[发明专利]减小图像传感器电学互扰的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种图像传感器，尤其涉及一种减小图像传感器电学互扰的方法。

背景技术

CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）图像传感器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，从而简化了硬件设计，同时也降低了系统的功耗。CMOS图像传感器由于在采集光信号的同时就可以取出电信号，所以能够实时处理图像信息，速度比电荷耦合器图像传感器快。CMOS图像传感器还具有价格便宜、带宽较大、防模糊、访问灵活和填充系数较大等优点。

传统的有源像素是采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掺杂的空间分布设计中，还需要使空间电荷区避开晶体缺陷等复合中心集中的区域，以减小像素的暗电流。而现在像素的尺寸逐渐减小，光电二极管容纳电子的阱容量也随之减小，所以对光的捕获和光电信号有一定的影响。现在对于CMOS图像传感器有两种选择，一种是与标准CMOS工艺兼容的光电二极管和3个晶体管相结合，以此保证光电二极管的面积。另一种是不与标准CMOS工艺兼容的具有高阱容量的所谓钉扎光电二极管与4个晶体管结合的具有较低暗电流的像素结构。

图1是现有技术中CMOS图像传感器的结构示意图；如图所示，CMOS图像传感器的半导体结构包括P外延层101、浅沟槽隔离结构102、光电二极管103、转移管104、漂浮节点105、复位晶体管106、电源接口107、放大晶体管和选择管（图中未示）；在光照时，光电二极管103在N-处产生电荷，这时转移管104是关闭状态。然后转移管104打开，将存储在光电二极管103中的电荷传输到漂浮节点105，传输后，转移管104关闭，并等待下一次光照的进入。在漂浮节点105上的电荷信号随后用于调整放大晶体管。读出后，带有复位门的复位晶体管106将漂浮点复位到一个参考电压。

当入射光抵达感光二极管的空间电荷区以外的衬底区域，并通过光电效应产生电子空穴对时，其电子也会在衬底内扩散到空间电荷区边缘而被空间电荷区所吸收。然而，由于电子扩散的无规则性，其可能在衬底内与空穴复合，也可能在衬底游走一段距离后被扫入其他像素的空间电荷区，从而引起像素间一种新的互扰，称之为电学互扰。电学互扰同样会给像素引入一些不真实的信号，使图像传感器信噪比降低，图像质量变差。在强光的照射下，这种电学互扰会非常严重，此时不仅在感光二极管空间电荷区外产生的光生电子会在衬底扩散，而且被二极管空间电荷区已收集的电子也会重新扩散到衬底中，并在最终的图像中引入一些缺陷，如光晕。原因在于对像素而言，其所能容纳的电子个数有限，一旦P-N结收集足够的电子后脱离反偏态而进入平衡态，其多余的电子将溢出而扩散到衬底中，并有很大部分将被邻近的像素所吸收，使周边像素亮度增加，从而形成光晕。

中国专利（申请号：200910211968）公开了一种具有改进背侧表面处理的CMOS图像传感器，具体为利用未活化的硼注入区域来捕获扩散到衬底中的电子，从而减小像素间的电学互扰。

该发明虽然通过未激活的硼来捕获扩散到衬底中的电子，但是由于减薄后的外延层很接近STI（Shallow Trench Isolation 浅沟道隔离结构），对于采用HDP（(High Density Plasma，高密度等离子）的方法来填充STI ，STI会产生压应力，使转移管和其他晶体管中的电子转移减慢，从而会影响光电二极管的响应速度。同时由于P型外延层中存在的压应力，使电子的迁移率也会降低，从而使散射到衬底中的电子转移速度减慢。在第二次光照前，仍有剩余的电子在外延层中游离，会进入临近的像素单元，使临近像素单元产生电学互扰。所以，该发明仍然未能解决现有技术中由于STI的压应力导致电子转移减慢，影响光电二极管中的响应速度的问题，同时也未能克服由于P型外延层存在压应力导致电子迁移率降低，在进行第二次光照时，会产生电学互扰的问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种减小图像传感器电学互扰的方法，以解决现有技术中由于STI的压应力导致电子转移减慢，影响光电二极管中的响应速度的问题，同时也克服现有技术中由于P型外延层存在压应力导致电子迁移率降低，在进行第二次光照时，会产生电学互扰的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：