[發明專利]像素和全局快門圖像傳感器

在審

• 申請號: 202110901315.3
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN114071037A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: J·博格茨
• 申請（專利權）人: 長光辰芯比利時有限責任公司
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374;H01L27/146
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 錢盛赟;楊潔

提供了用于全局快門像素陣列的像素，該像素包括感測層和存儲層。感測層包括被適配成在接收到輻射之際提供電荷的感測元件，以及用于從該感測元件接收電荷的浮動擴散區。存儲層包括至少一個存儲節點，該至少一個存儲節點用于從該感測層的浮動擴散區接收電荷并存儲所述電荷。感測層和存儲層形成層堆疊，感測層至少覆蓋存儲層的存儲節點并且該堆疊進一步包括至少在該感測層與該存儲層的存儲節點之間的遮光件，從而使該存儲節點被遮蔽以免遭照射輻射。該存儲節點被提供在兩個轉移柵極之間。該存儲節點及其周圍柵極被提供在第一浮動擴散區和第二浮動擴散區之間。

技術領域

本發明涉及輻射感測領域。本發明尤其涉及有源像素和具有全局快門功能的圖像傳感器。

背景技術

數字成像使用在光照射之際生成載荷子的感測元件。電荷的操縱及在此基礎上的輸出信號的生成能夠以不同方式進行，這取決于，例如，所使用的電子元件和感測元件的類型。例如，全局快門(GS)模式就所有像素同時接收到用以形成圖像的信息的意義而言更接近傳統攝像。全局快門通常在容易且簡單的實現中在電荷耦合器件(CCD)中提供。然而，CCD具有缺陷并且在商業上是較不可行的。對于許多應用優選不同類型的傳感器，諸如基于CMOS技術的有源像素傳感器。有源像素傳感器的制造更便宜并且能被容易地尋址。有源像素傳感器的已知缺點是像素的較低填充因子，因為有源電路系統占據對輻射不敏感的表面區域。另外，有源像素傳感器通常以幾分之一秒的速度逐行操作和尋址。這被稱為滾動快門(RS)模式。

滾動快門模式有若干缺點，諸如移動體的圖像失真。盡管GS CCD不經歷這些問題，但由于CCD的缺陷，存在將有源像素技術適配成使得有源像素傳感器被賦予全局快門功能的趨勢。

然而，將基于有源像素的傳感器適配成提供GS功能并非易事。將全局快門與有源像素技術相結合需要對制造路線進行折衷(低分辨率、速度等)和適配。然而，存在若干可能性。這些可能性包括在電荷域、電壓域或數字域中提供GS像素。電荷域中的GS像素具有減小的填充因子并受害于對寄生光的高敏感度。電壓域中的GS像素需要像素內電容器且遭受噪聲。數字域中的GS像素中的每個像素都需要模數轉換器(ADC)，這需要大像素區域。

WO 2012/042782公開了具有第一和第二半導體襯底的固態成像器件。第一半導體襯底包括光電轉換單元、轉移晶體管、以及電荷保持單元的至少一部分。第二半導體襯底包括像素附加電路，該電路被配置成處理被轉移至電荷保持單元的信號電荷或者由放大單元放大的信號。被配置成減少透射穿過光電轉換單元以進入像素附加電路的光的遮光構件被置于第一襯底上。

期望提供具有經濟的功能架構、良好性能和GS功能的圖像感測。

發明內容

本發明的各實施例的目標是提供一種顯示出高填充因子以及對寄生光的低敏感度的像素以及具有全局快門功能的功能性良好的圖像傳感器。

本發明提供了一種用于全局快門像素陣列的像素，該像素包括感測層和存儲層。感測層包括被適配成在接收到輻射之際提供電荷的感測元件以及用于從該感測元件接收電荷的第一浮動擴散區。存儲層包括至少一個存儲節點，該至少一個存儲節點用于從該感測層的第一浮動擴散區接收電荷并用于存儲所述電荷。存儲節點被提供在兩個轉移柵極之間，并且該存儲節點和這兩個轉移柵極被在第一浮動擴散區和第二浮動擴散區之間。使該存儲節點位于兩個轉移柵極之間允許存儲柵極(用作存儲節點的柵極)被基本上或甚至完全廢棄，這改善了完整電荷傳輸并且對于暗電流和漏電流是有利的。感測層和存儲層形成層堆疊，感測層至少覆蓋存儲層的該存儲節點。

該堆疊進一步包括至少在感測層與存儲層的至少該存儲節點之間的遮光件，以使該存儲節點被遮蔽以免受輻射。

本發明的實施例的優點在于能夠為圖像傳感器提供電荷域中的存儲節點，并對該存儲節點進行輻射遮蔽。另一優點是該像素可以變得非常緊湊，因為讀出級和存儲節點可以與感測層堆疊，從而增大填充因子。