[發(fā)明專利]圖像傳感器結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010107639.5
• 申請(qǐng)日: 2020-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN111293132B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范春暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司;成都微光集電科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;張磊

本發(fā)明公開了一種圖像傳感器結(jié)構(gòu)，包括：襯底，設(shè)于所述襯底上的淺槽隔離區(qū)，依次位于所述淺槽隔離區(qū)之間的光電二極管、傳輸晶體管和浮置擴(kuò)散區(qū)，以及設(shè)于靠近所述光電二極管一側(cè)的所述淺槽隔離區(qū)表面上的導(dǎo)電層；其中，在粒子照射下，所述導(dǎo)電層中產(chǎn)生負(fù)電荷，用于與所述淺槽隔離區(qū)的填充材料中產(chǎn)生的正電荷相互抵消，從而可避免靠近淺槽隔離區(qū)的硅襯底表面產(chǎn)生暗電流。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種圖像傳感器單元。

背景技術(shù)

圖像傳感器是指將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。圖像傳感器單元類別主要有電荷耦合器件(CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。CMOS圖像傳感器和傳統(tǒng)的CCD傳感器相比，具有低功耗、低成本以及可與CMOS工藝相兼容等特點(diǎn)，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用，包括消費(fèi)電子、汽車電子、監(jiān)控、生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

CMOS圖像傳感器包括由眾多像素單元構(gòu)成的像素陣列，像素單元是圖像傳感器實(shí)現(xiàn)感光的核心器件。在現(xiàn)有技術(shù)中，最常見的4T(4Transistors)像素單元中通常包含由一個(gè)光電二極管(Photo?Diode)、4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和一個(gè)寄生的浮置擴(kuò)散區(qū)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)電容組成的有源像素結(jié)構(gòu)。其中，4個(gè)晶體管分別是復(fù)位(Reset，RX)晶體管、傳輸(TransitionGate，TX)晶體管、源跟隨器(Source?Follower，SF)以及行選擇(Row?Select，RS)晶體管。在這些器件中，光電二極管是感光單元，基于入射光產(chǎn)生電子，實(shí)現(xiàn)對(duì)光線的收集和光電轉(zhuǎn)換；傳輸晶體管通過其柵極控制將光電二極管產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，再通過后續(xù)讀出電路將電子轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)讀出。

對(duì)于CMOS圖像傳感器而言，暗電流是一個(gè)重要指標(biāo)。暗電流的大小對(duì)噪聲、動(dòng)態(tài)范圍有著顯著的影響，從而直接關(guān)系到最終的圖像質(zhì)量。如果圖像傳感器芯片的暗電流的大小沒有達(dá)到設(shè)計(jì)應(yīng)用的要求，則會(huì)限制這顆芯片在高溫、低光照下的成像質(zhì)量。

暗電流的來源包括傳輸晶體管的柵氧化層與溝道、光電二極管的表面、襯底、淺槽隔離區(qū)的邊界，等等。其中，淺槽隔離區(qū)是暗電流的主要來源之一。尤其對(duì)于一些特殊環(huán)境下應(yīng)用的圖像傳感器而言，當(dāng)其持續(xù)不斷地受到空間粒子照射時(shí)，容易在目前常規(guī)的以二氧化硅材料為主的淺槽隔離區(qū)填充材料中產(chǎn)生正電荷。

請(qǐng)參閱圖1，圖1是現(xiàn)有的一種CMOS圖像傳感器像素單元的結(jié)構(gòu)原理示意圖，其包括了圖像傳感器單元的核心部分。如圖1所示，在P型硅襯底101上的二氧化硅淺槽隔離區(qū)102之間為圖像傳感器的光電二極管103、浮置擴(kuò)散區(qū)104以及傳輸晶體管105，光電二極管103和浮置擴(kuò)散區(qū)104位于傳輸晶體管105的兩側(cè)。在受到特殊粒子照射后，二氧化硅淺槽隔離區(qū)102中產(chǎn)生的正電荷會(huì)引起靠近淺槽隔離區(qū)102的硅襯底101的區(qū)域106中電子的產(chǎn)生，從而造成暗電流的急劇上升，甚至超過光信號(hào)產(chǎn)生的電子，使得圖像傳感器失效。

一般地，可通過在靠近淺槽隔離區(qū)102的硅襯底表面增加一次P型雜質(zhì)注入形成P+區(qū)，與光電二極管103的N型區(qū)形成更佳的PN結(jié)來隔離。但是，當(dāng)粒子不斷照射產(chǎn)生的正電荷量達(dá)到一定程度后，PN結(jié)有限的隔離能力無法避免抑制能力的失效。

因此，必須找到一種應(yīng)對(duì)上述特殊空間環(huán)境應(yīng)用的新技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種圖像傳感器結(jié)構(gòu)，以減少受粒子照射影響引起的淺槽隔離區(qū)邊緣產(chǎn)生的暗電流。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種圖像傳感器結(jié)構(gòu)，包括：襯底，設(shè)于所述襯底上的淺槽隔離區(qū)，依次位于所述淺槽隔離區(qū)之間的光電二極管、傳輸晶體管和浮置擴(kuò)散區(qū)，以及設(shè)于靠近所述光電二極管一側(cè)的所述淺槽隔離區(qū)表面上的導(dǎo)電層；其中，在粒子照射下，所述導(dǎo)電層中產(chǎn)生負(fù)電荷，用于與所述淺槽隔離區(qū)的填充材料中產(chǎn)生的正電荷相互抵消。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電層至少覆蓋靠近所述光電二極管一側(cè)的所述淺槽隔離區(qū)的整個(gè)表面。