具有部分环绕电路系统的光电二极管区域的像素布局技术方案

本公开涉及具有部分环绕电路系统的光电二极管区域的像素布局。图像传感器包括第一光电二极管区域及电路系统。所述第一光电二极管区域在半导体衬底内安置成靠近所述半导体衬底的第一侧以形成第一像素。所述第一光电二极管区域包含耦合到第二区段的第一区段。所述电路系统至少包含与第一晶体管相关联的第一电极。所述第一电极至少部分地安置在所述第一光电二极管区域的所述第一区段与所述第二区段之间，使得当从所述半导体衬底的所述第一侧观察时，所述电路系统至少部分地被所述第一光电二极管区域环绕。二极管区域环绕。二极管区域环绕。

【技术实现步骤摘要】
具有部分环绕电路系统的光电二极管区域的像素布局


[0001]本公开大体上涉及图像传感器，且特定来说而非排他地，涉及CMOS图像传感器的 像素布局。

技术介绍

[0002]图像传感器已变得无处不在且广泛用于数码相机、蜂窝电话、监控相机，以及医疗、 汽车及其它应用中。随着图像传感器被集成到更广泛的电子装置中，期望通过装置架构 设计以及图像获取处理以尽可能多的方式(例如，分辨率、功耗、动态范围等)增强其功 能性、性能指标及其类似者。
[0003]典型的图像传感器响应于从外部场景反射的图像光入射在图像传感器上而操作。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 像光的一部分并在吸收图像光之后产生图像电荷。像素中的每一者的图像电荷可经测量 为每一光敏元件的输出电压，其依据入射图像光而变化。换句话说，所产生的图像电荷 的量与图像光的强度成比例，图像电荷用于产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。

技术实现思路

[0004]本公开的方面涉及一种图像传感器，其包括：第一光电二极管区域，其在半导体衬 底内安置成靠近所述半导体衬底的第一侧以形成第一像素，其中所述第一光电二极管区 域包含耦合到第二区段的第一区段；及电路系统，其包含与第一晶体管相关联的第一电 极，其中所述第一电极至少部分地安置在所述第一光电二极管区域的所述第一区段与所 述第二区段之间，使得当从所述半导体衬底的所述第一侧观察时，所述电路系统至少部 分地被所述第一光电二极管区域环绕。
[0005]本公开的另一方面涉及一种图像传感器，其包括：第一光电二极管区域，其在半导 体衬底内安置成靠近所述半导体衬底的第一侧以形成第一像素，其中所述第一光电二极 管区域包含耦合到第二区段的第一区段；及电路系统，其包含与转移晶体管相关联的浮 动扩散区，其中所述浮动扩散区至少部分地安置在所述第一光电二极管区域的所述第一 区段与所述第二区段之间，使得当从所述半导体衬底的所述第一侧观察时，所述电路系 统至少部分地被所述第一光电二极管区域环绕。
附图说明
[0006]参考以下诸图描述本专利技术的非限制性及非穷尽实施例，其中相似参考编号是指贯穿 各种视图的相似部分，除非另有指定。在适当的情况下，并非元素的所有例子都必须进 行标记以免使图式混乱。图式不一定按比例绘制，而是将重点放在说明所描述的原理上。
[0007]图1说明根据本公开的教示的包含具有部分环绕电路系统的光电二极管区域的像素 布局的成像系统的实例框图。
[0008]图2A说明根据本公开的教示的具有包含部分环绕电路系统的光电二极管区域的
第 一实例像素布局的图像传感器的俯视图。
[0009]图2B说明根据本公开的教示的图2A中所展示的视图的放大视图。
[0010]图2C说明根据本公开的教示的沿图2B中所展示的线X1
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X1'的横截面图。
[0011]图2D说明根据本公开的教示的沿图2B中所展示的线Y1
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Y1'的横截面图。
[0012]图2E说明根据本公开的教示的沿图2B中所展示的线Y2
‑
Y2'的横截面图。
[0013]图2F说明根据本公开的教示的沿图2B中所展示的线X2
‑
X2'的横截面图。
[0014]图2G说明根据本公开的教示的沿图2B中所展示的线X3
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X3'的横截面图。
[0015]图3A说明根据本公开的教示的具有包含部分环绕电路系统的光电二极管区域的第 二实例像素布局的图像传感器的俯视图。
[0016]图3B说明根据本公开的教示的沿图3A中所展示的线X4
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X4'的横截面图。
[0017]图3C说明根据本公开的教示的沿图3A中所展示的线Y3
‑
Y3'的横截面图。
[0018]图3D说明根据本公开的教示的沿图3A中所展示的线Y4
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Y4'的横截面图。
[0019]图3E说明根据本公开的教示的沿图3A中所展示的线Y5
‑
Y5'的横截面图。
具体实施方式
[0020]本文公开一种设备及系统的实施例，其各自包含或以其它方式涉及具有包含部分环 绕电路系统的光电二极管区域的像素布局的图像传感器。在以下描述中，阐述许多具体 细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文所描述的 技术可在没有一或多个具体细节的情况下实践，或使用其它方法、组件、材料等实践。 在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作，以避免模糊某些方面。
[0021]在本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合所述实施例描述的 特定特征、结构或特性包含在本专利技术的至少一个实施例中。因此，在本说明书的各个地 方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都是指同一实施例。此外， 在一或多个实施例中，可以任何合适的方式组合特定特征、结构或特性。
[0022]贯穿本说明书，使用了若干技术术语。这些术语具有其所属领域中的普通含义，除 非本文中有明确定义或其使用上下文另外清楚地指示。应注意，元素名称及符号可贯穿 本文档互换地使用(例如Si对硅)；然而，两者具有相同的含义。
[0023]增加光电二极管的全阱容量的一种方法是增加图像传感器的每一像素的光电二极 管的物理大小，这可能导致图像传感器的动态范围增加。在图像传感器可用于低光环境 的情形中(例如，安全及汽车应用)，更高动态范围的图像传感器尤其有利，但还应了解， 动态范围是图像传感器的基本性能特性，且因此，动态范围的增加通常与性能的提高相 关联。然而，通过增加光电二极管的物理大小，钉扎电压(例如，完全耗尽给定光电二极 管所需的电压)可能增加，这可导致图像滞后(例如，由于一或多个光电二极管未完全耗 尽而从先前图像帧保留的信息)。
[0024]本文描述利用图像传感器的实施例，所述图像传感器适合于高动态范围应用但带有 具有降低的钉扎电压以减轻图像滞后问题的光电二极管同时仍保持高效的物理占据面 积以增加每单位面积的像素及/或光电二极管的数目。这至少部分地通过使图像传感器的 像素布局包含具有至少部分环绕电路系统以提高空间利用效率的光电二极管区域的个 别光电二极管来实现。更明确来说，不同于具有常规的矩形横截面形状，本文所描述的 实施
例的一或多个光电二极管区域具有包含电耦合到第二区段的第一区段、形成开口的 第一横截面形状(例如，“U”形、“C”形、“O”形、“V”形、括号形、圆环形或其 中第一及第二区段共同形成开口的任何其它形状，当从半导体衬底的一侧观察相关联像 素时，所述形状具有足以至少部分地适配一或多个电路系统组件的尺寸)。通过调整光电 二极管区域的形状，电路系统可延伸到原本将被放置在相邻的光电二极管区域之间的开 口中，以实现高效的空间利用。除了提高空间效率之外，本文所描述的光电二极管区域 的形状致使有效光电二极管宽度减小，这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其包括：第一光电二极管区域，其在半导体衬底内安置成靠近所述半导体衬底的第一侧以形成第一像素，其中所述第一光电二极管区域包含耦合到第二区段的第一区段；及电路系统，其包含与第一晶体管相关联的第一电极，其中所述第一电极至少部分地安置在所述第一光电二极管区域的所述第一区段与所述第二区段之间，使得当从所述半导体衬底的所述第一侧观察时，所述电路系统至少部分地被所述第一光电二极管区域环绕。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一电极与所述第一晶体管的源极区域、所述第一晶体管的漏极区域或所述第一晶体管的栅极电极对应。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一光电二极管区域具有横截面形状，其包含所述第一区段及所述第二区段，所述横截面形状形成尺寸足够的开口，使得当从所述半导体衬底的所述第一侧观察时，所述电路系统至少部分地在所述第一区段与所述第二区段之间安置在所述开口内。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一光电二极管区域进一步包含将所述第一区段耦合到所述第二区段的中间区段，其中，当从所述半导体衬底的所述第一侧观察时，所述第一区段及所述第二区段沿第一方向横向延伸，且所述中间区段沿第二方向横向延伸，且其中所述第一方向大体上正交于所述第二方向。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述第一区段及所述第二区段分别具有第一长度及第二长度，其各自沿所述第一方向测量，其中所述中间区段具有沿所述第一方向测量的第一宽度，且其中所述中间区段的所述第一宽度小于所述第一区段的所述第一长度或所述第二区段的所述第二长度中的至少一者。6.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述第一区段与所述第二区段之间的分离距离大于或等于所述第一区段或所述第二区段沿所述第二方向测量的对应宽度。7.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述第一区段与所述第二区段沿所述第二方向测量的对应宽度彼此大体上相等。8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述第一区段或所述第二区段的所述对应宽度中的一者小于所述第一光电二极管区域的所述第一区段与所述第二区段之间的所述分离距离。9.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括相邻光电二极管区域，所述相邻光电二极管区域在所述半导体衬底内安置成靠近所述第一侧以形成与所述第一像素相邻的第二像素，且其中所述第一光电二极管区域与所述相邻光电二极管区域分离像素分离距离。10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述第一光电二极管区域的所述第一区段与所述第二区段之间的分离距离大于所述第一像素与所述第二像素之间的所述像素分离距离。11.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述电路系统进一步包含转移晶体管的转移栅极，所述转移栅极将所述相邻光电二极管区域耦合到浮动扩散区以控制所述相邻光电二极管区域与所述浮动扩散区之间的电荷转移，且其中所述浮动扩散区至少部分地安置在所述第一光电二极管区域的所述第一区段与所述第二区段之间。12.根据权利要求9所述的图像传感器，其进一步包括隔离结构，所述隔离结构在所述
半导体衬底中安置在所述第一光电二极管区域与所述相邻光电二极管区域之间，其中所述隔离结构包含：阱，其从所述半导体衬底的所述第一侧朝向所述半导体衬底的第二侧延伸；浅沟槽隔离STI结构，其在所述阱中安置成靠近所述半导体衬底的所述第一侧；及深沟槽隔离DTI结构，其在所述阱中安置成靠近所述半导体衬底的所述第二侧，且其中所述DTI结构与所述STI结构对准。13.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述第一晶体管耦合到所述相邻光电二极管区域，且其中所述第一晶体管与复位晶体管、源极跟随器晶体管或行选择晶体管对应。14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中所述第一晶体管与所述复位晶体管对应，其中所述第一电极与复位栅极对应，且其中所述电路系统进一步包含所述源极跟随器晶体管的源极跟随器栅极及所述行选择晶体管的行选择栅极，且其中当从所述半导体衬底的所述第一侧观...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧辉，刘远良，马渕圭司，陈刚，比尔，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：