能提高信号摆幅的cmos图像传感器像素的利记博彩app
【专利摘要】本实用新型公开了一种能提高信号摆幅的CMOS图像传感器像素，包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、行选择晶体管以及漂浮有源区，靠近所述漂浮有源区一侧的电荷传输晶体管沟道处设有N型杂质离子区，所述N型杂质离子区与所述漂浮有源区相接，并且不与光电二极管相接。N型杂质离子区的势阱耗尽电势小于或等于所述光电二极管的完全耗尽电势。能有效提高像素的电势信号摆幅，拓展像素的电荷饱和阱容量及动态范围，传感器采集到了高照明时更多的实物信息，有效提升了图像传感器输出的图像品质。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种CMOS图像传感器像素，尤其涉及一种能提高信号摆幅的 CMOS图像传感器像素。 能提高信号摆幅的CMOS图像传感器像素
【背景技术】
[0002] 图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用 场合。特别是制造 CMOS (互补型金属氧化物半导体）图像传感器技术的快速发展，使人们 对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。
[0003] 在现有技术中，CMOS图像传感器一般采用四晶体管像素（4T)结构。如图1所示， 是采用CMOS图像传感器4T有源像素结构的示意图，包括虚线框内的横截面示意图和虚线 框外的电路示意图两部分。4T有源像素的元器件包括：光电二极管的N型区101，光电二极 管的P型PIN层102,电荷传输晶体管103,复位晶体管104,漂浮有源区105, P型阱区106， 复位晶体管漏端107,源跟随晶体管108,行选择晶体管109,列位线110 ;TX为晶体管103的 栅极端，RX为晶体管104的栅极端，SX为晶体管109的栅极端，Vdd为电源电压。光电二极 管接收外界入射的光线，产生光电信号；开启晶体管103,将光电二极管中的光电信号转移 至漂浮有源区（FD)区后，由晶体管108所探测到的FD势阱内电势变化信号经110读取并 保存。
[0004] 图2a、2b示出了图1虚线框内器件部分，在进行光电电荷转移操作时的势阱示意 图。图中，201为光电二极管区的势阱，202为FD区势阱，203为电荷转移晶体管，204为复 位晶体管，Vpin为光电二极管的完全耗尽电势,Vfd为FD区的复位电势；其中图2a为开启 电荷转移晶体管进行电荷转移时的势阱图，图2b为电荷转移完毕后关闭电荷转移晶体管 的势阱图。由图2a、2b所示，可得FD区的线性信号摆幅为Vfd-Vpin，其中低于Vpin部分的 信号为非线性无效信号。由此可见，上述现有技术中，漂浮有源区低于光电二极管完全耗尽 电势部分的光电信号没有被利用，信号摆幅被限制到Vfd-Vpin。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的是提供一种能提高信号摆幅的CMOS图像传感器像素。
[0006] 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 本实用新型的能提高信号摆幅的CMOS图像传感器像素，包括置于半导体基体中 的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、行选择晶体管以及漂浮有源 区，靠近所述漂浮有源区一侧的电荷传输晶体管沟道处设有N型杂质离子区，所述N型杂质 离子区与所述漂浮有源区相接，并且不与所述光电二极管相接。
[0008] 由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的能提高信 号摆幅的CMOS图像传感器像素，由于靠近所述漂浮有源区一侧的电荷传输晶体管沟道处 设有N型杂质离子区，N型杂质离子区与漂浮有源区相接，并且不与光电二极管相接，能有 效提高像素的电势信号摆幅，拓展像素的电荷饱和阱容量及动态范围，传感器采集到了高 照明时更多的实物信息，有效提升了图像传感器输出的图像品质。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是现有技术的CMOS图像传感器的四晶体管有源像素结构示意图。
[0010] 图2a是现有技术的CMOS图像传感器像素在进行电荷转移操作时，开启电荷转移 晶体管进行电荷转移时的势阱示意图。
[0011] 图2b是现有技术的CMOS图像传感器像素在进行电荷转移操作时，电荷转移完毕 后关闭电荷转移晶体管的势阱示意图。
[0012] 图3是本实用新型实施例中的CMOS图像传感器的四晶体管有源像素结构示意图。
[0013] 图4a是本实用新型实施例中的CMOS图像传感器像素在进行电荷转移操作时，开 启电荷传输晶体管进行电荷转移时的势阱示意图。
[0014] 图4b是本实用新型实施例中的CMOS图像传感器像素在进行电荷转移操作时，电 荷转移完毕后关闭电荷转移晶体管的势阱示意图。
[0015] 图5是本实用新型实施例中的CMOS图像传感器像素制作工艺中的P型阱工艺步 骤完毕后的横截面示意图。
[0016] 图6是本实用新型实施例中的CMOS图像传感器像素制作工艺中的N型离子区工 艺旋涂光刻胶步骤。
[0017] 图7是本实用新型实施例中的CMOS图像传感器像素制作工艺中的N型离子区工 艺曝光并显影步骤。
[0018] 图8是本实用新型实施例中的CMOS图像传感器像素制作工艺中的N型离子区工 艺N型离子注入步骤。
[0019] 图9是本实用新型实施例中的CMOS图像传感器像素制作工艺中的N型离子区工 艺清洗光刻胶步骤。
【具体实施方式】
[0020] 下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
[0021] 本实用新型的能提高信号摆幅的CMOS图像传感器像素，其较佳的【具体实施方式】 是：
[0022] 包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体 管、行选择晶体管以及漂浮有源区，靠近所述漂浮有源区一侧的电荷传输晶体管沟道处设 有N型杂质离子区，所述N型杂质离子区与所述漂浮有源区相接，并且不与所述光电二极管 相接。
[0023] 所述N型杂质离子区的势阱耗尽电势小于或等于所述光电二极管的完全耗尽电 势。
[0024] 本实用新型的上述的能提高信号摆幅的CMOS图像传感器像素的利记博彩app，包括 步骤：
[0025] 所述N型杂质离子区的制作工艺在浅槽隔离之后并且在多晶硅栅的制作工艺之 前。包括步骤：
[0026] a.旋涂光刻胶；
[0027] b.曝光并显影，在预定区域光刻胶开口；
[0028] c. N型杂质离子注入；
[0029] d.清洗光刻胶。
[0030] 所述N型杂质离子采用磷离子和砷离子中的任一种或两种离子。
[0031] 所述N型杂质离子注入，采用磷离子的注入能量小于或等于90keV，注入剂量小于 或等于5el2个离子/平方厘米。
[0032] 所述N型杂质离子注入，采用砷离子的注入能量小于或等于200keV，注入剂量小 于或等于5el2个离子/平方厘米。
[0033] 所述N型杂质离子注入，采用磷离子的注入能量小于或等于90keV，采用砷离子的 注入能量小于或等于200keV，两种离子的注入总剂量小于或等于5el2个离子/平方厘米。
[0034] 本实用新型的能提高信号摆幅的CMOS图像传感器像素，从优化像素工艺结构入 手，在靠近漂浮有源区一侧的电荷传输晶体管沟道处设置有N型离子区，在进行光电电荷 转移操作时，此N型离子区可预存部分光电电荷，在电荷传输晶体管关闭后，此区预存的电 荷会流入漂浮有源区，引起漂浮有源区的电势继续降低。像素拓展了漂浮有源区的电势信 号摆幅，使低于光电二极管完全耗尽电势部分的光电信号从非线性无效信号转变为线性有 效信号。
[0035] 在进行电荷转移操作时，储存在所述N型杂质离子区的电荷在关闭电荷传输晶体 管后会流入漂浮有源区内，使漂浮有源区的电势继续降低，此部分电势信号仍为线性信号， 仍为有效信号，并且此部分信号电势可低于光电二极管完全耗尽电势。因此本实用新型的 图像传感器像素有效提高了像素的电势信号摆幅，拓展了像素的电荷饱和阱容量及动态范 围。传感器采集到了高照明时更多的实物信息，有效提升了图像传感器输出的图像品质。
[0036] 具体实施例一：
[0037] 本实用新型的CMOS图像传感器像素结构如图3所示，包含虚线框内的横截面部分 和虚线框外的电路部分示意图。图3中，301为光电二极管N型区，302为光电二极管P型 Pin层，303电荷传输晶体管，304为复位晶体管，305为漂浮有源区FD，306为P型阱区，307 为304漏端，308为源跟随晶体管，309为行选择晶体管，310为列位线，311为N型离子区； STI为浅槽隔离区，P-印i为半导体基体P型外延层；TX为303栅极端，RX为304栅极端， SX为309栅极端，Vdd为电源电压。其中311位于303沟道处，并且与305相互接触，与301 不接触。
[0038] 图4a、4b示出了图3虚线框内器件部分，在进行光电电荷转移操作时的势阱示意 图。图4a为开启电荷传输晶体管进行电荷转移时的势阱图，图4b为电荷转移完毕后关闭 电荷传输晶体管的势阱图。401为光电二极管区的势阱，402为FD区势阱，403为电荷转移 晶体管，404为复位晶体管，Vpin为光电二极管的完全耗尽电势，Vfd为FD区的复位电势。 图4a和图4b所示的411为所述N型离子区，此N型离子区在开启403晶体管时可以预存 部分光电电荷，如图4a所示；在转移电荷操作后期，关闭403晶体管后，则预存在411区的 电荷流入402势阱区，如图4b所示。因此，402势阱区的电势可以低于Vpin电势，标记为 Vfd2,则Vpin-Vfd2部分电势信号来源于411区存储的电荷。由此可见，像素的电势信号摆 幅不受Vpin电势制约，电势信号摆幅量由原来的Vfd-Vpin拓展到了 Vfd-Vfd2。
[0039] 具体实施例二：
[0040] 本实用新型的CMOS图像传感器像素的N型杂质离子区的具体利记博彩app如图5至 图9所示，所述N型杂质离子区的工艺制作在浅槽隔离之后并且多晶硅栅工艺之前，本实用 新型的N型杂质离子区以制作在P型阱工艺之后为例，如图5所示，506为P型阱区，P-印i 为半导体基体P型外延层，STI为浅槽隔离区。具体实施步骤为：
[0041] a.旋涂光刻胶；如图6所示。
[0042] b.曝光并显影，在预定区域光刻胶开口；如图7所示。
[0043] c.N型杂质离子注入，如图8所示，其中811为N型杂质离子区；方式一，采用磷离 子的注入能量不大于90keV，注入剂量不大于5el2个离子/平方厘米；方式二，采用砷离子 的注入能量不大于200keV，注入剂量不大于5el2个离子/平方厘米；方式三，采用磷离子 的注入能量不大于90keV，采用砷离子的注入能量不大于200keV，两种离子的注入总剂量 不大于5el2个离子/平方厘米；
[0044] d.清洗光刻胶，如图9所示。
[0045] 以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该 以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1. 一种能提高信号摆幅的CMOS图像传感器像素，包括置于半导体基体中的光电二极 管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、行选择晶体管以及漂浮有源区，其特征在 于，靠近所述漂浮有源区一侧的电荷传输晶体管沟道处设有N型杂质离子区，所述N型杂质 离子区与所述漂浮有源区相接，并且不与所述光电二极管相接。
【文档编号】H01L27/146GK203910801SQ201420307784
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】郭同辉, 旷章曲, 唐冕 申请人:北京思比科微电子技术股份有限公司