[發明專利]一種CMOS圖像傳感器

有效

• 申請號: 201410436932.0
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104269418B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 宋松
• 申請（專利權）人: 京東方科技集團股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司11274
• 代理人: 申健

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種CMOS圖像傳感器。

背景技術

圖像傳感器是數字攝像頭的重要組成部分，其可以分為CMOS(Complementary?Metal-Oxide?Semiconductor，互補金屬氧化物半導體元件)圖像傳感器和CCD(Charge?Coupled?Device，電荷耦合元件)圖像傳感器兩大類。相比于CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器具有低成本、低功耗、高集成度等諸多優勢而廣泛的應用于各類電子產品中。

現有技術中，CMOS圖像傳感器的像素單元的結構如圖1所示，主要可以包括用于進行光電信號轉換的光電二極管1、用于累積所述光電二極管1中產生的光生電子的浮點擴散區2；用于對所述浮點擴散區2進行復位的復位晶體管3、用于將所述光電二極管1中的光生電子轉變為電壓信號的源跟隨晶體管4、以及用于控制所述光電二極管1采集到的信號進行輸出的選通晶體管5。

但在上述的CMOS圖像傳感器中，所述浮點擴散區(Floating?Diffusion，簡稱FD)的體積較大，因此能夠容納的電子數量相對較多，需要將其填滿的電子數量也相對較多；這樣便會導致所述CMOS圖像傳感器的響應時間較長，從而對其響應的速度和敏感度產生不利影響。

發明內容

本發明的實施例提供一種CMOS圖像傳感器，可減小浮點擴散區的體積，降低浮點擴散區的電荷存儲量，從而實現高敏度和高速響應。

為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案：

提供一種CMOS圖像傳感器，包括陣列排布的多個像素單元；所述CMOS圖像傳感器的每個像素單元包括：P型半導體襯底；位于所述P型半導體襯底上方的第一N型離子層，以及圍繞所述第一N型離子層的P阱；位于所述第一N型離子層上方的第二N型離子層和第三N型離子層，以及第一P型離子層和第二P型離子層；所述第一P型離子層和所述第二P型離子層被所述第二N型離子層間隔，所述第二N型離子層和所述第三N型離子層被所述第二P型離子層間隔；其中，所述第一N型離子層與所述第一P型離子層、所述第二N型離子層、所述第二P型離子層、所述第三N型離子層均接觸，且所述第一P型離子層、所述第二N型離子層、所述第二P型離子層、所述第三N型離子層之間均不接觸；所述第二N型離子層的摻雜濃度和所述第三N型離子層的摻雜濃度均大于所述第一N型離子層的摻雜濃度；所述P阱的摻雜濃度大于所述第一P型離子層的摻雜濃度和所述第二P型離子層的摻雜濃度，且所述第一P型離子層的摻雜濃度和所述第二P型離子層的摻雜濃度均大于所述P型半導體襯底的摻雜濃度。

優選的，所述第一P型離子層的摻雜濃度大于所述第二P型離子層的摻雜濃度；其中，所述第二P型離子層的摻雜濃度為10¹⁸～10¹⁹個/cm³。

優選的，所述第二N型離子層的摻雜濃度小于所述第三N型離子層的摻雜濃度；其中，所述第二N型離子層的摻雜濃度在10¹⁷～10¹⁸個/cm³。

可選的，所述P型半導體襯底包括P型硅襯底、P型鍺襯底、P型硅鍺襯底中的一種；或者，所述P型半導體襯底由支撐襯底、所述支撐襯底上的絕緣埋層、以及所述絕緣埋層上的P型半導體層組成；其中，所述P型半導體層包括P型硅半導體層、P型鍺半導體層、P型硅鍺半導體層中的一種。

可選的，所述P阱在所述P型半導體襯底中的深度大于所述第一N型離子層在所述P型半導體襯底中的深度；所述P阱遠離所述P型半導體襯底一側的表面與所述第一P型離子層、所述第二N型離子層、所述第二P型離子層、所述第三N型離子層遠離所述P型半導體襯底一側的表面平齊。

進一步的，所述P阱與所述第一P型離子層和所述第一N型離子層直接接觸；或者，所述P阱與所述第一P型離子層和所述第三N型離子層直接接觸。

可選的，所述CMOS圖像傳感器的每個像素單元還包括像素讀出電路；所述像素讀出電路包括與所述第二N型離子層相連的浮點擴散節點、復位管、源跟隨管和選通管；其中，所述復位管與復位線、電源、以及所述浮點擴散節點相連；所述源跟隨管與所述浮點擴散節點、電源、以及所述選通管相連；所述選通管與選擇信號線、所述源跟隨管、以及輸出端相連。

進一步可選的，所述第三N型離子層與接地端相連。

進一步的，所述第二P型離子層與控制電路相連。