[發明專利]能提高信號擺幅的CMOS圖像傳感器像素及其制作方法

在審

• 申請號: 201410256464.9
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN103996686A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 郭同輝;曠章曲;唐冕
• 申請（專利權）人: 北京思比科微電子技術股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種CMOS圖像傳感器像素，尤其涉及一種能提高信號擺幅的CMOS圖像傳感器像素及其制作方法。?

背景技術

圖像傳感器已經被廣泛地應用于數碼相機、移動手機、醫療器械、汽車和其他應用場合。特別是制造CMOS(互補型金屬氧化物半導體)圖像傳感器技術的快速發展，使人們對圖像傳感器的輸出圖像品質有了更高的要求。?

在現有技術中，CMOS圖像傳感器一般采用四晶體管像素(4T)結構。如圖1所示，是采用CMOS圖像傳感器4T有源像素結構的示意圖，包括虛線框內的橫截面示意圖和虛線框外的電路示意圖兩部分。4T有源像素的元器件包括：光電二極管的N型區101，光電二極管的P型PIN層102，電荷傳輸晶體管103，復位晶體管104，漂浮有源區105，P型阱區106，復位晶體管漏端107，源跟隨晶體管108，行選擇晶體管109，列位線110；TX為晶體管103的柵極端，RX為晶體管104的柵極端，SX為晶體管109的柵極端，Vdd為電源電壓。光電二極管接收外界入射的光線，產生光電信號；開啟晶體管103，將光電二極管中的光電信號轉移至漂浮有源區(FD)區后，由晶體管108所探測到的FD勢阱內電勢變化信號經110讀取并保存。?

圖2a、2b示出了圖1虛線框內器件部分，在進行光電電荷轉移操作時的勢阱示意圖。圖中，201為光電二極管區的勢阱，202為FD區勢阱，203為電荷轉移晶體管，204為復位晶體管，Vpin為光電二極管的完全耗盡電勢，Vfd為FD區的復位電勢；其中圖2a為開啟電荷轉移晶體管進行電荷轉移時的勢阱圖，圖2b為電荷轉移完畢后關閉電荷轉移晶體管的勢阱圖。由圖2a、2b所示，可得FD區的線性信號擺幅為Vfd-Vpin，其中低于Vpin部分的信號為非線性無效信號。由此可見，上述現有技術中，漂浮有源區低于光電二極管完全耗盡電勢部分的光電信號沒有被利用，信號擺幅被限制到Vfd-Vpin。?

發明內容

本發明的目的是提供一種能提高信號擺幅的CMOS圖像傳感器像素及其制作方法。?

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：?

本發明的能提高信號擺幅的CMOS圖像傳感器像素，包括置于半導體基體中的光電二極管、電荷傳輸晶體管、復位晶體管、源跟隨晶體管、行選擇晶體管以及漂浮有源區，靠近所述漂浮有源區一側的電荷傳輸晶體管溝道處設有N型雜質離子區，所述N型雜質離子區與所述漂浮有源區相接，并且不與所述光電二極管相接。?

本發明的上述的能提高信號擺幅的CMOS圖像傳感器像素的制作方法，所述N型雜質離子區的制作工藝在淺槽隔離之后并且在多晶硅柵的制作工藝之前。?

由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的能提高信號擺幅的CMOS圖像傳感器像素及其制作方法，由于靠近所述漂浮有源區一側的電荷傳輸晶體管溝道處設有N型雜質離子區，N型雜質離子區與漂浮有源區相接，并且不與光電二極管相接，能有效提高像素的電勢信號擺幅，拓展像素的電荷飽和阱容量及動態范圍，傳感器采集到了高照明時更多的實物信息，有效提升了圖像傳感器輸出的圖像品質。?

附圖說明

圖1是現有技術的CMOS圖像傳感器的四晶體管有源像素結構示意圖。?

圖2a是現有技術的CMOS圖像傳感器像素在進行電荷轉移操作時，開啟電荷轉移晶體管進行電荷轉移時的勢阱示意圖。?

圖2b是現有技術的CMOS圖像傳感器像素在進行電荷轉移操作時，電荷轉移完畢后關閉電荷轉移晶體管的勢阱示意圖。?

圖3是本發明實施例中的CMOS圖像傳感器的四晶體管有源像素結構示意圖。?

圖4a是本發明實施例中的CMOS圖像傳感器像素在進行電荷轉移操作時，開啟電荷傳輸晶體管進行電荷轉移時的勢阱示意圖。?

圖4b是本發明實施例中的CMOS圖像傳感器像素在進行電荷轉移操作時，電荷轉移完畢后關閉電荷轉移晶體管的勢阱示意圖。?

圖5是本發明實施例中的CMOS圖像傳感器像素制作工藝中的P型阱工藝步驟完畢后的橫截面示意圖。?

圖6是本發明實施例中的CMOS圖像傳感器像素制作工藝中的N型離子區工藝旋涂光刻膠步驟。?

圖7是本發明實施例中的CMOS圖像傳感器像素制作工藝中的N型離子區工藝曝光并顯影步驟。?

圖8是本發明實施例中的CMOS圖像傳感器像素制作工藝中的N型離子區工藝N型離子注入步驟。?

圖9是本發明實施例中的CMOS圖像傳感器像素制作工藝中的N型離子區工藝清洗光刻膠步驟。?