CN103943644B - 一种传输晶体管结构 - Google Patents

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Abstract

一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构，包括光电二极管，P型硅基，漏端，绝缘层，多晶硅栅，导电沟道和重掺杂区域；传输晶体管的光电二极管既作为单一的光电转化二极管负责光信号向电信号的转变，同时也作为CMOS图像传感器结构中负责电子传送的传输晶体管的源端与传输晶体管直接连接；在光电二极管靠近传输晶体管多晶硅栅处进行一道结深为0.12～0.18μm的离子注入，且注入的掺杂离子浓度高于光电二极管原来已经注入的掺杂离子浓度；本发明在CMOS图像传感器输出信号时，能够避免出现导电沟道的过早夹断，把尽可能多的光电子传出，以提升CMOS图像传感器电信号的输出强度。

Description

一种传输晶体管结构
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器芯片制造工艺中的传输晶体管结构。
背景技术
在CMOS图像传感器芯片的基本结构中，一般需要使用到传输晶体管，如图1、图2和图3所示，其中，1为光电二极管，2为传输晶体管，3为电容，4为复位管，5为放大器，6为选通器，7为多晶硅，8为P型硅基，9为漏端，10为绝缘层，11为多晶硅栅，12为导电沟道；每个CMOS图像传感器产生一个像素，每一个像素包含一个光电二极管和一个传输晶体管，传输晶体管的作用是增加电路的灵敏度，光照射入光电二极管1转化为光电子，该光电子经传输晶体管2进入电路并存储在电容3，随后经放大器5和选通器6输出完成信号的转化和输出。在CMOS图像传感器芯片的电路结构中，光电二极管1既作为单一的光电转化二极管负责光信号向电信号的转变，同时也作为电路结构中负责电子传送的传输晶体管2的源端与传输晶体管2直接连接，光电二极管1的电信号通过传输晶体管2的N型导电通道输入；随着光电子的输入，导电通道内沿电子流动反方向电势下降，漏端9处导电沟道12会率先出现夹断，传输晶体管2的预夹断效应阻碍了光电二极管1中光电子的大量输出，降低了光电二极管1电子的输入率，而光电子输入率直接影响到了电信号的输出强度，进而导致信号输出端信号的大大减小。
由于传输晶体管应该避免出现工作时导电沟道的过早夹断，把尽可能多的光电子传出，以提升CMOS图像传感器电信号的输出强度，为了达到以上目的，目前现有技术是：
1)加大离子注入量以增强传输晶体管的反型区，以抑制沟道的预夹断；
2)增加其导电沟道的长度来抑制沟道的预夹断。
但加大离子注入法增强传输晶体管的反型区和增加导电沟道的长度，两者均会导致传输晶体管的开启电压上升，增加其开启难度，导致CMOS图像传感器信号传输的延迟；并且导电沟道长度的增加，则增加了CMOS图像传感器芯片的体积，使用时功耗大，且不符合半导体器件小型化及集成密集化的发展趋势。
综上所述，目前国内外所用的这种提高CMOS图像传感器中光电子输入率的传输晶体管结构，有以下几个缺点：
1)增加了传输晶体管的开启电压，增加了其开启难度，导致CMOS图像传感器信号传输的延迟；
2)导电沟道长度的增加，增加了CMOS图像传感器芯片的体积，使用时功耗大，且不符合半导体器件小型化及集成密集化的发展趋势；
3)加大离子注入以增强传输晶体管反型区的方法，增加了半导体产品的成本，且降低了产品的工作稳定性；
4)目前所用方法虽有利于增大反型区，但仍然存在光电二极管电子输入率快速降低的问题，进而导致信号输出端的输出信号明显减弱的问题。
发明内容
为了解决现有技术下的传输晶体管所存在的上述问题，本发明提供了一种传输晶体管结构，该传输晶体管结构在CMOS图像传感器输出信号时，能够避免出现导电沟道的过早夹断，把尽可能多的光电子传出，以提升CMOS图像传感器电信号的输出强度。本发明的具体方案如下所述：
一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构，包括光电二极管、P型硅基、漏端、绝缘层和多晶硅栅；所述的光电二极管作为传输晶体管的源端，所述源端和漏端在P型硅基上形成NPN结，所述光电二极管、P型硅基、漏端、绝缘层和多晶硅栅应用在CMOS图像传感器中，所述的CMOS图像传感器还包括放大器、复位管、电容、选通器、VTX电源、VRX电源、VDD电源和VSX电源，所述的传输晶体管漏端与放大器的栅极和复位管的源极相连，所述的传输晶体管的晶硅栅与电源VTX相连；所述的传输晶体管的光电二极管既作为单一的光电转化二极管负责光信号向电信号的转变，同时也作为CMOS图像传感器结构中负责电子传送的传输晶体管的源端与传输晶体管直接连接；光照射入光电二极管并转化为光电子，光电子经传输晶体管进入电路并存储在电容，随后经放大器和选通器输出，以完成光信号的整个转化和输出；其特征在于，在传输晶体管的光电二极管区域还包括一层利用注入法注入的同型浅结重掺杂。
根据本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构，其特征在于，所述重掺杂区域的结深为0.12～0.18μm。
根据本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构，其特征在于，所述的注入法为离子注入法。
此处设计目的在于，利用注入法在传输晶体管的光电二极管区域注入一层同型浅结重掺杂，在没有影响传输晶体管的开启电压，没有增加其开启难度的情况下，保证了CMOS图像传感器信号传输的灵敏度；用离子注入法注入的重掺杂区域结深为0.12～0.18μm，在增强了CMOS图像传感器输出信号的同时，没有延长导电沟道的长度，没有增加CMOS图像传感器芯片的体积，对使用时的功耗无影响，满足了半导体器件小型化及集成密集化的发展趋势。
根据本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的的传输晶体管结构，其特征在于，所述的重掺杂区域呈长方体或者正方体布置，其一侧面与光电二极管靠近漏极的一侧面重合。
根据本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的的传输晶体管结构，其特征在于，所述重掺杂区域与光电二极管区域重合的侧面位于所述光电二极管侧面的中间部位。
根据本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的的传输晶体管结构，其特征在于，所述重掺杂区域所注入的掺杂离子浓度高于光电二极管原来已经注入的掺杂离子浓度。
根据本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的的传输晶体管结构，其特征在于，所述重掺杂区域在传输晶体管上表面的宽度不大于漏端的宽度。
此处设计目的在于，重掺杂区域与光电二极管区域重合的侧面位于所述光电二极管侧面的中间部位，且与光电二极管靠近漏极的一侧面重合，使重掺杂区域的电子通过PN结后直接进入到导电沟道，减少压降损失，重掺杂区域所注入的掺杂离子浓度高于光电二极管原来已经注入的掺杂离子浓度，以增强传输晶体管的反型区；重掺杂区域在传输晶体管上表面的宽度不大于漏端的宽度，保证了导电沟道内电子传输的稳定性；且避免出现导电沟道的过早夹断，把尽可能多的光电子传出，以提升CMOS图像传感器电信号的输出强度。
使用本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构获得了如下有益效果：
1)本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构，利用注入法在传输晶体管的光电二极管区域注入一层同型浅结重掺杂，在没有影响传输晶体管的开启电压，没有增加其开启难度的情况下，保证了CMOS图像传感器信号传输的灵敏度；
2)本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构，用离子注入法注入的重掺杂区域结深为0.12～0.18μm，在增强了CMOS图像传感器输出信号的同时，没有延长导电沟道的长度，没有增加CMOS图像传感器芯片的体积，对使用时的功耗无影响，满足了半导体器件小型化及集成密集化的发展趋势；
3)本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构，使重掺杂区域的电子通过PN结后直接进入到导电沟道，减少压降损失，且重掺杂区域所注入的掺杂离子浓度高于光电二极管原来已经注入的掺杂离子浓度，以增强传输晶体管的反型区；
4)本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构，重掺杂区域在传输晶体管上表面的宽度不大于漏端的宽度，保证了导电沟道内电子传输的稳定性；且避免出现导电沟道的过早夹断，把尽可能多的光电子传出，以提升CMOS图像传感器电信号的输出强度。
附图说明
图1为CMOS图像传感器的结构图；
图2为CMOS图像传感器的电路原理图；
图3为改进前CMOS图像传感器中的传输晶体管结构图；
图4为改进后CMOS图像传感器中的传输晶体管结构图。
图中：1-光电二极管，2-传输晶体管，3-电容，4-复位管，5-放大器，6-选通器，7-多晶硅，8-P型硅基，9-漏端，10-绝缘层，11-多晶硅栅，12-导电沟道，13-重掺杂区域。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构做进一步的描述。
实施例
如图4所示，一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构，包括光电二极管1、P型硅基8、漏端9、绝缘层10和多晶硅栅11；光电二极管1作为传输晶体管2的源端，源端和漏端9在P型硅基8上形成NPN结，光电二极管1、P型硅基8、漏端9、绝缘层10和多晶硅栅11应用在CMOS图像传感器中，CMOS图像传感器还包括放大器5、复位管4、电容3、选通器6、VTX电源、VRX电源、VDD电源和VSX电源，传输晶体管2的漏端9与放大器5的栅极和复位管4的源极相连，传输晶体管2的晶硅栅与电源VTX相连；传输晶体管2的光电二极管1既作为单一的光电转化二极管负责光信号向电信号的转变，同时也作为CMOS图像传感器结构中负责电子传送的传输晶体管2的源端与传输晶体管2直接连接；光照射入光电二极管1并转化为光电子，光电子经传输晶体管2进入电路并存储在电容3，随后经放大器5和选通器6输出，以完成光信号的整个转化和输出；在传输晶体管2的光电二极管1区域还包括一层利用注入法注入的同型浅结重掺杂。
重掺杂区域13的结深为0.12～0.18μm。
重掺杂区域13的注入法为离子注入法。
利用注入法在传输晶体管2的光电二极管1区域注入一层同型浅结重掺杂，在没有影响传输晶体管的开启电压，没有增加其开启难度的情况下，保证了CMOS图像传感器信号传输的灵敏度；用离子注入法注入的重掺杂区域结深为0.12～0.18μm，在增强了CMOS图像传感器输出信号的同时，没有延长导电沟道的长度，没有增加CMOS图像传感器芯片的体积，对使用时的功耗无影响，满足了半导体器件小型化及集成密集化的发展趋势。
重掺杂区域13呈长方体或者正方体布置，其一侧面与光电二极管1靠近漏极的一侧面重合；且位于光电二极管1侧面的中间部位。
重掺杂区域13所注入的掺杂离子浓度高于光电二极管1原来已经注入的掺杂离子浓度。
重掺杂区域13在传输晶体管2上表面的宽度不大于漏端9的宽度。
重掺杂区域13与光电二极管1区域重合的侧面位于所述光电二极管1侧面的中间部位，且与光电二极管1靠近漏极的一侧面重合，使重掺杂区域的电子通过PN结后直接进入到导电沟道，减少压降损失，重掺杂区域13所注入的掺杂离子浓度高于光电二极管1原来已经注入的掺杂离子浓度，以增强传输晶体管的反型区；重掺杂区域13在传输晶体管2上表面的宽度不大于漏端9的宽度，保证了导电沟道内电子传输的稳定性；且避免出现导电沟道12的过早夹断，把尽可能多的光电子传出，以提升CMOS图像传感器电信号的输出强度。
使用本发明的一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构，在没有影响传输晶体管的开启电压，没有增加其开启难度的情况下，保证了CMOS图像传感器信号传输的灵敏度；在增强了CMOS图像传感器输出信号的同时，没有延长导电沟道的长度，没有增加CMOS图像传感器芯片的体积，也对使用时的功耗无影响，满足了半导体器件小型化及集成密集化的发展趋势；且保证了导电沟道内电子传输的稳定性；并避免出现导电沟道的过早夹断，把尽可能多的光电子传出，以提升CMOS图像传感器电信号的输出强度。本发明适用于各种CMOS图像传感器芯片制造工艺中的传输晶体管结构领域。

Claims (7)

1.一种增强CMOS图像传感器输出信号的传输晶体管结构，包括光电二极管(1)、P型硅基(8)、漏端(9)、绝缘层(10)和多晶硅栅(11)；所述的光电二极管(1)作为传输晶体管(2)的源端，所述源端和漏端(9)在P型硅基(8)上形成NPN结，所述光电二极管(1)、P型硅基(8)、漏端(9)、绝缘层(10)和多晶硅栅(11)应用在CMOS图像传感器中，所述的CMOS图像传感器还包括放大器(5)、复位管(4)、电容(3)、选通器(6)、VTX电源、VRX电源、VDD电源和VSX电源，所述的传输晶体管(2)漏端(9)与放大器(5)的栅极和复位管(4)的源极相连，所述的传输晶体管(2)的晶硅栅与电源VTX相连；所述的传输晶体管(2)的光电二极管(1)既作为单一的光电转化二极管负责光信号向电信号的转变，同时也作为CMOS图像传感器结构中负责电子传送的传输晶体管(2)的源端与传输晶体管(2)直接连接；光照射入光电二极管(1)并转化为光电子，光电子经传输晶体管(2)进入电路并存储在电容(3)，随后经放大器(5)和选通器(6)输出，以完成光信号的整个转化和输出；其特征在于，在传输晶体管(2)的光电二极管(1)区域还包括一层利用注入法注入的同型浅结重掺杂。
2.根据权利要求1所述的传输晶体管结构，其特征在于，所述重掺杂区域(13)的结深为0.12～0.18μm。
3.根据权利要求1所述的传输晶体管结构，其特征在于，所述的注入法为离子注入法。
4.根据权利要求1所述的传输晶体管结构，其特征在于，所述的重掺杂区域(13)呈长方体或者正方体布置，其一侧面与光电二极管(1)靠近漏极的一侧面重合。
5.根据权利要求4所述的传输晶体管结构，其特征在于，所述重掺杂区域(13)与光电二极管(1)区域重合的侧面位于所述光电二极管(1)侧面的中间部位。
6.根据权利要求1所述的传输晶体管结构，其特征在于，所述重掺杂区域(13)所注入的掺杂离子浓度高于光电二极管(1)原来已经注入的掺杂离子浓度。
7.根据权利要求1所述的传输晶体管结构，其特征在于，所述重掺杂区域(13)在传输晶体管(2)上表面的宽度不大于漏端(9)的宽度。
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