具有改进的电荷存储容量的集成成像设备制造技术

本公开的实施例涉及具有改进的电荷存储容量的集成成像设备。一种集成成像设备包括像素，该像素具有延伸到衬底中的沟槽。沟槽涂覆有绝缘体并且填充有包括第一多晶硅区域和第二多晶硅区域的堆叠。第一和第二多晶硅区域通过绝缘材料的层彼此分离。第一多晶硅区域可以形成垂直晶体管的栅极电极，并且第二多晶硅区域可以形成电容器的电极。

Integrated imaging device with improved charge storage capacity

【技术实现步骤摘要】
具有改进的电荷存储容量的集成成像设备优先权要求本申请要求2018年11月22日提交的法国专利申请号1871689的优先权，其内容在法律允许的最大范围内通过引用以其整体并入本文。
实施例涉及集成电路，特别是成像集成电路，并且尤其涉及成像设备的动态范围的改进。
技术介绍
成像设备通常包括像素的矩阵阵列，像素的矩阵阵列可操作以将入射光信号转换成电荷。在每个像素中，在光敏区(通常是光电二极管)中生成的电荷被传输到读取节点，该读取节点被耦合到传输电路和处理电路，例如，该处理电路包括模数转换器，模数转换器可操作以将表示像素的照度的电荷转换成数字值。像素的照度的值可以取多个值，这取决于成像设备的动态范围，即成像设备区分更多或更少数目的光强度的能力。通过组合多个拍摄的图像可以增加成像设备的动态范围。然而，允许实施这种方法的图像传感器包括特定的并且常常是复杂的电路，这不利于集成电路的占地面积(footprint)。需要获得具有小占地面积的高动态范围的成像设备。
技术实现思路
根据一个实施例，提出了一种成像设备，该成像设备允许产生高动态范围图像，其中像素具有小的占地面积。根据一个方面，提供了一种集成成像设备，该集成成像设备包括至少一个像素，该至少一个像素包括延伸到衬底中的至少一个沟槽，所述至少一个沟槽涂覆有绝缘体并且包括下部第一多晶硅区域和至少一个上部第二多晶硅区域的堆叠，该区域由所述绝缘体的层分离。因此，在一个像素的情况下，在同一沟槽的内部产生两个多晶硅区域是特别有利的，因为它例如允许在同一沟槽内以小的占地面积产生具有两个独立功能的两个分离的元件(例如，埋入式传输门和电容器，或者实际上是外围隔离区域和电容器)。这样，更一般地，这种沟槽可以被有利地包含在任何集成电路或设备中。具体地，在这种情况下，在同一沟槽的内部产生两个多晶硅区域是特别有利的，因为它例如允许以小的占地面积产生两个分离的电容组件。因此，根据另一个更一般的方面，提供了一种集成电路或设备，其包括延伸到衬底中的至少一个沟槽，所述至少一个沟槽涂覆有绝缘体并且包括下部第一多晶硅区域和至少一个上部第二多晶硅区域的堆叠，该区域由所述绝缘体的层分离。无论预期的应用是什么，在衬底中更深地产生的第一多晶硅区域都有利地与在衬底的前侧上产生的组件绝缘。例如，在这种情况下，如下所述，当第一多晶硅区域形成像素的传输门时，该传输门与像素的读取节点绝缘，该读取节点被注入在衬底中的较小深度处。在集成成像设备的情况下，像素可以包括电容器，该电容器的第一电极包括第二多晶硅区域，该电容器的电介质由绝缘体形成，并且该电容器的第二电极被耦合到存储区域(例如，读取节点)，该存储区域被配置成存储表示像素的照度的电荷，像素还包括偏置电路，该偏置电路可操作以分别偏置第一多晶硅区域和第二多晶硅区域。将电容器耦合到电荷存储区域有利地允许通过将第二多晶硅区域偏置到适当的值来增加所述区域的存储容量。作为变型，可以使像素包括连接第二多晶硅区域和所述存储区域的金属化物。这允许在不需要使用前述偏置电路的情况下，增加存储区域(读取节点)的容量。所述堆叠可以被绝缘体的区域覆盖(surmount)。调整堆叠中的多晶硅和绝缘体的比例可以调整两个多晶硅区域的尺寸，并且因此可以调整电容器的电容效应。在第一变型实施例中，像素的传输门和电容器位于所述沟槽中。更精确地，像素可以包括：光敏区；读取节点，该读取节点包括所述存储区域；至少一个传输门，该至少一个传输门可操作以将在光敏区中累积的所述电荷传输到读取节点，所述至少一个沟槽划定读取节点的外围，第一多晶硅区域形成传输门，第二多晶硅区域形成电容器的第一电极，并且读取节点形成电容器的第二电极。电容器和传输门在同一沟槽中的产生有利地允许在保持较小的占地面积的同时增加读取节点的存储容量。根据另一变型实施例，所述至少一个沟槽可以形成划定像素的外围的电容隔离沟槽，所述第二多晶硅区域形成电容器的第一电极，并且电容器的第二电极通过金属轨道的方式连接到读取节点。根据另一方面，提出了一种包括如上所述的成像设备的智能移动电话。根据一个方面，提出了一种包括如上所述的成像设备的数码相机。附图说明通过检查对完全非限制性实施例的详细描述和附图，其他优点和特征将变得明显，其中：图1是从电学角度来看的成像设备的一个实施例的像素的示意表示；图2是图1的像素的俯视图；图3是沿图2的剖线III-III的截面图；图4是沿图2的剖线IV-IV的截面图；图5图示了变型实施例；图6图示了变型实施例；图7图示了变型实施例；图8图示了另一方面；图9图示了另一方面；以及图10图示了另一变型。具体实施方式图1是从电学角度来看的成像设备DIS的像素PX的示意表示。尽管成像设备DIS包括像素的矩阵阵列，但是像素中的每个像素具有相同的架构和相同的操作模式。因此，为了简单起见，将描述单个像素。像素PX通常包括：光敏区DL(这里是光电二极管)，其可操作以响应于像素PX的照明而生成电荷；读取节点SN；以及传输门GT，该传输门GT被配置成：在其接通时，将电荷从光电二极管DL传输到读取节点SN。读取节点SN通常可操作以接收由光电二极管DL生成的电荷，以便读取电荷并将所述电荷转换为表示像素PX的照度的数字值。该读出是通过源极跟随器晶体管TS(其栅极被耦合到读取节点SN)和读取晶体管TL执行的，其中晶体管TS和TL在供电节点B1和处理电路CT之间串联耦合，供电节点B1可操作以递送第一电压(例如3伏的电压)，并且处理电路CT可操作以对来自像素PX的电信号执行操作，特别是模数转换。像素PX还包括初始化晶体管TR(还被称为复位晶体管)，该初始化晶体管TR可操作以将读取节点SN的电势初始化为初始化值Vi。像素PX还包括电容器C，该电容器C具有第一电极以及第二电极，该第一电极被耦合到偏置电路MP，该第二电极包括读取节点SN。该电容器CS有利地允许增加读取节点的电荷存储容量。在操作中，在对像素PX的照明期间，电荷载流子(电子和空穴)在感光区DL中累积，并且偏置电路MP将传输门GT偏置到第一值(这里例如是-0.5伏)，并且将电容器C的第一电极偏置到第二值(这里例如是3伏)。偏置电路MP的这种配置使得可以防止在对像素的照明期间，电荷在读取节点上累积。然后，偏置电路MP将传输门GT和电容器C的第一电极偏置到第二值(这里是3伏)，以便将在感光区DL中累积的电子传输到读取节点SN。为了读取和处理在读取节点上累积的电荷，偏置电路MP对读取晶体管TL的栅极进行偏置以便使晶体管TL导通。图2是像素PX的俯视图，图3是沿图2中的剖线III-III的截面图，图4是沿图2中的剖线IV-IV的截面图。成像设备D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成成像设备，包括：/n至少一个像素，其中每个像素包括：/n延伸到所述衬底中的沟槽；/n涂覆所述沟槽的绝缘体；以及/n在所述沟槽内的堆叠，所述堆叠包括第一多晶硅区域和第二多晶硅区域，其中所述堆叠内的所述第一多晶硅区域和所述第二多晶硅区域通过绝缘材料层彼此绝缘。/n

【技术特征摘要】
20181122 FR 18716891.一种集成成像设备，包括：
至少一个像素，其中每个像素包括：
延伸到所述衬底中的沟槽；
涂覆所述沟槽的绝缘体；以及
在所述沟槽内的堆叠，所述堆叠包括第一多晶硅区域和第二多晶硅区域，其中所述堆叠内的所述第一多晶硅区域和所述第二多晶硅区域通过绝缘材料层彼此绝缘。


2.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个像素包括电容器，所述电容器具有：由所述第二多晶硅区域形成的第一电极、由所述绝缘材料层形成的电介质、以及被耦合到存储区域的第二电极，所述存储区域被配置成存储表示所述像素的照度的电荷。


3.根据权利要求2所述的设备，还包括偏置电路，所述偏置电路被配置成分别偏置所述第一多晶硅区域和所述第二多晶硅区域。


4.根据权利要求2所述的设备，还包括金属化物，所述金属化物电连接所述第二多晶硅区域和所述存储区域。


5.根据权利要求2所述的设备，其中所述至少一个像素还包括：光敏区；读取节点，所述读取节点包括所述存储区域；以及至少一个传输门，所述至少一个传输门被配置成将在所述光敏区中累积的所述电荷传输到所述读取节点，其中所述沟槽划定所述读取节点的外围，其中所述第一多晶硅区域形成所述传输门。


6.根据权利要求2所述的设备，其中所述沟槽形成电容隔离沟槽，所述电容隔离沟槽划定所述像素的所述外围，所述第二多晶硅区域形成所述电容器的第一电极，并且所述电容器的所述第二电极通过金属轨道的方式连接到所述读取节点。


7.根据权利要求1所述的设备，其中所述堆叠被绝缘体的区域覆盖。


8.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备是智能移动电话的组件。


9.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备是数码相机的组件。


10.根据权利要求1所述的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·苏勒，F·罗伊，
申请(专利权)人：意法半导体克洛尔二公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR