全局曝光像素單元、電容結(jié)構(gòu)及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全局曝光像素單元、電容結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【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(CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器芯片兩大類(lèi)。
[0003]CMOS圖像傳感器和傳統(tǒng)的CCD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(chē)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)光電二極管和多個(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。
[0005]在數(shù)碼相機(jī)中通常有兩種快門(mén)控制方式:機(jī)械快門(mén)和電子快門(mén)。機(jī)械快門(mén)通過(guò)安裝在CMOS圖像傳感器前面的機(jī)械件的開(kāi)合來(lái)控制曝光時(shí)間；電子快門(mén)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(mén)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(mén)控制曝光時(shí)間。電子快門(mén)又分為兩種:卷簾式和全局曝光式。卷簾式電子快門(mén)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(mén)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(chē)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，而全局像元中用于存儲(chǔ)電荷信號(hào)的存儲(chǔ)電容的電容值會(huì)直接影響全局像素單元的讀出噪聲，存儲(chǔ)電容的電容值越大則像素單元的讀出噪聲越小，其性能就越優(yōu)異，如圖1所示為常規(guī)的MOS電容作為存儲(chǔ)電容的全局曝光像素單元，包括:硅襯底100，光電二極管區(qū)域101，MOS存儲(chǔ)電容結(jié)構(gòu)區(qū)域102，電容結(jié)構(gòu)區(qū)域102的接觸孔103，互連層中的金屬M(fèi)l和金屬M(fèi)2，以及層間介質(zhì)104;如圖2所示為圖1中MOS存儲(chǔ)電容的放大圖，CMOS工藝中的MOS存儲(chǔ)電容包括MOS常規(guī)電容和MOS變?nèi)蓦娙?，MOS電容按照摻雜類(lèi)型又可以分為N型和P型兩種結(jié)構(gòu)。以MOS變?nèi)蓦娙轂槔?，它是一個(gè)在P型硅襯底100上形成的兩端器件，MOS存儲(chǔ)電容的上極板203為N型多晶，MOS存儲(chǔ)電容的下極板201為N阱摻雜區(qū)，在上下極板203、201之間是電容介質(zhì)層202;還包括位于上極板203兩側(cè)的側(cè)墻以及源漏區(qū)204，位于上極板203上的接觸孔103、位于源漏區(qū)204上的接觸孔103、位于接觸孔103之間的層間介質(zhì)104、上極板電極205和下極板電極206。其電容值的大小取決于多晶上極板和N阱下極板之間重合區(qū)的面積，因此要增加電容值就需要增加電容在硅襯底上的面積，由于MOS電容和用于感光的光電二極管位于硅襯底中，如果增加存儲(chǔ)電容面積則需要減小光電二極管的感光面積，就會(huì)降低像素單元的靈敏度，因此為了保證像素單元中光電二極管區(qū)域的感光面積，存儲(chǔ)電容的面積受到限制。所以如果能夠在不影響光電二極管感光面積的條件下增加存儲(chǔ)電容的電容值，則全局像素單元可以在不犧牲靈敏度的情況下降低讀出噪聲，?是I^f生會(huì)K O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服以上問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種全局曝光像素單元的電容結(jié)構(gòu)，該電容結(jié)構(gòu)中在縱向上具有多個(gè)電容，從而在不增加全局曝光像素單元的電容結(jié)構(gòu)的面積的基礎(chǔ)上，增加了電容結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)電容值。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種全局曝光像素單元的電容結(jié)構(gòu)，包括:硅襯底，位于硅襯底上的下極板，位于下極板上依次有第一電容介質(zhì)和上極板，在上極板兩側(cè)的下極板部分表面設(shè)置有源漏區(qū)，在所述上極板上設(shè)置有層間介質(zhì)，在上極板上通過(guò)第一接觸孔連接有上極板引出極，在源漏區(qū)上通過(guò)第二接觸孔連接有下極板引出極，還包括:
[0009]在所述上極板表面設(shè)置有第二電容介質(zhì)；
[0010]在所述第二接觸孔之間且在所述第一接觸孔兩側(cè)的所述第二電容介質(zhì)上分別設(shè)置有若干第三接觸溝槽;所述下極板引出極同時(shí)連接所述第二接觸孔和所述第三接觸溝槽;所述第三接觸溝槽均連接在所述下極板引出極和所述第二電容介質(zhì)之間；
[0011]其中，所述上極板、所述第一電容介質(zhì)和所述下極板之間構(gòu)成第一電容結(jié)構(gòu)，所述第一電容結(jié)構(gòu)通過(guò)所述第一接觸孔與所述上極板引出極相連，通過(guò)所述第二接觸孔與所述下極板引出極相連;所述第三接觸溝槽的底部、所述第二電容介質(zhì)和所述上極板的上表面之間構(gòu)成的第二電容結(jié)構(gòu)，所述第二電容結(jié)構(gòu)通過(guò)所述第一接觸孔與所述上極板引出極相連，通過(guò)所述第三接觸溝槽與所述下極板引出極相連;所述第三接觸溝槽側(cè)壁、部分所述層間介質(zhì)和所述第一接觸孔的側(cè)壁之間構(gòu)成的第三電容結(jié)構(gòu)，所述第三電容結(jié)構(gòu)通過(guò)所述第一接觸孔與所述上極板引出極相連，通過(guò)所述第三接觸溝槽與所述下極板引出極相連;并且，所述第三接觸溝槽的寬度大于所述第一接觸孔的寬度，且大于所述第二接觸孔的寬度；所述第三電容結(jié)構(gòu)中，所述第一接觸孔的側(cè)壁與所述第三接觸溝槽的側(cè)壁之間的寬度小于所述第二接觸孔側(cè)壁與相鄰的所述第三接觸溝槽的側(cè)壁之間的寬度。
[0012]優(yōu)選地，所述第二接觸孔為兩個(gè)，分別設(shè)置于所述源漏區(qū)上，所述第三接觸溝槽為兩個(gè)，分別設(shè)置在所述第一接觸孔兩側(cè)。
[0013]優(yōu)選地，所述層間介質(zhì)為用于后道金屬互連的層間介質(zhì)，所述第二電容介質(zhì)的材料與金屬硅化物阻擋層的材料相同。
[0014]優(yōu)選地，所述源漏區(qū)上形成有金屬硅化物，所述第二接觸孔的底部與所述金屬硅化物相接觸;所述上極板與所述第一接觸孔接觸的區(qū)域形成有金屬硅化物，所述第一接觸孔底部與所述金屬硅化物相接觸。
[0015]優(yōu)選地，所述層間介質(zhì)的材料為氧化娃，所述第二電容介質(zhì)的材料為氮化娃、氮氧化娃。
[0016]優(yōu)選地，所述下極板的摻雜類(lèi)型為N型，所述源漏的摻雜類(lèi)型為N型，所述上極板的材料為多晶娃。
[0017]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種上述的全局曝光像素單元的電容結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括:
[0018]步驟01:在硅襯底上形成所述下極板、所述第一電容介質(zhì)、所述上極板和所述源漏區(qū)；
[0019]步驟02:在所述第一層間介質(zhì)上和所述上極板上形成所述第二電容介質(zhì)；
[0020]步驟03:在所述第二電容介質(zhì)上形成所述層間介質(zhì)；
[0021]步驟04:在所述層間介質(zhì)中形成所述第一接觸孔、所述第二接觸孔和所述第三接觸溝槽；
[0022]步驟05:向所述第一接觸孔、所述第二接觸孔和所述第三接觸溝槽中填充金屬；
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