[发明专利]双源极跟随器像素单元架构

说明书

技术领域

本发明大体上涉及图像传感器，且明确地而非排他地说，涉及CMOS图像传感器。

背景技术

图像传感器已变得普遍存在。它们广泛用于数码照相机、蜂窝式电话、安全性相机以及医学、汽车和其它应用中。对较高分辨率和较低功率消耗的需求已促使对这些图像传感器进行进一步小型化和集成。因而，用以制造图像传感器(例如，CMOS图像传感器(“CIS”))的技术已持续快速地进步。

图1为展示常规像素阵列的包括两个四晶体管(“4T”)像素单元Pa110和Pb120的像素电路100的电路图。在图1中，像素单元Pa110和Pb120被布置在两个行和一个列中。Pa110和Pb120各自包括相同的常规像素单元架构，其中每一像素单元包括光敏元件PD、转移晶体管T1、复位晶体管T2、源极跟随器(“SF”)晶体管T3和选择晶体管T4。

在Pa110(或类似地，Pb120)的操作期间，转移晶体管T1接收转移信号TX，其将累积在PD中的电荷转移到浮动扩散节点FD。T2耦合在电力供应器VDD与FD之间以在复位信号RST的控制下复位像素(例如，以将FD和/或PD放电或充电到预设电压)。FD还经耦合以控制T3的栅极。T3耦合在电力供应器VDD与T4之间。T3作为源极跟随器进行操作，提供通往FD的高阻抗连接。在选择信号SEL的控制下，T4选择性地将像素单元(Pa110和Pb120中的一者)的输出提供到读出列线。

通过断言复位信号RST和转移信号TX来复位PD和FD。通过解除断言转移信号TX且准许入射光对PD充电来开始图像累积窗(曝光周期)。随着光生电子累积于PD上，其电压减小。PD上的电压或电荷指示在曝光周期期间入射于PD上的光的强度。在曝光周期的末端处，解除断言复位信号RST以隔离FD，且断言转移信号TX以允许在PD与FD(且因此T3的栅极)之间交换电荷。电荷转移致使FD的电压改变与在曝光周期期间累积于PD上的光生电子成比例的量。此第二电压偏置T3，这结合断言选择信号SEL来将来自T4的信号驱动到读出列线。接着从像素单元(Pa110和Pb120中的一者)将数据作为模拟信号读出到读出列线上。

例如T3等源极跟随器晶体管的典型制造在某一阶段处跨半导体衬底中的有源区域的一部分提供或以其它方式包括掺杂剂(例如，硼)的比较均一浓度，其中所述有源区域用于源极跟随器晶体管且其中所述部分在邻接所述有源区域的隔离结构之间延伸。然而，像素单元制造中的某个稍后阶段可减小此掺杂剂浓度的均一性。举例来说，一个或一个以上热循环可致使至少一些掺杂剂从有源区域迁移到一个或一个以上邻接隔离结构中。对于最初位于较接近隔离结构处的掺杂剂较可能发生此迁移，例如与位于较接近有源区域的中部处的掺杂剂相比。因此，可产生有源区域中的比较不均一的掺杂剂浓度，其中在较接近有源区域的中部的位置处的掺杂剂浓度往往会高于在较接近邻接隔离结构的位置处的有源区域掺杂剂浓度。

当在此有源区域上方形成用于源极跟随器晶体管的常规多晶硅栅极时，晶体管的操作可受跨有源区域的掺杂剂浓度变化的影响，例如，其中栅极的靠近有源区域的边缘的一部分所具有的阈值电压可能低于较接近有源区域的中部的另一部分的阈值电压。因而，此晶体管的操作可由三个不同沟道区表征，其中一个沟道区沿着有源区域的中部部分延伸且其它两个沟道区各自沿着有源区域的不同相应边缘延伸。沿着有源区域的中部部分延伸的沟道区所具有的阈值电压可能高于其它两个沟道区中的任一者的阈值电压。沿着边缘沟道区载运的电流具有沿着有源区域与邻接隔离区之间的界面发生电荷捕集/释放的增大的可能性。此捕集是晶体管中的随机电报信号(RTS)噪声的一个来源。

一般来说，图像传感器的小型化产生较小的光电二极管，其针对较小量的入射光产生较小量的电荷，其中又产生较小电压和/或电流电平的信号以用于表示所俘获的图像。此些较小信号较容易受到各种类型的噪声(例如RTS噪声)的影响。有效地产生并处理此些信号对下一代图像传感器构成一个挑战。

发明内容