[發(fā)明專利]圖像傳感器及源跟隨器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210007542.2
• 申請(qǐng)日: 2012-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN102522417A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍介光;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): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146;H03F3/50
• 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

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種圖像傳感器及源跟隨器。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的圖像傳感器通常可以分為兩類：電荷耦合器件(Charge?Coupled?Device，CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。其中，CMOS圖像傳感器具有體積小、功耗低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，CMOS圖像傳感器易于集成在例如手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等便攜電子設(shè)備中，作為提供數(shù)字成像功能的攝像模組使用。

CMOS圖像傳感器通常采用3T或4T的像素結(jié)構(gòu)。圖1即示出了一種傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的4T像素結(jié)構(gòu)，包括光電二極管11、轉(zhuǎn)移晶體管12、復(fù)位晶體管13、源跟隨晶體管14以及行選擇晶體管15。其中，光電二極管11用于感應(yīng)光強(qiáng)變化而形成相應(yīng)的圖像電荷信號(hào)。轉(zhuǎn)移晶體管12用于接收轉(zhuǎn)移控制信號(hào)TX，在轉(zhuǎn)移控制信號(hào)TX的控制下，轉(zhuǎn)移晶體管12相應(yīng)導(dǎo)通或關(guān)斷，從而使得光電二極管11所感應(yīng)的圖像電荷信號(hào)被讀出到與該轉(zhuǎn)移晶體管12的漏極耦接的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)(floating?diffusion)，進(jìn)而由該浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)存儲(chǔ)圖像電荷信號(hào)。復(fù)位晶體管13用于接收復(fù)位控制信號(hào)RST，在該復(fù)位控制信號(hào)RST的控制下，復(fù)位晶體管13相應(yīng)導(dǎo)通或關(guān)斷，從而向源跟隨晶體管14的柵極提供復(fù)位信號(hào)。源跟隨晶體管14用于將轉(zhuǎn)移晶體管12獲得的圖像電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并且該電壓信號(hào)可以通過行選擇晶體管15輸出到位線BL上。

然而，傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器輸出的電壓信號(hào)中往往具有較大的閃爍噪聲，特別在光線較弱時(shí)，這種閃爍噪聲更為明顯。電壓信號(hào)中的閃爍噪聲會(huì)顯著地降低圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

因此，需要提供一種具有較低閃爍噪聲的圖像傳感器。

發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器往往采用表面溝道晶體管來作為源跟隨晶體管。在這種源跟隨晶體管中，導(dǎo)電溝道位于襯底表面，并靠近襯底上的柵氧化層。然而，襯底靠近柵氧化層的區(qū)域容易形成界面態(tài)，該界面態(tài)會(huì)隨機(jī)地俘獲或釋放載流子，從而引起溝道電流的變化，進(jìn)而在源跟隨晶體管輸出的電壓信號(hào)中引入閃爍噪聲。

為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種圖像傳感器，包括：光電二極管，用于感應(yīng)光強(qiáng)變化而生成相應(yīng)的圖像電荷信號(hào)；轉(zhuǎn)移晶體管，用于轉(zhuǎn)移圖像電荷信號(hào)；源跟隨晶體管，用于基于所轉(zhuǎn)移的圖像電荷信號(hào)生成電壓信號(hào)，其中，該源跟隨晶體管是埋溝(Buried?Channel)PMOS晶體管。

相比于現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器，由于采用了埋溝PMOS晶體管作為源跟隨晶體管，這使得源跟隨晶體管的導(dǎo)電溝道能夠遠(yuǎn)離柵氧化層-襯底的界面，該界面位置的界面態(tài)隨機(jī)俘獲或釋放載流子的幾率大大降低，從而有效減少了輸出的電壓信號(hào)中的閃爍噪聲，進(jìn)而提高了圖像傳感器的成像質(zhì)量。

在一個(gè)實(shí)施例中，該源跟隨晶體管包括：P型襯底；N型阱，其位于P型襯底中；柵極，其位于N型阱上；源區(qū)與漏區(qū)，其分別位于柵極兩側(cè)，其中源區(qū)位于N型阱中，而漏區(qū)至少部分地位于N型阱中；P型摻雜層與N型摻雜層，其自上而下依次位于源區(qū)與漏區(qū)之間的柵極下方的N型阱中。

在一個(gè)實(shí)施例中，該源跟隨晶體管的漏區(qū)至少部分地位于N型阱外。這使得圖像傳感器的每個(gè)像素單元的接地可以通過P型襯底直接連接，在不增加芯片面積的情況下提高了接地的效果，避免不同像素單元接地電位不一致。

在一個(gè)實(shí)施例中，源跟隨晶體管還包括N型重?fù)诫s區(qū)，其位于N型阱中以將N型阱從P型襯底中電引出。優(yōu)選地，N型重?fù)诫s區(qū)與源區(qū)電連接。相互電連接的源跟隨晶體管的源區(qū)與體區(qū)具有相等的電位，這可以避免襯偏調(diào)制效應(yīng)，使得源跟隨晶體管具有較高的輸入輸出增益，電壓跟隨特性也更好。

在一個(gè)實(shí)施例中，N型重?fù)诫s區(qū)與源區(qū)相鄰。優(yōu)選地，源跟隨晶體管還包括金屬硅化物層，其位于N型重?fù)诫s區(qū)與源區(qū)上以電連接N型重?fù)诫s區(qū)與源區(qū)。該金屬硅化物層適于電連接相鄰的源區(qū)與體區(qū)，而不需要通過金屬互連結(jié)構(gòu)來連接，從而簡化了圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，降低了制作成本。

在一個(gè)實(shí)施例中，源跟隨晶體管的柵極耦接至轉(zhuǎn)移晶體管的漏極，即浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，源跟隨晶體管的漏區(qū)耦接至參考電位線，而源跟隨晶體管的源區(qū)用于輸出電壓信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種源跟隨器，包括：源跟隨晶體管以及偏置電流源，其中，該源跟隨晶體管是埋溝PMOS晶體管，其柵極用于接收輸入信號(hào)；其漏區(qū)耦接至參考電位線；其源區(qū)耦接至偏置電流源以獲取偏置電流，并用于輸出電壓信號(hào)。