具有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的圖像傳感器像素單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的圖像傳感器像素單元。像素單元包含安置于半導(dǎo)體材料的第一區(qū)中的外延層中的光電二極管。浮動(dòng)擴(kuò)散部安置于阱區(qū)中，所述阱區(qū)安置于所述第一區(qū)中的所述外延層中。傳送晶體管安置于所述第一區(qū)中且耦合于所述光電二極管與所述浮動(dòng)擴(kuò)散部之間以將圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部。深溝槽隔離DTI結(jié)構(gòu)安置于所述半導(dǎo)體材料中、將所述DTI結(jié)構(gòu)的一側(cè)上的所述第一區(qū)與所述DTI結(jié)構(gòu)的另一側(cè)上的所述半導(dǎo)體材料的第二區(qū)隔離，在所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)襯有電介質(zhì)層。所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料響應(yīng)于所述傳送晶體管將所述圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部而選擇性地耦合到讀出脈沖電壓。
【專利說明】具有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的圖像傳感器像素單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般來說涉及半導(dǎo)體處理。更具體來說，本發(fā)明的實(shí)例涉及圖像傳感器像素單元的半導(dǎo)體處理。

【背景技術(shù)】
[0002]圖像捕獲裝置包含圖像傳感器及成像透鏡。成像透鏡將光聚焦到圖像傳感器上以形成圖像，且圖像傳感器將光轉(zhuǎn)換成電信號。電信號從圖像捕獲裝置輸出到主機(jī)電子系統(tǒng)的其它組件。舉例來說，電子系統(tǒng)可為移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)或醫(yī)療裝置。
[0003]存在對減小圖像傳感器的大小的持續(xù)需求，所述減小圖像傳感器的大小產(chǎn)生用于具有相同分辨率的圖像傳感器的較小像素單元。隨著像素單元的大小不斷減小，像素單元串?dāng)_及像素單元之間的不希望信號傳送的問題不斷變成越來越大的挑戰(zhàn)。此外，當(dāng)使圖像傳感器小型化時(shí)，其中所含有的像素單元具有增加的暗電流率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例揭示一種像素單元，其包括:光電二極管，其安置于半導(dǎo)體材料的第一區(qū)中的外延層中以積累圖像電荷；浮動(dòng)擴(kuò)散部，其安置于阱區(qū)中，所述阱區(qū)安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中的所述外延層中；傳送晶體管，其安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中且耦合于所述光電二極管與所述浮動(dòng)擴(kuò)散部之間以將所述圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部；深溝槽隔離(011)結(jié)構(gòu)，其安置于所述半導(dǎo)體材料中，其中所述011結(jié)構(gòu)將所述011結(jié)構(gòu)的一側(cè)上的所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)與所述011結(jié)構(gòu)的另一側(cè)上的所述半導(dǎo)體材料的第二區(qū)隔離，其中所述011結(jié)構(gòu)包含:電介質(zhì)層，其給所述011結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)表面加襯；及經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料，其安置于所述011結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述電介質(zhì)層上方，其中安置于所述011結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料響應(yīng)于所述傳送晶體管將所述圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部而選擇性地耦合到讀出脈沖電壓。
[0005]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例揭示一種成像系統(tǒng)，其包括:像素陣列，其具有多個(gè)像素單元，其中所述多個(gè)像素單元中的每一者包含:光電二極管，其安置于半導(dǎo)體材料的第一區(qū)中的外延層中以積累圖像電荷；浮動(dòng)擴(kuò)散部，其安置于阱區(qū)中，所述阱區(qū)安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中的所述外延層中；傳送晶體管，其安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中且耦合于所述光電二極管與所述浮動(dòng)擴(kuò)散部之間以將所述圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部；深溝槽隔離(011)結(jié)構(gòu)，其安置于所述半導(dǎo)體材料中，其中所述011結(jié)構(gòu)將所述011結(jié)構(gòu)的一側(cè)上的所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)與所述011結(jié)構(gòu)的另一側(cè)上的所述半導(dǎo)體材料的第二區(qū)隔離，其中所述011結(jié)構(gòu)包含:電介質(zhì)層，其給所述0X1結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)表面加襯；及經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料，其安置于所述011結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述電介質(zhì)層上方，其中安置于所述011結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料響應(yīng)于所述傳送晶體管將所述圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部而選擇性地耦合到讀出脈沖電壓；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從所述多個(gè)像素單元讀出圖像數(shù)據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]參考以下各圖描述本發(fā)明的非限制性及非窮盡性實(shí)施例，其中除非另有說明，否則貫穿各個(gè)視圖，相似元件符號指代相似部件。
[0007]圖1示意性圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的可包含于具有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的實(shí)例圖像傳感器中的像素單元的一個(gè)實(shí)例。
[0008]圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的具有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的像素單元的一個(gè)實(shí)例的橫截面圖。
[0009]圖3圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的具有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的實(shí)例像素單元中的信號的時(shí)序圖。
[0010]圖4是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含具有擁有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的像素單元的像素陣列的成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例的圖式。
[0011]貫穿圖式的幾個(gè)視圖，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，各圖中的元件是為簡單及清晰起見而圖解說明的，且未必按比例繪制。舉例來說，為幫助改善對本發(fā)明的各種實(shí)施例的理解，各圖中的元件中的一些元件的尺寸可能相對于其它元件被夸大。此外，通常未描繪在商業(yè)上可行的實(shí)施例中有用或必需的常見而眾所周知的元件以便促進(jìn)對本發(fā)明的這些各種實(shí)施例的較不受阻擋的觀看。

【具體實(shí)施方式】
[0012]在以下說明中，陳述眾多特定細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了，無需采用所述特定細(xì)節(jié)來實(shí)踐本發(fā)明。在其它例子中，未詳細(xì)描述眾所周知的材料或方法以便避免使本發(fā)明模糊。
[0013]在本說明書通篇中所提及的“一個(gè)實(shí)施例”、“一實(shí)施例”、“一個(gè)實(shí)例”或“一實(shí)例”意味著結(jié)合所述實(shí)施例或?qū)嵗枋龅奶囟ㄌ卣?、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在本說明書通篇中的各個(gè)地方中出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在一實(shí)施例中”、“一個(gè)實(shí)例”或“一實(shí)例”未必全部指代同一實(shí)施例或?qū)嵗?。此外，所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例或?qū)嵗幸匀魏芜m合組合及丨或子組合而組合。特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可包含于集成電路、電子電路、組合邏輯電路或提供所描述功能性的其它適合組件中。另外，應(yīng)了解，隨本文提供的各圖是出于向所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員闡釋的目的且圖式未必按比例繪制。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的教示的實(shí)例描述根據(jù)本發(fā)明的教示的具有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的像素單元。在一個(gè)實(shí)例中，切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)是經(jīng)偏置電容性類型隔離結(jié)構(gòu)。如將展示，在各種實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示的像素單元利用切換式且經(jīng)偏置深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，此減小像素串?dāng)_且還通過在切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)之間以適度摻雜的?型外延區(qū)為特征而實(shí)現(xiàn)較高填充因子。因此，在實(shí)例中，不需要？型摻雜區(qū)來給隔離結(jié)構(gòu)加襯及消耗光照射的光電二極管區(qū)中的空間。由于不需要？型摻雜區(qū)來給隔離結(jié)構(gòu)加襯，因此根據(jù)本發(fā)明的教示實(shí)現(xiàn)增加的全阱容量。此外，如將展示，根據(jù)本發(fā)明的教示，在各種實(shí)例中通過借助負(fù)讀出脈沖電壓來切換深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，滯后時(shí)間被減少，這是因?yàn)橐坏﹫D像電荷的傳送開始，圖像電荷便被推出光電二極管到像素單元的浮動(dòng)擴(kuò)散部。
[0015]為圖解說明，圖1示意性圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的具有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的可為布置成實(shí)例像素陣列192的多個(gè)像素單元中的一者的像素單元100的一個(gè)實(shí)例。在所描繪實(shí)例中，像素單元100圖解說明為是根據(jù)本發(fā)明的教示的包含于背側(cè)照明的圖像傳感器中的四晶體管(“肛”)像素單元。應(yīng)了解，像素單元100是用于實(shí)施圖1的像素陣列192內(nèi)的每一像素單元的像素電路架構(gòu)的一個(gè)可能實(shí)例。然而，應(yīng)了解，根據(jù)本發(fā)明的教示的其它實(shí)例未必限于41像素架構(gòu)。受益于本發(fā)明的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，本發(fā)明教示還適用于31設(shè)計(jì)、51設(shè)計(jì)及根據(jù)本發(fā)明的教示的各種其它像素架構(gòu)。
[0016]在圖1中所描繪的實(shí)例中，像素單元100包含用以積累圖像電荷的光電二極管(“?1^)120、傳送晶體管11130、復(fù)位晶體管12160、浮動(dòng)擴(kuò)散部(0”)170、源極隨耦器(“？？”)晶體管13180及選擇晶體管14190。在操作期間，傳送晶體管11130接收將光電二極管？0120中所積累的圖像電荷傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散部？0170的傳送信號IX。在一個(gè)實(shí)例中，浮動(dòng)擴(kuò)散部？0170可耦合到用于暫時(shí)存儲(chǔ)圖像電荷的存儲(chǔ)電容器。在一個(gè)實(shí)例中且如下文將進(jìn)一步詳細(xì)論述，根據(jù)本發(fā)明的教示，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)(下文圖2中所展示)包含于像素單元100中且響應(yīng)于傳送晶體管11130響應(yīng)于傳送信號IX而將圖像電荷從光電二極管？0120選擇性地傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散部？0170而選擇性地耦合到讀出脈沖電壓以減小圖像滯后。
[0017]如在所圖解說明實(shí)例中所展示，復(fù)位晶體管12160耦合于電力軌700與浮動(dòng)擴(kuò)散部？0170之間以響應(yīng)于復(fù)位信號831而將像素單元100復(fù)位(例如，將浮動(dòng)擴(kuò)散部？0170及光電二極管？0120放電或充電到預(yù)設(shè)電壓)。浮動(dòng)擴(kuò)散部？0170經(jīng)耦合以控制3？晶體管丁3的柵極。8？晶體管13耦合于電力軌700與選擇晶體管14之間。3？晶體管13操作為提供到浮動(dòng)擴(kuò)散部？0170的高阻抗連接的源極隨耦器放大器。選擇晶體管!'4190響應(yīng)于選擇信號3此而將像素單元100的輸出選擇性地耦合到讀出列位線193。
[0018]在一個(gè)實(shí)例中，控制電路產(chǎn)生選擇性地耦合到深溝槽隔離的IX信號、信號、321信號及讀出脈沖電壓，下文將進(jìn)一步詳細(xì)描述所述控制電路的實(shí)例。在其中像素陣列192借助全局快門而操作的實(shí)例中，全局快門信號耦合到像素陣列192中的每一傳送晶體管11130的柵極以同時(shí)開始從每一像素的光電二極管？0120的電荷傳送?；蛘撸鶕?jù)本發(fā)明的教示，可將滾動(dòng)快門信號施加到傳送晶體管11130的群組。
[0019]圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的具有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)201的像素單元200的一個(gè)實(shí)例的橫截面圖。在一個(gè)實(shí)例中，注意到，圖2的實(shí)例像素單元200是圖1的實(shí)例像素單元100的橫截面圖，且應(yīng)了解，下文所提及的類似地命名及編號的元件是有聯(lián)系的且如上文所描述起作用。如在所描繪實(shí)例中所展示，像素單元200包含安置于半導(dǎo)體材料215的第一區(qū)209中的外延層203中的光電二極管220以響應(yīng)于光295而積累圖像電荷。在一個(gè)實(shí)例中，第一區(qū)209包含像素單元200的像素電路。在所圖解說明實(shí)例中，外延區(qū)203適度地?fù)诫s有~型摻雜劑。在一個(gè)實(shí)例中，用光295來照明半導(dǎo)體材料215的背側(cè)216。因此，光295經(jīng)引導(dǎo)穿過半導(dǎo)體材料215的背側(cè)216以在光電二極管220中光生圖像電荷。因此，在所圖解說明實(shí)例中，抗反射(“仙”)涂層/負(fù)電荷層207安置于半導(dǎo)體材料215的背側(cè)216表面上。在另一實(shí)例中，應(yīng)了解，根據(jù)本發(fā)明的教示，光295可經(jīng)引導(dǎo)穿過半導(dǎo)體材料215的前側(cè)以在前側(cè)照明的光電二極管中產(chǎn)生圖像電荷。返回參考圖2中所描繪的實(shí)例，光電二極管220是部分固定的光電二極管⑴--!))且經(jīng)由觸點(diǎn)221耦合到接地參考電壓6^0，如所展示。
[0020]繼續(xù)圖2中所描述的實(shí)例，像素單元200還包含安置于阱區(qū)204中的浮動(dòng)擴(kuò)散部？0270，所述阱區(qū)安置于半導(dǎo)體材料215的第一區(qū)209中的外延層203中，如所展示。在所圖解說明實(shí)例中，其中安置浮動(dòng)擴(kuò)散部？0270的阱區(qū)204包含？型摻雜劑且還經(jīng)由觸點(diǎn)219耦合到接地參考電壓6冊，如所展示。在實(shí)例中，像素單元200還包含安置于半導(dǎo)體材料215的第一區(qū)209中的傳送晶體管230且耦合于光電二極管220與浮動(dòng)擴(kuò)散部？0270之間。如在實(shí)例中所展示，根據(jù)本發(fā)明的教示，傳送晶體管230包含傳送柵極作且經(jīng)耦合以響應(yīng)于傳送信號IX而將光電二極管220中所積累的圖像電荷選擇性地傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散部？0270。
[0021]如圖2中所展示，像素單元200還包含安置于半導(dǎo)體材料215中的一個(gè)或一個(gè)以上深溝槽隔離(011)結(jié)構(gòu)201。在一個(gè)實(shí)例中，一個(gè)或一個(gè)以上011結(jié)構(gòu)201—直延伸到半導(dǎo)體材料215的背側(cè)216表面，如所展示。因此，如在所描繪實(shí)例中所展示，一個(gè)或一個(gè)以上011結(jié)構(gòu)201將011結(jié)構(gòu)201的一側(cè)上的半導(dǎo)體材料215的第一區(qū)209與011結(jié)構(gòu)201的另一側(cè)上的一個(gè)或一個(gè)以上其它區(qū)隔離，例如，舉例來說，半導(dǎo)體材料215的第二區(qū)211。在一個(gè)實(shí)例中，第二區(qū)211包含像素單元200的外圍電路。在所描繪實(shí)例中，像素單元200的第二區(qū)211中的外圍電路包含標(biāo)準(zhǔn)(:103電路，所述標(biāo)準(zhǔn)(:103電路包含安置于深？阱212中的標(biāo)準(zhǔn)0103 ~阱213及？阱214，所述深？阱安置于半導(dǎo)體材料215的~型摻雜外延層203中，如所展示。
[0022]在一個(gè)實(shí)例中，一個(gè)或一個(gè)以上011結(jié)構(gòu)201中的每一者均是包含給一個(gè)或一個(gè)以上011結(jié)構(gòu)201中的每一者的內(nèi)側(cè)表面加襯的電介質(zhì)層202的電容性類型隔離結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)例中，電介質(zhì)層是具有約100埃的厚度的氧化物層，包含(舉例來說)二氧化硅。一個(gè)或一個(gè)以上011結(jié)構(gòu)201中的每一者進(jìn)一步包含安置于011結(jié)構(gòu)201內(nèi)側(cè)的電介質(zhì)層202上方的經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料218。在所描繪實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教不，安置于一個(gè)或一個(gè)以上011結(jié)構(gòu)201中的每一者內(nèi)側(cè)的經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料218響應(yīng)于傳送晶體管230響應(yīng)于傳送信號IX而將光電二極管220中所積累的圖像電荷選擇性地傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散部？0270而經(jīng)由觸點(diǎn)222選擇性地耦合到讀出脈沖電壓205。在一個(gè)實(shí)例中，安置于一個(gè)或一個(gè)以上011結(jié)構(gòu)201中的每一者內(nèi)側(cè)的經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料218是包含？型摻雜劑的輕摻雜多晶硅，使得光電二極管220的？型摻雜半導(dǎo)體材料218與~型摻雜外延層203之間的內(nèi)建功函數(shù)差形成有利于減小像素單元200中的暗電流的電場。在一個(gè)實(shí)例中，觸點(diǎn)222是金屬觸點(diǎn)，所述金屬觸點(diǎn)是到安置于半導(dǎo)體材料215的背側(cè)216上的經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料218的任選金屬柵格觸點(diǎn)，如所展示。
[0023]在圖2中所描繪的實(shí)例中，切換式讀出脈沖電壓205是在圖像電荷經(jīng)由傳送晶體管230從光電二極管220到浮動(dòng)擴(kuò)散部？0270的讀出序列期間所施加的負(fù)電壓脈沖以減小圖像滯后。在實(shí)例中，在已經(jīng)由傳送晶體管230將圖像電荷從光電二極管220傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散部？0270之后，切換式讀出脈沖電壓205接著與經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料218選擇性地解耦。在一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)不施加切換式讀出脈沖電壓205時(shí)，偏置電壓206經(jīng)由觸點(diǎn)222耦合到經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料218。在一個(gè)實(shí)例中，偏置電壓206是用以在像素單元200中產(chǎn)生場的負(fù)偏置以減小像素單元200中的暗電流。在一個(gè)實(shí)例中，負(fù)偏置電壓206具有小于切換式讀出脈沖電壓205的量值的量值。
[0024]圖3圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的圖1的實(shí)例像素單元100中的及/或圖2的實(shí)例像素單元200中的實(shí)例信號的時(shí)序圖300，所述實(shí)例像素單元具有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)。如在所描繪實(shí)例中所圖解說明，時(shí)序圖300展示:在時(shí)間10之前，復(fù)位功能發(fā)生，其中復(fù)位信號舊1360被施加到(舉例來說)圖1的復(fù)位晶體管12160的柵極端子，且發(fā)射信號丁父330被施加到(舉例來說)圖1的傳送晶體管11130的柵極端子，所述柵極端子還圖解說明為圖2的傳送晶體管230的柵極端子作。在圖3中的時(shí)間10之前的此復(fù)位周期期間，將圖1的浮動(dòng)擴(kuò)散部？0170及光電二極管？0120或圖2的浮動(dòng)擴(kuò)散部？0270及光電二極管220處的電壓復(fù)位到電力軌700電壓，此將浮動(dòng)擴(kuò)散部？0170及光電二極管？0120放電或充電到預(yù)設(shè)電壓。
[0025]圖3圖解說明:在于時(shí)間10處完成復(fù)位功能之后，在時(shí)間10與II之間的曝光周期期間用光照明光電二極管以積累光電二極管中的圖像電荷，舉例來說，此在圖2中圖解說明為用經(jīng)引導(dǎo)穿過半導(dǎo)體材料215的背側(cè)216到光電二極管220的光295。如(舉例來說)圖3中所展示，在時(shí)間10與II之間的曝光周期期間，011結(jié)構(gòu)301經(jīng)耦合以接收負(fù)偏置信號306，在一個(gè)實(shí)例中，所述負(fù)偏置信號有助于在像素單元中產(chǎn)生電場以減小像素單元中的暗電流。
[0026]圖3展示:在于時(shí)間II處完成曝光功能之后，接著在時(shí)間II與13之間的傳送功能期間經(jīng)由傳送晶體管將光電二極管中所積累的圖像電荷從光電二極管傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散部。圖3展示:此過程以經(jīng)施加以接通傳送晶體管(例如，舉例來說，圖1的傳送晶體管130或圖2的傳送晶體管230)的傳送晶體管信號1X330開始。在一個(gè)實(shí)例中，在從II到12的時(shí)間延遲之后，011結(jié)構(gòu)(例如，舉例來說，圖2的011結(jié)構(gòu)201)經(jīng)耦合以響應(yīng)于傳送晶體管信號1X330將圖像電荷從光電二極管選擇性地傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散部而接收負(fù)讀出脈沖電壓305，如圖3中所展示。在一個(gè)實(shí)例中，時(shí)間II與12之間的時(shí)間延遲大于或等于零。在一個(gè)實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，在來自光電二極管220的圖像電荷的讀出序列期間的讀出脈沖電壓305的負(fù)脈沖減小圖像滯后，這是因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的教示，借助讀出脈沖電壓305的負(fù)脈沖所形成的電場有助于經(jīng)由傳送晶體管230將光電二極管220中所積累的圖像電荷推到浮動(dòng)擴(kuò)散部？0270。在實(shí)例中，在于時(shí)間13處完成傳送功能之后，接著將011結(jié)構(gòu)與讀出脈沖電壓305選擇性地解耦，且再次將負(fù)偏置電壓306施加到011結(jié)構(gòu)。
[0027]圖3還圖解說明:像素單元的部分固定的光電二極管及？阱經(jīng)由觸點(diǎn)221及219耦合到接地參考電壓6冊，所述部分固定的光電二極管及？阱可對應(yīng)于如圖2中所圖解說明的部分固定的光電二極管220及？阱204。在一個(gè)實(shí)例中，由于部分固定的光電二極管220及？阱204與接地參考電壓相關(guān)聯(lián)，如(舉例來說)圖2中所展示，因此當(dāng)011結(jié)構(gòu)201經(jīng)耦合以選擇性地接收負(fù)讀出脈沖電壓305且將噪聲耦合到光電二極管220的~外延層203側(cè)中時(shí)，傳送晶體管230的閾值電壓并不彈回。
[0028]圖4是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含具有擁有切換式深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的像素單元的像素陣列492的成像系統(tǒng)491的一個(gè)實(shí)例的圖式。如所描繪實(shí)例中所展示，成像系統(tǒng)491包含耦合到控制電路498的像素陣列492及耦合到功能邏輯496的讀出電路494。
[0029]在一個(gè)實(shí)例中，像素陣列492是成像傳感器或像素單元(例如，像素單元？1、？2、…、?11)的二維(20)陣列。在一個(gè)實(shí)例中，每一像素單元為(:103成像像素。注意到，像素陣列492中的像素單元？1、？2、…、？II可是圖1的像素單元100及/或圖2的像素單元200的實(shí)例，且下文所提及的類似地命名及編號的元件是有聯(lián)系的且類似于如上文所描述起作用。如所圖解說明，每一像素單元布置到行(例如，行[到辦)及列(例如，列到(?)中以獲取人、地方、對象等的圖像數(shù)據(jù)，接著可使用所述圖像數(shù)據(jù)來再現(xiàn)所述人、地方、對象等的20圖像。
[0030]在一個(gè)實(shí)例中，在每一像素單元已積累其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，所述圖像數(shù)據(jù)由讀出電路494經(jīng)由讀出列位線493讀出且接著傳送到功能邏輯496。在各種實(shí)例中，讀出電路494可包含放大電路、模/數(shù)(八00轉(zhuǎn)換電路或其它。功能邏輯496可僅存儲(chǔ)所述圖像數(shù)據(jù)或甚至通過應(yīng)用圖像后效應(yīng)(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)來操縱所述圖像數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)例中，讀出電路494可沿讀出列位線493(所圖解說明)一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)或可使用多種其它技術(shù)(未圖解說明)同時(shí)讀出圖像數(shù)據(jù)，例如串行讀出或所有像素的全并行讀出。
[0031]在一個(gè)實(shí)例中，控制電路498耦合到像素陣列492以控制像素陣列492的操作特性。舉例來說，控制電路498可產(chǎn)生用于控制圖像獲取的快門信號。在一個(gè)實(shí)例中，所述快門信號為用于同時(shí)啟用像素陣列492內(nèi)的所有像素以在單個(gè)獲取窗期間同時(shí)捕獲其相應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的全局快門信號。在另一實(shí)例中，快門信號為滾動(dòng)快門信號，使得在連續(xù)獲取窗期間依序啟用每一像素行、每一像素列或每一像素群組。
[0032]包含發(fā)明摘要中所描述內(nèi)容的本發(fā)明的所圖解說明實(shí)例的以上說明并非打算為窮盡性或限制于所揭示的確切形式。雖然出于說明性目的而在本文中描述本發(fā)明的特定實(shí)施例及實(shí)例，但可在不背離本發(fā)明的較寬廣精神及范圍的情況下做出各種等效修改。
[0033]可根據(jù)以上詳細(xì)說明對本發(fā)明的實(shí)例做出這些修改。所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語不應(yīng)理解為將本發(fā)明限制于說明書及權(quán)利要求書中所揭示的特定實(shí)施例。而是，所述范圍將完全由所附權(quán)利要求書來確定，所附權(quán)利要求書將根據(jù)權(quán)利要求闡述的既定原則來加以理解。本說明書及各圖據(jù)此應(yīng)視為說明性的而非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種像素單元，其包括: 光電二極管，其安置于半導(dǎo)體材料的第一區(qū)中的外延層中以積累圖像電荷； 浮動(dòng)擴(kuò)散部，其安置于阱區(qū)中，所述阱區(qū)安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中的所述外延層中； 傳送晶體管，其安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中且耦合于所述光電二極管與所述浮動(dòng)擴(kuò)散部之間以將所述圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部; 深溝槽隔離DTI結(jié)構(gòu)，其安置于所述半導(dǎo)體材料中，其中所述DTI結(jié)構(gòu)將所述DTI結(jié)構(gòu)的一側(cè)上的所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)與所述DTI結(jié)構(gòu)的另一側(cè)上的所述半導(dǎo)體材料的第二區(qū)隔離，其中所述DTI結(jié)構(gòu)包含: 電介質(zhì)層，其給所述DTI結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)表面加襯；及 經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料，其安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述電介質(zhì)層上方，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料響應(yīng)于所述傳送晶體管將所述圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部而選擇性地耦合到讀出脈沖電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料在經(jīng)由所述傳送晶體管將所述圖像電荷從所述光電二極管傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部時(shí)選擇性地耦合到所述讀出脈沖電壓以減小圖像滯后。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料在選擇性地切換所述晶體管以將所述圖像電荷從所述光電二極管傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部之后的延遲時(shí)間之后選擇性地耦合到所述讀出脈沖電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料在已經(jīng)由所述傳送晶體管將所述圖像電荷從所述光電二極管傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部之后與所述讀出脈沖電壓選擇性地解耦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其中所述讀出脈沖電壓是負(fù)脈沖電壓，所述負(fù)脈沖電壓響應(yīng)于所述傳送晶體管將所述圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部而選擇性地耦合到安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料耦合到負(fù)偏置電壓以在所述像素單元中產(chǎn)生場以減小所述像素單元中的暗電流，其中所述負(fù)偏置電壓具有小于所述讀出脈沖電壓的量值的量值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其中所述光電二極管及其中安置所述浮動(dòng)擴(kuò)散部的所述阱區(qū)耦合到接地參考電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其進(jìn)一步包括耦合到安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料的金屬柵格觸點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其中所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中的所述外延層是N摻雜外延層且安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中的所述外延層中的所述阱區(qū)是P摻雜阱區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其進(jìn)一步包括安置于所述DTI結(jié)構(gòu)的所述另一側(cè)上的所述半導(dǎo)體材料的所述第二區(qū)中的外圍電路，其中所述DTI結(jié)構(gòu)將所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)與安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第二區(qū)中的所述外圍電路隔離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其中所述DTI結(jié)構(gòu)延伸到所述半導(dǎo)體材料的背側(cè)表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其中所述像素單元適合于從所述半導(dǎo)體材料的背側(cè)來照明。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的像素單元，其進(jìn)一步包括安置于所述半導(dǎo)體材料的所述背側(cè)上的抗反射涂層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其中給所述DTI結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)側(cè)表面加襯的所述電介質(zhì)層包含二氧化硅。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素單元，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述電介質(zhì)層上方的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料包含輕摻雜多晶硅。
16.—種成像系統(tǒng),其包括: 像素陣列，其具有多個(gè)像素單元，其中所述多個(gè)像素單元中的每一者包含: 光電二極管，其安置于半導(dǎo)體材料的第一區(qū)中的外延層中以積累圖像電荷； 浮動(dòng)擴(kuò)散部，其安置于阱區(qū)中，所述阱區(qū)安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中的所述外延層中； 傳送晶體管，其安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中且耦合于所述光電二極管與所述浮動(dòng)擴(kuò)散部之間以將所述圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部; 深溝槽隔離DTI結(jié)構(gòu)，其安置于所述半導(dǎo)體材料中，其中所述DTI結(jié)構(gòu)將所述DTI結(jié)構(gòu)的一側(cè)上的所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)與所述DTI結(jié)構(gòu)的另一側(cè)上的所述半導(dǎo)體材料的第二區(qū)隔離，其中所述DTI結(jié)構(gòu)包含: 電介質(zhì)層，其給所述DTI結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)表面加襯；及 經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料，其安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述電介質(zhì)層上方，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料響應(yīng)于所述傳送晶體管將所述圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部而選擇性地耦合到讀出脈沖電壓； 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從所述多個(gè)像素單元讀出圖像數(shù)據(jù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16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(chǔ)從所述多個(gè)像素單元讀出的所述圖像數(shù)據(jù)的功能邏輯。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料在經(jīng)由所述傳送晶體管將所述圖像電荷從所述光電二極管傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部時(shí)選擇性地耦合到所述讀出脈沖電壓以減小圖像滯后。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料在選擇性地切換所述晶體管以將所述圖像電荷從所述光電二極管傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部之后的延遲時(shí)間之后選擇性地耦合到所述讀出脈沖電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料在已經(jīng)由所述傳送晶體管將所述圖像電荷從所述光電二極管傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部之后與所述讀出脈沖電壓選擇性地解耦。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中所述讀出脈沖電壓是負(fù)脈沖電壓，所述負(fù)脈沖電壓響應(yīng)于所述傳送晶體管將所述圖像電荷從所述光電二極管選擇性地傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部而選擇性地耦合到安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料耦合到負(fù)偏置電壓以在所述像素單元中產(chǎn)生場以減小所述像素單元中的暗電流，其中所述負(fù)偏置電壓具有小于所述讀出脈沖電壓的量值的量值。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中所述光電二極管及其中安置所述浮動(dòng)擴(kuò)散部的所述阱區(qū)耦合到接地參考電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括耦合到安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料的金屬柵格觸點(diǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中的所述外延層是N摻雜外延層且安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)中的所述外延層中的所述阱區(qū)是P摻雜阱區(qū)。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括安置于所述DTI結(jié)構(gòu)的所述另一側(cè)上的所述半導(dǎo)體材料的所述第二區(qū)中的外圍電路，其中所述DTI結(jié)構(gòu)將所述半導(dǎo)體材料的所述第一區(qū)與安置于所述半導(dǎo)體材料的所述第二區(qū)中的所述外圍電路隔離。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中所述DTI結(jié)構(gòu)延伸到所述半導(dǎo)體材料的背側(cè)表面。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中所述像素單元適合于從所述半導(dǎo)體材料的背側(cè)來照明。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括安置于所述半導(dǎo)體材料的所述背側(cè)上的抗反射涂層。
30.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中給所述DTI結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)側(cè)表面加襯的所述電介質(zhì)層包含二氧化硅。
31.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中安置于所述DTI結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的所述電介質(zhì)層上方的所述經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料包含輕摻雜多晶硅。
【文檔編號】H01L27/146GK104377211SQ201310589090
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】胡信中, 楊榮生, 陳剛, 霍華德·E·羅茲, 真鍋?zhàn)谄? 戴森·幸志·戴 申請人:全視科技有限公司