专利名称：Cmos图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在晶体管的下部具有有源区的CMOS图像传感器。
背景技术：
一般地，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可以采用切换模式，以使用MOS晶体管来连续检测每一单元像素的输出。MOS晶体管可以在半导体衬底上形成，其中每组晶体管对应于每一单元像素。CMOS技术在操作中可以使用外围设备(例如，控制器和信号处理器)。
CMOS图像传感器可以根据晶体管数量分类成3T、4T和5T式的CMOS图像传感器。3T式CMOS图像传感器可包括一个光电二极管和三个晶体管。4T式CMOS图像传感器可包括一个光电二极管和四个晶体管。
图1是3T式CMOS图像传感器的电路图实例。图2是示出3T式CMOS图像传感器的布局图实例。如图1所示，3T式CMOS图像传感器可包括一个光电二极管PD和三个n沟道金属氧化物半导体(nMOS)晶体管T1、T2和T3。
光电二极管PD的阴极可连接至第一nMOS晶体管T1的漏极以及第二nMOS晶体管T2的栅极。第一和第二nMOS晶体管T1和T2的源极均连接至电力线，所述电力线可以提供参考电压VR。第一nMOS晶体管T1的栅极可连接至复位线，所述复位线可以提供复位信号RST。第三nMOS晶体管T3的源极可连接至第二nMOS晶体管T2的漏极。第三nMOS晶体管T3的漏极可通过信号线连接至读出电路。第三nMOS晶体管T3的栅极可连接至列选择线，所述列选择线可以提供选择信号SLCT。根据nMOS晶体管的操作，第一、第二和第三nMOS晶体管T1、T2和T3可分别称为复位、驱动和选择晶体管30、40和50。
如图2所示，有源区10可包括例如晶体管之类的器件。晶体管可以在半导体衬底上形成。PD 20可以在有源区10的一侧形成。三个晶体管30、40和50的栅极与有源区10重叠。可以在有源区中形成每一晶体管的源极/漏极区域。
电压输入端子Vin可连接至在复位晶体管30和驱动晶体管40之间的源极/漏极区域。电压输出端子Vout可连接至选择晶体管50的源极/漏极区域。每一栅极可连接至每一信号线，并且每一信号线可具有用以连接至外部驱动电路的焊盘(pad)。驱动晶体管40的栅极可以通过导电线E电连接至PD 20。复位晶体管30可以对PD 20施加外部输入电压端子Vin的电位。复位晶体管30可以将由PD 20产生的电位转移到驱动晶体管40。
复位晶体管30可具有单向操作方向(例如，见图2中的箭头)。因此，可通过复位晶体管30将外部电位施加到PD 20。可以通过金属线E将PD 20的电位改变转移到驱动晶体管40。当复位晶体管30导通时，复位晶体管30可以将输入电压端子Vin的电位转移到PD 20，而当复位晶体管30关闭时，复位晶体管30阻挡PD 20的电位。
图3是4T式CMOS图像传感器的等效电路图实例。图4是示出4T式CMOS图像传感器的布局图实例。如图3和4所示，单元像素可包括一个PD20和四个MOS晶体管。有源区10可代表单元像素，其中PD 20在有源区10的一侧形成。PD 20可通过接收光而产生光电荷。转移晶体管70可以将PD 20中收集的光电荷转移到浮动扩散(FD)区域。
4T式CMOS图像传感器可包括复位晶体管30，所述复位晶体管30可以通过将FD处的电压调整到期望的水平以及通过排放电子来复位FD。驱动晶体管40可用作源极跟随缓冲放大器。选择晶体管50可执行切换和/或寻址功能。加载晶体管60可以在像素单元的外部形成，并可以读取输出信号。电压Tx代表转移晶体管70的栅极电压。电压Dx代表驱动晶体管40的栅极电压。电压Sx代表选择晶体管50的栅极电压。4T式CMOS图像传感器的复位晶体管30可具有与3T式CMOS图像传感器的复位晶体管30相同的结构和功能。转移晶体管70可以双向操作，如图4中穿过转移晶体管70的箭头所示。复位晶体管30可以具有单向操作方向，如图4中穿过复位晶体管30的箭头所示。
在图1-4中所示的CMOS图像传感器中，复位晶体管的有源区形成为矩形。由于复位晶体管的有源区为矩形，因此在复位晶体管关闭时难以有效阻止PD的电位。另外，PD的电位不能有效地转移到驱动晶体管，而会在复位晶体管关闭时泄漏。因此，CMOS图像传感器的操作性能会由于复位晶体管的矩形有源区而降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够防止从光电二极管到复位晶体管的电位泄漏的CMOS图像传感器。
根据本发明的实施例，提供一种CMOS图像传感器，其可以基本防止从光电二极管到复位晶体管的电位泄漏。在本发明实施例中，CMOS图像传感器可以包括半导体衬底，其具有有源区；光电二极管，其形成在所述有源区的一侧上；和多个晶体管，其形成在所述有源区上。在本发明实施例中，半导体衬底的有源区的至少一部分形成为具有可变宽度。
根据本发明的实施例，还提供一种设备，包括半导体衬底，其包括有源区；光电二极管，其形成在所述有源区上；和至少一晶体管，其形成在所述有源区上，其中所述有源区的一部分具有可变宽度。
优选地，在根据本发明上述实施例的设备是CMOS图像传感器。
优选地，在根据本发明上述实施例的设备中，所述光电二极管形成在所述有源区的一侧上。
优选地，在根据本发明上述实施例的设备中所述至少一晶体管包括复位晶体管；所述复位晶体管被配置为用于执行复位功能；和所述有源区的具有可变宽度的部分与所述复位晶体管的一部分重叠。
优选地，在根据本发明上述实施例的设备中，所述有源区的具有可变宽度的部分的宽度在所述复位晶体管导通时电位向所述光电二极管移动的方向上改变。其中所述电位由电压输入端子提供。
优选地，在根据本发明上述实施例的设备中，所述有源区的具有可变宽度的部分的宽度越靠近所述光电二极管越窄。
优选地，在根据本发明上述实施例的设备中，所述有源区在所述至少一晶体管的至少一栅极的下方。
优选地，在根据本发明上述实施例的设备中，所述有源区被注入P型掺杂剂。
优选地，在根据本发明上述实施例的设备中，所述至少一晶体管包括以下器件的至少其中之一复位晶体管，其被配置为用于控制浮动扩散层的电位；驱动晶体管，其被配置为源极跟随器；和选择晶体管，其被配置为用于执行切换功能，以读取来自像素的信号。
根据本发明的另一实施例，还提供一种设备，包括有源区，其与至少一晶体管重叠，其中所述有源区的一部分在所述至少一晶体管的下方，并且所述有源区的在所述至少一晶体管下方的部分具有可变宽度；和光电二极管，其形成在所述有源区上，并被配置为用于产生光电荷。
优选地，在根据本发明上述另一实施例的设备是CMOS图像传感器。
优选地，在根据本发明上述另一实施例的设备中，所述光电二极管形成在所述有源区的一侧上。
优选地，在根据本发明上述另一实施例的设备中，所述至少一晶体管包括复位晶体管，其被配置为用于将外部电位移动到所述光电二极管。
优选地，在根据本发明上述另一实施例的设备中，所述至少一晶体管的下方形成的所述有源区的宽度在所述光电二极管的方向上逐渐变窄。
优选地，在根据本发明上述另一实施例的设备中，在所述至少一晶体管下方的所述有源区的宽度在电位向所述光电二极管移动的方向上变窄。
优选地，根据本发明上述另一实施例的设备包括转移晶体管，其中所述转移晶体管被配置为用于将光电荷转移到浮动扩散区域；所述转移晶体管处于所述复位晶体管和所述光电二极管之间；和所述有源区的在所述至少一晶体管下方的部分在更靠近所述复位晶体管的位置的宽度大于更靠近所述转移晶体管的位置的宽度。
优选地，根据本发明上述另一实施例的设备包括在所述有源区上的电压输入端子，其中所述电压输入端子被配置为用于馈送外部电位；和转移晶体管，其被配置为用于转移光电荷，其中所述有源区的在所述至少一晶体管下方的部分在所述电压输入端子和所述转移晶体管之间具有可变宽度。
优选地，在根据本发明上述另一实施例的设备中，所述有源区的具有可变宽度的部分的宽度越靠近所述转移晶体管越窄。
图1示出3T式CMOS图像传感器的等效电路图实例。
图2示出3T式CMOS图像传感器的布局图实例。
图3示出4T式CMOS图像传感器的等效电路图实例。
图4示出4T式CMOS图像传感器的布局图实例。
图5示出根据本发明实施例的CMOS图像传感器像素的布局图实例。
图6和图7示出根据本发明实施例的有源区的放大图实例。
图8示出根据本发明实施例的CMOS图像传感器像素的布局图实例。
图9示出根据本发明的有源区的放大图实例。
具体实施例方式
根据本发明实施例的CMOS图像传感器的技术特征可适用于3T、4T和5T式CMOS图像传感器。图5-9示出根据本发明实施例的3T和4T式CMOS图像传感器实例。
图5示出根据本发明实施例的CMOS图像传感器像素的布局图实例。图6和7是示出根据本发明实施例的有源区100的放大图实例。
如图5所示，根据本发明实施例，CMOS图像传感器可以包括有源区100。光电二极管(PD)101可以在有源区100的一侧形成。三个晶体管的栅极110、120和130可与有源区100重叠。如所述领域的技术人员所熟知的，可以通过浅槽隔离(STI)处理在半导体衬底中形成有源区100。
CMOS图像传感器可以包括具有第一栅极110的复位晶体管Rx、具有第二栅极120的驱动晶体管Dx和/或具有第三栅极130的选择晶体管Sx。
在本发明实施例中，第一栅极110、第二栅极120和第三栅极130的各自下部可以形成为与有源区100重叠。可以对有源区100注入P型掺杂剂。可以在有源区100中形成复位晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx的各自源极/漏极区域。在本发明实施例中，复位晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx的各自源极/漏极区域可与有源区100重叠。
可以在驱动晶体管Dx和复位晶体管Rx之间形成电压输入端子Vin。电压输出端子Vout可以连接至在选择晶体管Sx一侧上的源极/漏极区域。复位晶体管Rx可以控制浮动扩散层的电位，并执行复位功能。驱动晶体管Dx可以用作源极跟随器。选择晶体管Sx可以执行切换功能，以读取来自像素单元的信号。
在本发明实施例中，线E(图5中所示)可以是导电金属线，其可以将PD 101电连接至驱动晶体管Dx。
由于在复位晶体管Rx下部的有源区100宽度可以改变，所以当复位晶体管Rx导通时，电位可以从电压输入端子Vin移动到PD 101，而当复位晶体管Rx关闭时，电位可以从PD 101移动到驱动晶体管Dx。
与复位晶体管Rx重叠的有源区100部分的宽度可以向着PD 101的方向逐渐变窄。有源区100的预定部分(其位于复位晶体管Rx的第一栅极110下部)逐渐变窄。与复位晶体管Rx重叠的有源区100部分的宽度逐渐变窄。例如，有源区100可以包括具有宽度B的第一区域和具有宽度A的第二区域。宽度A可以小于宽度B。复位晶体管Rx可以与具有宽度B的第一区域以及具有宽度A的第二区域重叠。
有源区100可以具有可变宽度的部分。与PD 101相邻的区域的宽度A可以小于与电压输入端子Vin相邻的区域的宽度B。与复位晶体管Rx重叠的有源区100的区域具有在朝向PD 101的方向上逐渐变窄的宽度。
如图7所示，根据本发明实施例，通过由电压输入端子Vin产生的电位的移动方向来示出有源区100的功能。当复位晶体管110导通时，从电压输入端子Vin产生的电位可以沿方向P1(图7中所示)移动到PD 101。有源区100在从电压输入端子Vin经复位晶体管110到PD 101的电位方向上可以包括宽度缩小的部分。因此，在本发明实施例中，可以将来自输入端子Vin的电位提供到PD 101，而不会经复位晶体管Rx将来自PD 101的电位大量返回。因此，移动到PD 101的电位可以有效并高效地转移到驱动晶体管Dx。在本发明实施例中，出现瓶颈现象。
图8示出根据本发明另一实施例的CMOS图像传感器像素的布局图实例。图9是示出根据本发明另一实施例的有源区200的放大图实例。如图8所示，CMOS图像传感器可以包括有源区200。光电二极管(PD)201可以在有源区200的一侧形成。四个晶体管的栅极210、栅极220、栅极230和栅极240可以与有源区200重叠。
CMOS图像传感器可以包括具有第一栅极210的复位晶体管Rx、具有第二栅极220的驱动晶体管Dx、具有第三栅极230的选择晶体管Sx和/或具有第四栅极240的转移晶体管Tx。在栅极210、栅极220、栅极230和栅极240的各自下部与有源区200重叠的区域中，可以形成P型杂质区域。通过注入掺杂剂，可以在与栅极210、栅极220、栅极230和栅极240的各自下部相邻的有源区200中形成源极和漏极区域。
可以在驱动晶体管Dx和复位晶体管Rx之间形成电压输入端子Vin。电压输出端子Vout可以连接至在选择晶体管Sx一侧上的源极/漏极区域。
转移晶体管Tx可以将由PD 201产生的光电荷转移到浮动扩散区域FD。在本实施例中，在图8中所示的其它晶体管可以具有与图5中所示的晶体管相似的操作和功能。例如，有源区200可以与复位晶体管Rx的栅极210重叠。栅极210可以包括与具有可变宽度的有源区200重叠的部分。可以在电压输入端子Vin和浮动扩散区域FD之间的有源区200中形成栅极210。
图9示出根据本发明实施例的有源区200实例。有源区200可以形成有电压输入端子Vin和浮动扩散区域FD。当复位晶体管Rx导通时，可以将来自电压输入端子Vin的电位转移到PD 201。在电压输入端子Vin和PD 201之间的有源区中形成浮动扩散区域FD。
在电压输入端子Vin和PD 201之间形成具有可变宽度的有源区200的部分。与复位晶体管Rx重叠的有源区200的宽度可以改变。有源区200可以包括具有宽度F的第一部分和具有宽度G的第二部分。宽度F可以小于宽度G。具有宽度F的第一部分可以比具有宽度G的第二部分更接近于PD 201。可将来自电压输入端子Vin的电源电压连接至浮动扩散区域FD的有源区200可以形成为具有从宽度G到宽度F的可变宽度。其中宽度F可以小于宽度G。
在本实施例中，由电压输入端子Vin产生的电位在方向P2上(图9中所示)经浮动扩散区域FD移动到PD 201。有源区200可以具有宽度逐渐减少的部分，所述宽度逐渐减少的部分是宽度在当复位晶体管Rx导通时电位流动的方向上逐渐减少的部分。在本实施例中，当复位晶体管Rx导通时，将电位提供到PD 201，而当复位晶体管Rx关闭时，可以减少电位从PD 201到电压输入端子Vin的移动。在本实施例中，电位可以容易地从PD 201移动到驱动晶体管Dx。
本领域的技术人员应该理解，可以对本发明实施例进行各种修改和改变。因此，应该认为上述实施例及其修改和改变均落入所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种设备，包括半导体衬底，其包括有源区；光电二极管，其形成在所述有源区上；和至少一晶体管，其形成在所述有源区上，其中所述有源区的一部分具有可变宽度。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备是CMOS图像传感器。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述光电二极管形成在所述有源区的一侧上。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一晶体管包括复位晶体管；所述复位晶体管被配置为用于执行复位功能；和所述有源区的具有可变宽度的部分与所述复位晶体管的一部分重叠。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述有源区的具有可变宽度的部分的宽度在所述复位晶体管导通时电位向所述光电二极管移动的方向上改变。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述电位由电压输入端子提供。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述有源区的具有可变宽度的部分的宽度越靠近所述光电二极管越窄。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述有源区在所述至少一晶体管的至少一栅极的下方。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述有源区被注入P型掺杂剂。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一晶体管包括以下器件的至少其中之一复位晶体管，其被配置为用于控制浮动扩散层的电位；驱动晶体管，其被配置为源极跟随器；和选择晶体管，其被配置为用于执行切换功能，以读取来自像素的信号。
11.一种设备，包括有源区，其与至少一晶体管重叠，其中所述有源区的一部分在所述至少一晶体管的下方，并且所述有源区的在所述至少一晶体管下方的部分具有可变宽度；和光电二极管，其形成在所述有源区上，并被配置为用于产生光电荷。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述设备是CMOS图像传感器。
13.根据权利要求11所述的设备，其中所述光电二极管形成在所述有源区的一侧上。
14.根据权利要求11所述的设备，其中所述至少一晶体管包括复位晶体管，其被配置为用于将外部电位移动到所述光电二极管。
15.根据权利要求11所述的设备，其中在所述至少一晶体管的下方形成的所述有源区的宽度在所述光电二极管的方向上逐渐变窄。
16.根据权利要求11所述的设备，其中在所述至少一晶体管下方的所述有源区的宽度在电位向所述光电二极管移动的方向上变窄。
17.根据权利要求11所述的设备，包括转移晶体管，其中所述转移晶体管被配置为用于将光电荷转移到浮动扩散区域；所述转移晶体管处于所述复位晶体管和所述光电二极管之间；和所述有源区的在所述至少一晶体管下方的部分在更靠近所述复位晶体管的位置的宽度大于更靠近所述转移晶体管的位置的宽度。
18.根据权利要求11所述的设备，包括在所述有源区上的电压输入端子，其中所述电压输入端子被配置为用于馈送外部电位；和转移晶体管，其被配置为用于转移光电荷，其中所述有源区的在所述至少一晶体管下方的部分在所述电压输入端子和所述转移晶体管之间具有可变宽度。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述有源区的具有可变宽度的部分的宽度越靠近所述转移晶体管越窄。
全文摘要
本发明涉及一种CMOS图像传感器。在本发明实施例中，CMOS图像传感器包括具有有源区的半导体衬底。光电二极管和多个晶体管可以在所述有源区上形成。所述有源区在复位晶体管下方具有可变宽度的部分。本发明的COMS图像传感器能够防止从光电二极管到复位晶体管的电位泄漏。
文档编号H01L27/146GK1949526SQ20061013734
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月13日 优先权日2005年10月13日
发明者全寅均 申请人:东部电子股份有限公司