[發(fā)明專利]源跟隨晶體管,象素結(jié)構(gòu)及電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910198481.0
• 申請(qǐng)日: 2009-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN102054863A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙立新;李杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 格科微電子(上海)有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L21/336;H01L27/146
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 鄭立柱

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體器件及制造方法和電路，并且更具體地涉及源跟隨晶體管及制造方法，和CMOS傳感器的象素結(jié)構(gòu)及象素電路。

背景技術(shù)

CMOS圖像傳感器相對(duì)于CCD(Charge?Coupled?Device)而言，具有集成度高，功耗低，成本低等優(yōu)勢(shì)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。它的感光單元，即所象素，是用來完成光電轉(zhuǎn)換的，它對(duì)于圖像的品質(zhì)起著決定性的作用。

象素最常見的是3T和4T結(jié)構(gòu)。3T結(jié)構(gòu)即在象素中包括三個(gè)晶體管，分別是復(fù)位管(RST)、源跟隨器(SF)和行選通開關(guān)管(SEL)。4T在3T的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)傳輸管(TX)和浮置擴(kuò)散區(qū)(FD)。為了增大象素的光學(xué)填充因數(shù)，現(xiàn)在出現(xiàn)了幾個(gè)象素共用一套讀出電路的結(jié)構(gòu)。在每個(gè)象素中，都包括一個(gè)光電二極管(PD)，用來將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，從而達(dá)到感光的目的。

但是在現(xiàn)有的象素結(jié)構(gòu)中，SF管的增益比較低，只有0.75倍左右，從而使得輸出信號(hào)擺幅較小。擺幅越小，得到的信號(hào)范圍比較小，圖像傳感器的靈敏度和信噪比比較低。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供了一種高增益源跟隨晶體管及其制造方法，以及一種使用高增益源跟隨晶體管的CMOS傳感器的象素結(jié)構(gòu)及其象素電路。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種源跟隨晶體管，其特征在于所述源跟隨晶體管的阱與其他同種導(dǎo)電類型的區(qū)域隔離，所述源跟隨晶體管的源和阱電學(xué)連接。

作為所述源跟隨晶體管的源和阱電學(xué)連接的一種實(shí)施方式，所述源和所述阱處于同一電位，消除了源-阱之間的電壓差導(dǎo)致的襯偏效應(yīng)，并且當(dāng)源極電壓變化時(shí)閾值電壓V_th保持恒定；作為所述源跟隨晶體管的源和阱電學(xué)連接的又一種實(shí)施方式，所述源和所述阱之間存在一個(gè)固定不變的反向偏置電壓，在源極電壓變化時(shí)源跟隨晶體管的閾值電壓V_th保持恒定。由MOS晶體管工作在飽和區(qū)的電流方程：

其中，W是溝道寬度，L是溝道長度，μ是反型載流子的遷移率，V_GS是柵-源電壓，

源跟隨晶體管接恒流源負(fù)載，當(dāng)V_th基本保持恒定時(shí)，源極電壓基本上跟隨柵極電壓的變化，因此電壓增益接近于1，即本發(fā)明的源跟隨晶體管為高增益源跟隨晶體管。

根據(jù)本發(fā)明的源跟隨晶體管的一個(gè)具體實(shí)施例，所述源跟隨晶體管包括：第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底；與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型阱，形成于所述第一導(dǎo)電類型基底中；第一導(dǎo)電類型源，形成于所述第二導(dǎo)電類型阱中；以及電學(xué)連接結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接所述第一導(dǎo)電類型源和第二導(dǎo)電類型阱。

可選的，所述源跟隨晶體管的漏形成于所述第二導(dǎo)電類型阱中。

可選的，所述源跟隨晶體管的漏形成于所述第二導(dǎo)電類型阱之外，與所述第二導(dǎo)電類型阱相鄰，且與所述基底連通。

根據(jù)本發(fā)明的源跟隨晶體管的又一個(gè)具體實(shí)施例，所述源跟隨晶體管包括：半導(dǎo)體基底；第一導(dǎo)電類型埋層，形成于所述半導(dǎo)體基底中；與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型阱，形成于所述第一導(dǎo)電類型埋層中；第一導(dǎo)電類型源，形成于所述第二導(dǎo)電類型阱中；以及電學(xué)連接結(jié)構(gòu)，電學(xué)連接所述第一導(dǎo)電類型源和第二導(dǎo)電類型阱。

當(dāng)所述半導(dǎo)體基底為與所述阱有相同導(dǎo)電類型時(shí)，即所述半導(dǎo)體基底為第二導(dǎo)電類型時(shí)，因?yàn)樗鲒逦挥谂c第二導(dǎo)電類型相反的第一導(dǎo)電類型埋層中，所以所述阱能夠與包括基底的其他同種導(dǎo)電類型區(qū)域隔離，即所述阱是“浮動(dòng)”的。

可選的，所述源跟隨晶體管的漏形成于所述第二導(dǎo)電類型阱中。

可選的，所述源跟隨晶體管的漏形成于所述第二導(dǎo)電類型阱之外，與所述第二導(dǎo)電類型阱相鄰，且與所述第一導(dǎo)電類型埋層連通。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種制造源跟隨晶體管的方法，包括在半導(dǎo)體基底中形成阱以及在所述阱中形成源跟隨晶體管，其特征在于，所述阱與其他同種導(dǎo)電類型的區(qū)域隔離，所述源跟隨晶體管的源和阱電學(xué)連接。

根據(jù)本發(fā)明的制造源跟隨晶體管的方法的一個(gè)具體實(shí)施例，包括以下步驟：在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基底中形成與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型阱；在所述第二導(dǎo)電類型阱中形成第一導(dǎo)電類型源；以及電學(xué)連接所述第一導(dǎo)電類型源和所述第二導(dǎo)電類型阱。

根據(jù)本發(fā)明的制造源跟隨晶體管的方法的又一個(gè)具體實(shí)施例，包括以下步驟：在半導(dǎo)體基底中形成第一導(dǎo)電類型埋層；在所述第一導(dǎo)電類型埋層中形成與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型阱；在所述第二導(dǎo)電類型阱中形成第一導(dǎo)電類型源；以及電學(xué)連接所述第一導(dǎo)電類型源和所述第二導(dǎo)電類型阱。