[发明专利]一种增加悬浮漏极电容的像素单元结构及制作方法

说明书

本发明公开了一种增加悬浮漏极电容的像素单元结构，包括设于衬底上的光电二极管、传输管和复位管，在传输管控制栅极以外的漏极上方和/或复位管控制栅极以外的漏极上方设有附加栅极，附加栅极的边界延伸至漏极以外的浅槽隔离上方，附加栅极通过薄栅氧层与漏极隔离，以形成附加栅极和有源区交叠电容，可在不增加悬浮漏极电容面积、即不减少光电二极管面积的情况下，增加悬浮漏极的电容。本发明还公开了一种增加悬浮漏极电容的像素单元结构的制作方法。

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，更具体地，涉及一种可增加悬浮漏极电容的像素单元结构及制作方法。

背景技术

通常，图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置。按照制造工艺和工作原理的不同，图像传感器又可以分为电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器芯片。

CMOS图像传感器和传统的CCD传感器相比具有低功耗，低成本和与CMOS工艺兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。现在CMOS图像传感器不仅用于消费电子领域，例如微型数码相机(DSC)，手机摄像头，摄像机和数码单反(DSLR)中，而且在汽车电子，监控，生物技术和医学等领域也得到了广泛的应用。

CMOS图像传感器的像素单元是图像传感器实现感光的核心器件。最常用像素单元为包含一个光电二极管和四个晶体管的有源像素结构，这些器件中光电二极管是感光单元，实现对光线的收集和光电转换，其它的MOS晶体管是控制单元，主要实现对光电二极管的选中，复位，信号放大和读出的控制。

在图像传感器芯片性能的各种评价指标中，动态范围是其核心指标之一，而动态范围又和满阱电荷直接相关。满阱电荷是像素单元能够存储的电子数，通常满阱电荷又受限于像素单元的悬浮漏极电容。悬浮漏极电容越大,则其能存储的电子数越多，相应的满阱电荷也越高。

请参阅图1，图1是一种常规像素单元的版图结构示意图。如图1所示，其显示常规像素单元中悬浮漏极电容的组成，像素单元中的悬浮漏极电容主要包括传输管栅极和漏极交叠电容10、有源区电容11、复位管栅极和漏极交叠电容12以及源极跟随管栅电容13。而其中对悬浮漏极电容贡献最大的是传输管栅极和漏极交叠电容10、复位管栅极和漏极交叠电容12这两个电容。

请参阅图2，图2是沿图1A-A方向形成的像素单元局部结构示意图。如图2所示，像素单元中由传输管栅极24、边墙23、IO管(输入输出管)厚栅氧22和N型漏极25共同构成了传输管栅极和漏极交叠电容10；N型漏极和P型衬底共同构成了有源区电容11。类似地，由复位管栅极、边墙、IO管(输入输出管)厚栅氧和N型漏极共同构成了复位管栅极和漏极交叠电容12，其也是通过漏极和栅极之间的交叠部分形成的。

由于像素单元中的悬浮漏极电容是由有源区电容，栅极和漏极的交叠电容，MOS管的栅电容等组成的，因而要增加悬浮漏极电容就必须增加这些电容的面积，例如可以增加栅极和漏极交叠部分的长度或是降低栅氧的厚度。但增加面积就必然造成像素单元感光面积的下降，从而影响像素单元的灵敏度。同时，由于为了得到较高的输出电压，像素单元通常使用IO管厚栅氧，因而位于传输管下方的栅氧厚度也难以改变。

因此，需要设计一种在尽量减小占用像素单元面积的同时，增加像素单元悬浮电容的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种增加悬浮漏极电容的像素单元结构及制作方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种增加悬浮漏极电容的像素单元结构，所述像素单元至少包括设于衬底上的光电二极管、传输管和复位管，在所述传输管控制栅极以外的漏极上方和/或复位管控制栅极以外的漏极上方设有附加栅极，所述附加栅极的边界延伸至漏极以外的浅槽隔离上方，所述附加栅极通过第一栅氧层与漏极隔离，以形成附加栅极和有源区交叠电容。