用于经减小像素间距的图像传感器结构及其方法与流程

本公开一般来说涉及图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及cmos图像传感器及其应用。

背景技术：

1、图像传感器已变得无处不在且现在广泛用于数码相机、蜂窝式电话、安全相机以及医学、汽车及其它应用中。随着将图像传感器集成到较宽广范围的电子装置中，期望通过装置架构设计以及图像获取处理两者以尽可能多的方式(例如，分辨率、电力消耗、动态范围等)增强所述图像传感器的功能性、性能度量等等。

2、典型图像传感器响应于从外部场景反射的被入射于图像传感器上的图像光而进行操作。图像传感器包含具有光敏元件(例如，光电二极管)的像素阵列，所述光敏元件吸收入射图像光的一部分且在吸收图像光后即刻产生图像电荷。由像素光生的图像电荷可作为列位线上的模拟输出图像信号来测量，所述模拟输出图像信号依据入射图像光而变化。换句话说，所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例，所述图像电荷被读出为来自列位线的模拟图像信号且被转换为数字值以产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。

技术实现思路

1、在一方面中，本公开提供一种用于图像传感器的像素单元，所述像素单元包括：第一半导体衬底，其包含第一侧及第二侧，其中所述第一侧与所述第二侧相对；光电二极管，其在所述第一侧与所述第二侧之间安置于所述第一半导体衬底内；及转移栅极，其安置成接近于第一半导体衬底的所述第一侧，其中所述转移栅极包含平面区域，其中所述半导体衬底的所述第一侧安置于所述平面区域与所述光电二极管之间，且其中所述光电二极管的横向面积小于或等于所述转移栅极的所述平面区域的横向面积。

2、在另一方面中，本公开提供一种图像传感器，其包括：像素单元，其形成于第一半导体衬底中或其上，其中所述像素单元包含多个像素，包含于所述多个像素中的每一像素包含：光电二极管，其在所述第一半导体衬底的第一侧与第二侧之间安置于所述第一半导体衬底内；转移栅极，其安置成接近于第一半导体衬底的所述第一侧，其中所述转移栅极包含平面区域，且其中所述第一半导体衬底的所述第一侧安置于所述转移栅极的所述平面区域与所述光电二极管之间；及接地接触区域、隔离区域及浮动扩散区域，其各自接近于所述第一半导体衬底的所述第一侧及所述光电二极管而安置于所述第一半导体衬底内；以及像素单元电路，其形成于第二半导体衬底中或其上，其中所述像素单元电路在至少每像素单元基础上耦合到所述多个像素。

3、在又一方面中，本公开提供一种用于形成图像传感器的方法，所述方法包括：提供包含第一侧及第二侧的第一半导体衬底，其中所述第一侧与所述第二侧相对；形成在所述第一侧与所述第二侧之间安置于所述第一半导体衬底内的光电二极管；及形成安置成接近于所述第一半导体衬底的所述第一侧的转移栅极，其中所述转移栅极包含平面区域，其中所述半导体衬底的所述第一侧安置于所述平面区域与所述光电二极管之间，且其中所述光电二极管的横向面积小于或等于所述转移栅极的所述平面区域的横向面积。

技术特征：

1.一种用于图像传感器的像素单元，所述像素单元包括：

2.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述转移栅极与所述光电二极管光学对准，使得当从所述第一侧观看所述第一半导体衬底时，所述转移栅极的所述平面区域横向延伸于所述光电二极管上方以覆盖所述光电二极管的所述横向面积的全部。

3.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述转移栅极进一步包含垂直区域，所述垂直区域从所述平面区域朝向所述第一半导体衬底的所述第二侧延伸到所述第一半导体衬底中。

4.根据权利要求3所述的像素单元，其中所述光电二极管包含安置成接近于所述第一半导体衬底的所述第一侧的钉扎区域，且其中所述转移栅极的所述垂直区域安置于所述钉扎区域与浮动扩散区域之间。

5.根据权利要求3所述的像素单元，其中所述光电二极管包含与所述第一半导体衬底的第二导电性类型相反的第一导电性类型的经掺杂区域，其中所述转移栅极的所述垂直区域安置于所述转移栅极的所述平面区域与所述经掺杂区域之间，其中所述光电二极管的所述横向面积是基于所述经掺杂区域，且其中当从所述第一侧观看所述第一半导体衬底时，所述转移栅极的所述平面区域横向延伸于所述光电二极管的第一经掺杂区域上方以覆盖所述经掺杂区域的所述横向面积的全部。

6.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述光电二极管及所述转移栅极形成所述像素单元的多个像素中所包含的第一像素，其中所述像素单元进一步包括横向环绕所述第一像素的深沟槽隔离dti结构，其中所述dti结构从所述第一半导体衬底的所述第一侧连续延伸到所述第一半导体衬底的所述第二侧以将所述第一像素与所述像素单元的所述多个像素中所包含的邻近像素物理分离。

7.根据权利要求6所述的像素单元，其中包含于所述像素单元中的所述邻近像素包含邻近于所述第一像素的第二像素，其中所述第一像素包含第一浮动扩散区域，其中所述第二像素包含第二浮动扩散区域，且其中所述dti结构安置于所述第一像素的所述第一浮动扩散区域与所述第二像素的所述第二浮动扩散区域之间。

8.根据权利要求7所述的像素单元，其中所述第一像素的所述第一浮动扩散区域邻接所述dti结构，且其中所述第二像素的所述第二浮动扩散区域邻接所述dti结构。

9.根据权利要求1所述的像素单元，其进一步包括各自接近于所述第一半导体衬底的所述第一侧安置于所述第一半导体衬底内的接地接触区域、隔离区域及浮动扩散区域，其中所述隔离区域安置于所述接地接触区域与所述浮动扩散区域之间，且其中所述光电二极管、所述转移栅极、所述接地接触区域与所述浮动扩散区域共同地形成所述像素单元的多个像素中所包含的第一像素。

10.根据权利要求9所述的像素单元，其中包含于所述多个像素中的像素布置成若干行及若干列以形成像素阵列，所述像素至少包含共同地形成所述像素单元的二乘二像素阵列的所述第一像素、第二像素、第三像素及第四像素，且其中所述二乘二像素阵列关于第一轴线镜像对称。

11.根据权利要求10所述的像素单元，其中所述二乘二像素阵列关于第二轴线镜像对称，且其中所述第二轴线正交于所述第一轴线。

12.根据权利要求10所述的像素单元，其中所述第二像素、所述第三像素及所述第四像素各自包含所述光电二极管、所述转移栅极、所述接地接触区域及所述浮动扩散区域的相应实例，其中所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素及所述第四像素中的每一者的所述浮动扩散区域由深沟槽隔离dti结构分离并电耦合在一起，其中所述dti结构从所述第一半导体衬底的所述第一侧连续延伸到所述第一半导体衬底的所述第二侧。

13.根据权利要求9所述的像素单元，其进一步包括：

14.一种图像传感器，其包括：

15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中针对包含于所述多个像素中的每一像素，所述隔离区域安置于所述接地接触区域与所述浮动扩散区域之间。

16.根据权利要求14所述的图像传感器，其中所述像素单元关于第一轴线镜像对称。

17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中所述像素单元关于第二轴线镜像对称，且其中所述第二轴线正交于所述第一轴线。

18.根据权利要求14所述的图像传感器，其中针对包含于所述像素单元中的每一像素，所述转移栅极与所述光电二极管光学对准，使得当从所述第一侧观看所述第一半导体衬底时，所述转移栅极的所述平面区域横向延伸于所述光电二极管上方以覆盖所述光电二极管的横向面积的全部。

19.根据权利要求14所述的图像传感器，其中针对包含于所述像素单元中的每一像素，所述转移栅极进一步包含从所述平面区域朝向所述第一半导体衬底的所述第二侧延伸到所述第一半导体衬底中的垂直区域，其中所述转移栅极的所述垂直区域安置于所述光电二极管与浮动扩散区域之间。

20.根据权利要求14所述的图像传感器，其进一步包括深沟槽隔离dti结构，所述dti结构横向环绕所述像素单元以将所述像素单元与邻近于所述像素单元的一或多个额外像素单元物理分离，其中所述深沟槽隔离结构从所述第一半导体衬底的所述第一侧连续延伸到所述第一半导体衬底的所述第二侧。

21.根据权利要求20所述的图像传感器，其中所述dti结构进一步环绕所述像素单元中所包含的所述多个像素中的每一者以将所述多个像素彼此分离，其中针对所述像素单元的所述多个像素中所包含的每一像素，所述接地接触区域、所述隔离区域及所述浮动扩散区域安置于所述转移栅极与所述dti结构之间。

22.一种用于形成图像传感器的方法，所述方法包括：

23.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：

技术总结
本公开涉及一种用于经减小像素间距的图像传感器结构及其方法。描述一种用于图像传感器的像素单元，其包含第一半导体衬底、光电二极管及转移栅极。所述第一半导体衬底包含第一侧及第二侧。所述第一侧与所述第二侧相对。所述光电二极管在所述第一侧与所述第二侧之间安置于所述第一半导体衬底内。所述转移栅极安置成接近于所述第一半导体衬底的所述第一侧。所述转移栅极包含平面区域。所述半导体衬底的所述第一侧安置于所述平面区域与所述光电二极管之间。所述光电二极管的横向面积小于或等于所述转移栅极的所述平面区域的横向面积。

技术研发人员：后藤高行
受保护的技术使用者：豪威科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25