[發明專利]一種抑制背照式CMOS圖像傳感器電學互擾的方法

有效

• 申請號: 201310120010.4
• 申請日: 2013-04-08
• 公開（公告）號: CN103227183A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 田志;金秋敏
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術領域

本發明一般涉及CMOS圖像傳感器領域，尤其涉及一種抑制背照式CMOS圖像傳感器電學互擾的方法。

背景技術

CMOS圖像傳感器屬于光電元器件，CMOS圖像傳感器由于其制造工藝和現有集成電路制造工藝兼容，同時其性能比原有的電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器有很多優點，而逐漸成為圖像傳感器的主流。CMOS圖像傳感器可以將驅動電路和像素集成在一起，簡化了硬件設計，同時也降低了系統的功耗。CMOS圖像傳感器由于在采集光信號的同時就可以取出電信號，還能實時處理圖像信息，速度比CCD圖像傳感器快，同時CMOS圖像傳感器還具有價格便宜，帶寬較大，防模糊，訪問的靈活性和較大的填充系數的優點而得到了大量的使用，廣泛應用于工業自動控制和消費電子等多種產品中，如監視器，視頻通訊，玩具等。鑒于CMOS圖像傳感器的諸多優點，現在CIS的研究和發展是要利用其系統集成的優點來實現多功能和智能化；利用其具有訪問靈活的優點，可以通過只讀出感光面上感興趣的小區域來實現高的幀速率CMOS；同時CMOS圖像傳感器寬動態范圍，高分辨率和低噪聲技術也在不斷發展。

圖1為4T有源CMOS圖像傳感器的示意圖，P型外延層中定義的有源單元區周圍設置有淺隔離溝槽結構，并在有源單元區中形成有光電二極管的重摻雜的N型摻雜區104，位于有源區的頂部，在該有源單元區中還形成有一個鄰接所述N型摻雜區104的P型的阱區107，及至少在P型阱區107的頂部形成有漂浮的第一N型區109和第二N型區108，和在第一N區109與N摻雜區104之間的P阱區的上方形成有柵氧化物層和柵氧化物層之上的柵極，以形成一個轉移控制晶體管110，以及在第一N區109和第二N區108之間的P阱區的上方形成有柵氧化物層和柵氧化物層之上的柵極，以形成一個復位晶體管111，在所述有源單元區中還形成有一個放大晶體管和一個選擇晶體管，所述第一N區109電性連接到放大晶體管的柵極，放大晶體管和選擇晶體管串聯，放大晶體管的一端連接電源電壓VDD，另一端連接選擇晶體管。第二N區108處于電源電壓的電勢。從外延層研磨裸露的背面執行離子注入步驟，如果以外延層研磨裸露的背面為起始注入深度，以及定義摻雜物被注入的愈靠近外延層的正面則視為摻雜物注入得愈深，以此作為參考，也可以認為第一摻雜物的注入深度大于第二摻雜物的注入深度，所以相對而言第一摻雜物需要較大的注入能量來支持。

在光照時，在光電二極管的N-處產生電荷，此時轉移管110是關閉狀態。然后轉移管110打開，將存儲在光電二極管中的電荷傳輸到漂浮節點，傳輸后，轉移管關閉，并等待下一次光照的進入。在漂浮節點上的電荷信號隨后用于調整放大晶體管。讀出后，帶有復位門的復位晶體管將漂浮點復位到一個參考電壓。對于光從前面入射的CMOS圖像傳感器（FSI），由于光要經過介質層，金屬堆疊層，減弱了光到達光電二極管的效率。人們研究了由于減少光到光電二極管距離的背照式光電CMOS圖像傳感器（BSI-CIS），從而使光可以直接到達光電二極管，提高了光的效率，減少了金屬層和介質層對于光的反射或是吸收導致的光學互擾。但是由于光從背面直接進入，缺少了金屬介質層對光的阻擋，這些光直接經過硅的襯底。當光照較強時，會有光產生的電子擴散到襯底，引起像素之間的電學互擾。(當入射光抵達感光二極管的空間電荷區以外的襯底區域，并通過光電效應產生的電子空穴對時，其電子也會在襯底內通過擴散到達空間電荷區邊緣而被空間電荷區所吸收。然而，由于電子擴散的無規則性，其可能在襯底內與空穴復合，也可能在襯底游走一段距離后被掃入其他像素的空間電荷區，從而引起像素間一種新的互擾，稱之為電學互擾。）電學互擾同樣會給像素引入一些不真實的信號，使圖像傳感器信噪比降低，圖像質量變差。在強光的照射下，這種電學互擾會非常嚴重，此時不僅在感光二極管空間電荷區外產生的光生電子會在襯底擴散，而且被二極管空間電荷區已收集的電子也可能會重新擴散到襯底中，并在最終的圖像中造成一些缺陷，如光暈。原因在于對像素而言，其所能容納的電子個數有限，一旦P-N結收集足夠的電子后脫離反偏態而進入平衡態，其多余的電子將溢出而擴散到襯底中，并有很大部分將被鄰近的像素所吸收，使周邊像素亮度增加，形成光暈，進而影響到CMOS圖像傳感器的圖像質量。