固态成像装置

阅读:1036发布:2020-09-04

专利汇可以提供固态成像装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种具有单位象素的阵列的固态成像装置,每个单位象素包括光电转换元件和用于放大对应于由通过光电转换元件的光电转换获得的电荷的 信号 并输出所得到信号的放大晶体管。放大晶体管包括埋入 沟道 MOS晶体管。根据本发明,1/f噪声基本上可以被减小。,下面是固态成像装置专利的具体信息内容。

1、一种包括单位象索的阵列的固态成像装置,每个单位象素包括: 光电转换元件;和 具有源跟随器结构的放大晶体管,其用于放大对应于由通过光电转换元件的光电转换获得的电荷的信号,其中放大晶体管是埋入沟道MOS晶体管; 转移晶体管,其用于将由通过光电转换元件的光电转换获得的电荷转移到浮动扩散区;和 复位晶体管,其用于复位浮动扩散区的电位; 选择晶体管,其串联到放大晶体管,用于选择象素; 其中放大晶体管的阈值电压大于选择晶体管的阈值电压; 其中,当放大晶体管是第一导电类型的MOS晶体管时,晶体管的栅电极包括第二导电类型的多晶,并且晶体管的沟道区掺杂了第一导电类型的杂质。
2、 如权利要求l所述的固态成像装置,其中至少^/f] 了两种具有不同扩散系数的第一导电类型杂质,并且 具有较低的扩散系数的杂质被分布为杂质的密度在接近晶体管的栅绝缘 薄膜的区域内高于具有较高扩散系数的其它杂质的密度。
3、 如权利要求l所述的固态成像装置,其中至少^l]了两种具有不同扩散系数的第一导电类型杂质,并且 具有较低的扩散系数的杂质被分布为杂质的密度在远离晶体管的栅绝缘薄膜 的区域内高于具有较高扩散系数的其它杂质的密度。
4、 一种包含#^立象素的阵列和用于处理来自单位象素的阵列的图像信号的信号 处理部分的固态成像设备,每个^^立象素包括:光电转^it件;和具有源跟随器结构的放大晶体管,其用于放大对应于由通过光电转换元件的光 电转换获得的电荷的信号,其中放大晶体管是埋入沟iiMOS晶体管:转移晶体管,其用于将由通过光电转换元件的光电转换获得的电荷转移到浮动 扩散区;和复位晶体管,其用于复位浮动扩散区的电位;选择晶体管,其串妙J放大晶体管,用于选择象素;其中放大晶体管的阈值电压大于选择晶体管的阈值电压;其中,当放大晶体管^f一导电类型的MOS晶体管时,晶体管的栅电极包括第 二导电类型的多晶硅,并且晶体管的沟道区掺杂了第一导电类型的杂质。

说明书全文

固态成像装置

相关申请的交叉引用

发明包含的主题涉及2004年10月19日在日本专利局提交的日本专利申请 JP 2004-303923,在此该专利申请的^内容以引用的形式被并入本申请中。

技术领域

本发明涉及固态成像装置,更M而言,涉及一种增强固态成像装置,其中 每个单位象素包括具有放大晶体管的光电转换元件,该晶体管用于放大对应于由 通过光电转换元件的光电转换得到的电荷的信号并且输出放大后的信号。

背景技术

固态成像装置分为两个主要的种类:电荷转移固态成像装置,典型的是电荷 杀給装置(CCD)图像传感器;以及增强的固态成像装置,典型的是金属化物半导 体(MOS)图像传感器,例如互补MOS (CMOS)图像传感器。CCD图像传感器与MOS图 像传感器相比需要较高的驱动电压以便转移信号电荷。因此,CCD图像传感器的 电源电压高于MOS图〗象传感器的电源电压。
因此,在很多情况下,将MOS图像传感器作为固态成像装置应用于移动装置, 例如装备摄f^几的移动电话或者个人数字助理(PDA),这是因为就较低的电源电压 和较低的功耗而言MOS图像传感器比CCD图像传感器更加有用。
将进一步相互比较CCD图像传感器和MOS图像传感器。虽然这些图像传感器 都具有相同的结构,即在其中每个含有光电转换元件的单位象素#^皮排列在二维 矩阵中,MOS图像传感器不使用用于从#象素中读出信号的垂直转移CCD和 平转移CCD。在MOS图像传感器中,聚集在每个单位象素中的电荷被转换为电信 号,然后从^^f立象素中读取该信号到通过由线或线制成的相应选择^^^选择 的相应信号线路中,与在^i者装置中的方法相同。
与CCD图像传感器不同,在M0S图1象传感器中,每个象素包括用于放大信号 的放大元件(在下文中,称为放大晶体管)。日本未审专利申请公开号为2002 -51263的申请公开了带有前述结构的MOS图像传感器。另一个新型MOS图像传感器具有在其中每个放大晶体管被多个象素共用的结构。在上述MOS图像传感器中, 如果放大晶体管的栅绝缘薄膜具有任意陷阱能级,该陷阱能级捕获或释放在沟道 中产生电流电子或空穴,因此导致电流的波动。电流的波动产生噪声。
换言之,在MOS图像传感器中,当放大晶体管放大信号时,放大晶体管的栅
绝缘薄膜中的陷阱能级引起噪声,它的功率镨与频率f的倒数也就是所谓的1/f 噪声(闪烁噪声)成比例。出现在放大晶体管中的1/f噪声不利地影响图像质量
把K作为一个过禾1^目关系数(有关在栅绝缘薄膜的界面处捕获或#^文电子的 系数),把Cox看作4鹏色缘薄膜的电容量,用L表示晶体管的沟道长度(栅的长度), 把W看作沟道宽度(活动区的宽度)。1/f噪声的功率谱(噪声电压的路线(route ) 均方值)通过如下表达式1获得。
"Cox『'丄•》 / ............、"
乂A4达式1可以清楚地理解,片鹏色缘薄膜的电容量Cox、栅长度L以及放大 晶体管的活动区宽度W越大,1/f噪声;tW小。
为了在诸如装备摄^斜儿的具有一兆象素或更多象素的移动电话之类的紧凑的 移动装置上安装MOS图像传感器,,对于减小MOS图像传感器尺寸的需要在增加。 如同表达式l所表明的,当晶体管的栅长L和活动区宽W减少时,1/f噪声增大。 在进一步减少M0S图像传感器的尺寸时,通过增加放大晶体管的栅长L和活动区 宽W来降低1/f噪声是很困难的。
用于从象素中读取信号的电压被«。到每个放大晶体管的栅电极。电压越高, 越容易从象素中读取信号。因此,电压被设置为高值,也^A2.5V或者更高,通 常是3.3V。因此,由于就4齢色缘薄膜的可靠性而言简单地P科W册绝缘薄膜的厚度 是困难的,所以在前述的表达式1中通过增加冲鹏色缘薄膜的电容量Cox来降低1/f 同样存在局限性。
本发明考虑到了上述缺点。希望提供一种固态成像装置,其基本能够在不增 加晶体管的栅长L、活动区宽W和栅绝缘薄膜电容量Cox的情况下降低1/f噪声。 依照本发明的一个实施例,提供了 一种具有^f立象素阵列的固态成像装置。
表达式1
发明内容换得到的电荷的信号并且输出所得到的信号的放大晶体管。该放大晶体管是J^V
沟道MOS晶体管并具有源跟随器结构的。转移晶体管,其用于将由通过光电转换元
件的光电转换获得的电荷转移到浮动扩散区;复位晶体管,其用于复位浮动扩散区 的电位;选择晶体管,其串联到放大晶体管,用于选择象素。其中放大晶体管的阈 值电压大于选择晶体管的阈值电压
附图说明
附图1是一个框图,描述根据本发明的一个实施例的MOS图傳?降感器的结构; 附图2是一个电路图,描述了每个^象素的电路结构; 附图3是一个电路图,描述了每个单位象素的另一种电路结构; 附图4是一个剖面图,描述了埋入沟道NMOS晶体管的结构; 附图5示出了随"fit^面沟道NMOS晶体管和普通iE/v沟道NMOS晶体管的栅
沟道区3或的深度的电位分布(potential profile)。
附图6示出了在表面沟道NMOS晶体管和il/v沟道NMOS晶体管之间比较l/f
-桑声的示例;
附图7示出了在没有^y亍源跟随器辦时,电子流的流动棒f生;
附图8示出了在l^亍源跟随器才辦时,电子流的流动特性;
附图9示出了在^4面沟道雨0S晶体管和^A沟道NM0S晶体管当作具有源
跟随器结构的放大晶体管使用时获得的输入-输出特性;和
附图10示出了在:feJr有i!X沟道杂质为磷的i^v沟道NMOS晶体管用作具有
源跟随器结构的放大晶体管,以^^eJl有沟道杂质为砷的埋入沟道NMOS晶体管 用作具有源跟随器结构的放大晶体管,以4把具有沟道杂质为磷和砷的埋入沟 道固OS晶体管用作具有源跟随器结构的放大晶体管时,获得的输入-输出棒性。

具体实施方式

本发明的一个实施例将在下文中结合图示进^#细说明。 附图1是一个描述了根据本发明的实施例的诸如MOS图像传感器之类的增强 的固态成像装置的结构的框图。参照附图l,根据本发明实施例的作为区域传感 器使用的MOS图像传感器10包括:具有排列成二维矩阵的^象素11的象素阵 列12,其中每个单位象素11包^i者如光电二极管之类的光电转换元件;作为信 号处理电路的垂直选择电路13、列电路14; 7JC平选择电路15;水平信号线16; 丰餘出电路17;以及定时发生器(TG) 18。在象素阵列12中,垂直信号线121按照象素矩阵的每列排列。每个单位象素 11的详细的线路配置将在下面进^^结述。垂直选择电路13包括移位寄存器并且
依次输出控制信号,例如用于驱动单位象素11的转移晶体管112的转移信号或者 用子驱动复位晶体管113的复位信号,并且每行用于驱动象素阵列12中每行中的 抖象素ll。
作为信号处理电路的列电路14按照象素矩阵12中的每列,即每条垂直信号 线121排列。每个列电路14包括例如取样-和—呆持(S/H)电路,或者一个相关 双取样(CDS)电路。水平选择电路15包括移位寄存器。水平选择电路15通过列 电路14依次选择从^象素11中输出的信号并^f言号输出至水平信号线16。在 附图l中,为了简化没有示出7jc平选if^f关。水平选择电路15依次打开或关闭按 照每列排列的7K平选择开关
通过水平选择开关15的驱动操作,单位象素11的信号依次从每列的相应列 电路14中输出,并JUt过水平信号线16被提供^llr出电路17。信号经过信号处 理,例如被输出电路17放大,然后从该装置中输出。定时发生器18产生各种定 时信号并且使用这些定时信号来驱动垂直选择电路13、列电路14和水平选择电 路15。
附图2是一个示出了每个单位象素11的电路结构的示例的电路图。参照附图 2,在这个示例中,除了诸如光电4管111之类的光电转换元件^卜,单位象素 IIA还包含三个晶体管,例如转移晶体管112、复位晶体管113和放大晶体管114。 在这个示例中,例如N沟道MOS晶体管被用于晶体管112到114。
转移晶体管112连接在光电^?L管111的阴极和浮动扩散(FD)区116之间。 当转移脉冲c))TRG被提供至转移晶体管112的栅极时,转移晶体管112转移信号 电荷(电子)到FD区116,该电荷由通过光电二改管111的光电转换得到并聚集 在转移晶体管112处。
复位晶体管113的漏M接到选择电源SELVDD并且其源极连接到FD区116。 当一个复位脉冲cf) RST在信号电荷从光电4管111转移到FD区116之前便被提 供给复位晶体管113的栅极时,复位晶体管113复位FD区116的电位。选择电源 SELVDD的电源电压在VDD电平和GND电平之间选4f^生地切换。
放大晶体管114具有这样的源跟随器结构,即放大晶体管114的栅极连接到 FD区116,它的漏极连接到选择电源SELVDD,并且它的源极连接到垂直信号线121。 当选择电源SELVDD的电源电压变为VDD电平时,放大晶体管114导通,使得单位象素IIA被选定。由复位晶体管113复位的FD区116的电位指示复位电平。放大 晶体管114输出表示复位电平电位的信号到垂直信号线121。在转移晶体管112 ^4言号电荷转移至FD区116之后,FD区116的电位表示信号电平。放大晶体管 114进一步输出表示信号电平电位的信号到垂直信号线121。
附图3是一个示出了每个单位象素11的另一种电路配置的示例的电路图。参 照附图3,在这个示例中,除了诸如光电_=^及管111之类的光电转换元件"卜, 单位象素11B还包括四个晶体管,即转移晶体管112、复位晶体管113、放大晶体 管114和选择晶体管115。例如,N沟道MOS晶体管被月作晶体管112到115。
转移晶体管112连接在光电4管111的阴极和FD区116之间。当转移脉沖 d)TRG作用到转移晶体管112的栅极时,转移晶体管112转移信号电荷(电子) 到FD区116,该电荷由通过光电二极管111的光电转换得到并聚集在转移晶体管 112处。
复位晶体管113的漏^U^接到电源VDD并且其源极连接到FD区116。当一个 复位脉冲4)RST在信号电荷从光电J^及管111 ##到FD区116之前便作用到复位 晶体管113的栅极时,复位晶体管113复位FD区116的电位。
选择晶体管115的漏极连接到另一个电源VDD并且它的源极连接到放大晶体 管114的漏极。当选择脉冲4)SEL被提供^^择晶体管115的栅极时,选择晶体 管115导通,4吏得选择晶体管115将电源电压VDD ^^^^给;改大晶体管114。因此, 象素11B被选定。选择晶体管115可以按另一种方式被酉己置,也就是iJiit择晶体 管115可以连接在放大晶体管114的源极和垂直信号线121之间。
放大晶体管114具有这样的源跟随器结构,即放大晶体管114的栅极连接到 FD区116,它的漏极连接到选择晶体管115的源极,并且它的源极连接到垂直信 号线121。放大晶体管114输出表示被复位晶体管113复位后的FD区116的复位 电平电位的信号到垂直信号线121。此外,在##晶体管112将信号电荷转移至 FD区116 放大晶体管114输出表示FD区116的信号电平电位的信号到垂
直信号线121。
在包括三个晶体管的单位象素IIA和包括四个晶体管的单位象素11B的每个 中,类似的4辨被批fr,使得由通过光电^^及管111的光电转换得到的信号电荷 通过转移晶体管112被转移到FD区116,对应于信号电荷的FD区116的电位被 放大晶体管114放大,并且表示放大后的电位的信号被输出到垂直信号线121。 在象素电路中,操作以类似的方式进行,如果包括放大晶体管114的每个晶体管的沟道长度短,则阈值电压Vth由于短沟道j支应而波动。因此,长沟道长度的MOS 晶体管被用作包括放大晶体管114的晶体管。
根据本发明,具有前述配置的每个单位象素11 (11A/11B)包括用作放大晶体 管114的埋入沟道MOS晶体管。根据本发明的这一实施例,每个单位象素11包括 用作放大晶体管114的N沟道MOS晶体管(在下文中,称为NMOS晶体管)。根据 本实施例,因为NM0S晶体管被用作放大晶体管114,所以N型对应于第一导电类 型并且P型对应于第二导电类型。
附图4是一个埋入沟道NM0S晶体管的结构剖面图。参照附图4,在P型半导 糾于底21的表面中,以预定的彼此间的距离形成分别用作漏区和源区的N型扩散 层22和23。此外,诸如磷(P)之类的N型原子被注入在扩散层22和23之间靠近 衬底表面的区域中,也:tU:沟道区,因此形成N-型层24。由P+型多晶制成的 栅电极26和由诸如Si02形成的4鹏色缘薄膜25形成在扩散层22和23之间的衬底 表面上。
附图5示出了普i!A面沟道和SA沟道NMOS晶体管的电位分布,每个电位分 布都延着晶体管的栅沟道区的深度。
如电位分布图所表明的,关于半导^十底(硅衬底)电位故最小化的区域, 也就是电流流动的区域,在表面沟道NMOS晶体管的情况下,该区域形^栅绝缘 薄膜和衬底之间的界面处。另一方面,在埋入沟道NMOS晶体管的情况下,该区域
独立于4鹏色缘薄膜而形成,也M形成在村底内部。假设在每个晶体管中捕获或 餘改电子或空穴的任意陷阱能级存在于4鹏色缘薄膜和衬底之间界面处,则表面沟 道NMOS晶体管比埋入沟道NMO晶体管所受的陷阱能级的影响更严重。
从上述描述可以清楚地理解,当il^沟道NMOS晶体管在MOS图像传感器10 的每个单位象素11中用作放大晶体管114时,衬底21的电位#錄小化(也就是, 电流流动)的区域不是形成在栅绝缘薄膜25和衬底21之间的界面处,而是形成 在和彬色缘薄膜25有一定距离处,也就是形成在衬底21内部。因此,如果捕获 或释放电子或空穴的任意陷阱能,在于栅绝缘薄膜和衬底之间界面处,则陷阱 能级对流过沟道的电流的影响可以被抑制。
换句话说,使用埋入沟道NMOS晶体管作为放大晶体管114可以防止由陷阱能 级引起的并且导致l/f噪声的产生的电流波动。因此,在不增加放大晶体管U4 的栅长(栅尺寸)L、栅宽(也就是活动区的尺寸)、栅绝缘薄膜的电容量Cox的 情况下,可以絲上减小l/f噪声。再参照附图2和附图3,垂直信号线121的末端连接到恒流源122。通常,恒 流源122包含具有大沟道宽度W的MOS晶体管(负载晶体管)。因此,当负载MOS 晶体管的类型与放大晶体管114相同时,放大晶体管114得以控制l/f噪声。在 这一点上,包舍作为放大晶体管114的埋入沟道MOS晶体管对于MOS图像传感器 10另_有用的。
可以知道i跃沟道MOS晶体管非常容易受到沟道长度(长度)的减小而引 起的短沟效应的影响。由于每一个单位象素11的扭軒都与上述相似,具有长长度 的M0S晶体管被用作放大晶体管114。因此,4艮容易受到短沟道放应影响的埋入 沟道MOS晶体管可以被用作放大晶体管114。
附图6示出了在表面沟道NMOS晶体管和i跃沟道NMOS晶体管之间比较l/f 噪声的示例。
从附图6可以清楚地理解,栅-源偏压越高,则栅绝缘薄膜和衬底之间界面 处流动的电流越多。当栅-源偏压高时,产生在埋入沟道NMOS晶体管中的l/f噪 声具有和表面沟道晶体管中的l/f噪声相同的电平。特别的,当栅-源偏压高于 1. 5V时,i!A沟道NMOS晶体管的1/f噪声电平等于表面沟道NMOS晶体管的1/f 噪声电平。
换句话说,当栅-源偏压等于或小于1.5V时,埋入沟道NMOS晶体管的l/f 噪声电平小于表面沟道NMOS晶体管的1/f噪声电平。当栅-源偏压约等于约1. OV 时,埋入沟道NMOS晶体管的1/f噪声电平与表面沟道NMOS晶体管的相差一个数 量级。因此,在埋入沟道NM0S晶体管中的栅-源偏压最好等于或小于1.5V。
当栅-源偏压高于1. 5V时,ilV沟道NMOS晶体管的1/f噪声电平等于表面 沟道NMOS晶体管的1/f噪声电平的原因如下:即使在埋沟NMOS晶体管中,随着 栅-源偏压越高,在栅极下面的最小的电位区(沟道区)也越接i^4面。如附图 7所示,电流在4彬色缘薄膜和衬底之间的界面处流动。
iM目反,根据本发明的实施例,因为每个^^(立象素11(11A/11B)包括具有前 述源跟随器结构的放大晶体管114,单位象素11在降低1/f噪声上有大的优势。 原因如下:在源跟随器电路中,栅-源偏压低。当SA沟道MOS晶体管净M作具 有源跟随器结构的放大晶体管时,电流在村底中流动,也就是如附图8所示在栅 绝缘薄膜和衬底之间界面以下流动。因此,埋入沟道特性被增强了。所以,1/f 噪声可以被可靠的减少。
为了在使用栅-源偏压时保持埋沟捧性,注入到沟道区的N型杂质的剂量必须等于或大于1 x 1019 (原子/立方厘米)。
附图9示出了在4錄面沟道NM0S晶体管和;iS7v沟道NM0S晶体管当作具有源 跟随器结构的放大晶体管114使用时获得的输入-输出特性。
从附图9可以清楚地理解,it^v沟道NMOS晶体管的输入信号Vin与输出信号 Vout之间的线性棒f生要好于表面沟道NMOS晶体管。
在埋入沟道MOS晶体管中,因为迁移率ji不受在4鹏色缘薄膜和衬底之间的界 面处的粗4tt影响,所以迁移率y高,因此导致其員包括迁移率y的转移电导 gm的增口。因此,Vout/Vin的斜率(=gm/(gm+gds+gmbs))增力口了,其中gds表 示输出电导并且gmbs表示衬底偏压效应的比例系数。
具体而言,在包括埋入沟道NMOS晶体管的放大晶体管114中,栅电极26是 N+型而不是P+型。因此,P+类型的栅电极26可以允i午沟道区成为耗尽区。有利 的是,iE7v沟道特性可以进一步增强,这样Vout/Vin的斜率可以被增力口。 Vout/Vin 的大的斜率意味着宽的动态范围和高输出灵敏变。
如前所述,因为放大晶体管114的P+类型的栅电极26实现了宽动态范围和 高输出灵4嫂,所以可以容易地设置在下行信号处理系统,也:t^对应的列电路 14 (按照附图1)的输入处的操作点。此外,在关断(OFF)状态下,没有漏电流 的波动。有利的是,垂直噪声m^偉发生。因此,即使当暗场(dark scene)中的增 益增加时,也可以以低噪声^^得高质量的图像。
此外,在将N型杂质注入沟道区以便形成作为埋入沟道MOS晶体管的放大晶 体管114时,通过注入至少两种具有不同扩散系数的N型杂质可以获得比注入一 种N型杂质更为增强的埋入沟道特性。关于至少两种具有不同扩散系数的N型杂 质,例如砷(As)和磷(P)是可用的。
附图10示出了三种类型的i^A沟道NM0S晶体管的输入-输出特性,其中每 种埋入沟道NMOS晶体管都作为具有源跟随器结构的放大晶体管114。在第一种类 型中,只将磷注入到沟道区中。在第二种类型中,只有石朽皮注入。在第三种类型 中,磷和砷啫財皮注入。
如附图IO所表明的,输入-输出特性的幾性特性按照第一类型、第二类型和 第三类型的顺序(也#议,第一种>第^>第三种)变好(也#议,它的斜率变 大)。原因是互导按照笫一类型、第二类型和第三类型的顺序(也才M,第一种> 第4>笫三种)变好。
在将碌和碎作为两种具有不同扩散系数的N型杂质注入时,具有较低的扩散系数的砷被分布为砷的密度在接近栅绝缘薄膜25的区域内高于具有较高扩散系 数的磷的密度。因此,当电位分布的峰值由于砷而形成在栅沟道区的深度内时,N 型区可以由于磷而加宽至衬底深处。因此,可以形成具有良好的短沟道特性的埋 入沟道。
作为选择,在将磷和砷作为两种具有不同扩散系数的N型杂质注入时,具有 较低的扩散系数的砷可以被被分布为砷的密度在远离栅绝缘薄膜25的区域内高 于具有较高扩散系数的磷的密度。在这种扩散方式中,虽然短沟道特性比上述方 式低,但与上述方i^目比1/f噪声可以通过在深处形成沟il^被更可靠的降低。
上述^J^埋入沟道NMOS晶体管作为放大晶体管114的技术可以应用在附图2 中具有三个晶体管的^象素IIA和附图3中具有四个晶体管的单位象素IIB的 每个中。同样,降低l/f噪声的优点可以在每个单位象素11A和11B中获得。
具体而言,当将具有P+型栅电极的il^沟道NMOS晶体管应用于附图3中具 有四个晶体管的单位象素11B中的放大晶体管114时,可以获得如下操作效果。
在单位象素11B的象素电路中,选择晶体管115连接至放大晶体管114,使 得选择晶体管115比放大晶体管114更靠近电源VDD。使用Vtha表示放大晶体管 114的阈值电压并且使用Vths作为选择晶体管115的阈值电压。为了防止在选择 晶体管115中的电压下P条,需要满足如下条件:Vths〈Vtha。
在前述条件下,如果将具有N+型栅电极的埋入沟道NMOS晶体管应用于放大 晶体管114,则放大晶体管114的阈值电压Vtha变得更低。选择晶体管115的阈 值电压Vths必须低于阈值电压Vtha。遗憾的是,选择晶体管115总是在导通状 态,导致相应的象素不能被选定。
根据本发明的实施例,因为将具有P+型栅电极的埋入沟道NMOS晶体管应用 于放大晶体管114,所以放大晶体管114的阈值电压Vtha可以设置得更高。即使 当选择晶体管115的阈值电压Vths设置得比阈值电压Vtha低时,选择晶体管115 无疑也可以导通或关断。有利的是,相应的象素可以被选择晶体管115可靠地选 定并iU文大晶体管114中的1/f噪声可以被降低。
根据本发明的实施例,N沟道MOS晶体管可以用作放大晶体管,而且埋入沟 道MOS晶体管可以被用作NMOS放大晶体管。本发明不局限于上述实施例。P沟道 MOS晶体管可以被用作放大晶体管并且埋入沟道MOS晶体管可以被用作PMOS放大 晶体管。在PMOS晶体管中,P型对应于第一导电类型并且N型对应于第二导电类 型。换言之,附图4中的电导方式^^转。此外,根据本发明,本发明应用于包括象素以矩阵排列的二维象素阵列的区 域传感器,每个象素包括光电转换元件和用于放大指示对应于由通过光电转换元 件的光电转换获得的电荷的电位的信号、并输出所得到的信号的放大晶体管。本 发明的应用不局限于区域传感器。本发明也可以应用于包括成线性排列(一维) 的象素的线性传感器(线传感器),每个象素具有和二维象素阵列中的结构相同的 结构。
同样,如附图ll所述,本发明也可以应用于固态成像装置,例如摄#^几、摄
4斜莫、移动电话或者个人数字助理(PDA)。固态成像装置可以包括处理图像信号 的信号处理部分201以及传导入射^fij成像区域的光学系统202。这时,固态成
像装置可以捕捉好质量的图像。
本领域技术人员应理解可以根据附加权利要求或其等同物的范围内的设计要 求以及其他因素做出各种修改、组合、子组合以及替换。
在带有上述结构的固态成像装置和固态成像设备中,因为iE7v沟道M0S晶体 管净細作放大晶体管,衬底的电位被最小化的区域,也#议,电流流动的区域不 是形成在晶体管的栅绝缘薄膜和衬底之间的界面上,而是远离栅绝缘薄膜而形成, 也就是,形i^村底内部。因此,如杲捕获或#^电子或空穴的任意陷阱能级存 在于栅绝缘薄膜和村底之间的界面处,则陷阱能M^"流过沟道的电流的影响可以 被抑制。换言之,由陷阱能级引起和导致l/f噪声的产生的电流波动可以被防止。
通常,〗^f可埋入沟道MOS晶体管易受由减少沟道长度(栅长度)引起的短沟 il^丈应的影响。在另一方面,每个单位象素以类似的方式操作,使得由通过光电 转换元件的光电转换获得的电荷被转移到浮动扩散区,指示对应于该电荷的浮动 扩散区的电位的信号被放大晶体管放大,并且所得到的信号被输出M应的信号 线。因为放大晶体管的短沟道长度导致阈值电压Vth的波动,所以具有长沟道长 度的MOS晶体管被用作放大晶体管。因此,易于被短沟道效应影响的埋入沟道MOS
晶体管可以^皮用作放大晶体管。
依照本发明,橫月埋入沟道MOS晶体管作为放大晶体管、可以抑制在栅绝缘 薄膜和衬底之间的界面处的任何陷阱能级对流过沟道的电流的影响。有利的是,
在不增加晶体管的栅长L、活动区宽W、 4彬色缘薄膜的电容量Cox的情况下,可以
絲上降低l/f噪声。
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