CN112614861A - 图像传感器的版图结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种图像传感器的版图结构,包括:阱区,呈十字形以划分出4个子区域;若干像素区域,每个所述像素区域包括4个沿所述像素区域的中心旋转对称的子像素区域,4个所述子像素区域分别位于一个所述子区域内,每个所述子像素区域呈凹字形且凹陷处为浅沟槽结构区域,所述浅沟槽结构区域将所述子像素区域分隔为光电二极管区域及晶体管区域,所述晶体管区域位于所述光电二极管区域的外围。本发明解决了现有技术中图像传感器的像素区域中的暗电流的问题。

Description

图像传感器的版图结构
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,尤其涉及一种图像传感器的版图结构。
背景技术
图像传感器广泛应用于手机摄像、工业检测、安防等领域,而暗电流限制了图像传感器的光学性能,造成更大的噪声。光电二极管作为光电转换器件,可应用于图像传感器中,图像传感器的基本单元称为像素,一个像素由1个光电二极管和3个或4个晶体管构成,3个或4个晶体管称为3T管或4T管,简称为3T类型或4T类型的图像传感器。其中,光电二极管用于将光信号转换成相应的电流信号,而晶体管用于读取光电二极管转换的电流信号。
在现有技术中,图像传感器具有若干像素区域,每个像素区域具有若干子像素区域,暗电流主要的来源是子像素区域之间或子像素区域中的光电二极管区域与晶体管区域的浅沟槽隔离工艺引发缺陷,浅沟槽结构是对不同的子像素区域进行隔离以减少串扰,光电二极管区域与晶体管区域的浅沟槽结构是防止噪声干扰,若浅沟槽侧壁有缺陷会产生隔离问题导致暗电流,且使用浅沟槽结构的面积较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像传感器的版图结构,以解决现有技术中图像传感器的像素区域中的暗电流的问题。
为了达到上述目的,本发明提供了一种图像传感器的版图结构,包括:
阱区,呈十字形以划分出4个子区域;
若干像素区域,每个所述像素区域包括4个沿所述像素区域的中心旋转对称的子像素区域,4个所述子像素区域分别位于一个所述子区域内,每个所述子像素区域呈凹字形且凹陷处为浅沟槽结构区域,所述浅沟槽结构区域将所述子像素区域分隔为光电二极管区域及晶体管区域,所述晶体管区域位于所述光电二极管区域的外围。
可选的,所述阱区包括横向的第一阱区及竖向的第二阱区,所述第一阱区和所述第二阱区交叉构成十字形,所述第一阱区的两端接触所述浅沟槽结构区域,所述第二阱区贯穿所述子像素区域。
可选的,所述光电二极管区域的相邻两边与所述阱区接触。
可选的,所述阱区的掺杂类型为P型掺杂或N型掺杂。
可选的,竖向相邻的两个所述子像素区域的浅沟槽结构区域连通。
可选的,所述浅沟槽结构区域将竖向相邻的两个所述晶体管区域隔开。
可选的,所述晶体管区域与所述光电二极管区域连通。
可选的,所述晶体管区域中形成有3个晶体管或4个晶体管,所述光电二极管区域中形成有一个光电二极管。
可选的,所述晶体管区域中的其中一个所述晶体管与所述光电二极管连接。
可选的,所述晶体管为MOS管。
在本发明提供的一种图像传感器的版图结构中,包括阱区且呈十字形以划分出4个子区域;还包括若干像素区域,每个像素区域包括4个沿像素区域的中心旋转对称的子像素区域,4个子像素区域分别位于一个子区域内,每个子像素区域呈凹字形且凹陷处为浅沟槽结构区域,浅沟槽结构区域将子像素区域分隔为光电二极管区域及晶体管区域,晶体管区域位于光电二极管区域的外围;本发明十字形的阱区将4个子像素区域隔离分开,能够避免不同子像素区域之间的信号串扰,通过在光电二极管区域和晶体管区域之间布置浅沟槽结构区域将光电二极管区域和晶体管区域隔离分开,避免晶体管区域带来噪声干扰;本发明采用的组合隔离方式,保证了4个子像素区域之间及光电二极管区域和晶体管区域之间隔离的完整性,避免隔离缺陷导致像素区域之间产生暗电流,且本发明的隔离方式布置紧凑形成的像素区域的面积较小。
附图说明
图1为一种图像传感器的版图结构示意图;
图2为本发明一实施例提供的图像传感器的版图结构示意图;
其中,附图标记为:
110、210-像素区域;120、220-子像素区域;130、230-浅沟槽结构区域;240-阱区;201-光电二极管;202-第一MOS管;203-第二MOS管;204-第三MOS管;205-第四MOS管;206-有源区。
具体实施方式
请参考图1,在现有技术中,图像传感器的版图结构包括若干像素区域110,每个像素区域110包括4个子像素区域120,图1中,4个子像素区域120分别为PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域,在4个子像素区域120之间空白部分为浅沟槽结构区域130,在现有技术中,4个子像素区域120顺序排列,每个子像素区域120包括光电二极管区域及晶体管区域,在光电二极管区域及晶体管区域中采用浅沟槽结构区域130隔离;且在4个子像素区域120之间也采用浅沟槽结构区域130,只采用浅沟槽结构区域130存在两个问题,一是当浅沟槽结构区域130深度和宽度不够,若浅沟槽结构区域130出现缺陷,很容易在4个像素区域110之间产生暗电流,引起图像传感器的显示缺陷;而是当浅沟槽结构区域130深度和宽度足够,则浅沟槽结构区域130所占面积较大,会导致图像传感器的体积较大。
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述,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。
图2为本实施例提供的图像传感器的版图结构示意图,本实施例提供了一种图像传感器的版图结构,以解决现有技术中图像传感器的像素区域中的暗电流的问题,请参考图2,包括阱区及若干像素区域,其中阱区240呈十字形以划分出4个子区域。
每个像素区域210包括4个子像素区域220,4个子像素区域220沿像素区域210的中心旋转对称,且4个子像素区域220分别位于一个阱区240划分的子区域内,在图2中,4个子像素区域220分别为PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域,PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域构成一个像素区域210,一般一个子像素区域中的光电二极管点亮显示一种颜色,则PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域的光电二极管点亮显示颜色不同,比如红绿蓝黄;PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域都对应有一个信号通道,当选中PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域的不同通道,则点亮不同子像素区域中的光电二极管使子像素区域被点亮以显示不同的颜色,图像传感器中具有若干像素区域210,以显示完整的图像。
每个像素区域210均包括一个光电二极管区域和一个晶体管区域,每个子像素区域220中的光电二极管区域包括一个光电二极管201,每个子像素区域220中的晶体管区域中包括3个晶体管或4个晶体管,晶体管的个数由图像传感器的制造参数而定。在本实施例中,每个子像素区域220中的晶体管区域中包括4个晶体管,通过4个晶体管和光电二极管来完成光电信号的收集与传递。晶体管为MOS管,4个晶体管分别为第一MOS管202、第二MOS管203、第三MOS管204和第四MOS管205。在本实施例中,第一MOS管202为转移管,第二MOS管203为复位管,第三MOS管204为源极跟随管,第四MOS管205为选择管。子像素的工作原理是第一步打开转移管和复位管,对光电二极管做放电预处理;第二步关闭转移管和复位管,通过光电效应让光电二极管充分收集光信号并转化为电信号;第三步打开复位管,让浮动扩散区释放残余电荷;第四步关闭复位管,打开转移管,让光电子从光电二极管抽取到浮动扩散区中,第五步通过源极跟随管将电荷转化成电压进行放大,然后通过选择管选择通道输出。
在本实施例中,每个子像素区域220均呈凹字形,其中晶体管区域位于光电二极管区域的外围。由于第一MOS管202为转移管,转移管与光电二极管201有电连接关系,因此,晶体管区域与光电二极管区域连通,具体是第一MOS管202位于光电二极管区域的一角,其它三个MOS管整齐排列位于光电二极管区域的一侧,第二MOS管203、第三MOS管204和第四MOS管205的排列顺序不受限制,4个MOS管构成晶体管区域。每个子像素区域220的凹陷处为浅沟槽结构区域230,浅沟槽结构区域230将每个子像素区域220中的光电二极管区域及晶体管区域分隔开,具体是第二MOS管203、第三MOS管204和第四MOS管205与光电二极管201之间形成有浅沟槽结构区域230。由于光电二极管区域与晶体管区域易产生噪音干扰,所以需要将晶体管区域和光电二极管区域隔离,晶体管区域用于形成晶体管,而晶体管形成所占的结构区域较小,通过合适深度和宽度的浅沟槽结构区域230能够将光电二极管区域与晶体管区域隔离。第一MOS管202、第二MOS管203、第三MOS管204、第四MOS管205和光电二极管201均形成于有源区206中。
具体的,像素区域210的版图结构是PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域沿像素区域210的中心旋转对称,且PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域分别位于一个阱区240划分的子区域内。将PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域中的发光二极管区域的相邻两边与阱区240接触,使PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域中的晶体管区域位于两侧,具体是其中PD1区域和PD3区域的晶体管区域中的晶体管位于PD1区域和PD3区域的一侧,PD2区域和PD4区域的晶体管区域中的晶体管位于PD2区域和PD4区域的一侧;并且竖向相邻的两个子像素区域的浅沟槽结构区域230连通,具体是PD1区域和PD3区域的一侧的浅沟槽结构区域230连通,PD2区域和PD4区域的一侧的浅沟槽结构区域230连通。浅沟槽结构区域230将竖向相邻的两个晶体管区域隔开,具体是PD1区域和PD3区域的两个晶体管区域为竖向相邻的两个晶体管区域,浅沟槽结构区域230将PD1区域和PD3区域的两个晶体管区域隔开;PD2区域和PD4区域的两个晶体管区域为竖向相邻的两个晶体管区域,浅沟槽结构区域230将PD2区域和PD4区域的两个晶体管区域隔开。上述布置方式使像素区域210的版图结构更加紧凑且整齐。
进一步地,阱区240包括横向的第一阱区及竖向的第二阱区,第一阱区和第二阱区交叉构成十字形。第一阱区的两端接触浅沟槽结构区域230,第二阱区贯穿子像素区域,具体是第一阱区贯穿PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域中的光电二极管区域与两侧的浅沟槽结构区域230接触,第二阱区贯穿PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域中的光电二极管区域,第一阱区和第二阱区交叉构成十字形,将PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域中的光电二极管区域完全隔离分开。因为PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域的显示颜色不一样,信号通道也不一样,为了避免串扰,采用十字形的阱区240将PD1区域、PD2区域、PD3区域及PD4区域隔离。在本实施例中,阱区240呈十字形,但不限于此,也可为其它形状。
在本实施例中,采用离子注入工艺对阱区240进行掺杂,掺杂的离子类型是P型离子形成P型阱区,是因为形成光电二极管一般在有源区中形成N型掺杂区,阱区240是为了隔离4个光电二极管的N型掺杂区,所以阱区的类型需要为P型,形成P型阱区能够良好的将4个光电二极管的N型掺杂区隔离。若在有源区中形成P型掺杂区,则通过N型阱区隔离,即掺杂的离子类型是N型离子形成N型阱区。
综上,在本发明提供的一种图像传感器的版图结构中,包括阱区且呈十字形以划分出4个子区域;还包括若干像素区域,每个像素区域包括4个沿像素区域的中心旋转对称的子像素区域,4个子像素区域分别位于一个子区域内,每个子像素区域呈凹字形且凹陷处为浅沟槽结构区域,浅沟槽结构区域将子像素区域分隔为光电二极管区域及晶体管区域,晶体管区域位于光电二极管区域的外围;本发明十字形的阱区将4个子像素区域隔离分开,能够避免不同子像素区域之间的信号串扰,通过在光电二极管区域和晶体管区域之间布置浅沟槽结构区域将光电二极管区域和晶体管区域隔离分开,避免晶体管区域带来噪声干扰;本发明采用的组合隔离方式,保证了4个子像素区域之间及光电二极管区域和晶体管区域之间隔离的完整性,避免隔离缺陷导致像素区域之间产生暗电流,且本发明的隔离方式布置紧凑形成的像素区域的面积较小。
上述仅为本发明的优选实施例而已,并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明的技术方案的范围内,对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动,均属未脱离本发明的技术方案的内容,仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像传感器的版图结构,其特征在于,包括:
阱区,呈十字形以划分出4个子区域;
若干像素区域,每个所述像素区域包括4个沿所述像素区域的中心旋转对称的子像素区域,4个所述子像素区域分别位于一个所述子区域内,每个所述子像素区域呈凹字形且凹陷处为浅沟槽结构区域,所述浅沟槽结构区域将所述子像素区域分隔为光电二极管区域及晶体管区域,所述晶体管区域位于所述光电二极管区域的外围。
2.如权利要求1所述的图像传感器的版图结构,其特征在于,所述阱区包括横向的第一阱区及竖向的第二阱区,所述第一阱区和所述第二阱区交叉构成十字形,所述第一阱区的两端接触所述浅沟槽结构区域,所述第二阱区贯穿所述子像素区域。
3.如权利要求2所述的图像传感器的版图结构,其特征在于,所述光电二极管区域的相邻两边与所述阱区接触。
4.如权利要求3所述的图像传感器的版图结构,其特征在于,所述阱区的掺杂类型为P型掺杂或N型掺杂。
5.如权利要求1所述的图像传感器的版图结构,其特征在于,竖向相邻的两个所述子像素区域的浅沟槽结构区域连通。
6.如权利要求1所述的图像传感器的版图结构,其特征在于,所述浅沟槽结构区域将竖向相邻的两个所述晶体管区域隔开。
7.如权利要求1所述的图像传感器的版图结构,其特征在于,所述晶体管区域与所述光电二极管区域连通。
8.如权利要求7所述的图像传感器的版图结构,其特征在于,所述晶体管区域中形成有3个晶体管或4个晶体管,所述光电二极管区域中形成有一个光电二极管。
9.如权利要求8所述的图像传感器的版图结构,其特征在于,所述晶体管区域中的其中一个所述晶体管与所述光电二极管连接。
10.如权利要求9所述的图像传感器的版图结构,其特征在于,所述晶体管为MOS管。
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