專利名稱：Cmos有源像素傳感器共享的放大器像素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及CMOS圖像傳感器的領(lǐng)域，更具體地，涉及一種 圖像傳感器，在所述圖像傳感器中，多個(gè)光電探測(cè)器共享放大器。
背景技術(shù)：
在

圖1中，現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的2個(gè)共享的像素示意圖包括兩 個(gè)光電探測(cè)器(PD1和PD2),每個(gè)光電探測(cè)器都具有相關(guān)聯(lián)的傳輸門 (TG1和TG2 ),所述傳輸門(TG1和TG2 )將電荷傳輸?shù)?>共浮動(dòng)擴(kuò)散 感測(cè)節(jié)點(diǎn)。行選擇晶體管(RSEL)選擇要讀出的行，而具有復(fù)位門(RG) 的復(fù)位晶體管將公共浮動(dòng)擴(kuò)散感測(cè)節(jié)點(diǎn)U+)復(fù)位到預(yù)定電壓。源極跟 隨器輸入晶體管SF感測(cè)公共浮動(dòng)擴(kuò)散感測(cè)節(jié)點(diǎn)(n+)上的電壓并且對(duì) 信號(hào)進(jìn)行放大。圖2中的現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器是類似的概念，區(qū)別僅 在于四個(gè)光電二極管(PD1-PD4)和TG (TG1-TGO共享^〉共部件。
這些共享的放大器像素旨在使用規(guī)模較小的CMOS工藝來產(chǎn)生具有 高占空系數(shù)(fill factor)的小像素。在使用小像素的情況下，光電 二極管能夠具有低的電荷容量。與非共享的放大器像素相比，共享的放 大器像素原本就具有較高的浮動(dòng)擴(kuò)散電容，這是由于后者具有連接在一 起的多個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散。較大的電容是由包括單個(gè)電荷到電壓轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的多 個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)引起的結(jié)果，并且還由于連接多個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的互連層的 寄生電容而引起。因此，所期望的是減小浮動(dòng)擴(kuò)散電容以便能夠在感測(cè) 節(jié)點(diǎn)獲得適當(dāng)?shù)碾妷盒盘?hào)擺幅。因此，本發(fā)明描述了在共享的放大器C腦S有源像素傳感器(APS) 設(shè)計(jì)中減小浮動(dòng)擴(kuò)散電容的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于克服如上所述的一個(gè)或多個(gè)問題。總體上，根據(jù)本發(fā) 明的一個(gè)方法，本發(fā)明在于一種包括單位晶格(unit cell)的圖像傳 感器，所述單位晶格具有多個(gè)像素；所述單位晶格包括(a)放大器 輸入晶體管，被多個(gè)像素共享；(b)多個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散，被浮動(dòng)擴(kuò)散互連 層接合，并且被連接到放大器輸入晶體管；和(c)互連層，形成輸出 信號(hào)線，所述輸出信號(hào)線屏蔽浮動(dòng)擴(kuò)散互連層。
參照附圖，根據(jù)如下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述和隨附的權(quán)利要求，將 會(huì)更加清楚地理解本發(fā)明的這些以及其他方面、目的、特征和優(yōu)勢(shì)。 本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)在共享的放大器CMOS有源像素傳感器(APS) 設(shè)計(jì)中減小電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)(也被稱作感測(cè)節(jié)點(diǎn)電容)。 附圖描述
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的具有共享放大器的兩個(gè)光電二極管的圖像傳感器 的示意圖2是現(xiàn)有技術(shù)的具有共享放大器的四個(gè)光電二極管的圖像傳感器 的示意圖3a是本發(fā)明的具有共享公共感測(cè)節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)光電二極管的圖像 傳感器的示意圖，其中所述公共感測(cè)節(jié)點(diǎn)使用輸出總線來屏蔽浮動(dòng)擴(kuò)散 互連層；
圖3b是沿著圖3a的線3b-3b的橫截面的側(cè)視圖4a是現(xiàn)有技術(shù)的在P阱中具有浮動(dòng)擴(kuò)散的像素的示意圖4b是本發(fā)明的像素的示意圖，所述像素在較深且較輕摻雜的n
型注入中具有浮動(dòng)擴(kuò)散，并且麗0S P阱注入被從浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)掩蔽；
圖4c是本發(fā)明和圖4b的更具體的實(shí)施例的像素的示意圖，其中較
深且較輕摻雜的n型注入是使用還被用在光電探測(cè)器中的注入而形成
的；以及
圖5是本發(fā)明的數(shù)字照相機(jī)的圖示。
具體實(shí)施例方式
在詳細(xì)討論本發(fā)明之前，具有指導(dǎo)意義的是，注意到本發(fā)明優(yōu)選地 用于但不限于C腦S有源像素傳感器。有源像素傳感器指的是像素內(nèi)的 有源電氣元件，例如復(fù)位晶體管和行選擇晶體管，而CMOS指的是互補(bǔ) 金屬氧化物硅類型電氣元件，例如與像素相關(guān)聯(lián)但通常不在像素中的晶 體管，并且它們是在晶體管的源極/漏極屬于一種摻雜質(zhì)類型和包圍它 的相反摻雜質(zhì)類型的時(shí)候形成的。C腦S設(shè)備通常消耗較少的功率。
參照?qǐng)D3a,其中示出了具有多個(gè)〗象素20a和20b的單位晶才各10的 示意圖。本發(fā)明的圖像傳感器30包括形成像素陣列的多個(gè)單位晶格 10。每個(gè)單位晶格10都包括響應(yīng)于入射光而聚集電荷的兩個(gè)或更多光 敏區(qū)(PD1和PD2)。優(yōu)選地，光電二極管被用作光每文區(qū)(PD1和PD2),
并且優(yōu)選地，兩個(gè)像素形成單位晶格10。行選擇晶體管RSEL選擇要輸出 的行。每個(gè)光敏區(qū)(PD1和PD2)分別包括用于將電荷傳輸?shù)剿鼈兏髯?的共享感測(cè)節(jié)點(diǎn)(n+)的傳輸門(TG1和TG2 )，所述共享感測(cè)節(jié)點(diǎn)(n+) 優(yōu)選是浮動(dòng)擴(kuò)散，它將電荷轉(zhuǎn)換成電壓。所述感測(cè)節(jié)點(diǎn)(n+)被浮動(dòng)擴(kuò) 散互連層40電連接在一起。在將電荷從光敏區(qū)(PD1和PD2)傳輸?shù)礁?測(cè)節(jié)點(diǎn)(n+)之前，復(fù)位門(RG)將感測(cè)節(jié)點(diǎn)(n+)上的電壓復(fù)位到預(yù) 定電壓。放大器-優(yōu)選是源極跟隨器(SF)，感測(cè)電連接的感測(cè)節(jié)點(diǎn)(n+) 上的電壓，以在輸出總線或輸出線50上輸出。
參照?qǐng)D3a和3b，具有指導(dǎo)意義的是，注意到輸出線50被物理地放 置成使得它屏蔽浮動(dòng)擴(kuò)散互連層40。這減小了電連接的浮動(dòng)擴(kuò)散(n+) 的電容。浮動(dòng)擴(kuò)散互連層40被布線于金屬互連層中，所述金屬互連層 優(yōu)選地在物理上位于輸出線50層之上或高于輸出線50層。通過借助于 將輸出線5Q布線在浮動(dòng)擴(kuò)散互連層或線40之下來屏蔽浮動(dòng)擴(kuò)散互連層 或線40，浮動(dòng)擴(kuò)散互連層40的寄生電容就被減小。典型地，輸出線50 的寬度會(huì)大于浮動(dòng)擴(kuò)散互連層40的寬度以便產(chǎn)生更有效的屏蔽。
雖然所示的前述實(shí)施例具有共享放大器的兩個(gè)光電二極管，但是本 發(fā)明可適用于共享放大器的任意數(shù)量光電二極管。例如，可以存在共享 放大器的3個(gè)或更多光電二極管。
參照?qǐng)D4b和4c,作為在共享的像素設(shè)計(jì)中減小浮動(dòng)擴(kuò)散電容的方 法的替代性方法是對(duì)于浮動(dòng)擴(kuò)散的n+有源范圍區(qū)使用較深且較輕摻雜 的注入，并從浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)除去P阱或?qū)阱進(jìn)行修改。這減小了浮動(dòng)擴(kuò) 散感測(cè)節(jié)點(diǎn)的結(jié)電容。典型地，在現(xiàn)有技術(shù)(在圖4a中示出)中，浮動(dòng) 擴(kuò)散有源范圍區(qū)(n+)是借助于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝的 n+源極/漏極而^皮注入的并且被P阱60包圍，P阱60用于形成n型金屬 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。該n+源極/漏極注入常常高于 lel4cm2,從而產(chǎn)生少于0. 20mn的結(jié)深度。P阱60還是大劑量注入，從 而產(chǎn)生大于le6 cm-3的有效p型本底濃度。圖4b和圖4c中所示的本 發(fā)明在浮動(dòng)擴(kuò)散有源區(qū)域(n+)中^^用額外的n型注入70以增加庫(kù)毛盡 區(qū)寬度。這是單獨(dú)完成的，或是連同從浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的全部或部分區(qū)消除 P阱注入，或連同修改P阱注入以獲得較低的本底濃度一起完成的。額 外的n型注入70常常是能量高于或等于50 KeV且劑量少于lel4 cm3 的磷。這種注入優(yōu)選是用于形成光電探測(cè)器20的光電二極管注入。
參照?qǐng)D5，其中示出了數(shù)字照相機(jī)80(所述數(shù)字照相機(jī)80在其中布 置有圖像傳感器30),以用于說明一般消費(fèi)者所習(xí)慣的典型商業(yè)實(shí)施例。
部件列表
IO單位晶格
20光電探測(cè)器
2 0a^象素
2 0b像素
30圖像傳感器
40浮動(dòng)擴(kuò)散互連層或線
50輸出總線或輸出線
60 P阱
70 n型注入
8 0數(shù)字照相機(jī)
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括單位晶格，所述單位晶格具有多個(gè)像素；所述單位晶格包括(a)放大器輸入晶體管，被所述多個(gè)像素共享；(b)多個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散，被浮動(dòng)擴(kuò)散互連層接合，并且被連接到所述放大器輸入晶體管；和(c)互連層，形成輸出信號(hào)線，所述輸出信號(hào)線屏蔽所述浮動(dòng)擴(kuò)散互連層。
2. —種圖像傳感器，包括單位晶格，所述單位晶格具有多個(gè)像素，每個(gè)像素都包括光電探測(cè) 器和傳輸門；所述單位晶格包括(a)多個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散，被浮動(dòng)擴(kuò)散互連層接合，其中在浮動(dòng)擴(kuò) 散區(qū)中沒有使用額外的P阱注入。
3. —種圖像傳感器，包括單位晶格，所述單位晶格具有多個(gè)像素，每個(gè)像素都包括光電探測(cè) 器和傳輸門；所述單位晶格包括(a)多個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散，具有n型源極漏極注入，并且所述浮動(dòng) 擴(kuò)散被浮動(dòng)擴(kuò)散互連層接合；其中n型注入包圍所述n型源極漏極注入， 以用于減小結(jié)電容。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中所述n型注入被用于形 成光電探測(cè)器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所述浮動(dòng)擴(kuò)散具有n型 源極漏極注入，并且所述浮動(dòng)擴(kuò)散被浮動(dòng)擴(kuò)散連接層接合；其中n型注 入包圍所述n型源極漏極注入以用于減小結(jié)電容。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中所述n型注入被用于形 成光電探測(cè)器。
7. —種照相才幾，包括 圖像傳感器，所述圖像傳感器包括單位晶格，所述單位晶格具有多個(gè)像素；所述單位晶格包括(a) 放大器輸入晶體管，被多個(gè)像素共享；(b) 多個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散，被浮動(dòng)擴(kuò)散互連層接合，并且被連接到 所述放大器輸入晶體管；和 (C)互連層，形成輸出信號(hào)線，所述輸出信號(hào)線屏蔽所述浮 動(dòng)擴(kuò)散互連層。
8. —種照相機(jī)，包括 圖像傳感器，所述圖像傳感器包括單位晶格，所述單位晶格具有多個(gè)像素，每個(gè)像素都包括光電 探測(cè)器和傳輸門；所述單位晶格包括(a)多個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散，被浮動(dòng)擴(kuò)散互連層接合；其中在浮動(dòng) 擴(kuò)散區(qū)中沒有使用額外的P阱注入。
9. 一種照相機(jī)，包括 圖像傳感器，所述圖像傳感器包括單位晶格，所述單位晶格具有多個(gè)像素，每個(gè)像素都包括光電 探測(cè)器和傳輸門；所述單位晶格包括(a)多個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散，具有n型源極漏極注入，并且所述擴(kuò)散 區(qū)被浮動(dòng)擴(kuò)散互連層接合；其中n型注入包圍所述n型源極漏極注入以 用于減小結(jié)電容。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的照相機(jī)，其中所述n型注入被用于形成光 電探測(cè)器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的照相機(jī)，其中所述浮動(dòng)擴(kuò)散具有n型源極 漏極注入，并且所述浮動(dòng)擴(kuò)散被浮動(dòng)擴(kuò)散互連層接合；其中n型注入包 圍所述n型源極漏極注入以用于減小結(jié)電容。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的照相機(jī)，其中所述n型注入被用于形成 所述光電探測(cè)器。
全文摘要
一種圖像傳感器，包括單位晶格，所述單位晶格具有多個(gè)像素；所述單位晶格包括放大器輸入晶體管，被多個(gè)像素共享；多個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散，被浮動(dòng)擴(kuò)散互連層接合，并且被連接到放大器輸入晶體管；和互連層，形成輸出信號(hào)線，所述輸出信號(hào)線屏蔽所述浮動(dòng)擴(kuò)散互連層。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101194363SQ200680019262
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月2日
發(fā)明者R·M·圭達(dá)什, R·姆魯?shù)侔簛唩? W·徐 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司