图像传感器的制作方法

本技术涉及图像传感，特别涉及一种图像传感器。

背景技术：

1、图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，图像传感器芯片包括电荷耦合器件(ccd)和互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器芯片两大类。cmos图像传感器和传统的ccd传感器相比，具有低功耗，低成本和与cmos工艺兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。现在cmos图像传感器不仅用于消费电子领域，例如微型数码相机(dsc)，手机摄像头，摄像机和数码单反(dslr)中，在汽车电子，监控，生物技术和医学等领域也得到了广泛的应用。

2、cmos图像传感器的像素单元是图像传感器实现感光的核心器件。最常用的像素单元为包含感光元件pd、传输晶体管tx、浮动扩散区fd以及源极跟随晶体管sf，传输晶体管tx连接于感光元件pd与浮动扩散区fd之间，源极跟随晶体管sf通过金属线与浮动扩散区fd连接。浮动扩散区fd的电位高低直接影响像素的性能，然而像素的电路结构决定了浮动扩散区fd是floating(悬置)的状态，无法直接对浮动扩散区fd加电压控制其电位高低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型提供一种图像传感器，能调控浮动扩散区的电位，优化像素性能。

2、一种图像传感器，包括形成在半导体基底上的感光像素区和电位调控线，感光像素区包括感光元件、传输晶体管、浮动扩散区以及源极跟随晶体管，感光元件用于在曝光过程中将包含图像信息的光信号转换为电信号；传输晶体管连接感光元件和浮动扩散区，用于将感光元件的电信号转移至浮动扩散区；源极跟随晶体管通过电连接结构与浮动扩散区电性连接，源极跟随晶体管用于输出浮动扩散区的电信号，电位调控线用于调控浮动扩散区的电位。

3、在本实用新型的实施例中，上述电位调控线包括第一调控部，所述第一调控部在所述半导体基底上的正投影经过所述浮动扩散区、所述电连接结构以及所述源极跟随晶体管的栅极中的至少一种。

4、在本实用新型的实施例中，上述电位调控线还包括与所述第一调控部连接并相对设置的第二调控部和第三调控部，所述电连接结构在所述半导体基底上的正投影位于所述第二调控部与所述第三调控部在所述半导体基底上的正投影之间。

5、在本实用新型的实施例中，上述电位调控线还包括第四调控部，所述第二调控部和所述第三调控部远离所述第一调控部的端部与所述第四调控部连接，所述电连接结构在所述半导体基底上的正投影位于所述第一调控部、所述第二调控部、所述第三调控部以及所述第四调控部在所述半导体基底上的正投影围绕的区域内。

6、在本实用新型的实施例中，上述电位调控线还包括第五调控部，所述电连接结构在所述半导体基底上的正投影位于所述第一调控部与所述第五调控部在所述半导体基底上的正投影之间。

7、在本实用新型的实施例中，上述第五调控部与所述第一调控部同层设置或者所述第五调控部与所述第一调控部非同层设置。

8、在本实用新型的实施例中，所述电位调控线还包括第五调控部，所述第五调控部与所述第一调控部相互平行设置。

9、在本实用新型的实施例中，所述电位调控线还包括第五调控部，所述第五调控部与所述第一调控部的组合在所述半导体基底上的正投影与所述浮动扩散区、所述电连接结构以及所述源极跟随晶体管的栅极之间均具有交叠区域。

10、在本实用新型的实施例中，上述电位调控线还包括第六调控部，至少所述电连接结构在所述半导体基底上的正投影位于所述第六调控部在所述半导体基底上的正投影区域内。

11、在本实用新型的实施例中，当所述图像传感器还存在第一调控部至第五调控部中的至少一者时，所述第六调控部与各调控部同层设置，或者所述第六调控部与各调控部非同层设置。

12、在本实用新型的实施例中，上述图像传感器还包括用于向所述传输晶体管输入电信号的第一信号线，所述电位调控线与所述第一信号线相邻设置且二者之间具有间距。

13、在本实用新型的实施例中，上述图像传感器还包括用于向所述传输晶体管输入电信号的第一信号线，所述第一调控部与所述第一信号线相互平行设置。

14、在本实用新型的实施例中，上述感光像素区还包括复位晶体管，所述复位晶体管与所述浮动扩散区电连接，用于至少对所述浮动扩散区和所述感光元件的电压进行复位，其中，所述图像传感器还包括用于向所述复位晶体管输入电信号的第二信号线，所述第二信号线与所述第一调控部相互平行设置。

15、在本实用新型的实施例中，上述图像传感器还包括用于向所述源极跟随晶体管的漏极输入电信号的第三信号线，所述第三信号线与所述第一调控部相互平行设置。

16、在本实用新型的实施例中，上述感光像素区还包括选择晶体管，所述选择晶体管与所述源极跟随晶体管电性连接，用于将所述源极跟随晶体管放大后的信号选择输出至列线，其中，所述图像传感器还包括用于向所述选择晶体管输入电信号的第四信号线，所述第四信号线与所述第一调控部相互垂直设置。

17、在本实用新型的实施例中，上述感光像素区包括两个所述感光元件以及分别各所述感光元件对应的两个所述传输晶体管，所述浮动扩散区连接于两个所述传输晶体管之间。

18、在本实用新型的实施例中，上述感光像素区包括四个所述感光元件、四个所述传输晶体管和两个所述浮动扩散区，四个所述感光元件呈矩阵排布，四个所述感光元件分别与四个所述传输晶体管对应，其中一个所述浮动扩散区连接于两个所述传输晶体管之间，另一个所述浮动扩散区连接于另外两个所述传输晶体管之间，所述电连接结构跨过所述源极跟随晶体管并连接于两个所述浮动扩散区之间。

19、在本实用新型的实施例中，上述电位调控线与所述浮动扩散区、所述电连接结构、所述源极跟随晶体管栅极中至少一者之间具有介质层，以基于耦合的方式调控所述浮动扩散区的电位。

20、在本实用新型的实施例中，上述电位调控线的设置方式包括基于所述图像传感器的布线层中的器件互连线实现设置以及布置在所述布线层的器件互连线之间中的至少一种。

21、本实用新型的图像传感器利用电位调控线与电连接结构之间的耦合作用，通过控制电位调控线的电压来改变电连接结构的电位，由于电连接结构与浮动扩散区直接连接，电连接结构的电位变化会使浮动扩散区的电位随之发生改变，可根据需要灵活调节浮动扩散区在不同时刻的电位状态来达到性能优化的目标。

技术特征：

1.一种图像传感器，其特征在于，包括形成在半导体基底上的感光像素区和电位调控线，所述感光像素区包括感光元件、传输晶体管、浮动扩散区以及源极跟随晶体管，所述感光元件用于在曝光过程中将包含图像信息的光信号转换为电信号；所述传输晶体管连接所述感光元件和所述浮动扩散区，用于将所述感光元件的电信号转移至所述浮动扩散区；所述源极跟随晶体管通过电连接结构与所述浮动扩散区电性连接，所述源极跟随晶体管用于输出所述浮动扩散区的电信号，所述电位调控线用于调控所述浮动扩散区的电位。

2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述电位调控线包括第一调控部，所述第一调控部在所述半导体基底上的正投影经过所述浮动扩散区、所述电连接结构以及所述源极跟随晶体管的栅极中的至少一种。

3.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述电位调控线还包括与所述第一调控部连接并相对设置的第二调控部和第三调控部，所述电连接结构在所述半导体基底上的正投影位于所述第二调控部与所述第三调控部在所述半导体基底上的正投影之间。

4.如权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述电位调控线还包括第四调控部，所述第二调控部和所述第三调控部远离所述第一调控部的端部与所述第四调控部连接，所述电连接结构在所述半导体基底上的正投影位于所述第一调控部、所述第二调控部、所述第三调控部以及所述第四调控部在所述半导体基底上的正投影围绕的区域内。

5.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述电位调控线的设置方式还包括以下至少一项：

6.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述电位调控线还包括第六调控部，至少所述电连接结构在所述半导体基底上的正投影位于所述第六调控部在所述半导体基底上的正投影区域内。

7.如权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，当所述图像传感器还存在第一调控部至第五调控部中的至少一者时，所述第六调控部与各调控部同层设置，或者所述第六调控部与各调控部非同层设置。

8.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述电位调控线的设置方式还包括以下至少一项：

9.如权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述感光像素区还包括复位晶体管，所述复位晶体管与所述浮动扩散区电连接，用于至少对所述浮动扩散区和所述感光元件的电压进行复位，其中，所述图像传感器还包括用于向所述复位晶体管输入电信号的第二信号线，所述第二信号线与所述第一调控部相互平行设置；和/或，所述图像传感器还包括用于向所述源极跟随晶体管的漏极输入电信号的第三信号线，所述第三信号线与所述第一调控部相互平行设置；和/或，所述感光像素区还包括选择晶体管，所述选择晶体管与所述源极跟随晶体管电性连接，用于将所述源极跟随晶体管放大后的信号选择输出至列线，其中，所述图像传感器还包括用于向所述选择晶体管输入电信号的第四信号线，所述第四信号线与所述第一调控部相互垂直设置。

10.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述感光像素区的布置方式包括以下至少一项：

11.如权利要求1-10中任意一项所述的图像传感器，其特征在于，所述电位调控线与所述浮动扩散区、所述电连接结构、所述源极跟随晶体管栅极中至少一者之间具有介质层，以基于耦合的方式调控所述浮动扩散区的电位。

12.如权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，所述电位调控线的设置方式包括基于所述图像传感器的布线层中的器件互连线实现设置以及布置在所述布线层的器件互连线之间中的至少一种。

技术总结
本技术提供一种图像传感器，图像传感器包括形成在半导体基底上的感光像素区和电位调控线，感光像素区包括感光元件、传输晶体管、浮动扩散区以及源极跟随晶体管，感光元件用于在曝光过程中将包含图像信息的光信号转换为电信号；传输晶体管连接感光元件和浮动扩散区，用于将感光元件的电信号转移至浮动扩散区；源极跟随晶体管通过电连接结构与浮动扩散区电性连接，源极跟随晶体管用于输出浮动扩散区的电信号，电位调控线用于调控浮动扩散区的电位。本技术的图像传感器能调控浮动扩散区的电位，优化像素性能。

技术研发人员：王倩,邵泽旭
受保护的技术使用者：思特威（上海）电子科技股份有限公司
技术研发日：20231130
技术公布日：2024/11/26