具有升压型光电二极管驱动的成像传感器制造技术

本申请案涉及一种具有升压型光电二极管驱动的成像传感器。一种供在图像传感器中使用的像素电路包含安置于半导体材料中的非钉扎光电二极管。非钉扎光电二极管适于响应于入射光而光生电荷载流子。浮动扩散部安置于半导体中且经耦合以接收在非钉扎光电二极管中光生的电荷载流子。转移晶体管安置于半导体材料中且耦合于非钉扎光电二极管与浮动扩散部之间。转移晶体管适于经接通以将在非钉扎光电二极管中光生的电荷载流子转移到浮动扩散部。升压电容器安置于半导体材料的表面上方、接近于非钉扎光电二极管。在转移晶体管经接通以将在非钉扎光电二极管中光生的电荷载流子进一步驱动到浮动扩散部时，升压电容器经耦合以接收光电二极管升压信号。

【技术实现步骤摘要】
具有升压型光电二极管驱动的成像传感器
本专利技术大体来说涉及成像系统，且更特定来说涉及升压型光电二极管的CMOS图像传感器。
技术介绍
图像传感器已普遍存在。其广泛地用于数字相机、蜂窝式电话、安全相机以及医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器且特定来说互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术已不断快速进步。举例来说，对较高分辨率及较低电力消耗的需求已促进这些图像传感器进一步小型化及集成。在常规CMOS图像传感器中，像素的光电二极管通常是钉扎光电二极管。钉扎光电二极管的使用通常出于各种原因，包含促进图像电荷从钉扎光电二极管转移到浮动扩散部。典型钉扎光电二极管在光电二极管的硅表面处包含屏蔽层(其有时也可被称为“钉扎”层或“覆盖”层)以防止光电二极管的硅表面被耗尽。钉扎光电二极管的此屏蔽层通常包含具有大的硼密度的极薄层(例如，p+掺杂层)。硼是以低能量被植入，但由于p+屏蔽层的高密度，硼植入会在钉扎光电二极管的硅表面处造成植入损坏。对钉扎光电二极管的屏蔽层的此植入损坏可在图像传感器中导致非所要的白色像素及暗电流。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例涉及一种供在图像传感器中使用的像素电路。所述供在图像传感器中使用的像素电路包括：非钉扎光电二极管，其安置于半导体材料中，所述非钉扎光电二极管适于在所述图像传感器的单次图像捕获的单次曝光期间响应于入射光而光生电荷载流子；浮动扩散部，其安置于半导体中且经耦合以接收在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子；转移晶体管，其安置于所述半导体材料中且耦合于所述非钉扎光电二极管与所述浮动扩散部之间，其中所述转移晶体管适于经接通以将在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子转移到所述浮动扩散部；以及升压电容器，其安置于所述半导体材料的表面上方、接近于所述非钉扎光电二极管，其中在所述转移晶体管经接通以将在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子进一步驱动到所述浮动扩散部时，所述升压电容器经耦合以接收光电二极管升压信号。本专利技术的另一实施例涉及一种成像传感器系统。所述成像传感器系统包括：像素电路的像素阵列，其中所述像素电路中的每一个包含：非钉扎光电二极管，其安置于半导体材料中，所述非钉扎光电二极管适于在所述图像传感器的单次图像捕获的单次曝光期间响应于入射光而光生电荷载流子；浮动扩散部，其安置于半导体中且经耦合以接收在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子；转移晶体管，其安置于所述半导体材料中且耦合于所述非钉扎光电二极管与所述浮动扩散部之间，其中所述转移晶体管适于经接通以将在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子转移到所述浮动扩散部；以及升压电容器，其安置于所述半导体材料的表面上方、接近于所述非钉扎光电二极管，其中在所述转移晶体管经接通以将在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子进一步驱动到所述浮动扩散部时，所述升压电容器经耦合以接收光电二极管升压信号；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从多个像素读出图像数据。附图说明参考以下各图描述本专利技术的非限制性且非穷尽性实施例，其中贯穿各个视图，相似参考编号指代相似零件，除非另有规定。图1是图解说明根据本专利技术的教示包含像素阵列的成像系统的一个实例的图式，在像素阵列中每一像素电路包含具有升压型光电二极管驱动的非钉扎光电二极管。图2是根据本专利技术的教示图解说明具有非钉扎光电二极管的像素电路的一个实例的图式，所述非钉扎光电二极管具有升压型光电二极管驱动。图3是对根据本专利技术的教示具有非钉扎光电二极管的实例像素电路的一部分的横截面图解说明，所述非钉扎光电二极管具有升压型光电二极管驱动。图4是图解说明根据本专利技术的教示具有非钉扎光电二极管的实例像素电路的信号的一个实例的时序图，所述非钉扎光电二极管具有升压型光电二极管驱动。图5是对根据本专利技术的教示具有非钉扎光电二极管的另一实例像素电路的一部分的横截面图解说明，所述非钉扎光电二极管具有升压型光电二极管驱动。图6是图解说明根据本专利技术的教示具有非钉扎光电二极管的像素电路的另一实例的信号的一个实例的时序图，所述非钉扎光电二极管具有升压型光电二极管驱动。贯穿图式的数个视图，对应参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，各图中的某些元件的尺寸可相对于其它元件被放大以有助于促进对本专利技术的各种实施例的理解。此外，通常不描绘在商业上可行实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本专利技术的这些各种实施例的较不受阻碍的观看。具体实施方式在以下描述中，陈述众多具体定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，本文中所描述的技术可在无具体细节中的一或多个的情况下或者借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以免使某些方面模糊。本说明书通篇提及“一个实施例”或“实施例”意指结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例”未必全部均指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任何适合方式组合于一或多个实施例中。在本说明书通篇，使用数个技术术语。这些术语将呈现其在其所属领域中的普通含义，除非本文中具体定义或其使用的上下文将另外清晰地暗示。举例来说，术语“或”在包含性意义上使用(例如，如同“及/或”)，除非上下文另外清晰地指示。应注意，在本文件中，元件名称及符号可互换地使用(例如，Si与硅)；然而，两者具有相同含义。如将展示，用于成像传感器中的像素电路的实例实施有非钉扎光电二极管，因此在光电二极管的硅表面处不需要经高度掺杂的薄屏蔽层。如此，消除了光电二极管的硅表面处的硼植入所导致的损坏。在实例中，根据本专利技术的教示，升压电容器耦合到非钉扎光电二极管。根据本专利技术的教示，在一个实例中，将具有负电压(具有经增大量值)的光电二极管升压信号施加到升压电容器，这在非钉扎光电二极管中、接近于硅表面处积累空穴且因此在邻近硅表面接近于硅表面处防止非钉扎光电二极管被耗尽，且因此有助于将图像电荷从非钉扎光电二极管驱动到浮动扩散部。在一个实例中，根据本专利技术的教示，在光电二极管接收具有经增大量值的光电二极管升压信号时，接近于非钉扎光电二极管的隔离区也经耦合以接收具有经增大量值的升压信号，这将图像电荷从非钉扎光电二极管进一步驱动到浮动扩散部。为了图解说明，图1是图解说明根据本专利技术的教示包含像素阵列102的成像系统100的一个实例的图式，在像素阵列102中每一像素电路110包含具有升压型光电二极管驱动的非钉扎光电二极管。如在所描绘的实例中所展示，成像系统100包含耦合到控制电路108及读出电路104的像素阵列102，读出电路104耦合到功能逻辑106。在一个实例中，像素阵列102是图像传感器像素电路110(例如P1、P2、P3、…、Pn)的二维(2D)阵列。如所图解说明，每一像素电路110被布置成行(例如行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)以获取人、地方、物体等的图像数据，接着可使用所述图像数据再现所述人、地方、物体等的2D图像。在一个实例中，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种供在图像传感器中使用的像素电路，其包括：非钉扎光电二极管，其安置于半导体材料中，所述非钉扎光电二极管适于在所述图像传感器的单次图像捕获的单次曝光期间响应于入射光而光生电荷载流子；浮动扩散部，其安置于半导体中且经耦合以接收在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子；转移晶体管，其安置于所述半导体材料中且耦合于所述非钉扎光电二极管与所述浮动扩散部之间，其中所述转移晶体管适于经接通以将在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子转移到所述浮动扩散部；以及升压电容器，其安置于所述半导体材料的表面上方、接近于所述非钉扎光电二极管，其中在所述转移晶体管经接通以将在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子进一步驱动到所述浮动扩散部时，所述升压电容器经耦合以接收光电二极管升压信号。

【技术特征摘要】
2017.04.06 US 15/480,8331.一种供在图像传感器中使用的像素电路，其包括：非钉扎光电二极管，其安置于半导体材料中，所述非钉扎光电二极管适于在所述图像传感器的单次图像捕获的单次曝光期间响应于入射光而光生电荷载流子；浮动扩散部，其安置于半导体中且经耦合以接收在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子；转移晶体管，其安置于所述半导体材料中且耦合于所述非钉扎光电二极管与所述浮动扩散部之间，其中所述转移晶体管适于经接通以将在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子转移到所述浮动扩散部；以及升压电容器，其安置于所述半导体材料的表面上方、接近于所述非钉扎光电二极管，其中在所述转移晶体管经接通以将在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子进一步驱动到所述浮动扩散部时，所述升压电容器经耦合以接收光电二极管升压信号。2.根据权利要求1所述的像素电路，其进一步包括隔离区，所述隔离区安置于所述半导体材料中、接近于所述非钉扎光电二极管且与所述转移晶体管相对，使得所述非钉扎光电二极管在所述半导体材料中安置于所述隔离区与所述转移晶体管之间。3.根据权利要求2所述的像素电路，其中所述隔离区包括安置于所述半导体材料中的浅沟槽隔离区。4.根据权利要求2所述的像素电路，其进一步包括完全安置于所述隔离区内的多晶硅区，其中在所述转移晶体管被接通时且在所述升压电容器经耦合以接收光电二极管升压信号以将在所述非钉扎光电二极管中光生的所述电荷载流子进一步驱动到所述浮动扩散部时，所述多晶硅区经耦合以接收隔离升压信号。5.根据权利要求1所述的像素电路，其中里面安置有所述非钉扎光电二极管的所述半导体材料包括掺杂外延层。6.根据权利要求5所述的像素电路，其中所述掺杂外延层包括p掺杂硅或n掺杂硅。7.根据权利要求5所述的像素电路，其进一步包括安置成接近于所述掺杂外延层的半导体衬底。8.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述入射光被引导穿过所述半导体材料的后侧表面。9.根据权利要求1所述的像素电路，其进一步包括安置于所述半导体材料中的放大器晶体管，其中所述放大器晶体管具有耦合到所述浮动扩散部以产生所述像素电路的输出信号的栅极端子。10.根据权利要求9所述的像素电路，其进一步包括行选择晶体管，所述行选择晶体管安置于所述半导体材料中且耦合到所述放大器晶体管以将所述像素电路的所述输出信号选择性地耦合到输出位线。11.根据权利要求1所述的像素电路，其进一步包括安置于所述半导体材料中的复位晶体管，其中所述复位晶体管经耦合以响应于复位信号而将所述浮动扩散部选择性地复位。12.一种成像传感器系统，其包括：像素电路的像素阵列，其中所述像素电路中的每一个包含：非钉扎光电二极管，其安置于半导体材料中，所述非钉扎光电二极管适于在所述图像传感器的单次图像捕获的单次曝光期间响应于入射光而光生电荷载流...

【专利技术属性】
技术研发人员：真锅宗平，马渕圭司，后藤高行，陈刚，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US