[发明专利]降低CMOS图像传感器中随机电报噪声的结构及形成方法

说明书

本发明提供一种降低CMOS图像传感器中随机电报噪声的结构及形成方法，位于外延层上的转移管和该转移管一侧的光电二极管；光电二极管上设有钉扎层，转移管栅极下设有不同厚度的氧化硅层，靠近钉扎层一端的转移管栅极下的氧化硅层厚度小于该栅极下其余部分的氧化硅层厚度。本发明利用不同氧化硅厚度形成不同沟道区域的方法来同时满足利用转移管与钉扎层的低耗尽降低电子产生‑复合率，以及抑制浮动扩散点到光电二极管的电流，达到降低光电子转移和积分时间过程的随机电报噪声和暗电流，实现转移管更为灵活的调整和更加有效地抑制随机电报噪声，提高像素单元的动态范围和低光下的响应。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种降低CMOS图像传感器中随机电报噪声的结构及形成方法。

背景技术

CMOS图像传感器(CIS)由于其制造工艺和现有的集成电路制造工艺兼容，同时其性能上比原有的电荷耦合器件CCD相比有很多优点。CMOS图像传感器可以将驱动电路和像素集成在一起，简化了硬件设计，同时也降低了系统的功耗。CIS由于在采集光信号的同时就可以取出电信号，还能实时处理图像信息，速度比CCD图像传感器快。CMOS图像传感器还具有价格便宜，带宽较大，防模糊，访问的灵活性和较大的填充系数的优点。

传统的有源像素是运用光电二极管作为图像传感器件。通常的有源像素单元是由三个晶体管和一个P+/N+/P-光电二极管构成，这种结构适合标准的CMOS制造工艺。在对于光电二极管的搀杂的空间分布设计中，我们还必须使空间电荷区避开晶体缺陷等复合中心集中的地区，以减小像素的暗电流。图1显示为现有技术中背照式图像传感器后端的4T像素结构示意图，在大尺寸的像素单元上由于光电二极管的尺寸较大，满阱容量(光电二极管存储电荷的能力)得到提升，从而可以存储更多的电子，从而可以提高像素单元的动态范围(最亮与最暗情况的比值)，降低噪声对像素的影响，信噪比会有所提高。

随着CIS越来越多的用于监控，汽车辅助系统，以及夜视系统，对于CIS低光强度下的成像质量要求越来越高，一方面通过增加像素的面积来提高进光量，另一方面通过设计优化来提升像素的动态范围来转化更多的低强度光，如延长曝光时间、多次取样、双转换因子或是像素结合方案。但这些增加动态范围的方法都不会消除原有影响像素质量的因素，特别是暗电流(DC，Dark Current)和随机电报噪声(RTS，Random Telegraph Signals)，相反很多设计还会加重这些影响，例如延长曝光时间会增加暗电流，如图2所示，对于低光强度下的影响，也有很多改善方案，如图3，对于转移管施加负压可以降低RTS，怀疑是负电压将转移管与光电二极管重合区域的钉扎层(PPD)耗尽降低，降低电子的产生-复合概率，从而改善了对应的RTS(Investigation of Dark Current Random Telegraph Signal inPinned Photodiode CMOS Image Sensors.2011 IEEE)，如图4a和图4b所示，积分时转移管高负压产生的反型层，在PPD与Tx重合区域使耗尽区远离界面，降低RTS；图4c中负压时耗尽区远离界面，但是同时过低的负压会引起转移管下的积累正电荷，将浮动扩散点(FD)和光电二极管(PD)导通，形成漏电，导致在PD积分时，有电流从FD进入，增加暗电流或是随机噪声。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种降低CMOS图像传感器中随机电报噪声的结构及形成方法，用于解决现有技术中CMOS图像传感器中由于转移管和光电二极管钉扎层重合区域诱导的随机电报噪声对于低光下的图像质量的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种降低CMOS图像传感器中随机电报噪声的结构，该结构至少包括：位于外延层上的转移管和该转移管一侧的光电二极管；所述光电二极管的上表面设有钉扎层；所述转移管的多晶硅栅极下设有不同厚度的氧化硅层，其中靠近所述钉扎层一端的所述转移管的多晶硅栅极下的所述氧化硅层厚度小于所述转移管的多晶硅栅极下其余部分的所述氧化硅层厚度。