CN106331541B - 可收集寄生光生电荷的图像传感器 - Google Patents

可收集寄生光生电荷的图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN106331541B
CN106331541B CN201610828604.4A CN201610828604A CN106331541B CN 106331541 B CN106331541 B CN 106331541B CN 201610828604 A CN201610828604 A CN 201610828604A CN 106331541 B CN106331541 B CN 106331541B
Authority
CN
China
Prior art keywords
memory node
parasitic
protection zone
photogenerated charge
imaging sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610828604.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106331541A (zh
Inventor
王欣洋
周春平
宫辉力
李小娟
周泉
武大猷
郭姣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Capital Normal University
Original Assignee
Capital Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Capital Normal University filed Critical Capital Normal University
Priority to CN201610828604.4A priority Critical patent/CN106331541B/zh
Publication of CN106331541A publication Critical patent/CN106331541A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106331541B publication Critical patent/CN106331541B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/767—Horizontal readout lines, multiplexers or registers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及一种可收集寄生光生电荷的图像传感器，该传感器包括衬底及生长在衬底上的存储节点；所述衬底上靠近存储节点寄生p‑n结的区域生长保护区；存储节点和保护区均为n+型半导体，保护区接高电位。本发明在衬底上靠近存储节点寄生p‑n结的区域制作保护区，当漏光照射存储节点产生寄生光生电荷时，靠近保护区的p‑n结产生的寄生光生电荷会被连接高电位的n+型半导体保护区收集，减少了进入存储节点的寄生光生电荷，从而避免了信号失真，提高了图像传感器的感光灵敏度。

Description

可收集寄生光生电荷的图像传感器
技术领域
本发明属于全局曝光图像传感器感测技术领域，涉及一种可收集寄生光生电荷的图像传感器。
背景技术
图像传感器是一种高集成度和高光灵敏度的固态光学成像器件，其工作原理如图1所示：光线照射光电二极管产生光电效应，传感器将光学信号转化为信号电荷并转移到存储节点处寄存。但在工艺制作中，存储节点上不可避免的存在寄生p-n结，当光照射寄生p-n结产生寄生光生电荷，这种寄生光生电荷与处于存储状态的信号电荷累加而导致信号失真，从而使图像传感器的寄生感光灵敏度增大。因此需要对寄生p-n结产生的光生电荷进行收集。
为了抑制寄生p-n结上的光生电荷效应，通常采用遮挡光线照射的方式保护存储节点，如在p-n结表层镀金属层以避免光线垂直照射节点，但这种方式仍无法避免光线透过表层金属间隙入射半导体，同时由于过多的表层金属遮挡会降低图像传感器的像素填充效率，因此表面能够应用于遮挡光线的区域很小，这就需要新的技术来抑制存储节点上寄生光电效应的产生。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效收集寄生光生电荷，降低寄生感光灵敏度的可收集寄生光生电荷的图像传感器。
为了解决上述技术问题，本发明的可收集寄生光生电荷的图像传感器电荷包括衬底及生长在衬底上的存储节点，其特征在于所述衬底上靠近存储节点寄生p-n结的区域生长保护区；存储节点和保护区均为n+型半导体，保护区接高电位。
所述的保护区由多个保护柱组成，多个保护柱均匀分布在存储节点周围。
所述的保护区由多个保护柱组成，多个保护柱沿平行于存储节点长度的方向均匀分布。
所述保护柱为正方形，其边长一般在0.1～60μm之间，相邻保护柱之间的中心距离t在0.1-0.56μm之间，保护柱与存储节点4之间的间隙w在0.1μm-0.56μm之间。
所述的保护区三面围绕存储节点形成保护开环。
所述的保护区平行于存储节点的长度方向形成保护层。
本发明在衬底上靠近存储节点寄生p-n结的区域制作保护区，当漏光照射存储节点产生寄生光生电荷时，靠近保护区的p-n结产生的寄生光生电荷会被连接高电位的n+型半导体保护区收集，减少了进入存储节点的寄生光生电荷，从而避免了信号失真，提高了图像传感器的信噪比。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明
图1是现有技术的图像传感器寄生光生电荷干扰示意图。
图2是本发明的可收集寄生光生电荷的图像传感器电荷存储结构剖面图。
图3是典型5T像素架构的全局曝光图像传感器电路原理图。
图4是本发明实施例1的结构示意图。
图5是本发明实施例2的结构示意图。
图6是本发明实施例3的结构示意图。
图7是本发明实施例4的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，现有的图像传感器一般包括衬底1和制作于衬底1上的光电二极管2、信号转移栅3和存储节点4。光电二极管2产生的信号电荷经信号转移栅3转移到存储节点4处寄存。存储节点4上存在的寄生p-n结产生寄生光生电荷，这种寄生光生电荷与处于存储状态的信号电荷累加而导致信号失真，从而使图像传感器的寄生感光灵敏度增大。
如图2所示，本发明的可收集寄生光生电荷的图像传感器电荷存储结构包括衬底1及制作于衬底1上的存储节点4。所述衬底1上靠近存储节点4寄生p-n结的区域制作有保护区6；存储节点4和保护区6均为n+型半导体，保护区6接高电位VDD。当漏光照射存储节点4产生寄生光生电荷5时，靠近保护区6的p-n结产生的寄生光生电荷5会被连接高电位VDD的n+型半导体保护区6收集。
下面以典型5-T像素架构的图像传感器为例加以具体说明。
如图3和图4所示，典型5-T像素架构工作原理如下：
首先图像传感器先关闭所有像素的TX2管和TX1管进行整体曝光，同时关闭复位管RST和打开SEL管(即行选开关)采集复位信号。当曝光完成以后，先打开TX1管将光生信号电荷输运到存储节点FD处寄存。电荷输运完成后关闭TX1管，同时存储节点FD存储的光生信号电荷通过SF管转化为电压信号，并由SEL管通过列地址总线逐行读出采集的信号电压，通过两次信号的相减得到像素值。由于光生信号电荷传输完毕后通过打开TX2管就可以使光电二极管PPD进行复位，这使得5T像素架构的图像传感器有更高的帧转移速率。整个传输过程中，光生信号电荷在存储节点FD处要先寄存后读出，因此为了减少存储过程中寄生光电荷的干扰，需要围绕存储节点FD生长保护区。
实施例1
如图4所示，衬底1上生长的保护区由多个正方形保护柱61组成，多个正方形保护柱61三面围绕分布在存储节点FD周围；各正方形保护柱61上打金属接触孔611，通过金属接触孔611接高电位VDD；存储节点FD和正方形保护柱61均为n+型半导体。
根据标准逻辑电路设计工艺，所述正方形保护柱61的边长l在0.1～60μm之间，相邻正方形保护柱61之间的中心距离t在0.1-0.56μm之间，正方形保护柱61与存储节点4之间的间隙w在0.1-0.56μm之间。
实施例2
如图5所示，衬底上生长的保护区由多个正方形保护柱61组成，多个正方形保护柱61沿平行于存储节点4长度的方向均匀分布；各正方形保护柱61上打金属接触孔611，通过金属接触孔611接高电位VDD；存储节点FD和正方形保护柱61均为n+型半导体。
所述正方形保护柱61的边长l为0.42μm，相邻正方形保护柱61之间的中心距离t在0.1-0.56μm之间，保护柱61与存储节点4之间的间隙w在0.1-0.56μm之间。
实施例3
如图6所示，衬底1上三面围绕存储节点4生长n+型半导体形成保护开环62。保护开环62上打金属接触孔621，通过金属接触孔621接高电位VDD；保护开环62的横截面为长方形；存储节点FD和保护开环62均为n+型半导体。
实施例4
如图7所示，衬底1上生长的保护区平行于存储节点长度的方向形成保护层63，保护层63的横截面为长方形；保护层63上打金属接触孔631，通过金属接触孔631接高电位VDD；存储节点FD和保护层63均为n+型半导体。
实施例3、4中保护开环62和保护层63与存储节点FD易产生寄生电容效应，同时过大的有源区容易和其它器件发生导通，而实施例1、2中采用多个正方形保护柱形成保护区，能够有效降低保护区与存储节点FD之间的电容效应，同时正方形保护柱可以更灵活的插放在FD的周围。
实施例1、2中还可以采用其他形状的保护柱代替正方形保护柱，例如根据设计规则设计为长方形或截角八边形。实施例3、4中保护开环62和保护层63的横截面也可以采用其他形状，如梯形等。

Claims (3)

1.一种可收集寄生光生电荷的图像传感器，包括衬底(1)及生长在衬底(1)上的存储节点(4)，其特征在于所述衬底(1)上靠近存储节点(4)寄生p-n结的区域生长保护区(6)；存储节点(4)和保护区(6)均为n+型半导体，保护区(6)接高电位；保护区(6)由多个保护柱组成；保护柱为正方形，其边长在0.1-60um之间，相邻保护柱之间的间隙t在0.1-0.56um之间，保护柱与存储节点(4)之间的间隙w在0.1-0.56um之间。
2.根据权利要求1所述的可收集寄生光生电荷的图像传感器，其特征在于所述的多个保护柱三面围绕存储节点(4)形成保护开环。
3.根据权利要求1所述的可收集寄生光生电荷的图像传感器，其特征在于所述的保护区(6)平行于存储节点(4)的长度方向形成保护层。
CN201610828604.4A 2016-09-18 2016-09-18 可收集寄生光生电荷的图像传感器 Active CN106331541B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610828604.4A CN106331541B (zh) 2016-09-18 2016-09-18 可收集寄生光生电荷的图像传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610828604.4A CN106331541B (zh) 2016-09-18 2016-09-18 可收集寄生光生电荷的图像传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106331541A CN106331541A (zh) 2017-01-11
CN106331541B true CN106331541B (zh) 2019-06-21

Family

ID=57786770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610828604.4A Active CN106331541B (zh) 2016-09-18 2016-09-18 可收集寄生光生电荷的图像传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106331541B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102695001A (zh) * 2012-05-28 2012-09-26 昆山锐芯微电子有限公司 图像传感器
CN102769016A (zh) * 2012-08-14 2012-11-07 北京大学 一种抗辐射的cmos器件及其制备方法
CN103828052A (zh) * 2011-09-02 2014-05-28 金勳 图像传感器的单位像素及其光电探测器
CN103839978A (zh) * 2012-11-23 2014-06-04 中国科学院微电子研究所 一种中高压沟槽型功率器件的终端结构及其制作方法
CN103930993A (zh) * 2011-09-02 2014-07-16 金勳 图像传感器的单位像素及其光电探测器
CN206136103U (zh) * 2016-09-18 2017-04-26 首都师范大学 低寄生感光灵敏度全局曝光图像传感器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103828052A (zh) * 2011-09-02 2014-05-28 金勳 图像传感器的单位像素及其光电探测器
CN103930993A (zh) * 2011-09-02 2014-07-16 金勳 图像传感器的单位像素及其光电探测器
CN102695001A (zh) * 2012-05-28 2012-09-26 昆山锐芯微电子有限公司 图像传感器
CN102769016A (zh) * 2012-08-14 2012-11-07 北京大学 一种抗辐射的cmos器件及其制备方法
CN103839978A (zh) * 2012-11-23 2014-06-04 中国科学院微电子研究所 一种中高压沟槽型功率器件的终端结构及其制作方法
CN206136103U (zh) * 2016-09-18 2017-04-26 首都师范大学 低寄生感光灵敏度全局曝光图像传感器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《高性能CMOS图像传感器设计技术研究》;裴志军;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》;20040601;全文

Also Published As

Publication number Publication date
CN106331541A (zh) 2017-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN205959983U (zh) 图像传感器及处理器系统
TWI407555B (zh) 背面受光影像感測器及其控制方法
TWI570903B (zh) 隔離的全域快門像素儲存結構
CN205992953U (zh) 图像传感器和图像传感器系统
KR101694550B1 (ko) 픽셀 및 이를 포함하는 이미징 어레이 및 방사선 이미징 시스템
CN102164250B (zh) 具有改良式黑电平校准的图像传感器
US8405180B2 (en) Solid-state imaging device, method of making the same, and imaging apparatus
US9478579B2 (en) Stacked chip image sensor with light-sensitive circuit elements on the bottom chip
CN103094292B (zh) 用于提供图像传感器像素中的经改进全阱容量的方法、设备及系统
US20090200624A1 (en) Circuit and photo sensor overlap for backside illumination image sensor
CN104425535A (zh) 固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备
CN106463457A (zh) 具有浮动扩散部互连部电容器的图像传感器
US10536659B2 (en) Solid-state image capturing element, manufacturing method therefor, and electronic device
KR101703746B1 (ko) 빛 샘 보상을 하는 단위이미지센서, 상기 단위이미지센서로 구현된 이미지센서어레이 및 상기 이미지센서어레이의 빛 샘 보상방법
JP2013055252A (ja) 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
CN103905748A (zh) 三维架构的超高清cmos图像传感器像素电路及其控制方法
US20210013254A1 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP2015082510A (ja) 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
CN106331541B (zh) 可收集寄生光生电荷的图像传感器
CN206136103U (zh) 低寄生感光灵敏度全局曝光图像传感器
JP2013168546A (ja) 撮像素子および製造方法、並びに電子機器
CN105681695B (zh) 一种cmos图像传感器像素电路及其控制方法
CN104465690A (zh) 版图、像素单元结构及其制备方法
CN101090127B (zh) Mos图像传感器集成电路
TWI677085B (zh) 用於影像感測器之晶片級封裝

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant