成像像素制造技术

本发明专利技术公开了一种成像像素。一种图像传感器可包括具有高动态范围的多个成像像素。每个成像像素可具有光电二极管、浮动扩散区和转移晶体管，该转移晶体管被配置为将电荷从光电二极管转移到浮动扩散区。每个成像像素还可包括溢出电容器和溢出晶体管，该溢出晶体管插置在光电二极管与溢出电容器之间。双转换增益晶体管可插置在溢出电容器与浮动扩散区之间。为了减少与像素的操作相关联的噪声，环形导电层可形成用于溢出晶体管和双转换增益晶体管两者的栅极。该公共栅极可在积聚期间被设置到中间电平以允许电荷经过溢出晶体管溢出到溢出电容器。公共栅极还可用于断言双转换增益晶体管。

【技术实现步骤摘要】
成像像素
本专利技术整体涉及图像传感器，具体地涉及成像像素，并且更具体地讲，涉及被配置为产生高动态范围(HDR)图像的图像传感器。
技术介绍
现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。成像器(即，图像传感器)由二维图像感测像素阵列形成。每个像素可包括用于接收入射光子(入射光)并把光子转变为电荷的光传感器，诸如光电二极管。常规图像像素阵列包括前照式图像像素或背照式图像像素。图像传感器可包括在衬底前表面中形成的光电二极管和其他操作电路(例如晶体管)。二维图像感测像素阵列中的单个图像感测像素包括单个光敏区、形成在光敏区上方的滤色器以及形成在滤色器上方的单个圆顶形微透镜。常规成像系统可能具有带有与低动态范围相关的伪影的图像。具有较亮部分和较暗部分的场景可在常规图像传感器中产生伪影，因为图像的各部分可能曝光过度或曝光不足。常规成像系统还可具有比期望更低的信噪比。因此，希望提供具有改善的动态范围和减少的噪声的图像传感器。
技术实现思路
根据本专利技术一实施例，提供了一种成像像素。所述成像像素包括：光电二极管，所述光电二极管被配置为响应于入射光而生成电荷；溢出电容器；第一晶体管，所述第一晶体管被配置为使得高于给定阈值的电荷能够从所述光电二极管溢出到所述溢出电容器；浮动扩散区；第二晶体管，所述第二晶体管介于所述溢出电容器与所述浮动扩散区之间；和，环形导电层，所述环形导电层形成所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极。根据本专利技术另一实施例，提供了一种成像像素。所述成像像素包括：光电二极管，所述光电二极管被配置为响应于入射光而生成电荷；浮动扩散区；转移晶体管，所述转移晶体管介于所述光电二极管与所述浮动扩散区之间；隔离扩散区，所述隔离扩散区与环形栅极的中心开口重叠；第一晶体管，所述第一晶体管介于所述光电二极管与所述隔离扩散区之间，其中，所述环形栅极的第一部分形成所述第一晶体管的栅极；和，第二晶体管，所述第二晶体管介于所述隔离扩散区与所述浮动扩散区之间，其中，所述环形栅极的第二部分形成所述第二晶体管的栅极。根据本专利技术另一实施例，提供了一种成像像素，所述成像像素包括：半导体衬底；在所述半导体衬底中的光电二极管；在所述半导体衬底中的浮动扩散区；在所述半导体衬底中的封闭扩散区；第一栅极，其中，所述第一栅极和所述半导体衬底重叠，并且所述第一栅极介于所述光电二极管与所述浮动扩散区之间；环形的第二栅极，其中，所述第二栅极和所述半导体衬底重叠，其中，所述第二栅极的一部分介于所述封闭扩散区与所述浮动扩散区之间；在所述半导体衬底中的势垒，所述势垒介于所述光电二极管与所述封闭扩散区之间；和，电容器，所述电容器电连接到所述封闭扩散区。附图说明图1是根据一个实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图。图2是根据一个实施方案的用于读出图像传感器中的图像信号的例示性像素阵列以及相关联的读出电路的示意图。图3A是根据一个实施方案的具有双转换增益晶体管和溢出电容器的示例性成像像素的电路图。图3B是根据一个实施方案的具有双转换增益晶体管和溢出晶体管的示例性成像像素的电路图。图4是根据一个实施方案的具有用于双转换增益晶体管和溢出晶体管的公共栅极的示例性成像像素的电路图。图5是根据一个实施方案的示出公共栅极可如何为环形的图4的示例性成像像素的顶视图。图6至图9是根据一个实施方案的示出操作图4和图5的成像像素的示例性方法的时序图。图10是根据一个实施方案的具有光电二极管与溢出电容器之间的势垒的示例性成像像素的电路图。图11是根据一个实施方案的示出双转换增益晶体管的栅极可如何为环形的图10的示例性成像像素的顶视图。图12是根据一个实施方案的示出光电二极管与连接到溢出电容器的封闭扩散区之间的势垒的、图10和图11的示例性成像像素的横截面侧视图。具体实施方式本专利技术的实施方案涉及图像传感器。本领域的技术人员应当理解，本专利技术的示例性实施方案可在不具有一些或所有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本专利技术的实施方案，未详细描述众所周知的操作。电子设备诸如数字相机、计算机、移动电话和其他电子设备可包括图像传感器，该图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如将入射光转换成图像信号的光电二极管。图像传感器可具有任何数量(例如，数百或数千或更多)的像素。典型图像传感器可例如具有数十万或数百万像素(例如，数兆像素)。图像传感器可包括控制电路(诸如用于操作像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路，该图像信号与光敏元件生成的电荷相对应。图1是示例性成像和响应系统的示意图，该系统包括使用图像传感器捕获图像的成像系统。图1的系统100可以是电子设备，诸如相机、移动电话、摄像机、或捕获数字图像数据的其他电子设备，可以是车辆安全系统(例如，主动制动系统或其他车辆安全系统)，或者可以是监视系统。如图1所示，系统100可包括成像系统(诸如成像系统10)和主机子系统(诸如主机子系统20)。成像系统10可包括相机模块12。相机模块12可包括一个或多个图像传感器14以及一个或多个透镜。相机模块12中的每个图像传感器可相同，或者，在给定图像传感器阵列集成电路中可以有不同类型的图像传感器。在图像捕获操作期间，每个透镜可以将光聚焦到相关联的图像传感器14(诸如图2的图像传感器)上。图像传感器14可包括将光转换成数字数据的光敏元件(即，像素)。图像传感器可具有任何数量(例如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型图像传感器可例如具有数百万的像素(例如，数兆像素)。例如，图像传感器14可包括偏置电路(例如，源极跟随器负载电路)、采样和保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字转换器电路、数据输出电路、存储器(例如，缓冲电路)、寻址电路等。可以将来自相机传感器14的静态图像数据和视频图像数据经由路径28提供给图像处理和数据格式化电路16。图像处理和数据格式化电路16可用于执行图像处理功能，诸如数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。图像处理和数据格式化电路16也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图像专家组格式或简称JPEG格式)。在典型布置方式(有时称为片上系统(SOC)布置方式)中，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16在共用半导体衬底(例如，共用硅图像传感器集成电路管芯)上实现。如果需要，相机传感器14和图像处理电路16可以形成在单独半导体衬底上。例如，相机传感器14和图像处理电路16可以形成在已堆叠的单独衬底上。成像系统10(例如，图像处理和数据格式化电路16)可通过路径18将采集的图像数据传送到主机子系统20。主机子系统20可包括处理软件，该处理软件用于检测图像中的物体、检测物体在图像帧之间的运动、确定图像中物体的距离、过滤或以其他方式处理成像系统10提供的图像。如果需要，系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像像素，其特征在于，所述成像像素包括：/n光电二极管，所述光电二极管被配置为响应于入射光而生成电荷；/n溢出电容器；/n第一晶体管，所述第一晶体管被配置为使得高于给定阈值的电荷能够从所述光电二极管溢出到所述溢出电容器；/n浮动扩散区；/n第二晶体管，所述第二晶体管插置在所述溢出电容器与所述浮动扩散区之间；和/n环形导电层，所述环形导电层形成所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极。/n

【技术特征摘要】
20190110 US 16/244,2501.一种成像像素，其特征在于，所述成像像素包括：
光电二极管，所述光电二极管被配置为响应于入射光而生成电荷；
溢出电容器；
第一晶体管，所述第一晶体管被配置为使得高于给定阈值的电荷能够从所述光电二极管溢出到所述溢出电容器；
浮动扩散区；
第二晶体管，所述第二晶体管插置在所述溢出电容器与所述浮动扩散区之间；和
环形导电层，所述环形导电层形成所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极。


2.根据权利要求1所述的成像像素，其特征在于，所述成像像素还包括：
转移晶体管，所述转移晶体管被配置为将电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散区。


3.根据权利要求2所述的成像像素，其特征在于，所述成像像素还包括：
封闭扩散区，其中，所述环形导电层具有中心开口，所述中心开口与所述封闭扩散区重叠。


4.根据权利要求3所述的成像像素，其特征在于，所述成像像素还包括：
导电层，所述导电层将所述封闭扩散区电连接到所述溢出电容器。


5.根据权利要求4所述的成像像素，其特征在于，所述环形导电层的第一部分插置在所述封闭扩散区与所述光电二极管之间，并且所述环形导电层的第二部分插置在所述封闭扩散区与所述浮动扩散区之间。


6.根据权利要求5所述的成像像素，其特征在于，所述环形导电层的所述第一部分形成所述第一晶体管的所述栅极，并且所述环形导电层的所述第二部分形成所述第二晶体管的所述栅极，并且在于所述成像像素还包括：
偏置电压源端子触点；
重置晶体管，其中，所述重置晶体管具有插置在所述浮动扩散区与所述偏置电压源端子触点之间的栅极；
具有栅极的源极跟随器晶体管；
附加导电层，所述附加导电层将所述浮动扩散区电连接到所述源极跟随器晶体管的所述栅极；
列输出线；
输出触点，所述输出触点耦接到所述列输出线；
行选择晶体管，所述行选择晶体管具有插置在所述源极跟随器晶体管的所述栅极与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·格蒂斯，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US