[發(fā)明專利]用于圖像傳感器像素單元中有源區(qū)隔離的方法

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• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN112151558A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設計）人: 趙立新
• 申請（專利權(quán)）人: 格科微電子（上海）有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種用于圖像傳感器像素單元中有源區(qū)隔離的方法，通過在圖像傳感器像素單元中需隔離的有源區(qū)之間設置有柵極結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)開關(guān)功能，從而實現(xiàn)所述有源區(qū)的電學隔離，可以避免由于反摻雜而引起的面積損失，并且降低擊穿風險，避免了增加Si和其氧化物的界面，減少了由氧化物隔離引起的圖像傳感器中的暗電流和白點，提高了圖像傳感器性能。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種用于圖像傳感器像素單元中有源區(qū)隔離的方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的圖像傳感器主要包括像素陣列、時序控制、模擬信號處理以及模數(shù)轉(zhuǎn)換等模塊，其中像素陣列是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能的核心部分。像素陣列是由一定數(shù)量的像素單元組成，像素單元包括且不僅限于感光區(qū)和信號讀取的外圍電路，這些外圍電路是由實現(xiàn)不同功能的有源區(qū)（例如MOS管，包括且不僅限于傳輸晶體管，行選擇晶體管，復位晶體管以及源跟隨晶體管的有源區(qū)）構(gòu)成。隨著器件尺寸的不斷減小，有源區(qū)之間的間距也越來越近，不同有源區(qū)之間的隔離顯得十分重要。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中通過反型摻雜進行有源區(qū)隔離方法的示意圖。其中，1為復位晶體管，2為行選擇晶體管，3為信號放大器（源跟隨晶體管），4為電荷讀取區(qū)域（浮置擴散區(qū)），6為光電信號轉(zhuǎn)換器件（光電二極管），7為控制開關(guān)晶體管（傳輸晶體管），8為信號讀出區(qū)域，9為工作電壓接入?yún)^(qū)域，10為后續(xù)引入的摻雜區(qū)域，12為相對于10的反型摻雜區(qū)域，該反型摻雜區(qū)域12在電荷讀取區(qū)域4和信號讀出區(qū)域8之間形成反向背對PN結(jié)，阻止載流子在有源區(qū)之間擴散。這種方法缺陷少，但是所需尺寸大，耗盡層出現(xiàn)在由反型摻雜引起的反向背對PN結(jié)中，造成隔離區(qū)的面積損失，而且引入的電容大，伴隨著PN結(jié)擊穿的風險，另外，反型摻雜隔離法會影響后續(xù)摻雜工藝，這種后續(xù)摻雜工藝被廣泛運用于有源區(qū)形成，其影響在于后續(xù)摻雜工藝需要避開反型摻雜區(qū)域而變得工藝窗口狹窄，使得后續(xù)摻雜區(qū)域10摻雜過程無法自對準，需要額外在隔離區(qū)域處做圖形曝光，增加工藝難度。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中通過氧化物絕緣層進行有源區(qū)隔離方法的示意圖。同樣的，1為復位晶體管，2為行選擇晶體管，3為信號放大器（源跟隨晶體管），4為電荷讀取區(qū)域（浮置擴散區(qū)），6為光電信號轉(zhuǎn)換器件（光電二極管），7為控制開關(guān)晶體管（傳輸晶體管），8為信號讀出區(qū)域，9為工作電壓接入?yún)^(qū)域，10為后續(xù)引入的摻雜區(qū)域。與圖1的現(xiàn)有技術(shù)不同的是，11為氧化物絕緣層區(qū)域，具體可通過在襯底上刻蝕出一定深度的凹槽后續(xù)填充氧化物，或是將襯底Si覆蓋上設計圖形的氮化物并使暴露的襯底氧化，接著去除氮化物，以實現(xiàn)電荷讀取區(qū)域4和信號讀出區(qū)域8之間的氧化隔離。氧化物絕緣層隔離方法的優(yōu)點在于不易擊穿，尺寸小且電容小，缺點在于缺陷多，增加的氧化物界面（即氧化物絕緣層區(qū)域11的側(cè)壁和底部是Si與其氧化物的界面）會產(chǎn)生應力，也容易形成缺陷造成電子俘獲，從而導致器件暗電流增加，增大白點出現(xiàn)概率，衰減器件性能。不僅如此，若使用氮化物覆蓋氧化的方法還會形成鳥嘴狀結(jié)構(gòu)，使得可用的有源區(qū)面積減少，而且還會在襯底表面出現(xiàn)臺階。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于圖像傳感器像素單元中有源區(qū)隔離的方法，節(jié)省尺寸面積，降低擊穿風險，減少暗電流和白點，提高圖像傳感器性能。

基于以上考慮，本發(fā)明提供一種用于圖像傳感器像素單元中有源區(qū)隔離的方法，在圖像傳感器像素單元中需隔離的有源區(qū)之間設置有柵極結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)開關(guān)功能，從而實現(xiàn)所述有源區(qū)的電學隔離。

優(yōu)選的，在所述柵極結(jié)構(gòu)上施加偏置電壓以實現(xiàn)開關(guān)功能，從而實現(xiàn)所述有源區(qū)的電學隔離。

優(yōu)選的，用于隔離N型有源區(qū)的柵極結(jié)構(gòu)的偏置電壓和用于隔離P型有源區(qū)的柵極結(jié)構(gòu)的偏置電壓不同。

優(yōu)選的，對于N型有源區(qū)隔離，閾值電壓為0V到10V之間，所述偏置電壓小于閾值電壓時，所述柵極結(jié)構(gòu)為關(guān)閉狀態(tài)；所述偏置電壓大于閾值電壓時，所述柵極結(jié)構(gòu)為開啟狀態(tài)。

優(yōu)選的，對于P型有源區(qū)隔離，閾值電壓為-10V到0V之間，所述偏置電壓大于閾值電壓時，所述柵極結(jié)構(gòu)為關(guān)閉狀態(tài)；所述偏置電壓小于閾值電壓時，所述柵極結(jié)構(gòu)為開啟狀態(tài)。