[發明專利]具有豎直堆疊光電二極管和豎直轉移門的圖像傳感器

有效

• 申請號: 201880022559.0
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN110520994A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: J·C·J·漢森斯;M·H·因諾森特;S·韋利奇科;T·戈伊茨
• 申請（專利權）人: 半導體組件工業公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 11287 北京律盟知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 章蕾<國際申請>=PCT/US2018/

本發明提供了圖像傳感器(200)，該圖像傳感器可以包括使用豎直深溝槽轉移門(210)來互連的多個豎直堆疊光電二極管。可以在殘余襯底(202)上形成第一n外延層(204A)；可以在所述第一n外延層上形成第一p外延層(206A)；可以在所述第一p外延層上形成第二n外延層(204B)；可以在所述第二n外延層上形成第二p外延層(206B)；等等。該n外延層(204)可以用作不同外延光電二極管的累積區域。不需要單獨的濾色器陣列。豎直轉移門(210)可以是深溝槽，其填充有摻雜導電材料(212)、襯有柵極電介質襯墊(214)并且由p摻雜區域(216)圍繞。以這種方式形成的圖像傳感器可以用于支持卷簾快門配置或全局快門配置，并且可以是前側照明或背側照明。

背景技術

本發明整體涉及成像設備，并且更具體地講，涉及具有使用豎直轉移門來控制的豎直堆疊光電二極管的成像設備。

圖像傳感器常常在電子設備，諸如移動電話、相機和計算機中用來捕獲圖像。在典型的布置中，電子設備設置有布置成像素行和像素列的圖像像素陣列。

常規圖像傳感器包括使用摻雜物注入形成的光電二極管。在一些布置中，通過在p型襯底的不同深度處注入n型區域來形成堆疊光電二極管。在襯底中的第一深度處形成藍色光電二極管；在襯底中的第二深度處形成綠色光電二極管，該第二深度大于第一深度；并且在襯底中的第三深度處形成紅色光電二極管，該第三深度大于第二深度。此外，在襯底上的第一區域內形成藍色光電二極管；在襯底上第二區域內形成綠色光電二極管，該第二區域與第一區域不重疊；并且在襯底上的第三區域內形成紅色光電二極管，該第三區域與第一區域和第二區域不重疊。這些區域中的每一個通過相應的大光電二極管主干結構連接到頂部節點。

雖然以這種方式形成的豎直堆疊光電二極管可以能夠在沒有濾色器陣列的情況下分辨紅色、綠色和藍色，但這些光電二極管由于大主干結構而表現出不期望的光學和電串擾。還難以精確控制不同堆疊光電二極管及其主干結構的深度和摻雜物分布。此外，由于需要許多主干結構和門，因此該配置不能縮放到更小的尺寸。

附圖說明

圖1是根據一個實施方案的具有圖像傳感器的示例性電子設備的示意圖，該圖像傳感器可以包括外延光電二極管和豎直(深溝槽隔離)轉移門。

圖2A至圖2D是示出根據至少一些實施方案的使用隔離結構來分開的一個或多個豎直堆疊外延光電二極管的圖。

圖3A至圖3O是示出根據至少一些實施方案的耦接到豎直轉移門結構的一個或多個豎直堆疊外延光電二極管的圖。

圖4A至圖4D是示出根據至少一些實施方案的可以在上p型層中形成的不同結構的圖。

圖5是根據一個實施方案的用于制造結合圖2至圖4所示類型的圖像傳感器的示例性步驟的流程圖。

圖6A是根據一個實施方案的具有兩個豎直堆疊光電二極管的圖像傳感器像素的電路圖。

圖6B是根據一個實施方案的圖6A的像素電路的橫截面側視圖。

圖7A是根據一個實施方案的具有三個豎直堆疊光電二極管的圖像傳感器像素的電路圖。

圖7B是根據一個實施方案的圖7A的像素電路的橫截面側視圖。

圖8A是根據一個實施方案的可使用卷簾快門方案來操作的雙轉換增益圖像傳感器像素的電路圖。

圖8B是示出根據一個實施方案的與操作圖8A的圖像傳感器像素相關聯的相關波形的行為的時序圖。

圖9A是根據一個實施方案的可使用全局快門方案來操作的具有并行存儲節點的雙轉換增益圖像傳感器像素的電路圖。

圖9B是示出根據一個實施方案的與操作圖9A的圖像傳感器像素相關聯的相關波形的行為的時序圖。