[发明专利]具有竖直堆叠光电二极管和竖直转移门的图像传感器

说明书

本发明提供了图像传感器(200)，该图像传感器可以包括使用竖直深沟槽转移门(210)来互连的多个竖直堆叠光电二极管。可以在残余衬底(202)上形成第一n外延层(204A)；可以在该第一n外延层上形成第一p外延层(206A)；可以在该第一p外延层上形成第二n外延层(204B)；可以在该第二n外延层上形成第二p外延层(206B)；等等。该n外延层(204)可以用作不同外延光电二极管的累积区域。不需要单独的滤色器阵列。竖直转移门(210)可以是深沟槽，其填充有掺杂导电材料(212)、衬有栅极电介质衬垫(214)并且由p掺杂区域(216)围绕。以这种方式形成的图像传感器可以用于支持卷帘快门配置或全局快门配置，并且可以是前侧照明或背侧照明。

背景技术

本发明整体涉及成像设备，并且更具体地讲，涉及具有使用竖直转移门来控制的竖直堆叠光电二极管的成像设备。

图像传感器常常在电子设备，诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型的布置中，电子设备设置有布置成像素行和像素列的图像像素阵列。

常规图像传感器包括使用掺杂物注入形成的光电二极管。在一些布置中，通过在p型衬底的不同深度处注入n型区域来形成堆叠光电二极管。在衬底中的第一深度处形成蓝色光电二极管；在衬底中的第二深度处形成绿色光电二极管，该第二深度大于第一深度；并且在衬底中的第三深度处形成红色光电二极管，该第三深度大于第二深度。此外，在衬底上的第一区域内形成蓝色光电二极管；在衬底上第二区域内形成绿色光电二极管，该第二区域与第一区域不重叠；并且在衬底上的第三区域内形成红色光电二极管，该第三区域与第一区域和第二区域不重叠。这些区域中的每一个通过相应的大光电二极管主干结构连接到顶部节点。

虽然以这种方式形成的竖直堆叠光电二极管可以能够在没有滤色器阵列的情况下分辨红色、绿色和蓝色，但这些光电二极管由于大主干结构而表现出不期望的光学和电串扰。还难以精确控制不同堆叠光电二极管及其主干结构的深度和掺杂物分布。此外，由于需要许多主干结构和门，因此该配置不能缩放到更小的尺寸。

附图说明

图1是根据一个实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图，该图像传感器可以包括外延光电二极管和竖直(深沟槽隔离)转移门。

图2A至图2D是示出根据至少一些实施方案的使用隔离结构来分开的一个或多个竖直堆叠外延光电二极管的图。

图3A至图3O是示出根据至少一些实施方案的耦接到竖直转移门结构的一个或多个竖直堆叠外延光电二极管的图。

图4A至图4D是示出根据至少一些实施方案的可以在上p型层中形成的不同结构的图。

图5是根据一个实施方案的用于制造结合图2至图4所示类型的图像传感器的示例性步骤的流程图。

图6A是根据一个实施方案的具有两个竖直堆叠光电二极管的图像传感器像素的电路图。

图6B是根据一个实施方案的图6A的像素电路的横截面侧视图。

图7A是根据一个实施方案的具有三个竖直堆叠光电二极管的图像传感器像素的电路图。

图7B是根据一个实施方案的图7A的像素电路的横截面侧视图。

图8A是根据一个实施方案的可使用卷帘快门方案来操作的双转换增益图像传感器像素的电路图。

图8B是示出根据一个实施方案的与操作图8A的图像传感器像素相关联的相关波形的行为的时序图。

图9A是根据一个实施方案的可使用全局快门方案来操作的具有并行存储节点的双转换增益图像传感器像素的电路图。

图9B是示出根据一个实施方案的与操作图9A的图像传感器像素相关联的相关波形的行为的时序图。

图10A是根据一个实施方案的可使用全局快门方案来操作的具有串行存储节点的双转换增益图像传感器像素的电路图。