專利名稱：具有透明晶體管的cmos圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
示例實(shí)施例涉及通過在光電二極管上形成透明晶體管以具有較大的光電 二極管區(qū)域的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是一種將光轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換器。傳統(tǒng)的圖像傳感器 包括以陣列布置在半導(dǎo)體基底上的多個(gè)單元像素。每個(gè)單元像素包括光電二
晶體管根據(jù)光電荷的量輸出電信號。
互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器包括接收并存儲光學(xué)信號的 光電二極管。CMOS圖像傳感器通過控制或處理光學(xué)信號的控制器件來顯示 圖像?？梢允褂肅MOS制造技術(shù)來制造控制器件。CMOS圖像傳感器可以與 各種信號處理裝置一起制造成單個(gè)芯片。
在CMOS裝置中，因?yàn)楣怆姸O管和多個(gè)晶體管集成在一個(gè)芯片中，所 以限制了光電二極管的區(qū)域。選擇特定波長的濾色器可以形成在光電二極管 區(qū)域上。當(dāng)光電二極管區(qū)域減小時(shí)，CMOS圖像傳感器的動態(tài)范圍會減小， 從而降低圖像傳感器的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
示例實(shí)施例提供了使用透明晶體管的具有較大光電二極管區(qū)域的互補(bǔ)金 屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器及其制造方法。
示例實(shí)施例涉及通過在光電二極管上形成透明晶體管而具有較大光電二 極管區(qū)域的CMOS圖像傳感器及其制造方法。
根據(jù)示例實(shí)施例，提供了 CMOS圖像傳感器，所述CMOS圖像傳感器 包括光電二極管和形成在光電二極管上的至少 一個(gè)晶體管。
所述圖像傳感器可以包括多個(gè)晶體管。至少 一個(gè)晶體管可以是透明晶體 管。晶體管可以包括由半導(dǎo)體氧化物形成的溝道層。半導(dǎo)體氧化物可以為乂人由ZnO、 SnO、 InO和它們的組合組成的組中選 擇的至少一種。半導(dǎo)體氧化物可以包含從由Ta、 Hf、 In、 Ga、 Sr和它們的組 合組成的組中選擇的至少 一種。
至少一個(gè)晶體管可以包括位于覆蓋光電二極管的第一絕緣層上的源電極 和漏電極、覆蓋位于第一絕緣層上的源電極和漏電極的由半導(dǎo)體氧化物形成 的半導(dǎo)體氧化物層、覆蓋半導(dǎo)體氧化物層的第二絕緣層和形成在第二絕緣層 上并處于源電極和漏電極之間的柵電極。
源電極和漏電極可以是透明電極。透明電極可以由氧化銦錫(ITO)形成。


通過下面參照附圖的詳細(xì)描述，將更清楚地理解示例實(shí)施例。圖l至圖
7表示是這里描述的非限制性示例實(shí)施例。
圖1是示出根據(jù)示例實(shí)施例的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感
器的平面圖的示圖2是示出沿圖1的線II-II截取的剖視圖的示圖3是示出沿圖1的線III-III截取的剖視圖的示圖4是圖1至圖3中描述的圖像傳感器的等效電路圖5是示出根據(jù)示例實(shí)施例的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感
器的平面圖的示圖6是示出沿圖5的線VI-VI截取的剖視圖的示圖； 圖7是圖5和圖6中描述的圖像傳感器的等效電路圖。
具體實(shí);^方式
現(xiàn)在，將參照示出了一些示例實(shí)施例的附圖來更充分地描述各種示例實(shí) 施例。在附圖中，為了清晰起見，可以夸大層和區(qū)域的厚度。
現(xiàn)在，將參照示出了示例實(shí)施例的附圖來更充分地描述根據(jù)示例實(shí)施例 的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。
雖然使用"透明晶體管"來描述示例實(shí)施例，但是也可以使用"非透明 晶體管"。術(shù)語"透明晶體管"用于將示例實(shí)施例與其它的發(fā)明區(qū)分開，因此， 該術(shù)語不應(yīng)被解釋為限制這里闡述的實(shí)施例。
CMOS圖像傳感器包括二維布置的多個(gè)像素。每個(gè)像素可以包括光采集透鏡和濾色器，光釆集透鏡用于將足夠量的光傳送到在光釆集透鏡下方的光 電二極管，濾色器將特定波長的光透射到光電二極管并阻擋具有不同波長的 光。在下面的描述中，將只描述單元像素，并且在附圖中省略了光釆集透鏡 和濾色器的配置。
示例實(shí)施例涉及通過在光電二極管上形成透明晶體管而具有較大光電二 極管區(qū)域的CMOS圖像傳感器。
圖1是示出根據(jù)示例實(shí)施例的具有透明晶體管的CMOS圖像傳感器100 的平面圖的示圖。
參照圖1, CMOS圖像傳感器100包括光電二極管PD和四個(gè)柵電極。 四個(gè)柵電極包括傳輸柵極121、重置柵極122、驅(qū)動?xùn)艠O144和選擇柵極145。 柵電極可以分別被包括在傳輸晶體管Tx、重置晶體管Rx、驅(qū)動晶體管Dx和 選擇晶體管Sx中。
傳輸晶體管Tx和重置晶體管Rx可以形成在光電二極管PD的側(cè)部上。 半導(dǎo)體氧化物層OS可以形成在光電二極管PD的一部分上。驅(qū)動晶體管Dx 和選擇晶體管Sx可以形成在半導(dǎo)體氧化物層OS上。
光電二極管PD可以為通過到達(dá)光電二極管PD的光而產(chǎn)生電子和空穴的 區(qū)域。在示例實(shí)施例中，光電二極管PD的區(qū)域可以大于傳統(tǒng)的光電二極管 的區(qū)域，這是因?yàn)楣怆姸O管PD可以形成在驅(qū)動晶體管Dx區(qū)域和選擇晶體 管Sx區(qū)域中。
第一觸點(diǎn)CT1和第二觸點(diǎn)CT2可以通過導(dǎo)線(未示出)彼此電連接。
圖2是示出沿圖1的線n-n截取的剖視圖的示圖。
參照圖2， N阱區(qū)111可以形成在半導(dǎo)體基底110(例如，p型Si基底)中。 P型雜質(zhì)區(qū)112可以形成在N阱區(qū)111的表面上。N阱區(qū)111和p型雜質(zhì)區(qū) 112形成光電二極管PD。
摻雜有n型雜質(zhì)的浮置擴(kuò)散區(qū)113和重置擴(kuò)散區(qū)114可以形成在光電二 極管PD的側(cè)部上?？梢詫Ω≈脭U(kuò)散區(qū)113和重置擴(kuò)散區(qū)114進(jìn)行摻雜，使得 浮置擴(kuò)散區(qū)113和重置擴(kuò)散區(qū)114的電勢低于光電二極管PD的電勢。在圖1 中，浮置擴(kuò)散區(qū)113和重置擴(kuò)散區(qū)114分別由FD和RD表示。
第一絕緣層120可以形成在基底110上。傳輸柵極121可以形成在N阱 區(qū)111和浮置擴(kuò)散區(qū)113之間。重置柵極122可以形成在第一絕緣層120中 并在浮置擴(kuò)散區(qū)113和重置擴(kuò)散區(qū)114之間。光電二極管PD的N阱區(qū)111、浮置擴(kuò)散區(qū)113和傳輸柵極121形成傳輸晶體管Tx。浮置擴(kuò)散區(qū)113、重置 擴(kuò)散區(qū)114和重置柵極122形成重置晶體管Rx。
第二絕緣層130可以形成在第一絕緣層120上。第一絕緣層120和第二 絕緣層130可以由氧化硅形成。第一觸點(diǎn)131可以穿過第一絕緣層120和第 二絕緣層130形成在浮置擴(kuò)散區(qū)113上。第一觸點(diǎn)131可以通過導(dǎo)線132連 接到第二觸點(diǎn)133,其中，如在下面的圖3中描述的，第二觸點(diǎn)133連接到 驅(qū)動晶體管Dx的驅(qū)動?xùn)艠ODG。
圖3是示出沿圖1的線Ill-Ill截取的剖視圖的示圖。
參照圖3，源電極141、共電極142和漏電極143可以形成在第一絕緣層 120上。半導(dǎo)體氧化物層140覆蓋源電極141、共電極142和漏電極143。第 三絕緣層150可以形成在半導(dǎo)體氧化物層140上。第三絕緣層150可以由與 第一絕緣層120和第二絕緣層130的材料相同的材料形成。
驅(qū)動?xùn)艠O144可以形成在第三絕緣層150上并處于源電極141和共電極 142之間。選擇柵極145可以形成在第三絕緣層150上并處于共電極142和 漏電極143之間。源電極141、共電極142和驅(qū)動4冊極144形成驅(qū)動晶體管 Dx。共電極142、漏電極143和選擇柵極145形成選才奪晶體管Sx。
第二觸點(diǎn)133可以形成在驅(qū)動?xùn)艠O144上。連接到觸點(diǎn)133的導(dǎo)線134 可以連接到圖2中的導(dǎo)線132。
半導(dǎo)體氧化物層140在晶體管的電極之間形成電荷移動溝道。半導(dǎo)體氧 化物層140可以由透明材料形成。半導(dǎo)體氧化物層140可以由從ZnO、 SnO、 InO和它們的組合所組成的組中選4奪的至少一種氧化物形成。半導(dǎo)體氧化物 層140可以包含從由Ta、 Hf、 In、 Ga、 Sr和它們的組合組成的組中選擇的至 少一種。
源電極141、共電極142、漏電極143、觸點(diǎn)131和133以及導(dǎo)線132和 134可以由透明材料(例如，氧化銦錫(ITO))形成。
雖然沒有在圖1至圖3中示出，但是連接到柵極TG、 RG和SG的觸點(diǎn) 和導(dǎo)線以及連接到重置擴(kuò)散區(qū)RD和漏電極143的觸點(diǎn)和導(dǎo)線可以由透明材 料(例如，ITO)形成。
在根據(jù)示例實(shí)施例的CMOS圖像傳感器100中，在選擇晶體管Sx和驅(qū) 動晶體管Dx下方的區(qū)域可以被用作光電二極管區(qū)域。與在光電二極管區(qū)域 的側(cè)部上形成晶體管相比，光電二極管PD的區(qū)域可以增大大約40%。光電二極管區(qū)域的增大提高了容納光電二極管PD中產(chǎn)生的電子的容量。這樣，
可以增大CMOS圖像傳感器100的動態(tài)范圍。
選擇晶體管Sx和驅(qū)動晶體管Dx可以由透明材料形成。光照射的區(qū)域被 擴(kuò)大，從而增加了 CMOS圖像傳感器100的靈敏度。
圖4是圖1至圖3中描述的CMOS圖像傳感器100的等效電路圖。
參照圖4, CMOS圖像傳感器包括光電二^l管PD、傳輸晶體管Tx、重 置晶體管Rx、驅(qū)動晶體管Dx和選擇晶體管Sx。
光電二極管PD接收光學(xué)能量并響應(yīng)于該光學(xué)能量產(chǎn)生電荷。傳輸晶體 管Tx控制產(chǎn)生的電荷經(jīng)過傳輸柵極TG到浮置擴(kuò)散區(qū)FD的傳輸。重置晶體 管Rx通過控制經(jīng)過重置柵極RG的輸入電壓Vdd來重置浮置擴(kuò)散區(qū)FD的電 勢。驅(qū)動晶體管Dx用作源極跟隨放大器。選擇晶體管Sx是通過選擇柵極SG 選擇單元像素的開關(guān)器件。浮置擴(kuò)散區(qū)FD連接到驅(qū)動?xùn)艠ODG。可以經(jīng)過包 括驅(qū)動晶體管Dx和選擇晶體管Sx的源極跟隨電路通過輸出線OUT來輸出 輸入電壓Vdd。
圖5是示出根據(jù)示例實(shí)施例的具有透明晶體管的CMOS圖像傳感器200 的平面圖的示圖。
CMOS圖像傳感器200包括光電二極管PD和三個(gè)柵極。三個(gè)柵極包括 重置柵極246、驅(qū)動?xùn)艠O247和選擇柵極248。重置柵極246、驅(qū)動?xùn)艠O247 和選擇柵極248可以分別被包括在重置晶體管Rx、驅(qū)動晶體管Dx和選擇晶 體管Sx中。
半導(dǎo)體氧化物層OS可以形成在光電二極管PD上。電極可以形成在半導(dǎo) 體氧化物層OS和光電二極管PD上。重置柵極246、驅(qū)動?xùn)艠O247和選擇柵 極248可以形成在半導(dǎo)體氧化物層OS上。
光電二極管PD可以為通過到達(dá)光電二極管PD的光而產(chǎn)生電子和空穴的 區(qū)域。光電二極管PD可以形成在重置晶體管Rx、驅(qū)動晶體管Dx和選擇晶 體管Sx下方。這樣，可以擴(kuò)展光電二極管PD的區(qū)域。
第一觸點(diǎn)CT1和第二觸點(diǎn)CT2可以通過金屬線ML電連接。將隨后描述 第三觸點(diǎn)CT3。
圖6是示出沿圖5的線VI-VI截取的剖視圖的示圖。
參照圖6， N阱區(qū)211可以形成在半導(dǎo)體基底210(例如，p型Si基底)中。 N阱區(qū)211和基底210形成光電二極管PD。覆蓋光電二極管PD的第一絕緣層220可以形成在p型硅基底210上。 第一電極241、第二電極242、第三電極243、第四電才及244和第五電極245 可以形成在第一絕纟彖層220上。第一電極241、第二電極242、第三電極243、 第四電極244和第五電極245可以分別為源電極、漏電極、源電極、共電極 和漏電極。將N阱區(qū)211連接到第一電極241的第三觸點(diǎn)222可以形成在第 一絕緣層220中。
覆蓋第一電極241、第二電極242、第三電極243、第四電極244和第五 電極245的半導(dǎo)體氧化物層230可以形成在第一絕緣層220上。第二絕緣層 240可以形成在半導(dǎo)體氧化物層230上。重置柵極246可以形成在第二絕緣 層240上并在第一電極241和第二電極242之間。驅(qū)動?xùn)艠O247可以形成在 第二絕緣層240上并在第三電極243和第四電極244之間。選擇柵極248可 以形成在第二絕緣層240上并在第四電極244和第五電極245之間。第一電 極241、第二電極242和重置柵極246形成重置晶體管Rx。第三電極243、 第四電極244和驅(qū)動?xùn)艠O247形成驅(qū)動晶體管Dx。第四電極244、第五電極 245和選擇柵極248形成選擇晶體管Sx。
第三絕緣層250可以形成在第二絕緣層240上。第一絕緣層220、第二 絕緣層240和第三絕緣層250可以由氧化硅形成。在其它的示例實(shí)施例中， 第一絕緣層220、第二絕緣層240和第三絕緣層250可以由彼此不同的絕緣 材料形成。
穿過半導(dǎo)體氧化物層230、第二絕緣層240和第三絕緣層250的第一觸 點(diǎn)251可以形成在第一電極241上。穿過第三絕緣層250的第二觸點(diǎn)252可 以形成在驅(qū)動?xùn)艠O247上。第一觸點(diǎn)251和第二觸點(diǎn)252可以通過金屬線254 4皮jt匕ii〗妾。
半導(dǎo)體氧化物層230在晶體管的電極之間形成電荷傳輸溝道。半導(dǎo)體氧 化物層230可以由透明材料形成。半導(dǎo)體氧化物層230可以由從ZnO、 SnO、 InO和它們的組合所組成的組中選l奪的至少一種氧化物形成。半導(dǎo)體氧化物 層230可以包含從由Ta、 Hf、 In、 Ga、 Sr和它們的組合組成的組中選擇的至 少一種。
第一電極241、第二電極242、第三電極243、第四電極244、第五電極 245、觸點(diǎn)222、觸點(diǎn)251、觸點(diǎn)252、導(dǎo)線254可以由透明材料(例如，ITO)形成。雖然在圖5和圖6中沒有示出，但是連接到重置柵極246和選拷"敗極248 的觸點(diǎn)和導(dǎo)線和連接到電極242和243的觸點(diǎn)和導(dǎo)線可以由透明材料(例如， ITO)形成。
在根據(jù)示例實(shí)施例的CMOS圖像傳感器200中，在重置晶體管Rx、選 擇晶體管Sx和驅(qū)動晶體管Dx下方的區(qū)域可以被用作光電二極管區(qū)域。這樣， 與在光電二極管區(qū)域的側(cè)部上形成的晶體管相比，光電二極管PD的區(qū)域增 大。光電二極管區(qū)域的增大提高了容納光電二極管PD中產(chǎn)生的電子的容量， 從而增加了 CMOS圖像傳感器100的動態(tài)范圍。
因?yàn)橹刂镁w管Rx、選擇晶體管Sx和驅(qū)動晶體管Dx由透明材料形成， 所以光照射的區(qū)域增大，從而提高了 CMOS圖像傳感器的靈敏度。
圖7是圖5和圖6中示出的圖像傳感器的等效電路圖。
參照圖7， CMOS圖像傳感器200包括光電二極管PD、重置晶體管Rx、 驅(qū)動晶體管Dx和選擇晶體管Sx。
通過控制經(jīng)過重置柵極RG的輸入電壓Vdd，重置晶體管Rx可以將重置 晶體管Rx的源極電勢重置為輸入電壓Vdd。光電二極管PD接收光學(xué)能量并 響應(yīng)于該光學(xué)能量產(chǎn)生電荷。從光電二極管PD產(chǎn)生的電荷可以移動到外部。 這樣，重置晶體管的源極電勢可以降低，從而改變連接到重置晶體管Rx的驅(qū) 動?xùn)艠ODG的偏置電壓。改變的偏置電壓可以通過輸出線OUT被輸出。選擇 晶體管Sx是通過選擇柵極SG選擇單元像素的開關(guān)器件。
前述是示例實(shí)施例的舉例說明，不應(yīng)該為對示例實(shí)施例進(jìn)行限制。雖然 已經(jīng)描述了一些示例實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會容易地理解，在本質(zhì) 上不脫離新穎性教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)的情況下，可在示例實(shí)施例中做出許多修改。因 此，應(yīng)該將所有這樣的修改包括在如權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。 在權(quán)利要求書中，功能性限定意在覆蓋這里被描述為執(zhí)行所述功能的結(jié)構(gòu)， 并且不僅覆蓋結(jié)構(gòu)的等同物而且覆蓋等同的結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)該理解的是，前 述是各種示例實(shí)施例的舉例說明，并不被解釋為局限于公開的具體實(shí)施例， 并且對公開的實(shí)施例的修改以及對其它實(shí)施例的修改意圖被包括在權(quán)利要求 的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種CMOS圖像傳感器，包括光電二極管；至少一個(gè)晶體管，在光電二極管上。
2、 如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，還包括多個(gè)晶體管。
3、 如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，至少一個(gè)晶體管是透明晶體管。
4、 如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，至少一個(gè)晶體管包 括由半導(dǎo)體氧化物形成的溝道層。
5、 如權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器，其中，半導(dǎo)體氧化物是從 由氧化鋅、氧化錫、氧化銦和它們的組合組成的組中選擇的至少一種。
6、 如權(quán)利要求5所述的CMOS圖像傳感器，其中，半導(dǎo)體氧化物包含 從由鉭、鉿、銦、鎵、鍶和它們的組合組成的組中選擇的至少一種。
7、 如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，至少一個(gè)晶體管中 的每個(gè)包括位于覆蓋光電二極管的第 一絕緣層上的源電極和漏電極、覆蓋位 于第一絕緣層上的源電極和漏電極的半導(dǎo)體氧化物層、覆蓋半導(dǎo)體氧化物層 的第二絕緣層和位于第二絕緣層上并處于源電極和漏電極之間的柵電極。
8、 如權(quán)利要求7所述的CMOS圖像傳感器，其中，源電極和漏電極是 透明電才及。
9、 如權(quán)利要求8所述的CMOS圖像傳感器，其中，透明電極由氧化銦 錫形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有透明晶體管的CMOS圖像傳感器。CMOS圖像傳感器包括光電二極管和形成在光電二極管上的至少一個(gè)晶體管。所述圖像傳感器可以包括多個(gè)晶體管，其中，多個(gè)晶體管中的至少一個(gè)是透明晶體管。
文檔編號H04N5/369GK101414615SQ20081012986
公開日2009年4月22日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者張丞爀, 樸永洙 申請人:三星電子株式會社