伪影减少像素和方法技术

提供了一种像素、一种像素单元和一种用于创建图像传感器的伪影减少像素的方法。该像素包括半导体基板，该半导体基板包括浮动扩散区域和光电二极管区域。该像素还包括，在半导体基板的前表面和与前表面相对的后表面之间的：第一沟槽和在分隔方向上与第一沟槽相邻的第二沟槽，该分隔方向(a)平行于前表面并且(b)在垂直于前表面的平面内。第一沟槽和第二沟槽中的每一个(a)在浮动扩散区域和光电二极管区域之间，并且(b)从前表面延伸至半导体基板中。在分隔方向上，在前表面和半导体基板中的第一深度之间的深度处的在第一沟槽和第二沟槽之间的顶部平均间隔超过了在超过第一深度的深度处的在第一沟槽和第二沟槽之间的底部平均间隔。隔。隔。

【技术实现步骤摘要】
伪影减少像素和方法


[0001]本专利技术涉及一种像素、一种像素单元和一种用于创建图像传感器的伪影减少像素的方法。

技术介绍

[0002]在诸如独立数码相机、移动设备、汽车组件和医疗设备的商业产品中，相机模块包括图像传感器和其像素阵列。像素阵列包括多个像素。像素阵列的像素密度是图像传感器上每单位面积的像素数。在操作中，相机模块的镜头在图像传感器上形成其视场内物体的图像。该物体可作为入射到相机上的多个无限小的照明点源
–“
脉冲”被查看。镜头将多个脉冲中的每个脉冲在像素阵列的平面处成像为多个点扩散函数
–“
脉冲响应”中的相应一个。图像传感器捕获的图像的分辨率部分地取决于与脉冲响应的大小相比的像素大小。因此，提高相机最大可达到的分辨率的一种方式是通过减少像素大小来提高像素密度。减少像素大小的动机导致了具有竖直转移栅的像素的发展。
[0003]多个像素中的每个像素包括形成在像素阵列基板中的光电二极管、浮动扩散区域和转移栅(transfer gate)，像素阵列基板为图像传感器的一部分。转移栅控制从光电二极管到浮动扩散区域的电子流动，并且可以是场效应晶体管的一部分。到达光电二极管的光产生光电子。开启转移栅形成传导通道，其允许积累的光电子从光电二极管转移或流动到浮动扩散区域。当转移栅被脉冲调制到关断状态时，相关联电势低于光电二极管的电势，使在对应能带图中的势垒升高，以阻止电子从光电二极管流动到浮动扩散区域，从而防止光电子流动到浮动扩散区域。
[0004]在一种常见的像素架构中，光电二极管和浮动扩散区域在像素内在平行于像素阵列的平面的横向方向上横向移置，转移栅位于其间。该平面相对于与其垂直的竖直方向水平定向，竖直方向限定出到达像素阵列的法向入射光(照明)的方向。这样的水平定向限制了像素密度可以增加的程度。因此，提高像素密度和光电二极管满阱容量的一种方式是将光电二极管、转移栅和浮动扩散区域定向在具有竖直分量的方向上。这种转移栅是竖直转移栅的例子。

技术实现思路

[0005]在一些成像场景中，光晕(blooming，或称为发晕)伪影和图像延迟降低了由图像传感器捕获的图像的质量，图像传感器的像素包括竖直转移栅，本文中还被称为竖直栅。光晕是一种光学串扰，当响应入射到像素上的光时，像素的光电二极管中积累的光电子的数量超过像素的饱和水平(满阱容量)，从而使过量的光电子被一个或多个相邻的像素检测到时，就会发生这种光学串扰。
[0006]当脉冲调制转移栅没有完全耗尽像素中的光电二极管收集的电荷，从而在像素的连续读取期间仍有残留信号时，就会发生图像延迟。由此产生的不充分或不完全的电荷转移会导致图像延迟，在相机产生的图像中表现为黑点。
[0007]当像素包括位于光电二极管和浮动扩散区域之间的一对竖直转移栅时，竖直转移栅之间的间距可以是随像素阵列基板的前表面下方的深度变化而均匀的。减小均匀间距可实现更强的电场并以增加关断一对竖直转移栅时出现的光晕为代价减少图像延迟，而增加间距则以增加图像延迟为代价减少光晕。本文中所公开的实施例通过在这对竖直转移栅之间引入不均匀间距克服了这种折衷。
[0008]在第一方面，一种像素包括半导体基板，该半导体基板包括浮动扩散区域和光电二极管区域。该像素还包括，在半导体基板的前表面和与前表面相对的后表面之间的：第一沟槽和在分隔方向上与第一沟槽相邻的第二沟槽，该分隔方向(a)平行于前表面并且(b)在垂直于前表面的平面内。第一沟槽和第二沟槽中的每一个(a)在浮动扩散区域和光电二极管区域之间并且(b)从前表面延伸至半导体基板中。在分隔方向上，在第一沟槽和第二沟槽之间的顶部平均间隔超过了在第一沟槽和第二沟槽之间的底部平均间隔，顶部平均间隔在前表面和半导体基板中的第一深度之间的深度处，底部平均间隔在超过第一深度的深度处。
[0009]在一些实施例中，所述第一深度在0.18微米和0.22微米之间。
[0010]在一些实施例中，所述底部平均间隔小于或等于0.11微米。
[0011]在一些实施例中，所述顶部平均间隔大于或等于0.14微米。
[0012]在一些实施例中，所述第一沟槽和所述第二沟槽分别具有相对于所述前表面的第一沟槽深度和第二沟槽深度，所述第一深度在所述第一沟槽深度和所述第二沟槽深度中的每一个的三分之一和三分之二之间。
[0013]在一些实施例中，沟槽宽度与所述顶部平均间隔之比在1.0和1.5之间，所述沟槽宽度是在所述分隔方向上和在所述前表面的平面内的所述第一沟槽的第一宽度和所述第二沟槽的第二宽度中的至少一个。
[0014]在一些实施例中，沟槽宽度与所述底部平均间隔之比在0.5和0.8之间，所述沟槽宽度是在所述分隔方向上和在所述前表面的平面内的所述第一沟槽的第一宽度和所述第二沟槽的第二宽度中的至少一个。
[0015]在一些实施例中，在所述分隔方向上：(i)所述第一沟槽具有随所述前表面下方的深度变化而基本均匀的宽度，以及(ii)所述第二沟槽具有随所述前表面下方的深度变化而不均匀的宽度。
[0016]在一些实施例中，所述半导体基板包括在所述前表面和所述后表面之间的限定出所述第一沟槽的第一凹面。在所述平面中，所述第一凹面是梯形的并且包括跨越在所述前表面和所述第一沟槽的深度之间的两个相对的侧壁表面，所述两个相对的侧壁表面中的至少一个和所述前表面之间的角度相对于90度的偏差小于2度。
[0017]在一些实施例中，在所述分隔方向上：所述第一沟槽和所述第二沟槽中的每一个具有随所述前表面下方的深度变化而不均匀的宽度。
[0018]在一些实施例中，在所述分隔方向上并且在小于所述第一深度的深度处，所述第一沟槽和所述第二沟槽中的每一个具有随所述前表面下方的深度变化而基本均匀的宽度。
[0019]在一些实施例中，在所述分隔方向上并且在超过所述第一深度的深度处，所述第一沟槽和所述第二沟槽中的每一个具有随所述前表面下方的深度变化而不均匀的宽度。
[0020]在一些实施例中，在所述平面内且在所述第一深度下方，所述第一沟槽和所述第
二沟槽中的至少一个的截面形状为以下各项中的一种：矩形、梯形、圆形、椭圆形及其任何组合。
[0021]在一些实施例中，所述像素还包括：平面栅，所述平面栅在所述第一沟槽和所述第二沟槽之间的所述前表面的沟槽间区域上并且跨越在所述第一沟槽和所述第二沟槽之间；第一竖直栅，所述第一竖直栅至少部分地填充所述第一沟槽并且电连接至所述平面栅；和第二竖直栅，所述第二竖直栅至少部分地填充所述第二沟槽并且电连接至所述平面栅。
[0022]在一些实施例中，所述半导体基板包括在所述前表面和所述后表面之间的分别限定出所述第一沟槽和所述第二沟槽的第一凹面和第二凹面，所述平面栅、所述第一竖直栅和所述第二竖直栅构成栅极，并且所述像素还包括：栅介质层，所述栅介质层位于所述栅极与(i)所述第一凹面和所述第二凹面以及(ii)所述沟槽间区域中的每一个之间。
[0023]在第二方面，一种像素单元包括半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素，包括：半导体基板，所述半导体基板包括浮动扩散区域和光电二极管区域；以及，在所述半导体基板的前表面和与所述前表面相对的后表面之间的：第一沟槽和在分隔方向上与所述第一沟槽相邻的第二沟槽，所述分隔方向(a)平行于所述前表面并且(b)在垂直于所述前表面的平面内，所述第一沟槽和所述第二沟槽中的每一个(a)在所述浮动扩散区域和所述光电二极管区域之间并且(b)从所述前表面延伸至所述半导体基板中，在所述分隔方向上，在所述第一沟槽和所述第二沟槽之间的顶部平均间隔超过了在所述第一沟槽和所述第二沟槽之间的底部平均间隔，所述顶部平均间隔在所述前表面和所述半导体基板中的第一深度之间的深度处，所述底部平均间隔在超过所述第一深度的深度处。2.根据权利要求1所述的像素，其中所述第一深度在0.18微米和0.22微米之间。3.根据权利要求1所述的像素，其中所述底部平均间隔小于或等于0.11微米。4.根据权利要求1所述的像素，其中所述顶部平均间隔大于或等于0.14微米。5.根据权利要求1所述的像素，其中所述第一沟槽和所述第二沟槽分别具有相对于所述前表面的第一沟槽深度和第二沟槽深度，所述第一深度在所述第一沟槽深度和所述第二沟槽深度中的每一个的三分之一和三分之二之间。6.根据权利要求1所述的像素，其中沟槽宽度与所述顶部平均间隔之比在1.0和1.5之间，所述沟槽宽度是在所述分隔方向上和在所述前表面的平面内的所述第一沟槽的第一宽度和所述第二沟槽的第二宽度中的至少一个。7.根据权利要求1所述的像素，其中沟槽宽度与所述底部平均间隔之比在0.5和0.8之间，所述沟槽宽度是在所述分隔方向上和在所述前表面的平面内的所述第一沟槽的第一宽度和所述第二沟槽的第二宽度中的至少一个。8.根据权利要求1所述的像素，其中在所述分隔方向上：(i)所述第一沟槽具有随所述前表面下方的深度变化而基本均匀的宽度，以及(ii)所述第二沟槽具有随所述前表面下方的深度变化而不均匀的宽度。9.根据权利要求1所述的像素，其中所述半导体基板包括在所述前表面和所述后表面之间的限定出所述第一沟槽的第一凹面，在所述平面中，所述第一凹面是梯形的并且包括跨越在所述前表面和所述第一沟槽的深度之间的两个相对的侧壁表面，所述两个相对的侧壁表面中的至少一个和所述前表面之间的角度相对于90度的偏差小于2度。10.根据权利要求1所述的像素，其中在所述分隔方向上：所述第一沟槽和所述第二沟槽中的每一个具有随所述前表面下方的深度变化而不均匀的宽度。11.根据权利要求1所述的像素，其中在所述分隔方向上并且在小于所述第一深度的深度处，所述第一沟槽和所述第二沟槽中的每一个具有随所述前表面下方的深度变化而基本均匀的宽度。12.根据权利要求1所述的像素，其中在所述分隔方向上并且在超过所述第一深度的深度处，所述第一沟槽和所述第二沟槽中的每一个具有随所述前表面下方的深度变化而不均
匀的宽度。13.根据权利要求1所述的像素，其中在所述平面内且在所述第一深度下方，所述第一沟槽和所述第二沟槽中的至少一个的截面形状为以下各项中的一种：矩形、梯形、圆形、椭圆形及其任何组...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，孙世宇，郑源伟，阿民，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：