图像传感器及降低图像传感器噪声的方法技术

技术编号:12392898 阅读:33 留言:0更新日期:2015-11-26 00:45
本发明专利技术提供图像传感器,包括:多个呈阵列排布的像素单元,像素单元包括:源跟随晶体管,源跟随晶体管的沟道区区域靠近栅极氧化层内表面设置有第一N型掺杂区域,或者源跟随晶体管的沟道区区域沿栅极氧化层向内依次设置有P型掺杂区域,第二N型掺杂区域;源跟随晶体管的栅极氧化层较像素单元其它晶体管最厚的栅极氧化层薄至少5埃,增大源跟随晶体管的跨导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器领域,尤其涉及一种。
技术介绍
图像传感器是将光信号转化为电信号的半导体器件,图像传感器具有光电转换元件。图像传感器按又可分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高且噪声小,但是CCD图像传感器与其他器件的集成比较困难,而且CXD图像传感器的功耗较高。相比之下,CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。因此,随着技术发展,CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置(例如胃镜)、车用摄像装置等。图像传感器的核心元件是像素单元(Pixel),像素单元直接影响图像传感器的尺寸大小、暗电流水平、噪声水平、成像通透性、图像色彩饱和度和图像缺陷等等因素。—直以来,一对矛盾的因素一起推动图像传感器向前发展: 1.经济因素:一个晶圆可产出的图像传感器芯片越多,则图像传感器芯片的成本越低,而像素单元占据整个图像传感器芯片的大部分面积,因此,为了节省成本,要求像素单元的尺寸制作得较小,也就是说,出于经济因素考虑,要求图像传感器中像素单元的尺寸缩小。2.图像质量因素:为了保证图像质量,特别是为了保证光线敏感度、色彩饱和度和成像通透性等指标,需要有足够的光线入射到像素单元的光电转换元件(通常采用光电二极管)中,而较大的像素单元能够有较大的感光面积接受光线,因此,较大的像素单元原则上可以提供较好的图像质量;此外,像素单元中除了光电转换元件外,还有相当部分的开关器件,例如重置晶体管、传输晶体管和放大器件(如源跟随晶体管),这些器件同样决定着暗电流、噪声和图像缺陷等,从图像质量角度考虑,原则上大器件的电学性能更好,有助于形成质量更好的图像;为此可知,出于图像质量因素考虑,要求图像传感器中像素单元的尺寸增大。在图像传感器像素面积有限的前提下,图像信号强度相对限定,通过降低传感器的噪声,从而获得高的图像信号噪声比,是提高图像传感器质量的重要途径。源跟随器噪声是图像传感器噪声的重要源头,因而采用低噪声且性能稳定的源跟随器是降低图像传感器噪声的重要方法。现有技术中,像素单元往往采用4T或3T结构,以4T结构为例,每一像素单元包括:光电转换单元(Photod1de 或 Photodetector)、转移晶体管(Transfer Transistor)、复位晶体管(Reset Transistor)、源跟随晶体管(Source Follow Transistor)、行选通晶体管(Row Selector Transistor);光线通过光电转换单元的电荷收集区进行收集转换为信号电荷,经转移晶体管转移至浮置扩散区(FD)转换为信号电位,浮置扩散区与源跟随晶体管的栅极相连接,现有设计中由于浮置扩散区在光生伏特效应的作用下电位易被拉低,导致源跟随晶体管的源级、栅极反向击穿,影响晶体管的性能;此外,电荷转移的过程中电荷易于依附于界面表面的缺陷导致噪声;因此,如何解决像素单元中的上述各种技术难点成为业内广泛研究的课题。
技术实现思路
本专利技术提供一种图像传感器,包括:多个呈阵列排布的像素单元,所述像素单元包括: 源跟随晶体管,所述源跟随晶体管的沟道区区域靠近栅极氧化层内表面设置有第一 N型掺杂区域,或者所述源跟随晶体管的沟道区区域沿栅极氧化层向内依次设置有P型掺杂区域,第二N型掺杂区域; 所述源跟随晶体管的栅极氧化层较所述像素单元其它晶体管最厚的栅极氧化层薄至少5埃,增大所述源跟随晶体管的跨导。优选的,所述像素单元还包括:复位晶体管,所述复位晶体管的源级与复位电压连接;所述复位晶体管的漏极与浮置扩散区连接,所述复位晶体管设置有钳位浮置扩散区电位机制,防止所述浮置扩散区减去源跟随晶体管漏极的电位的绝对值高于源跟随晶体管的漏级、栅极之间的击穿电压。优选的,所述钳位浮置扩散区电位机制为:控制所述复位晶体管的阀值电压低于OVo优选的,所述复位晶体管的阀值电压为大于等于-1.5V小于等于-0.5V,所述栅极电压为大于等于OV小于等于5V。优选的,所述第一 N型掺杂区域的深度为:0微米至0.2微米;掺杂浓度为:lel6atom/cm 3至 3el8atom/cm 3。优选的,所述P型掺杂区域的深度为O微米至0.05微米,掺杂浓度为lel6 atom/cm 3至2el8atom/cm 3;第二 N型掺杂区域的深度为O微米至0.2微米,掺杂浓度为lel6atom/cm 至 3el8atom/cm 。优选的,所述复位晶体管的源级电压为:大于等于2.5V小于等于3.5V ;所述源跟随晶体管的漏级电压为:大于等于2.1V小于等于3.5V。本专利技术还提供一种降低图像传感器噪声的方法,其特征在于, 提供图像传感器,其包括:多个呈阵列排布的像素单元; 于像素单元中,提供源跟随晶体管,所述源跟随晶体管的沟道区区域靠近栅极氧化层内表面设置有第一 N型掺杂区域,或者所述源跟随晶体管的沟道区区域沿栅极氧化层向内依次设置有P型掺杂区域,第二 N型掺杂区域,以降低所述图像传感器的噪声; 提供源跟随晶体管的栅极氧化层,使得较所述像素单元其它晶体管最厚的栅极氧化层薄至少5埃,增大所述源跟随晶体管的跨导。优选的,提供复位晶体管,所述复位晶体管的源级与复位电压连接;所述复位晶体管的漏极与浮置扩散区连接,所述复位晶体管设置有钳位浮置扩散区电位机制,防止所述浮置扩散区减去源跟随晶体管漏极的电位的绝对值高于源跟随晶体管的漏级、栅极之间的击穿电压。优选的,所述钳位浮置扩散区电位机制为:控制所述复位晶体管的阀值电压低于OVo优选的,所述复位晶体管的阀值电压为大于等于-1.5V小于等于-0.5V,所述栅极电压为大于等于OV小于等于5V。优选的,所述第一 N型掺杂区域的深度为:0微米至0.2微米;掺杂浓度为:lel6atom/cm 3至 3el8atom/cm 3。优选的,P型掺杂区域的深度为O微米至0.05微米,掺杂浓度为lel6 atom/cm 3至2el8atom/cm 3;第二 N型掺杂区域的深度为O微米至0.2微米,掺杂浓度为lel6 atom/cm 3至 3el8atom/cm 3。优选的,所述复位晶体管的源级电压为:大于等于2.5V小于等于3.5V ;所述源跟随晶体管的源级电压为:大于等于2.1V小于等于3.5V。优选的,所述方法包括: 第一状态时,所述复位晶体管打开,所述转移晶体管关闭;所述复位晶体管的源级接复位电压复位连接于所述复位晶体管漏极的浮置扩散区,所述浮置扩散区电位为第一电压; 第二状态时,所述复位晶体管关闭,所述浮置扩散区电位为第二电压,打开所述转移晶体管;所述转移晶体管转移经光电转换元件转换的信号电荷至浮置扩散区转换为信号电压,关闭转移晶体管,所述浮置扩散区信号电压为第三电压,所述第三电压小于第二电压; 第三状态时,当第三电压小于等于复位晶体管的栅极电压减去阀值电压值时,所述复位晶体管再次打开,所述复位晶体管的阀值电压值低于0V,通过所述复位电压拉高所述第三电压至第四电压;所述浮置扩散区连接所述源跟本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种图像传感器,其特征在于,包括:多个呈阵列排布的像素单元,所述像素单元包括:源跟随晶体管,所述源跟随晶体管的沟道区区域靠近栅极氧化层内表面设置有第一N型掺杂区域,或者所述源跟随晶体管的沟道区区域沿栅极氧化层向内依次设置有P型掺杂区域,第二N型掺杂区域;所述源跟随晶体管的栅极氧化层较所述像素单元其它晶体管最厚的栅极氧化层薄至少5埃,增大所述源跟随晶体管的跨导。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:赵立新李杰徐泽
申请(专利权)人:格科微电子上海有限公司
类型:发明
国别省市:上海;31

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