[发明专利]用于图像传感器像素单元中有源区隔离的方法

说明书

本发明提供一种用于图像传感器像素单元中有源区隔离的方法，通过在图像传感器像素单元中需隔离的有源区之间设置有栅极结构以实现开关功能，从而实现所述有源区的电学隔离，可以避免由于反掺杂而引起的面积损失，并且降低击穿风险，避免了增加Si和其氧化物的界面，减少了由氧化物隔离引起的图像传感器中的暗电流和白点，提高了图像传感器性能。

技术领域

本发明涉及一种用于图像传感器像素单元中有源区隔离的方法。

背景技术

现有的图像传感器主要包括像素阵列、时序控制、模拟信号处理以及模数转换等模块，其中像素阵列是实现光电转换功能的核心部分。像素阵列是由一定数量的像素单元组成，像素单元包括且不仅限于感光区和信号读取的外围电路，这些外围电路是由实现不同功能的有源区（例如MOS管，包括且不仅限于传输晶体管，行选择晶体管，复位晶体管以及源跟随晶体管的有源区）构成。随着器件尺寸的不断减小，有源区之间的间距也越来越近，不同有源区之间的隔离显得十分重要。

图1为现有技术中通过反型掺杂进行有源区隔离方法的示意图。其中，1为复位晶体管，2为行选择晶体管，3为信号放大器（源跟随晶体管），4为电荷读取区域（浮置扩散区），6为光电信号转换器件（光电二极管），7为控制开关晶体管（传输晶体管），8为信号读出区域，9为工作电压接入区域，10为后续引入的掺杂区域，12为相对于10的反型掺杂区域，该反型掺杂区域12在电荷读取区域4和信号读出区域8之间形成反向背对PN结，阻止载流子在有源区之间扩散。这种方法缺陷少，但是所需尺寸大，耗尽层出现在由反型掺杂引起的反向背对PN结中，造成隔离区的面积损失，而且引入的电容大，伴随着PN结击穿的风险，另外，反型掺杂隔离法会影响后续掺杂工艺，这种后续掺杂工艺被广泛运用于有源区形成，其影响在于后续掺杂工艺需要避开反型掺杂区域而变得工艺窗口狭窄，使得后续掺杂区域10掺杂过程无法自对准，需要额外在隔离区域处做图形曝光，增加工艺难度。

图2为现有技术中通过氧化物绝缘层进行有源区隔离方法的示意图。同样的，1为复位晶体管，2为行选择晶体管，3为信号放大器（源跟随晶体管），4为电荷读取区域（浮置扩散区），6为光电信号转换器件（光电二极管），7为控制开关晶体管（传输晶体管），8为信号读出区域，9为工作电压接入区域，10为后续引入的掺杂区域。与图1的现有技术不同的是，11为氧化物绝缘层区域，具体可通过在衬底上刻蚀出一定深度的凹槽后续填充氧化物，或是将衬底Si覆盖上设计图形的氮化物并使暴露的衬底氧化，接着去除氮化物，以实现电荷读取区域4和信号读出区域8之间的氧化隔离。氧化物绝缘层隔离方法的优点在于不易击穿，尺寸小且电容小，缺点在于缺陷多，增加的氧化物界面（即氧化物绝缘层区域11的侧壁和底部是Si与其氧化物的界面）会产生应力，也容易形成缺陷造成电子俘获，从而导致器件暗电流增加，增大白点出现概率，衰减器件性能。不仅如此，若使用氮化物覆盖氧化的方法还会形成鸟嘴状结构，使得可用的有源区面积减少，而且还会在衬底表面出现台阶。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于图像传感器像素单元中有源区隔离的方法，节省尺寸面积，降低击穿风险，减少暗电流和白点，提高图像传感器性能。

基于以上考虑，本发明提供一种用于图像传感器像素单元中有源区隔离的方法，在图像传感器像素单元中需隔离的有源区之间设置有栅极结构以实现开关功能，从而实现所述有源区的电学隔离。

优选的，在所述栅极结构上施加偏置电压以实现开关功能，从而实现所述有源区的电学隔离。

优选的，用于隔离N型有源区的栅极结构的偏置电压和用于隔离P型有源区的栅极结构的偏置电压不同。

优选的，对于N型有源区隔离，阈值电压为0V到10V之间，所述偏置电压小于阈值电压时，所述栅极结构为关闭状态；所述偏置电压大于阈值电压时，所述栅极结构为开启状态。

优选的，对于P型有源区隔离，阈值电压为-10V到0V之间，所述偏置电压大于阈值电压时，所述栅极结构为关闭状态；所述偏置电压小于阈值电压时，所述栅极结构为开启状态。