[发明专利]一种全局曝光像素单元及其制备方法

说明书

本发明公开的一种全局曝光像素单元，包括在竖直方向排布的衬底和介质层区域，衬底中包括光电二极管、分别位于光电二极管两侧的晶体管和注入区；介质层区域包括第一介质层、第二介质层直至第M介质层，且相邻的介质层之间通过刻蚀阻挡层隔离；第一介质层、第二介质层直至第M介质层中分别含有第一金属层、第二金属层直至第M金属层；位于奇数层的沟槽金属通过对应的接触金属与晶体管的源漏连接形成存储电容的上极板，位于偶数层的沟槽金属通过对应的接触金属与注入区连接形成存储电容的下极板，形成像素单元的存储电容。本发明提供的一种全局曝光像素单元，增加了存储电容的电容值，降低像素单元的读出噪声，提高了像素单元的灵敏度。

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，具体涉及一种全局曝光像素单元及其制备方法。

背景技术

图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，其中大规模商用的图像传感器芯片包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器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图像传感器相比具有的低功耗，低成本和与CMOS工艺兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。现在CMOS图像传感器不仅用于微型数码相机(DSC)，手机摄像头，摄像机和数码单反(DSLR)等消费电子领域，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。

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，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电容节点上，最后将存储节点的信号逐行输出，由于所有行在同一时间进行曝光，所以不会造成拖影现象。

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等各种结构，虽然各种像素单元中的晶体管数目不同，但它们对其中用于电荷信号存储的存储电容的要求是相同的，即存储电容需要防漏光和电容值尽量大，以防止信号失真和降低读出噪声。常规前照全局像元的电荷存储节点可以使用MOS电容，但当使用背照式工艺时，即光线是从硅片的背面进入感光区域，部分光线会通过硅衬底入射到存储电容即MOS电容的下极板，因而影响MOS电容上存储的电荷信号，造成了信号的失真存储节点的光源寄生响应。

如图1所示是常规的背照式全局像素单元的截面图，其中MOS电容是一个在硅衬底上形成的两端器件，MOS电容上极板11为N型多晶，MOS电容下极板12为P型掺杂区，在上下极板之间是电容介质层。改为背照式以后，由于MOS电容的下极板的周边区域为硅衬底，而硅衬底是透光的，因此入射光可以进入电容下极板，造成存储信号失真。

同时如图1所示，用于像素单元感光的光电二极管2和MOS电容下极板12同时位于的衬底1中，为了保证像素单元的灵敏度，我们希望尽量增加感光区域即光电二极管2的面积，因此MOS电容的面积受到光电二极管的限制，即MOS电容的最大电容值受到限制，也就无法有效减小像素单元的读出噪声。同时光电二极管的面积也受到电容下极板的限制，MOS电容下极板占据的硅衬底面积部分无法用于感光，从而影响了像素单元的灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种全局曝光像素单元及其制备方法，可以避免入射光对全局像素单元的存储电容中电荷信号的影响，还可以增加存储电容的电容值，降低像素单元的读出噪声，同时可以增加像素单元中光电二极管的感光面积，提高像素单元的灵敏度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种全局曝光像素单元的制备方法，包括如下步骤：

S01：准备一衬底，在所述衬底中形成光电二极管、分别位于光电二极管两侧的晶体管和注入区；在所述衬底表面沉积第一介质层，并在所述第一介质层中形成第一金属层，所述第一金属层的上表面与所述第一介质层的上表面齐平；所述第一金属层通过接触孔与所述晶体管和注入区互连；

S02：依次在所述第一金属层表面沉积第二刻蚀阻挡层和第二介质层；

S03：在所述第二介质层中刻蚀出第二金属互连沟槽；