图像传感器和操作图像传感器的方法技术

提供了图像传感器和操作图像传感器的方法。所述图像传感器包括：第一导电类型的半导体基底；光电转换区域，设置在半导体基底中并且被掺杂为具有第二导电类型；第一浮置扩散区域，设置为接收累积在光电转换区域中的光电荷；传输栅电极，布置在第一浮置扩散区域与光电转换区域之间并连接到第一浮置扩散区域和光电转换区域；双转换增益晶体管，布置在第一浮置扩散区域与第二浮置扩散区域之间并连接到第一浮置扩散区域和第二浮置扩散区域；和复位晶体管，布置在第二浮置扩散区域与像素电源电压区域之间并连接到第二浮置扩散区域和像素电源电压区域，其中，复位晶体管的沟道区域具有在从第二浮置扩散区域朝向像素电源电压区域的方向上增大的电位梯度。区域的方向上增大的电位梯度。区域的方向上增大的电位梯度。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器和操作图像传感器的方法
[0001]本专利申请要求于2021年5月7日在韩国知识产权局提交的第10
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2021
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0059025号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。


[0002]本公开涉及图像传感器和操作图像传感器的方法，具体地，涉及具有改进的光学特性和电学特性的高度集成的图像传感器和操作图像传感器的方法。

技术介绍

[0003]图像传感器是将光信号转换为电信号的装置。随着计算机行业和通信行业的发展，在各种应用(诸如，数码相机、摄像机、个人通信系统、游戏机、安全相机、用于医疗应用的微型相机和/或机器人)中对高性能图像传感器的需求不断增加。
[0004]图像传感器通常被分类为电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。对于CMOS图像传感器，因为CMOS图像传感器可通过简单的操作方法进行操作，并且CMOS图像传感器的信号处理电路可被集成在单个芯片上，所以减小包括CMOS图像传感器的装置的尺寸是可行的。另外，由于CMOS图像传感器具有相对低的功耗，因此在具有有限的电池容量的电子装置中使用CMOS图像传感器可以是合适的。此外，CMOS图像传感器可使用CMOS制造技术而被制造，因此，降低CMOS图像传感器的制造成本是可行的。此外，随着高分辨率CMOS图像传感器被实现，CMOS图像传感器的使用迅速增加。

技术实现思路

[0005]专利技术构思的一个或多个实施例提供了具有改进的光学特性和电学特性的高度集成的图像传感器和操作图像传感器的方法。
[0006]根据实施例，提供了一种操作图像传感器的方法。所述方法包括：执行第一复位操作，以对浮置扩散区域进行复位；在第一输出时段期间，在复位状态下对具有第一转换增益的浮置扩散区域的第一电位进行采样，以获得第一复位信号；在第二输出时段期间，对具有第一转换增益的光电转换区域的第二电位进行采样，以获得第一像素信号；基于第一复位信号和第一像素信号，将浮置扩散区域的第一转换增益调整为第二转换增益；在第三输出时段期间，对具有第二转换增益的浮置扩散区域的第三电位进行采样，以获得第二像素信号；执行第二复位操作，以对浮置扩散区域进行复位；以及在第四输出时段期间，在复位状态下对具有第二转换增益的浮置扩散区域的第四电位进行采样，以获得第二复位信号。
[0007]根据实施例，提供了一种操作图像传感器的方法，所述图像传感器包括双转换增益晶体管和复位晶体管，双转换增益晶体管设置在第一电荷检测节点与第二电荷检测节点之间并连接到第一电荷检测节点和第二电荷检测节点，复位晶体管设置在第二电荷检测节点与像素电源电压之间并连接到第二电荷检测节点和像素电源电压。所述方法包括：执行第一复位操作，以对第一电荷检测节点和第二电荷检测节点进行复位；截止双转换增益晶体管，并且从第一电荷检测节点读出第一复位信号；将累积在光电转换器件中的电荷传输
到第一电荷检测节点，并且从第一电荷检测节点读出第一像素信号；导通双转换增益晶体管，并且从第一电荷检测节点读出第二像素信号；执行第二复位操作，以对第一电荷检测节点和第二电荷检测节点进行复位；以及从第一电荷检测节点读出第二复位信号。
[0008]根据实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一导电类型的半导体基底；光电转换区域，设置在半导体基底中并且被掺杂为具有第二导电类型；第一浮置扩散区域，设置为接收累积在光电转换区域中的光电荷；传输栅电极，布置在第一浮置扩散区域与光电转换区域之间，并且连接到第一浮置扩散区域和光电转换区域；双转换增益晶体管，布置在第一浮置扩散区域与第二浮置扩散区域之间，并且连接到第一浮置扩散区域和第二浮置扩散区域；以及复位晶体管，布置在第二浮置扩散区域与像素电源电压区域之间，并且连接到第二浮置扩散区域和像素电源电压区域，其中，复位晶体管的沟道区域具有在从第二浮置扩散区域朝向像素电源电压区域的方向上增大的电位梯度。
[0009]根据实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一导电类型的半导体基底；光电转换区域，设置在半导体基底中并且被掺杂为具有第二导电类型；第一浮置扩散区域，设置在半导体基底中并与光电转换区域间隔开；传输栅电极，设置在光电转换区域与第一浮置扩散区域之间；双转换增益栅电极，设置在第一浮置扩散区域与第二浮置扩散区域之间；复位栅电极，设置在第二浮置扩散区域与像素电源电压区域之间；第一栅极绝缘层，在复位栅电极与半导体基底之间；以及第二栅极绝缘层，在双转换增益栅电极与半导体基底之间，其中，第一栅极绝缘层包括与像素电源电压区域相邻的第一部分和与第二浮置扩散区域相邻的第二部分，第一部分具有第一厚度，并且第二部分具有大于第一厚度的第二厚度，并且第二栅极绝缘层具有第三厚度，第三厚度基本等于第一栅极绝缘层的第二部分的第二厚度。
[0010]根据实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一导电类型的半导体基底；像素隔离结构，设置在半导体基底中以形成第一像素区域和第二像素区域；光电转换区域，设置在半导体基底中的第一像素区域和第二像素区域中的每个中，并且被掺杂为具有第二导电类型；浮置扩散区域，设置在半导体基底中的第一像素区域和第二像素区域中的每个中，并且与光电转换区域间隔开；传输栅电极，设置在光电转换区域与浮置扩散区域之间，并且设置在第一像素区域和第二像素区域中的每个中；复位栅电极，布置在第一像素区域中的半导体基底上；第一源极区域，设置在第一像素区域中的半导体基底中并且在复位栅电极的一侧处；第一漏极区域，设置在第一像素区域中的半导体基底中并且在复位栅电极的背对侧处；第一栅极绝缘层，设置在复位栅电极与半导体基底之间；双转换增益栅电极，布置在第二像素区域的半导体基底上；第二源极区域，设置在第二像素区域中的半导体基底中并且在双转换增益栅电极的一侧处；第二漏极区域，设置在第二像素区域中的半导体基底中并且在双转换增益栅电极的背对侧处；以及第二栅极绝缘层，设置在双转换增益栅电极与半导体基底之间，其中，第一栅极绝缘层包括与第一源极区域相邻的第一部分和与第一漏极区域相邻的第二部分，第一部分具有第一厚度，并且第二部分具有大于第一厚度的第二厚度。
附图说明
[0011]图1是示出根据实施例的图像处理装置的框图。
[0012]图2是示出根据实施例的图像传感器的框图。
[0013]图3A、图3B和图3C是示出根据实施例的像素阵列的单位像素的电路图。
[0014]图4是示出根据实施例的图像传感器的单位像素的平面图。
[0015]图5A和图5B是用于示出根据实施例的图像传感器的分别沿着图4的线A
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A'和线B
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B'截取的截面图。
[0016]图6、图7和图8是用于示出根据实施例的图像传感器的沿着图4的线A
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A'截取的截面图。
[0017]图9是示出根据实施例的图像传感器的单位像素的平面图。
[0018]图10A和图10B是用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种操作图像传感器的方法，所述图像传感器包括双转换增益晶体管和复位晶体管，双转换增益晶体管设置在第一电荷检测节点与第二电荷检测节点之间并连接到第一电荷检测节点和第二电荷检测节点，复位晶体管设置在第二电荷检测节点与像素电压电源之间并连接到第二电荷检测节点和像素电压电源，所述方法包括：执行第一复位操作，以对第一电荷检测节点和第二电荷检测节点进行复位；截止双转换增益晶体管，并且从第一电荷检测节点读出第一复位信号；将累积在光电转换器件中的电荷传输到第一电荷检测节点，并且从第一电荷检测节点读出第一像素信号；导通双转换增益晶体管，并且从第一电荷检测节点读出第二像素信号；执行第二复位操作，以对第一电荷检测节点和第二电荷检测节点进行复位；以及从第一电荷检测节点读出第二复位信号。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在读出第二像素信号的步骤之前，基于第一像素信号和第一复位信号生成第一采样信号；以及在读出第二像素信号的步骤之后，基于第二像素信号和第二复位信号生成第二采样信号。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在读出第一复位信号的步骤和读出第一像素信号的步骤中，单位像素具有第一转换增益，并且其中，在读出第二像素信号的步骤和读出第二复位信号的步骤中，单位像素具有小于第一转换增益的第二转换增益。4.根据权利要求1所述的方法，其中，复位晶体管被配置为：具有在从复位晶体管的沟道区域到像素电压电源的方向上增大的电位梯度。5.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的方法，其中，在第二复位操作之后第一电荷检测节点中的电位小于在第一复位操作之后第一电荷检测节点中的电位。6.一种图像传感器，包括：第一导电类型的半导体基底；光电转换区域，设置在半导体基底中并且被掺杂为具有第二导电类型；第一浮置扩散区域，设置为接收累积在光电转换区域中的光电荷；传输栅电极，布置在第一浮置扩散区域与光电转换区域之间，并且连接到第一浮置扩散区域和光电转换区域；双转换增益晶体管，布置在第一浮置扩散区域与第二浮置扩散区域之间，并且连接到第一浮置扩散区域和第二浮置扩散区域；以及复位晶体管，布置在第二浮置扩散区域与像素电源电压区域之间，并且连接到第二浮置扩散区域和像素电源电压区域，其中，复位晶体管的沟道区域具有在从第二浮置扩散区域朝向像素电源电压区域的方向上增大的电位梯度。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，双转换增益晶体管的沟道区域具有在从第一浮置扩散区域朝向第二浮置扩散区域的方向上增大的电位梯度。8.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，复位晶体管包括：
复位栅电极，在半导体基底上；以及第一栅极绝缘层，在复位栅电极与半导体基底之间，其中，第一栅极绝缘层包括与像素电源电压区域相邻的第一部分和与第二浮置扩散区域相邻的第二部分，并且其中，第一部分具有第一厚度，并且第二部分具有大于第一厚度的第二厚度。9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，复位晶体管包括：复位栅电极，在半导体基底上；第一栅极绝缘层，在复位栅电极与半导体基底之间；以及第一沟道杂质区域，设置在复位栅电极和第一栅极绝缘层下方，并且在半导体基底中，其中，第一沟道杂质区域包括与像素电源电压区域相邻的第一区域和与第二浮置扩散区域相邻的第二区域，并且其中，第一区域中的杂质浓度高于第二区域中的杂质浓度。10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，第一区域被掺杂为具有第二导电类型，并且第二区域是未掺杂区域。11.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，双转换增益晶体管包括：双转换增益栅电极，在半导体基底上；第二栅极绝缘层，在双转换增益栅电极与半导体基底之间；以及第二沟道杂质区域，设置在双转换增益栅电极和第二栅极绝缘层下方，并且在半导体基底中，其中，第二沟道杂质区域中的杂质浓度等于第一沟道杂质区域的第二区域中的杂质浓度。12.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：金文焕，吴暎宣，申宗润，全洪贤，崔河拿，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：