[发明专利]一种防止寄生光响应的全局像元结构及形成方法

说明书

本发明公开了一种防止寄生光响应的全局像元结构，包括设于衬底上的光电二极管、传输管和复位管，以及形成于传输管栅极和复位管栅极之间的衬底中的存储节点；传输管栅极表面、复位管栅极表面和存储节点表面上覆盖有金属掩蔽层，且金属掩蔽层在存储节点上方形成金属掩蔽层开口，接触孔通过金属掩蔽层开口连接存储节点；其中，接触孔自上方将金属掩蔽层开口完全封闭，金属掩蔽层与接触孔的配合面之间充满绝缘介质，可防止入射光线进入存储节点的电荷存储区，避免产生寄生光响应，有效保证全局曝光像素单元存储电容中信号的准确性，避免输出信号的失真。本发明还公开了一种防止寄生光响应的全局像元结构的形成方法。

技术领域

本发明涉及CMOS图像传感器技术领域，更具体地，涉及一种可防止寄生光响应的CMOS图像传感器全局像元结构及形成方法。

背景技术

图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，通常大规模商用的图像传感器芯片包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器芯片两大类。

CMOS图像传感器和传统的CCD传感器相比，具有低功耗、低成本以及与CMOS工艺相兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。现在CMOS图像传感器不仅已应用于消费电子领域，例如微型数码相机(DSC)，手机摄像头，摄像机和数码单反(DSLR)中，而且在汽车电子，监控，生物技术和医学等领域也得到了广泛的应用。

CMOS图像传感器的像素单元是图像传感器实现感光的核心器件，最常用的像素单元为包含一个光电二极管和四个晶体管的有源像素结构。在这些器件中，光电二极管是感光单元，实现对光线的收集和光电转换；其它的MOS晶体管是控制单元，主要实现对光电二极管的选中，复位，信号放大和读出的控制。一个像素单元中MOS晶体管的多少，决定了非感光区域所占的面积大小。上述包含四个晶体管的像素结构通常称为4T像素单元。

在数码相机中通常有两种快门控制方式：即机械快门和电子快门。机械快门通过安装在CMOS图像传感器前面的机械件的开合来控制曝光时间；电子快门通过像素单元的时序控制来改变积分时间，从而达到控制曝光时间的目的。由于机械快门需要机械件，会占用数码相机的面积，因此不适用于便携式的数码相机。对于视频监控应用而言，由于通常是进行视频采集，因此，一般采用电子快门控制曝光时间。其中电子快门又分为两种：即卷帘式和全局曝光式。卷帘式电子快门的每行之间的曝光时间是不一致的，在拍摄高速物体时容易造成拖影现象；而全局曝光式电子快门的每一行在同一时间曝光，然后同时将电荷信号存储在像素单元的存储节点，最后将存储节点的信号逐行输出。全局曝光式电子快门由于所有行在同一时间进行曝光，所以不会造成拖影现象。

随着CMOS图像传感器在工业、车载、道路监控和高速相机中越来越广泛的应用，对于可以捕捉高速运动物体图像的图像传感器的需求进一步提高。为了监控高速物体，CMOS图像传感器需要使用全局曝光的像素单元(简称全局像元)，而全局曝光像素单元中用于存储电荷信号的存储节点对于光源的寄生响应是一个非常重要的指标。在实际应用中，根据每个像素单元使用晶体管的数目，全局曝光像素单元有4T、5T、6T、8T和12T等。

请参阅图1，图1是现有的一种5T全局曝光像素单元的版图结构。如图1所示，5T全局曝光像素单元中的电荷存储节点12就是传输管11和复位管13之间的结电容。存储节点的寄生光响应是指存储节点电容对入射光的寄生响应，对于像素单元而言，入射到像素单元表面的光线由于折射和散射而不能全部聚焦到光电二极管10表面，有部分光线可能入射到存储节点12上，存储节点12在入射光的照射下也可以像光电二极管10一样产生光电响应。由于入射光的照射而在存储节点12上产生的电荷，会影响原来存储在存储节点12上的由光电二极管10产生的电压信号，造成了信号的失真。为了减小存储节点的光源寄生响应，在存储节点上面就需要使用完全不透光的金属屏蔽层来防止入射光线的影响。