防止灵敏度降低的分离的单位像素和使用该单位像素的驱动方法技术

提供了用于防止灵敏度降低以防止耗尽区减小的分离型单位像素和驱动该单位像素的方法。用于防止灵敏度降低的分离型单位像素包括：衬底；光电二极管，由在衬底的表面下方以垂直方向形成的Ｐ型扩散区和Ｎ型扩散区的结构成；栅极电极导体，布置在衬底的表面的上部，靠近所述Ｎ型或者Ｐ型扩散区；浮置扩散区，靠近所述栅极电极导体的另一个表面形成；防止灵敏度降低导体，布置在所述光电二极管区的上部，以覆盖所述光电二极管区。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及分离型单位像素，更具体地，涉及用于防止灵敏度降低的分离型单位 像素和驱动该单位像素的方法。
技术介绍
通常，每个单位像素包括用于产生对应于入射图像信号的电荷的光电二极管和用 于将由光电二极管产生的电荷转换成相应的电信号的图像信号转换电路。图1是单位像素的电路图。参考图1，单位像素包括光电二极管PD、传输晶体管Ml、复位晶体管M2、转换晶体 管M3和选择晶体管M4。这里，图像信号转换电路通常包括传输晶体管M1，用于响应于传 输控制信号Tx将由光电二极管PD产生的电荷传输到浮置扩散区FD ；复位晶体管M2，用于 响应于复位控制信号Rx将浮置扩散区FD复位；转换晶体管M3，用于产生对应于聚积进浮 置扩散区FD的电荷的电信号；选择晶体管M4，用于响应于选择控制信号Sx输出由转换晶 体管M3转换的电信号。传统地，单位像素形成于同一晶片内。但是，为了增加包含在单位像素内的光电二 极管的面积，将单位像素分割成两部分，以便形成于不同的晶片内。如上面描述，提出了分 离型单位像素。分离型单位像素被实现为使得分离的、将形成于两块不同晶片内的像素芯 片电连接以便使用。在这种情况下，光电二极管和传输晶体管形成在一块晶片上，图像信号 转换电路中包括的除了传输晶体管以外的剩余晶体管形成在另一块晶片上。参见图1，虚线的左侧所示的光电二极管PD和传输晶体管Ml可形成于一块晶片 上，虚线右侧所示的剩余的复位晶体管M2、转换晶体管M3和选择晶体管M4可形成于另一块 晶片上。图2是分离型单位像素中形成有光电二极管和传输晶体管的单位像素的截面视 图。参见图2，单位像素200形成在通过在P++衬底20上执行外延生长形成的P-外延 层21上。这里，意味着P++具有比P-更高的杂质浓度。通过浅沟槽隔离体(STI) 22将单位像素彼此隔离。光电二极管分别用N型结25、28 和P型结28、29构成，以产生对应于入射光能量的电荷。由响应于分别施加到栅极端23-1 和23-2的传输控制信号T/G1和T/G2工作的传输晶体管将产生的电荷传输到浮置扩散区 27和30。在栅极区23-1和23-2的两侧提供有隔离器24。因为两个单位像素的结构和操作是相同的，所以，在下文中，仅描述在左侧示出的 单位像素。光电二极管的N型区25和P型外延衬底21的结是PN结，因此，在两个区21和 25彼此接触的PN结部分，自然地形成了具有预定宽度的耗尽区(由外部虚线覆盖)。通 常，因为注入N型区25的杂质浓度大于注入P型外延衬底21的杂质浓度，所以，在没有向 PN结施加任何偏压的情况下，耗尽区可在从N型区25到P型外延衬底21的方向上延伸变宽。通常，将具有低电压电平的直流(DC)偏压施加到P型外延衬底21上。因此，由于 施加到外延衬底21的DC偏压，耗尽区和P型外延衬底21的宽度进一步增加。在不存在电 荷的耗尽区，存在的电场包括由固定的电离电荷导致的预定电场和由于DC偏压导致的电 场。当使具有预定能量的光从图2中说明的传统单位像素的下部入射进光电二极管 时，光电二极管产生相应的电子-空穴对。电子-空穴对可以重新组合。但是，通过扩散和 漂移，电子-空穴对可以移动到P型区26或者N型区25。当将传输晶体管23-1断开时，将光电二极管的电压轮廓示为虚线的轮廓图。最靠 近轮廓图的中央的虚线圈具有最高的电压电平，越往外的虚线圈具有越低的电压电平。因 此，与从单位像素的下部入射的图像信号(光)相一致，在衬底21和光电二级管内产生的 电荷聚积进同心圆的中央部分。当将传输晶体管23-1导通时，聚积进同心圆的中央部分的电荷沿着传输晶体管 23-1的表面(表示为粗线的双向箭头)被传输到浮置扩散区。这里，因为同心圆的中央部 分远离形成沟道的表面，因此延长了将聚积进同心圆的电荷传输到浮置扩散区的路径。因 此，存在的问题在于，降低了单位像素的图像灵敏度，也就是，图像传感器的灵敏度。
技术实现思路
技术问题本专利技术提供了通过使得用于将与入射图像信号一致产生的电荷沿着传输晶体管 的表面传输到浮置扩散区的电荷传输路径最小化以防止灵敏度降低的分离型单位像素。本专利技术还提供了驱动分离型单位像素的方法，所述分离型单位像素通过使得用于 将与所述入射图像信号一致产生的电荷沿着所述传输晶体管的表面传输到浮置扩散区的 电荷传输路径最小化以防止灵敏度降低。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了用于防止灵敏度降低的分离型单位像素，包括衬 底；光电二极管，用由在垂直方向上所述衬底的表面下方以面垂直方向形成的P型扩散区 和N型扩散区所形成的结构成建造；栅极电极导体，布置在所述衬底的所述表面的上部，靠 近所述N型扩散区或者P型扩散区；浮置扩散区，靠近所述栅极电极导体的另一个表面形 成；和防止灵敏度降低导体，布置在所述光电二极管区的上部，以覆盖所述光电二极管区。根据本专利技术的另一个方面，提供了驱动所述分离型单位像素的方法，其中，所述分 离型单位像素包括衬底；光电二极管，用由在垂直方向上所述衬底的表面下方以垂直方 向面形成的P型扩散区和N型扩散区所形成的结构成建造；栅极电极导体，布置在所述衬底 的所述表面的上部，靠近所述N型扩散区或者P型扩散区；浮置扩散区，靠近所述栅极电极 导体的另一个表面形成；和防止灵敏度降低导体，布置在所述光电二极管区的上部，以覆盖 所述光电二极管区。其中，所述栅极电极导体被施加有传输控制信号，并且所述防止灵敏度 降低导体被施加有防止灵敏度降低信号，其中，当所述传输控制信号处于禁用状态时，启用 所述防止灵敏度降低信号；，在启用所述传输控制信号被启用之后并且经过了预定的延迟 时间之后，禁用所述防止灵敏度降低信号，；在启用所述传输控制信号被禁用并且经过了预定的延迟时间之后，再次启用所述防止灵敏度降低信号。有益效果用于防止灵敏度降低的分离型单位像素和驱动所述分离型单位像素的方法具有 用于将与入射图像信号一致产生的电荷沿着所述传输晶体管的所述表面传输到所述浮置 扩散区的最小电荷传输路径，由此使灵敏度降低最小化。附图说明图1是单位像素的电路图；图2是分离型单位像素的单位像素的截面视图，其上形成有光电二极管和晶体 管；图3是根据本专利技术的一个实施方式用于防止灵敏度降低的分离型单位像素的截 面视图；图4是根据本专利技术的另一个实施方式用于防止灵敏度降低的分离型单位像素的 截面视图；图5是根据本专利技术的用于驱动防止灵敏度降低的分离型单位像素的信号的波形 图。具体实施例方式现在参照附图将详细描述本专利技术的示例性实施方式。图3是根据本专利技术的一个实施方式用于防止灵敏度降低的分离型单位像素的截 面视图。参照图3，分离型单位像素300形成于通过在基础衬底20的上部上执行外延生长 而形成的外延衬底21内，分离型单位像素300通过浅沟槽隔离体(STI) 22与其它单位像素 隔离，并且包括光电二极管和传输晶体管。这里，当假设外延衬底21为P型时，光电二极管用在衬底的表面处形成的P型扩 散区26和在P型扩散区26的下面形成的N型扩散区25的结构成。传输晶体管包括作为 一个端子的N型扩散区，作为另一个端子的浮置扩散区和施加有传输控制信号Txl的栅极 端子23-1。作为传输晶体管的栅极端子23-1的材料，可以使用多晶硅。光电二极管区域 25和26的上部由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于防止灵敏度降低的分离型单位像素，包括：衬底；光电二极管，由在所述衬底的表面下方以垂直方向形成的Ｐ型扩散区和Ｎ型扩散区所形成的结构成；栅极电极导体，布置在所述衬底的所述表面的上部，靠近所述Ｎ型扩散区或者Ｐ型扩散区；浮置扩散区，靠近所述栅极电极导体的另一个表面形成；和防止灵敏度降低导体，布置在所述光电二极管区的上部，以覆盖所述光电二极管区。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道永，
申请(专利权)人：株赛丽康，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]