[发明专利]图像传感器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的领域，更具体地，涉及一种图像传感器及其形成方法。

背景技术

现有技术中，CMOS图像传感器的像素阵列的像素单元一般为3T或4T结构，3T结构包括复位晶体管(RST)、源跟随晶体管(SF)、行选通晶体管(RSel)，而4T结构会在这个基础上增加一个转移晶体管(TX)。现有的CMOS图像传感器中，由若干个像素单元组成的像素阵列接收入射光，收集光子，一般采用光电二极管(Photodiode or Photodetector)收集入射光。就整体来说，基本的工作原理为：通过光电转换形成光生载流子，产生模拟信号，通过对像素阵列的行选通并进行列读取，读出每列的模拟信号，进行后续的运算增益放大、模数转换等信号处理过程。就单个像素单元来说，光电二极管适于进行光电转换，转移晶体管控制光电二极管中产生的信号电荷传到浮置扩散区，复位管复位浮置扩散区的电位，源跟随管的栅极与浮置扩散区相连，源极输出一个和浮置扩散区电位相关的电信号。在现有的技术中，如果在P型半导体衬底形成相关器件，源跟随晶体管(SF)往往采用以N型多晶硅作为栅电极的NMOS的结构，在这种SF管中形成的N型沟道有两种方式，一种为接近半导体衬底表面的沟道，但噪声较大；另一种为埋沟沟道(buried channel)，业内现在多采用前者。

图1是4T像素的基本结构示意图，其包括光电二极管11、转移晶体管12、复位晶体管13、源跟随晶体管14和行选通晶体管15。其中，光电二极管11用于感应光强度变化而形成相应的图像电荷信号。转移晶体管12用于转移图像电荷信号，将该图像电荷信号转移至浮置扩散区(Floating Diffusion)。复位晶体管13在复位控制信号RST的控制下相应地导通或关断，从而向源跟随晶体管14的栅电极提供复位信号。源跟随晶体管14用于基于所转移的图像电荷信号生成电压信号。

在实际电路的设计中发现：如果采用N型poly(多晶硅)栅电极的NMOS晶体管并采用埋沟的方式，埋沟能使载流子转移的沟道不接近于半导体衬底的内表面，有效减小光生载流子吸附于缺陷的可能性，但是这种结构晶体管的阈值电压Vth很低，甚至出现负值，因此，源跟随管的栅极电压与源级电压的差会很小。而源跟随管和栅极与浮置扩散区电连接，当浮置扩散区被复位时，电压较高，例如：2.5V，这时，源跟随管的源级电压也会很高，例如2.3V电压较高，会造成后续相关双采样电路(correlated double sampling CDS)不能工作在正常电压范围内，导致电路异常，例如：固定模式噪声较大，降低图像的成像质量。

因此，如何提供一种在不改变电路设计的基础上，简洁、高效的降低列信号电压且不影响整体功效的图像传感器，为业内探寻的方向。

公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有较低输出电压的随跟随晶体管的图像传感器及其形成方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种图像传感器，该图像传感器包括：

第一导电类型的半导体衬底、光电二极管、浮置扩散区、转移晶体管、复位晶体管和源跟随晶体管，其中所述源跟随晶体管包括位于所述半导体衬底表面的第一导电类型多晶半导体栅电极、位于半导体衬底内的第二导电类型源极和位于半导体衬底内的第二导电类型漏极。

优选地，所述源跟随晶体管还包括：第二导电类型区域，所述第二导电类型区域位于所述半导体衬底内部并且位于所述第二导电类型源极与第二导电类型漏极之间。

优选地，所述源跟随晶体管还包括：第一导电类型区域，所述第一导电类型区域位于所述第二导电类型区域与所述第一导电类型多晶半导体栅电极之间。

优选地，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型，或所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。

优选地，所述第一导电类型多晶半导体栅电极的掺杂浓度为：10¹⁸/cm³至10²¹/cm³。

本发明还提供一种图像传感器的形成方法，包括：

优选地，所述图像传感器的形成方法包括：

提供第一导电类型的半导体衬底；

在所述半导体衬底内部形成源跟随晶体管的第二导电类型源极、第二导电类型漏极；

在所述半导体衬底表面形成源跟随晶体管的第一导电类型多晶半导体栅电极。