改善CMOS图像传感器的噪音的结构及其方法技术

本发明专利技术公开了一种改善CMOS图像传感器的噪音的结构，在半导体衬底上形成有光栅结构，光栅结构由填充于沟槽中的光栅介质层组成，按照材料的透光性的不同光栅介质层至少包括第一光栅介质层和第二光栅介质层并分别组成第一光栅结构和第二光栅结构。第一光栅结构覆盖在第一部分区域的各像素单元上方且第一光栅介质层的材料具有第一透光性。第二光栅结构覆盖在第二部分区域的各像素单元上且第二光栅介质层的材料具有第二透光性。CMOS图像传感器采用第一透光性、第二透光性、入射的光信号和收取的电信号来计算得到CMOS图像传感器的噪音并在各像素单元的电信号中消除所述噪音。本发明专利技术还公开了一种改善CMOS图像传感器的噪音的方法。的方法。的方法。

【技术实现步骤摘要】
改善CMOS图像传感器的噪音的结构及其方法


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种改善CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)的噪音的结构；本专利技术还涉及一种改善CMOS图像传感器的噪音的方法。

技术介绍

[0002]CIS由位于像素区的像素(Pixel)单元电路和逻辑区的CMOS电路构成，相对于CCD图像传感器，CMOS图像传感器因为采用CMOS标准制作工艺，因此具有更好的可集成度，可以与其他数模运算和控制电路集成在同一块芯片上，更适应未来的发展。根据现有CMOS图像传感器的像素单元电路所含晶体管数目，其主要分为3T型结构和4T型结构。
[0003]CIS利用光电转换器件将光信号转换为电信号。理想状况下，信号电荷数量随光照强度的增强而增加，直到电荷数量达到饱和，以此可获取图像。
[0004]然而，信号电荷中一直包含由噪声引起的部分。为了获得质量更高的图像，降低噪声水平是很重要的部分。通常来说，图像传感器的噪音可分为固定模式噪声、热噪声、散射噪声、闪烁噪声等。这些噪声通常与热电子、暗电流、以及半导体制造工艺(如界面电荷，掺杂浓度，制造过程中的污染)相关。
[0005]目前，降低图像传感器的噪音已成为提高图像传感器性能的重要方面，如何尽可能减小图像传感器的噪音也成为了重要的课题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种改善CMOS图像传感器的噪音的结构，能降低图像传感器的噪音，从而提高图像传感器的性能。为此，本专利技术还提供一种改善CMOS图像传感器的噪音的方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供的改善CMOS图像传感器的噪音的结构中，CMOS图像传感器的像素区包括多个像素单元，各所述像素单元包括一个光电二极管。
[0008]各所述光电二极管形成于半导体衬底中。
[0009]在所述半导体衬底上形成有光栅结构，所述光栅结构用于提供光线入射到所述光电二极管中的通道。
[0010]所述光栅结构由填充于沟槽中的光栅介质层组成，按照材料的透光性的不同所述光栅介质层至少包括第一光栅介质层和第二光栅介质层，按照所述光栅介质层的材料不同所述光栅结构至少包括第一光栅结构和第二光栅结构以及所述沟槽至少包括第一沟槽和第二沟槽；所述第一光栅结构由填充于所述第一沟槽中的所述第一光栅介质层组成，所述第二光栅结构由填充于所述第二沟槽中的所述第二光栅介质层组成。
[0011]所述第一光栅结构覆盖在第一部分区域的各所述像素单元上方，所述第一光栅介质层的材料具有第一透光性。
[0012]所述第二光栅结构覆盖在第二部分区域的各所述像素单元上，所述第二光栅介质
层的材料具有第二透光性。
[0013]所述CMOS图像传感器采用所述第一透光性、所述第二透光性、入射的光信号和收取的电信号来计算得到所述CMOS图像传感器的噪音并在各所述像素单元的电信号中消除所述噪音。
[0014]进一步的改进是，所述CMOS图像传感器通过设置在逻辑区的逻辑电路来计算所述CMOS图像传感器的噪音并在各所述像素单元的电信号中消除所述噪音。
[0015]进一步的改进是，计算所述CMOS图像传感器的噪音的公式为：
[0016]I1＝λ1P+φ
ꢀꢀꢀ
(1)；
[0017]I2＝λ2P+φ
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(2)；
[0018][0019]其中，I1表示所述第一部分区域的各所述像素单元收取的电信号；
[0020]I2表示所述第二部分区域的各所述像素单元收取的电信号；
[0021]P表示各所述像素单元的入射的光信号；
[0022]φ表示所述CMOS图像传感器的噪音；
[0023]λ1表示P和I1之间的系数，λ1和所述第一光栅介质层的材料的所述第一透光性相关；
[0024]λ2表示P和I2之间的系数，λ2和所述第二光栅介质层的材料的所述第二透光性相关。
[0025]进一步的改进是，所述第一光栅介质层的材料包括氮化硅；
[0026]所述第二光栅介质层的材料包括氧化硅。
[0027]进一步的改进是，所述CMOS图像传感器为背照式CMOS图像传感器。
[0028]进一步的改进是，所述光栅结构的沟槽穿过第二不透光材料层，所述第二不透光材料层能阻挡入射的光信号传播。
[0029]进一步的改进是，所述光栅结构由所述第一光栅结构和所述第二光栅结构组成，所述第一光栅结构和所述第二光栅结构覆盖所述像素区的所有所述像素单元。
[0030]为解决上述技术问题，本专利技术提供的改善CMOS图像传感器的噪音的方法中，CMOS图像传感器的像素区包括多个像素单元，各所述像素单元包括一个光电二极管；
[0031]各所述光电二极管形成于半导体衬底中；
[0032]在所述半导体衬底上形成有光栅结构，所述光栅结构用于提供光线入射到所述光电二极管中的通道；所述光栅结构的形成步骤至少包括：
[0033]步骤一、采用光刻定义加刻蚀工艺在第一部分区域的各所述像素单元的顶部形成第一沟槽。
[0034]步骤二、在所述第一沟槽中填充第一光栅介质层，所述第一光栅介质层的材料具有第一透光性；由填充于所述第一沟槽中的所述第一光栅介质层组成第一光栅结构。
[0035]步骤三、采用光刻定义加刻蚀工艺在第二部分区域的各所述像素单元的顶部形成第二沟槽。
[0036]步骤四、在所述第二沟槽中填充第二光栅介质层，所述第二光栅介质层的材料具有第二透光性；由填充于所述第二沟槽中的所述第二光栅介质层组成第二光栅结构。
[0037]所述CMOS图像传感器采用所述第一透光性、所述第二透光性、入射的光信号和收取的电信号来计算得到所述CMOS图像传感器的噪音并在各所述像素单元的电信号中消除所述噪音。
[0038]进一步的改进是，所述CMOS图像传感器通过设置在逻辑区的逻辑电路来计算所述CMOS图像传感器的噪音并在各所述像素单元的电信号中消除所述噪音。
[0039]进一步的改进是，计算所述CMOS图像传感器的噪音的公式为：
[0040]I1＝λ1P+φ
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(1)；
[0041]I2＝λ2P+φ
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(2)；
[0042][0043]其中，I1表示所述第一部分区域的各所述像素单元收取的电信号；
[0044]I2表示所述第二部分区域的各所述像素单元收取的电信号；
[0045]P表示各所述像素单元的入射的光信号；
[0046]φ表示所述CMOS图像传感器的噪音。
[0047]λ1表示P和I1之间的系数，λ1和所述第一光栅介质层的材料的所述第一透光性相关；
[0048]λ2表示P和I2之间的系数，λ2和所述第二光栅介质层的材料的所述第二透光性相关。
[0049]进一步的改进是，所述第一光栅介质层的材料包括氮化硅；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善CMOS图像传感器的噪音的结构，其特征在于：CMOS图像传感器的像素区包括多个像素单元，各所述像素单元包括一个光电二极管；各所述光电二极管形成于半导体衬底中；在所述半导体衬底上形成有光栅结构，所述光栅结构用于提供光线入射到所述光电二极管中的通道；所述光栅结构由填充于沟槽中的光栅介质层组成，按照材料的透光性的不同所述光栅介质层至少包括第一光栅介质层和第二光栅介质层，按照所述光栅介质层的材料不同所述光栅结构至少包括第一光栅结构和第二光栅结构以及所述沟槽至少包括第一沟槽和第二沟槽；所述第一光栅结构由填充于所述第一沟槽中的所述第一光栅介质层组成，所述第二光栅结构由填充于所述第二沟槽中的所述第二光栅介质层组成；所述第一光栅结构覆盖在第一部分区域的各所述像素单元上方，所述第一光栅介质层的材料具有第一透光性；所述第二光栅结构覆盖在第二部分区域的各所述像素单元上，所述第二光栅介质层的材料具有第二透光性；所述CMOS图像传感器采用所述第一透光性、所述第二透光性、入射的光信号和收取的电信号来计算得到所述CMOS图像传感器的噪音并在各所述像素单元的电信号中消除所述噪音。2.如权利要求1所述的改善CMOS图像传感器的噪音的结构，其特征在于：所述CMOS图像传感器通过设置在逻辑区的逻辑电路来计算所述CMOS图像传感器的噪音并在各所述像素单元的电信号中消除所述噪音。3.如权利要求2所述的改善CMOS图像传感器的噪音的结构，其特征在于：计算所述CMOS图像传感器的噪音的公式为：I1＝λ1P+φ；I2＝λ2P+φ；其中，I1表示所述第一部分区域的各所述像素单元收取的电信号；I2表示所述第二部分区域的各所述像素单元收取的电信号；P表示各所述像素单元的入射的光信号；φ表示所述CMOS图像传感器的噪音；λ1表示P和I1之间的系数，λ1和所述第一光栅介质层的材料的所述第一透光性相关；λ2表示P和I2之间的系数，λ2和所述第二光栅介质层的材料的所述第二透光性相关。4.如权利要求1所述的改善CMOS图像传感器的噪音的结构，其特征在于：所述第一光栅介质层的材料包括氮化硅；所述第二光栅介质层的材料包括氧化硅。5.如权利要求1所述的改善CMOS图像传感器的噪音的结构，其特征在于：所述CMOS图像传感器为背照式CMOS图像传感器。6.如权利要求1所述的改善CMOS图像传感器的噪音的结构，其特征在于：所述光栅结构的沟槽穿过第二不透光材料层，所述第二不透光材料层能阻挡入射的光信号传播。
7.如权利要求1所述的改善CMOS图像传感器的噪音的结构，其特征在于：所述光栅结构由所述第一光栅结构和所述第二光栅结构组成，所述第一光栅结构和所述第二光栅结构覆盖所述像素区的所有所述像素单元。8.一种改善CMOS图像传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾嘉华，张武志，曹亚民，杨斌，周维，
申请(专利权)人：上海华力集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：