[發明專利]像素單元及其制作方法、圖像傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201310199766.2
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103280450B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 饒金華;張克云
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種像素單元及其制作方法、圖像傳感器及其制作方法。

背景技術

圖像傳感器分為互補金屬氧化物(CMOS)圖像傳感器和電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器，通常用于將光學信號轉化為相應的電信號。CCD圖像傳感器的優點是對圖像敏感度較高，噪聲小，但是CCD圖像傳感器與其他器件的集成比較困難，而且CCD圖像傳感器的功耗較高。相比之下，CMOS圖像傳感器具有工藝簡單、易與其他器件集成、體積小、重量輕、功耗小、成本低等優點。目前CMOS圖像傳感器已經廣泛應用于靜態數碼相機、照相手機、數碼攝像機、醫療用攝像裝置（例如胃鏡）、車用攝像裝置等。

CMOS圖像傳感器的基本感光單元被稱為像素單元，所述像素單元包含一個光電二極管和3個或4個MOS晶體管，稱為3T型或4T型。目前市場上大部分CMOS圖像傳感器是4T型。參考圖1，4T型圖像傳感器中像素單元包括：4個MOS晶體管和1個光電二極管（Photodiode，簡稱為PD），所述4個MOS晶體管分別為復位晶體管M1、放大晶體管M2、選擇晶體管M3的和傳輸晶體管M4。所述圖像傳感器還包括位于傳輸晶體管M4柵極結構和復位晶體管M1柵極結構之間半導體基底中的浮置擴散區（Floating?Diffusion，簡稱為FD）。圖1中像素單元的俯視圖如圖2所示。圖2中浮置擴散區沿AA’方向的剖視圖如圖3所示，包括P型的半導體基底101和形成于半導體基底101中N型的摻雜區103。所述摻雜區103（標記為“N+”）與半導體基底101（標記為“P”）構成像素單元的N+/P型結構浮置擴散區FD。

下面對圖1中4T型圖像傳感器的像素單元的工作過程進行說明。在未接收光照時，復位晶體管M1的柵極接收高電平脈沖信號，對浮置擴散區FD進行復位，使浮置擴散區FD為高電平；復位晶體管M1的柵極脈沖信號轉為低電平時，復位結束。然后選擇晶體管M3的柵極接收高電平的脈沖信號，讀出初始信號。然后光電二極管PD在預定時間內接收光照，并根據光照產生載流子。然后，傳輸晶體管M4的柵極接收高電平脈沖信號，將所述載流子從光電二極管PD傳輸至浮置擴散區FD。然后選擇晶體管M3接收高電平的脈沖信號，所述載流子自浮置擴散區FD經過放大晶體管M2和選擇晶體管M3輸出信號，通過兩次信號的運算完成一次光信號的采集與傳輸。

更多與圖像傳感器相關的技術請參考公開號為CN102856340A的中國專利申請。

然而，包括上述4T型像素單元的圖像傳感器動態范圍小，圖像傳感器的顯示質量差。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種像素單元及其制作方法、圖像傳感器及其制作方法，使所制作像素單元的轉換增益值穩定，增大包括像素單元的圖像傳感器的動態范圍，提高圖像傳感器的圖像質量。

為解決上述問題，本發明提供一種像素單元，包括：

半導體基底，所述半導體基底的導電類型為第一導電類型；

位于所述半導體基底中的光電二極管、傳輸晶體管和復位晶體管；

浮置擴散區，位于所述傳輸晶體管的柵極結構和所述復位晶體管的柵極結構之間的所述半導體基底中，所述浮置擴散區包括第一摻雜區和第二摻雜區，所述第一摻雜區和所述第二摻雜區的導電類型為第二導電類型，所述第二導電類型與所述第一導電類型不同，所述第一摻雜區中摻雜離子的濃度大于所述第二摻雜區中摻雜離子的濃度，所述第一摻雜區和所述第二摻雜區相鄰。

可選的，所述第一導電類型為P型，所述第二導電類型為N型。

可選的，所述第一摻雜區中摻雜離子的濃度為1.0E13atom/cm²～1.0E16atom/cm²，所述第二摻雜區中摻雜離子的濃度為1.0E11atom/cm²～1.0E13atom/cm²。

可選的，所述浮置擴散區還包括：第三摻雜區；所述第三摻雜區與所述第一摻雜區的導電類型相同，所述第三摻雜區中摻雜離子濃度大于所述第二摻雜區中摻雜離子濃度；所述第三摻雜區與所述第二摻雜區相鄰。

可選的，所述第三摻雜區中摻雜離子的濃度為1.0E13atom/cm²～1.0E16atom/cm²。

可選的，所述復位晶體管的柵極結構包括第一柵極結構和第二柵極結構，所述第一柵極結構的一端和所述第二柵極結構的一端連接，所述第一柵極結構的寬度方向與所述第二柵極結構的寬度方向的夾角大于0°且小于或者等于180°。