[發(fā)明專利]具有擁有柵極之間的窄間隔的全局快門的圖像傳感器像素單元以及成像系統(tǒng)及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310724251.X
• 申請(qǐng)日: 2013-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN104183610A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳剛;毛杜立;戴森·H·戴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 全視科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146;H01L21/822
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 齊楊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及半導(dǎo)體處理。更特定來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)例涉及具有全局快門的圖像傳感器像素單元的半導(dǎo)體處理。?

背景技術(shù)

對(duì)于高速圖像傳感器，全局快門可用于俘獲快速移動(dòng)的對(duì)象。全局快門通常使圖像傳感器中的所有像素單元能夠同時(shí)俘獲圖像。對(duì)于較慢移動(dòng)的對(duì)象，使用更為普通的滾動(dòng)快門。滾動(dòng)快門通常依序俘獲圖像。舉例來(lái)說(shuō)，二維(″2D″)像素單元陣列內(nèi)的每一行可循序啟用，使得單個(gè)行內(nèi)的每一像素單元同時(shí)俘獲圖像，但每一行以滾動(dòng)順序啟用。如此，每一行像素單元在不同圖像獲取窗口期間俘獲圖像。對(duì)于緩慢移動(dòng)的對(duì)象，每一行之間的時(shí)差產(chǎn)生圖像失真。對(duì)于快速移動(dòng)的對(duì)象，滾動(dòng)快門引起沿著對(duì)象的移動(dòng)軸的可感知伸長(zhǎng)失真。?

為實(shí)施全局快門，存儲(chǔ)電容器或存儲(chǔ)晶體管可用于在等待從像素單元陣列讀出的同時(shí)臨時(shí)存儲(chǔ)陣列中的每一像素陣列獲取的圖像電荷。當(dāng)使用全局快門時(shí)，通常使用轉(zhuǎn)移晶體管將圖像電荷從光電二極管轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)晶體管，且接著使用輸出晶體管將所存儲(chǔ)的圖像電荷從存儲(chǔ)晶體管轉(zhuǎn)移到像素單元的讀出節(jié)點(diǎn)。影響具有全局快門的圖像傳感器像素單元中的性能的因素包含快門效率、暗電流、白像素和圖像滯后。轉(zhuǎn)移、存儲(chǔ)和輸出晶體管的轉(zhuǎn)移、存儲(chǔ)和輸出柵極之間的間隔分別可對(duì)這些因素具有顯著影響。一股來(lái)說(shuō)，隨著轉(zhuǎn)移、存儲(chǔ)和輸出柵極電極之間的間隔距離減小，圖像傳感器像素單元的性能改進(jìn)。然而，半導(dǎo)體裝置制造工藝中的多晶硅到多晶硅設(shè)計(jì)規(guī)則所允許的最小間隔距離限制了柵極可在具有全局快門的圖像傳感器像素單元中一起緊密間隔的程度。?

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)實(shí)施例中，本申請(qǐng)案提供一種像素單元，其包括：光電二極管，其安置在半導(dǎo)體襯底中以累積圖像電荷；存儲(chǔ)晶體管，其安置在所述半導(dǎo)體襯底中以存儲(chǔ)所述圖像?電荷，所述存儲(chǔ)晶體管包含安置在所述半導(dǎo)體襯底上方的存儲(chǔ)柵極；轉(zhuǎn)移晶體管，其安置在所述半導(dǎo)體襯底中且耦合在所述光電二極管與所述存儲(chǔ)晶體管的輸入之間以選擇性地將所述圖像電荷從所述光電二極管轉(zhuǎn)移到所述存儲(chǔ)晶體管，所述轉(zhuǎn)移晶體管包含安置在所述半導(dǎo)體襯底上方的轉(zhuǎn)移柵極；輸出晶體管，其安置在所述半導(dǎo)體襯底中且耦合到所述存儲(chǔ)晶體管的輸出以選擇性地將所述圖像電荷從所述存儲(chǔ)晶體管轉(zhuǎn)移到讀出節(jié)點(diǎn)，所述輸出晶體管包含安置在所述半導(dǎo)體襯底上方的輸出柵極；第一隔離圍欄，其安置在所述半導(dǎo)體襯底上方，將所述轉(zhuǎn)移柵極與所述存儲(chǔ)柵極分離，其中所述第一隔離圍欄的厚度大體等于所述轉(zhuǎn)移柵極與所述存儲(chǔ)柵極之間的間隔距離；以及第二隔離圍欄，其安置在所述半導(dǎo)體襯底上方，將所述存儲(chǔ)柵極與所述輸出柵極分離，其中所述第二隔離圍欄的厚度大體等于所述存儲(chǔ)柵極與所述輸出柵極之間的間隔距離。?

在另一實(shí)施例中，本申請(qǐng)案提供一種成像系統(tǒng)，其包括：像素單元的像素陣列，其中所述像素單元中的每一者包含：光電二極管，其安置在半導(dǎo)體襯底中以累積圖像電荷；存儲(chǔ)晶體管，其安置在所述半導(dǎo)體襯底中以存儲(chǔ)所述圖像電荷，所述存儲(chǔ)晶體管包含安置在所述半導(dǎo)體襯底上方的存儲(chǔ)柵極；轉(zhuǎn)移晶體管，其安置在所述半導(dǎo)體襯底中且耦合在所述光電二極管與所述存儲(chǔ)晶體管的輸入之間以選擇性地將所述圖像電荷從所述光電二極管轉(zhuǎn)移到所述存儲(chǔ)晶體管，所述轉(zhuǎn)移晶體管包含安置在所述半導(dǎo)體襯底上方的轉(zhuǎn)移柵極；輸出晶體管，其安置在所述半導(dǎo)體襯底中且耦合到所述存儲(chǔ)晶體管的輸出以選擇性地將所述圖像電荷從所述存儲(chǔ)晶體管轉(zhuǎn)移到讀出節(jié)點(diǎn)，所述輸出晶體管包含安置在所述半導(dǎo)體襯底上方的輸出柵極；第一隔離圍欄，其安置在所述半導(dǎo)體襯底上方，將所述轉(zhuǎn)移柵極與所述存儲(chǔ)柵極分離，其中所述第一隔離圍欄的厚度大體等于所述轉(zhuǎn)移柵極與所述存儲(chǔ)柵極之間的間隔距離；以及第二隔離圍欄，其安置在所述半導(dǎo)體襯底上方，將所述存儲(chǔ)柵極與所述輸出柵極分離，其中所述第二隔離圍欄的厚度大體等于所述存儲(chǔ)柵極與所述輸出柵極之間的間隔距離；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；以及讀出電路，其耦合到所述像素陣列以從所述多個(gè)像素讀出圖像數(shù)據(jù)。?