[发明专利]用于半导体成像传感器的可调阱容量像素

说明书

提供了用于半导体成像传感器的可调阱容量像素。成像像素设计具有光电传感器块结构，该结构有助于光电二极管区域中的阱容量的动态控制(即，“阱容量调整(WCA)栅极光电传感器块”)。所述光电二极管区域包括掺杂阱，其中，光电荷响应于入射光照的曝光而累积。所述阱的容量对应于阱电势。WCA结构(例如，深沟槽区域)形成至少部分包围所述掺杂阱并与所述掺杂阱电容性耦合的壁，使得WCA结构的偏置改变阱电势和相应的阱容量。这样，所述WCA结构可以在积分期间被偏置，以将阱电势增加到用于大阱容量的高电平，并且所述WCA结构可以在光电荷传输期间被不同地偏置，以将阱电势降低到足够低的电平，从而避免滞后和/或其他传统问题。

技术领域

本文件涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。更具体地，实施例涉及供CMOS图像传感器(CIS)像素使用的可调阱容量像素设计。

背景技术

许多现代电子应用包括基于互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)技术的集成数码相机和/或其他成像系统。CIS通常可以包括像素阵列，每个像素包括单个光传感器(例如，光电二极管)或者一组多个光传感器。每个成像像素可以包括响应于光而产生光电荷的光敏元件以及用于处理所产生的光电荷以产生电像素输出信号并用于控制每个成像像素的操作的像素内电路。像素内电路包括用于执行感测和控制功能的晶体管。

成像传感器像素的性能与像素将光子转化为电荷的程度有关。这种性能可能取决于像素的许多物理和电学特性，例如，阱容量、动态范围和转换增益。阱容量涉及在积分期间(即，在曝光期间，读出之前)成像像素可以保持的电荷量。可能希望具有大动态范围，这表明像素在大范围的光照条件下表现良好，例如，从非常低的光条件到高光条件(即，可以达到全阱容量或FWC)。还可能希望具有更高的转换增益，这表明随着累积电荷的增加，输出信号电压的增加更大。通常，输出信号电平对应于阱中累积的电荷和阱电容之间的比率。例如，较小的阱可能倾向于具有较小的累积电荷的容量和相应较小的阱电容，这可能倾向于对于阱中电荷累积的任何变化导致输出信号电平的较大变化。

可在像素制造过程中调整和控制掺杂分布和/或其他参数，以形成具有所需阱尺寸(例如，特定引脚电压电势)的光电二极管。较大的阱尺寸理论上可以支持较高的FWC，但是也可能导致电荷传输后的溢回滞后。例如，如果光电二极管的最高全耗尽电势太高，则在传输之后，剩余的累积电荷可能保留在阱中，从而表现为滞后。因此，传统的光电二极管倾向于设计成具有较低的全耗尽电势和较小的相应FWC，以避免溢回滞后和/或其他问题。

发明内容

本文公开的实施例包括具有独特光电传感器块结构的成像像素设计等，该结构提供光电二极管区域中的阱容量的动态控制，本文称为阱容量调整(WCA)栅极光电传感器块。光电二极管区域包括掺杂阱，其中，光电荷响应于入射光照的曝光而累积。阱的容量对应于阱电势。WCA结构(例如，深沟槽区域)形成至少部分包围掺杂阱并与掺杂阱电容性耦合的壁，使得WCA结构的偏置改变阱电势和相应的阱容量。这样，WCA结构可以在积分期间被偏置，以将阱电势增加到用于大阱容量的高电平，并且WCA结构可以在光电荷传输期间被不同地偏置，以将阱电势降低到足够低的电平，从而避免滞后和/或其他传统问题。