專(zhuān)利名稱(chēng)：偏置電路、固態(tài)成像裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像器件及其制造方法，具體涉及電荷耦合器件(CCD)的偏置電路、包括這樣的偏置電路的成像電路及其制造方法。
背景技術(shù)：
典型的CCD包括多個(gè)光電轉(zhuǎn)換區(qū)域、多個(gè)垂直電荷傳輸區(qū)域、一個(gè)水平電荷傳輸區(qū)域和一個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域。所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域(例如光電二極管區(qū)域)通常以具有規(guī)則的間隔的矩陣來(lái)布置，并且將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以產(chǎn)生電荷。所述垂直電荷傳輸區(qū)域通常被形成在多個(gè)光電轉(zhuǎn)換區(qū)域之間，并且通過(guò)門(mén)的時(shí)鐘控制在垂直(列)方向上傳送在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中產(chǎn)生的電荷。所述水平電荷傳輸區(qū)域通常在水平(行)方向上傳送垂直傳送的電荷。所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域感測(cè)所傳送的電荷，并且向外圍電路輸出所述電荷。
CCD已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到照像機(jī)、攝像機(jī)、多媒體和閉路電視(CCTV)中。具體上，隨著CCD的尺寸減小和在CCD中的像素?cái)?shù)量增加，具有微透鏡的CCD的使用增加了。
圖1是利用微透鏡的傳統(tǒng)CCD的橫截面圖。p型阱2形成在n型半導(dǎo)體基底1中，垂直電荷傳輸區(qū)域4形成在多個(gè)光電二極管區(qū)域3之間的p型阱2中。溝道截?cái)鄬?作為在光電二極管區(qū)域3和垂直電荷傳輸區(qū)域4之間的電勢(shì)壁壘，多晶硅柵極7形成為在垂直電荷傳輸區(qū)域4之上，并且通過(guò)絕緣層6與垂直電荷傳輸區(qū)域4絕緣。除了疊加在光電二極管區(qū)域3上的區(qū)域之外，金屬光阻擋層8形成在多晶硅柵電極7上。濾色器層(未示出)和微透鏡9形成在光電二極管區(qū)域3之上。
入射在CCD上的光通過(guò)微透鏡9，并且聚焦在光電二極管區(qū)域3上。微透鏡9被提供用來(lái)增強(qiáng)聚光效率。入射光能量被轉(zhuǎn)換為電荷，所述電荷通過(guò)電荷傳輸器件被傳送到輸出節(jié)點(diǎn)，所述電荷傳輸器件諸如是垂直電荷傳輸區(qū)域4和水平電荷傳輸區(qū)域(未示出)。所述圖像信號(hào)電荷被作為電子信號(hào)輸出。
用于向半導(dǎo)體基底1施加偏壓的偏置電路10被布置在CCD陣列的外部，并且連接到半導(dǎo)體基底1的n+型區(qū)域。當(dāng)響應(yīng)于落在光電二極管區(qū)域3上的大量的光而產(chǎn)生過(guò)量的電荷時(shí)，偏置電路10調(diào)整基底偏壓，并且降低光電二極管區(qū)域3的勢(shì)阱，以便在已經(jīng)累積了一定量的電荷后，過(guò)量的電荷被排出到半導(dǎo)體基底1。但是，因?yàn)楦鱾€(gè)CCD可能由于制造加工而不同，因此可能需要對(duì)于由給定的加工生產(chǎn)的每個(gè)CCD施加不同的基底偏壓。
圖2和3圖解了用于施加偏壓的傳統(tǒng)偏置電路。圖2是偏置電路的電路圖，其中使用由被施加到焊點(diǎn)(pad)的電壓切斷的保險(xiǎn)絲來(lái)控制基底偏壓。參見(jiàn)圖2，通過(guò)位于電源電壓VDD節(jié)點(diǎn)和地電壓GND節(jié)點(diǎn)之間的多晶硅電阻器13來(lái)分配電源電壓VDD，并且多晶硅電阻器13的連接節(jié)點(diǎn)連接到保險(xiǎn)絲12。焊點(diǎn)11用于斷開(kāi)保險(xiǎn)絲?？梢酝ㄟ^(guò)選擇性地切斷連接到多晶硅電阻器13的保險(xiǎn)絲12來(lái)獲得期望的輸出電壓。
圖2的偏置電路會(huì)大大地增加由芯片占用的面積，因?yàn)樗鲭娐钒ㄏ喈?dāng)大量的電阻器和保險(xiǎn)絲。圖2的電路也會(huì)具有相當(dāng)大的功耗。而且，錯(cuò)誤地?cái)嚅_(kāi)的保險(xiǎn)絲的恢復(fù)可能是困難的。
圖3是使用如在日本專(zhuān)利公開(kāi)出版物第8-32065號(hào)中提出的、金屬-絕緣體-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MISFET)的偏置電路的電路圖。參見(jiàn)圖3，電源電壓VDD被多個(gè)MOS晶體管14和一個(gè)MISFET 15分隔，所述多個(gè)MOS晶體管14和一個(gè)MISFET 15串聯(lián)連接在電源電壓VDD節(jié)點(diǎn)和地電壓GND節(jié)點(diǎn)之間。在這個(gè)偏置電路中，通過(guò)控制在MISFET 15上的電壓來(lái)調(diào)整輸出電壓。通過(guò)經(jīng)由焊點(diǎn)16向MISFET 15的絕緣層施加控制偏壓來(lái)控制在MISFET15上的電壓，所述焊點(diǎn)16由氧化氮化氧(ONO)或一氧化氮(NO)形成。偏置電路使用作為有源器件的MOS晶體管14和MISFET 15來(lái)取代作為無(wú)源器件的電阻器。因此，可以降低功耗，并且與使用電阻器和保險(xiǎn)絲的偏置電路相比較可以降低芯片占用的面積。但是，在這個(gè)電路上的程序操作可能由于下述原因而不準(zhǔn)確在制造加工(例如使用等離子體的加工)期間注入的電荷和/或可能被截留和不良地消除的、在絕緣層中注入的電荷。因此，MISFET15可能不具有穩(wěn)定的特性。
圖4是圖1所示的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的橫截面視圖。CCD包括浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域FD、復(fù)位柵極RG和復(fù)位漏極RD。浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域FD位于水平電荷傳輸區(qū)域(未示出)的后端，用于將電荷轉(zhuǎn)換為電壓，所述復(fù)位柵極RG和復(fù)位漏極RD被提供用來(lái)對(duì)于每個(gè)像素復(fù)位被傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域FD的電荷。例如，可以在n型半導(dǎo)體基底1中形成p型阱2，并且可以在所述p型阱2的預(yù)定部分中形成所述水平電荷傳輸區(qū)域的電荷傳輸通道區(qū)域17?？梢栽陔姾蓚鬏斖ǖ绤^(qū)域17的一部分上形成柵極絕緣層18，并且可以在柵極絕緣層18上形成復(fù)位柵極RG?？梢酝ㄟ^(guò)向電荷傳輸通道區(qū)域17中注入n型離子雜質(zhì)而在復(fù)位柵極RG的相應(yīng)側(cè)上形成浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域FD和復(fù)位漏極RD。浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域FD累積從水平電荷傳輸區(qū)域傳輸?shù)碾姾?，并且?dāng)接通復(fù)位柵極RG時(shí)，在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域FD中的電荷被傳送到復(fù)位漏極RD。
在這種偏置電路中，通過(guò)RG焊點(diǎn)19向復(fù)位柵極RG施加偏壓，并且使用與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域FD連接的感測(cè)放大器20來(lái)檢測(cè)被傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散區(qū)域FD的電荷。期望所檢測(cè)的信號(hào)應(yīng)當(dāng)將在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域FD的累積電荷完全地復(fù)位(放電)到復(fù)位漏極RD以準(zhǔn)備下一次檢測(cè)。但是，由于復(fù)位晶體管的操作特性，復(fù)位操作可能不充分。具體上，可能在擴(kuò)散區(qū)域中剩余電荷，導(dǎo)致電荷混合和產(chǎn)生圖像噪音。當(dāng)照度低時(shí)，圖像噪音可能變得顯著。
為了便利復(fù)位操作，一般期望提高所施加的復(fù)位電壓。而且，當(dāng)在復(fù)位柵極RG的時(shí)鐘控制中的操作點(diǎn)按照復(fù)位電壓而改變時(shí)，通常期望將在每個(gè)器件中的復(fù)位柵極RG的直流(DC)偏置設(shè)置為考慮到復(fù)位柵極RG的勢(shì)能不規(guī)則性的值。
發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，一種用于電荷耦合器件(CCD)的偏置電路，包括一個(gè)或多個(gè)晶體管和一個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元，它們串聯(lián)連接在第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間，并且被配置為在所述非易失性存儲(chǔ)器和所述一個(gè)或多個(gè)晶體管之一之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生偏壓。所述一個(gè)或多個(gè)晶體管可以包括在所述非易失性存儲(chǔ)單元的第一端和所述第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合的一個(gè)或多個(gè)晶體管；在所述非易失性存儲(chǔ)單元的第二端和所述第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合的一個(gè)或多個(gè)晶體管。
在一些實(shí)施例中，所述非易失性存儲(chǔ)單元包括快閃存儲(chǔ)單元。例如，所述非易失性存儲(chǔ)單元可以包括疊層?xùn)判涂扉W存儲(chǔ)單元和/或分割柵型快閃存儲(chǔ)單元。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述偏置電路還包括與非易失性存儲(chǔ)單元的柵極耦合的輸入焊點(diǎn)。第一和第二電阻器可以耦合在所述輸入焊點(diǎn)與第一和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)的一個(gè)之間。
按照本發(fā)明的附加實(shí)施例，一種固態(tài)成像裝置包括一個(gè)半導(dǎo)體基底和在所述半導(dǎo)體基底上和/或內(nèi)形成的多個(gè)裝置區(qū)域。所述裝置還包括偏置電路，它耦合到所述基底和/或所述裝置區(qū)域之一，并且用于向其施加偏壓，該偏置電路包括一個(gè)或多個(gè)晶體管和一個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元，它們串聯(lián)連接在第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間，并且被配置為在所述非易失性存儲(chǔ)器和所述一個(gè)或多個(gè)晶體管之一之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生偏壓。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，固態(tài)成像裝置包括光電轉(zhuǎn)換區(qū)域；電荷傳輸區(qū)域，被配置為從所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域傳送電荷；浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，被配置為向外圍電路傳送由電荷傳輸區(qū)域傳送的電荷；復(fù)位柵極和復(fù)位漏極，被配置為從浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域傳送電荷。所述裝置還包括偏置電路，它被配置為向復(fù)位柵極或復(fù)位漏極施加偏壓，所述偏置電路包括一個(gè)或多個(gè)晶體管和一個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元，它們串聯(lián)耦合在第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間，并且被配置為在所述非易失性存儲(chǔ)器和所述一個(gè)或多個(gè)晶體管之一之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生偏壓。
在本發(fā)明的一些方法實(shí)施例中，制造了固態(tài)成像裝置。在半導(dǎo)體基底上形成柵極絕緣層。在柵極絕緣層上形成第一多晶硅層。所述第一多晶硅層被設(shè)計(jì)為在裝置區(qū)域中形成第一多晶硅柵極和在偏置電路區(qū)域中形成浮動(dòng)?xùn)艠O。在第一多晶硅柵極和浮動(dòng)?xùn)艠O上形成柵極間絕緣層。在所述柵極間絕緣層上形成第二多晶硅層，并且設(shè)計(jì)為在所述裝置區(qū)域中形成第二多晶硅柵極并且在偏置電路區(qū)域中形成控制柵極和一個(gè)或多個(gè)晶體管柵極，其中，第二多晶硅柵極部分地覆蓋在第一多晶硅柵極上，并且所述控制柵極部分地覆蓋在所述浮動(dòng)?xùn)艠O上。在基底中、在所述偏置電路的控制柵極和所述一個(gè)或多個(gè)晶體管柵極的相應(yīng)側(cè)上形成源極/漏極區(qū)域，以形成與非易失性存儲(chǔ)單元串聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)晶體管。所述控制柵極和浮動(dòng)?xùn)艠O可以具有疊層?xùn)排渲煤?或分割柵配置。
圖1是傳統(tǒng)的CCD類(lèi)型的固態(tài)成像裝置的橫截面視圖；圖2是在圖1的偏置電路中使用的傳統(tǒng)偏置電路的電路圖；圖3是在圖1的偏置電路中使用的另一種傳統(tǒng)的偏置電路的電路圖；圖4是在圖1的器件中包括的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的橫截面視圖；圖5是按照本發(fā)明的一些實(shí)施例的偏置電路的電路圖；圖6是按照本發(fā)明的另一些實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)(NVM)單元的橫截面視圖；圖7是按照本發(fā)明的附加實(shí)施例的NVM單元的橫截面視圖；圖8圖解了包括按照本發(fā)明的一些實(shí)施例的偏置電路的固態(tài)成像裝置；圖9圖解了包括按照本發(fā)明的另一些實(shí)施例的偏置電路的固態(tài)成像裝置；圖10圖解了包括按照本發(fā)明的又一些實(shí)施例的偏置電路的固態(tài)成像裝置；圖11-17是制造產(chǎn)品的橫截面視圖，用于圖解制造包括按照本發(fā)明的一些實(shí)施例的偏置電路的固態(tài)成像裝置的示范操作。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖來(lái)更全面地說(shuō)明本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以具體化為不同的形式，并且不應(yīng)當(dāng)被理解為限于在此給出的實(shí)施例。而且，提供這些實(shí)施例以便本公開(kāi)徹底和完整，并且將向本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。相同的編號(hào)表示相同的元件。在此使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)地列出的項(xiàng)目的任何一個(gè)或所有組合。
在此使用的術(shù)語(yǔ)僅僅用于描述特定的實(shí)施例，并且并非意欲限定本發(fā)明。在此使用的單數(shù)形式“一個(gè)”和“所述那個(gè)”意欲也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外地明確指示出。還應(yīng)當(dāng)明白，術(shù)語(yǔ)“包括”當(dāng)在說(shuō)明書(shū)中使用時(shí)，指定所聲明的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。
可以明白，當(dāng)一個(gè)元件被稱(chēng)為“連接”或“耦合”到另一個(gè)元件時(shí)，它可以直接地連接或耦合到其他的元件或者可以存在插入的元件。相反，當(dāng)一個(gè)元件被稱(chēng)為“直接連接到”或“直接耦合到”另一個(gè)元件時(shí)，不存在插入的元件。
除非另外限定，在此使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括科技術(shù)語(yǔ))具有由本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。還應(yīng)當(dāng)明白，諸如在通常使用的詞典中所限定的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)被理解為具有與它們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域的環(huán)境中的含義一致的含義，并且將不被理解為理想化的或過(guò)度形式的含義，除非在此明確地如此定義。
圖5是按照本發(fā)明的一些實(shí)施例的偏置電路500的電路圖。所述偏置電路500包括多個(gè)晶體管30和一個(gè)非易失性存儲(chǔ)(NVM)單元40，它們串聯(lián)連接在諸如電源電壓VDD節(jié)點(diǎn)的第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)和諸如地電壓GND節(jié)點(diǎn)的第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間。電源電壓VDD由晶體管30和NVM單元40分配，并且偏置電路500在晶體管30和NVM單元40之間的觸點(diǎn)產(chǎn)生偏壓，并且向輸出節(jié)點(diǎn)60輸出所述偏壓。NVM單元40可以例如是閃速存儲(chǔ)器。如所公知的，即使其電源突然中斷，閃速存儲(chǔ)器也可以在ONO層或浮動(dòng)?xùn)艠O中存儲(chǔ)電荷，以便可以按照輸入到單元的柵極的電壓(門(mén)限電壓)來(lái)控制輸出電壓。如將參照?qǐng)D6和7來(lái)全面地說(shuō)明的，NVM單元40優(yōu)選地包括具有浮動(dòng)?xùn)艠O和控制柵極的快閃存儲(chǔ)單元。
優(yōu)選的是，所述偏置電路還包括輸入焊點(diǎn)50以及第一和第二電阻器R1和R2。從輸入焊點(diǎn)50輸入控制偏置信號(hào)，并且第一和第二電阻器R1和R2連接到輸入焊點(diǎn)50，并且可以穩(wěn)定來(lái)自輸入焊點(diǎn)50的控制偏置信號(hào)。在NVM單元40中，通過(guò)響應(yīng)于由第一和第二電阻器R1和R2穩(wěn)定的輸入信號(hào)而向浮動(dòng)?xùn)艠O注入電荷或從其釋放電荷來(lái)控制輸出電壓，以便獲得期望的偏壓。晶體管30是緩沖晶體管，并且連接到NVM單元40的源極和漏極，其中每個(gè)緩沖晶體管30的柵極連接到其漏極。
一般，具有包括多個(gè)選通晶體管的結(jié)構(gòu)的NVM單元(例如快閃存儲(chǔ)單元)可以使用外部偏壓來(lái)控制和固定溝道電勢(shì)。通過(guò)向浮動(dòng)?xùn)艠O注入電荷來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)劃，并且通過(guò)隧道效應(yīng)機(jī)制來(lái)消除(放電)在浮動(dòng)?xùn)艠O上的電荷。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，具有這種結(jié)構(gòu)的NVM單元被插入到偏置電路中，以便可以使用NVM單元的電荷存儲(chǔ)能力來(lái)控制門(mén)限電壓。特別是，已經(jīng)證明，具有多個(gè)選通晶體管的NVM單元可以在大范圍的條件下顯示穩(wěn)定的特征。因此，本發(fā)明的偏置電路可以輸出穩(wěn)定的偏壓。
圖6是按照本發(fā)明的一些實(shí)施例的NVM單元600的橫截面視圖，它可以被包括在圖5的偏置電路中。所圖解的NVM單元600是分割柵(split-gate)型快閃存儲(chǔ)單元，其中控制柵極125覆蓋浮動(dòng)?xùn)艠O110的上表面的一部分和一個(gè)側(cè)壁。源極區(qū)域130位于半導(dǎo)體基底100中并與浮動(dòng)?xùn)艠O110相鄰。橢圓形氧化層115覆蓋浮動(dòng)?xùn)艠O110的上表面。與源極區(qū)域130相對(duì)的浮動(dòng)?xùn)艠O110的側(cè)壁被控制柵極125覆蓋?？刂茤艠O125從浮動(dòng)?xùn)艠O110的側(cè)壁延伸，在一個(gè)方向上覆蓋橢圓氧化層115的上表面，并且覆蓋與浮動(dòng)?xùn)艠O110的源極區(qū)域130相對(duì)的半導(dǎo)體基底100的一部分。漏極區(qū)域135位于半導(dǎo)體基底100中并與控制柵極125相鄰，并且控制柵極125部分地與漏極區(qū)域135重疊。柵極絕緣層105位于浮動(dòng)?xùn)艠O110和半導(dǎo)體基底100之間。隧道絕緣層120與橢圓形氧化層115的一部分重疊，并且從在控制柵極125和半導(dǎo)體基底100之間的浮動(dòng)?xùn)艠O110的側(cè)壁延伸。以下，將橢圓形氧化層115和隧道絕緣層120的組合稱(chēng)為柵極間(intergate)絕緣層。
在分割柵型快閃存儲(chǔ)單元600中，浮動(dòng)?xùn)艠O110與控制柵極125分離，并且具有電隔離的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，通過(guò)向浮動(dòng)?xùn)艠O110注入電子或從其發(fā)出電子、即通過(guò)寫(xiě)入和消除操作來(lái)控制偏置電路的輸出電壓。在寫(xiě)入操作中，大約12V的高壓被施加到控制柵極125，大約7V的高壓被施加到源極130，并且0V的電壓被施加到漏極135，使得熱電子穿過(guò)在浮動(dòng)?xùn)艠O110之下半導(dǎo)體基底100之上、靠近控制柵極125的柵極絕緣層105并且進(jìn)入浮動(dòng)?xùn)艠O110。這增大了門(mén)限電壓，因此降低了偏置電路的輸出電壓。如果15V或更高的電壓被施加到控制柵極125，則高電場(chǎng)被施加到浮動(dòng)?xùn)艠O110的尖端，并且在浮動(dòng)?xùn)艠O110中的電子被傳送到控制柵極1 25。這減小了門(mén)限電壓，并且提高了偏置電路的輸出電壓。通過(guò)通道熱電子注入(CHEI)來(lái)實(shí)現(xiàn)向浮動(dòng)?xùn)艠O110的電子的注入，并且由Fowler-Nordheim(F-N)隧道效應(yīng)發(fā)出電子穿過(guò)在浮動(dòng)?xùn)艠O110和控制柵極125之間的隧道絕緣層120。
圖7是按照本發(fā)明的另一些實(shí)施例的、可以在圖5的偏置電路中使用的NVM單元700的橫截面視圖。NVM單元700是疊層?xùn)判涂扉W存儲(chǔ)單元，其中控制柵極225被堆疊在浮動(dòng)?xùn)艠O210上。柵極絕緣層205位于半導(dǎo)體基底200上，并且在其上堆疊浮動(dòng)?xùn)艠O210、柵極間絕緣層220和控制柵極225。源極230和漏極235被布置在半導(dǎo)體基底200中位于疊層結(jié)構(gòu)的相應(yīng)側(cè)。
在這個(gè)疊層?xùn)判烷W速存儲(chǔ)器中，控制柵極225被形成在浮動(dòng)?xùn)艠O210上。像在分割柵型閃速存儲(chǔ)器中那樣，通過(guò)向浮動(dòng)?xùn)艠O210注入電子或從其發(fā)出電子、即通過(guò)寫(xiě)入和消除操作來(lái)控制偏置電路的輸出電壓。在寫(xiě)入操作中，大約10V的高壓被施加到控制柵極225，大約5V的高壓被施加到源極230，并且漏極235浮動(dòng)，并且從源極230通過(guò)柵極絕緣層205向浮動(dòng)?xùn)艠O210注入熱電子。因此，門(mén)限電壓增大，這減小了在其中使用存儲(chǔ)單元的偏置電路的輸出電壓。在消除操作中，如果大約-10V的電壓被施加到控制柵極225，大約5V的電壓被施加到漏極235，并且源極230浮動(dòng)，則在浮動(dòng)?xùn)艠O210中的電子被傳送到漏極235。這減小了門(mén)限電壓，由此增大了偏置電路的輸出電壓。通過(guò)熱電子注入而發(fā)生向浮動(dòng)?xùn)艠O210中的電子注入，并且通過(guò)F-N隧道效應(yīng)經(jīng)由隧道絕緣層120從浮動(dòng)?xùn)艠O210傳送電子。
如上面參照?qǐng)D5-7描述的偏置電路可以與固態(tài)成像裝置集成，并且用于向固態(tài)成像裝置的基底、復(fù)位柵極和/或復(fù)位漏極施加偏壓。圖8-10圖解了使用按照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的偏置電路的固態(tài)成像裝置。
圖8圖解了包括偏置電路360的固態(tài)成像裝置800，在所述偏置電路360中，向其中形成有多個(gè)裝置區(qū)域350的基底300施加偏壓。所述裝置區(qū)域350可以例如與圖1所示的在基底1上形成的元件相同，所述元件諸如p型阱2、光電二極管區(qū)域3、垂直電荷傳輸區(qū)域4、溝道截?cái)鄬?、絕緣層6、多晶硅柵極7、金屬光阻層8和微透鏡9等。如上參照?qǐng)D5所述，偏置電路360包括一個(gè)或多個(gè)晶體管30和NVM單元40，它們串聯(lián)連接在第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)VDD和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)GND之間。偏置電路360在晶體管30和NVM單元40之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生偏壓。在所圖解的實(shí)施例中，偏置電路360的輸出節(jié)點(diǎn)連接到基底300的n+型區(qū)域，以便向基底300施加偏壓。
圖9和10圖解了按照本發(fā)明的另一些實(shí)施例的固態(tài)成像裝置。圖9和10所示的實(shí)施例彼此類(lèi)似，除了圖9的偏置電路370向復(fù)位柵極RG施加偏壓，而圖10的偏置電路380向復(fù)位漏極RD施加偏壓。參見(jiàn)圖9，固態(tài)成像裝置900包括光電轉(zhuǎn)換區(qū)域305、電荷傳輸區(qū)域310、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域320、復(fù)位柵極330、復(fù)位漏極340，它們都位于基底300上和/或內(nèi)。器件900還包括偏置電路370，它向復(fù)位柵極330施加偏壓。所述電荷傳輸區(qū)域發(fā)送在所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域305中產(chǎn)生的電荷，并且浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域320感測(cè)由電荷傳輸區(qū)域310發(fā)送的電荷，并且向外圍電路(未示出)輸出電荷。復(fù)位柵極330和復(fù)位漏極340被提供用來(lái)對(duì)于每個(gè)像素復(fù)位向浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域320發(fā)送的電荷。如上參照?qǐng)D5所述，偏置電路370包括一個(gè)或多個(gè)晶體管30和一個(gè)NVM單元40，它們串聯(lián)連接在第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)VDD和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)GND之間，并且在晶體管30和NVM單元40之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上輸出偏壓。圖10圖解了固態(tài)成像裝置1000的一個(gè)示例，其中偏置電路370向復(fù)位漏極340施加偏壓。
按照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的偏置電路可以與固態(tài)成像裝置集成。以下，將參照?qǐng)D11-17來(lái)說(shuō)明用于制造包括偏置電路的固態(tài)成像裝置的示范操作。
參見(jiàn)圖11，在n型半導(dǎo)體基底400中定義了裝置區(qū)域C和偏置電路區(qū)域B。在基底400中形成p型阱405，并且在p型阱405中形成用于將像素彼此分離的溝道截?cái)鄬?10。在形成p型阱405之前，可以執(zhí)行清潔處理，并且可以在基底400上形成緩沖氧化層(未示出)?？梢栽诨?00上形成離子注入掩模(未示出)，以大約2.3E11離子/cm2的劑量和大約1.8MeV來(lái)?yè)诫s硼離子，由此形成p型阱405。如果必要的話(huà)，則p型離子可以以較高的劑量被摻雜到除了裝置區(qū)域C之外的、包括偏置電路區(qū)域的外圍電路部分中。其后，通過(guò)形成電荷傳輸通道的離子注入處理在溝道截?cái)鄬?10旁邊形成CCD通道區(qū)域415，該通道區(qū)域包括垂直和水平電荷傳輸區(qū)域。可以在形成溝道截?cái)鄬?10之前形成CCD通道區(qū)域415。
參見(jiàn)圖12，在其中形成有CCD通道區(qū)域415的基底400的表面上形成柵極絕緣層420。在裝置區(qū)域C中的柵極絕緣層420的一部分可以是ONO層，而在偏置電路區(qū)域B中的柵極絕緣層420的一部分可以是氧化層。例如，可以在大約900℃的溫度使用熱氧化來(lái)形成大約300的厚度的第一氧化層。然后可以使用例如低壓化學(xué)汽相沉積(LPCVD)來(lái)將一個(gè)氮化層形成為大約400的厚度。可以通過(guò)沉積大約150的厚度的中溫氧化物(MTO)和將所述MTO退火來(lái)形成第二氧化層。在基底400的整個(gè)表面上形成這個(gè)ONO層后，可以從偏置電路區(qū)域B去除所述氮化層和ONO層的第二氧化層。第一多晶硅層425被沉積在柵極絕緣層420上。例如，可以通過(guò)LPCVD來(lái)將第一多晶硅層425形成為大約3000的厚度。
參見(jiàn)圖13，第一多晶硅層425形成圖案為在裝置區(qū)域C的CCD通道區(qū)域415的特定部分留下第一多晶硅柵極425a。與設(shè)計(jì)形成第一多晶硅柵極425a的同時(shí)，可以在偏置電路區(qū)域B中形成NVM單元的浮動(dòng)?xùn)艠O425b。可以使用諸如氧化層或光阻層之類(lèi)的適當(dāng)?shù)奈g刻掩模來(lái)設(shè)計(jì)形成第一多晶硅層425。
參見(jiàn)圖14，在第一多晶硅柵極425a和浮動(dòng)?xùn)艠O425b上形成用于將電極彼此分離的柵極間絕緣層430a和430b。第二多晶硅層440被沉積在柵極間絕緣層430a和430b上。為了形成柵極間絕緣層430a和430b，可以通過(guò)熱氧化第一多晶硅柵極425a和浮動(dòng)?xùn)艠O425b來(lái)形成厚度大約300的熱氧化層，并且可以在其上沉積厚度大約100的MTO。可以形成厚度大約300的第二多晶硅層440。
參見(jiàn)圖15，設(shè)計(jì)第二多晶硅層440以形成第二多晶硅柵極440a，它部分地與第一多晶硅柵極425a以及裝置區(qū)域C的CCD通道區(qū)域415的相鄰部分重疊；控制柵極440b，它與偏置電路區(qū)域B中的浮動(dòng)?xùn)艠O425b重疊。所述設(shè)計(jì)也形成偏置電路區(qū)域B的一個(gè)或多個(gè)晶體管的柵極440c。
參見(jiàn)圖16，通過(guò)向偏置電路區(qū)域B中注入雜質(zhì)離子而在控制柵極440b的相應(yīng)側(cè)上形成源極區(qū)域445a和漏極區(qū)域445b，因此形成NVM單元450。漏極區(qū)域445b也作為也包括漏極區(qū)域445c的晶體管460的源極區(qū)域445b，以便NVM單元450與晶體管460串聯(lián)以形成偏置電路部分465，該偏置電路部分465可以包括與NVM單元450和晶體管460串聯(lián)耦合的其他晶體管(未示出)?？梢栽诰w管460和NVM單元450之間的觸點(diǎn)上產(chǎn)生偏壓。
參見(jiàn)圖17，在包括第二多晶硅柵極440a的結(jié)構(gòu)上形成絕緣層470，并且執(zhí)行n型離子注入處理以形成光電二極管區(qū)域475，即光電轉(zhuǎn)換區(qū)域?？梢栽谛纬稍礃O區(qū)域445a、源極/漏極區(qū)域445b和漏極區(qū)域445c之前形成光電二極管區(qū)域475。
形成金屬光阻層480，它覆蓋除了覆蓋在光電二極管區(qū)域475之上的部分之外的絕緣層470的其它部分?？梢酝ㄟ^(guò)沉積厚度大約2000的鎢和設(shè)計(jì)其圖案來(lái)形成所述金屬光阻層480。形成諸如BPSG的鈍化層485，然后通過(guò)使用光刻處理選擇性地去除鈍化層485來(lái)執(zhí)行焊點(diǎn)打開(kāi)處理。在鈍化層485上形成諸如氧化層或氮層之類(lèi)的用于平面化的絕緣層490。在覆蓋在光電二極管區(qū)域475之上的絕緣層490的一部分上形成濾色層495。在覆蓋在光電二極管區(qū)域475之上的濾色層495上形成微透鏡500，由此形成固態(tài)成像裝置。
如上所述，可以同時(shí)形成裝置區(qū)域C的第一多晶硅柵極425a和用于偏置電路部分465中的NVM單元450的浮動(dòng)?xùn)艠O425b。另外，可以同時(shí)形成裝置區(qū)域C的第二多晶硅柵極425a和用于偏置電路部分465中的NVM單元450的控制柵極440b。以這種方式，可以與固態(tài)成像裝置集成用于產(chǎn)生穩(wěn)定的偏壓的偏置電路。可以明白，可以通過(guò)下述方式來(lái)修改用于在偏置電路區(qū)域B中形成疊層?xùn)臢VM單元的如上所述的操作以形成分割柵極NVM單元通過(guò)形成控制柵極440b，使得它與浮動(dòng)?xùn)艠O425b重疊和延伸到至相鄰的基底上。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的例證實(shí)施例而說(shuō)明了本發(fā)明，但是可以明白，本發(fā)明不限于其所述細(xì)節(jié)。已經(jīng)在上述的說(shuō)明中提出了各種替代和修改，并且本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員可以看出其他的替代和修改。因此，所有這樣的替代和修改意欲被包括在所附的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于電荷耦合器件的偏置電路，所述偏置電路包括一個(gè)或多個(gè)晶體管和一個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元，它們串聯(lián)連接在第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間，并且被配置為在所述非易失性存儲(chǔ)器和所述一個(gè)或多個(gè)晶體管之一之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生偏壓。
2.按照權(quán)利要求1的偏置電路，其中，所述一個(gè)或多個(gè)晶體管包括在所述非易失性存儲(chǔ)單元的第一端和所述第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合的一個(gè)或多個(gè)晶體管；在所述非易失性存儲(chǔ)單元的第二端和所述第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合的一個(gè)或多個(gè)晶體管。
3.按照權(quán)利要求1的偏置電路，其中所述非易失性存儲(chǔ)單元包括快閃存儲(chǔ)單元。
4.按照權(quán)利要求3的偏置電路，其中，所述偏壓依賴(lài)于非易失性存儲(chǔ)單元的浮動(dòng)?xùn)艠O的電荷。
5.按照權(quán)利要求3的偏置電路，其中，所述非易失性存儲(chǔ)單元包括疊層?xùn)判涂扉W存儲(chǔ)單元。
6.按照權(quán)利要求3的偏置電路，其中，所述非易失性存儲(chǔ)單元包括分割柵型快閃存儲(chǔ)單元。
7.按照權(quán)利要求1的偏置電路，還包括與非易失性存儲(chǔ)單元的柵極耦合的輸入焊點(diǎn)。
8.按照權(quán)利要求7的偏置電路，還包括耦合在所述輸入焊點(diǎn)與第一和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)的一個(gè)之間的第一和第二電阻器。
9.按照權(quán)利要求1的偏置電路，其中，所述一個(gè)或多個(gè)晶體管被配置為一個(gè)或多個(gè)緩沖晶體管。
10.一種固態(tài)成像裝置，包括一個(gè)半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上和/或內(nèi)形成的多個(gè)裝置區(qū)域；偏置電路，它耦合到所述基底和/或所述裝置區(qū)域之一，并且用于向其施加偏壓，該偏置電路包括一個(gè)或多個(gè)晶體管和一個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元，它們串聯(lián)連接在第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間，并且被配置為在所述非易失性存儲(chǔ)器和所述一個(gè)或多個(gè)晶體管之一之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生偏壓。
11.按照權(quán)利要求10的器件，其中，所述一個(gè)或多個(gè)晶體管包括在所述非易失性存儲(chǔ)單元的第一端和所述第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合的一個(gè)或多個(gè)晶體管；在所述非易失性存儲(chǔ)單元的第二端和所述第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合的一個(gè)或多個(gè)晶體管。
12.按照權(quán)利要求11的器件，其中所述非易失性存儲(chǔ)單元包括快閃存儲(chǔ)單元。
13.按照權(quán)利要求12的器件，其中，所述偏壓依賴(lài)于非易失性存儲(chǔ)單元的浮動(dòng)?xùn)艠O的電荷。
14.按照權(quán)利要求12的器件，其中，所述非易失性存儲(chǔ)單元包括疊層?xùn)判涂扉W存儲(chǔ)單元。
15.按照權(quán)利要求12的器件，其中，所述非易失性存儲(chǔ)單元包括分割柵型快閃存儲(chǔ)單元。
16.按照權(quán)利要求10的器件，還包括與非易失性存儲(chǔ)單元的柵極耦合的輸入焊點(diǎn)。
17.按照權(quán)利要求16的器件，還包括耦合在所述輸入焊點(diǎn)與第一和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)的一個(gè)之間的第一和第二電阻器。
18.按照權(quán)利要求10的器件，其中，所述一個(gè)或多個(gè)晶體管被配置為一個(gè)或多個(gè)緩沖晶體管。
19.一種固態(tài)成像裝置，包括光電轉(zhuǎn)換區(qū)域；電荷傳輸區(qū)域，被配置為從所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域傳送電荷；浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域，被配置為向外圍電路傳送由電荷傳輸區(qū)域傳送的電荷；復(fù)位柵極和復(fù)位漏極，被配置為從浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域傳送電荷；偏置電路，它被配置為向復(fù)位柵極或復(fù)位漏極施加偏壓，所述偏置電路包括一個(gè)或多個(gè)晶體管和一個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元，它們串聯(lián)耦合在第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間，并且被配置為在所述非易失性存儲(chǔ)器和所述一個(gè)或多個(gè)晶體管之一之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生偏壓。
20.按照權(quán)利要求19的器件，其中所述一個(gè)或多個(gè)晶體管包括在所述非易失性存儲(chǔ)單元的第一端和所述第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合的一個(gè)或多個(gè)晶體管；在所述非易失性存儲(chǔ)單元的第二端和所述第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合的一個(gè)或多個(gè)晶體管。
21.按照權(quán)利要求19的器件，其中，所述非易失性存儲(chǔ)單元包括快閃存儲(chǔ)單元。
22.按照權(quán)利要求21的器件，其中，所述偏壓依賴(lài)于非易失性存儲(chǔ)單元的浮動(dòng)?xùn)艠O的電荷。
23.按照權(quán)利要求21的器件，其中，所述非易失性存儲(chǔ)單元包括疊層?xùn)判涂扉W存儲(chǔ)單元。
24.按照權(quán)利要求21的器件，其中，所述非易失性存儲(chǔ)單元包括分割柵型快閃存儲(chǔ)單元。
25.按照權(quán)利要求19的器件，還包括與非易失性存儲(chǔ)單元的柵極耦合的輸入焊點(diǎn)。
26.按照權(quán)利要求25的器件，還包括耦合在所述輸入焊點(diǎn)與第一和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)的一個(gè)之間的第一和第二電阻器。
27.按照權(quán)利要求10的器件，其中，所述一個(gè)或多個(gè)晶體管被配置為一個(gè)或多個(gè)緩沖晶體管。
28.一種制造固態(tài)成像裝置的方法，所述方法包括在半導(dǎo)體基底上形成柵極絕緣層；在柵極絕緣層上形成第一多晶硅層；設(shè)計(jì)所述第一多晶硅層，以在裝置區(qū)域中形成第一多晶硅柵極和在偏置電路區(qū)域中形成浮動(dòng)?xùn)艠O；在第一多晶硅柵極和浮動(dòng)?xùn)艠O上形成柵極間絕緣層；在所述柵極間絕緣層上形成第二多晶硅層；設(shè)計(jì)第二多晶硅層，以在所述裝置區(qū)域中形成第二多晶硅柵極并且在偏置電路區(qū)域中形成控制柵極和一個(gè)或多個(gè)晶體管柵極，其中，第二多晶硅柵極部分地與第一多晶硅柵極重疊，并且所述控制柵極部分地與所述浮動(dòng)?xùn)艠O重疊；在基底中、在所述偏置電路的控制柵極和所述一個(gè)或多個(gè)晶體管柵極的相應(yīng)側(cè)形成源極/漏極區(qū)域，以形成與非易失性存儲(chǔ)單元串聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)晶體管。
29.按照權(quán)利要求28的方法，其中，所述控制柵極和浮動(dòng)?xùn)艠O具有疊層?xùn)排渲谩?br>
30.按照權(quán)利要求28的方法，其中，所述控制柵極和浮動(dòng)?xùn)艠O具有分割柵配置。
31.按照權(quán)利要求28的方法，其中，所述半導(dǎo)體基底是n型基底，其中所述方法還包括在n型基底中形成p型阱；在p型阱中形成溝道截?cái)鄬樱恍纬舌徑鼫系澜財(cái)鄬拥碾姾蓚鬏攨^(qū)域；在第二多晶硅柵極上形成絕緣層；在裝置區(qū)域中形成光電二極管區(qū)域；在除了覆蓋在光電二極管區(qū)域之上的部分之外的絕緣層上形成金屬光阻層；在金屬光阻層上形成鈍化層；在鈍化層上形成平面化的絕緣層；在覆蓋在光電二極管區(qū)域的平面化的絕緣層的一部分上形成濾色層；在濾色層上形成微透鏡，并且覆蓋在光電二極管區(qū)域上。
全文摘要
一種用于電荷耦合器件(CCD)的偏置電路，包括一個(gè)或多個(gè)晶體管和一個(gè)非易失性存儲(chǔ)單元，它們串聯(lián)連接在第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)和第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間，并且被配置為在所述非易失性存儲(chǔ)器和所述一個(gè)或多個(gè)晶體管之一之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生偏壓。所述一個(gè)或多個(gè)晶體管可以包括在所述非易失性存儲(chǔ)單元的第一端和所述第一電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合的一個(gè)或多個(gè)晶體管；在所述非易失性存儲(chǔ)單元的第二端和所述第二電勢(shì)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合的一個(gè)或多個(gè)晶體管。所述非易失性存儲(chǔ)單元可以包括快閃存儲(chǔ)單元，例如疊層?xùn)判涂扉W存儲(chǔ)單元和/或分割柵型快閃存儲(chǔ)單元。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1665033SQ200510053008
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者柳政澔, 南丁鉉, 盧宰燮 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社