一种传输空穴的图像传感器像素结构制造技术

本发明专利技术公开了一种传输空穴的图像传感器像素结构，该结构中每组像素单元晶体管都是PMOS管，由于PMOS管本身输出噪声较小，因而可以减小输出噪声，且都放在N阱中隔离外围器件噪声；每组像素单元都可以有效的减小暗电流和增强抗辐照能力；传输空穴图像传感器二维像素阵列中金属连线使用两层金属线进行连接，仅使用第0层金属线和第1层金属线作为器件的控制线而实现采集图像信息功能，不使用第2层或更高层金属线作为器件控制线，可降低光电二极管Si表面上的介质高度，使得更多的光入射到光电二极管，能够提高小面积像素传感器的用光效率和转换增益，从而提高灵敏度；此外，还可以有效提高小面积像素图像传感器的图像品质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器
，尤其涉及一种传输空穴的图像传感器像素结构。
技术介绍
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。现有技术中的CMOS图像传感器列共享2×2像素单元结构的排布方式以4T2S(四晶体管两个像素共享)为例，由于依赖于像素本身的结构特征，现有技术中晶体管都是NMOS管，NMOS管本身输出噪声比PMOS管高，并且现有技术的光电二极管暗电流较大，对输出像素影响较大，抗辐照能力较弱。其像素阵列一般需要第1层金属，第2层金属和第3层金属作为器件互连线，相邻行像素间或相邻列像素间分别需要多行或多列第1层金属、第2层金属或第3层金属连线；并且漂浮有源区与源跟随晶体管栅极相连接的金属电容寄生较大。上述现有技术至少包含以下缺点：由于NMOS管本身输出噪声较高，而且还和整个P衬底连接在一起，外围电路的噪声很容易通过衬底传导给晶体管，加剧输出噪声，影响输出图像效果；现有技术中光电二极管的暗电流较大，在图像传感器输出图像时会产生白点，影响输出图像效果。由于小面积像素传感器的感光面积小，灵敏度低，使得传递暗光下的信息不够清晰。尤其在使用第1层金属，第2层金属和第3层金属作为器件互连线时，光电二极管Si(硅)表面上的介质高度较高，金属线阻挡了部分光线入射到光电二极管中；并且，漂浮有源区与源跟随晶体管栅极相连接的金属线离电源金属线较近，漂浮有源区电容寄生大，导致信号电子转换成信号电压的幅度(转换增益)不大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种传输空穴的图像传感器像素结构，可以减小暗电流、减小像素读出噪声、抗辐照特性好、灵敏度高，从而有效提高像素图像传感器的图像品质。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种传输空穴的图像传感器像素结构，包括：多组在垂直和水平方向上排列成二维像素阵列的像素单元；其中，每一组像素单元均为四个像素排列成2×2的像素阵列；每一组像素单元中前列两个像素和后列两个像素分别在其列内共享选择晶体管、源跟随晶体管、复位晶体管和漂浮有源区，且每一像素还各自包含一光电二极管与一空穴传输晶体管；每一列的两个像素中，其各自包含的光电二极管的正极与空穴传输晶体管相连，且这两个复位晶体像素各自的空穴传输晶体管均与共享的漂浮有源区相连，所述共享的漂浮有源区与复位晶体管相连，源跟随晶体管与选择晶体管相连，且漂浮有源区还与源跟随晶体管的栅极相连。每一组像素单元均设置在N型衬底上，每一像素中的光电二极管的负极接N型衬底，N型衬底接电源。前列两个像素共享的选择晶体管与源跟随晶体管位于像素单元的顶部，后列两个像素共享的选择晶体管与源跟随晶体管位于像素单元的底部。每一组像素单元中还包括：五根晶体管控制线、地控制线以及两根列信号输出线；其中：第一晶体管控制线连接前列两个像素共享的选择晶体管的栅极，第二晶体管控制线连接前一行两个像素中的空穴传输晶体管的栅极，第三晶体管控制线连接两个复位晶体管的栅极，第四晶体管控制线连接后一行两个像素中的空穴传输晶体管的栅极，第五晶体管控制线连接后列两个像素共享的选择晶体管的栅极；地控制线连接两个复位晶体管以及选择晶体管的漏极；两根列信号输出线分别连接前列两个像素和后列两个像素共享的源跟随晶体管的源极。五根晶体管控制线均使用第0层金属线，分别与相应晶体管栅极的多晶硅通过接触孔0相互接触；地控制线使用第1层金属线，分别与相应晶体管漏极通过接触孔1相互接触；两根列信号输出线均使用第1层金属线，分别与相应晶体管的源极通过接触孔1相互接触。每一列的两个像素中，漂浮有源区与源跟随晶体管栅极的多晶硅之间使用第1层金属线通过接触孔1相互接触。所述选择晶体管、源跟随晶体管、复位晶体管以及空穴传输晶体管均为PMOS管。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，由于PMOS管本身输出噪声较小，所以每组像素单元晶体管都是PMOS管减小输出噪声，且都放在N阱中隔离外围器件噪声；每组像素单元都可以有效的减小暗电流和增强抗辐照能力；传输空穴图像传感器二维像素阵列中金属连线使用两层金属线进行连接，仅使用第0层金属线和第1层金属线作为器件的控制线而实现采集图像信息功能，不使用第2层或更高层金属线作为器件控制线，可降低光电二极管Si表面上的介质高度，使得更多的光入射到光电二极管，能够提高小面积像素传感器的用光效率和转换增益，从而提高灵敏度；此外，还可以有效提高小面积像素图像传感器的图像品质。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种传输空穴的图像传感器像素结构中四个像素组成的4T2S结构电路示意图；图2为本专利技术实施例提供的传输空穴的图像传感器像素结构中四个像素组成的4T2S结构版图示意图；图3为本专利技术实施例提供的传输空穴的图像传感器像素结构中6×4像素阵列电路示意图；图4为本专利技术实施例提供的传输空穴的图像传感器像素结构中6×4像素阵列版图示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种传输空穴的图像传感器像素结构，包括：多组在垂直和水平方向上排列成二维像素阵列的像素单元；其中，每一组像素单元均为四个像素排列成2×2的像素阵列；每一组像素单元中前列两个像素和后列两个像素分别在其列内共享选择晶体管、源跟随晶体管、复位晶体管和漂浮有源区，且每一像素还各自包含一光电二极管与一空穴传输晶体管；每一列的两个像素中，其各自包含的光电二极管的正极与空穴传输晶体管相连，且这两个复位晶体像素各自的空穴传输晶体管均与共享的漂浮有源区相连，所述共享的漂浮有源区与复位晶体管相连，源跟随晶体管与选择晶体管相连，且漂浮有源区还与源跟随晶体管的栅极相连。同时，前列两个像素共享的选择晶体管与源跟随晶体管位于像素单元的顶部，后列两个像素共享的选择晶体管与源跟随晶体管位于像素单元的底部。优选的，所述选择晶体管、源跟随晶体管、复位晶体管以及空穴传输晶体管均为PMOS管。优选的，每一组像素单元均设置在N型衬底上，每一像素中的光电二极管的负极接N型衬底，N型衬底接电源。本专利技术实施例中，每一组像素单元中还包括：五根晶体管控制线、地控制线以及两根列信号输出线；其中：第一晶体管控制线连接前列两个像素共享的选择晶体管的栅极，第二晶体管控制线连接前一行两个像素中的空穴传输晶体管的栅极，第三晶体管控制线连接两个复位晶体管的栅极，第四晶体管控制线连接后一行两个像素中的空穴传输晶体管的栅极，第五晶体管控制线连接后列两个像素共享的选择晶体管的栅极；地控制线连接两个复位晶体管以及选择晶体管的漏极；两根列信号输出线分别连接前列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传输空穴的图像传感器像素结构，其特征在于，包括：多组在垂直和水平方向上排列成二维像素阵列的像素单元；其中，每一组像素单元均为四个像素排列成2×2的像素阵列；每一组像素单元中前列两个像素和后列两个像素分别在其列内共享选择晶体管、源跟随晶体管、复位晶体管和漂浮有源区，且每一像素还各自包含一光电二极管与一空穴传输晶体管；每一列的两个像素中，其各自包含的光电二极管的正极与空穴传输晶体管相连，且这两个复位晶体像素各自的空穴传输晶体管均与共享的漂浮有源区相连，所述共享的漂浮有源区与复位晶体管相连，源跟随晶体管与选择晶体管相连，且漂浮有源区还与源跟随晶体管的栅极相连。

【技术特征摘要】
1.一种传输空穴的图像传感器像素结构，其特征在于，包括：多组在垂直和水平方向上排列成二维像素阵列的像素单元；其中，每一组像素单元均为四个像素排列成2×2的像素阵列；每一组像素单元中前列两个像素和后列两个像素分别在其列内共享选择晶体管、源跟随晶体管、复位晶体管和漂浮有源区，且每一像素还各自包含一光电二极管与一空穴传输晶体管；每一列的两个像素中，其各自包含的光电二极管的正极与空穴传输晶体管相连，且这两个复位晶体像素各自的空穴传输晶体管均与共享的漂浮有源区相连，所述共享的漂浮有源区与复位晶体管相连，源跟随晶体管与选择晶体管相连，且漂浮有源区还与源跟随晶体管的栅极相连。2.根据要求1所述的一种传输空穴的图像传感器像素结构，其特征在于，每一组像素单元均设置在N型衬底上，每一像素中的光电二极管的负极接N型衬底，N型衬底接电源。3.根据要求1所述的一种传输空穴的图像传感器像素结构，其特征在于，前列两个像素共享的选择晶体管与源跟随晶体管位于像素单元的顶部，后列两个像素共享的选择晶体管与源跟随晶体管位于像素单元的底部。4.根据要求1所述的一种传输空穴的图像传感器像素结构，其特征在于，每一组像素单元中还包括：五根晶体管控制线、地控制线...

【专利技术属性】
技术研发人员：王壮，旷章曲，刘志碧，李文杰，李轩，陈多金，
申请(专利权)人：北京思比科微电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11