光电转换元件、像素结构及图像传感器制造技术

技术编号：41201751 阅读：3 留言：0更新日期：2024-05-07 22:28

本发明专利技术提供一种光电转换元件、像素结构及图像传感器，光电转换元件包括：衬底；光电转换区，设置于衬底中，光电转换区包括层叠设置的第一转换部和第二转换部，第二转换部设置于第一转换部上方；浮动扩散区，设置于光电转换区上方并与光电转化区间隔排布；垂直传输栅结构，设置于衬底中，垂直传输栅结构的一端延伸至第二转换部内部或边缘，另一端延伸至浮动扩散区。本发明专利技术可以有效缩小传输栅所需占用的面积，从而实现像素结构的进一步微缩，并提高像素结构的性能，基于垂直传输栅结构的面积和传输效率优势，可以大大提高图像传感器的布局设计的自由度，进而设计出像素增益(CG)优化，满阱容量(FWC)更大，整体性能更好的图像传感器。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像传感，特别是涉及一种光电转换元件、像素结构及图像传感器。

技术介绍

1、图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为ccd(charge coupled device，电荷耦合元件)和cmos(complementary metal-oxidesemiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。随着cmos集成电路制造工艺特别是cmos图像传感器设计及制造工艺的不断发展，cmos图像传感器已经逐渐取代ccd图像传感器成为主流。cmos图像传感器相比较具有工业集成度更高、功率更低等优点。

2、随着像素数量的不断增加，例如近年来48mp、64mp、108mp、200mp产品不断出现，给cmos图像传感器带来了像素不断的微缩需求。在尺寸大于1微米的像素尺度下，传统的平面mosfet工艺平台可以很好的支撑其性能设计和大规模制造的良率。但随着尺寸小于1微米的像素需求逐渐攀升，传统的平面工艺越来越难完全满足像素的性能设计需求。

3、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种光电转换元件、像素结构及图像传感器，用于解决现有技术中平面工艺越来越难完全满足像素的性能设计需求的问题。

<p>2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种光电转换元件，所述光电转换元件包括：衬底；光电转换区，设置于所述衬底中，所述光电转换区包括层叠设置的第一转换部和第二转换部，所述第二转换部设置于所述第一转换部上方；浮动扩散区，设置于所述衬底中并与所述光电转化区间隔排布；垂直传输栅结构，设置于所述衬底中，所述垂直传输栅结构的一端延伸至所述第二转换部内部或边缘，另一端延伸至所述浮动扩散区。

3、可选地，还包括隔离掺杂区，所述隔离掺杂区设置于所述衬底中，且设置于所述光电转换区与所述浮动扩散区之间，所述隔离掺杂区与所述光电转换区和所述浮动扩散区具有相反的导电类型，所述垂直传输栅结构的一端穿过所述隔离掺杂区并延伸至所述第二转换部内部或边缘，另一端延伸至所述浮动扩散区。

4、可选地，还包括像素隔离区，设置于所述光电转换区的周侧，且所述像素隔离区与所述隔离掺杂区的两端均相接触。

5、可选地，还包括一附加掺杂隔离区，设置于所述垂直传输栅结构远离所述浮动扩散区的另一侧并与所述像素隔离区对应；和/或，所述浮动扩散区远离所述垂直传输栅结构的一端还延伸至所述像素隔离区的正上方。

6、可选地，所述光电转换区的所述第二转换部与所述浮动扩散区分别设置于所述垂直传输栅结构的不同的两侧；或所述光电转换区的所述第二转换部与所述浮动扩散区设置于所述垂直传输栅结构的同一侧；或当所述垂直传输栅结构的一端延伸至所述第二转换部内部时，所述第二转换部内部包括与所述浮动扩散区位于所述垂直传输栅结构同一侧的第一部分以及与所述浮动扩散区位于所述垂直传输栅结构不同侧的第二部分。

7、可选地，所述第二转换部的掺杂浓度大于所述第一转换部的掺杂浓度，所述浮动扩散区的掺杂浓度大于所述第二转换部的掺杂浓度。

8、可选地，所述垂直传输栅结构包括延伸至所述衬底中的垂直栅部及位于所述衬底上的横向栅部，所述横向栅部至少位于所述光电转换区的未对应所述浮动扩散区的区域。

9、可选地，每个所述光电转换区对应设置有一个垂直传输栅结构，所述垂直传输栅结构的俯视形状呈点状，所述光电转换区所产生的光电荷沿所述垂直传输栅结构的两侧通道传输至所述浮动扩散区。

10、可选地，每个所述光电转换区对应设置有间隔排布的至少两个所述垂直传输栅结构，所述光电转换区所产生的光电荷沿相邻两个所述垂直传输栅结构之间的中间通道传输至所述浮动扩散区。

11、可选地，所述垂直栅部设置在所述光电转换区远离所述浮动扩散区的一侧；和/或，所述横向栅部对应所述光电转换区的面积介于所述光电转换区面积的85％-95％之间。

12、可选地，所述浮动扩散区包括第一掺杂浓度的第一子区以及设置于所述第一子区中的第二掺杂浓度的第二子区，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度，所述第二子区设置于所述第一子区远离所述垂直传输栅结构的一侧，且所述横向栅部横向跨越至所述第二子区边缘。

13、可选地，每个所述光电转换区对应设置有一个垂直传输栅结构，所述垂直传输栅结构的俯视形状呈u形，所述光电转换区所产生的光电荷沿所述垂直传输栅结构两臂所夹的中部通道传输至所述浮动扩散区。

14、本专利技术还提供一种像素结构，所述像素结构包括若干个呈阵列排布的像素单元，每一所述像素单元包括：如上任意一项方案所述的光电转换元件；光电信号读出电路，所述光电信号读出电路连接于所述浮动扩散区。

15、可选地，所述像素单元包括：至少四个呈矩阵排布的所述光电转换元件，所述光电转换元件对应的所述浮动扩散区设置于所述垂直传输栅结构的角区域，四个所述光电转换元件对应的所述角区域相向排布，四个所述光电转换元件共用一个所述浮动扩散区。

16、可选地，当所述垂直传输栅结构包括所述垂直栅部及至少一个所述横向栅部时，所述横向栅部的俯视形状呈条状或块状并覆盖所述垂直栅部，所述垂直栅部的俯视形状呈点状或u型，所述点状包括圆形及多边形的至少一种，其中，当所述垂直栅部的俯视形状为多边形时，四个所述光电转换元件对应的四个多边形的垂直栅部的最长的边相向设置，当所述垂直栅部的俯视形状为u型时，四个所述光电转换元件对应的四个u型的垂直栅部的u型结构的开口相向设置。

17、可选地，所述像素单元包括四个光电转换元件，所述浮动扩散区包括第一浮动扩散点和第二浮动扩散点，分别与两个所述垂直传输栅结构电连接，且复位晶体管位于第一浮动扩散点和第二浮动扩散点连线的延长线上并位于相邻的光电转化元件之间，源跟随晶体管位于第一浮动扩散点和第二浮动扩散点之间，像素选择晶体管与源跟随晶体管电连接并位于另一方向的相邻光电转换元件之间；或者，所述像素单元包括八个所述光电转换元件，每四个光电转换元件对应的角区域相向排布形成两个共享区域，所述浮动扩散区包括第一浮动扩散点至第四浮动扩散点，分别与两个所述垂直传输栅结构电连接，源跟随晶体管和转换增益控制元件分别设置在每个所述共享区域。

18、可选地，当所述像素单元包括八个所述光电转换元件时，所述复位晶体管、所述转换增益控制元件、所述像素选择晶体管以及所述源跟随晶体管位于同一方向的相邻的光电转换之间；和/或，列方向上相邻的两个所述像素单元的转换增益控制元件与复位晶体管之间的两增益节点电性连接。

19、本专利技术还提供一种图像传感器，所述图像传感器包括如上任一项方案所述的像素结构。

20、如上所述，本专利技术的光电转换元件、像素结构及图像传本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种光电转换元件，其特征在于，所述光电转换元件包括：

2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：还包括隔离掺杂区，所述隔离掺杂区设置于所述衬底中，且设置于所述光电转换区与所述浮动扩散区之间，所述隔离掺杂区与所述光电转换区和所述浮动扩散区具有相反的导电类型，所述垂直传输栅结构的一端穿过所述隔离掺杂区并延伸至所述第二转换部内部或边缘，另一端延伸至所述浮动扩散区。

3.根据权利要求2所述的光电转换元件，其特征在于：还包括像素隔离区，设置于所述光电转换区的周侧，且所述像素隔离区与所述隔离掺杂区的两端均相接触。

4.根据权利要求3所述的光电转换元件，其特征在于：还包括一附加掺杂隔离区，设置于所述垂直传输栅结构远离所述浮动扩散区的一侧并与所述像素隔离区对应；和/或，所述浮动扩散区远离所述垂直传输栅结构的一端还延伸至所述像素隔离区的正上方。

5.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：所述光电转换区的所述第二转换部与所述浮动扩散区分别设置于所述垂直传输栅结构的不同的两侧；或所述第二转换部与所述浮动扩散区设置于所述垂直传输栅结构的

6.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：所述第二转换部的掺杂浓度大于所述第一转换部的掺杂浓度，所述浮动扩散区的掺杂浓度大于所述第二转换部的掺杂浓度。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的光电转换元件，其特征在于：所述垂直传输栅结构包括延伸至所述衬底中的垂直栅部及位于所述衬底上的横向栅部，所述横向栅部至少位于所述光电转换区的未对应所述浮动扩散区的区域。

8.根据权利要求7所述的光电转换元件，其特征在于：每个所述光电转换区对应设置有一个垂直传输栅结构，所述垂直栅部的俯视形状呈点状，所述光电转换区所产生的光电荷沿所述垂直栅部的两侧通道传输至所述浮动扩散区；或者，每个所述光电转换区对应设置有一个所述垂直传输栅结构，所述垂直栅部的俯视形状呈U形，所述光电转换区所产生的光电荷沿所述垂直栅部两臂所夹的中部通道传输至所述浮动扩散区。

9.根据权利要求8所述的光电转换元件，其特征在于：当所述垂直栅部的俯视形状呈点状时，每个所述光电转换区对应设置有间隔排布的至少两个所述垂直栅部，所述光电转换区所产生的光电荷沿相邻两个所述垂直栅部之间的中间通道传输至所述浮动扩散区。

10.根据权利要求7所述的光电转换元件，其特征在于：所述垂直栅部设置在所述光电转换区远离所述浮动扩散区的一侧；和/或，所述横向栅部对应所述光电转换区的面积介于所述光电转换区面积的85％-95％之间；和/或，所述浮动扩散区包括第一掺杂浓度的第一子区以及设置于所述第一子区中的第二掺杂浓度的第二子区，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度，所述第二子区设置于所述第一子区远离所述垂直传输栅结构的一侧，且所述横向栅部横向延伸至所述第二子区边缘。

11.一种像素结构，其特征在于，所述像素结构包括若干个呈阵列排布的像素单元，每一所述像素单元包括：

12.根据权利要求11所述的像素结构，其特征在于，所述像素单元包括：

13.根据权利要求12所述的像素结构，其特征在于，当所述垂直传输栅结构包括至少一个所述垂直栅部及所述横向栅部时，所述横向栅部的俯视形状呈条状或块状并覆盖所述垂直栅部，所述垂直栅部的俯视形状呈点状或U型且所述点状包括圆形及多边形的至少一种，其中，当所述垂直栅部的俯视形状为多边形时，四个所述光电转换元件对应的四个多边形的垂直栅部的最长的边相向设置；当所述垂直栅部的俯视形状为U型时，四个所述光电转换元件对应的四个U型的垂直栅部的U型结构的开口相向设置。

14.根据权利要求12所述的像素结构，其特征在于，所述像素单元包括四个光电转换元件，所述浮动扩散区包括第一浮动扩散点和第二浮动扩散点，分别与两个所述垂直传输栅结构电连接，且复位晶体管位于第一浮动扩散点和第二浮动扩散点连线的延长线上并位于相邻的光电转化元件之间，源跟随晶体管位于第一浮动扩散点和第二浮动扩散点之间，像素选择晶体管与源跟随晶体管电连接并位于另一方向的相邻光电转换元件之间；或者，

15.根据权利要求14所述的像素结构，其特征在于，当所述像素单元包括八个所述光电转换元件时，所述复位晶体管、所述转换增益控制元件、所述像素选择晶体管以及所述源跟随晶体管依次位于同一方向的相邻的光电转换之间；和/或，列方向上相邻的两个所述像素单元的转换增益控制...

【技术特征摘要】

1.一种光电转换元件，其特征在于，所述光电转换元件包括：

5.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：所述光电转换区的所述第二转换部与所述浮动扩散区分别设置于所述垂直传输栅结构的不同的两侧；或所述第二转换部与所述浮动扩散区设置于所述垂直传输栅结构的同一侧；或当所述垂直传输栅结构的一端延伸至所述第二转换部内部时，所述第二转换部包括与所述浮动扩散区位于所述垂直传输栅结构同一侧的第一部分以及与所述浮动扩散区位于所述垂直传输栅结构不同侧的第二部分。

8.根据权利要求7所述的光电转换元件，其特征在于：每个所述光电转换区对应设置有一个垂直传输栅结构，所述垂直栅部的俯视形状呈点状，所述光电转换区所产生的光电荷沿所述垂直栅部的两侧通道传输至所述浮动扩散区；或者，每个所述光电转换区对应设置有一个所述垂直传输栅结构，所述垂直栅部的俯视形状呈u形，所述光电转换区所产生的光电荷沿所述垂直栅部两臂所夹的中部通道传输至所述浮动扩散区。

9.根据权利要求8所述的光电转换元件，其特征在于：当所述垂直栅部的俯视形状呈点状时，每...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛鑫，王倩，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人