[发明专利]图像传感器单元及其制备方法

说明书

本发明公开了一种图像传感器单元及其制备方法，图像传感器单元包括形成于衬底的有源区上且相连接的光电二极管和浮置扩散区，以及形成于有源区边界上的浅槽隔离区，浮置扩散区的边界与浅槽隔离区的边界之间具有间隙，第一保护区形成于所述间隙中，第一保护区具有与浮置扩散区相反的掺杂类型，并与浮置扩散区形成PN结，用于对浮置扩散区和浅槽隔离区进行隔离，和/或第二保护区形成于浮置扩散区的底部，第二保护区具有与浮置扩散区相反的掺杂类型，并与浮置扩散区形成PN结，用于对浮置扩散区和衬底进行隔离。本发明能够有效降低浮置扩散区节点电容的寄生漏电和噪声。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种全局快门图像传感器单元。

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。图像传感器单元类别主要有电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。CMOS图像传感器和传统的CCD传感器相比，具有低功耗、低成本以及可与CMOS工艺相兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。

CMOS图像传感器包括由众多像素单元构成的像素阵列，像素单元是图像传感器实现感光的核心器件。在CMOS图像传感器中通常通过电子快门来控制曝光时间，按照工作原理的不同，电子快门分为两种：滚筒式和全局曝光式。滚筒式电子快门每行之间的曝光时间是不一致的，在拍摄高速物体时容易造成拖影现象；全局曝光式电子快门的每一行在同一时间曝光，然后同时将电荷信号存储在像素单元的存储节点，最后将存储节点的信号逐行输出。由于全局曝光式CMOS图像传感器的所有行在同一时间进行曝光，所以不会造成拖影现象。

在现有技术中，常见的可实现全局快门的图像传感器为五晶体管结构(5Transistors，5T)单元，其像素单元中通常包含由一个光电二极管(Photo Diode，PD)和5个晶体管组成的有源像素结构。

请参阅图1，图1是现有的一种5T CMOS图像传感器像素单元的结构原理示意图。该5T像素单元包括形成于P型衬底108上的一个光电二极管101以及连接到光电二极管101的5个MOS晶体管和浮置扩散区(Floating Diffusion，FD)。这5个MOS晶体管分别是复位(ResetGate，RX)晶体管102、传输(Transition Gate，TX)晶体管103、源跟随器(Source Follower，SF)104、行选择(Row Select，RS)晶体管105以及全局(Global Reset Gate，GX)晶体管106，浮置扩散区107是一个电荷存储节点。在这些器件中，光电二极管101是感光单元，基于入射光产生电子，实现对光线的收集和光电转换；传输晶体管103通过其栅极控制将光电二极管101产生的电子转移，导入到作为存储节点的浮置扩散区107。5个MOS晶体管102至106是控制单元，主要实现对光电二极管101的选中、复位和读出的控制。一般情况下，光电二极管101中受曝光而产生的电子数与入射光照量成正比，直到二极管饱和。

上述5T全局快门图像传感器单元的信号读出过程中，全局晶体管106对整个阵列的像素单元同时进行复位并开始曝光计时，曝光结束后同时通过传输晶体管103将电子信号传输到作为存储节点的浮置扩散区107，再依次通过列级ADC电路读出。因此，从第一行读出到最后一行读出之间存在时间差，时间差的大小由行处理时间和阵列行数(阵列大小)决定。然而，浮置扩散区107本身是一个PN结二极管，存在受漏光、漏电、噪声等的影响导致信号受到干扰的问题。阵列越大，行处理时间越长，则信号干扰越严重，且越靠后读出的行受影响越大。这些因素导致图像上表现为自上而下的渐变以及非均匀性麻点。

因此，需要对浮置扩散区进行特殊保护，减小甚至消除来自于寄生光、寄生漏电、噪声等因素的干扰。

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，提供一种图像传感器单元及其制备方法，以降低浮置扩散区节点电容的寄生漏电和噪声。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：