[发明专利]用于CMOS图像传感器像素的方形栅极源极跟随器

说明书

描述了用于实现与互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器像(CIS)素集成的方形栅极源极跟随器(SGSF)晶体管的技术。SGSF晶体管可以具有带有源区域的有源层，其包括与两个源区域中的每个源区域分离以形成平行电流沟道的漏极区域。方形栅极结构层包括主栅极区域和侧栅极区域，每个主栅极区域都设置在相应的一个电流沟道上方，而侧栅极区域耦合到主栅极区域。在特定的物理宽度(W)和电流沟道长度(L)的情况下，平行电流沟道可以类似于尺寸为2W和相同的L的传统线性源极跟随器发挥作用。与可比尺寸为W和L的传统源极跟随器晶体管相比，SGSF实施方式可以提供许多特征，包括更高的帧率、更低的功耗和更低的噪声。

技术领域

本发明总体上涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。更具体地，实施例涉及用于与CMOS图像传感器(CIS)像素集成的方形栅极源极跟随器晶体管设计。

背景技术

许多现代电子应用包括基于互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)技术的集成数码相机和/或其它成像系统。CIS通常可以包括像素阵列，每个像素包括单个光传感器(例如光电二极管)，或者多个光传感器的组合。每个像素还可以包括支持硬件，例如源极跟随器晶体管，用于将光传感器的光学响应转换成相应的电信号，以供其它部件使用。像素的性能可以与其大小有关。例如，增加像素中光电二极管区域的大小可以增加光电二极管的全阱电容(FWC)，这有助于支持更高的动态范围、更高的对比度和/或其它图像性能改进。类似地，增加源极跟随器晶体管的有源区域可以改善像素的噪声性能，例如增加其信噪比(SNR)。

对于任何给定的像素大小，光传感器和源极跟随器晶体管必须共享覆盖区(footprint)。这样，光传感器和源极跟随器晶体管中的一个的大小的任何增加都将使得另一个的大小的减小，从而像素设计通常表示图像性能(与光传感器的大小和相应的FWC相关)与噪声性能(与源极跟随器晶体管的有源区域相关)之间的权衡。随着像素尺寸的不断减小，在优化FWC的同时保持可接受的噪声性能变得越来越困难。

发明内容

实施例提供了用于实现与互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)像素集成的方形栅极源极跟随器晶体管的电路、器件和方法。方形栅极源极跟随器(SGSF)晶体管包括平行电流沟道。例如，晶体管具有带有源区域的有源层，其包括与两个源区域中的每个源区域分离以形成平行电流沟道的漏极区域。方形栅极结构层包括主栅极区域和侧栅极区域，每个主栅极区域都设置在相应的一个电流沟道上方，而侧栅极区域电耦合到主栅极区域。在一些实施方式中，侧栅极区域沿着SGSF晶体管的侧部与浅沟槽隔离区域(STI)重叠。在特定的物理宽度(W)和电流沟道长度(L)的情况下，平行电流沟道可以类似于尺寸为2W和L的传统线性源极跟随器发挥作用。与尺寸为W和L的传统源极跟随器晶体管相比，跨STI区域的宽度和/或栅极长度的有效增加可以提供许多特征，包括更高的帧率、更低的功耗和更低的噪声。

根据一组实施例，提供了一种源极跟随器晶体管。该源极跟随器晶体管包括：有源层，该有源层包括通过第一电流沟道与第一源极掺杂区域分离并且通过第二电流沟道与第二源极掺杂区域分离的漏极掺杂区域；以及方形栅极层。方形栅极层包括：第一主栅极区域，该第一主栅极区域在第一电流沟道上方，设置于漏极掺杂区域的第一侧；第二主栅极区域，该第二主栅极区域在第二电流沟道上方，设置于与漏极掺杂区域的第一侧相对的漏极掺杂区域的第二侧；以及侧栅极区域，该侧栅极区域设置于漏极掺杂区域的第三侧，以将第一主栅极区域电耦合到第二主栅极区域。