专利名称：具有透明晶体管的cmos图像传感器的制作方法
技术领域：
示例实施例涉及通过在光电二极管上形成透明晶体管以具有较大的光电 二极管区域的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法。
背景技术：
图像传感器是一种将光转换为电信号的光电转换器。传统的图像传感器 包括以阵列布置在半导体基底上的多个单元像素。每个单元像素包括光电二
晶体管根据光电荷的量输出电信号。
互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器包括接收并存储光学信号的 光电二极管。CMOS图像传感器通过控制或处理光学信号的控制器件来显示 图像。可以使用CMOS制造技术来制造控制器件。CMOS图像传感器可以与 各种信号处理装置一起制造成单个芯片。
在CMOS装置中，因为光电二极管和多个晶体管集成在一个芯片中，所 以限制了光电二极管的区域。选择特定波长的滤色器可以形成在光电二极管 区域上。当光电二极管区域减小时，CMOS图像传感器的动态范围会减小， 从而降低图像传感器的灵敏度。
发明内容
示例实施例提供了使用透明晶体管的具有较大光电二极管区域的互补金 属氧化物半导体(CMOS)图像传感器及其制造方法。
示例实施例涉及通过在光电二极管上形成透明晶体管而具有较大光电二 极管区域的CMOS图像传感器及其制造方法。
根据示例实施例，提供了 CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器 包括光电二极管和形成在光电二极管上的至少 一个晶体管。
所述图像传感器可以包括多个晶体管。至少 一个晶体管可以是透明晶体 管。晶体管可以包括由半导体氧化物形成的沟道层。半导体氧化物可以为乂人由ZnO、 SnO、 InO和它们的组合组成的组中选 择的至少一种。半导体氧化物可以包含从由Ta、 Hf、 In、 Ga、 Sr和它们的组 合组成的组中选择的至少 一种。
至少一个晶体管可以包括位于覆盖光电二极管的第一绝缘层上的源电极 和漏电极、覆盖位于第一绝缘层上的源电极和漏电极的由半导体氧化物形成 的半导体氧化物层、覆盖半导体氧化物层的第二绝缘层和形成在第二绝缘层 上并处于源电极和漏电极之间的栅电极。
源电极和漏电极可以是透明电极。透明电极可以由氧化铟锡(ITO)形成。
通过下面参照附图的详细描述，将更清楚地理解示例实施例。图l至图
7表示是这里描述的非限制性示例实施例。
图1是示出根据示例实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感
器的平面图的示图2是示出沿图1的线II-II截取的剖视图的示图3是示出沿图1的线III-III截取的剖视图的示图4是图1至图3中描述的图像传感器的等效电路图5是示出根据示例实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感
器的平面图的示图6是示出沿图5的线VI-VI截取的剖视图的示图； 图7是图5和图6中描述的图像传感器的等效电路图。
具体实;^方式
现在，将参照示出了一些示例实施例的附图来更充分地描述各种示例实 施例。在附图中，为了清晰起见，可以夸大层和区域的厚度。
现在，将参照示出了示例实施例的附图来更充分地描述根据示例实施例 的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
虽然使用"透明晶体管"来描述示例实施例，但是也可以使用"非透明 晶体管"。术语"透明晶体管"用于将示例实施例与其它的发明区分开，因此， 该术语不应被解释为限制这里阐述的实施例。
CMOS图像传感器包括二维布置的多个像素。每个像素可以包括光采集透镜和滤色器，光釆集透镜用于将足够量的光传送到在光釆集透镜下方的光 电二极管，滤色器将特定波长的光透射到光电二极管并阻挡具有不同波长的 光。在下面的描述中，将只描述单元像素，并且在附图中省略了光釆集透镜 和滤色器的配置。
示例实施例涉及通过在光电二极管上形成透明晶体管而具有较大光电二 极管区域的CMOS图像传感器。
图1是示出根据示例实施例的具有透明晶体管的CMOS图像传感器100 的平面图的示图。
参照图1, CMOS图像传感器100包括光电二极管PD和四个栅电极。 四个栅电极包括传输栅极121、重置栅极122、驱动栅极144和选择栅极145。 栅电极可以分别被包括在传输晶体管Tx、重置晶体管Rx、驱动晶体管Dx和 选择晶体管Sx中。
传输晶体管Tx和重置晶体管Rx可以形成在光电二极管PD的侧部上。 半导体氧化物层OS可以形成在光电二极管PD的一部分上。驱动晶体管Dx 和选择晶体管Sx可以形成在半导体氧化物层OS上。
光电二极管PD可以为通过到达光电二极管PD的光而产生电子和空穴的 区域。在示例实施例中，光电二极管PD的区域可以大于传统的光电二极管 的区域，这是因为光电二极管PD可以形成在驱动晶体管Dx区域和选择晶体 管Sx区域中。
第一触点CT1和第二触点CT2可以通过导线(未示出)彼此电连接。
图2是示出沿图1的线n-n截取的剖视图的示图。
参照图2， N阱区111可以形成在半导体基底110(例如，p型Si基底)中。 P型杂质区112可以形成在N阱区111的表面上。N阱区111和p型杂质区 112形成光电二极管PD。
掺杂有n型杂质的浮置扩散区113和重置扩散区114可以形成在光电二 极管PD的侧部上。可以对浮置扩散区113和重置扩散区114进行掺杂，使得 浮置扩散区113和重置扩散区114的电势低于光电二极管PD的电势。在图1 中，浮置扩散区113和重置扩散区114分别由FD和RD表示。
第一绝缘层120可以形成在基底110上。传输栅极121可以形成在N阱 区111和浮置扩散区113之间。重置栅极122可以形成在第一绝缘层120中 并在浮置扩散区113和重置扩散区114之间。光电二极管PD的N阱区111、浮置扩散区113和传输栅极121形成传输晶体管Tx。浮置扩散区113、重置 扩散区114和重置栅极122形成重置晶体管Rx。
第二绝缘层130可以形成在第一绝缘层120上。第一绝缘层120和第二 绝缘层130可以由氧化硅形成。第一触点131可以穿过第一绝缘层120和第 二绝缘层130形成在浮置扩散区113上。第一触点131可以通过导线132连 接到第二触点133,其中，如在下面的图3中描述的，第二触点133连接到 驱动晶体管Dx的驱动栅极DG。
图3是示出沿图1的线Ill-Ill截取的剖视图的示图。
参照图3，源电极141、共电极142和漏电极143可以形成在第一绝缘层 120上。半导体氧化物层140覆盖源电极141、共电极142和漏电极143。第 三绝缘层150可以形成在半导体氧化物层140上。第三绝缘层150可以由与 第一绝缘层120和第二绝缘层130的材料相同的材料形成。
驱动栅极144可以形成在第三绝缘层150上并处于源电极141和共电极 142之间。选择栅极145可以形成在第三绝缘层150上并处于共电极142和 漏电极143之间。源电极141、共电极142和驱动4册极144形成驱动晶体管 Dx。共电极142、漏电极143和选择栅极145形成选才奪晶体管Sx。
第二触点133可以形成在驱动栅极144上。连接到触点133的导线134 可以连接到图2中的导线132。
半导体氧化物层140在晶体管的电极之间形成电荷移动沟道。半导体氧 化物层140可以由透明材料形成。半导体氧化物层140可以由从ZnO、 SnO、 InO和它们的组合所组成的组中选4奪的至少一种氧化物形成。半导体氧化物 层140可以包含从由Ta、 Hf、 In、 Ga、 Sr和它们的组合组成的组中选择的至 少一种。
源电极141、共电极142、漏电极143、触点131和133以及导线132和 134可以由透明材料(例如，氧化铟锡(ITO))形成。
虽然没有在图1至图3中示出，但是连接到栅极TG、 RG和SG的触点 和导线以及连接到重置扩散区RD和漏电极143的触点和导线可以由透明材 料(例如，ITO)形成。
在根据示例实施例的CMOS图像传感器100中，在选择晶体管Sx和驱 动晶体管Dx下方的区域可以被用作光电二极管区域。与在光电二极管区域 的侧部上形成晶体管相比，光电二极管PD的区域可以增大大约40%。光电二极管区域的增大提高了容纳光电二极管PD中产生的电子的容量。这样，
可以增大CMOS图像传感器100的动态范围。
选择晶体管Sx和驱动晶体管Dx可以由透明材料形成。光照射的区域被 扩大，从而增加了 CMOS图像传感器100的灵敏度。
图4是图1至图3中描述的CMOS图像传感器100的等效电路图。
参照图4, CMOS图像传感器包括光电二^l管PD、传输晶体管Tx、重 置晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx。
光电二极管PD接收光学能量并响应于该光学能量产生电荷。传输晶体 管Tx控制产生的电荷经过传输栅极TG到浮置扩散区FD的传输。重置晶体 管Rx通过控制经过重置栅极RG的输入电压Vdd来重置浮置扩散区FD的电 势。驱动晶体管Dx用作源极跟随放大器。选择晶体管Sx是通过选择栅极SG 选择单元像素的开关器件。浮置扩散区FD连接到驱动栅极DG。可以经过包 括驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx的源极跟随电路通过输出线OUT来输出 输入电压Vdd。
图5是示出根据示例实施例的具有透明晶体管的CMOS图像传感器200 的平面图的示图。
CMOS图像传感器200包括光电二极管PD和三个栅极。三个栅极包括 重置栅极246、驱动栅极247和选择栅极248。重置栅极246、驱动栅极247 和选择栅极248可以分别被包括在重置晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶 体管Sx中。
半导体氧化物层OS可以形成在光电二极管PD上。电极可以形成在半导 体氧化物层OS和光电二极管PD上。重置栅极246、驱动栅极247和选择栅 极248可以形成在半导体氧化物层OS上。
光电二极管PD可以为通过到达光电二极管PD的光而产生电子和空穴的 区域。光电二极管PD可以形成在重置晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶 体管Sx下方。这样，可以扩展光电二极管PD的区域。
第一触点CT1和第二触点CT2可以通过金属线ML电连接。将随后描述 第三触点CT3。
图6是示出沿图5的线VI-VI截取的剖视图的示图。
参照图6， N阱区211可以形成在半导体基底210(例如，p型Si基底)中。 N阱区211和基底210形成光电二极管PD。覆盖光电二极管PD的第一绝缘层220可以形成在p型硅基底210上。 第一电极241、第二电极242、第三电极243、第四电才及244和第五电极245 可以形成在第一绝纟彖层220上。第一电极241、第二电极242、第三电极243、 第四电极244和第五电极245可以分别为源电极、漏电极、源电极、共电极 和漏电极。将N阱区211连接到第一电极241的第三触点222可以形成在第 一绝缘层220中。
覆盖第一电极241、第二电极242、第三电极243、第四电极244和第五 电极245的半导体氧化物层230可以形成在第一绝缘层220上。第二绝缘层 240可以形成在半导体氧化物层230上。重置栅极246可以形成在第二绝缘 层240上并在第一电极241和第二电极242之间。驱动栅极247可以形成在 第二绝缘层240上并在第三电极243和第四电极244之间。选择栅极248可 以形成在第二绝缘层240上并在第四电极244和第五电极245之间。第一电 极241、第二电极242和重置栅极246形成重置晶体管Rx。第三电极243、 第四电极244和驱动栅极247形成驱动晶体管Dx。第四电极244、第五电极 245和选择栅极248形成选择晶体管Sx。
第三绝缘层250可以形成在第二绝缘层240上。第一绝缘层220、第二 绝缘层240和第三绝缘层250可以由氧化硅形成。在其它的示例实施例中， 第一绝缘层220、第二绝缘层240和第三绝缘层250可以由彼此不同的绝缘 材料形成。
穿过半导体氧化物层230、第二绝缘层240和第三绝缘层250的第一触 点251可以形成在第一电极241上。穿过第三绝缘层250的第二触点252可 以形成在驱动栅极247上。第一触点251和第二触点252可以通过金属线254 4皮jt匕ii〗妾。
半导体氧化物层230在晶体管的电极之间形成电荷传输沟道。半导体氧 化物层230可以由透明材料形成。半导体氧化物层230可以由从ZnO、 SnO、 InO和它们的组合所组成的组中选l奪的至少一种氧化物形成。半导体氧化物 层230可以包含从由Ta、 Hf、 In、 Ga、 Sr和它们的组合组成的组中选择的至 少一种。
第一电极241、第二电极242、第三电极243、第四电极244、第五电极 245、触点222、触点251、触点252、导线254可以由透明材料(例如，ITO)形成。虽然在图5和图6中没有示出，但是连接到重置栅极246和选拷"败极248 的触点和导线和连接到电极242和243的触点和导线可以由透明材料(例如， ITO)形成。
在根据示例实施例的CMOS图像传感器200中，在重置晶体管Rx、选 择晶体管Sx和驱动晶体管Dx下方的区域可以被用作光电二极管区域。这样， 与在光电二极管区域的侧部上形成的晶体管相比，光电二极管PD的区域增 大。光电二极管区域的增大提高了容纳光电二极管PD中产生的电子的容量， 从而增加了 CMOS图像传感器100的动态范围。
因为重置晶体管Rx、选择晶体管Sx和驱动晶体管Dx由透明材料形成， 所以光照射的区域增大，从而提高了 CMOS图像传感器的灵敏度。
图7是图5和图6中示出的图像传感器的等效电路图。
参照图7， CMOS图像传感器200包括光电二极管PD、重置晶体管Rx、 驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx。
通过控制经过重置栅极RG的输入电压Vdd，重置晶体管Rx可以将重置 晶体管Rx的源极电势重置为输入电压Vdd。光电二极管PD接收光学能量并 响应于该光学能量产生电荷。从光电二极管PD产生的电荷可以移动到外部。 这样，重置晶体管的源极电势可以降低，从而改变连接到重置晶体管Rx的驱 动栅极DG的偏置电压。改变的偏置电压可以通过输出线OUT被输出。选择 晶体管Sx是通过选择栅极SG选择单元像素的开关器件。
前述是示例实施例的举例说明，不应该为对示例实施例进行限制。虽然 已经描述了一些示例实施例，但是本领域的技术人员会容易地理解，在本质 上不脱离新颖性教导和优点的情况下，可在示例实施例中做出许多修改。因 此，应该将所有这样的修改包括在如权利要求中限定的本发明的范围之内。 在权利要求书中，功能性限定意在覆盖这里被描述为执行所述功能的结构， 并且不仅覆盖结构的等同物而且覆盖等同的结构。因此，应该理解的是，前 述是各种示例实施例的举例说明，并不被解释为局限于公开的具体实施例， 并且对公开的实施例的修改以及对其它实施例的修改意图被包括在权利要求 的范围之内。
权利要求
1、一种CMOS图像传感器，包括光电二极管；至少一个晶体管，在光电二极管上。
2、 如权利要求1所述的CMOS图像传感器，还包括多个晶体管。
3、 如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，至少一个晶体管是透明晶体管。
4、 如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，至少一个晶体管包 括由半导体氧化物形成的沟道层。
5、 如权利要求4所述的CMOS图像传感器，其中，半导体氧化物是从 由氧化锌、氧化锡、氧化铟和它们的组合组成的组中选择的至少一种。
6、 如权利要求5所述的CMOS图像传感器，其中，半导体氧化物包含 从由钽、铪、铟、镓、锶和它们的组合组成的组中选择的至少一种。
7、 如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，至少一个晶体管中 的每个包括位于覆盖光电二极管的第 一绝缘层上的源电极和漏电极、覆盖位 于第一绝缘层上的源电极和漏电极的半导体氧化物层、覆盖半导体氧化物层 的第二绝缘层和位于第二绝缘层上并处于源电极和漏电极之间的栅电极。
8、 如权利要求7所述的CMOS图像传感器，其中，源电极和漏电极是 透明电才及。
9、 如权利要求8所述的CMOS图像传感器，其中，透明电极由氧化铟 锡形成。
全文摘要
本发明提供了一种具有透明晶体管的CMOS图像传感器。CMOS图像传感器包括光电二极管和形成在光电二极管上的至少一个晶体管。所述图像传感器可以包括多个晶体管，其中，多个晶体管中的至少一个是透明晶体管。
文档编号H04N5/369GK101414615SQ20081012986
公开日2009年4月22日 申请日期2008年8月14日 优先权日2007年10月19日
发明者张丞爀, 朴永洙 申请人:三星电子株式会社