[發明專利]帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201210214532.6
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102723349A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 苗田樂;方娜;田犁;汪輝;陳杰
• 申請（專利權）人: 上海中科高等研究院
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，本發明涉及一種CMOS圖像傳感器及其制作方法，特別是涉及一種帶有隔離層的CMOS圖像傳感器及其制作方法。

背景技術

圖像傳感器是一種能將光學圖像轉換成電信號的半導體器件，廣泛應用于數碼成像、航空航天以及醫療影像領域，其中，電荷耦合器件(Charge?Coupled?Device,?CCD)圖像傳感器和互補金屬氧化物半導體(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor,?CMOS)圖像傳感器是常見的兩種圖像傳感器。

CCD圖像傳感器具有低讀出噪音、低暗電流噪音、及高光子轉換效率，所以既提高了信噪比，又提高了靈敏度，即很低光照強度的入射光也能被偵測到，其信號不會被掩蓋。另外，CCD圖像傳感器還具有高動態范圍，提高系統環境的使用范圍，不因亮度差異大而造成信號反差現象。但是，CCD圖像傳感器的功耗比較大，供給電壓不一致，與傳統的CMOS工藝不匹配，集成度不高，所以成本偏高。

CMOS圖像傳感器，與CCD圖像傳感器相比，其對光線的靈敏度、信噪比都相對較差，導致它在成像質量上難以與CCD抗衡，所以CMOS圖像傳感器以前主要用于成像質量要求不是很高的中低端市場。但是，隨著新的CMOS技術不斷改進，其在成像質量方面也越來越具有與CCD圖像傳感器相抗衡的實力，而且其固有的諸如：像元內放大（即可在像素內對讀出信號進行放大）、列并行結構、及深亞微米CMOS處理等獨特的優點，更是CCD圖像傳感器所無法比擬的。進一步，相較于CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器技術門檻低、設計簡單，同時具有高集成度、單電源和低電壓供電、低功耗、及低成本等優點，使CMOS圖像傳感器有逐步取代CCD圖像傳感器的趨勢。

CMOS圖像傳感器一般由感光元件和CMOS信號處理電路構成。目前常見的CMOS圖像傳感器是有源像素型圖像傳感器（APS），根據其包括的晶體管的數目主要劃分為包括復位晶體管（Reset?Transistor,?RST）、源跟隨晶體管（Source?Follower?Transistor,?SF）和行選擇晶體管（Row?Select,?RS）的三管圖像傳感器（3T型）和包括復位晶體管（RST）、源跟隨晶體管（SF）、行選擇晶體管（RS）和轉移晶體管（Transfer?Transistor,?TX）的四管圖像傳感器（4T型）兩大類。

如圖1所示，為一種傳統的4T型結構的CMOS圖像傳感器的像素單元電路的等效電路結構圖，感光器件D1（光電二極管）包括P型區和N型區，其中，所述P型區接地，所述N型區通過轉移晶體管（TX）M4連接至感應節點N1，又稱為浮動擴散區（Floating?Diffusion，FD）；所述復位晶體管M1中，柵極接復位信號Reset，源極通過感應節點N1接所述感光器件D1（光電二極管）的N型區，漏極接電源V_dd，所述電源V_dd為一正電源；所述源跟隨晶體管M2中，柵極通過感應節點N1接所述感光器件D1（光電二極管）的N型區，漏極接所述電源V_dd，源極為輸出端；所述行選擇晶體管M3中，柵極接行選擇信號Rs，源極接所述源跟隨晶體管M2的源極，漏極為輸出端。

所述四管像素讀出電路（4T）工作原理為：先用像素讀出電路中的復位晶體管M1將浮動擴散區（FD，即電荷儲存區域）內的電子全部吸入電源，使其電位變高；曝光開始后，光照射到感光器件D1（光電二極管）的有效感光區，并于其內生成電子和空穴對，把光信號轉換成電信號；曝光結束后，轉移晶體管M4上加高電平，將感光器件D1（光電二極管）的有效感光區中的光生載流子轉移到浮動擴散區（FD），使其電位降低；最后通過像素讀出電路中的源跟隨晶體管M2和行選擇晶體管M3將光生電壓信號輸出。相關三管像素讀出電路（3T）的工作原理與四管像素讀出電路（4T）工作原理類似，故不再一一贅述。

目前，?CMOS圖像傳感器在宇宙射線的輻射下或高能粒子影響下，會產生大量的多余空穴電子對（即多余載流子）。傳統的CMOS圖像傳感器，由于其體硅襯底與感光區以及外圍電路（包含像素讀出電路）直接接觸，因此所述輻射或高能粒子產生的多余載流子會轉移到外圍電路和感光區中，進而會導致CMOS圖像傳感器直接失效或者成像質量急劇下降。為了使CMOS圖像傳感器能夠穩定地應用在航空航天以及其他極端環境中，需要CMOS圖像傳感器進一步具有抗高能粒子及抗輻射的能力。