[发明专利]一种降低寄生光响应的全局像素单元结构和形成方法

说明书

本发明公开了一种降低寄生光响应的全局像素单元结构，包括设于衬底上的光电二极管，传输管，存储节点，以及覆盖于衬底上的层间介质层，层间介质层中设有金属互连层，且金属互连层位于任意相邻两个像素单元的光电二极管之间的上方区域，光电二极管上方的层间介质层中还设有深沟槽，深沟槽的底面与光电二极管的上表面相隔离，一复合挡光结构覆盖于深沟槽的侧壁上，其在深沟槽的上下两端形成开口，并延伸覆盖于层间介质层的上表面上，将其下方层间介质层中的金属互连层完全绝缘遮蔽，因此储存节点的信号不会受到入射光线的影响，避免了输出信号的失真。本发明还公开了一种降低寄生光响应的全局像素单元结构的形成方法。

技术领域

本发明涉及CMOS图像传感器技术领域，更具体地，涉及一种降低寄生光响应的全局像素单元结构和形成方法。

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。

如图1所示，现有5T全局曝光像素单元中的电荷存储节点就是传输管7旁的结电容6。存储节点6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衬底1上的光电二极管2表面，有部分入射光线可能通过多次反射进入到存储节点6上，存储节点6在入射光线的照射下也可以像光电二极管2一样产生光电响应，由于入射光而在存储节点6上产生的电荷会影响原来存储在上面的由光电二极管2产生的电压信号，造成了信号的失真。为了减小由于存储节点6漏光造成的光电响应，在存储节点6上面需要使用完全不透光的金属屏蔽层8来防止入射光线的影响。