[发明专利]双转换增益图像传感器及其制作方法

说明书

本发明提供一种双转换增益图像传感器。该双转换增益图像传感器包括半导体衬底，该半导体衬底包括相互隔离的第一有源区和第二有源区；浮置扩散区域设置于第一有源区中；辅助电容设置于第二有源区，用于调节浮置扩散区域的转换增益；其中，在第二有源区的半导体衬底中开设有若干条沟槽，该沟槽的内表面覆盖有介电层，辅助电容的上极板覆盖介电层且填充每条沟槽，与辅助电容的上极板相对的半导体衬底作为辅助电容的下极板。辅助电容的上极板填充每条沟槽，可以提高辅助电容的电容值，从而能够满足图像传感器更大的像素满阱容量的需求，提高图像传感器的动态范围。本发明还提供该双转换增益图像传感器的制作方法。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种双转换增益图像传感器及其制作方法。

背景技术

动态范围是图像传感器(Contact Image Sensor，CIS)成像质量的关键因素，动态范围大可输出更宽光强范围内的场景图像信息，呈现更丰富的图像细节。通常情况下图像传感器输出的动态范围大约为60db～70db，在一般自然环境应用中为了同时捕获高光及阴影部分的图像信息所需要的动态范围约为100db。

目前在图像传感器领域中，将双转换增益(Dual Conversion Gain，DCG)应用于图像传感器的像素电路中，以在低照度条件下以较小的积分电容提高转换增益，以提高图像传感器的灵敏度；在高照度条件下以较大的积分电容提升存储电荷，降低转换增益以提高动态范围。具有DCG结构的图像传感器中，浮置扩散(Floating diffusion，FD)区域的FD电容并联一个辅助电容，以通过所述辅助电容与所述FD电容的组合使浮置扩散区域具有第一种转换增益，当利用开关元件断开所述FD电容和辅助电容的连接时，浮置扩散区域具有第二种转换增益。目前，在制作DCG结构的图像传感器时，该辅助电容常采用平面MOS电容、MIM(metal insulator metal)电容或MOM(metal oxid metal)电容实现。但是，由于受到芯片面积的限制，采用这些类型电容构造的辅助电容的电容值较小，并不能满足提高图像传感器的像素满阱容量(Full Well Capacity，FWC)的需求，不利于图像传感器获得更大的动态范围。

发明内容

本发明提供一种双转换增益图像传感器，可以在不需要增加芯片面积的情况下提高辅助电容的电容值，从而有助于使图像传感器满足更大的像素满阱容量的需求，进而便于提高图像传感器的动态范围。本发明另外提供一种图像传感器的制作方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种双转换增益图像传感器。所述双转换增益图像传感器包括半导体衬底，所述半导体衬底包括第一有源区和第二有源区，且第一有源区和第二有源区之间设置有浅沟槽隔离结构；浮置扩散区域设置于所述第一有源区中，用于接收来自光敏器件的存储电荷；辅助电容设置于所述第二有源区，用于调节所述浮置扩散区域的转换增益。其中，在所述第二有源区的半导体衬底中开设有若干条沟槽，所述沟槽的内表面覆盖有介电层；所述辅助电容的上极板覆盖所述介电层且填充每条所述沟槽，与所述辅助电容的上极板相对的半导体衬底作为所述辅助电容的下极板。

可选的，若干条所述沟槽相互平行。

可选的，每条所述沟槽的宽度小于0.2微米，深度大于0.1微米，相邻两条所述沟槽之间的间距小于0.2微米。

可选的，所述辅助电容的上极板填充的沟槽的数量为三条以上。

可选的，所述浮置扩散区域具有FD电容，所述辅助电容与所述FD电容并联。

可选的，所述第一有源区还设置有所述光敏器件、转移管、开关管和复位管；其中，所述光敏器件的输出端连接所述转移管的第一源漏区，所述转移管的第二源漏区连接所述开关管的第一源漏区和所述FD电容的一端，所述FD电容的另一端接地，所述开关管的第二源漏区连接所述复位管的第一源漏区和所述辅助电容的上极板，所述辅助电容的下极板接地，所述复位管的第二源漏区接电源电压。