專利名稱：高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及圖像傳感器的制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是構(gòu)成數(shù)字?jǐn)z像頭的主要部件之一，被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼成像、航空航天以及醫(yī)療影像等領(lǐng)域。圖像傳感器根據(jù)元件的不同，可分為CO) (Charge Coupled Device,電荷f禹合元件)和 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor,金屬氧化物半導(dǎo)體兀件)兩大類。CXD圖像傳感器除了大規(guī)模應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)外，還廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)、掃描儀，以及工業(yè)領(lǐng)域等。值得一提的是，在醫(yī)學(xué)中為診斷疾病或進(jìn)行顯微手術(shù)等而對(duì)人體內(nèi)部進(jìn)行的拍攝中，也大量應(yīng)用了 CCD圖像傳感器及相關(guān)設(shè)備。在天文攝影與各種夜視設(shè)備中，也廣泛應(yīng)用到CCD圖像傳感器。CMOS圖像傳感器正在數(shù)碼相機(jī)、PC攝像機(jī)、移動(dòng)通信產(chǎn)品等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。CXD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器都是采用光電二極管收集入射光，并將其轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行圖像處理的電荷。對(duì)于這種采用光電二極管的圖像傳感器，當(dāng)沒(méi)有入射光時(shí)仍然有輸出電流，即“暗電流”，來(lái)自光電二極管的暗電流可能作為被處理圖像中的噪聲出現(xiàn)，從而減低畫(huà)面質(zhì)量。因此暗電流的大小是表征傳感器性能的重要參數(shù)之一。動(dòng)態(tài)范圍是另外一個(gè)重要參數(shù)，它表示圖像中所包含的從“最暗”至“最亮”的范圍。動(dòng)態(tài)范圍越大，就越能顯示非常暗以及非常亮的圖像，所能表現(xiàn)的圖像層次也就越豐富，所包含的色彩空也越廣。換句話說(shuō)，動(dòng)態(tài)范圍越大，能同時(shí)記錄的暗部細(xì)節(jié)和亮部細(xì)節(jié)越豐富?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了得到較高的動(dòng)態(tài)范圍，一般會(huì)要求增加FD (浮動(dòng)擴(kuò)散)區(qū)域的尺寸以提高FD區(qū)域電容，增大FD區(qū)域的阱容量，但是這會(huì)同時(shí)導(dǎo)致暗電流噪聲增大的問(wèn)題，影響影像的質(zhì)量。換句話說(shuō)，既需要增加FD區(qū)域阱容量以提高動(dòng)態(tài)范圍，又不能增加FD區(qū)域尺寸以防暗電流增大。這一技術(shù)矛盾一直無(wú)法解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器及其制造方法，既提高圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍，又能夠避免因此導(dǎo)致暗電流增大等其他問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器，包含以第一絕緣介質(zhì)層間隔的金屬布線層和光學(xué)傳感層；并且，金屬布線層包含以第二絕緣介質(zhì)層間隔的上金屬線和下金屬線，構(gòu)成金屬-絕緣體-金屬型電容；光學(xué)傳感層包含半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上劃分有多個(gè)像素區(qū)域，每一個(gè)像素、區(qū)域中包含第一導(dǎo)電類型的第一、第二、第三和第四摻雜區(qū)，并且第一摻雜區(qū)中包含第二導(dǎo)電類型的第五摻雜區(qū)，第五摻雜區(qū)的摻雜濃度高于第一摻雜區(qū)的摻雜濃度；第一和第二摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體襯底表面上包含第一柵極，用于連接傳輸控制信號(hào);第二和第三摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體襯底表面上包含第二柵極，用于連接復(fù)位信號(hào)；第三和第四摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體襯底表面上包含第三柵極，通過(guò)金屬通孔連接下金屬線；
第二摻雜區(qū)作為浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，通過(guò)金屬通孔連接下金屬線。本發(fā)明還公開(kāi)了一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器制造方法，包含以下步驟在半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)以離子注入的方式形成第一導(dǎo)電類型的第一、第二、第三和第四摻雜區(qū)，其中，第二摻雜區(qū)作為浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)；在第一摻雜區(qū)的部分區(qū)域內(nèi)以離子注入的方式形成具有第二導(dǎo)電類型的第五摻雜區(qū)，并且第五摻雜區(qū)的摻雜濃度大于第一摻雜區(qū)；在第一和第二摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體表面上形成用于連接傳輸控制信號(hào)的第一柵極；在第二和第三摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體表面上形成用于連接復(fù)位信號(hào)的第二柵極；在第三和第四摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體表面上形成第三柵極；在半導(dǎo)體襯底的表面形成第一絕緣介質(zhì)層，并且在第一絕緣介質(zhì)層刻蝕形成第一和第二通孔，分別暴露出第二摻雜區(qū)和第三柵極表面的一部分，并填充金屬材料形成第一金屬通孔和第二金屬通孔；在第一絕緣介質(zhì)層上依次形成包含下金屬線的下金屬布線層，第二絕緣介質(zhì)層，和包含上金屬線的上金屬布線層，上、下金屬線和第二絕緣介質(zhì)層構(gòu)成金屬-絕緣體-金屬型電容；下金屬線通過(guò)第一和第二金屬通孔，分別與第二摻雜區(qū)、第三柵極連接；將第一摻雜區(qū)上方的上、下金屬布線層和第二絕緣介質(zhì)層去除。本發(fā)明實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于巧妙地利用金屬布線層中金屬布線及互連通孔間的空余面積，對(duì)圖像傳感器電路中的正常金屬布線進(jìn)行適當(dāng)?shù)难诱?，在上述空余面積區(qū)域形成金屬-絕緣體-金屬型電容(下文簡(jiǎn)稱“MIM電容”)，并與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)并聯(lián)，擴(kuò)大了浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電容，增大了其阱容量，提高了圖像傳感器光生電荷的儲(chǔ)存能力，從而提高了圖像傳感器動(dòng)態(tài)范圍的上限。與此同時(shí)，該技術(shù)方案中并未增加浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域本身的面積，因而避免了暗電流噪聲的增大。進(jìn)一步地，第三、第四摻雜區(qū)與第三柵極構(gòu)成了放大晶體管，因此轉(zhuǎn)移至第二摻雜區(qū)，即浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和MIM電容的光生電荷能夠通過(guò)該作為源跟隨器的放大晶體管讀出。進(jìn)一步地，通過(guò)隔離MM電容和其他單元，避免它們之間的相互影響。進(jìn)一步地，半導(dǎo)體襯底的材料還可以是鍺、應(yīng)變硅、鍺硅、碳化硅以及各種可用于半導(dǎo)體器件制備的III-V族化合物半導(dǎo)體材料等。


圖I是本發(fā)明第一實(shí)施方式中高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明第二實(shí)施方式中高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器的制造方法流程圖；圖3-圖7是本發(fā)明第二實(shí)施方式中高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器的制造方法中各步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒(méi)有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及一高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器。圖I是該高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。該高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器包含以第一絕緣介質(zhì)層200間隔的金屬布線層和光學(xué)傳感層。并且，金屬布線層包含以第二絕緣介質(zhì)層109b間隔的上金屬線109c和下金屬線109a，構(gòu)成MIM電容。光學(xué)傳感層包含半導(dǎo)體襯底100，在半導(dǎo)體襯底100上劃分有多個(gè)像素區(qū)域，每一個(gè)像素區(qū)域中包含第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)101、第二摻雜區(qū)102、第三摻雜區(qū)103和第四摻雜區(qū)104，并且第一摻雜區(qū)101中包含第二導(dǎo)電類型的第五摻雜區(qū)105，第五摻雜區(qū)105的摻雜濃度高于第一摻雜區(qū)101的摻雜濃度。第一摻雜區(qū)101和第二摻雜區(qū)102之間的半導(dǎo)體襯底100的表面上包含第一柵極106，用于連接傳輸控制信號(hào)，形成傳輸晶體管。第二摻雜區(qū)102和第三摻雜區(qū)103之間的半導(dǎo)體襯底100的表面上包含第二柵極107，用于連接復(fù)位信號(hào)，形成復(fù)位晶體管。第三摻雜區(qū)103和第四摻雜區(qū)104之間的半導(dǎo)體襯底100的表面上包含第三柵極108,通過(guò)金屬線連接下金屬線109a,形成放大晶體管。第二摻雜區(qū)102作為浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，通過(guò)金屬通孔連接下金屬線109a。金屬布線層在半導(dǎo)體器件或集成電路中原本被用于連接各電極的導(dǎo)線，在本實(shí)施方式中，巧妙地利用了金屬布線層中空余的面積(金屬布線層中原金屬布線未覆蓋且無(wú)金屬通孔的位置)，形成MIM電容，并與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，即第二摻雜區(qū)102并聯(lián)，擴(kuò)大了浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102的阱容量，提高了圖像傳感器的光生電荷儲(chǔ)存能力，從而提高了動(dòng)態(tài)范圍的上限。值得一提的是，在本實(shí)施方式中由于未增加浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102的面積，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)本身的電容并未發(fā)生變化，因而避免了暗電流噪聲的增大。需要進(jìn)一步指出的是，第三摻雜區(qū)103、第四摻雜區(qū)104與第三柵極108構(gòu)成了場(chǎng)效應(yīng)管，像素讀出電路的放大晶體管，因此來(lái)自第二摻雜區(qū)102，即浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和MIM電容層的光生電荷能夠通過(guò)該作為源跟隨器的放大晶體管讀出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的控制。還需要進(jìn)一步指出的是，在本實(shí)施方式中，上金屬線109a接地，半導(dǎo)體襯底100接地，使MM電容層和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102實(shí)質(zhì)上并聯(lián)。此外，可以理解，在本發(fā)明的某些其他實(shí)施方式中，也可以將上金屬線109c與半導(dǎo)體襯底100直接連接。第三摻雜區(qū)103連接到一電源電壓，第四摻雜區(qū)104通過(guò)金屬互連連接到外部圖像處理電路。在本實(shí)施方式中，半導(dǎo)體襯底100的材料是單晶硅。此外，可以理解，半導(dǎo)體襯底100的材料也可以是鍺、鍺硅、應(yīng)變硅、碳化硅以及各種可用于半導(dǎo)體器件制備的III-V族化合物半導(dǎo)體材料等。在本實(shí)施方式中，半導(dǎo)體襯底為P型硅襯底，第一導(dǎo)電類型是N型，第二導(dǎo)電類型是P型。此外，半導(dǎo)體襯底也可以為N型襯底，此時(shí)，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)，第一導(dǎo)電類型(P型)的各摻雜區(qū)，均制備在N型半導(dǎo)體襯底上的P型阱區(qū)內(nèi)，在此不再贅述。
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作為可選實(shí)施方式，第一導(dǎo)電類型也可以是P型，在這種情況下，第二導(dǎo)電類型是N型。當(dāng)光入射到半導(dǎo)體襯底100時(shí)，第一摻雜區(qū)101，即感光區(qū)域的PN結(jié)受入射光的激發(fā)，產(chǎn)生光生電荷。當(dāng)?shù)谝粨诫s區(qū)101、第二摻雜區(qū)102與第一柵極106構(gòu)成的傳輸晶體管的柵極106上加工作電壓,傳輸晶體管導(dǎo)通時(shí),感光區(qū)域產(chǎn)生的光生電荷轉(zhuǎn)移到第二摻雜區(qū)102，即浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102。由于在本實(shí)施方式中，MIM電容的下金屬線109a與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102連接，且上金屬線接地或與半導(dǎo)體襯底100連接，因此浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102與MM電容實(shí)際上等效于兩個(gè)并聯(lián)電容，因此MIM電容能夠分擔(dān)和儲(chǔ)存一部分來(lái)自浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102的光生電荷，起到了增大光生電荷儲(chǔ)存能力的效果。在第三柵極108加工作電壓，由第三摻雜區(qū)103、第四摻雜區(qū)104和第三柵極108構(gòu)成的放大晶體管導(dǎo)通的情況下，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102以及MM電容中存儲(chǔ)的光生電荷經(jīng)由該作為源跟隨器的放大晶體管輸出到外部圖像處理電路。從工作時(shí)序上來(lái)看，當(dāng)一個(gè)讀取周期結(jié)束時(shí)，第一柵極106上的控制信號(hào)斷開(kāi)，同時(shí)第二柵極107上連接復(fù)位信號(hào)，從而將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102以及MM電容中的電荷清空，為下一個(gè)周期的信號(hào)讀取做準(zhǔn)備。接著，第二柵極107上連接的復(fù)位信號(hào)斷開(kāi)，進(jìn)入下一周期。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，本實(shí)施方式提高了圖像傳感器對(duì)光生電荷的儲(chǔ)存能力，特別是在強(qiáng)光入射條件下，利用相鄰兩層金屬布線形成MIM電容以增大浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的阱容量，使之在強(qiáng)光照下也不易飽和，從而提高圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍。本發(fā)明第二實(shí)施方式涉及一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器的制造方法。圖2是該高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器的制造方法流程示意圖。該高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器的制造方法包含以下步驟步驟201，在半導(dǎo)體襯底100的表面內(nèi)以離子注入方式形成第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)101、第二摻雜區(qū)102、第三摻雜區(qū)103和第四摻雜區(qū)104，第二摻雜區(qū)102作為浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，并在第一摻雜區(qū)101的部分區(qū)域內(nèi)以離子注入的方式形成具有第二導(dǎo)電類型的第五摻雜區(qū)105，其中，第五摻雜區(qū)105的摻雜濃度大于第一摻雜區(qū)101。參見(jiàn)圖3-圖4。在該步驟中，上述各摻雜區(qū)的形成，與半導(dǎo)體襯底上其他MOS器件的各有源區(qū)同步形成。作為可選實(shí)施方式，為實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的技術(shù)效果，半導(dǎo)體襯底100上具有一第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)，上述各摻雜區(qū)均形成于該阱區(qū)內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)與半導(dǎo)體襯底100上其他電路部分器件的隔離。在本具體實(shí)施方式
中，第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)101和第二導(dǎo)電類型的第五摻雜區(qū)105構(gòu)成PN結(jié)感光二極管，用以在曝光過(guò)程中將入射光轉(zhuǎn)變?yōu)楣馍姾?，?shí)現(xiàn)圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換。步驟202，在第一摻雜區(qū)101和第二摻雜區(qū)102之間的半導(dǎo)體表面上形成用于連接傳輸信號(hào)的第一柵極106 ;在第二摻雜區(qū)102和第三摻雜區(qū)103之間的半導(dǎo)體表面上形成用于連接復(fù)位信號(hào)的第二柵極107 ;在第三摻雜區(qū)103和第四摻雜區(qū)104之間的半導(dǎo)體表面上形成第三柵極108。參見(jiàn)圖5。該步驟中，上述各柵極的制備與半導(dǎo)體襯底100上其他晶體管器件柵極的制備同步完成。各柵極結(jié)構(gòu)為多晶硅柵極，包括依次覆蓋半導(dǎo)體表面的柵氧化層、多晶硅柵，以及位于多晶硅柵旁側(cè)的側(cè)墻。該結(jié)構(gòu)中各柵極的制備采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)半導(dǎo)體工藝完成，在此不再贅述。在本具體實(shí)施方式
中，第一摻雜區(qū)101、第二摻雜區(qū)102和第一柵極106構(gòu)成傳輸晶體管；第二摻雜區(qū)102、第三摻雜區(qū)103和第二柵極107構(gòu)成復(fù)位晶體管；第三摻雜區(qū)103、第四摻雜區(qū)104和第三柵極108構(gòu)成放大晶體管。當(dāng)其所對(duì)應(yīng)的圖像傳感器結(jié)構(gòu)被選通時(shí)，在各輸入信號(hào)的控制下，實(shí)現(xiàn)感光區(qū)域光生電荷的讀出。步驟203，在步驟202得到的結(jié)構(gòu)表面形成第一絕緣介質(zhì)層200，并且在第一絕緣介質(zhì)層200中刻蝕形成第一和第二通孔，分別暴露出第二摻雜區(qū)102和第三柵極108表面的一部分，并填充金屬材料形成第一金屬通孔和第二金屬通孔。參見(jiàn)圖6。在該步驟中，還包括為實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體襯底100上其他器件金屬互連而制備的金屬通孔，如第三摻雜區(qū)103、第四摻雜區(qū)104與外部電源/電路連接的金屬通孔等。上述各金屬通孔為半導(dǎo)體層間介質(zhì)層的銅互連或鎢插塞，其可通過(guò)各種現(xiàn)有金屬互連方法實(shí)現(xiàn)。在本具體實(shí)施方式
中，第一絕緣介質(zhì)層200通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法淀積而成，其介質(zhì)材料為SiO2，作為可選實(shí)施方式，第一絕緣介質(zhì)層200的介質(zhì)材料還可以為Si3N4、SiC、含C的Si02、TE0S、含F(xiàn)氧化硅玻璃等常規(guī)層間介質(zhì)層材料。進(jìn)一步，作為又一可選實(shí)施方式，第一絕緣介質(zhì)層200也可以為上述材料中任意幾種的疊層結(jié)構(gòu)。 步驟204，在第一絕緣介質(zhì)層200上依次形成包含下金屬線109a的下金屬布線層，第二絕緣介質(zhì)層109b,和包含上金屬線109c的上金屬布線層,其中，上金屬線109c、下金屬線109a和第二絕緣介質(zhì)層109b構(gòu)成金屬-絕緣體-金屬型電容。如圖所7示。在該步驟中，上、下金屬布線層均通過(guò)濺射方法實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選為銅布線；第二絕緣介質(zhì)層109b通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法制備，其介質(zhì)材料可以與第一絕緣介質(zhì)層200相同，也可以不同，同樣可選自Si02、Si3N4, SiC、含C的Si02、TE0S、含F(xiàn)氧化硅玻璃等中的一種，或?yàn)橐陨喜牧现腥我鈳追N的疊層結(jié)構(gòu)。在該步驟中，下金屬布線層制備完成后，還包括根據(jù)設(shè)計(jì)需要在下金屬布線層中 完成包括下金屬線109a在內(nèi)的金屬互連布線，以實(shí)現(xiàn)該層中的各器件間的金屬連接。該過(guò)程中，覆蓋第一摻雜區(qū)101及第五摻雜區(qū)105 (即感光區(qū)域)表面的下金屬布線層被完全去除。本具體實(shí)施方式
中，下金屬線109a通過(guò)第一和第二金屬通孔，分別于第二摻雜區(qū)102和第三柵極108連接，即下金屬線109a即為下金屬布線層中金屬連線(即第二摻雜區(qū)102與第三柵極108連接的金屬線)的一部分。在該步驟中，第二絕緣介質(zhì)層10%制備完成后，還包括該介質(zhì)層中金屬通孔的制備，以實(shí)現(xiàn)各器件的層間金屬互連。在本實(shí)施方式中，覆蓋第一摻雜區(qū)101及第五摻雜區(qū)105 (即感光區(qū)域)表面的第二絕緣介質(zhì)層10%被完全去除；作為可選實(shí)施方式，由于覆蓋第一摻雜區(qū)101及第五摻雜區(qū)105 (即感光區(qū)域)表面的第二絕緣介質(zhì)層10%所選用的介質(zhì)材料均為透光材料，可保留該介質(zhì)層作為覆蓋感光區(qū)域表面的層間介質(zhì)層。

在該步驟中，上金屬布線層制備完成后，還包括根據(jù)設(shè)計(jì)需要在上金屬布線層中完成包括上金屬線109c在內(nèi)的金屬互連布線，以實(shí)現(xiàn)該層中的各器件間的金屬連接。該過(guò)程中，覆蓋第一摻雜區(qū)101及第五摻雜區(qū)105 (即感光區(qū)域)表面的上金屬布線層被完全去除。本實(shí)施方式中，上金屬線109c接地，其可以與上金屬布線層中其他的金屬連線隔離，也可以為上金屬布線層中接地金屬連線的一部分。作為可選實(shí)施方式，上金屬線109c還可以與半導(dǎo)體襯底100連接，此時(shí)，上金屬線109c與上金屬布線層中的其他金屬連線隔離。在本實(shí)施方式中，還包括該圖像傳感器結(jié)構(gòu)制備完成后，所涉及的各外圍處理電路所需的其他多層金屬互連結(jié)構(gòu)制備，以及覆蓋感光區(qū)域上方表面的濾光器、微棱鏡等的制備，均可采用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)半導(dǎo)體方法實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。在本實(shí)施方式中，半導(dǎo)體襯底100的材料可以是單晶硅，也可以是鍺、鍺硅、應(yīng)變硅、碳化硅以及各種可用于半導(dǎo)體器件制備的III-V族化合物半導(dǎo)體材料等。并且，第一導(dǎo)電類型是N型，第二導(dǎo)電類型是P型。此外，可以理解，在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電類型可以是P型，在這種情況下，第二導(dǎo)電類型則是N型。此外，在本實(shí)施方式中，如圖I所示,上金屬線109c接地，并且半導(dǎo)體襯底100接地。第三摻雜區(qū)103連接到一電源電壓，第四摻雜區(qū)104通過(guò)金屬互連連接到外部圖像處理電路。雖然通過(guò)參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器，其特征在于，包含以第一絕緣介質(zhì)層間隔的金屬布線層和光學(xué)傳感層； 并且， 所述金屬布線層包含以第二絕緣介質(zhì)層間隔的上金屬線和下金屬線，構(gòu)成金屬-絕緣體-金屬型電容； 所述光學(xué)傳感層包含半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上劃分有多個(gè)像素區(qū)域，每一個(gè)所述像素區(qū)域中包含 第一導(dǎo)電類型的第一、第二、第三和第四摻雜區(qū)，并且所述第一摻雜區(qū)中包含第二導(dǎo)電類型的第五摻雜區(qū)，所述第五摻雜區(qū)的摻雜濃度高于所述第一摻雜區(qū)的摻雜濃度； 所述第一和第二摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體襯底表面上包含第一柵極，用于連接傳輸控制信號(hào); 所述第二和第三摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體襯底表面上包含第二柵極，用于連接復(fù)位信號(hào)；所述第三和第四摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體襯底表面上包含第三柵極，通過(guò)金屬通孔連接所述下金屬線； 所述第二摻雜區(qū)作為浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，通過(guò)金屬通孔連接所述下金屬線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器，其特征在于，所述上金屬線接地，并且所述半導(dǎo)體襯底接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器，其特征在于，所述第三摻雜區(qū)連接到一電源電壓，所述第四摻雜區(qū)通過(guò)金屬互連連接到外部圖像處理電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底中包括一第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)，所述第一 第五摻雜區(qū)均形成于所述阱區(qū)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型是N型，所述第二導(dǎo)電類型是P型。
6.一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器的制造方法，其特征在于，包含以下步驟 在半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)以離子注入的方式形成第一導(dǎo)電類型的第一、第二、第三和第四摻雜區(qū)，其中，所述第二摻雜區(qū)作為浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)； 在所述第一摻雜區(qū)的部分區(qū)域內(nèi)以離子注入的方式形成具有第二導(dǎo)電類型的第五摻雜區(qū)，并且所述第五摻雜區(qū)的摻雜濃度大于所述第一摻雜區(qū)； 在所述第一和第二摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體表面上形成用于連接傳輸控制信號(hào)的第一柵極； 在所述第二和第三摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體表面上形成用于連接復(fù)位信號(hào)的第二柵極； 在第三和第四摻雜區(qū)之間的半導(dǎo)體表面上形成第三柵極； 在所述半導(dǎo)體襯底的表面形成第一絕緣介質(zhì)層，并且在所述第一絕緣介質(zhì)層中刻蝕形成第一和第二通孔，分別暴露出第二摻雜區(qū)和第三柵極表面的一部分，并填充金屬材料形成第一金屬通孔和第二金屬通孔； 在所述第一絕緣介質(zhì)層上依次形成包含下金屬線的下金屬布線層，第二絕緣介質(zhì)層，和包含上金屬線的上金屬布線層，所述上、下金屬線和所述第二絕緣介質(zhì)層構(gòu)成金屬-絕緣體-金屬型電容；其中，所述第一摻雜區(qū)、第五摻雜區(qū)表面均無(wú)金屬布線層覆蓋，所述下金屬線通過(guò)所述第一和第二金屬通孔，分別與所述第二摻雜區(qū)、第三柵極連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器的制造方法，其特征在于，構(gòu)成所述金屬-絕緣體-金屬型電容的所述下金屬線為所述下金屬布線層中圖像傳感器像素讀出電路中金屬連線的一部分，所述上金屬線與所述上金屬布線層中其他金屬連線隔離。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器的制造方法，其特征在于，構(gòu)成所述金屬-絕緣體-金屬型電容的所述上、下金屬線分別為所述上、下金屬布線層中圖像傳感器像素讀出電路或圖像處理電路中金屬連線的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器制造方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型是N型，所述第二導(dǎo)電類型是P型。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器制造方法，其特征在于，所述上金屬線接地，并且所述半導(dǎo)體襯底接地；所述第三摻雜區(qū)連接到一電源電壓，所述第四摻雜區(qū)通過(guò)金屬互連連接到外部讀出電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，公開(kāi)了一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器及其制造方法。本發(fā)明中，巧妙地利用金屬布線層中空余的面積，形成MIM電容，并與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)并聯(lián)，擴(kuò)大了浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的阱容量，提高了圖像傳感器光生電荷儲(chǔ)存能力，從而提高了動(dòng)態(tài)范圍的上限。與此同時(shí)，由于未增加浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域本身的面積，避免了暗電流噪聲的增大。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102683374SQ20121017522
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者方娜, 汪輝, 田犁, 苗田樂(lè), 陳杰 申請(qǐng)人:上海中科高等研究院