CN1967857B - Cmos图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，包括：光电二极管；与所述光电二极管的一侧接触的转移晶体管的栅图案；驱动晶体管的栅图案，其设置为距转移晶体管的栅图案具有一预定间隔距离；以及浮动扩散节点，其设置在转移晶体管的栅图案和驱动晶体管的栅图案之间。

Description

CMOS图像传感器
技术领域
本发明涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且更具体地涉及一种CMOS)图像传感器的像素区。
背景技术
通常，图像传感器是将光图像变换成电信号的半导体器件。代表性的图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
在CCD中，各个MOS电容器被如此地设置，使得它们彼此非常接近，且电荷载流子存储在电容器并被转移。该CMOS图像传感器利用了将控制电路和信号处理电路用作外围电路的CMOS技术，并且为了连续输出而形成对应于各单位像素数目的多个MOS晶体管。
图1图示了典型CMOS图像传感器的电路图，并且更具体地，像素的电路图。
典型CMOS图像传感器的像素包括：光电二极管PD、转移晶体管Tx、重置晶体管Rx、驱动晶体管Dx、以及选择晶体管Sx。光电二极管PD产生对应于入射光的光电荷并转移这些光电荷。转移晶体管Tx将从光电二极管PD供给的光电荷转移到浮动扩散节点FD。重置晶体管Rx重置浮动扩散节点FD，并且驱动晶体管Dx响应供给到浮动扩散节点FD的电压来驱动源极端子。选择晶体管Sx连接到驱动晶体管Dx的源极端子，并且使用驱动晶体管Dx来选择性地将该源极端子连接到输出端子。
具体地，包括浮动扩散节点FD的区域‘A’在CMOS图像传感器的操作中起到很重要的作用，在区域‘A’转移晶体管Tx和驱动晶体管Dx被公共地连接。
图2图示了图1中所示的电路图的布局图。为了方便，以与对应晶体管相同的标记来标记配置像素的晶体管的栅图案。
形成了光电二极管PD和有源区。顺序地设置转移晶体管的栅图案Tx、重置晶体管的栅图案Rx、驱动晶体管的栅图案Dx、以及选择晶体管的栅图案Sx。
如图所示地设置了分别与栅图案Tx、Dx、Rx中每个接触的接触部CT2、CT3和CT6以及与有源区接触的接触CT1、CT4和CT5。
在有源区中接触浮动扩散节点的接触部CT1与接触栅图案Dx的接触部CT2通过金属线M1A而彼此连接。金属线M1B连接到接触栅图案Tx的接触部CT6。
图3A图示了典型CMOS图像传感器的横截面图并且图3B图示了典型CMOS图像传感器的俯视图。图3A和3B示出典型CMOS图像传感器的典型限制。
参见图3A，形成了器件隔离结构STI。然后，顺序地形成包括N型区DN和P型区PO的光电二极管、转移晶体管的栅图案Tx、重置晶体管的栅图案Rx、驱动晶体管的栅图案Dx、以及选择晶体管的栅图案Sx。
参见图3B，栅图案Tx与光电二极管相邻地设置。栅图案Rx和栅图案Dx与栅图案Tx相邻地设置。
通常需要在浮动扩散节点FD和栅图案Dx中的每个区域形成接触部，以将浮动扩散节点FD和栅图案Dx彼此连接。通常需要金属线来连接接触部。由于器件的大规模集成，当形成接触部时可能在区域B发生未对准(misalignment)的问题。
CMOS图像传感器中典型的浮动扩散节点通常用以读取由照射在像素上的光产生的电子所提供的信号。供给到浮动扩散节点的电压确定了驱动晶体管的驱动能力。
因此，浮动扩散节点和驱动晶体管的栅图案之间的线在转移精确的信号方面是很重要的。
有时使用0.18μm技术在CMOS图像传感器中的浮动扩散节点区域形成包括铝的两个接触部，以转移更精确的信号。
但是，由于减小的尺寸和增加的像素数量，如果将CMOS图像传感器应用在便携式产品中，则难以在浮动扩散节点设置两个接触部。
在减小CMOS图像传感器的尺寸并增加像素数量的同时，难以在像素的浮动扩散节点处设置超过一个的接触部。另外，因为浮动扩散节点的电路面积减小，所以变得甚至难以稳定地形成一个单个的接触部。
这是因为在浮动扩散节点执行的接触部形成期间、覆盖余量(overlay margin)减小，所以带来了这样的结果。
在浮动扩散节点和驱动晶体管的栅图案之间的稳定连接是图像传感器操作的核心功能。通过稳定的连接可以消除信号转移中的不稳定。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其可以在浮动扩散节点和驱动晶体管之间提供稳定的连接。
根据本发明的一方面，提供一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，包括：光电二极管；与所述光电二极管的一侧接触的转移晶体管的栅图案；驱动晶体管的栅图案，被设置为距所述转移晶体管的栅图案具有一预定间隔距离；以及浮动扩散节点，被设置在所述转移晶体管的栅图案和所述驱动晶体管的栅图案之间。
根据本发明的另一方面，提供一种用于制造CMOS图像传感器的方法，包括：在衬底中形成光电二极管；在距所述光电二极管具有一预定间隔距离的区域、形成浮动扩散节点；在光电二极管和浮动扩散节点的一侧之间、形成转移晶体管的栅图案；形成与浮动扩散节点的另一侧接触的驱动晶体管的栅图案；形成绝缘层以覆盖转移晶体管的栅图案和驱动晶体管的栅图案；选择性地蚀刻该绝缘层，以形成暴露驱动晶体管的栅图案的预定部分和浮动扩散节点的预定部分的接触孔；以及在接触孔中填充导电材料来形成接触塞。
根据本发明的又一方面，提供一种CMOS图像传感器，包括：第一光电二极管和第二光电二极管；浮动扩散节点，设置在所述第一光电二极管和所述第二光电二极管之间；第一转移晶体管的栅图案，设置在所述第一光电二极管和所述浮动扩散节点之间；第二转移晶体管的栅图案，设置在所述第二光电二极管和所述浮动扩散节点之间；驱动晶体管的栅图案，设置为距所述浮动扩散节点具有一预定的间隔距离；接触所述浮动扩散节点的第一接触部；接触所述驱动晶体管的栅图案的第二接触部；以及连接所述第一接触部和所述第二接触部的线。
根据本发明的再一方面，提供一种CMOS图像传感器，包括：第一光电二极管和第二光电二极管；浮动扩散节点，设置在所述第一光电二极管和所述第二光电二极管之间；第一转移晶体管的栅图案，设置在所述第一光电二极管和所述浮动扩散节点之间；第二转移晶体管的栅图案，设置在所述第二光电二极管和所述浮动扩散节点之间；驱动晶体管的栅图案，设置为与所述浮动扩散节点部分地重叠；以及接触部，设置为与所述浮动扩散节点和所述驱动晶体管的栅图案都接触。
根据本发明的又一方面，提供一种CMOS图像传感器，包括：光电二极管；与所述光电二极管的一侧接触的转移晶体管的栅图案；驱动晶体管的栅图案，设置为距所述转移晶体管的所述栅图案具有一预定的间隔距离；以及浮动扩散节点，设置在所述转移晶体管的所述栅图案和所述驱动晶体管的所述栅图案之间，其中，所述CMOS图像传感器还包括同时与所述驱动晶体管的所述栅图案和所述浮动扩散节点接触的对接接触部。
附图说明
参照下面结合附图给出的示范实施例的描述可以更好地理解本发明的以上和其他的目的及特征。
图1图示了典型CMOS图像传感器的电路图；
图2图示了图1中所示的典型CMOS图像传感器的布局图；
图3A图示了另一典型CMOS图像传感器的横截面视图；
图3B图示了图3A中所示的典型CMOS图像传感器的俯视图；
图4图示了根据本发明的第一种思想的CMOS图像传感器的俯视图；
图5A图示了根据本发明的第二种思想的CMOS图像传感器的俯视图；
图5B图示了图5A中所示的CMOS图像传感器的横截面视图；
图6和7图示了根据本发明的第一实施例的CMOS图像传感器的布局图；以及
图8图示了根据本发明的第二实施例的CMOS图像传感器的布局图。
具体实施方式
将参照附图来详细描述根据本发明示范实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。另外，贯穿本发明的示范实施例，相同或类似的参考标号表示不同图中相同或类似元件。
图4图示了根据本发明的第一种思想的CMOS图像传感器的俯视图。图4代表本发明的第一种思想。CMOS图像传感器的像素包括光电二极管PD，设置在浮动扩散节点FD的一侧上的转移晶体管的栅图案Tx，以及设置在浮动扩散节点FD的另一侧上的驱动晶体管的栅图案Dx。
根据本发明的第二种思想，图5A图示了CMOS图像传感器的俯视图且图5B图示了图5A中所示的CMOS图像传感器的横截面视图。
参见图5A和5B，本发明的另一思想是用对接(butting)接触结构来设置接触部X，使得接触部X同时接触浮动扩散节点FD和驱动晶体管的栅图案Dx。
参见图5B，在形成浮动扩散节点FD和驱动晶体管的栅图案Dx之后形成接触部X。形成绝缘层ILD以覆盖浮动扩散节点FD和驱动晶体管的栅图案Dx，并且将绝缘层图案化以部分地暴露浮动扩散节点FD和驱动晶体管的栅图案Dx。
结果，接触浮动扩散节点FD的接触部X也接触驱动晶体管的栅图案Dx。
更详细地，形成包括N型区DN和P型区PO的光电二极管PD以及浮动扩散节点FD。然后，形成了转移晶体管的栅图案Tx和驱动晶体管的栅图案Dx。
绝缘层ILD形成在所产生的衬底结构之上。绝缘层ILD被选择性地去除以部分地暴露浮动扩散节点FD和驱动晶体管Dx的栅图案Dx，从而形成接触孔。导电材料被填充在接触孔中。
在如上制造的CMOS图像传感器中，浮动扩散节点FD和驱动晶体管的栅图案Dx通过一个接触部连接。因此，可以解决与浮动扩散节点和驱动晶体管之间的不稳定的线连接相关的典型限制。
图6和7图示了根据本发明的第一实施例的CMOS图像传感器的布局图，以便实施图4中所示的本发明的第一种思想。执行第一实施例，以便实施所述第一种思想，在第一种思想中在设置转移晶体管之后设置驱动晶体管。
参见图6，根据第一实施例的CMOS图像传感器的像素布局示出了转移晶体管的栅图案Tx1和Tx2。每个栅图案被设置为分别接触光电二极管PD1和PD2。
浮动扩散节点FD设置在转移晶体管的两个栅图案Tx1和Tx2之间。设置了重置晶体管的栅图案Rx、驱动晶体管的栅图案Dx、选择晶体管的栅图案Sx以及有源区ACTIVE1和ACTIVE2。
选择晶体管的栅图案Sx和驱动晶体管的栅图案Dx共享共有的有源区ACTIVE2。选择晶体管的栅图案Sx被形成为
Figure B2006101499879D00071
形。
重置晶体管的栅图案Rx独立地具有与有源区ACTIVE2隔离的有源区ACTIVE1。驱动晶体管的栅图案Dx的一部分形成在有源区ACTIVE1和有源区ACTIVE2之间。有源区ACTIVE1和ACTIVE2中的每个与光电二极管PD1和PD2以及浮动扩散节点FD隔离。
参见图7，根据第一实施例的CMOS图像传感器中像素的布局示出设置在栅图案和有源区中每个的接触部以及金属线。
接触部CT1到CT5形成在有源区。接触部CN1到CN6设置在所示的栅图案。
具体地，接触浮动扩散节点FD的接触部CT1和接触驱动晶体管的栅图案Dx的接触部CNT6以如下方式设置：接触部CT1和接触部CNT6通过金属线M2A连接。金属线M2B和M2C是分别连接到接触转移晶体管的栅图案Tx1和Tx2的接触部CNT1和CNT2的金属线。
由于实质上增加了CMOS图像传感器中的像素的数量并且减小了像素的尺寸，所以难以稳定地形成接触浮动扩散节点FD的接触部CT1、接触驱动晶体管的栅图案Dx的接触部CNT6、以及金属线M2A。在图8中示出一种用于克服这种限制的方法。
图8图示根据本发明的第二实施例的CMOS图像传感器的布局图。
根据第二实施例的CMOS图像传感器具有与根据本发明的第一实施例的CMOS图像传感器的类似的布局。但是，根据第二实施例的CMOS图像传感器包括对接接触结构的接触部CTx，其同时接触浮动扩散节点FD和驱动晶体管的栅图案Dx，这不同于根据第一实施例的CMOS图像传感器，其包括分开形成接触浮动扩散节点FD的接触部CT1、接触驱动晶体管的栅图案Dx的接触部CNT6、以及金属线M2A。
具体地，驱动晶体管的栅图案Dx和浮动扩散节点FD部分地重叠以允许接触部CTx同时接触浮动扩散节点FD和驱动晶体管的栅图案Dx。
结果，可以增加接触浮动扩散节点FD和驱动晶体管的栅图案Dx的接触余量而不增加生产成本。
另外，可以稳定地连接驱动晶体管的栅图案Dx和浮动扩散节点FD，所以当CMOS图像传感器工作时可以改进信号转移的可靠性。
根据该实施例，可以在高度集成的CMOS图像传感器中解决这些限制，所述限制包括在驱动晶体管的栅图案和浮动扩散节点之间的金属线形成期间可能发生的接触对准的问题。同样，因为消除了驱动晶体管的栅图案和在浮动扩散节点之间可能的接触问题，所以可以稳定地转移信号。
另外，通过有效地设置包括浮动扩散节点的像素，可以在工艺中确保对准余量，以允许以更有效的方式的图像传感器的大规模集成。
本申请包含2005年10月25日提交的韩国专利申请No.KR2005-0100741的相关主题，其全部内容通过引用结合在这里。
尽管已经关于某些特定实施例描述了本发明，对于本领域技术人员而言，很明显可以在不脱离后面的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种变化和修改。

Claims (8)

1.一种CMOS图像传感器，包括：
第一光电二极管和第二光电二极管；
浮动扩散节点，设置在所述第一光电二极管和所述第二光电二极管之间；
第一转移晶体管的栅图案，设置在所述第一光电二极管和所述浮动扩散节点之间；
第二转移晶体管的栅图案，设置在所述第二光电二极管和所述浮动扩散节点之间；
驱动晶体管的栅图案，设置为距所述浮动扩散节点具有一预定间隔距离；
第一接触部，接触所述浮动扩散节点；
第二接触部，接触所述驱动晶体管的所述栅图案；
线，连接所述第一接触部和所述第二接触部；
重置晶体管，包括与所述浮动扩散节点物理地隔离的第一有源区；以及
选择晶体管，形成为“匚”形，所述选择晶体管共同共享所述驱动晶体管的第二有源区。
2.如权利要求1的CMOS图像传感器，其中所述重置晶体管的所述第一有源区与所述驱动晶体管的所述第二有源区独立地隔离。
3.如权利要求2的CMOS图像传感器，其中所述驱动晶体管的所述栅图案的一部分形成在所述驱动晶体管的所述第二有源区和所述重置晶体管的所述第一有源区之间。
4.如权利要求2的CMOS图像传感器，其中所述驱动晶体管的所述第二有源区和所述重置晶体管的所述第一有源区两者均与所述第一光电二极管、所述第二光电二极管以及所述浮动扩散节点隔离。
5.一种CMOS图像传感器，包括：
第一光电二极管和第二光电二极管；
浮动扩散节点，设置在所述第一光电二极管和所述第二光电二极管之间；
第一转移晶体管的栅图案，设置在所述第一光电二极管和所述浮动扩散节点之间；
第二转移晶体管的栅图案，设置在所述第二光电二极管和所述浮动扩散节点之间；
驱动晶体管的栅图案，设置为与所述浮动扩散节点部分地重叠；
接触部，设置为与所述浮动扩散节点和所述驱动晶体管的所述栅图案都接触；
重置晶体管，包括与所述浮动扩散节点物理地隔离的第一有源区；以及
选择晶体管，形成为“匚”形，所述选择晶体管共同共享所述驱动晶体管的第二有源区。
6.如权利要求5的CMOS图像传感器，其中所述重置晶体管的所述第一有源区与所述驱动晶体管的所述第二有源区独立地隔离。
7.如权利要求6的CMOS图像传感器，其中所述驱动晶体管的所述栅图案的一部分形成在所述驱动晶体管的所述第二有源区和所述重置晶体管的所述第一有源区之间。
8.如权利要求6的CMOS图像传感器，其中所述驱动晶体管的所述第二有源区和所述重置晶体管的所述第一有源区两者均与所述第一光电二极管、所述第二光电二极管以及所述浮动扩散节点隔离。
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