CMOS图像传感器及其形成方法与流程

本发明涉及图像传感器制造技术领域，特别涉及一种cmos图像传感器及其形成方法。

背景技术：

图像传感器是构成数字摄像头的重要组成部分，是一种将光学图像转换成信号的设备，它被广泛地应用在数码相机、移动终端、便携式电子装置和其他电子光学设备中。图像传感器可分为ccd(chargecoupleddevice，电荷耦合元件)和cmos(complementarymetalsemiconductor，互补型金属氧化物半导体元件)图像传感器两大类。

由于cmos图像传感器是采用传统的cmos电路工艺制作，因此可将图像传感器以及其所需要的外围电路加以整合，从而使得cmos图像传感器具有更广的应用前景。

cmos图像传感器中一直存在着亮点(whitepixel)的问题，现有技术中主要通过高k(高介电常数)介质层来企图改善这一问题。具体的，cmos图像传感器包括：半导体衬底、形成于所述半导体衬底上的氧化层及形成于所述氧化层上的高k介质层。但是，包括高k介质层的cmos图像传感器中仍旧存在比较严重的亮点的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种cmos图像传感器及其形成方法，以解决现有技术中的cmos图像传感器中仍旧存在比较严重的亮点的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种cmos图像传感器，所述cmos图像传感器包括：半导体衬底、形成于所述半导体衬底上的第一氧化层及形成于所述第一氧化层上的第一高k介质层，其中，所述第一高k介质层包括多层第一高k介质子层，相邻两层第一高k介质子层之间界面不连续。

可选的，在所述的cmos图像传感器中，每层第一高k介质子层的材料的组成元素的种类相同。

可选的，在所述的cmos图像传感器中，每层第一高k介质子层的材料的组成元素的配比相同或者不同。

可选的，在所述的cmos图像传感器中，每层第一高k介质子层的表面经过半导体工艺处理。

可选的，在所述的cmos图像传感器中，所述cmos图像传感器还包括形成于所述第一高k介质层上或所述第一高k介质层和所述第一氧化层之间的第二高k介质层，所述第二高k介质层的材料与所述第一高k介质层的材料不同。

可选的，在所述的cmos图像传感器中，所述第二高k介质层包括多层第二高k介质子层，相邻两层第二高k介质子层之间界面不连续。

可选的，在所述的cmos图像传感器中，所述第一高k介质层和所述第二高k介质层的材料包括：钽氧化物、铪氧化物、钛氧化物、锆氧化物或者镧氧化物。

可选的，在所述的cmos图像传感器中，所述cmos图像传感器还包括形成于所述第二高k介质层或所述第一高k介质层上的第二氧化层。

本发明还提供一种cmos图像传感器的形成方法，所述cmos图像传感器的形成方法包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成第一氧化层；

在所述第一氧化层上依次形成多层第一高k介质子层，其中，每形成一层第一高k介质子层的同时对所述第一高k介质子层的表面进行半导体工艺处理。

可选的，在所述的cmos图像传感器的形成方法中，所述半导体工艺处理包括：退火工艺、氧化工艺或者等离子体处理工艺。

在本发明提供的cmos图像传感器及其形成方法中，通过第一高k介质层包括多层第一高k介质子层，相邻两层第一高k介质子层之间界面不连续，由此能够提高耦合效应及抑制晶粒成长，很好的将半导体衬底中的游离负电荷固定于第一氧化层和第一高k介质层之间的界面，将半导体衬底中的游离正电荷固定于半导体衬底和第一氧化层之间的界面，从而很好的降低漏电流，进一步改善/避免亮点问题。

附图说明

图1是本发明实施例一的cmos图像传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例一的cmos图像传感器的作用原理图；

图3是本发明实施例一的cmos图像传感器与现有的cmos图像传感器的效果比较图；

图4是本发明实施例二的cmos图像传感器的结构示意图；

图5是本发明实施例三的cmos图像传感器的结构示意图；

图6是本发明实施例四的cmos图像传感器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的cmos图像传感器及其形成方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

【实施例一】

请参考图1，其为本发明实施例一的cmos图像传感器的结构示意图。如图1所示，在本申请实施例中，所述cmos图像传感器1包括：半导体衬底10、形成于所述半导体衬底10上的第一氧化层11及形成于所述第一氧化层11上的第一高k介质层12，其中，所述第一高k介质层12包括多层第一高k介质子层，相邻两层第一高k介质子层之间界面不连续。在此，所述第一高k介质层12包括三层第一高k介质子层，分别为第一高k介质子层120、第一高k介质子层121及第一高k介质子层122。

具体的，首先提供半导体衬底10。较佳的，所述半导体衬底10为硅衬底。进一步的，所述半导体衬底10中形成有光电二极管(pd)及一些控制电路等。

接着，在所述半导体衬底10上形成第一氧化层11，其中，所述第一氧化层11的材料可以为氧化硅。具体的，所述第一氧化层11可以通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)等半导体工艺形成。

请继续参考图1，在本申请实施例中，接着，在所述第一氧化层11上形成第一高k介质子层120。具体的，可先通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成第一高k介质子层，同时，对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理。其中，所述半导体工艺处理包括：退火工艺、氧化工艺或者等离子体处理工艺等工艺。其目的是改变所述第一高k介质子层120表面的性质，从而与后续形成的第一高k介质子层121界面不连续。因此，可以采用任意一种半导体处理工艺，其只要能够使得所述第一高k介质子层120表面的性质发生一定的改变即可。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层120的材料为铪氧化物，其中，所述铪氧化物中铪与氧的配比本实施例不作限定。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层120的厚度为20埃，在本申请的其他实施例中，所述第一高k介质子层120的厚度可以更厚或者更薄，例如，所述第一高k介质子层120的厚度可以为15埃、25埃、30埃或者40埃等。

在本申请实施例中，接着在所述第一高k介质子层120上形成第一高k介质子层121。同样的，可先通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成第一高k介质子层，同时，对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理。其中，所述半导体工艺处理包括：退火工艺、氧化工艺或者等离子体处理工艺等工艺。其目的是改变所述第一高k介质子层121表面的性质，从而与后续形成的第一高k介质子层122界面不连续。因此，可以采用任意一种半导体处理工艺，其只要能够使得所述第一高k介质子层121表面的性质发生一定的改变即可。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层121的材料为铪氧化物，其中，所述铪氧化物中铪与氧的配比本实施例不作限定。进一步的，所述第一高k介质子层121中铪与氧的配比与所述第一高k介质子层120中铪与氧的配比可以相同也可以不相同。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层121的厚度为20埃，在本申请的其他实施例中，所述第一高k介质子层121的厚度可以更厚或者更薄，例如，所述第一高k介质子层121的厚度可以为15埃、25埃、30埃或者40埃等。

最后，在所述第一高k介质子层121上形成第一高k介质子层122。在本申请实施例中，由于所述第一高k介质子层122是所述第一高k介质层12中的最后一层高k介质子层，通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成第一高k介质子层后，既可以对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理，也可以不对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层122的材料为铪氧化物，其中，所述铪氧化物中铪与氧的配比本实施例不作限定。进一步的，所述第一高k介质子层122中铪与氧的配比与所述第一高k介质子层120及所述第一高k介质子层121中铪与氧的配比可以相同也可以不相同。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层122的厚度为20埃，在本申请的其他实施例中，所述第一高k介质子层122的厚度可以更厚或者更薄，例如，所述第一高k介质子层122的厚度可以为15埃、25埃、30埃或者40埃等。

综上可见，在本申请实施例中，所述第一高k介质层12包括三层第一高k介质子层，分别为第一高k介质子层120、第一高k介质子层121及第一高k介质子层122，每层第一高k介质子层的厚度为20埃，相邻两层第一高k介质子层之间界面不连续。

接着，请参考图2，其为本发明实施例一的cmos图像传感器的作用原理图。如图2所示，在本申请实施例中，由于相邻两层第一高k介质子层之间界面不连续，由此能够提高耦合效应及抑制晶粒成长，很好的将半导体衬底10中的游离负电荷固定于第一氧化层11和第一高k介质层12(在此也即第一高k介质子层120)之间的界面，将半导体衬底10中的游离正电荷固定于半导体衬底10和第一氧化层11之间的界面，从而很好的降低漏电流，进一步改善/避免亮点问题。

进一步的，请参考图3，其为本发明实施例一的cmos图像传感器与现有的cmos图像传感器的效果比较图。其中，曲线a示出了本申请实施例一的cmos图像传感器的亮点情况，在该cmos图像传感器中，包括三层第一高k介质子层，每层第一高k介质子层的厚度为20埃；曲线b示出了现有技术的cmos图像传感器的亮点情况，在该cmos图像传感器中，包括一(整体的)高k介质层，该高k介质层的厚度为60埃，由图3可见，本申请实施例提供的cmos图像传感器能够很明显的改善亮点问题。

【实施例二】

请参考图4，其为本发明实施例二的cmos图像传感器的结构示意图。如图4所示，在本申请实施例中，所述cmos图像传感器2包括：半导体衬底20、形成于所述半导体衬底20上的第一氧化层21、形成于所述第一氧化层21上的第一高k介质层22、形成于所述第一高k介质层22上的第二高k介质层23及形成与所述第二高k介质层23上的第二氧化层24，其中，所述第一高k介质层22包括多层第一高k介质子层，相邻两层第一高k介质子层之间界面不连续。在此，所述第一高k介质层22包括两层第一高k介质子层，分别为第一高k介质子层220及第一高k介质子层221。

具体的，首先提供半导体衬底20。较佳的，所述半导体衬底20为硅衬底。进一步的，所述半导体衬底20中形成有光电二极管(pd)及一些控制电路等。

接着，在所述半导体衬底20上形成第一氧化层21，其中，所述第一氧化层21的材料可以为氧化硅。具体的，所述第一氧化层21可以通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)等半导体工艺形成。

请继续参考图4，在本申请实施例中，接着，在所述第一氧化层21上形成第一高k介质子层220。具体的，可先通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成第一高k介质子层，同时，对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理。其中，所述半导体工艺处理包括：退火工艺、氧化工艺或者等离子体处理工艺等工艺。其目的是改变所述第一高k介质子层220表面的性质，从而与后续形成的第一高k介质子层221界面不连续。因此，可以采用任意一种半导体处理工艺，其只要能够使得所述第一高k介质子层220表面的性质发生一定的改变即可。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层220的材料为钛氧化物，其中，所述钛氧化物中钛与氧的配比本实施例不作限定。所述第一高k介质子层220的厚度可以为10埃～50埃。

接着，在所述第一高k介质子层220上形成第一高k介质子层221。在本申请实施例中，由于所述第一高k介质子层221是所述第一高k介质层22中的最后一层高k介质子层，通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成第一高k介质子层后，既可以对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理，也可以不对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层221的材料为钛氧化物，其中，所述钛氧化物中钛与氧的配比本实施例不作限定。进一步的，所述第一高k介质子层221中钛与氧的配比与所述第一高k介质子层220中钛与氧的配比可以相同也可以不相同。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层221的厚度可以为10埃～50埃。

在申请实施例中，接着，在所述第一高k介质子层221上形成第二高k介质层23。其中，所述第二高k介质层23可通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成，其材料可以为钽氧化物、铪氧化物、钛氧化物、锆氧化物或者镧氧化物等，其厚度可以为10埃～200埃。

接着，在所述第二高k介质层23上形成第二氧化层24，所述第二氧化层24的材料可以为氧化硅。具体的，所述第二氧化层24可以通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)等半导体工艺形成。

在本申请实施例中，通过第一高k介质层包括多层第一高k介质子层，相邻两层第一高k介质子层之间界面不连续，由此能够提高耦合效应及抑制晶粒成长，很好的将半导体衬底中的游离负电荷固定于第一氧化层和第一高k介质层之间的界面，将半导体衬底中的游离正电荷固定于半导体衬底和第一氧化层之间的界面，从而很好的降低漏电流，进一步改善/避免亮点问题。

【实施例三】

请参考图5，其为本发明实施例三的cmos图像传感器的结构示意图。如图5所示，在本申请实施例中，所述cmos图像传感器3包括：半导体衬底30、形成于所述半导体衬底30上的第一氧化层31、形成于所述第一氧化层31上的第一高k介质层32、形成于所述第一高k介质层32上的第二高k介质层33及形成与所述第二高k介质层33上的第二氧化层34；其中，所述第一高k介质层32包括多层第一高k介质子层，相邻两层第一高k介质子层之间界面不连续；所述第二高k介质层33包括多层第二高k介质子层，相邻两层第二高k介质子层之间界面不连续。在此，所述第一高k介质层32包括两层第一高k介质子层，分别为第一高k介质子层320及第一高k介质子层321；所述第二高k介质层33包括两层第二高k介质子层，分别为第二高k介质子层330及第二高k介质子层331。

具体的，首先提供半导体衬底30。较佳的，所述半导体衬底30为硅衬底。进一步的，所述半导体衬底30中形成有光电二极管(pd)及一些控制电路等。

接着，在所述半导体衬底30上形成第一氧化层31，其中，所述第一氧化层31的材料可以为氧化硅。具体的，所述第一氧化层31可以通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)等半导体工艺形成。

请继续参考图5，在本申请实施例中，接着，在所述第一氧化层31上形成第一高k介质子层320。具体的，可先通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成第一高k介质子层，同时，对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理。其中，所述半导体工艺处理包括：退火工艺、氧化工艺或者等离子体处理工艺等工艺。其目的是改变所述第一高k介质子层320表面的性质，从而与后续形成的第一高k介质子层321界面不连续。因此，可以采用任意一种半导体处理工艺，其只要能够使得所述第一高k介质子层320表面的性质发生一定的改变即可。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层320的材料为铪氧化物，其中，所述铪氧化物中铪与氧的配比本实施例不作限定。所述第一高k介质子层320的厚度可以为10埃～50埃。

接着，在所述第一高k介质子层320上形成第一高k介质子层321。在本申请实施例中，由于所述第一高k介质子层321是所述第一高k介质层32中的最后一层高k介质子层，通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成第一高k介质子层后，既可以对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理，也可以不对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层321的材料为铪氧化物，其中，所述铪氧化物中铪与氧的配比本实施例不作限定。进一步的，所述第一高k介质子层321中铪与氧的配比与所述第一高k介质子层320中铪与氧的配比可以相同也可以不相同。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层321的厚度可以为10埃～50埃。

在申请实施例中，接着，在所述第一高k介质子层321上形成第二高k介质层33。具体的，在所述第一高k介质子层321上形成第二高k介质子层330。具体的，可先通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成第二高k介质子层，同时，对所述第二高k介质子层进行半导体工艺处理。其中，所述半导体工艺处理包括：退火工艺、氧化工艺或者等离子体处理工艺等工艺。其目的是改变所述第二高k介质子层330表面的性质，从而与后续形成的第二高k介质子层331界面不连续。因此，可以采用任意一种半导体处理工艺，其只要能够使得所述第二高k介质子层330表面的性质发生一定的改变即可。在本申请实施例中，所述第二高k介质子层330的材料为钽氧化物，其中，所述钽氧化物中钽与氧的配比本实施例不作限定。所述第二高k介质子层330的厚度可以为10埃～50埃。

接着，在所述第二高k介质子层330上形成第二高k介质子层331。在本申请实施例中，由于所述第二高k介质子层331是所述第二高k介质层33中的最后一层高k介质子层，通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成第二高k介质子层后，既可以对所述第二高k介质子层进行半导体工艺处理，也可以不对所述第二高k介质子层进行半导体工艺处理。在本申请实施例中，所述第二高k介质子层331的材料为钽氧化物，其中，所述钽氧化物中钽与氧的配比本实施例不作限定。进一步的，所述第二高k介质子层331中铪与氧的配比与所述第二高k介质子层330中钽与氧的配比可以相同也可以不相同。在本申请实施例中，所述第二高k介质子层331的厚度可以为10埃～50埃。

接着，在所述第二高k介质层33上(也即在所述第二高k介质子层331上)形成第二氧化层34，所述第二氧化层34的材料可以为氧化硅。具体的，所述第二氧化层34可以通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)等半导体工艺形成。

在本申请实施例中，通过第一高k介质层包括多层第一高k介质子层，相邻两层第一高k介质子层之间界面不连续；第二高k介质层包括多层第二高k介质子层，相邻两层第二高k介质子层之间界面不连续，由此能够提高耦合效应及抑制晶粒成长，很好的将半导体衬底中的游离负电荷固定于第一氧化层和第一高k介质层之间的界面，将半导体衬底中的游离正电荷固定于半导体衬底和第一氧化层之间的界面，从而很好的降低漏电流，进一步改善/避免亮点问题。

【实施例四】

请参考图6，其为本发明实施例四的cmos图像传感器的结构示意图。如图6所示，在本申请实施例中，所述cmos图像传感器4包括：半导体衬底40、形成于所述半导体衬底40上的第一氧化层41、形成于所述第一氧化层41上的第二高k介质层43、形成于所述第二高k介质层43上的第一高k介质层42及形成与所述第一高k介质层42上的第二氧化层44；其中，所述第一高k介质层42包括多层第一高k介质子层，相邻两层第一高k介质子层之间界面不连续。在此，所述第一高k介质层42包括两层第一高k介质子层，分别为第一高k介质子层420及第一高k介质子层421。

具体的，首先提供半导体衬底40。较佳的，所述半导体衬底40为硅衬底。进一步的，所述半导体衬底40中形成有光电二极管(pd)及一些控制电路等。

接着，在所述半导体衬底40上形成第一氧化层41，其中，所述第一氧化层41的材料可以为氧化硅。具体的，所述第一氧化层41可以通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)等半导体工艺形成。

在本申请实施例中，接着，在所述第一氧化层41上形成第二高k介质层43。其中，所述第二高k介质层43可通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成，其材料可以为钽氧化物、铪氧化物、钛氧化物、锆氧化物或者镧氧化物等，其厚度可以为10埃～200埃。

请继续参考图6，在本申请实施例中，接着，在所述第二高k介质层43上形成第一高k介质子层420。具体的，可先通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成第一高k介质子层，同时，对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理。其中，所述半导体工艺处理包括：退火工艺、氧化工艺或者等离子体处理工艺等工艺。其目的是改变所述第一高k介质子层420表面的性质，从而与后续形成的第一高k介质子层421界面不连续。因此，可以采用任意一种半导体处理工艺，其只要能够使得所述第一高k介质子层420表面的性质发生一定的改变即可。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层420的材料为铪氧化物，其中，所述铪氧化物中铪与氧的配比本实施例不作限定。所述第一高k介质子层420的厚度可以为10埃～50埃。

接着，在所述第一高k介质子层420上形成第一高k介质子层421。在本申请实施例中，由于所述第一高k介质子层421是所述第一高k介质层42中的最后一层高k介质子层，通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)形成第一高k介质子层后，既可以对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理，也可以不对所述第一高k介质子层进行半导体工艺处理。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层421的材料为铪氧化物，其中，所述铪氧化物中铪与氧的配比本实施例不作限定。进一步的，所述第一高k介质子层421中铪与氧的配比与所述第一高k介质子层420中铪与氧的配比可以相同也可以不相同。在本申请实施例中，所述第一高k介质子层421的厚度可以为10埃～50埃。在本申请的其他实施例中，所述第一高k介质层42(包括第一高k介质子层420和第一高k介质子层421)也可以是钽氧化物、钛氧化物、锆氧化物或者镧氧化物等其他高k介质材料。

接着，在所述第一高k介质层42上(也即在所述第一高k介质子层421上)形成第二氧化层44，所述第二氧化层44的材料可以为氧化硅。具体的，所述第二氧化层44可以通过化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)等半导体工艺形成。

在本申请实施例中，通过第一高k介质层包括多层第一高k介质子层，相邻两层第一高k介质子层之间界面不连续，由此能够提高耦合效应及抑制晶粒成长，很好的将半导体衬底中的游离负电荷固定于第一氧化层和第一高k介质层之间的界面，将半导体衬底中的游离正电荷固定于半导体衬底和第一氧化层之间的界面，从而很好的降低漏电流，进一步改善/避免亮点问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。