[发明专利]图像传感器的空穴型超深光二极管及其工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，特别是涉及一种应用于汽车的CMOS图像传感器的空穴型超深光二极管。

背景技术

互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器普遍应用于移动电话的相机、网络摄影机、监视摄影机、玩具或医疗设备。CMOS图像传感器还可应用于严厉的环境，例如汽车应用，由于其严厉的操作环境，因此对于图像传感器是非常苛求的。为了应用于汽车，必须解决CMOS图像传感器的一些问题。

第一，为了让汽车于夜间能够获得更多细节信息以进行判定，图像传感器必须具有较高的灵敏度或信号噪声比(SNR)。

第二，由于汽车的操作温度会高于一般应用，例如移动电话的相机，因此需要较低的暗电流，用以维持高动态范围，降低暗信号非均匀性(dark signal non-uniformity，DSNU)及降低暗信号脉冲噪声(shot noise)。

第三，由于夜间的路面场景属于高动态范围型式，因此CMOS图像传感器于超亮区域需要良好的外溢(blooming)控制，以防止其周围较暗区域受到超亮区域的外溢电荷而冲淡。对于传统一些高动态范围机制，由于其光二极管的累加(integration)时间不同，因此较长累加的光二极管会破坏较短累加的光二极管的信息。

第四，由于汽车尾灯及交通标志具有较强的红光成分，因此红光信息对于汽车应用是很重要的。再者，为了作出更佳的判定，图像传感器需要收集可见光谱之外的红外光及近红外光信息。

传统CMOS图像传感器的每一像素以电子来表示信号，且像素中的晶体管皆为N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。于像素中，光子所产生的空穴及电子分别储存于光二极管的P侧及N侧。于曝光后，NMOS传输门仅传送电子至N型浮动扩散(floating diffusion，FD)节点，再由FD结电容将电子转换为电压信号。该电压信号接着由后续电路传递至像素的输出。

为了改善上述的暗电流及外溢问题，因而揭露如图1所示的空穴型光二极管，可参考Eric Stevens等人所发表的“Low-Crosstalk and Low-Dark-Current CMOS Image-Sensor technology Using a Hole-Based Detector”，2008年IEEE International Solid-State Circuits Conference，60-61。

图1所示的空穴型光二极管较传统电子型CMOS图像传感器更能抑制暗电流。其中，P型基底10可作为外溢空穴的排放区，以转移出基底(bulk)暗电流。此外，藉由Si/SiO2接口处的掺杂物(dopant)聚集，例如浅沟槽隔离区(STI)12与N+井14之间，暗电流可大幅降低，此异于电子型CMOS图像传感器会于该处产生掺杂物分离。另外，由于空穴的迁移率(mobility)小于电子，因此在相同电场及电荷分布状况下，空穴型CMOS图像传感器的漂流(drift)电流及扩散电流远小于电子型CMOS图像传感器。再者，由于接地的P型基底10提供低电位以排放空穴型光二极管所外溢空穴，因而可提供良好外溢控制，亟适用于汽车应用。

然而，由于N型掺杂物重于P型掺杂物，使得空穴型CMOS图像传感器的P型光二极管16的深度受限于N型井18的注入深度。例如，N型磷的原子量为30.97或砷为74.92，而P型硼的原子量为10.81。因此，浅P型光二极管16无法吸收足够电子-空穴对以涵盖红光/近红外光的吸收区域。另一方面，对于给定深度的P型光二极管16，N型井18的深度将受限于干扰(crosstalk)及外溢控制。如果太深，则扩散电荷会进入邻近像素，而无法被P型光二极管16所吸收。

因此，亟需提出一种新颖的CMOS图像传感器，以改进图1所示结构的红光/近红外光反应并维持其外溢及干扰控制。

发明内容

鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的空穴型超深光二极管的结构及工艺，其具有改良的红光/近红外光反应、降低的干扰、外溢及较小的暗电流。

根据本发明实施例，CMOS图像传感器的空穴型超深光二极管包含P型基底、N型外延层及超深P型光二极管注入区域。P型基底接地或连接至负电源。N型外延层生长于P型基底上，且连接至正电源。超深P型光二极管注入区域形成于N型外延层内。

附图说明

图1显示传统CMOS图像传感器的空穴型光二极管的剖面图；

图2显示电子型深光二极管；