述的CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在 于，包括步驟首先，在硅襯底材料中，用離子植入的方法制作PN結(jié)電容器； 然后，在所述硅襯底材料的上方制作由金屬層構(gòu)成的遮光層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述 制作由金屬層構(gòu)成的遮光層與制作MIP電容器上電極金屬層同時進(jìn)行。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，在制 作好PN結(jié)電容器的硅襯底材料上，首先通過沉積、刻蝕的方法制作MIP電容器的下電極多 晶硅層，同時制作轉(zhuǎn)移晶體管的多晶硅柵極，并在所述下電極多晶硅層和多晶硅柵極的 側(cè)面形成側(cè)壁電介質(zhì)；然后，依次沉積絕緣介質(zhì)層和金屬層，并通過刻蝕的方法制作遮光層及MIP電容的絕 緣介質(zhì)層和上電極金屬層。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述 MIP電容器的下電極多晶硅層和轉(zhuǎn)移晶體管的多晶硅柵極的材料為摻P型雜質(zhì)多晶硅或者 摻N型雜質(zhì)多晶硅。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述 絕緣介質(zhì)層用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法形成，材料包括以下至少一種材料Si02、 Si美、 SiOxNy;或者，用原子層化學(xué)氣相淀積法形成，材料包括以下至少一種材料Hf02、 Zr02、 A1203、 Ta205 ;或者，用熱氧化所述下電極多晶硅形成Si02。
10、根據(jù)權(quán)利要求7所述的CM0S圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述 金屬層用物理氣相淀積法或者化學(xué)氣相淀積法形成，材料包括以下至少一種材料Ti、 TiN、 Ta、 TaN或者Ti/TiN、 Ta/TaN雙層金屬。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CMOS圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)及其制作方法，包括浮動節(jié)點、MIP電容器，浮動節(jié)點包括PN結(jié)電容器，PN結(jié)電容器的上方設(shè)有由金屬層構(gòu)成的遮光層；MIP電容器自下而上包括下電極多晶硅、絕緣介質(zhì)層和上電極金屬層，形成該電容器同時，在浮動節(jié)點的PN結(jié)電容器的上面也形成由金屬層構(gòu)成的遮光層，可反射或吸收散射光和反射光，使其不能進(jìn)入浮動節(jié)點，從而降低圖像傳感器的光學(xué)串?dāng)_和噪聲。由于MIP電容器與遮光層處于CMOS圖像傳感器電路結(jié)構(gòu)的同一層次上，可以通過一次沉積完成，簡化了工藝。
文檔編號H01L21/8238GK101546776SQ20091008352
公開日2009年9月30日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者曠章曲, 杰 陳, 高文玉 申請人:北京思比科微電子技術(shù)有限公司