[发明专利]具有拥有栅极之间的窄间隔的全局快门的图像传感器像素单元以及成像系统及其制造方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及半导体处理。更特定来说，本发明的实例涉及具有全局快门的图像传感器像素单元的半导体处理。 

背景技术

对于高速图像传感器，全局快门可用于俘获快速移动的对象。全局快门通常使图像传感器中的所有像素单元能够同时俘获图像。对于较慢移动的对象，使用更为普通的滚动快门。滚动快门通常依序俘获图像。举例来说，二维(″2D″)像素单元阵列内的每一行可循序启用，使得单个行内的每一像素单元同时俘获图像，但每一行以滚动顺序启用。如此，每一行像素单元在不同图像获取窗口期间俘获图像。对于缓慢移动的对象，每一行之间的时差产生图像失真。对于快速移动的对象，滚动快门引起沿着对象的移动轴的可感知伸长失真。 

为实施全局快门，存储电容器或存储晶体管可用于在等待从像素单元阵列读出的同时临时存储阵列中的每一像素阵列获取的图像电荷。当使用全局快门时，通常使用转移晶体管将图像电荷从光电二极管转移到存储晶体管，且接着使用输出晶体管将所存储的图像电荷从存储晶体管转移到像素单元的读出节点。影响具有全局快门的图像传感器像素单元中的性能的因素包含快门效率、暗电流、白像素和图像滞后。转移、存储和输出晶体管的转移、存储和输出栅极之间的间隔分别可对这些因素具有显著影响。一股来说，随着转移、存储和输出栅极电极之间的间隔距离减小，图像传感器像素单元的性能改进。然而，半导体装置制造工艺中的多晶硅到多晶硅设计规则所允许的最小间隔距离限制了栅极可在具有全局快门的图像传感器像素单元中一起紧密间隔的程度。 

发明内容

在一个实施例中，本申请案提供一种像素单元，其包括：光电二极管，其安置在半导体衬底中以累积图像电荷；存储晶体管，其安置在所述半导体衬底中以存储所述图像 电荷，所述存储晶体管包含安置在所述半导体衬底上方的存储栅极；转移晶体管，其安置在所述半导体衬底中且耦合在所述光电二极管与所述存储晶体管的输入之间以选择性地将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述存储晶体管，所述转移晶体管包含安置在所述半导体衬底上方的转移栅极；输出晶体管，其安置在所述半导体衬底中且耦合到所述存储晶体管的输出以选择性地将所述图像电荷从所述存储晶体管转移到读出节点，所述输出晶体管包含安置在所述半导体衬底上方的输出栅极；第一隔离围栏，其安置在所述半导体衬底上方，将所述转移栅极与所述存储栅极分离，其中所述第一隔离围栏的厚度大体等于所述转移栅极与所述存储栅极之间的间隔距离；以及第二隔离围栏，其安置在所述半导体衬底上方，将所述存储栅极与所述输出栅极分离，其中所述第二隔离围栏的厚度大体等于所述存储栅极与所述输出栅极之间的间隔距离。 

在另一实施例中，本申请案提供一种成像系统，其包括：像素单元的像素阵列，其中所述像素单元中的每一者包含：光电二极管，其安置在半导体衬底中以累积图像电荷；存储晶体管，其安置在所述半导体衬底中以存储所述图像电荷，所述存储晶体管包含安置在所述半导体衬底上方的存储栅极；转移晶体管，其安置在所述半导体衬底中且耦合在所述光电二极管与所述存储晶体管的输入之间以选择性地将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述存储晶体管，所述转移晶体管包含安置在所述半导体衬底上方的转移栅极；输出晶体管，其安置在所述半导体衬底中且耦合到所述存储晶体管的输出以选择性地将所述图像电荷从所述存储晶体管转移到读出节点，所述输出晶体管包含安置在所述半导体衬底上方的输出栅极；第一隔离围栏，其安置在所述半导体衬底上方，将所述转移栅极与所述存储栅极分离，其中所述第一隔离围栏的厚度大体等于所述转移栅极与所述存储栅极之间的间隔距离；以及第二隔离围栏，其安置在所述半导体衬底上方，将所述存储栅极与所述输出栅极分离，其中所述第二隔离围栏的厚度大体等于所述存储栅极与所述输出栅极之间的间隔距离；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所述多个像素读出图像数据。