[发明专利]像素单元的FD有源区结构及其制备方法及CMOS图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，尤其涉及一种可减小CMOS图像传感器中的像素单元漏电流的FD有源区结构及其制备方法及CMOS图像传感器。

背景技术

随着固体图像传感器的发展，CMOS图像传感器相对于CCD图像传感器的诸多优点，如成本低、功耗低、功能集成度高等，而得到了快速发展，广泛应用于数码照相机、手机和其他各种电子消费类产品中。CMOS图像传感器利用光电二极管将光信号转化为电信号，然后对电信号进行处理和储存，作为图像还原的数据。

作为CMOS图像传感器的像素单元Pixe1重要组成部分，FD(FloatingDiffusion)有源区的结构和制备方法影响着信号电荷的质量，低噪声低漏电流的FD有源区设计对于像素单元Pixe1工作于全局曝光采集光电信号方式至关重要。

图1所示为现有CMOS图像传感器中常用的4个晶体管像素单元(4TPixe1)的单元电路示意图，它包含一个光电二极管D和四个NMOS管传输门管V1、复位管V2、源跟随管V3和选通管V4。这种电路结构的像素单元在积分开始前，复位管V2和传输门管V1的栅极电压升高，使PD有源区和FD有源区与电源Vdd连通进行复位操作；然后关闭复位管V2和传输门管V1开始积分，光电二极管D在积分过程中收集光电电荷；积分完毕时传输门管V1导通，将PD区的光电电荷转移到FD有源区；选通管V4开启，用源跟随管V3读取FD有源区的光电信号；现有的CMOS图像传感器中的像素单元Pixe1的版图结构的俯视图如图2所示，主要由PD有源区21、PD有源区的N注入层22、PD有源区的Pin注入层23、传输门管的栅极24、FD有源区27、接触孔26、复位管的栅极28、源跟随管的栅极211、源跟随管栅极的接触孔，连接FD有源区27和源跟随管栅极接触孔210的金属层25、选通管的栅极212、连接输出通道的有源区接触孔213和FD有源区上连接电源的电源接触孔9构成，使用这种结构的像素单元Pixe1以全局曝光采集信号方式工作时，则整个CMOS图像传感器中像素单元Pixe1阵列的各像素单元Pixe1同时进行复位、积分和转移光电电荷的操作，然后按顺序逐一读取各像素单元Pixe1的FD有源区光电信号，由于各像素单元Pixe1中的复位管的源端和传输门管的漏端共用FD有源区，FD有源区又与源跟随管的栅极相连，储存在FD有源区的光电电荷会随着时间的逝去而发生变化，则导致CMOS图像传感器中后读取的像素单元Pixe1的FD有源区会产生大量的暗电流，而且后读取的像素单元Pixe1的FD有源区的光电电荷会通过该像素单元Pixe1的复位管的沟道漏掉一部分，因此读取的信号不能反映图像的真实情况，引起图像失真。

包括上述有源区结构的像素单元构成的CMOS图像传感器，虽可满足像素单元Pixe1工作于滚动曝光采集信号方式。但随着图像技术的不断发展，人们对高速运动物体的拍照图像清晰度有了更高的要求，而在对高速运动物体的拍照时要求CMOS图像传感器的像素阵列要工作于全局曝光采集信号的方式，但由于现有像素单元的FD有源区结构和制备方法的限制，在全局曝光采集信号的方式工作时，FD有源区漏电流较大，进而造成CMOS图像传感器采集的图像失真，无法满足对高速运动物体的拍照图像清晰度的要求。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明实施方式的目的是提供一种像素单元的FD有源区结构及其制备方法及CMOS图像传感器，通过改变像素单元的FD有源区结构，减小FD有源区漏电流，提高像素单元在全局曝光采集信号方式工作时的性能，保证CMOS图像传感器对高速运动物体拍照的清晰度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种像素单元的FD有源区结构，包括：

P型硅半导体衬底上形成P型阱，P型阱上设有N型硅半导体注入层，所述N型硅半导体注入层中包含有N-Plus离子注入层，所述N型硅半导体注入层周围设有P型硅半导体注入层，所述P型硅半导体注入层与N型硅半导体注入层形成反向P-N结，用于隔离N型硅半导体注入层与器件的浅槽隔离区STI，所述N型硅半导体注入层上设有P型硅半导体Pin层，掩埋型接触孔底部穿过P型硅半导体Pin层与N型硅半导体注入层电连接。

所述N型硅半导体注入层中还包含有N-Minus离子注入层。

所述Pin层还覆盖在所述N型硅半导体注入层周围的所述P型硅半导体注入层上。

所述加长传输门管和复位管的栅极下的沟道长度为0.5um或0.6um；其中，所述传输门管、复位管、源跟随管通过FD有源区连接。