图像传感器制造技术

公开了一种图像传感器，包括：光敏元件，响应于入射光来生成电荷；存储二极管，形成在衬底中，其中存储二极管存储由光敏元件生成的电荷；浮置扩散区域，形成在衬底的顶面中并且与存储二极管间隔开；以及转移栅极，至少部分地埋置在衬底的顶面的下方，其中转移栅极控制电荷从存储二极管向浮置扩散区域转移。

image sensor

An image sensor is disclosed, including a photosensitive element that generates charge in response to an incident light; a storage diode is formed on a substrate, in which the storage diode stores the charge generated by the photosensitive element; the floating diffusion region is formed in the top surface of the substrate and separated from the storage diode; and the transfer gate is transferred. At least partially buried under the top surface of the substrate, wherein the transfer gate control charge is transferred from the storage diode to the floating diffusion region.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器相关申请的交叉引用本申请要求于2017年1月9日提交的韩国专利申请No.10-2017-0002706的优先权，其主题通过引用方式整体并入本文中。
本专利技术构思涉及图像传感器、CMOS图像传感器和具有全局快门的CMOS图像传感器。
技术介绍
图像传感器是一种响应于入射光而生成电信号的半导体器件。电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器是当代图像传感器的两个示例。例如，CMOS图像传感器对入射光的曝光可以由卷帘式快门系统或全局快门系统来控制。全局快门系统通常需要复位时段，在该复位时段期间CMOS图像传感器的像素可以被曝光于入射光。各种当代CMOS图像传感器包括全局快门系统。
技术实现思路
本专利技术构思的实施例提供了一种能够使用竖直转移栅极实现全局快门的图像传感器。然而，本专利技术构思的实施例不仅限于本文中所阐述的所示实施例。通过参考以下给出的专利技术构思的详细描述，本专利技术构思的上述和其它实施例对于本专利技术构思所属领域的普通技术人员将变得更加清楚。在一个实施例中，本专利技术构思提供了一种图像传感器，包括：光敏元件，响应于入射光来生成电荷；存储二极管，形成在衬底中，其中存储二极管存储由光敏元件生成的电荷；浮置扩散区域，形成在衬底的顶面中并且与存储二极管间隔开；以及转移栅极，至少部分地埋置在衬底的顶面的下方，其中转移栅极控制电荷从存储二极管向浮置扩散区域转移。在另一实施例中，本专利技术构思提供了一种图像传感器，包括：衬底，具有顶面和相对的底面；沟槽，形成在衬底的顶面中；转移栅极，填充沟槽；第一电荷存储区域，形成在衬底中转移栅极的第一侧上；第二电荷存储区域，其成在衬底中转移栅极的第二侧上；以及浮置扩散区域，通过衬底的顶面而暴露，其中转移栅极响应于第一电压控制第一电荷存储区域中所存储的电荷向第二电荷存储区域转移，并且响应于不同于第一电压的第二电压控制第二电荷存储区域中所存储的电荷向浮置扩散区域转移。在另一实施例中，本专利技术构思提供了一种图像传感器，包括：传感器阵列，包括分别将光信号转换成对应的电输出的像素；以及定时发生器，控制传感器阵列，其中每个像素包括响应于光信号来生成电荷的光敏元件；存储二极管，形成在衬底中、存储由光敏元件生成的电荷；浮置扩散区域，形成在衬底中并且在第一方向上与存储二极管间隔开；以及转移栅极，沿着第一方向埋置在衬底中，并且转移栅极响应于由定时发生器提供的第一转移信号控制电荷从光敏元件向存储二极管转移，并且响应于由定时发生器提供的第二转移信号控制电荷从存储二极管向浮置扩散区域转移。附图说明结合所附附图的描述，本专利技术构思的上述和其它实施例和特征将变得更加清楚，在附图中：图1是根据本专利技术构思的特定实施例的图像传感器的框图；图2是在一个实施例中进一步示出图1的传感器阵列的框图；图3是可以用于本专利技术构思的特定实施例的图像传感器的等效电路图；图4是示出了图3的图像传感器的截面图；图5是描述了根据本专利技术构思的一些实施例的图像传感器的示例性操作的时序图；图6A和图6B是示出了根据本专利技术构思的一些实施例的图像传感器的示例性操作的图；图7A和图7B是示出了根据本专利技术构思的一些实施例的图像传感器的示例性操作的图；图8是示出了根据本专利技术构思的一些实施例的图像传感器的示例性操作的图；图9A和图9B是示出了根据本专利技术构思的一些实施例的图像传感器的示例性操作的图；图10是示出了根据本专利技术构思的另一实施例的图像传感器的图；图11是示出了根据本专利技术构思的另一实施例的图像传感器的图；图12是示出了根据本专利技术构思的另一实施例的图像传感器的图；图13是示出了根据本专利技术构思的另一实施例的图像传感器的图；以及图14是示出了根据本专利技术构思的另一实施例的图像传感器的图。具体实施方式下文中，将参考图1至图14中的一个或多个来描述根据本专利技术构思的实施例的图像传感器。图1是根据本专利技术构思的实施例的图像传感器的框图。参考图1，图像传感器包括：单位像素的传感器阵列1010、定时发生器1020、行解码器1030、行驱动器1040、相关双采样器(CDS)1050、模数转换器(ADC)1060、锁存器1070和列解码器1080。传感器阵列1010包括二维矩阵的多个单位像素(在下文中称为“像素”)。每个像素将选择的电磁能量(在下文中统称为“光信号”)转换成对应的电输出。因此，像素的阵列提供对应的多个电输出。传感器阵列1010是由一个或多个控制信号控制(或驱动)的，控制信号包括例如来自行驱动器1040的第一转移信号(例如，行选择信号)、复位信号、和电荷转移信号等。可以经由竖直信号线将由每个像素提供的电输出传送到CDS1050。定时发生器1020提供被施加到行解码器1030和/或列解码器1080的一个或多个定时信号和/或控制信号。行驱动器1040响应于由行解码器1030提供的解码结果向传感器阵列1010提供用于驱动各个像素第一转移信号。假设像素被布置成行和列的矩阵的情况，行驱动器1040可以分别地向矩阵的对应行提供第一转移信号。CDS1050对由传感器阵列1010提供的电输出进行保持和采样。也就是说，CDS1050对噪声的电平以及由传感器阵列1010提供的电输出的电平进行双重采样，并输出对应的模拟信号(例如，模拟信号等于由传感器阵列1010提供的噪声电平和电输出电平之间的差)。然后，ADC1060将由CDS1050提供的模拟信号转换成对应的数字信号，并且输出该数字信号。锁存器1070锁存由ADC1060提供的数字信号，其中，响应于由列解码器1080提供的解码结果，将锁存的数字信号顺序地输出到图像信号处理(图1中未示出)。图2是在一个实施例中进一步示出图1的传感器阵列的框图。参考图2，传感器阵列1010包括多个像素，其中每个像素(P)是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像像素。这里，多个像素被布置成包括“i”行和“j”列的矩阵，其中i和j是正整数。图2的传感器阵列1010能够执行全局快门操作。因此，传感器阵列1010还包括分别连接到像素1的传输线TX和选择线SEL。更具体地，传输线TX(i)到TX(i+3)和选择线SEL(i)到SEL(i+3)分别连接到传感器阵列1010中的像素行。可以将各个传输线TX(i)到TX(i+3)、选择线SEL(i)到SEL(i+3)以及相应的i个行线和j个列线一起使用来向传感器阵列1010的每个像素提供各种控制信号。例如，假设传感器阵列1010包括“N”乘“M”个像素1，其中M和N是大于2的正整数，传感器阵列1010中可以设置N个传输线TX、N个选择线SEL以及M个列线j。尽管图2中未示出，但是传感器阵列1010中还可以设置N个第一复位线RX1、N个电源线VDD和N个第二复位线RX2。因此，可以将传感器阵列1010理解为包括N个像素传感器行5，其中每个像素传感器行5包括多个行相邻像素。与传感器阵列1010相关联的行寻址和/或像素行扫描功能可以由经由传输线TX和选择线SEL从行驱动器1040传送而来的各种控制信号控制。更具体地，行驱动器1040可以向传输线TX和选择线SEL中的每一个发送第一转移信号和第二转移信号，其中可以以非顺序的方式将第二转移信号传送到像素传感器行5。在某些实施例中，第一转移信号可以用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，包括：光敏元件，响应于入射光来生成电荷；存储二极管，形成在衬底中，其中所述存储二极管存储由所述光敏元件生成的电荷；浮置扩散区域，形成在所述衬底的顶面中并且与所述存储二极管间隔开；以及转移栅极，至少部分地埋置在所述衬底的顶面的下方，其中所述转移栅极控制所述电荷从所述存储二极管向所述浮置扩散区域转移。

【技术特征摘要】
2017.01.09 KR 10-2017-00027061.一种图像传感器，包括：光敏元件，响应于入射光来生成电荷；存储二极管，形成在衬底中，其中所述存储二极管存储由所述光敏元件生成的电荷；浮置扩散区域，形成在所述衬底的顶面中并且与所述存储二极管间隔开；以及转移栅极，至少部分地埋置在所述衬底的顶面的下方，其中所述转移栅极控制所述电荷从所述存储二极管向所述浮置扩散区域转移。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述转移栅极控制所述电荷从所述光敏元件向所述存储二极管转移。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述转移栅极响应于具有第一电压的第一转移信号全体地控制所述电荷从所述光敏元件向所述存储二极管转移，并且响应于具有不同于所述第一电压的第二电压的第二转移信号全体地控制所述电荷从所述存储二极管向所述浮置扩散区域转移。4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述第一电压高于所述第二电压。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述光敏元件包括光电二极管，所述光电二极管形成在所述衬底的内部并接近所述衬底的底面。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述光敏元件包括外部光敏元件，所述外部光敏元件至少部分地形成在所述衬底的外部并接近所述衬底的底面。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述外部光敏元件包括：第一电极，形成在所述衬底的底面上；第二电极，形成在所述第一电极之上；以及电荷生成层，形成在所述第一电极和所述第二电极之间。8.根据权利要求6所述的图像传感器，还包括：电荷存储区域，形成在所述衬底的底面中，其中所述光敏元件经由通路电连接到所述电荷存储区域。9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，由所述光敏元件生成的电荷存储在所述电荷存储区域中，并且所述转移栅极控制所述电荷存储区域中所存储的电荷向所述存储二极管转移。10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述电荷存储区域、所述存储二极管以及所述浮置扩散区域相对于所述衬底的水平设置的顶面和底面竖直对齐。11.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：第一复位栅极，与所述转移栅极间隔开并且至少部分地埋置在所述衬底的顶面中，其中所述第一复位栅极响应于第一复位信号来复位所述光敏元件。12.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贵德，李泰渊，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR