CMOS图像传感器及其形成方法、车载摄像头与流程

本发明涉及图像传感器领域，尤其涉及一种cmos图像传感器、一种cmos图像传感器的形成方法以及一种车载摄像头。

背景技术：

1、cmos图像传感器常用在电子设备(如手机、相机和计算机)中以用来捕获图像，近年来，cmos图像传感器在车载等方面的潜力被进一步发掘。在cmos图像传感器的一些应用如车载摄像头领域，对传感器的高动态范围成像(hdr)性能的要求较高。

2、在cmos图像传感器中，光电二极管用于将光转换为光生电荷，所述光生电荷通常被转移晶体管转移到浮置扩散区，所述浮置扩散区可根据所述光生电荷形成信号电压，所述浮置扩散区通常耦接源跟随晶体管的栅极，所述源跟随晶体管可响应于所述信号电压并输出图像电压信号，选择晶体管耦接所述源跟随晶体管，选择晶体管在被选中后可将所述图像电压信号输出至像素级连接结构。

3、cmos图像传感器中的浮置扩散区可具有相关联电容，但是该电容的容值较小，可容纳的电荷数有限，当光电二极管产生的光生电荷超过像素原本能承载的最大阱容量时，会超过浮置扩散区电容的容纳能力，导致cmos图像传感器的动态范围受限。

4、为了增大cmos图像传感器的动态范围，需增加浮置扩散区节点的电容容量，如果直接增加浮置扩散区相关联电容的极板面积以增加相关联电容的容值，需增加像素整体尺寸或者减小像素的感光区面积。现有技术提出在浮置扩散区耦接一横向溢出电容(即lofic电容)，以便于多余的电荷流入横向溢出电容，实现高亮画面的清晰显示，但目前横向溢出电容通常由外接电容形成，外接电容不利于cmos图像传感器的小型化。

技术实现思路

1、为了增加浮置扩散区节点的电容从而提升cmos图像传感器的高动态范围成像(hdr)性能，同时避免影响cmos图像传感器的像素尺寸和感光区面积，本发明提供一种cmos图像传感器以及一种cmos图像传感器的形成方法，另外还提供一种车载摄像头。

2、一方面，本发明提供一种cmos图像传感器，所述cmos图像传感器包括：

3、像素基底，所述像素基底具有多个像素，每个所述像素包括光电二极管以及浮置扩散区，所述光电二极管响应于入射光而产生光生电荷，所述浮置扩散区用于接收所述光电二极管产生的光生电荷；

4、第一层间介质层，覆盖各个所述像素；以及

5、pip电容，对应于每个所述像素形成于所述第一层间介质层上，所述pip电容耦接相应像素中的所述浮置扩散区，以增大相应像素在所述浮置扩散区节点的电容容量。

6、可选地，所述pip电容包括堆叠于所述第一层间介质层表面的第一多晶硅层、堆叠于所述第一多晶硅层表面的电容介电层以及堆叠于所述电容介电层表面的第二多晶硅层。

7、可选地，所述电容介电层为ono叠层。

8、可选地，所述pip电容中，所述pip电容中，所述第一多晶硅层的面积大于所述第二多晶硅层的面积。

9、可选地，所述cmos图像传感器还包括：

10、第二层间介质层，覆盖所述pip电容和所述第一层间介质层；

11、多个接触插塞，形成于所述第一层间介质层和所述第二层间介质层中；以及

12、金属互连层，形成于所述第二层间介质层表面，其中，所述第一多晶硅层和所述浮置扩散区通过相应的所述接触插塞以及所述金属互连层而耦接。

13、可选地，所述cmos图像传感器的每个像素包括一个高敏光电二极管和一个低敏光电二极管，所述高敏光电二极管对光的灵敏度大于所述低敏光电二极管对光的灵敏度。

14、可选地，每个所述像素包括：

15、第一转移晶体管，耦接于所述高敏光电二极管和一第一浮置扩散区之间；

16、第一浮置扩散晶体管，耦接于所述第一浮置扩散区和一第二浮置扩散区之间；

17、重置晶体管，耦接于一第一电源电压与所述第二浮置扩散区之间；

18、第二转移晶体管，耦接于所述低敏光电二极管与一第三浮置扩散区之间；以及

19、第二浮置扩散晶体管，耦接于所述第二浮置扩散区与所述第三浮置扩散区之间，其中，所述pip电容耦接于所述第一电源电压和所述第三浮置扩散区之间。

20、可选地，每个所述像素包括：

21、源极跟随晶体管，所述源极跟随晶体管的栅极与所述第一浮置扩散区耦接，所述源极跟随晶体管的漏极耦接至一第二电源电压；以及

22、选择晶体管，所述选择晶体管的栅极耦接一选择信号，所述选择晶体管的漏极耦接所述源极跟随晶体管的源极，所述选择晶体管的源极耦接一像素级连接结构。

23、一方面，本发明提供一种cmos图像传感器的形成方法，所述形成方法包括：

24、提供一像素基底，所述像素基底具有多个像素，每个所述像素包括光电二极管以及浮置扩散区，所述光电二极管响应于入射光而产生光生电荷，所述浮置扩散区用于接收所述光电二极管产生的光生电荷；

25、在所述像素基底上形成第一层间介质层，所述第一层间介质层覆盖各个所述像素；以及

26、对应于每个所述像素在所述第一层间介质层上形成pip电容，所述pip电容耦接相应像素中的所述浮置扩散区，以增大相应像素在所述浮置扩散区节点的电容容量。

27、一方面，本发明提供一种车载摄像头，所述车载摄像头包括上述cmos图像传感器。

28、本发明提供的cmos图像传感器、cmos图像传感器的形成方法以及车载摄像头中，用于形成cmos图像传感器的像素基底具有多个像素，第一层间介质层覆盖各个所述像素，pip电容对应于每个所述像素形成于第一层间介质层上，所述pip电容耦接相应像素中的所述浮置扩散区，以增大相应像素在所述浮置扩散区节点的电容容量，所述pip电容的设置不需要增加cmos图像传感器的像素尺寸，也不需要减小像素的感光区面积，并且，可以在第一层间介质层的平面内调整所述pip电容的极板大小以获得需要的电容容量，能够在增加浮置扩散区节点的电容的同时，提升cmos图像传感器的高动态范围成像性能。

技术特征：

1.一种cmos图像传感器，其特征在于，所述cmos图像传感器包括：

2.如权利要求1所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述pip电容包括堆叠于所述第一层间介质层表面的第一多晶硅层、堆叠于所述第一多晶硅层表面的电容介电层以及堆叠于所述电容介电层表面的第二多晶硅层。

3.如权利要求2所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述电容介电层为ono叠层。

4.如权利要求2所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述pip电容中，所述第一多晶硅层的面积大于所述第二多晶硅层的面积。

5.如权利要求2所述的cmos图像传感器，其特征在于，还包括：

6.如权利要求1所述的cmos图像传感器，其特征在于，每个所述像素包括一个高敏光电二极管和一个低敏光电二极管，所述高敏光电二极管对光的灵敏度大于所述低敏光电二极管对光的灵敏度。

7.如权利要求6所述的cmos图像传感器，其特征在于，每个所述像素包括：

8.如权利要求7所述的cmos图像传感器，其特征在于，每个所述像素包括：

9.一种cmos图像传感器的形成方法，其特征在于，所述形成方法包括：

10.一种车载摄像头，其特征在于，所述车载摄像头包括如权利要求1至8任一项所述的cmos图像传感器。

技术总结
本发明涉及一种CMOS图像传感器及其形成方法、车载摄像头。其中，用于形成CMOS图像传感器的像素基底具有多个像素，第一层间介质层覆盖各个所述像素，PIP电容对应于每个所述像素形成于第一层间介质层上，所述PIP电容耦接相应像素中的所述浮置扩散区，以增大相应像素在所述浮置扩散区节点的电容容量，所述PIP电容的设置不需要增加CMOS图像传感器的像素尺寸，也不需要减小像素的感光区面积，并且，可以在第一层间介质层的平面内调整所述PIP电容的极板大小以获得需要的电容容量，能够在增加浮置扩散区节点的电容的同时，提升CMOS图像传感器的高动态范围成像性能。

技术研发人员：罗清威,周雨薇
受保护的技术使用者：武汉新芯集成电路制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14