[发明专利]采用不对称传输晶体管的有源像素单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体成像器件(solid-state imaging device)，更具体地讲，本发明涉及一种CMOS图像传感器。

背景技术

CMOS成像器件最初发展于70年代初期和后期，然而因为性能并不好而没有受到关注，直至90年代初，CMOS设计生产出的芯片具有更小像素尺寸、更小噪音、更多可能的图像处理法则和更大的成像阵列。CMOS传感器的主要优点是低能耗、主时钟(时钟脉冲，masterclock)和单一电压电源，这与电荷耦合器件(CCD)形成明显对比，电荷耦合器件在不同的时钟速率下常需要五个或更多个的电压，从而导致了显著的高能耗。

CMOS和CCD成像器件都是通过光电效应进行感光；光电效应发生在光子与晶体硅相互作用、从而促使电子从价带(valence band)能级跃迁到导带(conduction band)能级。光电二极管是典型的像素感光元件。CMOS图像传感器比相应的CCD优越的一个主要方面是：它可以将一系列的处理和控制功能直接整合到传感器集成电路上，而这些功能均超越光子收集的这一初步工作。

像素是数字图像传感器的主要元件，其包括不同的放大器件、读取器件和感光器件(如光电二极管)。当可见光的宽波带入射到特定的掺杂硅半导体材料上时，相当数量的电子就会释放，该数量与入射到光电二极管表面的光通量密度成比例。电子会被收集到势阱直至收集时间(照明期)完成，然后，这些电子会被转换成电压或电流(CMOS处理器中)，或被传输至计量记录器(CCD传感器)。

灵敏度取决于光电二极管可累积的最大电荷量、入射光子转换成电子的转换率以及该器件将电荷无泄漏、无溢出地累积在某一狭窄区间的能力。这些因素通常决定于像素的物理尺寸和孔径以及其在阵列中与相邻元件的空间关系和电子关系。像素通常形成正交栅格。组成阵列的每一行每一列的所有像素信号必须准确地进行检测和测量(读出)，以便根据光电二极管的电荷累积数据合成图像。

最常用的CMOS设计是内置环绕式有源像素传感器(built round activepixel sensor，APS)技术，其中光电二极管和读取放大器结合到每一像素中。该技术可使得光电二极管中累积的电荷转换成像素中的放大电压并顺序地按行和列传输到芯片中模拟信号处理部分。因此，每一像素(或成像元件)除光电二极管外，还包括很多将累积电荷转换成可测量的电压、对光电二极管进行复位以及将该电压传输至纵列数据总线的晶体管。

CMOS图像传感器的一个重要优点是：数字逻辑电路、时钟驱动器、计数器和模数转换器都可以同时放置在与像素阵列相同的硅衬底上。然而，为了保证高性能低噪音，标准的CMOS制造方法经常要进行改进，以便适配特定的图像传感器。例如，采用标准的CMOS技术得到的逻辑芯片中的晶体管接合处，在应用到成像器件时可能会产生较高的暗电流和较低的蓝色响应。而优化图像传感器制备工艺时常常会使得制备常规CMOS器件的工艺方案不稳定不可靠。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低噪音、高饱和度、高性能，解决图像延迟问题的成像器件。

一方面，本发明提供了一种固体成像装置，其包括：

具有第一导电类型的半导体衬底；

形成在该半导体衬底、定义有源区域的器件隔离区；

放置在器件区域中被器件隔离区包围的光电转换元件；

放置在上述器件区域中具有第二导电类型的检测区；以及

在上述器件区域中的传输门，用以将上述光电转换元件所产生的电荷传输至上述检测区；其中，上述检测区的沟道宽度不同于上述光电转换元件的沟道宽度。即检测区的沟道宽度可以小于光电转换元件的沟道宽度，也可以大于所述的光电转换元件的沟道宽度。

本发明中，检测区可以是任意的几何形状。优选地，该检测区相对于通过光电区长度方向的直线是不对称的，而该光电区则相对于该直线是对称的；或者该检测区相对于通过光电区长度方向且将该光电区平分的直线是不对称的。

上述固体成像装置中，传输门可以覆盖如此一个区域，在该区域中，检测区的沟道宽度不同于光电转换元件的沟道宽度。

上述固体成像装置中，器件隔离区可以是STI，或者是Locos(硅的局部氧化区)。而光电元件可以是光电二极管。

另一方面，本发明还提供了一种CMOS图像传感器，其包括：

具有第一导电类型的半导体衬底；

形成在该半导体衬底、定义有源区域的器件隔离区；