[發明專利]CMOS圖像傳感器中的垂直柵極結構及布局

有效

• 申請號: 202011051235.5
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112670306B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 臧輝;陳剛
• 申請（專利權）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 劉媛媛

本申請案涉及CMOS圖像傳感器中的垂直柵極結構及布局。一種像素單元包含掩埋于半導體材料的第一側底下且經耦合以響應于入射光而光生圖像電荷的光電二極管。轉移柵極安置于所述光電二極管上方且包含從所述第一側向所述半導體材料中延伸第一距離的垂直轉移柵極部分。浮動擴散區域安置在所述半導體材料中接近于所述轉移柵極，所述轉移柵極經耦合以響應于轉移控制信號而將所述圖像電荷從所述光電二極管朝向所述半導體材料的所述第一側及向所述浮動擴散區域中轉移。具有第一柵極的第一像素晶體管安置在所述光電二極管上方接近于所述半導體材料的所述第一側。所述第一柵極具有在所述半導體材料的所述第一側處橫向環繞所述浮動擴散區域及所述轉移柵極的環圈形結構。

技術領域

本發明大體來說涉及圖像傳感器，且更具體來說涉及具有垂直柵極結構的圖像傳感器像素單元。

背景技術

CMOS圖像傳感器(CIS)已變得無所不在。其廣泛地用于數字靜態相機、蜂窩式電話、安全相機以及醫療、汽車及其它應用中。用于制造圖像傳感器的技術一直繼續快速地進展。對較高分辨率及較低功率消耗的需求已促進了這些裝置的進一步小型化及集成。隨著對圖像傳感器的需求不斷升高，圖像傳感器中的像素單元的隔離與高包裝密度及噪聲性能已變得越來越具挑戰性。

發明內容

本發明的一個方面涉及一種像素單元，其包括：光電二極管，其掩埋于半導體材料中所述半導體材料的第一側底下，其中所述光電二極管經耦合以響應于入射光而光生圖像電荷；轉移柵極，其安置在所述光電二極管上方接近于所述半導體材料的所述第一側，其中所述轉移柵極包含從所述第一側朝向所述光電二極管向所述半導體材料中延伸第一距離的垂直轉移柵極部分；浮動擴散區域，其安置在所述半導體材料中在所述半導體材料的所述第一側處接近于所述轉移柵極，其中所述轉移柵極經耦合以響應于轉移控制信號而將所述圖像電荷從所述光電二極管朝向所述半導體材料的所述第一側及向所述浮動擴散區域中轉移；及復位柵極，其安置在所述光電二極管上方接近于所述半導體材料的所述第一側，其中所述復位柵極具有在所述半導體材料的所述第一側處橫向環繞所述浮動擴散區域及所述轉移柵極的環圈形結構，其中所述復位柵極經耦合以響應于復位控制信號而使所述像素單元復位。

本發明的另一方面涉及一種成像系統，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，其掩埋于半導體材料中所述半導體材料的第一側底下，其中所述光電二極管經耦合以響應于入射光而光生圖像電荷；轉移柵極，其安置在所述光電二極管上方接近于所述半導體材料的所述第一側，其中所述轉移柵極包含從所述第一側朝向所述光電二極管向所述半導體材料中延伸第一距離的垂直轉移柵極部分；浮動擴散區域，其安置在所述半導體材料中在所述半導體材料的所述第一側處接近于所述轉移柵極，其中所述轉移柵極經耦合以響應于轉移控制信號而將所述圖像電荷從所述光電二極管朝向所述半導體材料的所述第一側及向所述浮動擴散區域中轉移；及復位柵極，其安置在所述光電二極管上方接近于所述半導體材料的所述第一側，其中所述復位柵極具有在所述半導體材料的所述第一側處橫向環繞所述浮動擴散區域及所述轉移柵極的環圈形結構，其中所述復位柵極經耦合以響應于復位控制信號而使所述像素單元復位；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像素單元讀出圖像數據。

本發明的又一方面涉及一種像素單元，其包括：光電二極管，其掩埋于半導體材料中所述半導體材料的第一側底下，其中所述光電二極管經耦合以響應于入射光而光生圖像電荷；轉移柵極，其安置在所述光電二極管上方接近于所述半導體材料的所述第一側，其中所述轉移柵極包含從所述第一側朝向所述光電二極管向所述半導體材料中延伸第一距離的垂直轉移柵極部分；浮動擴散區域，其安置在所述半導體材料中在所述半導體材料的所述第一側處接近于所述轉移柵極，其中所述轉移柵極經耦合以響應于轉移控制信號而將所述圖像電荷從所述光電二極管朝向所述半導體材料的所述第一側及向所述浮動擴散區域中轉移；及第一像素晶體管，其具有安置在所述光電二極管上方接近于所述半導體材料的所述第一側的第一柵極，其中所述第一柵極具有在所述半導體材料的所述第一側處橫向環繞所述浮動擴散區域及所述轉移柵極的環圈形結構。

附圖說明