专利名称：源跟随晶体管,象素结构及电路的制作方法
技术领域：
本申请涉及半导体器件及制造方法和电路，并且更具体地涉及源跟随晶体管及制 造方法，和CMOS传感器的象素结构及象素电路。
背景技术：
CMOS图像传感器相对于CCD (Charge Coupled Device)而言，具有集成度高，功耗 低，成本低等优势，得到了越来越广泛的应用。它的感光单元，即所象素，是用来完成光电转 换的，它对于图像的品质起着决定性的作用。象素最常见的是3T和4T结构。3T结构即在象素中包括三个晶体管，分别是复位 管(RST)、源跟随器(SF)和行选通开关管(SEL)。4T在3T的基础上增加了一个传输管(TX) 和浮置扩散区(FD)。为了增大象素的光学填充因数，现在出现了几个象素共用一套读出电 路的结构。在每个象素中，都包括一个光电二极管(PD)，用来将光信号转化成电信号，从而 达到感光的目的。但是在现有的象素结构中，SF管的增益比较低，只有0. 75倍左右，从而使得输出 信号摆幅较小。摆幅越小，得到的信号范围比较小，图像传感器的灵敏度和信噪比比较低。
发明内容
针对背景技术中的上述问题，本发明提供了一种高增益源跟随晶体管及其制造方 法，以及一种使用高增益源跟随晶体管的CMOS传感器的象素结构及其象素电路。根据本发明的一个实施例，提供了一种源跟随晶体管，其特征在于所述源跟随晶 体管的阱与其他同种导电类型的区域隔离，所述源跟随晶体管的源和阱电学连接。作为所述源跟随晶体管的源和阱电学连接的一种实施方式，所述源和所述阱处于同一电位，消除了源-阱之间的电压差导致的衬偏效应，并且当源极电压变化时阈值电压Vth保持恒定；作为所述源跟随晶体管的源和阱电学连接的又一种实施方式，所述源和所述阱之间存在一个固定不变的反向偏置电压，在源极电压变化时源跟随晶体管的阈值电压Vth保持恒定。由MOS晶体管工作在饱和区的电流方程 W /X,
权利要求
1.一种源跟随晶体管，其特征在于，所述源跟随晶体管的阱与其他同种导电类型的区 域隔离，所述源跟随晶体管的源和阱电学连接。
2.根据权利要求1所述的源跟随晶体管，其特征在于，所述其他同种导电类型的区域 包括其他同种导电类型的阱和/或基底。
3.根据权利要求1所述的源跟随晶体管，包括 第一导电类型半导体基底；与第一导电类型相反的第二导电类型阱，形成于所述第一导电类型基底中； 第一导电类型源，形成于所述第二导电类型阱中；以及 电学连接结构，电学连接所述第一导电类型源和第二导电类型阱。
4.根据权利要求3所述的源跟随晶体管，还包括 第一导电类型漏，形成于所述第二导电类型阱中。
5.根据权利要求3所述的源跟随晶体管，还包括第一导电类型漏，形成于所述第二导电类型阱之外，与所述第二导电类型阱相邻，且与 所述基底连通。
6.根据权利要求1所述的源跟随晶体管，包括 半导体基底；第一导电类型埋层，形成于所述半导体基底中；与第一导电类型相反的第二导电类型阱，形成于所述第一导电类型埋层中； 第一导电类型源，形成于所述第二导电类型阱中；以及 电学连接结构，电学连接所述第一导电类型源和第二导电类型阱。
7.根据权利要求6所述的源跟随晶体管，还包括 第一导电类型漏，形成于所述第二导电类型阱中。
8.根据权利要求6所述的源跟随晶体管，还包括第一导电类型漏，形成于所述第二导电类型阱之外，与所述第二导电类型阱相邻，且与 所述第一导电类型埋层连通。
9.根据权利要求3至8中任一项权利要求所述的源跟随晶体管，其特征在于，所述电学 连接结构包括两个金属接触，分别接触所述源和阱；以及 金属层，与所述两个金属接触分别电学连接。
10.根据权利要求3至8中任一项权利要求所述的源跟随晶体管，其特征在于，所述电 学连接结构包括金属硅化物层，形成于所述源和阱上，电学连接所述源和阱。
11.根据权利要求3至8中任一项权利要求所述的源跟随晶体管，还包括 介质埋层和/或侧壁，用于隔离所述阱和其他区域，其中，所述介质埋层和侧壁材料为以下物质中的一种或任多种氧化硅，氮化硅，氮氧化硅。
12.一种制造源跟随晶体管的方法，包括在半导体基底中形成阱以及在所述阱中形成 源跟随晶体管，其特征在于，所述阱与其他同种导电类型的区域隔离，所述源跟随晶体管的 源和阱电学连接。
13.根据权利要求12所述的制造源跟随晶体管的方法，包括以下步骤a.在第一导电类型半导体基底中形成与第一导电类型相反的第二导电类型阱；b.在所述第二导电类型阱中形成第一导电类型源；以及c.电学连接所述第一导电类型源和所述第二导电类型阱。
14.根据权利要求12所述的制造源跟随晶体管的方法，包括以下步骤a.在半导体基底中形成第一导电类型埋层；b.在所述第一导电类型埋层中形成与第一导电类型相反的第二导电类型阱；c.在所述第二导电类型阱中形成第一导电类型源；以及d.电学连接所述第一导电类型源和所述第二导电类型阱。
15.根据权利要求13或14所述的制造源跟随晶体管的方法，还包括以下步骤 在所述阱周围形成介质埋层和/或侧壁。
16.根据权利要求15所述的制造源跟随晶体管的方法，其特征在于，所述形成介质埋 层包括在所述半导体基底中注入氧离子，氮离子，或者两者的结合，形成位于所述阱下方的 氧化硅，氮化硅或者氮氧化硅介质埋层；所述形成侧壁包括在所述半导体基底中形成浅沟 道隔离。
17.根据权利要求16所述的制造源跟随晶体管的方法，其特征在于，所述氧离子的注 入能量为80keV至200keV,注入剂量为1 X IO1Vcm2至5 X IO1Vcm2。
18.—种CMOS传感器的象素结构，包括形成于半导体基底中的光电二极管和源跟随晶 体管，其特征在于，所述源跟随晶体管的阱与其他同种导电类型的区域隔离，所述源跟随晶 体管的源和阱电学连接。
19.根据权利要求18所述的象素结构包括 第一导电类型半导体基底；光电二极管，形成于所述半导体基底中；与第一导电类型相反的第二导电类型阱，形成于所述半导体基底中，与所述光电二极 管的收集载流子的区域隔离；第一导电类型源跟随晶体管，形成于所述第二导电类型阱中；以及电学连接结构，电学连接所述第一导电类型源跟随晶体管的源和所述第二导电类型阱。
20.根据权利要求18所述的象素结构，包括 半导体基底；光电二极管，形成于所述半导体基底中；第一导电类型埋层，形成于所述半导体基底中，与所述光电二极管的收集载流子的区 域隔离；与第一导电类型相反的第二导电类型阱，形成于所述第一导电类型埋层中；第一导电类型源跟随晶体管，形成于所述第二导电类型阱中；以及电学连接结构，电学连接所述第一导电类型源跟随晶体管的源和所述第二导电类型阱。
21.根据权利要求18至20中任一项权利要求所述的象素结构，其特征在于，所述电学 连接结构包括两个金属接触，分别接触所述源跟随晶体管的源和阱；以及 金属层，与所述两个金属接触分别电学连接。
22.根据权利要求18至20中任一项权利要求所述的象素结构，其特征在于，所述电学 连接结构包括金属硅化物层，形成于所述源和阱上，电学连接所述源和阱。
23.根据权利要求18至20中任一项权利要求所述的象素结构，还包括 介质埋层和/或侧壁，用于隔离所述阱和其他区域，其中，所述介质埋层和侧壁材料为以下物质中的一种或任多种氧化硅，氮化硅，氮氧化硅。
24.—种CMOS传感器的象素电路，包括光电二极管，用于在光线照射下产生电子-空穴对，并收集所述电子或空穴；以及 源跟随晶体管，用于根据所述光电二极管收集的电子或空穴产生输出电压， 其特征在于，所述源跟随晶体管的源和阱电学连接。
25.根据权利要求M所述的象素电路，其特征在于，所使用的源跟随晶体管为权利要 求1至8中任一项权利要求所述的源跟随晶体管。
全文摘要
根据本发明的一个实施例，提供了一种源跟随晶体管，其特征在于所述源跟随晶体管的阱与其他同种导电类型的区域隔离，所述源跟随晶体管的源和阱电学连接。其电压增益接近于1，即本发明的源跟随晶体管为高增益源跟随晶体管。根据本发明的又一个实施例，提供了一种CMOS传感器的象素电路，包括光电二极管，用于在光线照射下产生电子-空穴对，并收集所述电子或空穴；以及源跟随晶体管，用于根据所述光电二极管收集的电子或空穴产生输出电压，其特征在于，所述源跟随晶体管的源和阱电学连接。由于采用的源跟随晶体管的增益接近于1，本发明的CMOS传感器的象素结构及象素电路具有高灵敏度和高信噪比的优点。
文档编号H01L21/336GK102054863SQ20091019848
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者李 杰, 赵立新 申请人:格科微电子(上海)有限公司