[发明专利]一种高密度多层堆叠MIM电容器及像素电路与成像装置

说明书

本发明涉及一种高密度多层堆叠MIM电容器及像素电路与成像装置。该高密度多层堆叠MIM电容器包括：至少两层下电极板层；至少一层上电极板层，每层上电极板层位于相邻两层下电极板层之间；至少两层介质层，每层介质层位于相邻的下电极板层和上电极板层之间；至少一个下极板金属通孔，每个下极板金属通孔至少连接一层下电极板层；至少一个上极板金属通孔，每个上极板金属通孔至少连接一层上电极板层；至少一层下电极板层包括下极板互连金属层结构，下极板互连金属层包括两层金属氮化物层及其间内夹的金属板层，金属板层设置有多个沟槽，金属板层上表面的金属氮化物层具有与沟槽相应的沟槽形貌。该MIM电容器能够成倍提高单位面积的电容值。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种高密度多层堆叠MIM电容器及像素电路与成像装置。

背景技术

CMOS图像传感器(CIS)是将光学图像转变为数字图像输出的半导体装置。为了实现能与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，CMOS图像传感器应用了有源像素。同时，CMOS图像传感器采用CMOS集成电路工艺，将像素阵列光敏结构和其他CMOS模拟、数字电路集成到同一块芯片上，高度集成不但减少整机芯片数量，降低整机功耗和封装成本，而且芯片内部直接信号连接还有利于信号传输的质量和速度，从而提高图像转换的质量。近年来，CMOS图像传感器一方面进一步向着“更快、更小、更轻、更便宜”的发展方向不断发展，另一方面，消费者对图像质量的要求也越来越高。

决定CMOS图像传感器的图像质量关键一是暗电流，二是动态范围。CMOS图像传感器的动态范围由光电二极管PD所能够累积的电荷数量决定。但是由于电荷转换成电压信号时，可以检测到的电荷数量又取决于浮动扩散区FD的电压幅度及电容，因此浮动扩散区FD的电压幅度及电容决定了图像传感器的实际动态范围，电容值越大图像的质量越高。

金属-绝缘体-金属(MIM)电容是传统CMOS工艺通常采用的一种用于存储光生电荷的电容，其电容值大小与其面积成正比，但如果增加存储电容面积则需要减小光电二极管的感光面积，就会降低像素单元的灵敏度。

因此，如何在不影响光电二极管感光面积，不增加存储电容面积的条件下，增加MIM电容器的电容值，是目前业界急需解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高密度多层堆叠MIM电容器及像素电路与成像装置。该高密度多层堆叠MIM电容器能够在不增加器件面积的条件下成倍提高电容值。

为了实现前述目的，本发明提供一种高密度多层堆叠MIM电容器，其包括：

至少两层下电极板层；

至少一层上电极板层，每层上电极板层位于相邻两层下电极板层之间；

至少两层介质层，每层介质层位于相邻的下电极板层和上电极板层之间；

至少一个下极板金属通孔，每个下极板金属通孔中均设置有外连电极，每个下极板金属通孔至少连接一层下电极板层，且全部下极板金属通孔连接至同一个下极板外连线；

至少一个上极板金属通孔，每个上极板金属通孔中均设置有外接电极，每个上极板金属通孔至少连接一层上电极板层，且全部上极板金属通孔连接至同一个上极板外连线；

其中，至少一层下电极板层包括下极板互连金属层结构，所述下极板互连金属层包括两层金属氮化物层及其间内夹的金属板层，所述金属板层设置有多个沟槽，所述金属板层上表面的金属氮化物层具有与所述沟槽相应的沟槽形貌。