[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

本發明公開了一種兼容測距的CMOS圖像傳感器像素單元及其制作方法，所述像素單元包括襯底、兩個淺槽隔離區、感光單元和信號讀出電路，感光單元包括在淺槽隔離區之間沿對稱軸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，而兩個中心轉移晶體管沿對稱軸對稱設置且靠近對稱軸，其中所述兩個邊緣轉移晶體管的漏極擴散區連接固定電平，所述漏極擴散區復用形成中心浮空擴散區；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，所述離子注入區完全覆蓋所述掩埋型光電二極管下方。

技術領域

本發明涉及一種互補型金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)技術領域，尤其涉及一種兼容測距的CMOS圖像傳感器像素單元。

背景技術

圖像傳感器通過將光學信號轉換為電學信號，可以實現圖像信息獲取的功能。根據所采用的技術實現方式，圖像傳感器可以被分為電荷耦合型器件(Charge CoupledDevice，CCD)和CMOS圖像傳感器兩大類。相比于CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器具有低功耗、低成本優勢，且易于與CMOS超大規模數模混合集成電路相集成，因此在近些年取得迅速發展。

飛行時間(Time-of-flight，ToF)測距原理與圖像傳感器技術相結合，產生了一種并行獲取目標或場景二維深度圖像的方法，可被用于實現兼容測距的圖像傳感器，采用這種方式實現的圖像傳感器通常也被稱為TOF圖像傳感器或TOF相機。兼容測距的圖像傳感器相比于傳統基于雙目視覺的立體成像系統，具有低成本、高集成度的優勢，因此受到了廣泛的重視。

在基于飛行時間測距的圖像傳感器設計中，像素單元是核心部件，目前已有多種基于CCD或CMOS實現方案的距離圖像傳感器像素結構被提出。在由CCD或CMOS距離圖像傳感器構成的距離成像系統中，通常還包含波長范圍在850nm～950nm的近紅外LED或激光光源，光源通常由頻率為5～30MHz的周期脈沖信號調制，CCD或CMOS距離傳感器通過采樣反射信號，計算發射光與反射光之間的相位差以及延時，進而推測出反射點與像素之間的距離。根據現有的四相位法間接飛行時間測距原理，像素曝光產生的光生電荷需要能夠在幾納秒的時間內完成電荷轉移。為了實現這一技術目標，現有技術中已有基于單邊抽頭、兩抽頭或四抽頭像素結構的距離圖像傳感器像素單元被提出，通過優化像素結構與制造工藝可以實現光生電荷的快速導出，從而滿足測距成像原理的要求。

本文提出了一種新型的中心單抽頭像素結構，相比于現有技術中的單邊抽頭像素結構，中心單抽頭像素結構縮短了感光區域中光生電子向邊緣轉移晶體管和中心轉移晶體管傳輸的距離，有利于縮短電荷轉移時間，加速電荷導出過程。相比于現有兩抽頭、四抽頭等多抽頭像素結構，單抽頭像素結構可以解決多抽頭像素結構中容易產生的存儲節點間失配問題，并且有利于實現更高的像素填充率。

發明內容

本發明的主要目的是在CMOS圖像傳感器掩埋型光電二極管像素結構基礎上，提供一種支持快速轉移光電二極管感光區域光生電荷的圖像傳感器像素單元，進而實現具有兼容測距與成像功能的圖像傳感器。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的。

本發明提供了一種兼容測距的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；