防漏光存储电容结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种防漏光存储电容结构及其制备方法，其应用于CMOS图像传感器的全局曝光像素单元中，其包括位于一半导体器件衬底表面的深阱区，位于深阱区表面的介质层及多晶硅上极板、位于深阱区中且在多晶硅上极板两侧的源/漏区下极板，多晶硅上极板顶部表面和源/漏区下极板表面具有金属硅化物层，多晶硅上极板侧壁表面具有金属硅化物层，其与多晶硅上极板顶部表面的金属硅化物相连接，共同构成多晶硅上极板引出极；以及在多晶硅上极板两侧下部与源/漏区下极板的金属硅化物层之间具有微侧墙介质层，其用于将多晶硅上极板侧壁表面的金属硅化物层与源/漏区下极板表面的金属硅化物层相隔绝。本发明专利技术有效防止了像素单元中存储信号的失真。

【技术实现步骤摘要】
防漏光存储电容结构及其制备方法
本专利技术涉及集成电路
，具体涉及一种CMOS图像传感器中全局像素单元的防漏光存储电容结构及其制备方法。
技术介绍
图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，通常大规模商用的图像传感器芯片包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器芯片两大类。CMOS图像传感器和传统的CCD传感器相比具有的低功耗，低成本和与CMOS工艺兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。现在CMOS图像传感器不仅用于消费电子领域，例如微型数码相机(DSC)，手机摄像头，摄像机和数码单反(DSLR)中，而且在汽车电子，监控，生物技术和医学等领域也得到了广泛的应用。CMOS图像传感器的像素单元是图像传感器实现感光的核心器件。最常用像素单元为包含一个光电二极管和四个晶体管的有源像素结构，这些器件中光电二极管是感光单元，实现对光线的收集和光电转换，其它的MOS晶体管是控制单元，主要实现对光电二极管的选中，复位，信号放大和读出的控制。一个像素单元中MOS晶体管的多少决定了非感光区域占的面积，因此包含四个晶体管的像素结构通常称为4T像素单元。在数码相机中通常有两种快门控制方式:机械快门和电子快门。机械快门通过安装在CMOS图像传感器前面的机械件的开合来控制曝光时间；电子快门通过像素单元的时序控制来改变积分时间，从而达到控制曝光时间的目的。由于机械快门需要机械件，会占用数码相机的面积，因此不适用于便携式的数码相机，而且对于视频监控应用而言，由于通常是进行视频采集，因此一般采用电子快门控制曝光时间。电子快门又分为两种：卷帘式和全局曝光式。卷帘式电子快门每行之间的曝光时间是不一致的，在拍摄高速物体是容易造成拖影现象；全局曝光式电子快门的每一行在同一时间曝光，然后同时将电荷信号存储在像素单元的存储节点，最后将存储节点的信号逐行输出，由于所有行在同一时间进行曝光，所以不会造成拖影现象。随着CMOS图像传感器在工业、车载、道路监控和高速相机中越来越广泛的应用,对于可以捕捉高速运动物体图像的图像传感器的需求进一步提高。为了监控高速物体,CMOS图像传感器需要使用全局曝光的像素单元，而全局曝光像素单元中的用于存储电荷信号的存储节点对于光源的寄生响应是一个非常重要的指标。在实际应用中，根据每个像素单元使用晶体管的数目，全局曝光像素单元有4T、5T、6T、8T和12T等，虽然各种像素单元中的晶体管数目不同，但它们对其中的存储电容的防漏光要求是相同的。如图1所示以8T全局曝光像素单元为例，电荷存储节点就是其中的MOS电容C1和C2，存储节点的光源寄生响应是指存储节点电容对入射光的寄生响应，对于像素单元而言，入射到像素单元表面的光线由于折射和散射而不能全部聚焦到光电二极管表面，有部分光线可能入射到存储节点C1和C2上，C1和C2在入射光的照射下也可以像光电二极管一样产生光电响应，由于入射光在C1和C2上产生的电荷会影响原来存储在上面的由光电二极管产生的电压信号，造成了信号的失真。为了减小存储节点的光源寄生响应，C1和C2上面需要使用完全不透光的金属屏蔽层来防止入射光线的影响。CMOS工艺中通常用到的金属包括金属硅化物、钨、铝和铜等，减小存储节点光源寄生响应的就需要利用其中的一种或几种形成MOS电容的金属掩蔽层，避免入射光对MOS电容中存储电荷的影响。然而，CMOS工艺中的MOS存储电容包括MOS常规电容和MOS变容电容，MOS电容按照掺杂类型又可以分为N型和P型两种结构，以N型MOS变容电容为例，其截面如图2所示，MOS电容是一个在P型衬底上形成的两端器件，上极板由N型多晶和金属硅化物组成，下极板由N阱、N+源漏区、N型轻掺杂源漏区和金属硅化物组成，CMOS工艺中的栅氧化层作为电容之间的介质层。在CMOS工艺中，为了减小器件的横向电场，需要使用N型轻掺杂的源漏区，因此需要使用边墙将N+注入和N型轻掺杂源漏区注入分开，边墙的引入也同时可以防止N+多晶和N+源漏区上面的金属硅化物的短接。但是边墙使用的介质层通常是氧化硅或氮化硅，氧化硅和氮化硅对入射光线来说是全透明的，因此入射光线可以穿透边墙进入电容的多晶上极板和N阱下极板区域，造成MOS电容中存储的电荷信号的失真，最终造成CMOS图像传感器输出信号的失真。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术旨在提供CMOS图像传感器中全局曝光像素单元的防漏光存储电容结构及其形成方法，避免入射光从多晶硅上极板侧壁进入电容电荷信号存储区。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种防漏光存储电容结构，其应用于CMOS图像传感器的全局曝光像素单元中，其包括：位于一半导体器件衬底表面的深阱区，位于所述深阱区表面的介质层，位于所述介质层表面的多晶硅上极板、位于所述深阱区中且在所述多晶硅上极板两侧的源/漏区下极板，所述多晶硅上极板顶部表面和部分所述源/漏区下极板表面具有金属硅化物层，所述多晶硅上极板侧壁表面具有金属硅化物层，其与所述多晶硅上极板顶部表面的金属硅化物相连接，共同构成所述多晶硅上极板的引出极；以及微侧墙介质层位于所述源/漏区下极板靠近所述多晶硅上极板一侧的上方，且在所述多晶硅上极板两侧下部与所述源/漏区下极板表面的金属硅化物层之间，其高度低于所述多晶硅上极板的高度，用于将所述多晶硅上极板侧壁表面的金属硅化物层与所述源/漏区下极板表面的金属硅化物层相隔绝。优选地，所述源/漏区下极板包括：位于所述深阱区中且对应于所述多晶硅上极板两侧的轻掺杂源/漏区，位于所述轻掺杂源/漏区中远离所述多晶硅上极板的一侧的重掺杂源/漏区，所述重掺杂源/漏区表面具有金属硅化物层；微侧墙介质层位于所述轻掺杂源/漏区靠近所述多晶硅上极板一侧的上方，且在所述多晶硅上极板两侧下部与所述重掺杂源/漏区表面的金属硅化物层之间；所述微侧墙介质层用于将所述多晶硅上极板侧壁表面的金属硅化物层与所述重掺杂源/漏区的金属硅化物层相隔绝。优选地，所述微侧墙介质层的高度为10-100埃。优选地，所述微侧墙介质层的材料为二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种所述的防漏光存储电容结构的制备方法，其包括以下步骤：步骤01：在半导体器件衬底上形成深阱区、位于深阱区上的介质层、以及位于介质层上的多晶硅上极板，在所述深阱区中且对应于所述多晶硅上极板两侧下方形成源/漏区；步骤02：在完成步骤01的所述半导体器件衬底上沉积一层侧墙介质层；步骤03：经刻蚀工艺，在所述多晶硅上极板两侧形成侧墙结构；步骤04：在完成所述步骤03的半导体器件衬底上涂覆光刻胶，经光刻工艺，暴露出所述侧墙结构表面；步骤05：采用各向异性刻蚀工艺刻蚀所述侧墙结构，并保留一定高度的所述侧墙结构，从而形成所述微侧墙介质层；所述微侧墙介质层位于所述源/漏区靠近所述多晶硅上极板一侧的上方；步骤06：在所述微侧墙介质层的保护下，向所述源/漏区中再次进行源/漏离子注入，从而形成所述源/漏区下极板；步骤07：对完成所述步骤06的半导体器件衬底进行金属硅化物工艺，在所述多晶硅上极板顶部表面和侧壁表面、以及经所述源/漏离子注入的所述源/漏区下极板表面形成金属硅化物层；步骤08：引出电极过程；其中，所述多晶硅上极板顶部表面的金属硅化物层和所述多晶硅上极板侧壁表面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防漏光存储电容结构，其应用于CMOS图像传感器的全局曝光像素单元中，其包括位于一半导体器件衬底表面的深阱区，位于所述深阱区表面的介质层，位于所述介质层表面的多晶硅上极板、位于所述深阱区中且在所述多晶硅上极板两侧的源/漏区下极板，所述多晶硅上极板顶部表面和部分所述源/漏区下极板表面具有金属硅化物层，其特征在于，所述多晶硅上极板侧壁表面具有金属硅化物层，其与所述多晶硅上极板顶部表面的金属硅化物相连接，共同构成所述多晶硅上极板的引出极；所述电容结构还包括：微侧墙介质层，位于所述源/漏区下极板靠近所述多晶硅上极板一侧的上方，且在所述多晶硅上极板两侧下部与所述源/漏区下极板表面的金属硅化物层之间，其高度低于所述多晶硅上极板的高度，用于将所述多晶硅上极板侧壁表面的金属硅化物层与所述源/漏区下极板表面的金属硅化物层相隔绝。

【技术特征摘要】
1.一种防漏光存储电容结构，其应用于CMOS图像传感器的全局曝光像素单元中，其包括位于一半导体器件衬底表面的深阱区，位于所述深阱区表面的介质层，位于所述介质层表面的多晶硅上极板、位于所述深阱区中且在所述多晶硅上极板两侧的源/漏区下极板，所述多晶硅上极板顶部表面和部分所述源/漏区下极板表面具有金属硅化物层，其特征在于，所述多晶硅上极板侧壁表面具有金属硅化物层，其与所述多晶硅上极板顶部表面的金属硅化物相连接，共同构成所述多晶硅上极板的引出极；所述电容结构还包括：微侧墙介质层，位于所述源/漏区下极板靠近所述多晶硅上极板一侧的上方，且在所述多晶硅上极板两侧下部与所述源/漏区下极板表面的金属硅化物层之间，其高度低于所述多晶硅上极板的高度，用于将所述多晶硅上极板侧壁表面的金属硅化物层与所述源/漏区下极板表面的金属硅化物层相隔绝；所述微侧墙介质层的高度为10-100埃。2.根据权利要求1所述的防漏光存储电容结构，其特征在于，所述源/漏区下极板包括：位于所述深阱区中且对应于所述多晶硅上极板两侧的轻掺杂源/漏区，位于所述轻掺杂源/漏区中远离所述多晶硅上极板的一侧的重掺杂源/漏区，所述重掺杂源/漏区表面具有金属硅化物层；微侧墙介质层位于所述轻掺杂源/漏区靠近所述多晶硅上极板一侧的上方，且在所述多晶硅上极板两侧下部与所述重掺杂源/漏区表面的金属硅化物层之间；所述微侧墙介质层用于将所述多晶硅上极板侧壁表面的金属硅化物层与所述重掺杂源/漏区的金属硅化物层相隔绝。3.根据权利要求1所述的防漏光存储电容结构，其特征在于，所述微侧墙介质层的材料为二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。4.一种权利要求1所述的防漏光存储电容结构的制备方法，其包括以下步骤：步骤01：在半导体器件衬底上依次形成深阱区、位于所述深阱区上的介质层、以及位于所述介质层上的多晶硅上极板，在所述深阱区中且对应于所述多晶硅上极板两侧下方形成源/漏区；步骤02：在完成步骤01的所述半导体器件衬底上沉积一层侧墙介质层；步骤03：经刻蚀工艺，在所述多晶硅上极板两侧形成侧墙结构；步骤04：在完成所述步骤03的半导体器件衬底上涂覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾学强，赵宇航，周伟，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31