專利名稱：具有嵌入式晶體管的有源像素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，更具體地講，本發(fā)明涉及一種采用嵌入式晶體管(MOSFET)以減少1/f噪聲的CMOS圖像傳感器。
背景技術(shù)：
CMOS圖像傳感器越來(lái)越普遍，其廣泛地應(yīng)用于靜態(tài)圖片數(shù)字照相機(jī)、保安攝像系統(tǒng)、移動(dòng)電話、醫(yī)學(xué)影像和汽車配備中。用于制造CMOS圖像傳感器的技術(shù)不斷大步提升。例如，高分辨率、低功率的消費(fèi)需求激勵(lì)了圖像傳感器的小型化和高集成度的發(fā)展。當(dāng)圖像傳感器中的像素變得越來(lái)越小，像素中的相關(guān)有源器件(如各種晶體管)也變得更小了。
高集成度所導(dǎo)致結(jié)果之一是1/f噪聲(1/fnoise)的影響，當(dāng)每一像素中的晶體管變得更小，1/f噪聲更令人關(guān)注?？梢哉J(rèn)為，1/f噪聲(也稱為“閃爍干擾”)是轉(zhuǎn)換晶體管在其表面引入氧化層陷阱而引起的，這些晶體管可以捕獲或者釋放電子。對(duì)于CMOS圖像傳感器的有源像素(active pixel)中的晶體管，不同晶體管的開(kāi)、關(guān)轉(zhuǎn)換可導(dǎo)致像素中的1/f噪聲。
因此，有必要提供一種可消除1/f噪聲的有源像素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可消除轉(zhuǎn)換晶體管所引起的1/f噪聲的有源像素。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種有源像素，其包括形成于半導(dǎo)體襯底上的感光元件，與該感光元件電通信的傳感節(jié)點(diǎn)，以及由該傳感節(jié)點(diǎn)所控制的放大晶體管；其中，傳感節(jié)點(diǎn)用來(lái)輸出感光元件所產(chǎn)生的信號(hào)，放大晶體管是形成于半導(dǎo)體襯底上的嵌入式晶體管(buried transistor)。該嵌入式晶體管餓可以由耗盡型晶體管(depletion mode transistor)代替。
上述的感光元件可從光電二極管、插入式光電二極管(pinnedphotodiode)、部分插入式光電二極管或光電門(mén)(photogate)中選擇。上述的放大晶體管將信號(hào)的放大模式輸出至列位線(column bitline)。
上述的像素還進(jìn)一步包括有效地將信號(hào)從感光元件傳輸?shù)絺鞲泄?jié)點(diǎn)的傳輸晶體管，以及可控地將傳感節(jié)點(diǎn)復(fù)位至參考電壓的復(fù)位晶體管。
進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種用于CMOS圖像傳感器的有源像素，其包括形成于半導(dǎo)體襯底上的感光元件、傳感節(jié)點(diǎn)、傳輸晶體管以及由傳感節(jié)點(diǎn)所控制的放大晶體管。其中，傳輸晶體管可控地將感光元件所產(chǎn)生的信號(hào)傳輸?shù)絺鞲泄?jié)點(diǎn)；放大晶體管是形成于半導(dǎo)體襯底上的體電流晶體管。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)用于CMOS圖像傳感器的三晶體管有源像素的示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)用于CMOS圖像傳感器的四晶體管有源像素的示意圖。
圖3是本發(fā)明三晶體管有源像素的示意圖。
圖4是本發(fā)明四晶體管有源像素的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的說(shuō)明中，通過(guò)對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
的描述，來(lái)了解本發(fā)明的諸多具體細(xì)節(jié)。但所屬領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)的情況下仍能實(shí)施本發(fā)明，或者采用其它方法、元件等的情況下仍能實(shí)施本發(fā)明。另外，為了清楚地描述本發(fā)明的各種實(shí)施方案，因而對(duì)眾所周知的結(jié)構(gòu)和操作沒(méi)有示出或進(jìn)行詳細(xì)地描述。
在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中，提及“一實(shí)施方案”或“某一實(shí)施方案”時(shí)是指該實(shí)施方案所述的特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性至少包含在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中。因而，在說(shuō)明書(shū)各處所出現(xiàn)的“在一實(shí)施方案中”或“在某一實(shí)施方案中”并不一定指的是全部屬于同一個(gè)實(shí)施方案；而且，特定的特征、結(jié)構(gòu)或者特性可能以合適的方式結(jié)合到一個(gè)或多個(gè)的具體實(shí)施方案中。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)采用三晶體管的CMOS有源像素。感光元件101輸出信號(hào)用于調(diào)制放大晶體管105。該放大晶體管105也稱為源極隨耦晶體管。該感光元件101可以是各種器件，包括但不限于光電門(mén)、光電二極管、插入式光電二極管、部分插入式光電二極管等各種設(shè)備中的一種。
在一個(gè)積分周期中，該感光元件101捕獲光并輸出表示入射到感光元件101上的光量的信號(hào)，該信號(hào)用于調(diào)制放大晶體管105。在這個(gè)積分周期后，采用復(fù)位晶體管103使該感光元件的輸出節(jié)點(diǎn)復(fù)位到參考水平。最后，采用行選擇晶體管107作為像素尋址并選擇性地將信號(hào)從像素讀出到列位線109上的手段。
圖2與圖1的三晶體管有源像素相當(dāng)類似，只是多了傳輸晶體管201，該傳輸晶體管201用來(lái)將感光元件101的輸出信號(hào)傳輸至浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)A。盡管四晶體管有源像素會(huì)因傳輸門(mén)201而尺寸較大，但相對(duì)于圖1中三晶體管有源像素，仍具有優(yōu)點(diǎn)。
圖3所示是本發(fā)明的三晶體管有源像素301。在該有源像素中，感光元件101(包括但不限于光電門(mén)、光電二極管、插入式光電二極管(光電二極管的一個(gè)分類)、部分插入式光電二極管等(光電二極管的一個(gè)分類))具有直接與放大晶體管303連接的輸出。放大晶體管303的門(mén)也被稱為傳感節(jié)點(diǎn)A。
如圖3所示，本發(fā)明有源像素的整體結(jié)構(gòu)類似于圖1所示現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)。然而，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)之間有一重要的區(qū)別，就是位于有源像素中的一個(gè)或多個(gè)晶體管具有如此結(jié)構(gòu)，使得部分、大多數(shù)或全部的源極到漏極的電流并不象常規(guī)的增強(qiáng)型晶體管那樣在表面流過(guò)，而是經(jīng)由表面下的晶體管本體流過(guò)。這樣，由于電流流經(jīng)晶體管本體，因而可以避免表面的氧化層陷阱。
有幾種可能的晶體管可以適于上述的用途，例如，可以使用耗盡型晶體管，或者使用嵌入式晶體管(buried transistor)，還可以使用各種類型的后置偏壓來(lái)激勵(lì)電流從晶體管本體流過(guò)而不是流經(jīng)其表面。任何將電流路線限定在經(jīng)過(guò)晶體管本體而不是其表面的現(xiàn)有器件或者將來(lái)才有的器件，均可利用，并都屬于本發(fā)明的范圍。這里稱之為“體電流”器件。
如上所述，其中一個(gè)選擇方案是使用嵌入式晶體管，因此，放大晶體管、復(fù)位晶體管307或行選擇晶體管311，或所有這些晶體管，都可以使用嵌入式晶體管。通常，當(dāng)放大晶體管被取代成”體電流”器件(如嵌入式晶體管或耗盡型晶體管)時(shí)可獲得最大優(yōu)勢(shì)。
可以有多個(gè)方法實(shí)現(xiàn)嵌入式晶體管，例如在絕緣技術(shù)上硅的采用，這些方法都適用于本發(fā)明。例如，美國(guó)專利申請(qǐng)第2004/0036114號(hào)或美國(guó)專利申請(qǐng)第2002/0185684號(hào)所揭露的技術(shù)提供了如何形成嵌入式晶體管的實(shí)例。然而這些尚未授權(quán)的專利申請(qǐng)僅僅是如何形成嵌入式晶體管的兩個(gè)例子，實(shí)際上，形成嵌入式晶體管的方法無(wú)數(shù)，其中任何一種方法都可以用于本發(fā)明。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用嵌入式晶體管，例如將其用作放大晶體管303，可有效地減少了1/f噪聲。因此，有源像素中采用嵌入式晶體管比現(xiàn)有技術(shù)具有優(yōu)越性，注意的是，該有源像素的運(yùn)作與一般的三或四晶體管像素基本上相似。
特別地，一旦感光元件101的信號(hào)被放置在傳感節(jié)點(diǎn)A上，有源像素的運(yùn)作與圖1和圖2所示的相似。換言之，傳感節(jié)點(diǎn)A上的信號(hào)通過(guò)復(fù)位晶體管307周期性地復(fù)位。此外，傳感節(jié)點(diǎn)上的信號(hào)被用來(lái)調(diào)制放大晶體管303，以將放大的信號(hào)輸出至列位線313上。行選擇晶體管311用來(lái)選擇性地進(jìn)行像素尋址。
圖4是四晶體管有源像素的示意圖。與圖3相關(guān)的描述相類似，放大晶體管303采用嵌入式晶體管，而且復(fù)位晶體管307或行選擇晶體管311也可以任選使用嵌入式晶體管。此外，傳輸晶體管503也可以采用嵌入式晶體。
可以理解，圖3-4所示的像素僅僅是圖像傳感器像素陣列中的其中一個(gè)。在許多的實(shí)施方案中，圖像傳感器陣列中的像素?cái)?shù)量可在幾百到幾百萬(wàn)個(gè)之間。通常，圖像傳感器陣列具有許多按行和列排列的像素。當(dāng)然，本發(fā)明的啟示可用于各種結(jié)構(gòu)中。
以上對(duì)本發(fā)明的描述僅是本發(fā)明最佳實(shí)施方式，并非是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。所屬領(lǐng)域一般技術(shù)人員完全可以根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行各種改變或改進(jìn)，但其仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，各種摻雜類型可倒轉(zhuǎn)，例如，上述n信道晶體管可替換成p信道晶體管。這類改變或改進(jìn)以及其它的一些改變或改進(jìn)，仍然沒(méi)有偏離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種有源像素301，其包括形成于半導(dǎo)體襯底上的感光元件101；與所述感光元件101電通信的傳感節(jié)點(diǎn)，以輸出所述感光元件101所產(chǎn)生的信號(hào)；由所述傳感節(jié)點(diǎn)所控制的放大晶體管303，其中，所述的放大晶體管303是形成于所述半導(dǎo)體襯底上的嵌入式晶體管。
2.如權(quán)利要求1所述的有源像素，其中，所述的感光元件選自于光電二極管、插入式光電二極管、部分插入式光電二極管或光電門(mén)。
3.如權(quán)利要求1所述的有源像素，其進(jìn)一步包括傳輸晶體管，該傳輸晶體管可控地將所述信號(hào)從所述感光元件傳輸?shù)剿鰝鞲泄?jié)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的有源像素，其中，所述的放大晶體管將所述信號(hào)的放大模式輸出至列位線。
5.如權(quán)利要求1所述的有源像素，其進(jìn)一步包括復(fù)位晶體管，該復(fù)位晶體管可控地將所述傳感節(jié)點(diǎn)復(fù)位至參考電壓。
6.如權(quán)利要求1所述的有源像素，其中，用耗盡型晶體管代替所述的嵌入式晶體管。
7.一種用于CMOS圖像傳感器的有源像素，其包括形成于半導(dǎo)體襯底上的感光元件；傳感節(jié)點(diǎn)；傳輸晶體管，該傳輸晶體管可控地將所述感光元件產(chǎn)生的信號(hào)傳輸?shù)剿鰝鞲泄?jié)點(diǎn)；以及由所述傳感節(jié)點(diǎn)控制的放大晶體管，其中，所述的放大晶體管是形成于所述半導(dǎo)體襯底上的體電流晶體管。
8.如權(quán)利要求7所述的有源像素，其中，所述的感光元件選自于光電二極管、插入式光電二極管、部分插入式光電二極管或光電門(mén)。
9.如權(quán)利要求7所述的有源像素，其中，所述的傳輸晶體管為嵌入式晶體管。
10.如權(quán)利要求7所述的有源像素，其中，所述的放大晶體管將所述信號(hào)的放大模式輸出至列位線。
11.如權(quán)利要求7所述的有源像素，其進(jìn)一步包括復(fù)位晶體管，該復(fù)位晶體管可控地將所述傳感節(jié)點(diǎn)復(fù)位至參考電壓。
12.如權(quán)利要求7所述的有源像素，其中，所述的體電流晶體管是形成于所述半導(dǎo)體襯底上的嵌入式晶體管或耗盡型晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種將1/f噪聲最小化的、適用于圖像傳感器的有源像素，其包括具有“體電流”晶體管結(jié)構(gòu)的放大晶體管，以將產(chǎn)生1/f噪聲的表面氧化層陷阱的影響減至最小。此外，該有源像素的復(fù)位晶體管、行選擇晶體管和/或傳輸晶體管也可以采用“體電流”晶體管的結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步降低1/f噪聲。
文檔編號(hào)H01L29/78GK1681130SQ200510060038
公開(kāi)日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月30日
發(fā)明者何新平 申請(qǐng)人:豪威科技有限公司