圖像傳感器的像素和包括該像素的圖像傳感器的制造方法
【專利說明】圖像傳感器的像素和包括該像素的圖像傳感器
[0001 ] 本申請要求于2014年10月16日提交的第10-2014-0139915號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，該韓國專利申請的公開內(nèi)容通過引用全部包含于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例涉及圖像傳感器的像素、包括所述像素的圖像傳感器和包括所述圖像傳感器的圖像處理系統(tǒng)，更具體地，涉及包括提供改善性能的晶體管的像素、包括所述像素的圖像傳感器和包括所述圖像傳感器的圖像處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。圖像傳感器用于數(shù)字照相機(jī)或其他類型的圖像處理裝置中。圖像傳感器可以包括多個(gè)像素。
[0004]機(jī)械快門模式和電子快門模式主要被用來控制確定與電信號對應(yīng)的光電荷的量的曝光時(shí)間。在機(jī)械快門模式中，機(jī)械裝置阻擋光到像素。電子快門模式常常被用于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。在電子快門模式中，對生成和累積光電荷的積分時(shí)間進(jìn)行電控制。電子快門模式包括滾動(dòng)快門模式和全局快門模式。
[0005]在滾動(dòng)快門模式中，針對像素陣列中的每一行分別控制積分時(shí)間。在全局快門模式中，在整個(gè)像素陣列中的所有的行中一致地控制積分時(shí)間。
[0006]全局快門模式具有消除由于各行之間的不同的積分時(shí)間所引起的圖像失真的優(yōu)點(diǎn)。然而，它在集成度或信號傳輸方面也具有一些缺點(diǎn)，因此，期望進(jìn)行一些改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]圖像傳感器的像素可以包括:光電二極管，被配置為在第一時(shí)間段期間累積在光電二極管中生成的與入射光對應(yīng)的光電荷;存儲(chǔ)二極管，被配置為存儲(chǔ)在光電二極管中累積的光電荷；以及存儲(chǔ)柵極，被配置為控制在光電二極管中累積的光電荷轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管。存儲(chǔ)柵極可以包括向著光電二極管延伸的垂直柵極結(jié)構(gòu)。
[0008]在各種實(shí)施例中，所述像素還可以包括:溢出柵極，被配置為在與第一時(shí)間段不同的第二時(shí)間段期間控制在光電二極管中累積的光電荷溢出到存儲(chǔ)二極管中。溢出柵極可以包括向著光電二極管延伸的垂直柵極結(jié)構(gòu)。
[0009]根據(jù)各種實(shí)施例，所述像素還可以包括:浮置擴(kuò)散，被配置為接收在存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)的光電荷；以及轉(zhuǎn)移柵極，被配置為控制在存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)的光電荷轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散。轉(zhuǎn)移柵極可以包括向著存儲(chǔ)二極管延伸的垂直柵極結(jié)構(gòu)。
[0010]根據(jù)各種實(shí)施例，所述垂直柵極結(jié)構(gòu)可以是第一垂直柵極，存儲(chǔ)柵極還可以包括向著存儲(chǔ)二極管延伸的第二垂直柵極。
[0011]在各種實(shí)施例中，所述像素還可以包括:包括光電二極管的光電二極管區(qū)域；以及包括存儲(chǔ)二極管的存儲(chǔ)二極管區(qū)域。光電二極管區(qū)域和存儲(chǔ)二極管區(qū)域可以被布置為相對于行方向和/或列方向傾斜。
[0012]在各種實(shí)施例中，所述像素還可以包括:浮置擴(kuò)散，被配置為接收在存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)的光電荷。浮置擴(kuò)散的電壓電平可以由相鄰的像素感測。
[0013]根據(jù)各種實(shí)施例，所述像素還可以包括:在像素的邊緣處的第一深溝槽隔離(DTI)，用于像素和其相鄰像素之間的電隔離和光隔離。
[0014]在各種實(shí)施例中，所述像素還可以包括:在光電二極管和存儲(chǔ)二極管之間的第二深溝槽隔離(DTI)，以遮蔽存儲(chǔ)二極管免受入射光。
[0015]在各種實(shí)施例中，所述像素還可以包括:在存儲(chǔ)二極管上的遮光膜，以遮蔽存儲(chǔ)二極管免受入射光。
[0016]在各種實(shí)施例中，所述像素還可以包括:在存儲(chǔ)柵極的表面上的金屬遮蔽物，以遮蔽存儲(chǔ)柵極免受入射光。
[0017]根據(jù)各種實(shí)施例，所述像素還可以包括:浮置擴(kuò)散，被配置為接收在存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)的光電荷;復(fù)位晶體管，被配置為控制浮置擴(kuò)散的復(fù)位;源極跟隨器，被配置為生成與浮置擴(kuò)散的電壓電平對應(yīng)的電流;以及選擇晶體管，被配置為輸出電流作為像素信號。
[0018]在各種實(shí)施例中，光電二極管的電勢可以低于存儲(chǔ)二極管的電勢。
[0019]被配置為在全局快門模式中操作的圖像傳感器可以包括:像素陣列，包括多個(gè)像素，所述多個(gè)像素中的每一個(gè)在第一時(shí)間段期間輸出與入射光對應(yīng)的像素信號;讀出電路，被配置為對像素信號執(zhí)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，以生成數(shù)字像素信號；以及時(shí)序生成器，被配置為控制像素陣列和讀出電路。所述像素中的每一個(gè)可以包括:光電二極管，被配置為在第一時(shí)間段期間累積在光電二極管中生成的與入射光對應(yīng)的光電荷;存儲(chǔ)二極管，被配置為存儲(chǔ)在光電二極管中累積的光電荷；以及存儲(chǔ)柵極，被配置為控制在光電二極管中累積的光電荷轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管。存儲(chǔ)柵極可以包括向著光電二極管延伸的垂直柵極結(jié)構(gòu)。
[0020]在各種實(shí)施例中，所述多個(gè)像素中的每一個(gè)還可以包括:溢出柵極，被配置為在與第一時(shí)間段不同的第二時(shí)間段期間控制在光電二極管中累積的光電荷溢出到存儲(chǔ)二極管中。溢出柵極可以包括向著光電二極管延伸的垂直柵極結(jié)構(gòu)。
[0021]根據(jù)各種實(shí)施例，所述多個(gè)像素中的每一個(gè)還可以包括:浮置擴(kuò)散，被配置為接收在存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)的光電荷；以及轉(zhuǎn)移柵極，被配置為控制在存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)的光電荷轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散。轉(zhuǎn)移柵極可以包括向著存儲(chǔ)二極管延伸的垂直柵極結(jié)構(gòu)。
[0022]在各種實(shí)施例中，存儲(chǔ)柵極還可以包括向著存儲(chǔ)二極管延伸的垂直柵極結(jié)構(gòu)。
[0023]在各種實(shí)施例中，所述多個(gè)像素中的每一個(gè)還可以包括:包括光電二極管的光電二極管區(qū)域；以及包括存儲(chǔ)二極管的存儲(chǔ)二極管區(qū)域。光電二極管區(qū)域和存儲(chǔ)二極管區(qū)域可以被布置為相對于行方向和/或列方向傾斜。
[0024]在各種實(shí)施例中，圖像傳感器還可以包括:浮置擴(kuò)散，被配置為接收在存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)的光電荷。浮置擴(kuò)散的電壓電平可以由與所述多個(gè)像素中的每一個(gè)像素相鄰的像素感測。
[0025]根據(jù)各種實(shí)施例，所述多個(gè)像素中的每一個(gè)還可以包括遮光單元，以遮蔽存儲(chǔ)二極管免受入射光。
[0026]在各種實(shí)施例中，遮光單元可以包括:在所述多個(gè)像素中的每一個(gè)的邊緣處的第一深溝槽隔離(DTI)，用于所述多個(gè)像素中的每一個(gè)和其相鄰像素之間的電隔離和光隔離；在光電二極管和存儲(chǔ)二極管之間的第二DTI，以遮蔽存儲(chǔ)二極管免受入射光;在存儲(chǔ)二極管上的遮光膜，以遮蔽存儲(chǔ)二極管免受入射光；以及在存儲(chǔ)柵極的表面上的金屬遮蔽物，以遮蔽存儲(chǔ)柵極免受入射光。
[0027]根據(jù)各種實(shí)施例，所述多個(gè)像素中的每一個(gè)還可以包括:浮置擴(kuò)散，被配置為接收在存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)的光電荷;復(fù)位晶體管，被配置為控制浮置擴(kuò)散的復(fù)位;源極跟隨器，被配置為生成與浮置擴(kuò)散的電壓電平對應(yīng)的電流；以及選擇晶體管，被配置為輸出電流作為像素信號。
[0028]圖像傳感器的像素可以包括:光電二極管，被配置為累積在光電二極管中生成的與入射光對應(yīng)的光電荷;存儲(chǔ)二極管，被配置為存儲(chǔ)在光電二極管中累積的光電荷;存儲(chǔ)柵極，被配置為在第一時(shí)間段期間通過向著光電二極管延伸的垂直存儲(chǔ)柵極控制在光電二極管中累積的光電荷轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管；以及溢出柵極，被配置為在與第一時(shí)間段不同的第二時(shí)間段期間通過向著光電二極管延伸的垂直溢出柵極控制在光電二極管中生成的光電荷的放電。
[0029]在各種實(shí)施例中，所述像素還可以包括:浮置擴(kuò)散，被配置為接收在存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)的光電荷；以及轉(zhuǎn)移柵極，被配置為控制在存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)的光電荷轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散。轉(zhuǎn)移柵極可以包括向著存儲(chǔ)二極管延伸的垂直轉(zhuǎn)移柵極。
[0030]根據(jù)各種實(shí)施例，垂直存儲(chǔ)柵極可以是第一垂直存儲(chǔ)柵極，存儲(chǔ)柵極還可以包括向著存儲(chǔ)二極管延伸的第二垂直存儲(chǔ)柵極。
[0031 ]根據(jù)各種實(shí)施例，所述像素還可以包括:遮光單元，被配置為遮蔽存儲(chǔ)二極管免受入射光。
[0032]根據(jù)各種實(shí)施例，遮光單元可以包括:在像素的邊緣處的第一深溝槽隔離(DTI)，用于像素和其相鄰像素之間的電隔離和光隔離;在光電二極管和存儲(chǔ)二極管之間的第二DTI，以遮蔽存儲(chǔ)二極管免受入射光;在存儲(chǔ)二極管上的遮光膜，以遮蔽存儲(chǔ)二極管免受入射光；以及在存儲(chǔ)柵極的表面上的金屬遮蔽物，以遮蔽存儲(chǔ)柵極免受入射光。
[0033]被配置為在全局快門模式中操作的圖像處理系統(tǒng)可以包括圖像傳感器，該圖像傳感器包括可以包括多個(gè)像素的像素陣列。所述多個(gè)像素中的每一個(gè)被配置為在第一時(shí)間段期間輸出與入射光對應(yīng)的像素信號并且對該像素信號執(zhí)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換以生成數(shù)字像素信號。所述系統(tǒng)還可以包括:圖像信號處理器，被配置為處理數(shù)字像素信號以生成圖像數(shù)據(jù)。所述多個(gè)像素中的每一個(gè)可以包括:光電二極管，被配置為在第一時(shí)間段期間累積在光電二極管中生成的與入射光對應(yīng)的光電荷;存儲(chǔ)二極管，被配置為存儲(chǔ)在光電二極管中累積的光電荷；以及存儲(chǔ)柵極，被配置為控制在光電二極管中累積的光電荷轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管。存儲(chǔ)柵極可以包括向著光電二極管延伸的垂直柵極結(jié)構(gòu)。
[0034]圖像傳感器的像素可以包括:光電二極管，被配置為累積在光電二極管中生成的與入射光對應(yīng)的光電荷;存儲(chǔ)二極管，被配置為存儲(chǔ)在光電二極管中累積的光電荷；以及存儲(chǔ)柵極，被配置為控制在光電二極管中累積的光電荷轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管。存儲(chǔ)二極管和光電二極管可以沿著第一方向設(shè)置。存儲(chǔ)柵極可以包括在第一方向上延伸的第一部分以及從第一部分突出并在與第一方向不同的第二方向上向著光電二極管延伸的第二部分。
[0035]根據(jù)各種實(shí)施例，存儲(chǔ)柵極的第二部分可以延伸到光電二極管中。
[0036]在各種實(shí)施例中，存儲(chǔ)柵極可以包括從第一部分突出并向著存儲(chǔ)二極管延伸的第三部分。
[0037]根據(jù)各種實(shí)施例，存儲(chǔ)柵極的第二部分在第二方向上的長度可以大于存儲(chǔ)柵極的第三部分在第二方向上的長度。
[0038]根據(jù)各種實(shí)施例，所述像素還可以包括:溢出柵極，被配置為控制在光電二極管中累積的光電荷溢出到存儲(chǔ)二極管中。溢出柵極可以在第一方向上與存儲(chǔ)柵極分隔開，溢出柵極可以包括在第一方向上延伸的第三部分和從第三部分突出并向著光電二極管延伸的第四部分。
[0039]在各種實(shí)施例中，所述像素還可以包括:浮置擴(kuò)散，被配置為從存儲(chǔ)二極管接收光電荷；以及轉(zhuǎn)移柵極，被配置為控制在存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)的光電荷轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散。存儲(chǔ)柵極、轉(zhuǎn)移柵極和浮置擴(kuò)散可以被布置在第一方向上，轉(zhuǎn)移柵極可以包括在第一方向上延伸的第三部分和從第三部分突出并向著存儲(chǔ)二極管延伸的第四部分。
[0040]根據(jù)各種實(shí)施例，第二方向可以基本上垂直于第一方向。
【附圖說明】
[0041]通過參照附圖詳細(xì)地描述發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例，發(fā)明構(gòu)思的上述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明了，在附圖中:
[0042]圖1是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的圖像處理系統(tǒng)的框圖；
[0043]圖2是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的像素陣列的示圖；
[0044]圖3是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的像素的布局；
[0045]圖4是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的圖3中所示的像素的剖視圖；
[0046]圖5是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的圖3中所示的像素的剖視圖；
[0047]圖6是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的圖3中所示的像素的剖視圖；
[0048]圖7是根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的圖3中所示的像素的剖視圖；
[0049]圖8是與圖3中所示的像素對應(yīng)的像素的電路圖；
[0050]圖9是示出圖8中所示的像素的操作的時(shí)序圖；
[0051]圖1OA至圖1OF是在圖9中所示的不同時(shí)間點(diǎn)處的電勢圖；
[0052]圖11是包括根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的圖像傳感器的電子系統(tǒng)的框圖；以及