具有改良性能的大型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器像素的制作方法
【專利摘要】本申請案涉及一種具有改良性能的大型CMOS圖像傳感器像素。圖像傳感器像素包括具有第一摻雜類型的、安置在半導(dǎo)體材料中的光敏元件。具有所述第一摻雜類型的深延伸安置在所述半導(dǎo)體材料中的所述光敏元件下面且與其重疊。浮動擴(kuò)散安置在所述半導(dǎo)體材料中。傳送柵極安置在安置于所述半導(dǎo)體材料上方的柵極氧化物上方。所述傳送柵極安置在所述光敏元件與所述浮動擴(kuò)散之間。所述光敏元件及所述深度延伸以從所述傳送柵極下面延伸的“U”型形狀堆疊在所述半導(dǎo)體材料中。
【專利說明】具有改良性能的大型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器像素
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及成像。更特定來說，本發(fā)明的實例涉及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體型的圖像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器已變得普遍存在。其廣泛用于數(shù)字照相機(jī)、手機(jī)、監(jiān)控攝像機(jī)以及醫(yī)療、汽車及其它應(yīng)用中。用來制造圖像傳感器(且特定來說，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器(CIS))的技術(shù)持續(xù)大幅改進(jìn)。舉例來說，對較高分辨率及較低功耗的需求已促進(jìn)這些圖像傳感器進(jìn)行進(jìn)一步的小型化及集成。
[0003]其中尺寸及圖像質(zhì)量尤其重要的兩個應(yīng)用領(lǐng)域是安全及汽車應(yīng)用。對這些應(yīng)用來說，圖像傳感器芯片一般必須提供高質(zhì)量圖像且在光譜的近紅外部分中具有改良的靈敏度。為了實現(xiàn)這些特性，光敏孔徑應(yīng)盡可能大且具有極深的光電二極管區(qū)域以收集更多近紅外光。
[0004]像素(即，像元)填充因數(shù)指示像素對光敏感的表面區(qū)的部分。像素間距為成像裝置中鄰近像素之間的物理距離。隨著像素間距減小，像素填充因數(shù)已變得更小，原因在于隨著像素的光敏區(qū)域在尺寸上減小，有源電路元件及金屬互連線占用的每一像素中的區(qū)的比例越多。
[0005]解決像素填充因數(shù)損失的一種方法是在每一像素的光敏部分的正上方使用微尺寸透鏡(即，微透鏡)，以使光直接朝像素中的區(qū)的光敏部分而聚焦。解決像素填充因數(shù)損失的另一方法是使用背照式(BSI)圖像傳感器，其將有源像素電路元件及金屬互連線放置在圖像傳感器裸片的前側(cè)上，且將光敏元件放置在襯底內(nèi)，面向圖像傳感器裸片的后側(cè)。
[0006]像素中包含的晶體管中的一者通常被稱為傳送晶體管，其包含安置在光敏元件與像素的浮動擴(kuò)散之間的傳送柵極。傳送柵極安置在柵極氧化物上。光敏元件、浮動擴(kuò)散區(qū)域及柵極氧化物安置在襯底上。
[0007]在操作期間，當(dāng)偏壓電壓施加到傳送柵極時，可在傳送柵極下面形成導(dǎo)電溝道區(qū)域，以使電荷從光敏元件傳送到像素的浮動擴(kuò)散區(qū)域。可因常規(guī)像素結(jié)構(gòu)不能將電荷全部從光敏元件移除而產(chǎn)生降級圖像，以使殘留信號在像素的連續(xù)讀取期間保留。保留在光敏元件內(nèi)的此剩余信息(其降低圖像質(zhì)量)經(jīng)常被稱為圖像滯后、殘留圖像、重像或幀到幀保留。為了最大化從不斷減小的像素得到的圖像質(zhì)量，已非常專注于通過最優(yōu)化傳送柵極結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)及其與光電二極管的接近來改善載流子從光電二極管的傳出。
[0008]此外，在繼續(xù)努力最小化圖像傳感器時，最大化光電二極管可保留的載流子的數(shù)目(其也被稱為全阱容量)以及最大化從像素讀取信號時電荷到電壓的轉(zhuǎn)換已成為焦點。尺寸減小的光電二極管也已進(jìn)行最優(yōu)化以具有較大光譜靈敏度以補(bǔ)償其收集區(qū)減小。舉例來說，已開發(fā)出被極深地?fù)诫s到襯底內(nèi)的小型光電二極管以改善紅色及紅外靈敏度。
[0009]隨著像素尺寸變得更小，本底電流可變成總信號的較大部分，這減小了信/噪(S/N)比及動態(tài)范圍(DNR)。對一些應(yīng)用來說，DNR的損失及伴隨的圖像質(zhì)量降低已逆轉(zhuǎn)了至少最小化圖像傳感器的光電二極管元件以便增加牽涉低光、高對比度場景或長波長光的應(yīng)用的可用信號載流子數(shù)目的動力。隨著光電二極管的外部區(qū)域與傳送柵極之間的距離增加，可存在朝著傳送柵極驅(qū)動信號載流子的減少的橫向電場。隨著信號載流子接著更多依賴于擴(kuò)散進(jìn)行其從光電二極管的傳出，可留下更多信號載流子且導(dǎo)致圖像滯后。對較大光電二極管來說，更充分地提取信號載流子以減少圖像滯后變得甚至更為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在一個方面，本申請案提供一種圖像傳感器像素，其包括:光敏元件，其具有第一摻雜類型，安置在半導(dǎo)體材料中；深延伸，其具有所述第一摻雜類型，安置在所述半導(dǎo)體材料中的所述光敏元件下面且與其重疊；浮動擴(kuò)散，其安置在所述半導(dǎo)體材料中；及傳送柵極，其安置在安置于所述光敏元件與所述浮動擴(kuò)散之間的所述半導(dǎo)體材料上方的柵極氧化物上方，其中所述光敏元件及所述深延伸以從所述傳送柵極下面延伸的“U”型形狀而堆疊在所述半導(dǎo)體材料中。
[0011]在另一個方面，本申請案提供一種成像系統(tǒng)，其包括:像素陣列，其具有多個圖像傳感器像素，其中所述多個圖像傳感器像素中的每一者包含:光敏元件，其具有第一摻雜類型，安置在半導(dǎo)體材料中；深延伸，其具有所述第一摻雜類型，安置在所述半導(dǎo)體材料中的所述光敏元件下面且與其重疊；浮動擴(kuò)散，其安置在所述半導(dǎo)體材料中；及傳送柵極，其安置在安置于所述光敏元件與所述浮動擴(kuò)散之間的所述半導(dǎo)體材料上方的柵極氧化物上方，其中所述光敏元件及所述深延伸以從所述傳送柵極下面延伸的“U”型形狀堆疊在所述半導(dǎo)體材料中；控制電路，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作；及讀出電路，其耦合到所述像素陣列以將圖像數(shù)據(jù)從所述多個圖像傳感器像素讀出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]參考附圖描述本發(fā)明的非限制性且非詳盡的實施例，其中除非另有規(guī)定，否則在整個的各個視圖中，相同參考數(shù)字指代相同部分。
[0013]圖1為常規(guī)圖像傳感器像素的剖面圖。
[0014]圖2為包含適于改善對紅外放射的靈敏度的光電二極管垂直摻雜輪廓的常規(guī)圖像傳感器像素的剖面圖。
[0015]圖3為根據(jù)本發(fā)明的教示的圖像傳感器像素的一個實例的剖面圖。
[0016]圖4展示根據(jù)本發(fā)明的教示的圖像傳感器像素的一個實例的布局圖。
[0017]圖5為說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含具有圖像傳感器像素的像素陣列的成像系統(tǒng)的一個實例的圖。
[0018]在整個的圖式的若干視圖中，對應(yīng)參考字符指示對應(yīng)組件。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，圖中的元件是出于簡單及清楚的目的進(jìn)行說明且沒有必要按比例繪出。舉例來說，圖中的一些元件的尺寸可相對于其它元件放大以幫助改善對本發(fā)明的各個實施例的理解。而且，在商業(yè)上可行的實施例中有用或必需的通常但易于理解的元件經(jīng)常不進(jìn)行描繪，以便促進(jìn)本發(fā)明的這些各個實施例的阻礙較少的視圖?！揪唧w實施方式】
[0019]本文描述包含具有帶有大型光電二極管的實例像素設(shè)計(其可能具有增加的靈敏度以及減少的圖像滯后)的CMOS圖像傳感器的設(shè)備的實例。在以下描述中陳述大量具體細(xì)節(jié)以提供對實施例的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，可在沒有所述具體細(xì)節(jié)中的一者或一者以上的情況下或以其它方法、組件、材料等實踐本文所描述的技術(shù)。在其它實例中，并未展示或詳細(xì)描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，以免使某些方面模糊不清。
[0020]在整個此說明書中，參考“ 一個實施例”、“一實施例”、“ 一個實例”或“ 一實例”意指結(jié)合實施例或?qū)嵗枋龅奶囟ㄌ卣?、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例或?qū)嵗?。因此，在整個此說明書中，出現(xiàn)在各處的術(shù)語(例如，“在一個實施例中”或“在一個實例中”)并不一定全部指相同的實施例或?qū)嵗４送?，可以任何合適的方式在一個或一個以上實施例或?qū)嵗薪M合特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。
[0021]下文是通過參考附圖對在本發(fā)明的實例的描述中使用的術(shù)語及元件進(jìn)行的詳細(xì)描述。
[0022]通常被認(rèn)為是用于固態(tài)圖像拾取設(shè)備的圖像傳感器的是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。典型的CMOS圖像傳感器(CIS)像素操作如下。光入射在微透鏡上，微透鏡通過濾光片將光聚焦到光敏元件。光敏元件檢測光且將光轉(zhuǎn)換成與所檢測到的光的強(qiáng)度成比例的電信號。傳送柵極將電信號從光敏元件傳送到浮動擴(kuò)散區(qū)域。
[0023]圖1說明包含常規(guī)傳送柵極結(jié)構(gòu)的前照式CIS的常規(guī)圖像傳感器像素100的剖面圖。金屬堆疊Iio包含金屬層(例如，金屬層Ml及M2)，所述金屬層以此一方式在電介質(zhì)層上方圖案化，所述電介質(zhì)層如所展示安置在柵極氧化物107及多晶柵極105上方以便創(chuàng)建光徑，入射在像素100上的光106可穿過所述光徑抵達(dá)光敏或光電二極管(PD)元件115。為了實施彩色CIS，像素100進(jìn)一步包括沿著光106的光徑安置的彩色濾光片層120。在一個實例中，彩色濾光片層120安置在微透鏡125下面。微透鏡125有助于將光106聚焦到光敏元件115上。圖像傳感器包含布置在較大襯底中的二維行及列的陣列內(nèi)的若干圖像傳感器像素100 (即，如所展示，延伸到襯底102之外)。
[0024]返回參看圖1，像素100進(jìn)一步包含安置在外延層104上的P型摻雜阱140中的浮動擴(kuò)散(FD)區(qū)域155。如圖1中所展示，外延層104安置在襯底102上。淺溝槽隔離(STI) 130也安置在外延層104中或外延層104上。具有傳送多晶柵極105的傳送晶體管安置在光敏元件115與FD區(qū)域155之間，且用于將從光敏元件115輸出的信號傳送到浮動擴(kuò)散區(qū)域155。當(dāng)偏壓電壓施加到傳送柵極(多晶柵極105)時，可在傳送柵極(多晶柵極105)下面形成導(dǎo)電溝道。在其處形成溝道的偏壓電壓可稱為柵極閾值電壓(Gate ThresholdVoltage) (Vt)。p型釘扎區(qū)域135覆蓋延伸到STI130絕緣邊界及傳送多晶柵極105電極的邊緣的像素光敏區(qū)。
[0025]像素100操作如下。在積分周期(其還可稱為曝光或積累周期)期間，光106入射在光敏元件115上。光敏元件115響應(yīng)于入射光106產(chǎn)生電信號。電信號保留在光敏元件115中。在此階段中，可斷開傳送晶體管。在一個實例中，多晶柵極105上的偏壓電壓可為負(fù)電壓。
[0026]當(dāng)多晶柵極105上的偏壓電壓小于其閾值電壓時，多晶柵極105下面的溝道有效地變得阻擋電荷流。建立傾向于阻止從光敏元件115到浮動擴(kuò)散區(qū)域155的電荷運動的能障。
[0027]在積分周期之后，接通多晶柵極105以讀出光敏元件115。在一個實例中，可將正偏壓電壓施加到多晶柵極105。當(dāng)多晶柵極105上的偏壓增加時，多晶柵極下面靠近FD區(qū)域155的溝道首先變得導(dǎo)電。當(dāng)多晶柵極105上的偏壓增加且接近閾值電壓時，溝道可繼續(xù)逐漸變得朝著光敏元件115導(dǎo)電。多晶柵極105下面的溝道區(qū)域中的電位取決于溝道區(qū)域內(nèi)每一點處的摻雜濃度。在常規(guī)傳送柵極溝道摻雜結(jié)構(gòu)中，電位逐漸從光敏元件115朝著FD區(qū)域155減少，借此產(chǎn)生有助于電荷從光敏元件115傳送到浮動擴(kuò)散FD區(qū)域155的橫向電場。在已將光敏兀件115中的電信號傳送到FD區(qū)域155之后，斷開多晶柵極105以啟動隨后的積分周期。在啟動隨后的積分周期之前，可將光敏元件及FD兩者設(shè)置到初始狀態(tài)，或在已移除光敏元件115內(nèi)的剩余信號載流子的大多數(shù)之后使光敏元件及FD兩者復(fù)位。
[0028]在已犧牲信號容量而針對分辨率進(jìn)行最優(yōu)化的常規(guī)CIS像素中，光敏元件橫向尺寸的范圍可從0.9微米到6微米。這些像素的光敏元件垂直摻雜輪廓的范圍可從0.5微米到3微米。具有這些小尺寸的像素可促進(jìn)成像陣列中具有從5百萬到2千萬像素的分辨率的CIS圖像傳感器的制造。在此類小型像素中，像素的中心相對靠近傳送柵極晶體管的邊緣且自然發(fā)生的橫向場可促進(jìn)信號載流子從整個光敏元件區(qū)域的完全傳送。
[0029]然而，已針對紅外放射(即，深光敏元件摻雜輪廓)及信號容量(即，較大光敏元件區(qū))進(jìn)行最優(yōu)化的常規(guī)CIS像素可遭受圖像滯后。出現(xiàn)此問題是由于常規(guī)CIS像素可具有三維摻雜輪廓，其中可阻止一些殘留信號電荷從光敏元件傳送。舉例來說，這些像素可具有橫向尺寸范圍從3微米到10微米的光敏元件。這些像素的光敏元件垂直摻雜輪廓的范圍可從1.5微米到2.5微米。此外，在連續(xù)讀取之間可能無法使此類光敏元件完全變空。結(jié)果，來自之前的光信號的信息中的一些(尚未被傳送到浮動擴(kuò)散)可保留在光敏元件內(nèi)。剩余信息可叫做圖像滯后、殘留圖像、重像、幀到幀保留等。
[0030]圖2說明包含可針對紅外范圍中的靈敏度進(jìn)行優(yōu)化的光敏元件摻雜結(jié)構(gòu)的CIS的常規(guī)圖像傳感器像素200的剖面圖。此傳感器單元200可有效地應(yīng)用于更加苛刻的成像應(yīng)用(例如，在安全及汽車產(chǎn)業(yè)中)。CIS包含安置在襯底內(nèi)的像素200的陣列。個別圖像傳感器像素包含光敏元件215、光敏元件深延伸216及浮動擴(kuò)散區(qū)域255。具有擁有統(tǒng)一厚度的柵極氧化物207的傳送柵極(其在圖2中展示為多晶柵極205)安置在光敏元件215與浮動擴(kuò)散FD區(qū)域255之間。浮動擴(kuò)散255可包含于在多晶柵極205下面延伸的P型阱240內(nèi)。當(dāng)偏壓電壓施加到多晶柵極205時，可在多晶柵極205下面形成導(dǎo)電溝道275。在其處形成溝道的偏壓電壓可稱為柵極閾值電壓(Vt)。外延層204可為任何合適的半導(dǎo)體材料，例如P型摻雜硅。柵極氧化物207為二氧化硅。多晶柵極205可為多晶硅。STI230可為能夠防止外延層204上的組件之間的電信號的泄漏的任何合適的絕緣材料。P型釘扎區(qū)域235覆蓋延伸到STI230絕緣邊界及傳送多晶柵極205電極的邊緣的像素光敏區(qū)。
[0031]通過以高達(dá)IMeV的能量植入達(dá)3xl012cnT2劑量的磷或替代以每一者從200keV到IMeV的能量進(jìn)行若干次植入而形成η型深光敏區(qū)域。
[0032]圖2中展示的圖像傳感器像素200以有些類似于傳感器單元100的方式操作?？赡苡绊戄d流子的完全傳送的一個因素是光敏元件215的區(qū)域與光敏元件深延伸216的重疊。如果光敏元件215與光敏元件深延伸216之間的重疊不充分，就可能會產(chǎn)生阻止信號載流子從光敏元件深延伸216到光敏元件215內(nèi)的傳送以及通過多晶柵極205到浮動擴(kuò)散FD355的傳送的能障。結(jié)果就是圖像滯后。
[0033]即使光敏元件深延伸216關(guān)于其與光敏元件215的重疊進(jìn)行合適的放置，影響光敏元件215的大實施方案中的載流子的完全傳送的另一因素與光敏元件215的中心及傳送晶體管柵極(多晶柵極205)的邊緣之間的間距218相關(guān)聯(lián)。如所展示，在已于其平面尺寸上方均勻摻雜且其中光敏元件215及光敏元件深延伸216的垂直區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)重疊的光敏元件215中，在圖2中作為Vpin219加以說明的最高電位點在復(fù)位步驟之后位于光敏元件的中心區(qū)處。在Vpin219點位于光敏區(qū)的中心處的情況下，比較不可能在傳送操作期間將大面積像素的信號載流子完全從光敏元件215排空。
[0034]圖3說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含光敏元件摻雜結(jié)構(gòu)的CIS的圖像傳感器像素300的剖面圖。如在所描繪的實例中所展示，圖3的像素300與圖1的像素100及圖2的像素200擁有相似點，且相同區(qū)域已保持其前面的標(biāo)簽。在一個實例中，一個差別就是圖3的像素300包含任選鏈接區(qū)域317的添加，其與光敏元件215及光敏元件深延伸216有相同的摻雜類型且不論橫向地相對于光敏元件215的中心還是垂直相對于光敏元件深延伸216的深度都靠近傳送多晶柵極205而放置。在一個實例中，如所展示，任選鏈接區(qū)域317在多晶柵極205下面延伸。在另一實例中，并不包含任選鏈接區(qū)域317。如下文將關(guān)于圖4中所說明的實例更為詳細(xì)地描述的，光敏元件215及深延伸216以從傳送柵極205下面延伸的“U”型形狀堆疊在半導(dǎo)體材料204內(nèi)。在包含任選鏈接區(qū)域317的實例中，光敏元件215、光敏元件深延伸216及鏈接區(qū)域317為η型摻雜材料。如圖3中所展示，包含此鏈接區(qū)域317有效地使最高電位Vpin319點的點遠(yuǎn)離光敏元件215區(qū)的中心而重新定位，且將其放置在更靠近多晶柵極205的邊緣處。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的教示，復(fù)位之后最高電位Vpin319的點位于光敏兀件215的中心與傳送柵極205之間。光敏兀件深延伸216與光敏兀件215的此組合以及鏈接區(qū)域317的添加使得全阱容量得到改善并且圖像滯后得以減少。
[0035]圖4展示根據(jù)本發(fā)明的教示的像素單元400中的某些像素電路元件的布局。應(yīng)了解，在所描繪的實例中，圖4的像素400與圖3的像素300擁有相似點，且相同區(qū)域已保持其先前的標(biāo)簽。舉例來說，如在所描繪的實例中所說明，像素單元400包含堆疊光敏元件深延伸216與安置在半導(dǎo)體材料204內(nèi)且從多晶柵極205電極延伸的淺光敏元件215的組合，如所展示。在一個實例中，像素400中并不包含任選鏈接區(qū)域317。在如圖4中所描繪的另一實例中，如所展示，可將任選鏈接區(qū)域317包含在像素400內(nèi)。如在所描繪的實例中所展示，浮動擴(kuò)散FD255安置在多晶柵極205的與堆疊光敏元件深延伸216及淺光敏元件215相對的側(cè)上。在圖4中所展示的實例中，堆疊光敏元件深延伸216及淺光敏元件215為從傳送柵極205下面延伸的“U”型形狀。結(jié)果，最高Vpin點218跟隨光敏元件215及深延伸216的形狀變化且移動得離傳送柵極205更近。在一個實例中，“U”型形狀的中心區(qū)域僅在襯底上方包含P型釘扎層235。這并不影響量子效率，原因在于由入射光產(chǎn)生的電荷通過電場而被驅(qū)動到光敏元件215內(nèi)。另一方面，可通過調(diào)整光敏元件215的植入劑量而補(bǔ)償全阱容量。在所述實例中，“U”型形狀的中心區(qū)域內(nèi)缺少η型摻雜的情況提供了額外方法來防止Vpin點發(fā)生在像素的中心區(qū)域內(nèi)。相反，最高電位Vpin位置的點(也如圖3中的上述論述)朝著多晶柵極205的邊緣遠(yuǎn)離光敏元件215區(qū)的中心。根據(jù)本發(fā)明的教示，在有或沒有任選鏈接區(qū)域317的添加的情況下，光敏元件深延伸216與光敏元件215的此組合使得全阱容量得到改善并且圖像滯后得以減少。
[0036]圖5為說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含具有多個圖像傳感器像素的實例像素陣列502的成像系統(tǒng)500的一個實例的圖。如在所描繪的實例中所展示，成像系統(tǒng)500包含耦合到控制電路508及讀出電路504 (其耦合到功能邏輯506)的像素陣列502。
[0037]在一個實例中，像素陣列502為圖像傳感器像素(例如，像素Pl，P2...，Pn)的二維(2D)陣列。在一個實例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，每一圖像傳感器像素P1，P2...，Pn大體上類似于圖3的圖像傳感器像素300或圖4的圖像傳感器像素400且因此具有最佳的全阱容量及最小的圖像滯后。如所說明，每一像素布置在行(例如，行Rl到Ry)及列(例如，列Cl到Cx)內(nèi)以獲取人物、地點、物體等的圖像數(shù)據(jù)，隨后可使用所述圖像數(shù)據(jù)再現(xiàn)人物、地點、物體等的2D圖像。
[0038]在一個實例中，在每一像素已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，由讀出電路504將圖像數(shù)據(jù)讀出且隨后將其傳送到功能邏輯506。在各個實例中，讀出電路504可包含放大電路、模/數(shù)(ADC)轉(zhuǎn)換電路或其它電路。功能邏輯506可簡單地存儲圖像數(shù)據(jù)或甚至通過應(yīng)用圖像后期效果(例如，修剪、旋轉(zhuǎn)、移除紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整對比度或其它效果)來操縱圖像數(shù)據(jù)。在一個實例中，讀出電路504可每次沿著讀出列線讀出一行圖像數(shù)據(jù)(經(jīng)圖示)或可使用多種其它技術(shù)讀出圖像數(shù)據(jù)(未圖示)，例如串行讀出或同時完全并行讀出全部像素。
[0039]在一個實例中，控制電路508耦合到像素陣列502以控制像素陣列502的可操作特性。舉例來說，控制電路508可產(chǎn)生快門信號用以控制圖像獲取。在一個實例中，快門信號為用于使像素陣列502內(nèi)的全部像素能夠在單一獲取窗口期間同時捕獲其相應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的全局快門信號。在另一實例中，快門信號為滾動式快門信號以便在連續(xù)獲取窗口期間順序啟用像素的每一行、列或組。
[0040]對本發(fā)明所說明的實例的以上描述(包含在說明書摘要中所描述的)無意為詳盡的或限制于所揭示的精確形式。雖然出于說明的目的在本文描述了本發(fā)明的特定實施例及實例，但在不脫離本發(fā)明的較寬精神及范圍的情況下各種等效修改是可能的。實際上，應(yīng)了解，根據(jù)本發(fā)明的教示，出于解釋的目的而提供特定實例電壓、電流、頻率、功率范圍值、時間等，且在其它實施例及實例中也可采用其它值。
【權(quán)利要求】
1.一種圖像傳感器像素，其包括: 光敏元件，其具有第一摻雜類型，安置在半導(dǎo)體材料中； 深延伸，其具有第一摻雜類型，安置在所述半導(dǎo)體材料中的所述光敏元件下面且與其重疊； 浮動擴(kuò)散，其安置在所述半導(dǎo)體材料中；及 傳送柵極，其安置在安置于所述光敏元件與所述浮動擴(kuò)散之間的所述半導(dǎo)體材料上方的柵極氧化物上方，其中所述光敏元件及所述深延伸以從所述傳送柵極下面延伸的“U”型形狀而堆疊在所述半導(dǎo)體材料中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述光敏元件中的最高電位點在復(fù)位之后位于所述光敏元件的中心與所述傳送柵極之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述半導(dǎo)體材料包含在所述圖像傳感器像素的外延層中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其中浮動擴(kuò)散安置在安置于所述半導(dǎo)體材料中的阱區(qū)域中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其進(jìn)一步包括具有所述第一摻雜類型、安置在所述光敏元件中的鏈接區(qū)域，所述鏈接區(qū)域橫向地相對于所述光敏元件的中心且垂直地相對于所述深延伸的深度緊接所述傳送柵極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器像素，其中所述鏈接區(qū)域在所述傳送柵極下面延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其進(jìn)一步包括釘扎表面層，所述釘扎表面層具有第二摻雜類型，所述釘扎表面層安置在所述“U”型形狀的中心區(qū)域中的所述半導(dǎo)體材料上方。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器像素，其中所述釘扎表面層延伸到絕緣區(qū)域及所述傳送柵極的邊緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其進(jìn)一步包括: 電介質(zhì)層，其安置在所述柵極氧化物及多晶柵極上方； 金屬堆疊層，其安置在所述電介質(zhì)層上方；及 透鏡，其安置在所述金屬堆疊層上方，其中沿著光徑引導(dǎo)光穿過所述透鏡到達(dá)所述光敏元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像傳感器像素，其進(jìn)一步包括沿著所述光徑而安置的彩色濾光片。
11.一種成像系統(tǒng)，其包括: 像素陣列，其具有多個圖像傳感器像素，其中所述多個圖像傳感器像素中的每一者包含: 光敏元件，其具有第一摻雜類型，安置在半導(dǎo)體材料中； 深延伸，其具有所述第一摻雜類型，安置在所述半導(dǎo)體材料中的所述光敏元件中且與其重疊； 浮動擴(kuò)散，其安置在所述半導(dǎo)體材料中；及 傳送柵極，其安置在安置于所述光敏元件與所述浮動擴(kuò)散之間的所述半導(dǎo)體材料上方的柵極氧化物上方，其中所述光敏元件及所述深延伸以從所述傳送柵極下面延伸的“U”型形狀堆疊在所述半導(dǎo)體材料中； 控制電路，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作；及 讀出電路，其耦合到所述像素陣列以將圖像數(shù)據(jù)從所述多個圖像傳感器像素讀出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括耦合到所述讀出電路以存儲從所述多個圖像傳感器像素讀出的所述圖像數(shù)據(jù)的功能邏輯。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像系統(tǒng)，其中所述光敏元件中的最高電位點在復(fù)位之后位于所述光敏元件的中心與所述傳送柵極之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體材料包含在所述多個圖像傳感器像素中的每一者的外延層中。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像系統(tǒng)，其中浮動擴(kuò)散安置在安置于所述半導(dǎo)體材料中的阱區(qū)域中。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括具有所述第一摻雜類型、安置在所述光敏元件中的鏈接區(qū)域，所述鏈接區(qū)域橫向地相對于所述光敏元件的中心且垂直地相對于所述深延伸的深度緊接所述傳送柵極。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中所述鏈接區(qū)域在所述傳送柵極下面延伸。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括具有第二摻雜類型、安置在所述“U”型形狀的中心區(qū)域中的所述半導(dǎo)體材料上方的釘扎表面層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所`述的成像系統(tǒng)，其中所述釘扎表面層延伸到絕緣區(qū)域及所述傳送柵極的邊緣。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像系統(tǒng)，其中所述多個圖像傳感器像素中的每一者進(jìn)一步包括: 電介質(zhì)層，其安置在所述柵極氧化物及多晶柵極上方； 金屬堆疊層，其安置在所述電介質(zhì)層上方；及 透鏡，其安置在所述金屬堆疊層上方，其中沿著光徑引導(dǎo)光穿過所述透鏡到達(dá)所述光敏元件。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的成像系統(tǒng)，其中所述多個圖像傳感器像素中的每一者進(jìn)一步包括沿著所述光徑安置的彩色濾光片。
【文檔編號】H01L27/146GK103531598SQ201310223504
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】陳剛, 毛杜立, 戴幸志 申請人:全視科技有限公司