[發(fā)明專利]基于暗角補(bǔ)償?shù)膱D像傳感器像素陣列及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310753979.5
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103730477B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧學(xué)強(qiáng);周偉;張莉瑋
• 申請（專利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海天辰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

本發(fā)明一種基于暗角補(bǔ)償?shù)膱D像傳感器像素陣列及其形成方法，包括多個像素單元，每個像素單元包括光電二極管、傳輸晶體管柵極和懸浮漏極，所述光電二極管基于入射光產(chǎn)生電荷，所述傳輸晶體管柵極將所述光電二極管產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移至其懸浮漏極，其中，所述光電二極管的注入?yún)^(qū)和傳輸晶體管柵極具有一重疊區(qū)，以及所述多個像素單元的光電二極管注入?yún)^(qū)和傳輸晶體管柵極的重疊區(qū)的面積從所述像素陣列的邊緣向中心遞減。本發(fā)明還提供了一種基于暗角補(bǔ)償?shù)膱D像傳感器像素陣列的形成方法，能有效對圖像暗角進(jìn)行補(bǔ)償，以提高圖像質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于暗角補(bǔ)償?shù)膱D像傳感器像素陣列及其形成方法。

背景技術(shù)

通常，圖像傳感器是指將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。圖像傳感器包括電荷耦合器件(Charge Coupled Device，簡稱CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor Transistor，簡稱CMOS)圖像傳感器芯片

CMOS圖像傳感器和傳統(tǒng)的CCD傳感器相比具有的低功耗，低成本和與CMOS工藝兼容等特點(diǎn)，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在CMOS圖像傳感器不僅用于消費(fèi)電子領(lǐng)域，例如微型數(shù)碼相機(jī)(DSC)，手機(jī)攝像頭，攝像機(jī)和數(shù)碼單反(DSLR)中，而且在汽車電子，監(jiān)控，生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。

對CMOS圖像傳感器而言，如何提高圖像質(zhì)量是設(shè)計(jì)和制造中一個非常重要的因素。如圖1所示為現(xiàn)有的圖像傳感器，其像素單元采用拜亞(Bayer)形式排列，其中，R代表感應(yīng)紅色光的像素單元，G感應(yīng)綠色光的像素單元，B感應(yīng)藍(lán)色光的像素單元，最終通過RGB三色合成還原真實(shí)的圖像顏色。如圖2所示是圖像傳感器像素單元陣列中央位置的結(jié)構(gòu)剖視圖，其中CMOS圖像傳感器包括用于光電轉(zhuǎn)換的光電二極管101以及多個MOS晶體管，光電二極管101是感光單元，實(shí)現(xiàn)對光線的收集和光電轉(zhuǎn)換，其它的MOS晶體管是控制單元，主要實(shí)現(xiàn)對光電二極管的選中，復(fù)位和讀出的控制。MOS晶體管中包括一個傳輸晶體管。傳輸晶體管柵極102用于控制電荷從光電二極管101向懸浮漏極103輸送，而懸浮漏極103用于電荷向電壓轉(zhuǎn)換。此外，CMOS圖像傳感器還包括金屬互連線105a、105b、105c，用于金屬互連線之間隔離的介質(zhì)層104，用于紅綠藍(lán)分色的濾色層106，以及用于光線聚焦的微透鏡107。具體來說，在CMOS圖像傳感器工作過程中，光電二極管101將收集到的入射光轉(zhuǎn)換成電荷并把轉(zhuǎn)換后的電荷積累在光電二極管101中，在光電轉(zhuǎn)換過程結(jié)束以后，通過脈沖信號將傳輸晶體管柵極102打開，將光電二極管101中積累的電荷全部輸送到懸浮漏極103中，懸浮漏極103將積累的電荷量轉(zhuǎn)換為電壓的變化量。懸浮漏極103上電壓變化量與從光電二極管101中傳送到懸浮漏極103的電荷量成正比。在像素單元的結(jié)構(gòu)中傳輸管控制電子從光電二極管到懸浮漏極的傳輸，傳輸管的特性對像素單元的性能有著重要影響。

圖3所示為常規(guī)CMOS圖像傳感器像素單元的版圖結(jié)構(gòu)，其包括用于形成光電二極管的注入?yún)^(qū)101a和有源區(qū)101b、傳輸晶體管柵極102和懸浮漏極103，其中，光電二極管注入?yún)^(qū)101a和傳輸晶體管柵極102有一重疊區(qū)108，該重疊區(qū)108的大小可以影響傳輸晶體管的傳輸效率。如圖4所示為常規(guī)像素單元的光響應(yīng)特性曲線，其橫軸為照度，代表入射光的強(qiáng)度，縱軸為輸出信號，輸出信號隨照度的增加而增加，照度到達(dá)一定值時輸出信號飽和，即照度繼續(xù)增加但輸出信號不變。在常規(guī)的像素陣列中，所有的像素單元使用相同的版圖結(jié)構(gòu)，即所有的像素單元的光電二極管注入?yún)^(qū)和傳輸晶體管柵極重疊區(qū)的重疊面積是相同的，因此所有的像素單元對光的響應(yīng)特性也是相同的。但由于圖像邊緣像素接收到的入射光比圖像中央像素少，也就是邊緣像素得到的照度較小，因此造成圖像邊緣的像素單元的輸出信號較小，在成像結(jié)果上就是表現(xiàn)出圖像邊緣的亮度較暗，也就是圖像暗角的現(xiàn)象。