专利名称：含光探测器和旁路装置的图像传感器及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件及其制造方法，具体地，涉及基于半导体的图像传感器及其制造方法。
背景技术：
固态(基于半导体的)图像传感器在照相机或类似的产品中被广泛使用。固态图象传感器包括多个像素，其可以二维排列。这些像素使用光探测器，例如发光二极管，电荷耦合器件(CCD)和/或其它光探测器。
固态图象传感器可能会遇到被认为是“浮散”的问题。浮散是当入射光在像素中产生的载流子的数量超过该像素的电荷存储能力时所发生的一种现象。这些过量载荷可能被喷入临近的像素或者临近的有源区中，这会降低图像传感器的性能。
授予Anagnostopoulos等，标题为“用于固态图像传感器的抗浮散结构”的美国专利No.5,349,215描述了用于固态图像传感器的抗浮散结构。正如其中所描述的，固态图象传感器通常包括一个光探测器，该光探测器用于检测来自于图像的辐射并将该辐射转换为电荷载流子，以及将电荷载流子运载至输出线路的传输装置。一种类型的固态图像传感器用一个CCD既作为光探测器，也作为传输装置。该固态图像传感器通常包括大量的间隔平行排列的CCD，以形成一个阵列。此公开中的图像传感器仅利用一个抗浮散的横向的溢流屏障。相1的过量的信号载荷流入先前的相2中，并被保存。这便去除了相1的溢流屏障，使得通过先前的相2的溢流屏障进行浮散保护。这便得到了具有浮散保护和增加的载荷能力的图像传感器。抗浮散技术还在美国专利No.6,259,124；6,051,852；5,867,215；5,804,844；5,702,971；5,585,298的专利中进行了描述。
发明内容
根据本发明的一些实施例，基于半导体的图像传感器包括至少一个像素，该像素包括一个光探测器，至少一个与该光探测器串联的开关装置，以及一个与该光探测器相连的旁路装置。该旁路装置有两个引出端，其分别连接到该光探测器和一电源电压引出端(也可简单地以电源电压表示)。在一些实施例中，该光探测器是发光二极管。
在一些实施例中，该至少一个开关装置包括一传输(transfer)晶体管、一复位(reset)晶体管、一感应(sensing)晶体管和一拉起(pull-up)晶体管，它们均与该光探测器串联。该输晶体管与该复位晶体管之间的第一节点电连接到该感应晶体管的栅极电极上，而该复位晶体管与该感应晶体管之间的第二节点电连接到该电源电压上。此外，该复位晶体管的栅极电极电连接至复位线上。其次，该传输晶体管的栅极电极电连接到传输线上。再次，该拉起晶体管的栅极电极电连接到字线(word line)上。
在一些实施例中，该旁路装置是一个电阻器。在一些实施例中，该光探测器与该电阻器间的势垒低于该光探测器与该开关装置间的势垒。
在另一些实施例中，该旁路装置可以是一个具有一虚(dummy)栅极电极的绝缘栅极场效应晶体管，这里以金属-氧化物-半导体(MOS)晶体管为例。MOS晶体管的源极区和漏极区分别与该光探测器和该电源电压相连。该虚栅极电极可以是浮置的或是接地的。
根据本发明的其他实施例，基于半导体的图像传感器包括至少一个像素，该像素包括一半导体衬底中的绝缘层，以限定一个有源区。该有源区包括一第一有源区，由该第一有源区延伸出的第二有源区，以及由该第一有源区延伸出的第三有源区。在一些实施例中，该第三有源区与临近像素的另一第二有源区相连。一光探测器处于该第一有源区中。至少有一个开关装置位于该第二有源区中。其次，一旁路装置位于该第三有源区中。
在一些实施例中，该光探测器是一个发光二极管，其包括一个在该第一有源区表面的第一导电类型的区域，以及围绕该第一导电类型区域的底部和侧壁的第二导电类型阱区。该第一和第二导电类型可以分别是P型和N型，或者相反。
在一些实施例中，该至少一个开关装置包括一传输晶体管、一复位晶体管、一感应晶体管和一拉起晶体管，它们均与该第二有源区串联。在一些实施例中，该拉起晶体管具有一个横跨该第二有源区的拉起栅极电极，该传输晶体管具有一个横跨该拉起栅极电极与该第一有源区之间的该第二有源区的传输栅极电极。该传输栅极电极被置于在该第一有源区的临近位置。
在一些实施例中，该复位晶体管具有一横跨该传输栅极电极与该拉起栅极电极之间的该第二有源区的复位栅极电极，而该感应晶体管具有一横跨该拉起栅极电极与该复位栅极电极之间的该第二有源区的感应栅极电极。该感应栅极电极通过一第一局部互连电连接至该传输栅极电极与该复位栅极电极之间的该第二有源区。此外，第三有源区与另外一像素中的该第二有源区相连接，此像素临近该第三有源区。在一些实施例中，该第三有源区与一复位栅极电极和邻近的像素中的一感应栅极电极之间的第二有源区相连接。
在一些实施例中，该旁路装置是该第三有源区中的一个电阻器。在一些实施例中，该光探测器与该电阻器之间的势垒要低于该光探测器与该传输晶体管之间的势垒。
在另一些实施例中，该旁路装置是一个MOS晶体管。该MOS晶体管包括一横跨该第三有源区的虚栅极电极。该虚栅极电极可以是浮置的或是接地的。
依旧根据本发明的另一实施例，提供制造基于半导体的图像传感器的至少一个像素的方法。一绝缘层在半导体衬底上形成。该绝缘层限定了一第一有源区，从该第一有源区延伸出来的第二有源区，以及从该第一有源区延伸出来的第三有源区。在一些实施例中，该第三有源区与相邻的像素中的第二有源区相连接，该像素与该第一有源区相邻。具有第二导电类型的阱区在该第一有源区形成。具有第一导电类型的区域在该阱区中形成，该阱区位于该第一有源区的表面。
与该阱区串联的传输晶体管、复位晶体管、感应晶体管以及拉起晶体管均在该第二有源区中形成。该传输晶体管临近该第一有源区形成。该传输晶体管、复位晶体管、感应晶体管以及拉起晶体管分别有一传输栅极电极、复位栅极电极、感应栅极电极和拉起栅极电极。该传输栅极电极、复位栅极电极、感应栅极电极和拉起栅极电极横跨该第二有源区形成。在一些实施例中，该第三有源区与复位栅极电极与临近像素中形成的感应栅极电极之间的该第二有源区相连。
一层间的绝缘层在该传输栅极电极、复位栅极电极、感应栅极电极和拉起栅极电极的衬底上形成。该层间绝缘层被构图形成接触孔以暴露该传输栅极电极与该复位栅极电极之间的第二绝缘层，以及该感应栅极电极。第一局部互连形成于该层间绝缘层之上。该第一局部互连通过接触孔将该感应栅极电极与该传输栅极电极同该复位栅极电极之间的该第二有源区电连接。
在一些实施例中，该第一和第二导电类型分别是P型和N型。在这种情况下，该传输晶体管，复位晶体管，感应晶体管和拉起晶体管优选为N通道MOS晶体管。
在另一些实施例中，在形成该传输晶体管，复位晶体管，感应晶体管和拉起晶体管之前，第一离子注入工艺和第二离子注入工艺分别应用于第二有源区和第三有源区的表面。在一些实施例中，通过第一离子注入工艺形成该第二有源区有一势垒，其高于通过第二离子注入工艺形成的第三有源区的势垒。
在其他一些实施例中，在传输栅极电极、复位栅极电极、感应栅极电极与拉起栅极电极形成的过程中，一虚栅极电极横跨该第三有源区形成。另外，一第四有源区，其与第一至第三有源区相分隔，可以在绝缘层形成的过程中加以额外的限定。在一些实施例中，该第四有源区被P型杂质掺杂，从而作为一拾取区与一地线引出端相连。该虚栅极电极和第四有源区暴露于接触孔的形成过程中。暴露的虚栅极电极和第四有源区通过第二局部互连相互电连接。第二局部互连在第一局部互连形成的过程中形成。
图1是根据本发明实施例的一像素阵列的等效电路图；图2是根据本发明实施例的一像素排列区的一部分的俯视平面图；图3A是沿图2中线I-I的剖面图；图3B是沿图2中线II-II的剖面图；图4A是示出沿图2中线I-I电极的电压值的视图；图4B是示出沿图2中线II-II电极的电压值的视图；图5A至7A是沿图2中线I-I的剖面图，示出了根据本发明实施例的制造像素的方法；
图5B至7B是沿图2中线II-II的剖面图，示出了根据本发明实施例的制造像素的方法。
具体实施例方式
本发明将在下文结合附图作详尽描述，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明不应该被认定仅限定在这里所提出的实施例中。相反，提供这些实施例使得本文详尽和完整，且将本发明的范围完整地传达给本领域内的技术人员。在附图中，为清晰起见，层和区的厚度均被夸大。类似的附图标记通篇指代类似部件。可以理解，当一个部件，例如层，区或衬底，被认为在另一个部件之上或延伸至另一个部件之上时，其能够直接在另一个部件之上或延伸至另一个部件之上，或是可能有间插部件存在。反之，当一个部件被认为直接在另一个部件之上或延伸至另一个部件之上时，将不存在间插部件。也可以理解，当一个部件被认为与另一个部件连接或耦合时，其可以直接与其他部件连接或耦合，或是可能有间插部件存在。反之，当一个部件被认为直接与另一个部件连接或耦合时，将不存在间插部件。
图1是根据本发明实施例的基于半导体的图像传感器的等效电路图。该基于半导体的图像传感器包括在一个区内的至少一个像素，该区可以被认为是一个像素阵列区。
根据图1，该像素阵列区50包括多个像素P11，P12，…，P1n，…，Pm1，…，Pmn，在一些实施例中，这些像素沿行和列二维排列。在另一些实施例中，也许可以提供一维列或单一像素。在一些实施例中，每一像素都包括一光探测器PD。一个发光二极管和/或其它的光感元件可被用作一光探测器PD。该发光二极管具有一P型区和一N型区。如果一入射光线照射在该发光二极管上，空穴和电子将分别在P型区和N型区产生。
该光探测器PD与开关装置相连。该开关装置包括一传输晶体管TTF、一复位晶体管TR、一感应晶体管TS和一拉起晶体管TPU，它们均与光探测器PD串联。该传输晶体管TTF与复位晶体管TR之间的一第一节点N1与感应晶体管TS的栅极电极相连。另外，该复位晶体管TR与感应晶体管TS之间的第二节点与一电源电压VDD相连。在光探测器PD是发光二极管的情况下，在一些实施例中，传输晶体管TTF、复位晶体管TR、感应晶体管TS和拉起晶体管TPU是NMOS晶体管。在这种情况下，该传输晶体管TTF与发光二极管的N型区相连。即发光二极管的N型区相当于传输晶体管TTF的源极区。
此外，该光探测器PD与一旁路装置DBP的一引出端相连。该旁路装置DBP的另一引出端与电源电压VDD相连。结果，在所在的行彼此相邻的两像素通过旁路装置DBP也相互连接，如图1所示。例如，第一像素P11的光探测器PD通过旁路装置DBP连接到与第一像素P11相邻的第二像素P12的第二节点N2上。
该旁路装置DBP可以是一个电阻器。该电阻器可以掺杂P型杂质。在这种情况下，在一些实施例中，该电阻器的一引出端连接到发光二极管的N型区，而该电阻器的另一引出端连接到电源电压VDD。在一些实施例中，N型区与P型电阻器间的势垒低于N型区与传输晶体管TTF的一通道区之间的势垒。这能够减少和抑制在光探测器PD中产生的过量载荷通过传输晶体管TTF的该通道，注入进入第一节点N1。换句话说，这能够减少和抑制由于入射光引发的在发光二极管的N型区中产生的过量载荷通过传输晶体管TTF的通道区，流入第一节点N1。
在另一些实施例中，旁路装置DBP可以是一个具有虚栅极电极的NMOS晶体管。在这种情况下，该旁路NMOS晶体管的一个源极区连接到该发光二极管的N型区，而该旁路NMOS晶体管的一个漏极区连接到电源电压VDD。此外，该虚栅极电极可以是浮置的，接地的或固定在某一其它的势能位。在一些实施例中，发光二极管的N型区与旁路NMOS晶体管的通道区之间的势垒低于发光二极管的N型区与传输晶体管TTF的通道区之间的势垒。换句话说，旁路NMOS晶体管的阈值电压优选地低于传输晶体管TTF的阈值电压。因此，即使在发光二极管的N型区中产生过量电子，该过量电子也通过旁路NMOS晶体管流入电源电压VDD结果，该感应晶体管TS不开启。因此，可降低或抑制由于过量电子所导致的浮散现象和/或图像传感器的误动作。
在一些实施例中，N个排列在第一行的像素P11，P12，…，P1n，连接至与第一行平行的第一复位线RL1、第一传输线TL1和第一字线WL1。详细地说，排列在第一行的传输晶体管TTF的栅极电极与第一传输线TL1相连，排列在第一行的复位晶体管TS的栅极电极与第一复位线RL1相连。此外，排列在第一行的拉起晶体管TPU的栅极电极与第一字线WL1相连。类似地，N个排列在第二行的像素P21，P22，…，P2n，连接至第二复位线RL2、第二传输线TL2和第二字线WL2。N个排列在第m行的像素Pm1，Pm2，…，Pmn，连接至第m复位线RLm、第m传输线TLm和第m字线WLm。
此外，在一些实施例中，m个排列在第一列的像素P11，P21，…，Pm1，连接至第一拉下(pull down)晶体管TPD1。详细地说，第一列中的拉起晶体管TPU的源极区与第一拉下TPD1晶体管的漏极区相连。类似地，第二列的拉起晶体管TPU的源极区与第二拉下晶体管TPD2的漏极区相连。第n列中的拉起晶体管TPU的源极区与第n拉下晶体管TPDn的漏极区相连。拉下晶体管TPD1，TPD2，…TPDn的源极区和栅极电极分别与一接地端和一选择线SL相连。
下面将详述如图1所示的在像素中输出数据的方法。再次参考图1，相当于逻辑“1”的一个电压被施加到多个的复位线RL1，RL2，…RLm上以开启所有的复位晶体管TR。结果，所有存在于第一节点N1中的电荷被移除。因此，所有的像素被初始化。然后，关闭复位晶体管TR。如果入射光照射在初始化了的像素上，由于该入射光，将在光探测器PD中产生电荷。在光探测器是发光二极管，传输晶体管TTF、复位晶体管TR、感应晶体管TS和拉起晶体管TPU是NMOS晶体管的情况下，电子在该发光二极管的N型区中产生。
为输出第一行像素P11，…，P1n的数据，相当于逻辑“1”的一个电压被施加到第一传输线TL1、第一字线WL1和选择线SL上。结果，在第一行的n个拉下晶体管TPD1，TPD2，…TPDn，传输晶体管TTF以及拉起晶体管TPU被打开。这样，在第一行的发光二极管的N型杂质区的电子被注入到第一行像素的第一节点N1内。根据注入到第一节点N1内的电子数量，感应晶体管TS的驱动能力得以确定。结果，第一至第n个电流I1，…，In分别流经第一行的感应晶体管TS，且第一至第n个电流I1，…，In分别通过第一至第n个拉下晶体管TPD1，TPD2，…TPDn，流入到接地端。因此，第一至第n个输出电压V01…，V0n分别被引入拉下晶体管TPD1，TPD2，…TPDn的漏极区。第一至第n个输出电压V01…，V0n的量级由第一到第n个电流I1，…，In的值决定。第一至第n个输出电压V01…，V0n分别相当于第一行中的第一至第n个像素的数据。
类似地，为输出第二行中的像素P21，…，P2n的数据，相当于逻辑“1”的一个电压被施加到第二传输线TL2、第二字线WL2和选择线SL上。这样，在像素阵列区50中所有像素的数据都能够通过上述方法输出。
根据本发明的实施例，即使过量电子在至少一个发光二极管中产生，都能够减少和防止浮散和/或误动作。例如，在过量电子在第一像素P11的发光二极管中产生的情况下，该过量电子通过在第一像素P11中的旁路装置DBP流入电源电压VDD。因此，本发明的实施例能够减少或防止在第一像素P11的发光二极管中的过量电子流入第一像素P11的第一节点N1，或流入其它与第一像素临近的像素(P12或P21)的第一节点N1。
图2是根据本发明实施例的像素阵列区的一部分的俯视平面图。图3A是沿图2中线I-I的剖面图，而图3B是沿图2中线II-II的剖面图。这里，图2表示了例如图1中所显示的一对像素P11和P12的俯视平面图。根据本发明的实施例的该像素阵列区的结构将参考图2，3A和3B加以描述。
参考图2，3A和3B，一绝缘层3被置于具有第一导电类型的半导体衬底1，例如P型半导体衬底的预定区上。该绝缘层3限定了在每个像素区的第一至第三有源区3a、3b和3c。第二有源区3b从第一有源区3a中延伸出来，而第三有源区3c也从第一有源区3a中延伸出来。
一光探测器PD，如一发光二极管，在第一有源区3a中形成。详细的说，一个具有第二导电类型的阱区7，例如一个N阱区，在第一有源区3a中形成。此外，具有第一导电类型的区5，例如P型区，在N阱区7的表面形成。结果，该阱区7环绕杂质区5的侧壁和底部。该杂质区5和该阱区7构成一个发光二极管。至少一个开关装置被置于第二有源区3b。该至少一个开关装置可包括均在第二有源区3b中形成的一个传输晶体管(例如图1中的TTF)、一个复位晶体管(例如图1中的TR)、一个感应晶体管(例如图1中的TS)和一个拉起晶体管(例如图1中的TPU)。
该传输晶体管包括一个横跨第二有源区3b的传输栅极电极TG，该传输栅极电极TG被置于临近第一有源区3a的位置。类似地，该拉起晶体管包括一个横跨第二有源区3b的拉起栅极电极PUG。该复位晶体管包括一个复位栅极电极RG，其横跨传输栅极电极TG与拉起栅极电极PUG之间的第二有源区，且该感应晶体管包括一个感应栅极电极SG，其横跨复位栅极电极RG与拉起栅极电极PUG之间的第二有源区。
该N阱区7充当该传输晶体管的一个源极区。此外，形成栅极电极TG，RG，SG，和PUG的第二有源区被N型掺杂物掺杂。结果，该传输晶体管，复位晶体管，感应晶体管和拉起晶体管为NMOS晶体管。然而，在另一些实施例中，第一导电类型和第二导电类型可能分别是N型和P型。在这种情况下，该发光二极管由在第一有源区3a形成的P阱区和被P阱区所包围的一个N型杂质区所组成，而该传输晶体管、复位晶体管、感应晶体管和拉起晶体管都是PMOS晶体管。为简易、方便的解释说明下文中将描述的实施例，这里仅考虑第一导电类型和第二导电类型分别为P型和N型。
传输栅极电极TG与复位栅极电极RG间的第二有源区3b相当于一个浮置扩散区FD(图1中的第一节点N1)。同样地，复位栅极电极RG与感应栅极电极SG间的第二有源区3b相当于一个复位扩散区RD(图1中的第二节点N2)。该复位扩散区RD与一电源电压VDD电连接。第一像素P11中的第三有源区3c与邻近第一像素P11的另一第二像素P12上的第二有源区3b相连。更详细地说，第一像素P11中的第三有源区3c与第二像素P12中的另一复位扩散区RD相连。
一旁路装置(图1中的DBP)在第三有源区3c形成。在一些实施例中，旁路装置DBP是一个NMOS晶体管，如图2、3A和3B所示。在其他一些实施例中，该旁路装置DBP可以是在第三有源区3c形成的一个电阻器。在该旁路装置是NMOS晶体管的情况下，一虚栅极电极DG被置于横跨第三有源区3c的位置。这样，该发光二极管的N阱区7充当该旁路NMOS晶体管的源极区，而与第三有源区3c相连的复位扩散区RD充当该旁路NMOS晶体管的漏极区。该虚栅极电极DG可以浮置、接地或连接至另一电位。为将虚栅极电极DG接地，每一像素可还包括一第四有源区3d，其与第一至第三有源区3a、3b和3c相间隔。该第四有源区3d被P型掺杂，且连接至接地端。结果，该第四有源区3d充当一P型拾取区。
在一些实施例中，该传输晶体管的一通道区的掺杂可由至少一第一离子注入工艺IM1控制。此外，第三有源区3c的掺杂可用一第二离子注入工艺IM2控制。第一离子注入工艺IM1和第二离子注入工艺IM2在一些实施例中施行，使得N阱区7与第三有源区3c间的势垒低于N阱区7与传输通道区间的势垒。
具有晶体管的衬底被覆盖有一层间绝缘层9。该浮置扩散区FD和感应栅极电极SG通过穿过层间绝缘层9的接触孔CT暴露出来。在每一个像素均包括拾取区3d和虚栅极电极DG的情况下，该虚栅极电极DG和拾取区3d也可以通过额外的穿过层间绝缘层的接触孔CT暴露出来。第一和第二局部互连LI′和LI″被置于层间绝缘层9之上。第一局部互连LI′通过接触孔CT与具有浮置扩散区FD的感应栅极电极SG电连接，而第二局部互连LI″通过接触孔CT与具有拾取区3d的虚栅极电极DG电连接。如果该虚栅极电极DG接地，可稳定旁路NMOS晶体管的运行。
图4A是沿图1中的线I-I所得的能带图，其显示了关于电子的势能位。而图4B是沿图1中的线II-II所得的能带图，其显示了关于电子的势能位。在图4A中实线表示没有任何外部电偏压，在平衡态下的势能位，而虚线表示在考虑到电源电压VDD施加到复位扩散区RD上的情况下的势能位。
参考图4A和4B，如果入射光11照射在发光二极管PD上，在该发光二极管PD的N阱区(图3A中的7)将产生电子。在平衡态时，传输通道区CTG有一相对于N阱区7的第一势垒高度H1。其次，第三有源区3c，例如一旁路通道区CBP有一关于N阱区7的第二势垒高度H2、第三势垒高度H3或是第四势垒高度H4。传输通道区CTG的势能位，例如第一势能位21与该传输通道区CTG的掺杂浓度相关。类似地，该旁路通道区CBP的势能位，例如第二势能位23，第三势能位25或第四势能位27与该旁路通道区CBP的掺杂浓度相关(参考图4A)。此外，第三有源区3c的势能位31a、31b和31c受到该第三有源区3c的宽度W1、W2或W3的影响。也就是说，当第三有源区3c的掺杂浓度(P型掺杂)增加时，第三有源区3c的势垒高度增加。其次，当该第三有源区3c的宽度W1、W2或W3减小时，第三有源区3c的势垒高度增加。因此，通过适当地设计掺杂浓度和/或第三有源区3c的宽度，来控制第三有源区3c，例如旁路装置DBP的最终势垒高度至期望值。
在图4A中，第二势能位23高于第一势能位21，而第三势能位25与第一势能位21相等。其次，第四势能位27低于第一势能位21。在这种情况下，在一些实施例中，第三有源区3c(例如旁路通道区CBP)具有第四势能位27，其低于传输通道区CTG的第一势能位21。这是因为在N阱区7产生的过量电子通过与N阱区7相连的第三有源区3c，从旁路进入电源电压，而不会流入浮置扩散区FD。结果，浮散现象被减少或防止。
图5A至7A为沿图2的I-I线截取的截面图，示出根据本发明实施例的制造像素阵列区的方法。图5B至7B为沿图2的II-II线截取的截面图，示出根据本发明实施例的制造像素阵列区的方法。
参考图2、5A和5B，一绝缘层3在具有第一导电类型的一半导体衬底，如一P型半导体衬底，的预定区形成。该绝缘层3限定在各个像素区的第一有源区，第二有源区和第三有源区(图2中的3a，3b和3c)。此外，该绝缘层3可进一步限定与在各个像素区的第一有源区、第二有源区和第三有源区3a、3b和3c相分离的第四有源区。第二有源区3b从第一有源区3a中延伸出来。第三有源区3c也从第一有源区3a中延伸出来。
具有第二导电类型的离子，例如N型离子，被有选择性地注入第一有源区以形成N阱区7。进一步地，第一离子可用第一注入工艺IM1注入第二有源区3b。为了调整在随后的工艺中将在第二有源区3b中形成的MOS晶体管的阈值电压，施行该第一注入工艺IM1。此外，采用第二注入工艺IM2，第二离子将被注入到第三有源区3c中。第一和第二离子可以是P型离子。在这种情况下，在一些实施例中，第二离子的剂量低于第一离子。一栅极绝缘层4在第一至第四有源区3a、3b、3c和3d上形成。
参考图2，6A和6B，一栅极导电层在具有栅极绝缘层4的衬底上形成。该栅极导电层被构图以形成横跨第二有源区3b的一传输栅极电极TG，一复位栅极电极RG，一感应栅极电极SG和一拉起栅极电极PUG。该传输栅极电极TG在邻近第一有源区3a的位置形成。更详细的说，在一些实施例中，该传输栅极电极TG形成使得该传输栅极电极TG的一边与N阱区的一边交叠。其次，该复位栅极电极RG形成以横跨传输栅极电极TG和拉起栅极电极PUG之间的第二有源区3b，而感应栅极电极SG形成以横跨复位栅极电极RG和拉起栅极电极PUG间的第二有源区。在另一些实施例中，横跨第三有源区3c的一虚栅极电极DG可以在传输栅极电极TG，复位栅极电极RG，感应栅极电极SG和拉起栅极电极PUG形成的过程中附加形成。
第三有源区3c与另一第二有源区3b相连，该第二有源区3b形成于邻近第三有源区3c的一个像素中。详细地说，第三有源区3c与在邻近像素中的别的复位栅极电极RG与别的感应栅极电极SG间的第二有源区相连。采用栅极电极TG，RG，SG，PUG和DG以及作为离子注入掩模的绝缘层3，具有第二导电类型的离子被有选择地注入第二和第三有源区，因而形成具有第二导电类型的源极/漏极区，即N型源极/漏极区。传输栅极电极TG与复位栅极电极RG间的源极/漏极区相当于一浮置扩散区FD，而复位栅极电极RG与感应栅极电极SG间的源极/漏极区相当于一复位扩散区RD。
具有第一导电类型的离子被选择性地注入第一和第四有源区3a和3d。结果，被N阱区7所包围的P型区5在第一有源区3a的表面形成，且一P型拾取区15在第四有源区3d表面形成。该N阱区7和P型区5构成一发光二极管PD。在一些实施例中，P型区5和P型拾取区15在N型源极/漏极区形成之前形成。
该传输栅极电极TG、N阱区7和浮置扩散区FD构成一传输NMOS晶体管，而该复位电极RG、浮置扩散区FD和复位扩散区RD构成一复位NMOS晶体管。类似地，感应栅极电极SG和在其两边形成的源极/漏极区构成一感应NMOS晶体管，而拉起栅极电极PUG和在其两边形成的源极/漏极区构成一拉起NMOS晶体管。其次，该N阱区7，该虚栅极电极DG以及与该虚栅极电极DG邻近的复位扩散区RD构成一旁路NMOS晶体管。在虚栅极电极DG没有形成的实施例中，在N型源极/漏极区、P型区5和P型拾取区15形成的过程中，离子没有被注入第三有源区3c。一层间绝缘层9形成在具有源极/漏极区，杂质区5和拾取区15的衬底上。
参考图2、7A和7B，构图层间绝缘层9以形成暴露感应栅极电极SG和浮置扩散区FD的接触孔CT。在一些实施例中，该虚栅极电极DG和该拾取区15也可通过接触孔CT暴露。一导电层在具有接触孔CT的衬底上形成。构图该导电层，以形成在层间绝缘层9上的第一局部互连LI′。该第一局部互连LI′通过接触孔CT与具有浮置扩散区FD的感应栅极电极SG电连接。进一步地，第二局部互连LI″可以在第一局部互连LI形成的过程中，附加形成在层间绝缘层9上。该第二局部互连LI″通过接触孔CT与具有拾取区15的虚栅极电极DG相连。
根据如上所述的本发明的实施例，在各像素中的光探测器与旁路装置相连。这样，至少一些在光探测器中产生的过量电荷通过旁路装置流入电源电压。因此，浮散现象和/或图象传感器的误动作能够被减少和抑制。
在附图和说明书中，已揭示了本发明的典型优选实施例，虽然使用了专用的术语，但它们仅在一般和描述性的意义上使用，而不具有限定的目的。本发明的范围将在权利要求书中陈述。
权利要求
1.一种包括至少一个像素的基于半导体的图像传感器，其包括一光探测器；至少一个与该光探测器串联的开关装置；以及一旁路装置，其第一接线端连接到该光探测器，而其第二接线端连接到一电源电压。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，该光探测器包括一发光二极管。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其中，该至少一开关装置包括一传输晶体管、一复位晶体管、一感应晶体管和一拉起晶体管，它们均与该光探测器串联，该传输晶体管与该复位晶体管间的第一节点被电连接至该感应晶体管的一栅极电极，而该复位晶体管与该感应晶体管间的第二节点被电连接至该电源电压。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中，该旁路装置包括一电阻器。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中，该旁路装置是一MOS晶体管，该MOS晶体管的源极区和漏极区被分别连接至该光探测器和该电源电压。
6.如权利要求5所述的图像传感器，其中，该MOS晶体管的栅极电极被浮置或连接到接地端。
7.如权利要求3所述的图象传感器，还包括与复位晶体管的一栅极电极电连接的复位线；与传输晶体管的一栅极电极电连接的传输线；以及与拉起晶体管的一栅极电极电连接的字线。
8.一种基于半导体的图像传感器包括至少一个像素，其包括一具有P型区和N型区的发光二极管与该发光二极管的N型区串联的一传输NMOS晶体管、一复位NMOS晶体管、一感应NMOS晶体管和一拉起NMOS晶体管；以及一旁路装置，其第一端与发光二极管的N型区相连，其第二端与电源电压相连，该传输NMOS晶体管与该复位NMOS晶体管间的第一节点电连接至该感应NMOS晶体管的一栅极电极，而该复位NMOS晶体管与该感应NMOS晶体管间的第二节点与电源电压相连。
9.如权利要求8所述的图像传感器，其中，该旁路装置是一P型电阻器，该P型电阻器的势能位低于该传输NMOS晶体管的通道区的势能位。
10.如权利要求8所述的图像传感器，其中，该旁路装置是一NMOS晶体管，该NMOS晶体管通道区具有比该传输NMOS晶体管通道区低的势能位，且该NMOS晶体管的源极区和漏极区分别与发光二极管的N型区和电源电压相连。
11.如权利要求10所述的图像传感器，其中，该NMOS晶体管的栅极电极被浮置、接地或约束在一固定势能位。
12.如权利要求8所述的图像传感器，进一步地包括与复位NMOS晶体管的一栅极电极电连接的复位线；与传输NMOS晶体管的一栅极电极电连接的传输线；以及与拉起NMOS晶体管的一栅极电极电连接的字线。
13.一种基于半导体的图象传感器具有至少一个在半导体衬底中的像素，该至少一个像素包括一在半导体衬底中的绝缘层，该绝缘层限定了一个第一有源区，从该第一有源区中延伸出来第二有源区，以及从该第一有源区中延伸出来第三有源区；一在该第一有源区中的光探测器；在该第二有源区中的至少一个开关装置；一在该第三有源区中的旁路装置。
14.如权利要求13所述的一种基于半导体的图象传感器，其中，该光探测器是一发光二极管，该发光二极管包括一在该第一有源区表面的具有第一导电类型的区，和环绕该具有第一导电类型的区的侧壁和底部的具有第二导电类型的阱区。
15.如权利要求14所述的一种基于半导体的图象传感器，其中，该第一传导类型是P型，而该第二导电类型是N型。
16.如权利要求14所述的一种基于半导体的图象传感器，其中，该第一传导类型是N型，而该第二导电类型是P型。
17.如权利要求13所述的一种基于半导体的图象传感器，其中，该至少一像素包括一对邻近的像素，该至少一开关装置包括在该第二有源区串联的一传输晶体管、一复位晶体管、一感应晶体管和一拉起晶体管，该拉起晶体管具有一横跨该第二有源区的拉起栅极电极，该传输晶体管具有一横跨位于该拉起栅极电极与第一有源区之间的该第二有源区的传输栅极电极，且该传输晶体管延伸与该第一有源区邻近，该复位晶体管具有一横跨位于该传输栅极电极与该拉起栅极电极之间的该第二有源区的复位栅极电极，该感应晶体管具有一横跨位于该拉起栅极电极与该复位栅极电极之间的该第二有源区的感应栅极电极，且该感应栅极电极通过第一局部互连与该传输栅极电极和该复位栅极电极间的该第二有源区电连接，以及，该第三有源区被连接至一邻近像素中的复位栅极电极与感应栅极电极间的第二有源区。
18.如权利要求17所述的一基于半导体的图象传感器，其中，该旁路装置是一在该第三有源区中的电阻器。
19.如权利要求17所述的一基于半导体的图象传感器，其中，该旁路装置是一MOS电阻器，该MOS电阻器包括一横跨该第三有源区的虚栅极电极。
20.如权利要求19所述的一基于半导体的图象传感器，其中，该虚栅极电极被浮置、接地或限定在一固定势能位。
21.一种基于半导体的图像传感器包括在P型半导体衬底中的多个像素，至少两个邻近的像素包括在半导体衬底中的绝缘层，该绝缘层限定第一有源区，从该第一有源区中延伸出的第二有源区，以及从该第一有源区中延伸出的第三有源区以在邻近像素中将第一有源区与第二有源区相连；一发光二极管，其具有一在该第一有源区表面的P型区，以及环绕该P型区侧壁和底部的N阱区；在该第二有源区中串联的一传输NMOS晶体管、一复位NMOS晶体管、一感应NMOS晶体管和一拉起NMOS晶体管；以及一在该第三有源区中的旁路装置，该第三有源区与在邻近像素中的另一复位NMOS晶体管与另一感应NMOS晶体管间的第二有源区连接，且该传输NMOS晶体管和该复位NMOS晶体管的共同的源极/漏极区电连接至该感应NMOS晶体管的一栅极电极。
22.如权利要求21所述的一种基于半导体的图象传感器，其中，该传输NMOS晶体管包括一横跨该第二有源区的传输栅极电极，该第二有源区与该第一有源区相邻，该发光二极管的N阱区相当于该传输NMOS晶体管的源极区。
23.如权利要求21所述的一种基于半导体的图象传感器，其中，该复位NMOS晶体管和该感应NMOS晶体管共同的源极/漏极区连接至一电源电压。
24.如权利要求21所述的一种基于半导体的图象传感器，其中，该旁路装置是在第三有源区中的一个电阻器，该电阻器相对于N阱区的势垒高度低于该传输NMOS电阻器的一通道区相对于该N阱区的势垒高度。
25.如权利要求21所述的一种基于半导体的图象传感器，其中，该旁路装置是一具有横跨该第三有源区的虚栅极电极的旁路NMOS晶体管，该N阱区充当该旁路NMOS晶体管的源极区。
26.如权利要求25所述的一种基于半导体的图象传感器，其中，该虚栅极电极被浮置、接地或限定在一固定的势能位。
27.如权利要求26所述的一种基于半导体的图象传感器，还包括一与该第一至第三有源区相分离的第四有源区，该接地虚栅极电极通过该第四有源区的一个P型区电连接至一接地端。
28.一种制造基于半导体的图像传感器的至少一个像素的方法，包括在一半导体衬底中形成一绝缘层，以限定第一有源区、从该第一有源区中延伸出的第二有源区和从该第一有源区中延伸出的第三有源区；在该第一有源区中形成一具有第二导电类型的阱区；在该第一有源区的表面，在阱区中形成具有第一导电类型的区；形成与该第二有源区中的阱区串联的一传输晶体管、一复位晶体管、一感应晶体管和一拉起晶体管，该传输晶体管与该第一有源区相邻，该传输晶体管、复位晶体管、感应晶体管和拉起晶体管分别包括横跨该第二有源区的传输栅极电极、复位栅极电极、感应栅极电极和拉起栅极电极；在具有晶体管的衬底上形成一层间绝缘层；构图该层间绝缘层以形成暴露该感应栅极电极以及该传输栅极电极与复位栅极电极间的第二有源区的接触孔；在该层间绝缘层上形成第一局部互连，该第一局部互连通过该接触孔将该感应栅极电极与该传输栅极电极同复位栅极电极间的该第二有源区电互连。
29.如权利要求28所述的方法，其中，该第一导电类型和第二导电类型分别为P型和N型，该传输晶体管、复位晶体管、感应晶体管和拉起晶体管是N通道MOS晶体管。
30.如权利要求28所述的方法，还包括在该传输晶体管、复位晶体管、感应晶体管和拉起晶体管形成之前，将第一离子注入工艺和第二离子注入工艺分别应用到该第二有源区和该第三有源区，其中，用该第一离子注入工艺形成的该第二有源区的势能位高于用该第二离子注入工艺形成的该第三有源区的势能位。
31.如权利要求28所述的方法，还包括形成横跨该第三有源区的一虚栅极电极，该虚栅极电极在该传输栅极电极、复位栅极电极、感应栅极电极和拉起栅极电极形成的过程中形成。
32.如权利要求31所述的方法，还包括限定一与该第一至第三有源区相分离的第四有源区，其中该第四有源区在该绝缘层形成过程中限定，该第四有源区被P型掺杂，该虚栅极电极和第四有源区在该接触孔形成的过程中暴露，暴露的虚栅极电极和暴露的第四有源区通过第二局部互连彼此电连接，该第二局部互连在该第一局部互连形成的过程中在层间绝缘层上形成。
全文摘要
本发明公开了一种包括至少一个像素的基于半导体的图像传感器，其包括一光探测器；至少一个与该光探测器串联的开关装置；以及，一旁路装置，其第一接线端连接到该光探测器，而其第二接线端连接到一电源电压。这样，即使光探测器中产生过量电荷，该过量电荷会通过旁路装置流入电源。图像的浮散现象能够因此而减少或抑制。
文档编号H04N5/359GK1467857SQ0313824
公开日2004年1月14日 申请日期2003年5月28日 优先权日2002年6月17日
发明者李锡河 申请人:三星电子株式会社