無圖像拖尾的cmos圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種圖像傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種無圖像拖尾的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于數(shù)碼相機、移動手機、醫(yī)療器械、汽車和其他應(yīng)用場合。特別是制造CMOS (互補型金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器和CCD (電荷耦合型器件)圖像傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，使人們對圖像傳感器的輸出圖像品質(zhì)有了更高的要求。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，以圖1所示為例。圖1中，包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管101，Pin型P+層102，電荷傳輸晶體管103，漂浮有源區(qū)104 ;其中Vtx為電荷傳輸晶體管103的柵極端，d為光電二極管101外伸Pin型P+層102的距離，漂浮有源區(qū)104為N+型?，F(xiàn)有技術(shù)中的像素結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)移光電二極管101中電荷至漂浮有源區(qū)104中時的勢阱示意圖，如圖2所示；其中，201為光電二極管101的勢阱區(qū)，204為漂浮有源區(qū)104的勢阱區(qū)，電荷傳輸晶體管103處于開啟狀態(tài)；圖2所示，圖a和圖b示出了現(xiàn)有技術(shù)的像素兩種勢阱關(guān)系示意圖，圖a中的202為光電二極管101的勢阱區(qū)201與電荷傳輸晶體管103溝道之間的勢皇，圖b中的203為光電二極管101的勢阱區(qū)201與電荷傳輸晶體管103溝道之間的勢谷。圖1所示，光電二極管101外伸Pin型P+層102的距離d小于O時，其勢阱關(guān)系如圖2中圖a所示，產(chǎn)生勢皇202 ;光電二極管101外伸Pin型P+層102的距離d大于O時，其勢阱關(guān)系如圖2中圖b所示，產(chǎn)生勢谷203。圖2所示的圖a和圖b兩種勢阱關(guān)系中的勢皇202和勢谷203都會引起圖像傳感器的圖像拖尾現(xiàn)象，如圖2中圖a所示的勢阱區(qū)201區(qū)殘留了部分電荷無法轉(zhuǎn)移至勢阱區(qū)204中，而圖b所示的勢谷區(qū)203中殘留了部分電荷無法轉(zhuǎn)移至勢阱區(qū)204中，進而引起圖像拖尾問題。圖像傳感器，在實際生產(chǎn)工藝時，由于機臺控制精度有限，像素陣列中的像素單元很容易產(chǎn)生勢皇或勢谷勢阱區(qū)，所引起的圖像拖尾問題使圖像傳感器采集暗光圖像模糊不清或有偏色問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種高效的、消除圖像拖尾的無圖像拖尾的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]本實用新型的無圖像拖尾的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管、電荷傳輸晶體管、漂浮有源區(qū)，還包括第一 P型離子區(qū)、第二 P型離子區(qū)、N型離子區(qū)；
[0007]所述第一 P型離子區(qū)和N型離子區(qū)位于所述電荷傳輸晶體管的溝道區(qū)，兩者相互接觸，并且所述第一 P型離子區(qū)在靠近所述光電二極管的一側(cè)與光電二極管上部的Pin型P+層接觸，所述N型離子區(qū)在靠近所述漂浮有源區(qū)的一側(cè)與漂浮有源區(qū)的N+區(qū)接觸；
[0008]所述第二 P型離子區(qū)位于所述N型離子區(qū)和漂浮有源區(qū)的底部；
[0009]所述光電二極管在電荷傳輸晶體管溝道處的邊界為所述第一 P型離子區(qū)與所述N型離子區(qū)的接觸處。
[0010]由上述本實用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實用新型提供的無圖像拖尾的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，由于像素結(jié)構(gòu)中設(shè)置了第一 P型離子區(qū)、第二 P型離子區(qū)、N型離子區(qū)，并且配合像素中的電荷傳輸晶體管柵極控制方法，進行光電電荷轉(zhuǎn)移操作時，電荷傳輸晶體管溝道與光電二極管之間無勢皇和勢谷問題，因此采用本實用新型像素的圖像傳感器不會產(chǎn)生圖像拖尾現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0011]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)切面示意圖。
[0012]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器像素的勢阱關(guān)系示意圖。
[0013]圖3為本實用新型實施例的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)切面示意圖。
[0014]圖4為本實用新型實施例的圖像傳感器像素工作時，電荷傳輸晶體管柵極端置為OV時的勢阱示意圖。
[0015]圖5為本實用新型實施例的圖像傳感器像素工作時，光電二極管曝光時的勢阱示意圖。
[0016]圖6為本實用新型實施例的圖像傳感器像素工作時，電荷傳輸晶體管在轉(zhuǎn)移光電二極管中電荷至漂浮有源區(qū)中時的勢阱示意圖。
[0017]圖7為本實用新型實施例的圖像傳感器像素工作時，電荷傳輸晶體管在轉(zhuǎn)移光電二極管中電荷至漂浮有源區(qū)中完畢后的勢阱示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。
[0019]本實用新型的無圖像拖尾的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其較佳的【具體實施方式】是:
[0020]包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管、電荷傳輸晶體管、漂浮有源區(qū)，還包括第一P型離子區(qū)、第二 P型離子區(qū)、N型離子區(qū)；
[0021]所述第一 P型離子區(qū)和N型離子區(qū)位于所述電荷傳輸晶體管的溝道區(qū)，兩者相互接觸，并且所述第一 P型離子區(qū)在靠近所述光電二極管的一側(cè)與光電二極管上部的Pin型P+層接觸，所述N型離子區(qū)在靠近所述漂浮有源區(qū)的一側(cè)與漂浮有源區(qū)的N+區(qū)接觸；
[0022]所述第二 P型離子區(qū)位于所述N型離子區(qū)和漂浮有源區(qū)的底部；
[0023]所述光電二極管在電荷傳輸晶體管溝道處的邊界為所述第一 P型離子區(qū)與所述N型離子區(qū)的接觸處。
[0024]所述第一 P型離子區(qū)在所述電荷傳輸晶體管溝道中的長度大于等于0.2um，深度小于等于0.15um。
[0025]所述N型離子區(qū)在所述電荷傳輸晶體管溝道中的長度大于等于0.2um，深度小于等于0.2um。
[0026]所述第二 P型離子區(qū)的深度為0.2um?lum。
[0027]所述第一 P型離子區(qū)的P型離子濃度小于等于5E17atom/cm3，所述N型離子區(qū)的N型離子濃度小于等于8E17atom/cm3，所述第二 P型離子區(qū)的P型離子濃度小于等于lE18atom/cm3。
[0028]所述P型離子為磷離子或砷離子，所述N型離子為硼離子。
[0029]本實用新型的上述的無圖像拖尾的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的控制方法，包括:
[0030]所述電荷傳輸晶體管在曝光周期中，其柵極置為負電勢，電勢小于等于-1V ;在轉(zhuǎn)移光電電荷時，其柵極置為電源電壓。
[0031]在CMOS圖像傳感器中，為了提高采集到的圖像品質(zhì)，本實用新型從優(yōu)化像素結(jié)構(gòu)及工作方法入手，在現(xiàn)有技術(shù)中的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，改善電荷傳輸晶體管溝道的工作結(jié)構(gòu)，在其溝道處設(shè)置有P型和N型離子區(qū)，目的是在電荷傳輸晶體管轉(zhuǎn)移光電電荷時，其溝道處的電勢從光電二極管到漂浮有源區(qū)方向是單調(diào)增加的，進而不會產(chǎn)生勢皇或勢谷的勢阱區(qū)。在控制電荷傳輸晶體管工作方面，光電二極管進行曝光操作時，電荷傳輸晶體管的柵極端置為負電勢，目的是可以更有效地關(guān)斷晶體管，不使光電二極管與漂浮有源區(qū)產(chǎn)生導(dǎo)電通道；電荷傳輸晶體管在進行轉(zhuǎn)移光電二極管中電荷至漂浮有源區(qū)的操作時，電荷傳輸晶體管的柵極端置為電源電壓，目的是可以更有效地使電荷轉(zhuǎn)移完畢。因此，本實用新型的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)中，進行光電電荷轉(zhuǎn)移操作時，電荷傳輸晶體管溝道與光電二極管之間無勢皇和勢谷問題，所以采用本實用新型像素的圖像傳感器不會產(chǎn)生圖像拖尾現(xiàn)象。<