无图像拖尾的cmos图像传感器像素结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种图像传感器领域，特别涉及一种无图像拖尾的CMOS图像传感器像素结构。
【背景技术】
[0002]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)图像传感器和CCD (电荷耦合型器件)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。
[0003]现有技术的图像传感器像素结构，以图1所示为例。图1中，包括置于半导体基体中的光电二极管101，Pin型P+层102，电荷传输晶体管103，漂浮有源区104 ;其中Vtx为电荷传输晶体管103的栅极端，d为光电二极管101外伸Pin型P+层102的距离，漂浮有源区104为N+型。现有技术中的像素结构，在转移光电二极管101中电荷至漂浮有源区104中时的势阱示意图，如图2所示；其中，201为光电二极管101的势阱区，204为漂浮有源区104的势阱区，电荷传输晶体管103处于开启状态；图2所示，图a和图b示出了现有技术的像素两种势阱关系示意图，图a中的202为光电二极管101的势阱区201与电荷传输晶体管103沟道之间的势皇，图b中的203为光电二极管101的势阱区201与电荷传输晶体管103沟道之间的势谷。图1所示，光电二极管101外伸Pin型P+层102的距离d小于O时，其势阱关系如图2中图a所示，产生势皇202 ;光电二极管101外伸Pin型P+层102的距离d大于O时，其势阱关系如图2中图b所示，产生势谷203。图2所示的图a和图b两种势阱关系中的势皇202和势谷203都会引起图像传感器的图像拖尾现象，如图2中图a所示的势阱区201区残留了部分电荷无法转移至势阱区204中，而图b所示的势谷区203中残留了部分电荷无法转移至势阱区204中，进而引起图像拖尾问题。图像传感器，在实际生产工艺时，由于机台控制精度有限，像素阵列中的像素单元很容易产生势皇或势谷势阱区，所引起的图像拖尾问题使图像传感器采集暗光图像模糊不清或有偏色问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种高效的、消除图像拖尾的无图像拖尾的CMOS图像传感器像素结构。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]本实用新型的无图像拖尾的CMOS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、漂浮有源区，还包括第一 P型离子区、第二 P型离子区、N型离子区；
[0007]所述第一 P型离子区和N型离子区位于所述电荷传输晶体管的沟道区，两者相互接触，并且所述第一 P型离子区在靠近所述光电二极管的一侧与光电二极管上部的Pin型P+层接触，所述N型离子区在靠近所述漂浮有源区的一侧与漂浮有源区的N+区接触；
[0008]所述第二 P型离子区位于所述N型离子区和漂浮有源区的底部；
[0009]所述光电二极管在电荷传输晶体管沟道处的边界为所述第一 P型离子区与所述N型离子区的接触处。
[0010]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型提供的无图像拖尾的CMOS图像传感器像素结构，由于像素结构中设置了第一 P型离子区、第二 P型离子区、N型离子区，并且配合像素中的电荷传输晶体管栅极控制方法，进行光电电荷转移操作时，电荷传输晶体管沟道与光电二极管之间无势皇和势谷问题，因此采用本实用新型像素的图像传感器不会产生图像拖尾现象。
【附图说明】
[0011]图1为现有技术的图像传感器像素结构切面示意图。
[0012]图2为现有技术的图像传感器像素的势阱关系示意图。
[0013]图3为本实用新型实施例的图像传感器像素结构切面示意图。
[0014]图4为本实用新型实施例的图像传感器像素工作时，电荷传输晶体管栅极端置为OV时的势阱示意图。
[0015]图5为本实用新型实施例的图像传感器像素工作时，光电二极管曝光时的势阱示意图。
[0016]图6为本实用新型实施例的图像传感器像素工作时，电荷传输晶体管在转移光电二极管中电荷至漂浮有源区中时的势阱示意图。
[0017]图7为本实用新型实施例的图像传感器像素工作时，电荷传输晶体管在转移光电二极管中电荷至漂浮有源区中完毕后的势阱示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
[0019]本实用新型的无图像拖尾的CMOS图像传感器像素结构，其较佳的【具体实施方式】是:
[0020]包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、漂浮有源区，还包括第一P型离子区、第二 P型离子区、N型离子区；
[0021]所述第一 P型离子区和N型离子区位于所述电荷传输晶体管的沟道区，两者相互接触，并且所述第一 P型离子区在靠近所述光电二极管的一侧与光电二极管上部的Pin型P+层接触，所述N型离子区在靠近所述漂浮有源区的一侧与漂浮有源区的N+区接触；
[0022]所述第二 P型离子区位于所述N型离子区和漂浮有源区的底部；
[0023]所述光电二极管在电荷传输晶体管沟道处的边界为所述第一 P型离子区与所述N型离子区的接触处。
[0024]所述第一 P型离子区在所述电荷传输晶体管沟道中的长度大于等于0.2um，深度小于等于0.15um。
[0025]所述N型离子区在所述电荷传输晶体管沟道中的长度大于等于0.2um，深度小于等于0.2um。
[0026]所述第二 P型离子区的深度为0.2um?lum。
[0027]所述第一 P型离子区的P型离子浓度小于等于5E17atom/cm3，所述N型离子区的N型离子浓度小于等于8E17atom/cm3，所述第二 P型离子区的P型离子浓度小于等于lE18atom/cm3。
[0028]所述P型离子为磷离子或砷离子，所述N型离子为硼离子。
[0029]本实用新型的上述的无图像拖尾的CMOS图像传感器像素结构的控制方法，包括:
[0030]所述电荷传输晶体管在曝光周期中，其栅极置为负电势，电势小于等于-1V ;在转移光电电荷时，其栅极置为电源电压。
[0031]在CMOS图像传感器中，为了提高采集到的图像品质，本实用新型从优化像素结构及工作方法入手，在现有技术中的图像传感器像素结构基础上，改善电荷传输晶体管沟道的工作结构，在其沟道处设置有P型和N型离子区，目的是在电荷传输晶体管转移光电电荷时，其沟道处的电势从光电二极管到漂浮有源区方向是单调增加的，进而不会产生势皇或势谷的势阱区。在控制电荷传输晶体管工作方面，光电二极管进行曝光操作时，电荷传输晶体管的栅极端置为负电势，目的是可以更有效地关断晶体管，不使光电二极管与漂浮有源区产生导电通道；电荷传输晶体管在进行转移光电二极管中电荷至漂浮有源区的操作时，电荷传输晶体管的栅极端置为电源电压，目的是可以更有效地使电荷转移完毕。因此，本实用新型的图像传感器像素结构中，进行光电电荷转移操作时，电荷传输晶体管沟道与光电二极管之间无势皇和势谷问题，所以采用本实用新型像素的图像传感器不会产生图像拖尾现象。<