提高图像灵敏度和动态范围的单位像素制造技术

提供了用于提高低照明度状况下的灵敏度的单位像素和制造该单位像素的方法。该单位像素包括：产生对应于图像信号的图像电荷的光电二极管、将图像电荷传输到浮置扩散区的传输晶体管、和一端连接到浮置扩散区且另一端被施加有电源的复位晶体管。其中，注入浮置扩散区内的杂质离子浓度比注入施加有电源的复位晶体管的扩散区内的杂质离子浓度低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及单位像素，更具体地，涉及用于在低照明度条件下提高灵敏度和增加动态范围的单位像素。
技术介绍
图1是包含在图像传感器中的单位像素的电路图。 参见图l，单位像素包括光电二极管PD和图像信号转换电路。图像信号转换电路 包括传输晶体管Ml、复位晶体管M2、转换晶体管M3和选择晶体管M4。 光电二极管PD产生对应于图像信号的图像电荷。通过响应于传输控制信号Tx接通或者断开的传输晶体管Ml，将图像电荷传输到浮置扩散区FD。复位晶体管M2对浮置扩散区FD进行复位。转换晶体管M3产生与聚积进浮置扩散区FD的电荷相对应的转换电压。通过响应于选择控制信号Sx接通或者断开的选择晶体管M4输出转换电压。 作为建模，浮置扩散区FD可以实现为电容器。浮置扩散区FD的总电容值CT可以是以下电容值的和 1.浮置扩散区FD和衬底之间的结电容； 2.栅极电容；禾口 3.重叠电容。 因为在假设衬底为P型的情况下，浮置扩散区FD为N型，所以在浮置扩散区FD和 衬底之间形成了 PN结结构。浮置扩散区和衬底之间的结电容是指由充当两个电极的浮置 扩散区和衬底以及在这两个电极之间形成的耗尽区所产生的结电容。 后面描述的结电容包括浮置扩散区FD和侧壁之间的电容。 栅极电容是指由浮置扩散区FD、转换晶体管M3的栅极氧化层和大部分转换晶体 管M3形成的栅极电容。重叠电容表示由两个晶体管Ml和M2的栅极端和浮置扩散区FD彼 此重叠、且传输晶体管Ml和复位晶体管M2的栅极氧化层插入在其间的部分产生的电容。 这里，在完成制造过程时，栅极电容和重叠电容可以具有固定值。但是，根据浮置 扩散区FD中下降的电压电平，结电容具有可变值。 电容器的电容C可以简单地表示为等式1。 C = OX 这里，e。，表示形成电容器的介电材料的介电常数。A表示介电材料的面积，d表 示两个电极之间的距离或者介电材料的厚度。 在结电容器的情况中，当完成制造过程时，介电材料的介电常数和面积是固定的。 但是，因为变成介电材料的耗尽区的宽度根据施加到结电容器的两个电极的电压而改变， 所以结电容也改变。例如，如果施加到衬底的电压是固定的，在施加到具有N型材料的浮置 扩散区FD的电压正向增加的情况下，反向偏压被施加到由P型材料制成的P型衬底和由N型材料制成的浮置扩散区之间的耗尽区上，使得耗尽区的宽度增加。这导致了等式l中的介电材料的厚度d增加，使得结电容降低。 为了产生浮置扩散区， 1.通过使用掩模来限定浮置扩散区， 2.将杂质离子注入浮置扩散区限定的部分内，禾口 3.执行退火，以均匀地扩散所注入的杂质。 这里，重叠电容器的电容根据注入浮置扩散区内的杂质离子的浓度而改变。具体 地，如果提供了足够的退火时间，因为增加了注入浮置扩散区的杂质离子的浓度，因此会增 加垂直方向和水平方向上扩散杂质离子的宽度，最后，浮置扩散区FD与传输晶体管Ml和复 位晶体管M2的栅极氧化层重叠的面积增加，使得重叠电容增加。因此，当完成制造过程时， 固定了重叠电容器的电容。但是，总电容根据注入浮置扩散区FD内的杂质的浓度而改变。 这里，当注入扩散区内的杂质离子的浓度超过预定限度时，通常会发生重叠电容 器的电容值固定的现象。因此，在浓度没有达到预定限度的情况下，重叠电容器的电容根据 施加到重叠电容器的两个电极的电压而改变。这将在后面描述。 如上描述，传输晶体管Ml和复位晶体管M2分别由传输控制信号Tx和复位控制信 号Rx导通或者断开。这里，当导通或者断开两个晶体管M1和M2时，在浮置扩散区FD内发 生噪声，这个噪声称为开关噪声。开关噪声的大小与重叠电容器的电容成正比，从而，为了 降低开关噪声，必须降低重叠电容器的电容。 如上描述，因为结电容器与浮置扩散区FD内下降的电压值成正比例地改变，因 此，存在的问题在于，图像传感器(包括具有那些电特性的像素)的动态范围和低照明度状 况可能降低。
技术实现思路
技术问题 本专利技术提供用于改善低照明度状况和增加动态范围的单位像素。 本专利技术还提供了用于改善低照明度状况和增加动态范围的单位像素的制造方法。 技术方案 根据本专利技术的一个方面，提供的单元像素包括光电二极管，产生对应于图像信号的图像电荷；传输晶体管，将所述图像电荷传输到浮置扩散区；和复位晶体管，其一端连接到所述浮置扩散区，其另一端被施加有电源；其中，注入所述浮置扩散区内的杂质离子浓度比注入施加有所述电源的所述复位晶体管的扩散区内的杂质离子浓度低。 根据本专利技术的另一方面，提供的单位像素包括一个或多个光电二极管，产生对应于图像信号的图像电荷；一个或多个传输晶体管，连接到相应的一个或多个光电二极管，以将所述图像电荷传输到公共的浮置扩散区；和复位晶体管，其一端连接到所述公共的浮置扩散区，其另一端被施加有电源；其中，注入所述公共的浮置扩散区内的杂质离子浓度比注入施加有所述电源的所述复位晶体管的扩散区内的杂质离子浓度低。 根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造单位像素的方法，所述单位像素包括光 电二极管和用于将图像信号转换成电信号的图像信号转换电路，其中，所述方法使用第一 掩膜，用于限定浮置扩散区；和第二掩膜，用于限定包含在所述图像信号转换电路内的扩散区中除了所述浮置扩散区以外的剩余的扩散区；其中，所述方法包括以下步骤将N(N是整 数)个杂质离子注入所述第一掩膜限定的区域内；和将M(M是整数)个杂质离子注入所述 第二掩膜限定的区域内。 有益效果 本专利技术具有的优势是，改善了所述单位像素的低照明度状况，增加了所述单位像 素的动态范围。附图说明 图1是包含在图像传感器中的单位像素的电路图； 图2示出了通常的单位像素的布局图； 图3是图2所示的布局图沿着线AA'得到的截面视图； 图4示出了测量施加有反向偏压的正_负(PN)结的电压特性的测量状况； 图5示出了注入图4所示的N型扩散区内的杂质离子的两个浓度曲线，和根据反 向偏压变化的输出电压； 图6示出了在图4所示的电压测量状况下PN结的结电容变化； 图7示出了根据浮置扩散区内下降的电压，浮置扩散区的建模电容器的电容。具体实施例方式现在参照附图详细描述本专利技术的示例性实施方式。 图2示出了通常的单位像素的布局图。 参见图2，将栅极端表示为阴影线的矩形，其可以由多晶硅制成。 将金属线示为填充有点的矩形，通过用具有"X"标志的方格表示的触点，将金属线、栅极端和扩散区电连接起来。 参见图2，单位像素包括光电二极管PD和图像信号转换电路。图像信号转换电路 包括传输晶体管、复位晶体管、转换晶体管和选择晶体管。 传输晶体管包括用作漏极端和源极端的光电二极管区PD、浮置扩散区FD和施加 有传输控制信号Tx的栅极端。复位晶体管包括用作漏极端和源极端的浮置扩散区FD、施 加有源电压Vdd的扩散区和施加有复位控制信号Rx的栅极端。转换晶体管包括用作漏极 端或者源极端并且施加有源电压Vdd的扩散区和施加有浮置扩散区FD的电压的栅极。选择 晶体管包括扩散区和施加有选择控制信号Sx的栅极端，该扩散区的一端通常连接到转换 晶体管的另一端，该扩散区的另一端用于输出转换电压0UT。 这里，不管晶体管的类型如何，"一端"和"另一端"都分别表示漏极端和源极端。 在N型金属氧化物半导体(M0S)晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单位像素，包括：光电二极管，产生对应于图像信号的图像电荷；传输晶体管，将所述图像电荷传输到浮置扩散区；和复位晶体管，其一端连接到所述浮置扩散区，其另一端被施加有电源；其中，注入所述浮置扩散区内的杂质离子浓度比注入施加有所述电源的所述复位晶体管的扩散区内的杂质离子浓度低。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道永，
申请(专利权)人：株赛丽康，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]