[發明專利]圖像傳感器及降低圖像傳感器噪聲的方法

有效

• 申請號: 201510296449.1
• 申請日: 2015-06-03
• 公開（公告）號: CN105100651B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 趙立新;李杰;徐澤
• 申請（專利權）人: 格科微電子(上海)有限公司
• 主分類號: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335;H04N5/357;H01L27/146
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供圖像傳感器，包括：多個呈陣列排布的像素單元，像素單元包括：源跟隨晶體管，源跟隨晶體管的溝道區區域靠近柵極氧化層內表面設置有第一N型摻雜區域，或者源跟隨晶體管的溝道區區域沿柵極氧化層向內依次設置有P型摻雜區域，第二N型摻雜區域；源跟隨晶體管的柵極氧化層較像素單元其它晶體管最厚的柵極氧化層薄至少5埃，增大源跟隨晶體管的跨導。

技術領域

本發明涉及圖像傳感器領域，尤其涉及一種圖像傳感器及降低圖像傳感器噪聲的方法。

背景技術

圖像傳感器是將光信號轉化為電信號的半導體器件，圖像傳感器具有光電轉換元件。

圖像傳感器按又可分為互補金屬氧化物(CMOS)圖像傳感器和電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。CCD圖像傳感器的優點是對圖像敏感度較高且噪聲小，但是CCD圖像傳感器與其他器件的集成比較困難，而且CCD圖像傳感器的功耗較高。相比之下，CMOS圖像傳感器具有工藝簡單、易與其他器件集成、體積小、重量輕、功耗小、成本低等優點。因此，隨著技術發展，CMOS圖像傳感器越來越多地取代CCD圖像傳感器應用于各類電子產品中。目前CMOS圖像傳感器已經廣泛應用于靜態數碼相機、照相手機、數碼攝像機、醫療用攝像裝置(例如胃鏡)、車用攝像裝置等。

圖像傳感器的核心元件是像素單元(Pixel)，像素單元直接影響圖像傳感器的尺寸大小、暗電流水平、噪聲水平、成像通透性、圖像色彩飽和度和圖像缺陷等等因素。

一直以來，一對矛盾的因素一起推動圖像傳感器向前發展：

1.經濟因素：一個晶圓可產出的圖像傳感器芯片越多，則圖像傳感器芯片的成本越低，而像素單元占據整個圖像傳感器芯片的大部分面積，因此，為了節省成本，要求像素單元的尺寸制作得較小，也就是說，出于經濟因素考慮，要求圖像傳感器中像素單元的尺寸縮小。

2.圖像質量因素：為了保證圖像質量，特別是為了保證光線敏感度、色彩飽和度和成像通透性等指標，需要有足夠的光線入射到像素單元的光電轉換元件(通常采用光電二極管)中，而較大的像素單元能夠有較大的感光面積接受光線，因此，較大的像素單元原則上可以提供較好的圖像質量；此外，像素單元中除了光電轉換元件外，還有相當部分的開關器件，例如重置晶體管、傳輸晶體管和放大器件(如源跟隨晶體管)，這些器件同樣決定著暗電流、噪聲和圖像缺陷等，從圖像質量角度考慮，原則上大器件的電學性能更好，有助于形成質量更好的圖像；為此可知，出于圖像質量因素考慮，要求圖像傳感器中像素單元的尺寸增大。

在圖像傳感器像素面積有限的前提下，圖像信號強度相對限定，通過降低傳感器的噪聲，從而獲得高的圖像信號噪聲比，是提高圖像傳感器質量的重要途徑。源跟隨器噪聲是圖像傳感器噪聲的重要源頭，因而采用低噪聲且性能穩定的源跟隨器是降低圖像傳感器噪聲的重要方法。

現有技術中，像素單元往往采用4T或3T結構，以4T結構為例，每一像素單元包括：光電轉換單元(Photodiode或Photodetector)、轉移晶體管(Transfer Transistor)、復位晶體管(Reset Transistor)、源跟隨晶體管(Source Follow Transistor)、行選通晶體管(Row Selector Transistor)；光線通過光電轉換單元的電荷收集區進行收集轉換為信號電荷，經轉移晶體管轉移至浮置擴散區(FD)轉換為信號電位，浮置擴散區與源跟隨晶體管的柵極相連接，現有設計中由于浮置擴散區在光生伏特效應的作用下電位易被拉低，導致源跟隨晶體管的源級、柵極反向擊穿，影響晶體管的性能；此外，電荷轉移的過程中電荷易于依附于界面表面的缺陷導致噪聲；因此，如何解決像素單元中的上述各種技術難點成為業內廣泛研究的課題。

發明內容

本發明提供一種圖像傳感器，包括：多個呈陣列排布的像素單元，所述像素單元包括：