[发明专利]具有改进的色串扰的图像传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求享有于2006年10月13日提交的韩国专利申请10-2006-0099759的优先权，其全文通过引用并入。

技术领域

本发明涉及一种固态图像传感器，更具体涉及一种包括用光吸收滤色片覆盖的小像素的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

背景技术

现代CMOS图像传感器的典型像素包括光电二极管，更具体包括钉扎(pinned)光电二极管和四个晶体管。光电二极管收集光生电荷，该光生电荷稍后由电荷转移晶体管在适当时间转移至浮动扩散(FD)节点上。该FD节点用作电荷检测节点。在电荷转移之前，FD节点需要重置至适当的基准电压。该重置引起kTC噪声，该kTC噪声通常会被添加至出现在FD节点上的信号。因此，有必要读取FD节点上的电压两次，第一次在电荷转移之前，第二次在电荷转移之后。此操作被称为CDS(相关双采样)。CDS操作允许感测仅由从光电二极管转移的电荷所引起的节点上的电压差。

源极跟随器(SF)晶体管通过连接至FD节点的SF晶体管栅极、连接至电源电压(Vdd)端子的SF晶体管漏极以及经寻址晶体管连接至共享列(common column)传感线的SF晶体管源极来感测FD节点上的电压。为此，通常有必要在标准CMOS图像传感器的每一像素中结合4个晶体管。授权给Paul P.Lee等人的发明名称为″Active Pixel SensorIntegrated with Pinned Photodiode″的美国专利申请No.5,625,210描述一种具有钉扎光电二极管的示例性4T像素电路。

在现代CMOS传感器设计中，用于若干光电二极管的电路可共享，例如可在授权给R.M.Guidash等人的发明名称为″Active PixelSensor with Wired Floating Diffusions and Shared Amplifier″的美国专利申请No.6,657,665B1的实施例中找到。在该专利申请中，双像素包括位于传感器图像阵列的相邻行中且共享相同电路的两个光电二极管。

大多数现代CMOS图像传感器中的彩色传感通过将适当滤色片置放于光电二极管上来完成，如图1中所示。蓝色滤色片101吸收绿光及红光且仅让蓝光光子进入下方光电二极管区域。类似地，绿色滤色片102吸收蓝光及红光且仅让绿光光子进入下方硅块(bulk)。附图标记103表示红色滤色片。蓝光及绿光光子具有高能量，并因此通常在从硅块的表面到其确定区域104所限定的深度Xg内非常快速地被吸收。另一方面，红光光子具有低能量且穿透比以上区域104更深的区域。更具体而言，在产生任何光电子之前，红光光子可穿透至位于深度Xepi的外延衬底区域与重掺杂的P⁺型衬底106之间的界面105。附图标记“Xr”表示界面105距离硅块(亦即，重掺杂的P⁺型衬底106)的表面的深度。

当在重掺杂的P⁺型衬底106中产生电子107时，电子107非常快速地与位于重掺杂的P⁺型衬底106中的空穴再结合且不能够被收集在″红色″光电二极管中。另一方面，非耗尽外延层109中所产生的电子108具有比电子107更长的寿命，且在非耗尽外延层109中横向及垂直地自由扩散直至电子108抵达耗尽区域110的边界。耗尽区域110的边界位于距离硅块体的表面的深度Xd1处。

当电子111进入耗尽区域110时，电子111快速地被扫掠至位于形成有N型掺杂层112的区域中的各光电二极管势阱中。光电二极管由N型掺杂层112及P⁺型钉扎层113靠近硅块体的表面而形成。此结构被称为钉扎光电二极管。P⁺型钉扎层113各自沿各个浅沟槽隔离(STI)区域114的侧面及底部延伸，浅沟槽隔离(STI)区域114各自通过蚀刻硅块体而形成，以将感光单元(photo sites)和对应电路彼此分离并绝缘。用二氧化硅填充STI区域114。二氧化硅亦覆盖光电二极管表面区域且在转移栅极117下方延伸。附图标记115及116分别表示填充STI区域114的二氧化硅及在转移栅极117下方延伸且同时覆盖光电二极管表面区域的二氧化硅。转移栅极117由多晶硅形成。