具有多晶硅栅极p型掺杂的nmos源极跟随器的图像传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本文件涉及CMOS图像传感器领域。
【背景技术】
[0002]CMOS图像传感器阵列集成电路通常具有至少两种基本类型的晶体管:具有P型掺杂多晶硅栅极的P型晶体管，及具有N型掺杂多晶硅栅极的N型晶体管。众所周知，可使用离子注入物来调整N型装置及P型装置的阈值。CMOS图像传感器阵列集成电路可具有N型晶体管及P型晶体管，所述N型晶体管及P型晶体管具有由经适当屏蔽注入物确定的两个或两个以上的阈值电压。
[0003]用于CMOS图像传感器阵列的常见架构在传感器阵列内使用平铺单元(tilingunit)。此平铺单元具有耦接至一个或多个晶体管的至少一个光电二极管，该一个或多个晶体管被配置为使得该光电二极管的电极充电或复位，以将该光电二极管反向偏压至已知的“复位”电荷水平。接着将光电二极管曝露至经光照图像的部分，这可使光电二极管上的一些电荷放电。平铺单元亦具有耦接至或可耦接至光电二极管及行感测线的源极跟随器；该源极跟随器充当允许读取光电二极管上剩余电荷的缓冲器。
[0004]为了取得良好光电二极管敏感度，需要将光电二极管偏压至高“复位”水平。然而，黑色像素在被读取至源极跟随器时返回与在充电时几乎一样高的电压。若复位电荷水平接近提供至源极跟随器的电力电压，且在源极跟随器中具有低阈值的情况下，则此情形可在源极跟随器级中给出低的下降。在源极跟随器上具有典型N沟道阈值的情况下，跟随器具有低电力供应抑制比，从而潜在地在图片中造成噪声。
【发明内容】
[0005]一种图像传感器阵列具有平铺单元，所述平铺单元包括源极跟随器级，源极跟随器级被耦接以在将单元读取至感测线时缓冲来自光电二极管的信号。源极跟随器级不同于传统传感器阵列，因为源极跟随器级使用具有P型掺杂多晶硅栅极的N沟道晶体管。在实施例中，阵列的其他晶体管具有具备N型掺杂多晶硅栅极的传统N沟道晶体管。
【附图说明】
[0006]图1为用于CMOS图像传感器阵列的平铺单元的示意图。
[0007]图2为具有N沟道多晶硅栅极的现有技术中传统N沟道晶体管的例示性横截面。
[0008]图3为具有P沟道多晶硅栅极的经修改N沟道晶体管的例示性横截面。
【具体实施方式】
[0009]用于CMOS图像传感器阵列的平铺单元100的实施例具有图1所示的示意图。此平铺单元具有至少一对列选择晶体管102及光电二极管104。列选择晶体管由列选择线103启用。由复位信号108启用的预充电或复位晶体管106被提供，以经由浮动节点112及列选择晶体管102而耦接复位电力供应110，以使光电二极管104预充电或复位。一旦光电二极管104曝露至光，光电二极管104就经由列选择晶体管102及浮动节点112而耦接至源极跟随器晶体管114的栅极上，且经由读出列选择晶体管116而读取至行数据线118上。源极跟随器114由电力供应120供电。在一些实施例中，平铺单元的浮动节点112亦可与诸如以下中一对或几对额外光电二极管及列选择晶体管一起操作:第二光电二极管122、第二列选择晶体管124、第三光电二极管126、第三列选择晶体管128、第四光电二极管130，及第四列选择晶体管132。图1的电路系统被称为平铺单元，这是因为图像传感器阵列常常具有以类似于地板上砖块的方式而布置于该阵列中的许多类似单元，但此等单元可被发现为直立，以及处于围绕一个或多个轴线成镜像的定向。此阵列通常是由列及行译码器、感测放大器以及用于控制该阵列且用于扫描所捕捉的、阵列外部图像的其他电路系统环绕。
[0010]在一实施例中，包括列选择晶体管102、124、128、132、复位晶体管106及读出列选择晶体管116的大多数N沟道晶体管为如在现有技术中所知的具有低阈值电压的N沟道晶体管，且此等N沟道晶体管中的一些被制造为具有位于衬底202上的N型掺杂多晶硅栅极结构208 (在薄栅极氧化物210上方)以及N型掺杂源极及漏极206 (位于轻微掺杂P型阱204中)，如图2所示。
[0011]然而，图1的平铺单元100使用经修改N沟道晶体管以仅用于源极跟随器晶体管114。经修改N沟道晶体管具有较高阈值电压，且被制造为具有位于衬底202上的P型掺杂多晶硅栅极结构258 (在薄栅极氧化物260上方)、N型掺杂源极及漏极256 (位于轻微掺杂P型阱204中)，如图2所示。虽然P型多晶N沟道晶体管是已知的，但其先前尚未与光传感器阵列集成电路的平铺单元中的传统N型多晶N沟道晶体管进行组合。
[0012]已发现，经修改N沟道源极跟随器晶体管的较高阈值降低源极跟随器114的输出电压，从而增加源极跟随器114的源极至漏极电压。相比于具有传统源极跟随器级的类似平铺单元，此情形继而改善源极跟随器的电力供应抑制比，且减少行感测线118处的噪声。
[0013]在操作中，光电二极管阵列图像传感器的平铺单元中的每一光电二极管是通过将在曝露至来自光电二极管(例如，光电二极管104)的光之后剩余的电荷通过传递装置(诸如，传递装置102)传递至平铺单元的源极跟随器装置114予以读取，且如在此以前所描述的，传递装置为具有与传递装置的栅极中的掺杂剂相同极性沟道的硅装置；在大多数状况下，对于N沟道或N型装置，源极与栅极均将以砷为主要掺杂剂，但在替代性工艺中，用于N沟道或N型装置的栅极的主要掺杂剂为磷，而源极及漏极被掺杂有砷。接着在源极跟随器装置114中缓冲如由传递装置传递的信号，该源极跟随器装置具有与源极跟随器的栅极中的掺杂剂极性相反的沟道；在大多数状况下，源极跟随器的源极及漏极以砷为主要掺杂剂，而栅极以硼为主要掺杂剂。来自源极跟随器装置的信号接着经由行感测线118而传播至感测放大器(未图示)，在该感测放大器处，该信号被接收以供进一步处理及最终数字化。
[0014]虽然所描述的装置具有具备传统N型掺杂的N沟道装置和非传统P型掺杂的栅极，但该装置可以互补形式构建。在互补形式中，在上文被描述为具有N型掺杂栅极的N沟道的装置由具有P型掺杂栅极的P沟道装置替换，且被描述为具有P型掺杂栅极的N沟道的装置由具有N型掺杂栅极的P沟道装置替换；在大多数情况下，P沟道装置将被掺杂有硼。
[0015]虽然已参考本发明的特定实施例而特定地展示及描述了本发明，但本领域技术人员应理解，在不脱离本发明精神及范围的情况下，可进行形式及细节的各种其他改变。应理解，在不脱离本文所揭示及由以下权利要求所涵盖的较广发明性概念的情况下，可在使本发明适应于不同实施例时进行各种改变。
【主权项】
1.一种图像传感器阵列，包括: 平铺单元，其包括源极跟随器级，所述源极跟随器级被耦接以在被读取至感测线时缓冲来自光电二极管的信号，其中所述源极跟随器级包括晶体管，所述晶体管的源极及漏极被掺杂为与所述同一晶体管的多晶硅栅极相反的极性，而所述平铺单元的至少一个其他晶体管具有源极、漏极及多晶硅栅极均掺杂为相同类型的晶体管。
2.一种图像传感器阵列，包括: 平铺单元，其包括源极跟随器级，所述源极跟随器级被耦接以在被读取至感测线时缓冲来自光电二极管的信号，其中所述源极跟随器级包括具有P型掺杂多晶硅栅极的N沟道晶体管。
3.如权利要求2所述的图像传感器阵列，其中所述平铺单元的第一列选择晶体管被耦接以将信号从所述光电二极管传递至所述源极跟随器级，所述源极跟随器级包括具有N型掺杂多晶硅栅极的N沟道晶体管。
4.如权利要求3所述的图像传感器阵列，其中所述平铺单元进一步包括第二光电二极管及第二列选择晶体管，所述第二列选择晶体管耦接至所述源极跟随器级，所述第一列选择晶体管及所述第二列选择晶体管耦接至复位晶体管的源极，且所述复位晶体管的漏极耦接至复位电力供应。
5.如权利要求4所述的图像传感器阵列，其中所述源极跟随器级经由读出列选择晶体管而耦接至所述感测线。
6.—种感测光电二极管阵列图像传感器中的光电二极管的方法，包括: 将电荷从所述光电二极管通过传递装置传递至源极跟随器装置，所述传递装置具有与所述传递装置的栅极中主要掺杂剂类型相同的漏极掺杂剂类型； 在所述源极跟随器装置中缓冲来自所述传递装置的信号，所述源极跟随器装置具有与所述源极跟随器的栅极中主要掺杂剂类型相反的极性的漏极掺杂剂类型。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述传递装置的所述栅极中的所述掺杂剂选自由磷和砷组成的组，且所述源极跟随器的所述栅极中的所述主要掺杂剂为硼。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述源极跟随器装置的所述栅极中的所述掺杂剂选自由磷和砷组成的组，且所述传递装置的所述栅极中的所述主要掺杂剂为硼。
【专利摘要】具有多晶硅栅极P型掺杂的NMOS源极跟随器的图像传感器。一种图像传感器阵列具有平铺单元，其包括源极跟随器级，该源极跟随器级被耦接以在将该单元读取至感测线时缓冲来自光电二极管的信号，该源极跟随器级不同于传统传感器阵列，因为该源极跟随器级使用具有P型掺杂多晶硅栅极的N沟道晶体管。在实施例中，该阵列的其他晶体管具有具备N型掺杂多晶硅栅极的传统N沟道晶体管。
【IPC分类】H01L27-146
【公开号】CN104779260
【申请号】CN201410737170
【发明人】铁军·戴
【申请人】全视技术有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2014年12月5日
【公告号】US20150163428