TWI251438B - Dual capacitor structure for imagers and method of formation - Google Patents

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1251438 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用於固態成像裝置（包括CMOS與CCD成像 裝置）之電容器結構。 【先前技術】 有若干不同類型之基於半導體的影像器，包括電荷耦合 裝置（CCD)、光二極體陣列、電荷注入裝置與混合焦平面陣 列。CCD通常用於小型成像應用之影像獲取。然而，CCD 影像器具有若干缺點。例如，其易受輻射損傷的影響，其 隨時間表現出破壞性的讀出性能，其需要良好的遮光以避 免影像拖影，並且對於大陣列其具有高功率消耗。 由於CCD技術的固有限制，使得CMOS影像器用作低成本 成像裝置之可能性受到關注。CMOS影像器具有若干優點， 例如包括低電壓操作與低功率消耗。CMOS影像器亦與整 合式晶片上電子元件（控制邏輯與時序、影像處理與信號調 節，例如A/D轉換）相容；CMOS影像器允許隨機存取影像資 料，並且因為可使用標準的CMOS處理技術，與傳統的CCD 相比具有較低的製造成本。實現影像陣列與相關處理電路 較高程度整合之完全相容CMOS感測器技術對於許多數位 應用將係有利的。 CMOS影像器電路包括像素單元之一焦平面陣列，各單 元包括一光二極體、一光閘或一光導體，其係覆蓋在一基 板之一摻雜區域上，以在該基板之下部累積光致電荷。 在一傳統CMOS影像器中，一像素單元之主動元件執行 96963.doc 1251438 μ品功此··（1)光子至電荷之轉換；（2)影像電荷之累 積，（3)電荷至一浮動擴散節點之傳輸並伴有電荷放大；（4) 在電何傳輸至該浮動擴散節點之前將該浮動擴散節點重設 為已知狀恶，（5)選擇一像素以用於讀出；以及（6)表示像 素電荷之4號之輸出及放大。一般藉由一源極隨耦器輸 出電晶體將該浮動擴散節點處的電荷轉換為一像素輸出電 I CMOS影像裔像素之光敏元件通常係一耗盡的㈣接面 光二極體或一光閘下面的一場感應耗盡區域。對於光二極 體，可在讀出之後藉由完全耗盡該光二極體而消除影像滯 後0 在CCD、CMOS及其他類型的影像器中，電容器與用於電 荷儲存及/或類比信號處理電路中的其他裝置組件結合使 用。由於電容器未能完全收集與儲存由光敏區域所收集的 電荷，故傳統的影像器通常具有低劣的信號對雜訊比以及 低劣的動態範圍。此外’傳統影像器還會因影響電容器功 能之其他因素而提供低劣的操作性&。例士口，由於周邊區 域中之p通道裝置具有與像素單元之作用區域中之n通道裝 置不同的要求，故作用區域電容器可能需要與周邊區域上 所形成之電容器之電容不同的電容(例如，較高的電容)。然 而’目前的技術流程未能提供用於製造具有不同結構特徵 (進而使電容器具有不同的性能特徵)之作用與周邊區域電 各器的最佳化程序。 置’其提供經改善 需要用於製造在電 因此，需要經改善的影像器與成像裝 的像素内電容器與周邊類比電容器。亦 96963.doc 1251438 谷器功能方面表頊屮&笙> # _ 見出此荨改善之像素陣列之最佳化方法。 【發明内容】 泰本發明提供包含像素内與周邊電容器之成像裝置。周邊 路中所使用的電容器具有與像素内或主動電容器不同的 :求。在一具體實施例中，可在作用像素區域與周邊區域 古都：供包含兩介電層之雙堆疊電容器，以達成低茂漏與 1奋。在另—具體實施例中，可在作用或周邊區域之一 中提供-雙介電電容器，而在作用或周邊區域之另一者中 提供-單介電電容器。在另—㈣實施财，可在作用鱼 周邊區域中都提供單介電電容器，但作龍域的介電質不 同於周邊區域的介電質L月亦提供形成此類電 構之方法。 '' 根據以下結合附圖所提供之詳細說明以及所說明的本發 明之示範性具體實施例’即可明白本發明的此等及其他特 徵及優點。 【實施方式】 在乂下n兒明’參考可貫施本發明之各種特定具體實 施例二此等具體實施例的說明已充分詳細能使熟習此項技 術者貝鉍本發明，且應瞭解也可以採用其他具體實施例， 並可以進行結構、邏輯方面的變化而不致脫離本發明的精 神或範疇。 術m基板」與「晶圓」在以下說明中可互換使用，並 且可包括任何基於半導體的結構1結構應被理解為包括 石夕、絕緣體上邦OI)、藍寶石上邦os)、接雜及未換雜 96963.doc 1251438 半導體、基底半導體底座所支撐的磊晶矽層與其他半導體 結構。該半導體未必要以石夕為主。該半導體可為石夕錯、錯 或石申化鎵。當在以下說明巾提及基板時，τ能已使用先前 的程序步驟以在該基底半導體或底座中形成區域或接面。 術語「像素」指包含用以將電磁輻射轉換為一電信號之 一光導體及電晶體之一離散圖像元件單位單元。基於說明 之目的，在本文之圖式與說明中解說根據本發明一具體實 施例之代表性像素。像素之陣列或組合一起可包含一用於 CMOS或CCD影像器裝置之光導體陣列。一般而言，光導體 陣列之所有像素的製造將以類似的方式同時進行。 現在參考附圖，其中相同的參考符號指定相同的元件， 圖1至16說明用於改善根據本發明之具體實施例而構建之 CMOS與CCD成像裝置中之電容器之性能的方法。圖之至“ 中的斷開符號（\\)表示具有>^通道電晶體之像素陣列區域58 與周邊區域5 9中之P通道裝置之間的空間分離。 圖1至5說明本發明第一具體實施例，根據此具體實施 例，電容器84、93(圖卜5)係分別形成於半導體基板7〇之作 用區域與周邊區域中。像素區域58與周邊區域59之部分係 形成於半導體基板70中，在該半導體基板7〇之表面上，可 製造一 CMOS影像器積體電路。〇]^〇8製造程序開始於，例 如，輕度摻雜的P型或N型矽基板，或高度摻雜的基板上之 輕度摻雜的磊晶矽。基板7〇之像素區域58包括一像素陣列 内一像素單元電路之組件，而周邊部分59包括形成於陣列 之周邊並且用於時序與控制或用於從像素單元讀出信號之 96963.doc 1251438 代表性組件。可使用任何適當的方法，包括離子植入，將 源極/汲極區域（未顯示）植人基板7G，以形餘度摻雜或高 度摻雜的源極/汲極區域。 圖1亦說明形成於作用像素區域58與周邊區域59中之電 晶體76、94與電容器84、93。電晶體％、料與電容器μ、 93各包含_層絕緣材料88。絕緣材料88可為藉由傳統的沈 積程序，例如熱氧化或化學汽相沈積（CVD)，所形成的一層 石夕酸:乙酉旨（TE0S)。絕緣材料88可視需要形《為一氮化 物、氧化物、ON(氧化物·氮化物）、N〇(氮化物·氧化物）、 ΟΝΟ(氧化物_氮化物_氧化物）或其他絕緣材料。 圖1亦說明像素區域58中的光感測器9〇。光感測器9〇可形 成為一用於在基板之下部累積光致電荷之光二極體，如圖】 ^所述。光二極體9G可包括，例如，—藉由傳統技術形成 /板7G之上表面處或該上表面下方的光敏Pip接面區 1旦=瞭解’本發明之影像器可包括—光閘、光導體或其 /象至f荷㈣裝置’用於替代光二極體，作為光致電 =初始累積器。光感測器9G可形成聽板7G之上表面處 3 η亥上表面下方，並且亦可 何么士 M m备 彳C配置、方向、形狀與幾 仃：⑽建成與一半導體裝置之其他組件整合。 =管圖i中未予說明’但像素區域58可包含其他N通道裝 ’’”1不）’並且周邊區域59可包含其他P通道裝置(未顯 二例如’像素區域58可包括藉由一傳輸問極與重設閘極 夕曰、丁）來控制的N通道電晶體，各係藉由沈積並圖案化一 夕曰曰石夕堆疊而形成。該多晶料疊可，例如，#由沈積並 _63.doc 1251438 圓案化-層閘極氧化物、一層摻雜多晶矽與一層氧化物或 氮化物而形成。 現在參考圖2，其說明圖1之CMOS影像感測器沿線A-A所 作的斷面圖，目中所處階段在初始處理之後，但在像素區 '、周邊區域59中製造電晶體76、94與電容器84·、93之 刖。基於示範性目的，該基板7〇可為一矽基板，並且可包 括表面氧化層，其在本文中視為一基板之部分。然而， 如上所述，本發明可同等應用於其他半導體基板。 圖2亦說明藉由一傳統程序於基板7 〇中所形成的溝渠隔 離區域128。例如，可藉由一 STI程序形成溝渠隔離區域 U8，根據該STI程序，首先在摻雜的作用層或基板川中蝕 刻溝渠，其係經由一定向的蝕刻程序，例如反應性離子蝕 /J (RIB) ’或使用一擇優各向異性餘刻劑將基板川餘刻至一 足夠的深度，一般為1000人至5〇〇〇 A。然後，以絕緣材料， 例如二氧化矽、氮化矽、0N(氧化物-氮化物）、N〇(氮化物_ 氧化物）或0N0(氧化物-氮化物-氧化物）填充該等溝渠。該 %絕緣材料可藉由各種化學汽相沈積（CVD)技術，例如低壓 化學汽相沈積（LPCVD)、高密度電漿（HDP)沈積或任何其他 用於將一絕緣材料沈積於一溝渠内之適當方法，來形成絕 緣材料。雖然可藉由一 STI程序來形成溝渠隔離區域128， 仁應瞭解’可改用局部石夕氧化（L〇cai 〇xidati〇n 〇f silicon ; LOCOS)程序來形成隔離區域128。 圖2還說明形成於基板7〇中並且當作一感測節點之浮動 擴散區域125。有一傳輸閘極（未顯示）將光感測器9〇中所產 96963.doc -10- 1251438 生的光電電荷傳輸至浮動擴散區域125。亦可在各種製造步 驟之後經由一遮蔽的離子植入來摻雜溝渠隔離區域128與 擴散區域12 5。 參考圖2，可在基板7〇之表面上形成一間極氧化層81。隨 後在閘極氧化層81與溝渠隔離區域128上形成一第一電極 層210。電極層210可由任何適當的電極材料形成，包括但 不限於多晶、多晶/WSi、多晶/WN/W與多晶/矽化物。視需 要，可在製造電極層210之後使用任何適當的平面化技術對 其進行平面化。 接著可在電極層210之上連續形成介電層214與218，亦如 圖2所示。介電層214與218各可由一氧化物、金屬氧化物、 HfOx、氮化物、八丨2〇3、Ta2〇5或則丁材料或任何其他直流電 之非導體所形成。接著在介電層218上形成電極層22〇。電 極層220可由任何適當的電極材料形成，包括但不限於多晶 矽、多晶/TlSl2、多晶/WSi2、多晶/WNX/W、多晶/WNX、多 晶/C〇Si2與多晶/MoSi2。電極層2} 〇與22〇各可形成為任何適 當的厚度，例如從約50埃至約！，〇〇〇埃。層21〇、2i4、US 與220各可藉由任何適當的技術加以沈積，包括化學汽相沈 積（CVD)技術，例如低壓化學汽相沈積（LpcvD)或高密度電 漿（HDP)沈積。本發明中所使用的介電質各可形成為任何適 當的厚度，例如從約10埃至約5〇〇埃，並且各可具有任何所 需的形狀與幾何結構。 圖3說明圖2所示者之後的處理階段，#定言之係電極層 220之圖案化。雖然圖3所示的電極層22〇係被圖案化為在層 96963.doc -11 - 1251438 210、214、218與溝渠隔離區域128上具有大體筆直的側壁， 但視需要，可將電極層220圖案化為具有任何其他適當的形 狀與幾何結構。 現在參考圖4，所形成的絕緣層88覆蓋圖案化的電極22〇 以及介電層218。絕緣層88可為藉由傳統的沈積程序，例如 熱氧化或化學汽相沈積（CVD)，所形成的一層矽酸四乙酯 (TEOS)。絕緣層88可視需要形成為一氮化物、氧化物、 ON(氧化物-氮化物）、N〇(氮化物_氧化物）、〇n〇(氧化物_ 氮化物-氧化物）或其他絕緣材料。絕緣層88 任何所需的厚度，並且視需要可在製造之後予:平成:化、有 在製造圖4之絕緣層88之後，藉由圖案化與蝕刻層以❹、 2+14、218與絕緣層88之部分而形成像素電晶體％、像素電 =器84、周邊電晶體94與周邊電容器％，如圖$所示。可按 =要或根據特定程序流的方便程度而改變製造電晶體與電 谷R程序步驟之順序。例如’可在用於形成電容器之步 驟之前，或之後，或之間形成閘極堆疊。圖5所示由介電質 川、218所組成之雙堆疊電容器料、崎供低沒漏與高 容。 、亦可執行—高溫驅動步驟’然後完全形成圖5所示的N與 二、衣置。除此之外’圖5所示之結構可覆蓋有若干形成 :。像衣置上的半透明或透明絕緣與鈍化層(未顯示）。此 類絕緣與鈍化層可包括叫、TE〇S、BPSG、氮化物、削 、BSG或S〇G，盆可《隹、丁 ，、」琨仃平面化。例如，可實施傳統的處 ^㈣㈣⑽層中的接點’進而提供與已植人之源極/ 96963.doc -12- 1251438 汲極區域的電連接，及連接閘極線的其他導線以及像素中 的其他連接。亦可實施其他傳統的處理步驟，以完成額外 組件，例如濾;波器盘诱镑 。。一迓鏡，之製造。可按需要或根據特定 程序流的方便程度而改變程序步驟之順序。 圖6至9說明根據本發明製造像素内電容器叫圖9)與周 ^•電谷态193(圖9)之第二示範性具體實施例。圖6說明一I。 裝置’其在初始處理之後，但在圖9之像素區域⑽周邊區 域59中製造電晶體176、194與電容器⑻、…之前。圖6 之結構部分類似於圖2之結構，因為兩個結構都包含第一電 極層210與兩個介電層214、218; “，圖6之結構與圖2 之結構的不同之處在於形成一光阻層23〇(圖6)以替代電極 層 220(圖 2)。 如圖6所述，在介電層218上形成光阻層23〇並使兩者接 觸以便在周邊區域59中圖案化介電層2 j 8。在選擇性姓刻 並移除周邊區域59中之介電層218之曝露部分以及剝離光 阻層230之後，所產生的結構顯示於圖7中。以此方式，圖7 之像素區域58包含兩個介電層214、218，但僅有單一介電 層2 14保留於周邊區域59中。如同在先前的具體實施例中一 般，電極層2Π)可由任何適當的電極材料形成，包括但不限 於多晶、多晶/wsi、多晶/WN/W與多晶/石夕化物。介電層214 與218各可由一氧化物、金屬氧化物、Hf〇x、氮化物、八丨2〇3、 TaA5或BST材料或任何其他直流電之非導體所形成。層 210、214、21 8可藉由任何適當的技術加以沈積，包括化學 八相沈積（CVD)，低壓化學汽相沈積（LpcvD)或高密度電漿 96963.doc -13- 1251438 (HDP)沈積。 圖8說明在圖7所示者之後的處理階段。在圖案化介電層 2 18之後，在像素區域58中之介電層21 8上以及在周邊區域 59中之介電層214上沈積與圖案化圖8之電極層22〇。如同在 前述具體實施例中一般，電極層220可由任何適當的電極材 料形成，包括但不限於多晶矽、多晶/TiSi2、多晶/WSi2、 多晶/WNX/W、多晶/WNX、多晶/CoSh與多晶/MoSi2。層21〇、 214、21 8與220可藉由任何適當的技術加以沈積，包括化學 相沈積（CVD)技術，例如低壓化學汽相沈積（LpcvD)或高 密度電漿（HDP)沈積。所顯示的電極層22〇係被圖案化為在 層2 14與21 8上具有大體筆直的側壁；然而，可將電極層圖 案化為具有任何其他適當的形狀與幾何結構。 圖9說明在圖8所示者之後的處理階段。絕緣層“，例如， 一層矽酸四乙酯（TEOS)，係形成為覆蓋圖案化的電極22〇 以及"電層214、218 〇如圖9所示’在選擇性姓刻並圖案化 層210 214、218與絕緣層88之後，形成所產生的像素電晶 體176、像素電容器184、周邊電晶體194與周邊電容器193。 周邊電容器193包含單-的介電質214,而像素内電容器184 、!匕a兩種"電貝214、218。或者，所形成的周邊電容器 可包含兩種或更多的介電質，而該像素電容器則包含單- 的介電質。 、亦、可#執仃向溫驅動步驟，然後完全形成圖9所示的N與 ^衣置圖9所不之結構亦可覆蓋有若干形成於影像裝 、半透月或透明絕緣與鈍化層（未顯示）。此類絕緣與鈍 96963.doc -14- 1251438 化層可包括Si〇2、TEOS、BPSGlK^pSG、Bs(^s〇G， 其可進行平面化。例如，可實施傳統的處理步驟以形成絕 緣層中的接點’進而提供與已植人之源極/沒極區域的電連 接，及連接閘極線的其他導線以及像素中的其他連接。 圖10至14說明用於在像素區域58與周邊區域59内構建像 素内電容器284(圖14)與周邊電容器293(圖14)之本發明一 第三示範性具體實施例。圖1〇說明一冗装 理之後，但在製造圖Η之電晶㈣、綱與電容器=3 之前。圖10之結構部分類似於圖6之結構，因為兩個結構都 包含第一電極層210以及第一介電層214，該第一介電層形 成於第一電極層210之上並與之接觸；然而，圖1〇之結構與 圖6之結構的不同之處在於圖1〇中僅採用一個介電層，因而 使光阻層230(圖1〇)直接形成於第一介電層214之上並與之 接觸。 〃 如同在丽述具體實施例中一般，在基板7〇中形成溝渠隔 離區域128與浮動擴散區域125，如圖1〇所示。在基板几之 表面上形成閘極氧化層8丨，然後在閘極氧化層8丨與溝渠隔 離區域128之上形成第一電極層21〇。電極層21〇可由任何適 當的電極材料形成，包括但不限於多晶、多晶/WSi、 ^ 曰曰 /WN/W與多晶/矽化物。隨後藉由任何適當的技術，包括 CVD、LPCVD或HDP沈積以在電極層21〇上形成介電層 214。介電層214可由一氧化物、金屬氧化物、Hf〇x、氮化 物、八丨2〇3、τ&2〇5或BST材料或任何其他直流電之非導體所 形成。同樣如圖10所示，接著沈積一層光阻23〇,用於圖案 96963.doc -15- 1251438 化周邊區域59中之介電層214。在選擇性蝕刻並移除周邊區 域59中之介電層2 i 4之曝露部分之&，所產生的結構係顯示 ;0 11中已使用含氧電聚剝離光阻層230。 如圖12(a)所不，在周邊區域與陣列上沈積一第二介電層 215。介電層215可由氧化物、氮化物、金屬氧化物、Αία" Ta2〇3 ' BST、HfOx或任何其他絕緣體所形成。此介電層可 藉由任何適當的技術加以沈積，例如cVD' LDcvd或HDp， 但不限於此等沈積方法。介電質215不同於介電質214。圖 12(a)還顯示另一光阻層33〇，其覆蓋至少一周邊電容器區 域。 或者可將私序步驟修改成首先使用適當的遮蔽步驟將 介電質應用於周邊區域59中，然後將不同的介電質沈積於 像素區域5 8中。 現在參考圖12(b)。在圖12〇3)中，已使用選擇性蝕刻（其 可為一濕式或乾式银刻）從像素區域移除介電層2 1 5。周邊 區域中的介電質215係受到光阻層33〇的保護而未被移除。 在選擇性蝕刻之後’使用含氧電漿移除光阻層3 3 〇。 現在參考圖13。在像素區域58中之介電層214上以及周邊 區域59中之介電層215上沈積與圖案化電極層22〇。電極層 2 2 0可由任何適當的電極材料形成，包括但不限於多晶石夕、 多晶/TiSi2、多晶/WSi2、多晶/WNX/W、多晶/WNX、多晶/CoSi2 與多晶/MoSi2。如同在前述具體實施例中一般，隨後形成 絕緣層8 8 ’以覆盖圖案化電極2 2 0以及介電層2 14盘21 5，如 圖14所述。 96963.doc -16- 1251438 ★圖14所不，在選擇性蝕刻並圖案化層2i 〇、Μ#、$ =巴、’彖層88之後，形成所產生的像素電晶體276、像素電容 的284、周邊電晶體294與周邊電容器293。周邊電容器293 已3單介電質215，而像素電容器284包含單一介電質 其不同於介電質215。或者，周邊電容器293可由兩種 或更夕的介電質形成，而像素電容器⑽可由兩種或更多的 不同介電質形成。 亦可執行-高溫驅動步驟，然後完全形成圖14所示的ν 道g置。圖14所TF之結構亦可覆蓋有若干形成於影像 裝置上的半透明或透明絕緣與鈍化層（未顯示）。例如，可實 施傳統的處理步驟以形成絕緣層中的接點，進而提供與已 植入之源極/汲極區域的電連接，及連接閘極線的其他導線 以及像素中的其他連接。 允明具有—包含複數個配置成列與行之像素之像素 陣列_uM〇s影像器裝置808之方塊圖。藉由—列選擇線 同時開啟陣列_中每一列之所有像素，而藉由個別的行選 擇線選擇性輸出每-行之像素。—列驅動器8_應於列位 址解瑪器82〇而選擇性地啟動列線。—行選擇器咖回鄉 行位址解碼器870而選擇性地啟動行選擇線。藉由時序卸 制電路850來操作像素㈣，該電路控制位址解碼界咖: ㈣，以選擇適當的列與行線用於像素信號讀出。藉由 選擇器860相關聯之取樣與保持電路886讀取像素^ 其通常包括一像素重設信號(Vrs〇與—像素影丁像：號 (Vslg)。差動放大器862針對每個像素〜 左勖^號 96963.doc 17 1251438 sig)，該信號被放大並由類比至數位轉換器875(adc) 數位化。該類比至數位轉換器875將經數位化的像素信號提 供給形成一數位影像之影像處理器88〇。影像處理器88〇可 包括用於信號放大、列^址、行定址、白平衡、色彩校正、 影像校正與缺陷校正之電路。 右而要，可將以上參考圖15所述之成像裝置8〇8與一處理 、、且&於單一的積體電路中。圖丨6說明一示範性處理系統 900，其可使用一成像裝置，例如，一包含根據圖2至1 *所 述本發明之具體實施例而構建的成像裝置之CM〇s影像器 808。圖16所示之任一電子組件，包括cpu 9〇1，可製造為 一積體電路，用於處理根據本發明之影像器與方法而形成 的影像。 如圖16所述，處理系統9〇〇包括一或多個耦合至本地匯流 排904的處理器9(H。亦可將記憶體控制器9〇2與一主要匯流 排橋接器903耦合至本地匯流排9〇4。處理系統9〇〇可包括多 個圮憶體控制器902及/或多個主要匯流排橋接器9〇3。可將 記憶體控制器902與主要匯流排橋接器9〇3整合成單一裝置 906 〇 亦可將記憶體控制器902耦合至一或多個記憶體匯流排 907。每個記憶體匯流排接受記憶體組件9〇8，其包括至少 一 δ己憶體裝置1 〇〇。記憶體組件9〇8可為一記憶體卡或一記 憶體模組。記憶體模組之範例包括單同軸記憶體模組 (single inline memory modules; SIMM)及雙同軸記憶體模 組（dual inline memory modules; DIMM)。記憶體組件 9〇8 96963.doc -18- 1251438 I包括—心個額外的裝置_。例如，在sim_dimm 禎夕的1置9。9可能係一配置記憶體，例如序列顯現偵 ：；：7 ce^ SPD)t&,^ ° _禺合至一快取記憶體9〇5。該快取記憶體9〇5可為處理 系統中的唯一快取記憶體。或者，其他裝置，例如，處理 器_亦可包括快取記憶體，其可與快取記憶體9Q5 快：階層。如果處理系統_包括周邊區域或控制器，其係 7排主控器或支援直接記憶體存取（dma)，則記憶體控 制副2可實施一快取協調協定。若將記憶體控制器902與 複數個記憶體匯流排9〇7耦合， ^ 狗口則可並列刼作各記憶體匯流 排907，或可將不同位妯鉻囹 址乾圍映射至不同記憶體匯流排9 0 7。 將主要匯流排橋接器9㈣合至至少—周邊匯流排91〇。 :將各種裝置，例如周邊區域或額外的匯流排橋接器，麵 :至周邊匯流排91〇。此等裝置可包括—儲存控制器911、 ，員I/O衣置914、-次要匯流排橋接器915、一多媒體處 f器918以及—舊有的裝置介面920。亦可將主要匯流排橋 妾益903耗合至—或多個特殊用途的高速物2。例如在個 人電腦中，特殊用途料可能係加速圖形埠Ο,用於將 一南性能的視訊卡輕合至處理系統_。 儲存L制β 911經由一儲存匯流排9 Η將一或多個儲存裝 轉口至周邊匯流排91 〇。例如，儲存控制器91}可為一 、才工制而儲存裂置913可為scsi碟片。ι/〇裝置 可以為任一種類的周邊·^彳甚 / 、 門還5又備。例如，I/O裝置914可為一區 4^面’例如乙太網路卡。可使用次要匯流排橋接器 96963.doc -19- 1251438 經由另一匯流排將額外的裝置連接至處理系統。例如，該 次要匯流排橋接器可為一通用串列埠（USB)控制器，其用於 將USBI置917耦合至處理系統9〇〇。多媒體處理器918可為 曰效卡、一視訊擷取卡或其他類型的媒體介面，其亦可 耦合至一額外的裝置，例如揚聲器919。使用舊有的裝置介 面920將例如舊冑的裝置、舊式的鍵盤與滑鼠麵合至處理 統 900。 ’、 圖'6所解說的處理系統9〇〇僅為可使用本發明的示範性 處理系統。雖'然圖16解說尤其適合於通用電腦（例如工作站） 的處理架構，但是應認識到可進行熟知的修改以配置處理 系❹^，從而使之變得更加適用於各種剌。例如，可使 用簡早的木構來貫施需要處理的許多電子裝置，該簡單的 架構依賴於與記憶體組件_或記憶體裝置㈣合的 CPU 901。此算雷；继m 叫# 1 子政置可包括，但不限於聲頻/視訊處理 =°己錄為’以及數位照相機及/或記錄器。本發明之CMOS 應裝置，當搞合至(例如)一像素處理器時 位照相機與視訊處理器及記錄器中。修改可包括，例如， 不必要組件之刪除、專 置之整人。 衣置或電路之添加及/或複數個裝 雖然本發明較佳係針 ^ 55 ^ R ;形成具有截然不同之像素電 合14周邊電容器的影像器 f電容55 | @ i + a / ，以及包含此類像 京电谷為與周邊電容器的結 白，本發明可用於形成任㈣相热白此項技術者應明 ,^ 何類型的影像器裝置，用於盥一 或夕個處理組件整合於— - 千V體衣置中。例如，儘管上述 96963.doc -20- 1251438 本杂明係用於CMOS影像器感測器，但本發明不限於此，而 可用於任何適當的影像感測器，例如CCD影像感測器。 CCD影像感測器之最後（輸出）級提供有序的像素信號作 為輸出h號，並且使用浮動擴散節點、源極隨耦器電晶體 與重設閘極，而且使用之方式與在CM〇s影像器之像素中使 用此專元件之方式類似。因此，使用本發明之電容器形成 的像素可用於CCD影像感測器以及CM〇s影像感測器。亦可 將本卷明之影像器裝置形成為不同尺寸之百萬像素影像 為，例如，具有約0β1百萬像素至約2〇百萬像素範圍内之陣 列的影像器。 另外應✓主思，儘管已特別參考包含截然不同之像素電容 叩人周k電谷裔的成像裝置來說明本發明，但本發明具有 更廣泛的適用性且可用於任何成像設備内。同樣，上述程 序不過是許多可使用之程序中的少數程序。以上的說明及 圖式顯示了可達成本發明之目的、特徵及優點的較佳具體 實施例。儘管已說明了特定的優點與較佳的具體實施例， 但熟習此項技術者應明白，可進行替代、補充、刪除、修 改及/或其他變更，而不致脫離本發明之精神或範脅。因 此’本發明不限於以上說明，而係僅限於所附甲請專利範 圍之範疇。 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明-第一示範性具體實施例之cm〇s影像 器積體電路之部分之俯視圖。 圖2係圖1之結構在初始處理階段並沿線A_A所作之示意 96963.doc 21 1251438 性斷面圖。 圖3係圖1之結構處於圖2所示者之後之處理階段的示意 斷面圖。 圖4係圖1之結構處於圖3所示者之後之處理階段的示意 斷面圖。 圖5係圖1之結構處於圖4所示者之後之處理階段的示意 斷面圖。 圖6係根據本發明一第二示範性具體實施例之CM〇s影像 器積體電路之示意斷面圖。 圖7係圖6之結構處於圖6所示者之後之處理階段的示意 斷面圖。 圖8係圖6之結構處於圖7所示者之後之處理階段的示意 斷面圖。 圖9係圖6之結構處於圖8所示者之後之處理階段的示意 斷面圖。 圖10係根據本發明一第三示範性具體實施例之CMOS影 像器積體電路之示意斷面圖。 圖11係圖10之結構處於圖1 〇所示者之後之處理階段的示 意斷面圖。 圖12(a)係圖1 〇之結構處於圖11所示者之後之處理階段的 示意斷面圖。 圖12(b)係圖1〇之結構處於圖i2(a)所示者之後之處理階 段的示意斷面圖。 圖13係圖1 〇之結構處於圖12(b)所示者之後之處理階段 _63.doc 1251438 的示意斷面圖。 圖14係圖10之結構處於圖13所示者之後之處理階段的示 意斷面圖。 圖15說明一具有像素陣列之CMOS影像器裝置之方塊 回/、中可將影像态裝置與處理器組合於根據本發明所製 造的單一積體電路中。 圖16說明可使用—成像裝S，例如根據本發明—且體實 :例所構建的CMOS成像裝置，之電腦處理器系統：示意 圖0 【主要元件符號說明】 58 像素陣列區域 59 周邊區域 70 半導體基板 76 電晶體 81 閘極氧化層 84 電容器 88 絕緣材料 90 光感測器 93 電容器 94 電晶體 100 記憶體裝置 108 文中找不到 125 浮動擴散區域 128 溝渠隔離區域 96963.doc 像素電晶體 像素電容器 周邊電晶體 周邊電容器 第一電極層 介電層 介電層 介電層 電極層 光阻層 像素電晶體 像素電容器 周邊電容器 周邊電晶體 光阻層 像素陣列 CMOS影像器裝置 列驅動器 列位址解碼器 時序與控制電路 行選擇器 取樣與保持電路 差動放大器 行位址解碼器 -24- 類比至數位轉換器 影像處理器 處理系統 處理器 記憶體控制器 主要匯流排橋接器 本地匯流排 快取記憶體 單一裝置 記憶體匯流排 記憶體組件 額外的裝置 周邊匯流排 儲存控制器 儲存匯流排 儲存裝置 雜項I/O裝置 次要匯流排橋接器 次要匯流排 USB裝置 多媒體處理器 揚聲器 舊有裝置介面 舊有裝置 -25-

Claims (1)

1. 1251令J&132164號專利申請案 「― 中文申清專利範圍替換本(94年1 〇丨月、):Γ 十、申請專利範圍·· -種形成一具有不同像素内電容器與周邊 CMOS成像裝置之方法，其包含下列步驟： 形成至少一光感測器； 在—基板上一像素區域與一周邊區 極層； Μ成—弟一電 在該第一電極層上形成一第一介電層； 在該第一介電層上形成一第二介電層；以及 在該第二介電層上形成一第二電極層。 2.如:求項1之方法，其中該第一電極層之形成材料係選自 由一多晶、多晶/WSi、多晶簡/W、多晶/石夕化物、多晶/ 金屬與金屬所組成之群。 3·如請求項1之方法，其中該第一介電層與該第二介電層之 形成材料係獨立地選自由一氧化物、氮化物、AH Ta2〇1 2 3、BST、金屬氧化物與HfOx所組成之群。 4·如明求項丨之方法，其中該第二電極層之形成材料係選自 由夕晶石夕、多晶/TiSi2、多晶/WSi2、多晶/wnx/W、多 曰曰WNX、多晶/CoS。、多晶/MoSh、多晶/金屬與金屬所 組成之群。 96963-941012.doc 1 .如請求項1之方法，其中該光感測器係一光二極體、光閘 或光導體之一。 2 6·如明求項5之方法，其中該光二極體係一 光二極體。 3 · 種形成一具有單介電電容器及雙介電電容器之成像裝 置之方法，該方法包含下列步驟： 之)正替椅η ; 1251438 94. m ί 2 . 形成至少一光感測器； 在一基板上一像素區域蛊一 極層； 。肖相域中形成-第-電 在該第一電極層上形成-第_介電層； 在該第一介電層上形成-第二介電i; 移除該像素區域與該周邊 ;以及乃邊£域之一中的該第二介電層

   面案化該像素區域與該周邊區域中 使得該像素區域與該周邊區域之一包含該第：= 而該像素區域與制邊區域之另—者 層與該第二介電層。 x弟，丨 8· 如請求項7之方法， 電層。 其中該第一介電層係不同於該第二介 9·如j項7之方法，其中該第一電極層之形成材料係選自 夕日日夕曰日/WSi、多晶/WN/W、多晶/石夕化物、多晶/ 金屬與金屬所組成之群。 10·如叫求項7之方法，其中該第一介電層與該第二介電層之 成材料係獨立地選自由一氧化物、氮化物、、 Ta2〇5、BST、金屬氧化物與Hf〇x所組成之群。 11 ·如明求項7之方法，其中該第二電極層之形成材料係選自 由一多晶矽、多晶/TiSi2、多晶/wsil、多晶/w：Nx/w、多 曰曰、多晶/c〇Si2、多晶/M〇si2、多晶/金屬與金屬所 組成之群。 12·如請求項7之方法，其中該光感測器係一光二極體、光閘 96963-941012.doc -2 - 125ί438 •(f)正替換頁I 或光導體之一。 項12之方法，其中該光二極體係-”·ρ光二極體。 •喷’、項7之方法，其中移除該第二介電層包含一光阻遮 蔽程序。 ^ 3 Λ 1 I 其中移除該第二介電層包含一濕式或 其中移除該第二介電層包含從該像素 電質。 其中移除該第二介電層包含從該周邊 15·如請求項7之方法 乾式蝕刻程序。 Ι6·如請求項7之方法 區域移除該第二） 17·如請求項7之方法 區域移除該第二介電質 1 8· —種成像裝置，其包含： 一半導體基板； 至少一光感測器； 一第一電極層，其位於該基板上該成像裝置之一像素 區域與一周邊區域中； 一第一介電層，其位於在該第一電極層上，· 一第二介電層，其位於該第一介電層上；以及 一第二電極層，其位於該第二介電層上。 Ϊ9·如請求項18之裝置，其中該第一電極層之形成材料係選 自由一多晶、多晶/WSi、多晶/WN/W、多晶/矽化物、多 晶/金屬與金屬所組成之群。 20·如請求項18之裝置，其中該光感測器係一光二極體、光 閘或光導體之一。 21.如請求項18之裝置，其中該第一介電層包含一材料，其 96963-941012.doc 1251438 係選自由-氧化物、氮化物、Al2〇3、Ta2〇5、B 氧化物與HfOx所組成之群。 i 22·如請求項18之裝置，其中該第二介電層包含—材料，其 係選自由一氧化物、氮化物、Al2〇3、Ta2〇5、阶、金屬 氧化物與HfOx所組成之群。 形成材料係選 多晶 /WNX/W、 23·如請求項18之裝置，其中該第二電極層之 自由一多晶矽、多晶/TiSi2、多晶/wSi2、 多晶/Cosh、多晶/MoSi2、多晶/金屬與金屬 多晶/WNX 所組成之群。 24. —種成像裝置，其包含： *"""基板； 至少一光感測器； 至少一像素内電谷器’其形成於該基板之像素陣列區 域内，該至少一像素内電容器包含一第一電極、第一複 數個介電層與一第二電極；以及 至少一周邊電谷器’其形成於該基板之一周邊區域中 ’該周邊區域係鄰近該像素陣列區域，該至少一周邊電 容器包含該第一電極、第二複數個介電層與該第二電極。 25·如請求項24之裝置，其中該至少一像素内電容器之電容 係不同於該至少一周邊電容器之電容。 26·如請求項24之裝置，其中該至少一像素内電容器之電容 係大於該至少一周邊電容器之電容。 27.如請求項2.4之裝置，其中該至少一周邊電容器之電容係 大於該至少一像素内電容器之電容。 96963-941012.doc -4- 1251438 士'::替.:: 2二請f項24之裝置，其中該第-電極之形成材料係選自 =晶、多晶/WSi、多晶/WN/W、多晶/石夕化物、多晶/ 金屬與金屬所組成之群。 29.，請求項24之裝置，其中該等第一複數個介電層與該等 第二複數個介電層之形成材料係獨立 物、氮化物、Al2〇3、Ta2〇5、BST、金屬二：乳化 5 金屬虱化物與HfOx 所組成之群。 3〇.如請求項24之裝置，其中該第二電極層之形成材料㈣ 自由-多晶石夕、多晶/TiSi2、多晶/WSi2、乡晶/wNx/w、 多晶/WNX、多晶/CoSi2、多晶/Μ(^、多晶/金屬與金屬 所組成之群。 31. 如請求項24之裝置，其中該光感測器係一光二極體、光 閘或光導體之一。 32. 如請求項31之裝置，其中該光二極體係— p_n_p光二極體。 33. 如請求項24之裝置，其中該等第一複數個介電層係不同 於該等第二複數個介電層。 34·如請求項24之裝置，其中該等第一複數個介電層之至少 一個係不同於該等第二複數個介電層之一。 35·如請求項24之裝置，其中該等第一複數個介電層係類似 於該等第二複數個介電層。 36·如請求項24之裝置，其中該成像裝置係一 CMOS影像器。 3 7· —種CMOS影像器系統，其包含： (i) 一處理器；以及 (Π) — CMOS成像裝置，其係麵合至該處理器，該CM〇s 96963-941012.doc · 5 - \P% Bmhmm I w m i 2 1 成像裝置包含： 一半導體基板； 至少一光感測器； 該成像裝置之一像 一第一電極層，其位於該基板上 素區域與一周邊區域中； 丹位於該第一電極層上； 十介電層，其位於該第一介電層上；以及 一一第二電極層’其位於該第二介電層上。 月长員37之CMOS影像器系統，其中該 t號放大、狀址、行定址、白平衡、色彩校正 校正與缺陷校正之電路。 39· —種CCD成像裝置，其包含： 一半導體基板； 至少一光感測器； 第一電極層，其位於該基板上該成像裝置之一像素 區域與一周邊區域中； μ 第；丨電層，其位於該第一電極層上； -第二介電層，其位於該第一介電層上；以及 一第二電極層，其位於該第二介電層上。 4〇·如明求項39之裝置，其中該第一電極層之形成材料係 多晶、多晶/WSi、多晶/WN/W、多晶/矽化物、多 曰曰/至屬與金屬所組成之群。 41.如請=項39之裝置，其中該第一介電層之形成材料係選 自由氧化物、氮化物、A12o3、Ta205、BST、金屬氧化 96963-941012.doc 1251438 I ； 7 物與HfOx所組成之群。 42.如睛求項39之裝置，其中該第二介電層之形成材料係選 自由一氧化物、氮化物、Al2〇3、Ta2〇5、BST、金屬氧化 物與HfOx所組成之群。 43·如請求項39之裝置，其中該第二電極層之形成材料係選 自由一多晶矽、多晶/TiSi2、多晶/WSi2、多晶/WNX/W、 多晶/WNX、多晶/CoSh、多晶/M〇Si2、多晶/金屬與金屬 所組成之群。 44· 一種CCD影像器系統，其包含： (i) 一處理器；以及 (η) — CCD成像裝置，其係耦合至該處理器，該ccD成 像裝置包含： 一半導體基板； 至少一光感測器； 一第一電極層，其位於該基板上該成像裝置之一像 素區域與一周邊區域中； 一第一介電層，其位於該第一電極層上； 一第二介電層，其位於該第一介電層上；以及 一第二電極層，其位於該第二介電層之上，其中該 第71電層與第二介電層之至少一個在該像素區域 與該周邊區域之間不同，以形成不同的像素内電容器 與周邊電容器。 45·如請求項44之CCD影像器系統，其中該處理器包含用於 L號放大、列疋址 '行定址、白平衡、色彩校正、影像 96963-941012.doc 1251438 校正與缺陷校正之電路。 46. —種成像裝置，其包含： 一基板； 至少一光感測器； ^ P車列與一周邊區域中的-第-類型電容器，其中 该陣列中的該第—類型電容器與該周邊區域中的該第一 類型電容器相同，並且其中該第一類型電容器包含一第 一電極、第—複數個介電層與—第二電極；以及 在該陣列中的_楚-*s 的弟一頒型電容器，其中該第二類型電 谷器包含該第一電極、莖 弟一複數個介電層以及該第二電 極0 47· —種成像裝置，其包含： ' 基板， 至少一光感測器； 广陣列與一周邊區域中的一第一類型電容器，其中 該陣列中的該第-類型電容器與該周邊區域中的該第一 類型電容器相同’並且其中該第-類型電容器包含一第 -電極、第-複數個介電層與一第二電極；以及 在該陣列與該周邊區域中的一第二類型電容器，立中 該陣列中的該第二類型電容器與該周邊區域中的該第二 類型電容器相同，並且其中兮筮— Τ落弟一類型電容器包含該第 -電極、第二複數個介電層與該第二電極。 48· —種成像裝置，其包含： 96963-941012.doc 1231438： 口修(0正.替換頁 至少一光感測器； 在一陣列與一周 上—土 透^域中的一第一類帮雷六口口甘士 该陣列中的該第— 頒i電谷益，其中 ^ 頰型電客5|斑 類型電容5|；tePI μ周邊區域中的該第一 一電極、笛. “中泫弟—類型電容器包含一第 兮闲、息〜 n層與1二電極；以及 Μ周邊區域中的—第 電容器包含該第一電枉笛 a ’其中該第二類型 電極。 第二複數個介電層以及該第二 49.—種CCD影像器系統，其包含： ⑴一處理器；以及 (ϋ) CCD成像裝置，复传#入 像裝置包含：。至該處判，該⑽成 一半導體基板； 至少一光感測器，· 在一陣列與一周邊區域中 弟一類型電容器，其 中该陣列中的該第一類 只主电谷益與該周邊區域中的 該第一類型電容器相同，並 卫且，、中該弟一類型電容器 包含一第一電極、第一複數個介電層與-第二電極； 以及 在該周邊區域中的一第二類型電容器，其中該第二 類型電.容器包含該第—電極、第二複數個介電層以I 該第二電極。 96963-941012.doc ：K 125 觀[2 第093132164號專利申請案 中文圖式替換頁(94年10月）

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