[發明專利]兼容測距的CMOS圖像傳感器像素單元及其制作方法

有效

• 申請號: 201410754289.6
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104505394B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 陳哲;吳南健;底衫;曹中祥
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L27/144;H01L21/82
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種兼容測距的CMOS圖像傳感器像素單元，包括襯底(101)、在襯底(101)內設置的沿對稱軸(120)對稱設置的兩個淺槽隔離區(102)、在兩淺槽隔離區(102)之間設置的感光單元和信號讀出電路，其特征在于，

感光單元包括在淺槽隔離區(102)之間沿對稱軸(120)對稱設置的掩埋型光電二極管；

信號讀出電路包括在淺槽隔離區(102)之間的兩個邊緣轉移晶體管和兩個中心轉移晶體管，其中兩個邊緣轉移晶體管沿對稱軸(120)對稱設置且位于掩埋型光電二極管邊緣處靠近淺槽隔離區(102)，而兩個中心轉移晶體管沿對稱軸(120)對稱設置且靠近對稱軸(120)，其中所述兩個邊緣轉移晶體管的漏極擴散區(109)連接固定電平，所述兩個中心轉移晶體管的漏極擴散區復用形成中心浮空擴散區(110)；

所述掩埋型光電二極管的埋層摻雜區通過離子注入形成離子注入區(104)，所述離子注入區(104)完全覆蓋所述掩埋型光電二極管下方；所述離子注入區(104)在所述邊緣轉移晶體管和中心轉移晶體管的柵極(1061)、(1062)及柵介質層(105)形成之前進行離子注入，且與所述邊緣轉移晶體管和中心轉移晶體管的柵極(1061)、(1062)及柵介質層(105)下方部分重疊，重疊部分沿溝道長度方向的長度小于或等于0.35μm；所述離子注入區(104)的離子注入劑量范圍是1.0E12～1.0E13/cm²，采用的注入能量為對應于砷的50～170keV或對應磷的30～120keV；

所述像素單元通過在所述中心浮空擴散區(110)收集光生電荷獲得距離成像和/或普通成像；

在所述距離成像模式下，使用受周期脈沖信號調制的LED或激光光源，所述圖像傳感器像素單元邊緣轉移晶體管柵極(1061)和中心轉移晶體管柵極(1062)施加具有與調制脈沖信號頻率相同的同步選通信號，施加在邊緣轉移晶體管柵極(1061)的信號和施加在中心轉移晶體管柵極(1062)的信號相互反向；

在所述普通成像模式下，施加在邊緣轉移晶體管柵極(1061)的選通信號用于復位掩埋型光電二極管的感光區域，施加在中心轉移晶體管柵極(1062)的選通信號用于導出掩埋型光電二極管感光區域內的光生電荷，完成普通成像功能。

2.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素單元，其特征在于，

所述掩埋型光電二極管包括埋層摻雜離子注入區(104)和掩埋型光電二極管表面P型摻雜區(111)；

所述邊緣轉移晶體管包括：柵極(1061)、柵介質層(105)以及柵極兩側的側壁(108)、閾值電壓調節區(103)、漏極輕摻雜區(107)和漏極擴散區(109)；

所述中心轉移晶體管包括：柵極(1062)、柵介質層(105)以及柵極兩側的側壁(108)、閾值電壓調節區(103)、漏極輕摻雜區(107)和漏極擴散區復用形成的中心浮空擴散區(110)。

3.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素單元，其特征在于，所述施加在邊緣轉移晶體管柵極(1061)和中心轉移晶體管柵極(1062)的信號具有與光源調制脈沖信號0°、90°、180°、270°或者0°、180°相位偏移。

4.根據權利要求2所述的圖像傳感器像素單元，其特征在于，

所述邊緣轉移晶體管和中心轉移晶體管的所述閾值電壓調節區完全覆蓋所述邊緣轉移晶體管和中心轉移晶體管下方，所述邊緣轉移晶體管和中心轉移晶體管的閾值電壓調節區內含有雜質，該雜質在沿溝道長度方向上具有不同的濃度分布。

5.根據權利要求4所述的圖像傳感器像素單元，其特征在于，

在靠近掩埋型光電二極管一側的閾值電壓調節區(103)內的所述雜質濃度高于在靠近邊緣或中心轉移晶體管漏極輕摻雜區(107)一側的閾值電壓調節區(103)內的所述雜質濃度。

6.根據權利要求2至5任一項所述的圖像傳感器像素單元，其特征在于，

所述襯底為單晶硅襯底，采用P型的襯底或P型外延薄膜硅片；

所述掩埋型光電二極管的埋層摻雜離子注入區的導電類型為N型；

所述邊緣轉移晶體管和中心轉移晶體管的閾值電壓調節區的導電類型為P型。