[發明專利]一種圖像傳感器結構

在審

• 申請號: 202010107813.6
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111312693A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 范春暉;王瑋
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司;成都微光集電科技有限公司
• 主分類號: H01L23/58
• 分類號: H01L23/58;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: 吳世華;張磊

本發明公開了一種圖像傳感器結構，包括：襯底，設于所述襯底上的淺槽隔離區，依次位于所述淺槽隔離區之間的光電二極管、傳輸晶體管和浮置擴散區；其中，靠近所述光電二極管一側的所述淺槽隔離區的表面上設有電極，所述電極的邊界位于所述淺槽隔離區的邊界以內。本發明可抑制靠近淺槽隔離區表面的襯底硅中電子的產生，有效降低淺槽隔離區的暗電流來源。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，特別是涉及一種能夠減小暗電流的圖像傳感器結構。

背景技術

圖像傳感器是指將光信號轉換為電信號的裝置。圖像傳感器單元類別主要有電荷耦合器件(CCD)和互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件。CMOS圖像傳感器和傳統的CCD傳感器相比，具有低功耗、低成本以及可與CMOS工藝相兼容等特點，因此得到越來越廣泛的應用，包括消費電子、汽車電子、監控、生物技術和醫學等領域。

CMOS圖像傳感器包括由眾多像素單元構成的像素陣列，像素單元是圖像傳感器實現感光的核心器件。在現有技術中，最常見的4T(4Transistors)像素單元中通常包含由一個光電二極管(Photo Diode)、4個場效應晶體管和一個寄生的浮置擴散區存儲節點電容組成的有源像素結構。其中，4個晶體管分別是復位(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，基于入射光產生電子，實現對光線的收集和光電轉換；傳輸晶體管通過其柵極控制將光電二極管產生的電子轉移到浮置擴散區存儲節點，再通過后續讀出電路將電子轉換為電壓信號讀出。

請參閱圖1，圖1是現有的一種CMOS圖像傳感器像素單元的結構原理示意圖，包括了圖像傳感器單元的核心部分。圖中在P-型硅襯底101上的淺槽隔離區(STI)102之間為圖像傳感器的光電二極管103、浮置擴散區104以及傳輸晶體管105，光電二極管103和浮置擴散區104位于傳輸晶體管105的兩側。

對于CMOS圖像傳感器而言，暗電流是一個重要指標。暗電流的大小對噪聲、動態范圍有著顯著的影響，從而直接關系到最終的圖像質量。如果圖像傳感器芯片的暗電流大小沒有達到設計應用的要求，則會限制這顆芯片在各種復雜環境下，尤其是高溫、低光照的嚴苛環境下的的成像質量。這對于圖像傳感器產品而言將是致命性的。因此，降低暗電流，是圖像傳感器設計、制造過程中的一項重要任務。

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、淺槽隔離區的邊界，等等。其中，淺槽隔離區是暗電流的主要來源之一。如圖1所示，由于淺槽隔離區102在工藝制備過程中，硅表面存在大量界面態，同時淺槽隔離區102填充的二氧化硅中可能聚集存在的帶正電荷的金屬離子，導致靠近淺槽隔離區102的硅表面106中容易產生電子，并被光電二極管103收集形成暗電流。一般地，可通過在靠近淺槽隔離區102的硅襯底101表面上增加一次P型雜質注入形成P+區107，與光電二極管103的N型區形成更佳的PN結來進行隔離。但如果淺槽隔離區102的二氧化硅中的金屬離子正電荷較多或淺槽隔離區102刻蝕損傷較嚴重的情況下，PN結的隔離效果將有限。

因此需要進一步的措施來降低暗電流。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種圖像傳感器結構，以抑制淺槽隔離區邊緣產生的暗電流。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種圖像傳感器結構，包括：襯底，設于所述襯底上的淺槽隔離區，依次位于所述淺槽隔離區之間的光電二極管、傳輸晶體管和浮置擴散區；其中，靠近所述光電二極管一側的所述淺槽隔離區的表面上設有電極，所述電極的邊界位于所述淺槽隔離區的邊界以內。

進一步地，還包括：設于所述光電二極管與其一側的所述淺槽隔離區之間的所述襯底中的第一隔離層。