灵敏度自适应的图像传感器像素结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种灵敏度自适应的图像传感器像素结构，包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管，还包括设置于所述光电二极管侧面的晶体管电容和电荷存储区；晶体管电容的栅极多晶硅深入到半导体硅基体中，晶体管电容的沟道为光电二极管区，电荷存储区与所述晶体管电容的栅极多晶硅相接触，并且与光电二极管区相连，电荷存储区为所述电荷传输晶体管的源极端。本实用新型专利技术像素压缩了强光环境下的感光灵敏度，拓展了像素的感光动态范围，像素采集到了更多高照明时的实物信息。

【技术实现步骤摘要】
灵敏度自适应的图像传感器像素结构
本技术涉及图像传感器，特别涉及一种灵敏度自适应的图像传感器像素结构。
技术介绍
图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。特别是制造CMOS (互补型金属氧化物半导体)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。 在现有技术中，CMOS图像传感器一般采用线性光电响应功能的像素结构。如图1所示，是采用CMOS图像传感器四晶体管的有源像素，在本领域中也称为4T有源像素。4T有源像素的元器件包括:光电二极管101、电荷传输晶体管102、复位晶体管103、源跟随晶体管104和选择晶体管105 ;VTX为电荷传输晶体管102的栅极端，VRX为复位晶体管103的栅极端，VSX为选择晶体管105的栅极端，FD为漂浮有源区，Vdd为电源电压，Output为信号输出端。光电二极管101接收外界入射的光线，产生光电信号；开启电荷传输晶体管102，将光电二极管中的光电信号转移至漂浮有源区FD后，由源跟随晶体管104所探测到的漂浮有源区FD势阱内电势变化信号经Output输出端读取并保存。其中，在漂浮有源区FD区内的光电电荷量与入射光照量成正比，漂浮有源区FD势阱内光电电荷量的变化被源跟随晶体管104探测到并转换为电势变化，此电势变化量，即信号量与光照量成正比关系。该类图像传感器的光电响应是线性的，在本领域内被称为线性传感器。 线性图像传感器像素的光电二极管的感光灵敏度，在弱光和强光环境下保持不变，即光电二级管中收集到的光电电荷多或少时的电场范围不变。在自然界中，人的眼睛对弱光敏感，即感知弱光时灵敏度高；而对强光不敏感，即感知强光时灵敏度低。由此可见，上述线性图像传感器采集图像的能力显然不佳。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种高效的、灵敏度自适应的图像传感器像素结构。 本技术的目的是通过以下技术方案实现的: 本技术的灵敏度自适应的图像传感器像素结构，包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管，其特征在于，还包括设置于所述光电二极管侧面的晶体管电容和电荷存储区； 所述晶体管电容的栅极多晶硅深入到半导体硅基体中，所述晶体管电容的沟道为光电二极管区，所述电荷存储区与所述晶体管电容的栅极多晶硅相接触，并且与所述光电二极管区相连，所述电荷存储区为所述电荷传输晶体管的源极端。 由上述本技术提供的技术方案可以看出，本技术实施例提供的灵敏度自适应的图像传感器像素结构，由于在光电二极管侧面设置有晶体管电容器件，并且设置有电荷存储区，光电二极管开始曝光时，电荷存储区的电势高，晶体管电容栅极在光电二极管区感应的电场区域范围大，灵敏度高；电荷存储区，收集到大量光电电荷时，其电势下降，晶体管电容的栅极在光电二极管区感应的电场区域范围变小，灵敏度降低。因此，本技术像素，压缩了强光环境下的感光灵敏度，拓展了像素的感光动态范围，像素采集到了更多高照明时的实物信息。 【附图说明】 图1是现有技术的图像传感器像素的电路示意图。 图2是本技术的图像传感器的像素结构示意图。 图3是本技术的图像传感器像素中图2所示切线I位置的切面示意图。 图4是本技术的图像传感器像素中图2所示切线2位置的切面示意图。 图5是本技术的图像传感器像素工作时，图2所示切线2位置的势阱示意图。 图6是本技术的图像传感器像素工作时，弱光照射像素时的光电二极管区电场分布平面示意图。 图7是本技术的图像传感器像素工作时，弱光照射像素时，图2所示切线I位置的电场分布示意图。 图8是本技术的图像传感器像素工作时，强光照射像素时的光电二极管区电场分布平面示意图。 图9是本技术的图像传感器像素工作时，强光照射像素时，图2所示切线I位置的电场分布示意图。 图10是本技术的图像传感器像素工作时，光电二极管的光电相应曲线示意图。 【具体实施方式】 下面将对本技术实施例作进一步地详细描述。 本技术的灵敏度自适应的图像传感器像素结构，其较佳的【具体实施方式】是: 包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管，其特征在于，还包括设置于所述光电二极管侧面的晶体管电容和电荷存储区； 所述晶体管电容的栅极多晶硅深入到半导体硅基体中，所述晶体管电容的沟道为光电二极管区，所述电荷存储区与所述晶体管电容的栅极多晶硅相接触，并且与所述光电二极管区相连，所述电荷存储区为所述电荷传输晶体管的源极端。 所述晶体管电容位于光电二极管四个侧面中的一面或多面。 所述晶体管电容的栅极多晶硅在半导体基体中的深度大于等于0.3um,宽度大于等于0.1um0 所述晶体管电容的栅极多晶硅与光电二极管区之间的设有薄氧化层，其厚度为4nm ?15um。 所述晶体管电容的栅极多晶硅的外侧为浅槽隔离区。 所述电荷存储区为N型离子区，其深度小于等于0.Sum ； 所述光电二极管外围无晶体管电容的侧面设置有P型离子隔离区，将光电二极管区与浅槽隔离区隔开，所述P型离子隔离区的宽度小于等于0.3um，深度大于等于0.5um ； 所述半导体基体为P型外延硅体，所述光电二极管区的深度大于等于0.3um。 所述电荷存储区的N型离子浓度为5E15Atom/cm3?7E17Atom/cm3，此电荷存储区能被完全耗尽； 所述P型离子隔离区的P型离子浓度为5E16Atom/cm3?lE18Atom/cm3 ； 所述P型外延娃体的P型离子浓度为lE12Atom/cm3?lE15Atom/cm3 ； 所述光电二极管区的N型离子浓度为OAtom/cm3?lE16Atom/cm3。 所述N型离子为砷离子或磷离子，所述P型离子为硼离子。 在CMOS图像传感器中，为了获得高品质的图像，本技术从优化像素及其工艺结构入手，在现有技术中的图像传感器像素结构中，光电二极管区侧面添加晶体管电容器件，同时在光电二极管区域边缘设置电荷存储区，此电荷存储区为N型离子区，并且与晶体管电容器件的栅极多晶硅相接触，所述电荷存储区的电势与晶体管电容器件的栅极多晶硅的电势相等；电荷存储区因收集到较多电荷时电势会降低，因此电容器件的栅极多晶硅电势也会降低，反馈到光电二极管区的感应电场范围缩小，所以降低了像素的感光灵敏度，进而拓展了像素的感光动态范围。 具体实施例: 图像传感器像素结构如图2所示，包含虚线框内的平面部分和虚线框外的电路部分示意图。图2中，201为光电二极管区、202为电荷传输晶体管、203为复位晶体管、FD为漂浮有源区、204为源跟随晶体管、205为选择晶体管、206为信号输出端、207为P型离子隔离区、208为晶体管电容器件的栅极多晶硅、209为晶体管电容器件的薄氧化层、210为电荷存储区、211为浅槽隔离区； 其中Vtx为电荷传输晶体管202的栅极端，Vrst为复位晶体管203的栅极端，Vsx为选择晶体管205的栅极端，FD为漂浮有源区，Vdd为电源电压，切线I和切线2分别表示位置。所述207位于201的左侧和下侧，20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种灵敏度自适应的图像传感器像素结构，包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管，其特征在于，还包括设置于所述光电二极管侧面的晶体管电容和电荷存储区；所述晶体管电容的栅极多晶硅深入到半导体硅基体中，所述晶体管电容的沟道为光电二极管区，所述电荷存储区与所述晶体管电容的栅极多晶硅相接触，并且与所述光电二极管区相连，所述电荷存储区为所述电荷传输晶体管的源极端。

【技术特征摘要】
1.一种灵敏度自适应的图像传感器像素结构，包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管，其特征在于，还包括设置于所述光电二极管侧面的晶体管电容和电荷存储区； 所述晶体管电容的栅极多晶硅深入到半导体硅基体中，所述晶体管电容的沟道为光电二极管区，所述电荷存储区与所述晶体管电容的栅极多晶硅相接触，并且与所述光电二极管区相连，所述电荷存储区为所述电荷传输晶体管的源极端。2.根据权利要求1所述的灵敏度自适应的图像传感器像素结构，其特征在于，所述晶体管电容位于光电二极管四个侧面中的一面或多面。3.根据权利要求2所述的灵敏度自适应的图像传感器像素结构，其特征在于，所述晶体管电容的栅极多晶硅在半导体基体中的深度大于等于0.3um...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭同辉，旷章曲，
申请(专利权)人：北京思比科微电子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11