[發明專利]一種防漏光CMOS圖像傳感器全局像元結構及形成方法

有效

• 申請號: 201811208495.1
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109494232B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 顧學強
• 申請（專利權）人: 上海微阱電子科技有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 陶金龍;張磊

本發明公開了一種防漏光CMOS圖像傳感器全局像元結構，在傳輸管柵極、復位管柵極和存儲節點上設置復合擋光結構，復合擋光結構包括間隔設置的第一接觸孔至第三接觸孔，第一接觸孔的下端電連接存儲節點的上表面，第二接觸孔、第三接觸孔的下端分別絕緣連接在傳輸管柵極、復位管柵極的邊緣區域，并與存儲節點相絕緣，第一接觸孔至第三接觸孔的上端共同連接后道第一層金屬互連層，并與后道第一層金屬互連層共同形成復合擋光結構，將存儲節點上方的傳輸管柵極、復位管柵極與第一接觸孔之間存在的漏光間隙完全遮蔽，可保證存儲電容中信號的準確性，避免輸出信號的失真。本發明還公開了一種防漏光CMOS圖像傳感器全局像元結構的形成方法。

技術領域

本發明涉及CMOS圖像傳感器技術領域，更具體地，涉及一種防漏光CMOS圖像傳感器全局像元結構及形成方法。

背景技術

圖像傳感器是指將光信號轉換為電信號的裝置，通常大規模商用的圖像傳感器芯片包括電荷耦合器件(CCD)和互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器芯片兩大類。

CMOS圖像傳感器和傳統的CCD傳感器相比，具有低功耗、低成本以及與CMOS工藝相兼容等特點，因此得到越來越廣泛的應用。現在CMOS圖像傳感器不僅已應用于消費電子領域，例如微型數碼相機(DSC)，手機攝像頭，攝像機和數碼單反(DSLR)中，而且在汽車電子，監控，生物技術和醫學等領域也得到了廣泛的應用。

CMOS圖像傳感器的像素單元是圖像傳感器實現感光的核心器件，最常用的像素單元為包含一個光電二極管和四個晶體管的有源像素結構。在這些器件中，光電二極管是感光單元，實現對光線的收集和光電轉換；其它的MOS晶體管是控制單元，主要實現對光電二極管的選中，復位，信號放大和讀出的控制。一個像素單元中MOS晶體管的多少，決定了非感光區域所占的面積大小。上述包含四個晶體管的像素結構通常稱為4T像素單元。

在數碼相機中通常有兩種快門控制方式：即機械快門和電子快門。機械快門通過安裝在CMOS圖像傳感器前面的機械件的開合來控制曝光時間；電子快門通過像素單元的時序控制來改變積分時間，從而達到控制曝光時間的目的。由于機械快門需要機械件，會占用數碼相機的面積，因此不適用于便攜式的數碼相機。對于視頻監控應用而言，由于通常是進行視頻采集，因此，一般采用電子快門控制曝光時間。其中電子快門又分為兩種：即卷簾式和全局曝光式。卷簾式電子快門的每行之間的曝光時間是不一致的，在拍攝高速物體時容易造成拖影現象；而全局曝光式電子快門的每一行在同一時間曝光，然后同時將電荷信號存儲在像素單元的存儲節點，最后將存儲節點的信號逐行輸出。全局曝光式電子快門由于所有行在同一時間進行曝光，所以不會造成拖影現象。

隨著CMOS圖像傳感器在工業、車載、道路監控和高速相機中越來越廣泛的應用，對于可以捕捉高速運動物體圖像的圖像傳感器的需求進一步提高。為了監控高速物體，CMOS圖像傳感器需要使用全局曝光的像素單元(簡稱全局像元)，而全局曝光像素單元中用于存儲電荷信號的存儲節點對于光源的寄生響應是一個非常重要的指標。在實際應用中，根據每個像素單元使用晶體管的數目，全局曝光像素單元有4T、5T、6T、8T和12T等。

請參閱圖1，圖1是現有的一種5T全局曝光像素單元的版圖結構。如圖1所示，5T全局曝光像素單元中的電荷存儲節點12就是傳輸管11和復位管13之間的結電容。存儲節點的寄生光響應是指存儲節點電容對入射光的寄生響應，對于像素單元而言，入射到像素單元表面的光線由于折射和散射而不能全部聚焦到光電二極管10表面，有部分光線可能入射到存儲節點12上，存儲節點12在入射光的照射下也可以像光電二極管10一樣產生光電響應。由于入射光的照射而在存儲節點12上產生的電荷，會影響原來存儲在存儲節點12上的由光電二極管10產生的電壓信號，造成了信號的失真。為了減小存儲節點的光源寄生響應，在存儲節點上面就需要使用完全不透光的金屬屏蔽層來防止入射光線的影響。