[发明专利]图像传感器像素及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器的结构及其方法，更具体地，涉及4晶体管互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的有源像素。

背景技术

图像传感器是利用半导体器件对外界能量(例如光子)敏感的特性而用于采集图像的装置。从自然界中每个物体上发出的光均具有例如波长的特征能量值。图像传感器的像素感测从每个物体上发出的光并将所感测到的光转换为电学值。图像传感器的像素可为4晶体管CMOS有源像素。

图1是图像传感器的电路图，其包括四个晶体管110至140及二极管190。图像传感器电路的操作如下。在第一复位段，在通过RX信号和TX信号将光电二极管复位后，将在光电二极管上收集的光转换至电信号，进而通过传输晶体管110、激励晶体管130、和选择晶体管140将电信号传输至输出节点Vout。

图2示出了上述4晶体管图像传感器的平面结构，图3示出了图2的剖视图。

在这里，组成有源像素的四个晶体管的标号110至140与图1的四个晶体管的标号相同。

传输晶体管110和复位晶体管120之间的节点由金属层125通过接触区连接至激励晶体管130的栅极。

P阱层150被准备用于根据制造顺序而形成光电二极管。

特别地，采用CMOS技术的图像传感器使用漏电流小的外延生长的半导体衬底，以提高传感器的性能。

PDN层160通过对光电二极管190的阴极进行N型杂质的离子注入而形成。PDP层180通过对光电二极管190的阳极进行P型杂质的离子注入而形成。PDN层160与PDP层180重叠以形成PN结的面积为光电二极管190的面积。

PDC层185被用于将光电二极管连接至传输晶体管110的源区。

另一方面，因为半导体技术已得到了改进，所以图像传感器像素的尺寸减小，并且光电二极管的尺寸也随之减小。因为增加了半导体衬底上的绝缘层和金属布线层间的重叠数量，所以从像素表面到光电二极管的距离变大，进而减少了在像素的光电二极管上收集光的数量并降低了图像传感器的图像质量。

如图4所示，传统的方法使进入图像传感器的入射光，能够通过在形成的像素的滤色镜410上面的最高层上形成凸透镜型微透镜420而被收集，进而增加到达光电二极管的光的数量。

通常，公知光电二极管的面积越大则图像质量越高。光电二极管在整个像素区域上占据的面积为填充因数。像素的特性通过填充因数来估测。如图2所示，在传统的有源像素中，必须将光电二极管和晶体管设置在一个平面上，因此，填充因数仅为6-16％。因而，光敏度降低、相邻像素间的距离减少、并且串扰增加从而产生很多噪声。

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，本发明的一个目的在于提供一种在半导体衬底上具有突出形状的图像传感器像素及其方法，以在所述图像传感器像素的有限范围内增加光电二极管的面积。

本发明的另一目的在于提供一种图像传感器的像素以将相邻像素间的串扰减到最少。

本发明的另一目的在于提供一种能够在有限的像素面积内形成相对大的光电二极管的图像传感器，以得到高灵敏度和高分辨率。

本发明的另一目的在于提供一种没有微透镜的图像传感器像素。

本发明的另一目的在于提供一种安装根据本发明图像传感器的电子装置，从而获得经济效益。

技术方案

根据本发明的一方面，提供了一种半导体图像传感器的像素，包括在半导体衬底的表面上具有突出形状的光电二极管。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体图像传感器的像素，包括：光电二极管，形成在半导体衬底的表面下；以及光电二极管，在所述半导体衬底的所述表面上具有突出的形状。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体图像传感器的像素，包括：第一光电二极管，形成在半导体衬底的表面下；以及第二光电二极管，在所述半导体衬底的所述表面上具有突出的形状，所述第二光电二极管位于所述第一光电二极管之上。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造图像传感器的像素的方法，所述方法包括：(a)通过对半导体衬底进行离子注入，形成类型相对于所述衬底相反的第一区域；以及(b)在所述衬底上形成具有预定厚度的外延层。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造图像传感器的像素的方法，所述方法包括：通过对半导体衬底进行离子注入，形成类型相对于所述衬底相反的第一区域；在所述衬底上形成具有预定厚度的外延层；以及将离子注入到所述外延层中。

附图说明

图1是具有4晶体管结构的CMOS图像传感器的电路图；