CN205542785U - 一种互补金属氧化物半导体图像传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种互补金属氧化物半导体图像传感器，包括硅衬底及在硅衬底上构造的像素单元阵列，相邻的像素单元之间设有隔离区域，隔离区域中设有溢出电子收集区，溢出电子收集区由被P型区域包围的N型注入区域构成；溢出电子收集区设有与电压连接的接触孔。利用本实用新型结构能够减少图像传感器的在光信号强的区域周围，产生的漏光和花屏现象。

Description

一种互补金属氧化物半导体图像传感器

技术领域

本实用新型属于半导体固态成像器件技术领域，具体涉及一种互补金属氧化物半导体图像传感器。

背景技术

互补金属氧化物图像传感器因其制造工艺与信号处理芯片等制造工艺相兼容，易于集成片上系统，同时功耗相较于电荷耦合器件类传感器有较大优势，图像处理降噪算法可以提高信噪比，因此已在图像传感器应用领域占有优势地位。

图像传感器的像素在光照较强的区域，产生足够的光生电子和电子空穴对，使得光电二极管饱和。这时光电二极管无耗尽区电场，后续入射的光信号产生的电子空穴对，部分会复合，而部分电子会通过扩散，从而到达该像素区域范围以外，形成溢出电子。从而反映在最终的图像上，在光信号强的区域周围出现漏光和花屏现象。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种互补金属氧化物半导体图像传感器，能够减少图像传感器的在光信号强的区域周围，产生的漏光和花屏现象。

本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种互补金属氧化物半导体图像传感器，包括硅衬底及在硅衬底上构造的像素单元阵列，其特征在于：相邻的像素单元之间设有隔离区域，隔离区域中设有溢出电子收集区，溢出电子收集区由被P型区域包围的N型注入区域构成；溢出电子收集区设有与电压连接的接触孔。

按上述方案，所述的隔离区域为浅沟道槽隔离区域，深度为1000-5000埃，每个像素单元中设有光电二极管，P型区域位于N型注入区域与相邻的像素单元的光电二极管之间。

按上述方案，所述的隔离区域为P型离子注入隔离区域，每个像素单元中设有光电二极管或晶体管，P型区域位于N型注入区域与相邻的像素单元的光电二极管或晶体管之间。

按上述方案，所述的P型区域的深度为500-10000埃。

按上述方案，所述的电压为0.1-1.5V。

本实用新型的有益效果为：通过在隔离区域加入额外的溢出电子收集区域，通过接触孔连接电压，使得该区域连接到合适的电位，此结构使得在对满阱电子性能影响不大的情况下，只在光过强的区域，多余的电子能够被收集到，而在未饱和的像素区域，因为光电二极管或晶体管电势未达到零电位，从而在光电二极管或晶体管和溢出电子收集区域之间存在较大的势垒，而阻止了有效的信号光电子被溢出电子收集区域收集到；因此，利用本实用新型结构能够减少图像传感器的在光信号强的区域周围，产生的漏光和花屏现象。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图。

图2为本实用新型又一实施例的结构示意图。

图3为是本实用新型一实施例的像素单元的电势图。

图中：1-硅衬底，2-P阱，3-P型区域，4-N型注入区域，5-浅沟道槽隔离区域，6-接触孔，7-P型离子注入隔离区域。

具体实施方式

下面结合具体实例对本实用新型做进一步说明。

本实用新型提供了一种互补金属氧化物半导体图像传感器的像素结构，能够减少图像传感器的在光信号强的区域周围的漏光和花屏现象。以下分别进行详细说明。

本实用新型提供的互补金属氧化物半导体图像传感器像素结构为在有效的像素阵列中，通过在光电二极管之间加入额外的溢出电子收集区域，该溢出电子收集区域可以通过有源区来实现，也可以通过浅沟道槽隔离区域底部来实现。对于信号电荷为电子的情况，此区域为N型掺杂，周围被P型掺杂包围。通过接触孔连接，使得该区域连接到合适的电位，形成反型的P/N结。

一种互补金属氧化物半导体图像传感器，如图1所示，包括硅衬底1及在硅衬底1上构造的像素单元阵列，包括：光电二极管，复位晶体管，传输晶体管，源极跟随器晶体管等；相邻的像素单元之间设有隔离区域，隔离区域中设有溢出电子收集区，溢出电子收集区由被P型区域3包围的N型注入区域4构成；溢出电子收集区设有与电压连接的接触孔6。

如图1所示，所述的隔离区域为浅沟道槽隔离区域（STI：Shallow Trench Isolation）5，深度为1000-5000埃，每个像素单元中设有光电二极管，P型区域3位于N型注入区域4与相邻的像素单元的光电二极管之间。

在有的互补金属氧化物半导体图像传感器中，相邻像素间不存在浅沟道隔离（STI：Shallow Trench Isolation），采用的是纯的离子注入方式，形成势垒隔离；同时这种势垒隔离也可以作为像素内光电二极管和晶体管之间的隔离，如图2所示，所述的隔离区域为P型离子注入隔离区域7，每个像素单元中设有光电二极管或晶体管，P型区域3位于N型注入区域4与相邻的像素单元的光电二极管或晶体管之间。

优选的，所述的P型区域的深度为500-10000埃。

优选的，所述的电压为0.1-1.5V。

本实用新型一实施例的像素单元的电势图如图3所示，此结构使得在对像素单元满阱电子数性能影响不大的情况下，只在光照饱和的区域，多余的溢出电子能够被收集到。而在未饱和的像素区域，因为光电二极管电势未达到零电位，从而在光电二极管和溢出电子收集区域之间存在较大的势垒，而阻止了有效的信号光电子被溢出电子收集区域收集到。溢出电子收集区的电位可以根据N型和P型掺杂的浓度，以及整个工艺的热预算来考虑，范围通常在0.1~1.5v. 过大的偏压可能降低溢出电子收集区和光电二极管区的电子势垒，从而影响到周围像素的量子效率和满阱电子量。

其中一可选的制造方法包括：在硅衬底上先做浅沟道槽隔离区域刻蚀，然后在像素区域的浅沟道槽隔离区域内注入P型离子，如硼、氟化硼等，形成P阱2。再在浅沟道槽隔离区域内通过光刻形成溢出电子收集区，然后以离子注入的方式，同时掺杂N型离子，如砷，磷等元素。然后填充浅沟道槽隔离区域，再进行平坦化。接着是在衬底中做有源器件和无源器件，包括像素单元所需的光电二极管及操作像素所需的各晶体管。接下来的是接触孔刻蚀的阻挡层沉积, 通常为氮化硅，氮氧化硅或者两者的混合层。然后是金属前介质层的沉积和平坦化。溢出电子收集区域的接触孔可以通过单独的光刻蚀刻过程实现。

上述可选的制造方法只是一种选择，在根据本发明的结构和方案本意下，可以在半导体制造工艺的合适步骤进行N型和P型的离子注入。同时在溢出电子收集区域的接触孔的形成上，也可以采取先将金属前介质层沉积前的阻挡层先打开，然后做金属前介质层的沉积和平坦化，这样借助优化的接触孔干法蚀刻的高选择比，溢出电子收集区域的接触孔可以和通常的接触孔采用相同步骤的光刻蚀刻过程实现。

从技术方案可以看出，在溢出电子收集区和光电二极管的离子掺杂分别是N型、P型、N型。光电二极管的收集光信号电子的过程，就是光电二极管的电势从耗尽电势Vpin到零电势的过程。如在溢出电子收集区给一定的正电势，在溢出电子收集区和光电二极管区域之间，就存在一定的电子势垒。当光电二极管区域未饱和时，电势为正，电子电势能较周围低，电子仍然被光电二极管收集；当光电二极管区域饱和时，溢出电子收集区和光电二极管区域之间电子势垒消失或接近于零。多余电子溢出，并被溢出电子收集区所收集，从而减少电子扩散，而被周围像素捕获到，从而形成漏光或者花屏。

Claims (5)

1.一种互补金属氧化物半导体图像传感器，包括硅衬底及在硅衬底上构造的像素单元阵列，其特征在于：相邻的像素单元之间设有隔离区域，隔离区域中设有溢出电子收集区，溢出电子收集区由被P型区域包围的N型注入区域构成；溢出电子收集区设有与电压连接的接触孔。

2.根据权利要求1所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于：所述的隔离区域为浅沟道槽隔离区域，深度为1000-5000埃，每个像素单元中设有光电二极管，P型区域位于N型注入区域与相邻的像素单元的光电二极管之间。

3.根据权利要求1所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于：所述的隔离区域为P型离子注入隔离区域，每个像素单元中设有光电二极管或晶体管，P型区域位于N型注入区域与相邻的像素单元的光电二极管或晶体管之间。

4.根据权利要求1所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于：所述的P型区域的深度为500-10000埃。

5.根据权利要求1所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于：所述的电压为0.1-1.5V。