具有多晶硅柵極p型摻雜的nmos源極跟隨器的圖像傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文件涉及CMOS圖像傳感器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]CMOS圖像傳感器陣列集成電路通常具有至少兩種基本類型的晶體管:具有P型摻雜多晶硅柵極的P型晶體管，及具有N型摻雜多晶硅柵極的N型晶體管。眾所周知，可使用離子注入物來調(diào)整N型裝置及P型裝置的閾值。CMOS圖像傳感器陣列集成電路可具有N型晶體管及P型晶體管，所述N型晶體管及P型晶體管具有由經(jīng)適當(dāng)屏蔽注入物確定的兩個或兩個以上的閾值電壓。
[0003]用于CMOS圖像傳感器陣列的常見架構(gòu)在傳感器陣列內(nèi)使用平鋪單元(tilingunit)。此平鋪單元具有耦接至一個或多個晶體管的至少一個光電二極管，該一個或多個晶體管被配置為使得該光電二極管的電極充電或復(fù)位，以將該光電二極管反向偏壓至已知的“復(fù)位”電荷水平。接著將光電二極管曝露至經(jīng)光照圖像的部分，這可使光電二極管上的一些電荷放電。平鋪單元亦具有耦接至或可耦接至光電二極管及行感測線的源極跟隨器；該源極跟隨器充當(dāng)允許讀取光電二極管上剩余電荷的緩沖器。
[0004]為了取得良好光電二極管敏感度，需要將光電二極管偏壓至高“復(fù)位”水平。然而，黑色像素在被讀取至源極跟隨器時返回與在充電時幾乎一樣高的電壓。若復(fù)位電荷水平接近提供至源極跟隨器的電力電壓，且在源極跟隨器中具有低閾值的情況下，則此情形可在源極跟隨器級中給出低的下降。在源極跟隨器上具有典型N溝道閾值的情況下，跟隨器具有低電力供應(yīng)抑制比，從而潛在地在圖片中造成噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種圖像傳感器陣列具有平鋪單元，所述平鋪單元包括源極跟隨器級，源極跟隨器級被耦接以在將單元讀取至感測線時緩沖來自光電二極管的信號。源極跟隨器級不同于傳統(tǒng)傳感器陣列，因為源極跟隨器級使用具有P型摻雜多晶硅柵極的N溝道晶體管。在實施例中，陣列的其他晶體管具有具備N型摻雜多晶硅柵極的傳統(tǒng)N溝道晶體管。
【附圖說明】
[0006]圖1為用于CMOS圖像傳感器陣列的平鋪單元的示意圖。
[0007]圖2為具有N溝道多晶硅柵極的現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)N溝道晶體管的例示性橫截面。
[0008]圖3為具有P溝道多晶硅柵極的經(jīng)修改N溝道晶體管的例示性橫截面。
【具體實施方式】
[0009]用于CMOS圖像傳感器陣列的平鋪單元100的實施例具有圖1所示的示意圖。此平鋪單元具有至少一對列選擇晶體管102及光電二極管104。列選擇晶體管由列選擇線103啟用。由復(fù)位信號108啟用的預(yù)充電或復(fù)位晶體管106被提供，以經(jīng)由浮動節(jié)點112及列選擇晶體管102而耦接復(fù)位電力供應(yīng)110，以使光電二極管104預(yù)充電或復(fù)位。一旦光電二極管104曝露至光，光電二極管104就經(jīng)由列選擇晶體管102及浮動節(jié)點112而耦接至源極跟隨器晶體管114的柵極上，且經(jīng)由讀出列選擇晶體管116而讀取至行數(shù)據(jù)線118上。源極跟隨器114由電力供應(yīng)120供電。在一些實施例中，平鋪單元的浮動節(jié)點112亦可與諸如以下中一對或幾對額外光電二極管及列選擇晶體管一起操作:第二光電二極管122、第二列選擇晶體管124、第三光電二極管126、第三列選擇晶體管128、第四光電二極管130，及第四列選擇晶體管132。圖1的電路系統(tǒng)被稱為平鋪單元，這是因為圖像傳感器陣列常常具有以類似于地板上磚塊的方式而布置于該陣列中的許多類似單元，但此等單元可被發(fā)現(xiàn)為直立，以及處于圍繞一個或多個軸線成鏡像的定向。此陣列通常是由列及行譯碼器、感測放大器以及用于控制該陣列且用于掃描所捕捉的、陣列外部圖像的其他電路系統(tǒng)環(huán)繞。
[0010]在一實施例中，包括列選擇晶體管102、124、128、132、復(fù)位晶體管106及讀出列選擇晶體管116的大多數(shù)N溝道晶體管為如在現(xiàn)有技術(shù)中所知的具有低閾值電壓的N溝道晶體管，且此等N溝道晶體管中的一些被制造為具有位于襯底202上的N型摻雜多晶硅柵極結(jié)構(gòu)208 (在薄柵極氧化物210上方)以及N型摻雜源極及漏極206 (位于輕微摻雜P型阱204中)，如圖2所示。
[0011]然而，圖1的平鋪單元100使用經(jīng)修改N溝道晶體管以僅用于源極跟隨器晶體管114。經(jīng)修改N溝道晶體管具有較高閾值電壓，且被制造為具有位于襯底202上的P型摻雜多晶硅柵極結(jié)構(gòu)258 (在薄柵極氧化物260上方)、N型摻雜源極及漏極256 (位于輕微摻雜P型阱204中)，如圖2所示。雖然P型多晶N溝道晶體管是已知的，但其先前尚未與光傳感器陣列集成電路的平鋪單元中的傳統(tǒng)N型多晶N溝道晶體管進(jìn)行組合。
[0012]已發(fā)現(xiàn)，經(jīng)修改N溝道源極跟隨器晶體管的較高閾值降低源極跟隨器114的輸出電壓，從而增加源極跟隨器114的源極至漏極電壓。相比于具有傳統(tǒng)源極跟隨器級的類似平鋪單元，此情形繼而改善源極跟隨器的電力供應(yīng)抑制比，且減少行感測線118處的噪聲。
[0013]在操作中，光電二極管陣列圖像傳感器的平鋪單元中的每一光電二極管是通過將在曝露至來自光電二極管(例如，光電二極管104)的光之后剩余的電荷通過傳遞裝置(諸如，傳遞裝置102)傳遞至平鋪單元的源極跟隨器裝置114予以讀取，且如在此以前所描述的，傳遞裝置為具有與傳遞裝置的柵極中的摻雜劑相同極性溝道的硅裝置；在大多數(shù)狀況下，對于N溝道或N型裝置，源極與柵極均將以砷為主要摻雜劑，但在替代性工藝中，用于N溝道或N型裝置的柵極的主要摻雜劑為磷，而源極及漏極被摻雜有砷。接著在源極跟隨器裝置114中緩沖如由傳遞裝置傳遞的信號，該源極跟隨器裝置具有與源極跟隨器的柵極中的摻雜劑極性相反的溝道；在大多數(shù)狀況下，源極跟隨器的源極及漏極以砷為主要摻雜劑，而柵極以硼為主要摻雜劑。來自源極跟隨器裝置的信號接著經(jīng)由行感測線118而傳播至感測放大器(未圖示)，在該感測放大器處，該信號被接收以供進(jìn)一步處理及最終數(shù)字化。
[0014]雖然所描述的裝置具有具備傳統(tǒng)N型摻雜的N溝道裝置和非傳統(tǒng)P型摻雜的柵極，但該裝置可以互補形式構(gòu)建。在互補形式中，在上文被描述為具有N型摻雜柵極的N溝道的裝置由具有P型摻雜柵極的P溝道裝置替換，且被描述為具有P型摻雜柵極的N溝道的裝置由具有N型摻雜柵極的P溝道裝置替換；在大多數(shù)情況下，P溝道裝置將被摻雜有硼。
[0015]雖然已參考本發(fā)明的特定實施例而特定地展示及描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明精神及范圍的情況下，可進(jìn)行形式及細(xì)節(jié)的各種其他改變。應(yīng)理解，在不脫離本文所揭示及由以下權(quán)利要求所涵蓋的較廣發(fā)明性概念的情況下，可在使本發(fā)明適應(yīng)于不同實施例時進(jìn)行各種改變。
【主權(quán)項】
1.一種圖像傳感器陣列，包括: 平鋪單元，其包括源極跟隨器級，所述源極跟隨器級被耦接以在被讀取至感測線時緩沖來自光電二極管的信號，其中所述源極跟隨器級包括晶體管，所述晶體管的源極及漏極被摻雜為與所述同一晶體管的多晶硅柵極相反的極性，而所述平鋪單元的至少一個其他晶體管具有源極、漏極及多晶硅柵極均摻雜為相同類型的晶體管。
2.一種圖像傳感器陣列，包括: 平鋪單元，其包括源極跟隨器級，所述源極跟隨器級被耦接以在被讀取至感測線時緩沖來自光電二極管的信號，其中所述源極跟隨器級包括具有P型摻雜多晶硅柵極的N溝道晶體管。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器陣列，其中所述平鋪單元的第一列選擇晶體管被耦接以將信號從所述光電二極管傳遞至所述源極跟隨器級，所述源極跟隨器級包括具有N型摻雜多晶硅柵極的N溝道晶體管。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器陣列，其中所述平鋪單元進(jìn)一步包括第二光電二極管及第二列選擇晶體管，所述第二列選擇晶體管耦接至所述源極跟隨器級，所述第一列選擇晶體管及所述第二列選擇晶體管耦接至復(fù)位晶體管的源極，且所述復(fù)位晶體管的漏極耦接至復(fù)位電力供應(yīng)。
5.如權(quán)利要求4所述的圖像傳感器陣列，其中所述源極跟隨器級經(jīng)由讀出列選擇晶體管而耦接至所述感測線。
6.—種感測光電二極管陣列圖像傳感器中的光電二極管的方法，包括: 將電荷從所述光電二極管通過傳遞裝置傳遞至源極跟隨器裝置，所述傳遞裝置具有與所述傳遞裝置的柵極中主要摻雜劑類型相同的漏極摻雜劑類型； 在所述源極跟隨器裝置中緩沖來自所述傳遞裝置的信號，所述源極跟隨器裝置具有與所述源極跟隨器的柵極中主要摻雜劑類型相反的極性的漏極摻雜劑類型。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述傳遞裝置的所述柵極中的所述摻雜劑選自由磷和砷組成的組，且所述源極跟隨器的所述柵極中的所述主要摻雜劑為硼。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述源極跟隨器裝置的所述柵極中的所述摻雜劑選自由磷和砷組成的組，且所述傳遞裝置的所述柵極中的所述主要摻雜劑為硼。
【專利摘要】具有多晶硅柵極P型摻雜的NMOS源極跟隨器的圖像傳感器。一種圖像傳感器陣列具有平鋪單元，其包括源極跟隨器級，該源極跟隨器級被耦接以在將該單元讀取至感測線時緩沖來自光電二極管的信號，該源極跟隨器級不同于傳統(tǒng)傳感器陣列，因為該源極跟隨器級使用具有P型摻雜多晶硅柵極的N溝道晶體管。在實施例中，該陣列的其他晶體管具有具備N型摻雜多晶硅柵極的傳統(tǒng)N溝道晶體管。
【IPC分類】H01L27-146
【公開號】CN104779260
【申請?zhí)枴緾N201410737170
【發(fā)明人】鐵軍·戴
【申請人】全視技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2014年12月5日
【公告號】US20150163428