[发明专利]CMOS图像传感器中的垂直栅极结构及布局

说明书

本申请案涉及CMOS图像传感器中的垂直栅极结构及布局。一种像素单元包含掩埋于半导体材料的第一侧底下且经耦合以响应于入射光而光生图像电荷的光电二极管。转移栅极安置于所述光电二极管上方且包含从所述第一侧向所述半导体材料中延伸第一距离的垂直转移栅极部分。浮动扩散区域安置在所述半导体材料中接近于所述转移栅极，所述转移栅极经耦合以响应于转移控制信号而将所述图像电荷从所述光电二极管朝向所述半导体材料的所述第一侧及向所述浮动扩散区域中转移。具有第一栅极的第一像素晶体管安置在所述光电二极管上方接近于所述半导体材料的所述第一侧。所述第一栅极具有在所述半导体材料的所述第一侧处横向环绕所述浮动扩散区域及所述转移栅极的环圈形结构。

技术领域

本发明大体来说涉及图像传感器，且更具体来说涉及具有垂直栅极结构的图像传感器像素单元。

背景技术

CMOS图像传感器(CIS)已变得无所不在。其广泛地用于数字静态相机、蜂窝式电话、安全相机以及医疗、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器的技术一直继续快速地进展。对较高分辨率及较低功率消耗的需求已促进了这些装置的进一步小型化及集成。随着对图像传感器的需求不断升高，图像传感器中的像素单元的隔离与高包装密度及噪声性能已变得越来越具挑战性。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种像素单元，其包括：光电二极管，其掩埋于半导体材料中所述半导体材料的第一侧底下，其中所述光电二极管经耦合以响应于入射光而光生图像电荷；转移栅极，其安置在所述光电二极管上方接近于所述半导体材料的所述第一侧，其中所述转移栅极包含从所述第一侧朝向所述光电二极管向所述半导体材料中延伸第一距离的垂直转移栅极部分；浮动扩散区域，其安置在所述半导体材料中在所述半导体材料的所述第一侧处接近于所述转移栅极，其中所述转移栅极经耦合以响应于转移控制信号而将所述图像电荷从所述光电二极管朝向所述半导体材料的所述第一侧及向所述浮动扩散区域中转移；及复位栅极，其安置在所述光电二极管上方接近于所述半导体材料的所述第一侧，其中所述复位栅极具有在所述半导体材料的所述第一侧处横向环绕所述浮动扩散区域及所述转移栅极的环圈形结构，其中所述复位栅极经耦合以响应于复位控制信号而使所述像素单元复位。

本发明的另一方面涉及一种成像系统，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，其掩埋于半导体材料中所述半导体材料的第一侧底下，其中所述光电二极管经耦合以响应于入射光而光生图像电荷；转移栅极，其安置在所述光电二极管上方接近于所述半导体材料的所述第一侧，其中所述转移栅极包含从所述第一侧朝向所述光电二极管向所述半导体材料中延伸第一距离的垂直转移栅极部分；浮动扩散区域，其安置在所述半导体材料中在所述半导体材料的所述第一侧处接近于所述转移栅极，其中所述转移栅极经耦合以响应于转移控制信号而将所述图像电荷从所述光电二极管朝向所述半导体材料的所述第一侧及向所述浮动扩散区域中转移；及复位栅极，其安置在所述光电二极管上方接近于所述半导体材料的所述第一侧，其中所述复位栅极具有在所述半导体材料的所述第一侧处横向环绕所述浮动扩散区域及所述转移栅极的环圈形结构，其中所述复位栅极经耦合以响应于复位控制信号而使所述像素单元复位；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；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素单元读出图像数据。

本发明的又一方面涉及一种像素单元，其包括：光电二极管，其掩埋于半导体材料中所述半导体材料的第一侧底下，其中所述光电二极管经耦合以响应于入射光而光生图像电荷；转移栅极，其安置在所述光电二极管上方接近于所述半导体材料的所述第一侧，其中所述转移栅极包含从所述第一侧朝向所述光电二极管向所述半导体材料中延伸第一距离的垂直转移栅极部分；浮动扩散区域，其安置在所述半导体材料中在所述半导体材料的所述第一侧处接近于所述转移栅极，其中所述转移栅极经耦合以响应于转移控制信号而将所述图像电荷从所述光电二极管朝向所述半导体材料的所述第一侧及向所述浮动扩散区域中转移；及第一像素晶体管，其具有安置在所述光电二极管上方接近于所述半导体材料的所述第一侧的第一栅极，其中所述第一栅极具有在所述半导体材料的所述第一侧处横向环绕所述浮动扩散区域及所述转移栅极的环圈形结构。

附图说明