CN210168124U - 图像传感器 - Google Patents

图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN210168124U
CN210168124U CN201921256900.7U CN201921256900U CN210168124U CN 210168124 U CN210168124 U CN 210168124U CN 201921256900 U CN201921256900 U CN 201921256900U CN 210168124 U CN210168124 U CN 210168124U
Authority
CN
China
Prior art keywords
transistor
floating gate
substrate
reset
pixel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201921256900.7U
Other languages
English (en)
Inventor
C·帕克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Components Industries LLC
Original Assignee
Semiconductor Components Industries LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Components Industries LLC filed Critical Semiconductor Components Industries LLC
Application granted granted Critical
Publication of CN210168124U publication Critical patent/CN210168124U/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H01L27/14614—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/771—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising storage means other than floating diffusion
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本实用新型题为“图像传感器”。本实用新型提供了一种图像传感器，该图像传感器可包括具有非破坏性读出能力的成像像素。每个成像像素都可包括衬底，该衬底具有感光区域，该感光区域响应于入射光而生成电荷。该电荷可邻近浮栅聚积在该衬底的正面处。该浮栅的电压可取决于聚积了多少电荷。可对该浮栅的该电压重复地采样以监测随时间推移所接收的入射光的量。第一复位晶体管可为该衬底清除聚积的电荷。第二复位晶体管可复位该浮栅的电压。如果需要，该成像像素可在多个晶圆之间分割开，并且可包括nMOS晶体管和pMOS晶体管。

Description

图像传感器
技术领域
本实用新型整体涉及图像传感器，并且更具体地讲，涉及具有带有非破坏性读出能力的成像像素的图像传感器。
背景技术
图像传感器常在电子设备，诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型的布置结构中，电子设备设置有布置成像素行和像素列的图像像素阵列。该阵列中的每个图像像素包括经由转移栅极耦接到浮动扩散区的光电二极管。每个像素接收入射光子(光)并将这些光子转换成电信号。将列电路耦接到每个像素列以用于读出来自该图像像素的像素信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。
通常，从浮动扩散区破坏性地读出电荷。这仅允许从光电二极管读出电荷一次，这可能限制成像像素的功能。
因此希望为图像传感器提供改善的成像像素。
附图说明
图1为根据一个实施方案的可包括图像传感器的示例性电子设备的示意图。
图2是根据一个实施方案的示例性像素阵列和用于从该像素阵列读出图像信号的相关联读出电路的示意图。
图3为根据一个实施方案的具有用于非破坏性读出的浮栅的示例性成像像素的横截面侧视图。
图4为根据一个实施方案的示出在具有浮栅的示例性成像像素(诸如图3的成像像素)的衬底中电势随深度变化的曲线图。
图5为根据一个实施方案的用于具有浮栅的示例性成像像素(诸如图3的成像像素)的电路图。
图6为根据一个实施方案的具有浮栅的示例性成像像素(诸如图3的成像像素)的俯视图。
图7为根据一个实施方案的示出操作具有浮栅的成像像素(诸如图3的成像像素)的示例性方法的时序图。
图8为根据一个实施方案的示出在具有浮栅的示例性成像像素(诸如图3的成像像素)中在浮栅下面的电荷随时间推移聚积的示意图。
图9为根据一个实施方案的示出对于具有浮栅的两个示例性成像像素，像素信号随时间推移的曲线图。
图10为根据一个实施方案的用于具有位于源极跟随器晶体管和偏置电压供应端子之间的浮栅和行选择晶体管的示例性成像像素的电路图。
图11为根据一个实施方案的用于具有位于pMOS源极跟随器晶体管和列输出线之间的浮栅和pMOS行选择晶体管的示例性成像像素的电路图。
图12为根据一个实施方案的具有在两个晶圆之间分开的用于非破坏性读出的浮栅的示例性成像像素的横截面侧视图。
图13为根据一个实施方案的用于具有在两个晶圆之间分开的浮栅的示例性成像像素(诸如图12的成像像素)的电路图。
图14为根据一个实施方案的用于具有在两个晶圆之间分开的浮栅和全局快门能力的示例性成像像素的电路图。
图15为根据一个实施方案的用于示例性成像像素的电路图，示出了skipper晶体管和被分割用于逐像素控制的晶体管两者。
实用新型内容
根据本实用新型的一个方面，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的第一表面和第二表面；感光区域，所述感光区域在所述半导体衬底中，其中所述感光区域被配置为在积聚周期期间响应于入射光而生成电荷；浮栅，所述浮栅邻近所述半导体衬底的所述第一表面形成，其中由所述感光区域生成的所述电荷邻近所述浮栅聚积在所述半导体衬底的所述第一表面处；和源极跟随器晶体管，其中所述浮栅电连接到所述源极跟随器晶体管的栅极。
根据上述图像传感器的一个实施例，还包括：读出电路，所述读出电路耦接到所述浮栅，其中所述读出电路被配置为在所述积聚周期内对所述浮栅的电压多次采样。
根据上述图像传感器的一个实施例，其中所述读出电路进一步被配置为在所述积聚周期内对所述浮栅的所述电压多次采样之后对所述浮栅的复位电压采样。
根据上述图像传感器的一个实施例，还包括：栅极氧化物，所述栅极氧化物形成在所述第一表面上，其中所述浮栅形成在所述栅极氧化物上。
根据上述图像传感器的一个实施例，还包括：复位晶体管，所述复位晶体管邻近所述半导体衬底的所述第一表面邻近所述浮栅形成，其中所述复位晶体管被配置为为所述感光区域清除聚积的电荷。
根据上述图像传感器的一个实施例，其中所述复位晶体管为n沟道金属氧化物半导体晶体管，并且所述源极跟随器晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管。
根据上述图像传感器的一个实施例，其中所述源极跟随器晶体管形成在附加的半导体衬底中，所述附加的半导体衬底通过导电互连层连接到第一半导体衬底。
根据上述图像传感器的一个实施例，还包括：复位晶体管，所述复位晶体管耦接在所述浮栅和偏置电压供应端子之间，其中所述复位晶体管被配置为复位所述浮栅的电压。
根据本实用新型的另一个方面，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一衬底；感光区域，所述感光区域形成在所述第一衬底中；浮栅，所述浮栅在所述第一衬底中邻近所述感光区域；第二衬底；源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管在所述第二衬底中；和金属互连层，所述金属互连层在所述第一衬底和所述第二衬底之间，所述金属互连层将所述第一衬底中的所述浮栅电连接到所述第二衬底中的所述源极跟随器晶体管的栅极。
根据上述图像传感器的一个实施例，还包括：第一复位晶体管，所述第一复位晶体管在所述第一衬底中，所述第一复位晶体管被配置为从所述感光区域清除电荷；第二复位晶体管，所述第二复位晶体管在所述第二衬底中，所述第二复位晶体管被配置为复位所述浮栅的电压，其中所述第一复位晶体管为n沟道金属氧化物半导体晶体管，其中所述第二复位晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管，并且其中所述源极跟随器晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管；电容器，所述电容器在所述第二衬底中；采样晶体管，所述采样晶体管耦接在所述源极跟随器晶体管和所述电容器之间；第一行选择晶体管，所述第一行选择晶体管耦接到所述源极跟随器晶体管，其中所述采样晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管，并且所述第一行选择晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管；附加的源极跟随器晶体管，其中所述电容器耦接在所述采样晶体管和所述附加的源极跟随器晶体管之间，并且其中所述附加的源极跟随器晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管；和第二行选择晶体管，所述第二行选择晶体管耦接到所述附加的源极跟随器晶体管，其中所述第二行选择晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管。
具体实施方式
本实用新型的实施方案涉及具有带有非破坏性读出能力的成像像素的图像传感器。图1中示出了具有数字相机模块的电子设备。电子设备10可为数字相机、计算机、蜂窝电话、医疗设备或其它电子设备。相机模块12(有时称为成像设备)可包括图像传感器16和一个或多个透镜29。在操作期间，透镜29(有时称为光学器件29)将光聚焦到图像传感器16上。图像传感器16包括将光转换成数字数据的感光元件(例如，像素)。图像传感器可具有任何数量(例如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型的图像传感器可例如具有数百万的像素(例如，数兆像素)。例如，图像传感器16可包括偏置电路(例如，源极跟随器负载电路)、采样保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(例如，缓冲电路)、地址电路等。
可将来自图像传感器16的静态图像数据和视频图像数据经由路径27提供给图像处理和数据格式化电路14。图像处理和数据格式化电路14可用于执行图像处理功能，诸如自动聚焦功能、深度感测、数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。例如，在自动聚焦操作期间，图像处理和数据格式化电路14可处理由图像传感器16中的相位检测像素收集的数据，以确定将感兴趣的物体集中在焦点上所需的透镜移动(例如，透镜29的移动)的幅度和方向。
图像处理和数据格式化电路14也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图像专家组或JPEG格式)。在典型的布置结构(有时称为片上系统(SOC)布置结构)中，相机传感器16和图像处理和数据格式化电路14在共用集成电路上实现。使用单个集成电路来实现相机传感器16和图像处理和数据格式化电路14可有助于降低成本。不过，这仅仅是示例性的。如果需要，相机传感器14和图像处理和数据格式化电路14可使用单独集成电路来实现。如果需要，相机传感器16和图像处理电路14可形成在单独半导体衬底上。例如，相机传感器16和图像处理电路14可形成在已堆叠的单独衬底上。
相机模块12可通过路径18将采集的图像数据传送到主机子系统19(例如，图像处理和数据格式化电路14可将图像数据传送到子系统19)。电子设备10通常向用户提供许多高级功能。例如，在计算机或高级蜂窝电话中，可为用户提供运行用户应用的能力。为实现这些功能，电子设备10的主机子系统19可包括存储和处理电路17和输入-输出设备21，诸如小键盘、输入-输出端口、操纵杆和显示器。存储和处理电路17可包括易失性和非易失性的存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器等)。存储和处理电路17还可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路或其它处理电路。
如图2所示，图像传感器16可包括包含被布置成行和列的图像传感器像素22(有时在本文称为图像像素或像素)的像素阵列20和控制和处理电路24(其可包括例如图像信号处理电路)。阵列20可包含例如数百或数千行和数百或数千列的图像传感器像素22。控制电路24可耦接到行控制电路26和图像读出电路28(有时称为列控制电路、读出电路、处理电路或列解码器电路)。可在衬底23上形成像素阵列20、控制和处理电路24、行控制电路26和图像读出电路28。如果需要，图像传感器16的一些或所有部件可替代地形成在除衬底23之外的衬底上，所述衬底可例如通过引线结合或倒装芯片结合连接到衬底23。
行控制电路26可从控制电路24接收行地址，并且通过行控制路径30将对应的行控制信号，诸如复位控制信号、行选择控制信号、双转换增益控制信号和读出控制信号提供给像素22。可将一根或多根导线(诸如，列线32)耦接至阵列20中的像素22的每一列。列线32可用于从像素22读出图像信号和用于将偏置信号(例如，偏置电流或偏置电压)提供给像素22。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路26选择阵列20中的像素行，并且可沿列线32读出由该像素行中的图像像素22产生的图像信号。
图像读出电路28可通过列线32接收图像信号(例如，由像素22生成的模拟像素值)。图像读出电路28可包括用于对从阵列20读出的图像信号进行采样和暂时存储的采样保持电路、放大器电路、模拟-数字转换(ADC)电路、偏置电路、列存储器、用于选择性启用或禁用列电路的锁存电路，或者耦接到阵列20中的一个或多个像素列以用于操作像素22和用于从像素22读出图像信号的其它电路。读出电路28中的ADC电路可将从阵列20接收的模拟像素值转换成对应的数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。图像读出电路28可针对一个或多个像素列中的像素通过路径25将数字像素数据提供给控制和处理电路24。
图3中示出了具有非破坏性读出能力的示例性成像像素。如图3所示，该成像像素可包括微透镜102。诸如光108之类的入射光可穿过微透镜102和滤色器元件104到达诸如光电二极管PD之类的感光区域。该感光区域可响应于入射光而生成电荷。所生成的电荷量可与所接收的入射光量成比例。该微透镜可具有弯曲表面，该弯曲表面接收入射光108并将光聚焦在感光区域上。该滤色器元件104可通过仅允许预定波长穿过滤色器元件来过滤入射光(例如，滤色器104可为仅对某些范围的波长透明的)。
滤色器104可包括绿色滤色器、红色滤色器、蓝色滤色器、黄色滤色器、青色滤色器、品红滤色器、透明滤色器、红外滤色器或其它类型的滤色器。作为一个示例，绿色滤色器透过绿光(例如，波长为495nm至570nm的光)并且反射和/或吸收该范围之外的光(例如，绿色滤色器反射红光和蓝光)。可使用的滤色器阵列图案的示例是GRBG(绿红蓝绿)拜耳图案。在这种类型的配置中，滤色器阵列被布置成四个滤色器的组。在每组中，这四个滤色器中的两个是绿色滤色器，这四个滤色器中的一个是红色滤色器，并且剩下的滤色器是蓝色滤色器。如果需要，可使用其它滤色器阵列图案。
感光区域PD可由衬底110的一部分(例如，衬底110的掺杂部分)形成。衬底110可由半导体材料(诸如硅)形成。衬底可为p型衬底，并且光电二极管PD可由衬底110的n型掺杂部分形成。可在衬底的后表面上形成遮光罩106(例如，由对入射光不透明的金属或其它材料形成)。遮光罩可阻挡入射光到达相邻像素以防止串扰。遮光罩106可为反射性的或吸收性的(例如，可在遮光罩上形成抗反射层)。在图3中，图像传感器被示出为背照式(BSI)图像传感器。该示例仅仅是示例性的，并且该图像传感器可替代地为前照式(FSI)图像传感器。
可将附加的隔离结构结合到像素22中以防止由杂散光(例如，未通过与像素22相关联的微透镜的光)生成的电子到达光电二极管PD。例如，像素22可包括p阱和浅沟槽隔离112和/或背面深沟槽隔离(BDTI)114。p阱隔离可由衬底110的p型掺杂区形成。背面深沟槽隔离114可由在衬底110的后表面中形成的沟槽中的金属或另外的期望材料形成。p阱隔离和BDTI 114两者都可横向地围绕光电二极管PD。
平面化层可形成在衬底110的后表面上，位于遮光罩和衬底之间、遮光罩和滤色器元件之间、和/或滤色器元件和微透镜之间。平面化层可为由任何期望的材料(例如，二氧化硅、氮化硅等)形成的介电层。
当入射光到达感光区域PD时，生成诸如光电子126之类的光电子。衬底的电势梯度导致电子被朝向n型掩埋沟道124沿方向128扫掠。电子可聚集在衬底的邻近浮栅116(FG)的区域中。栅极氧化物130可插置在浮栅116和衬底110的前表面(具有掩埋沟道124)之间。浮栅和衬底的前表面形成电容器(例如，其中浮栅充当一个电容器电极，而衬底充当另一个电容器电极)。当电荷邻近浮栅聚积在衬底中时，浮栅上的电压将减小。因此，浮栅的电压指示像素已经接收到多少光。可对浮栅的电压多次采样，因为浮栅电压的采样不会改变衬底中的电荷量或浮栅的电压。换句话讲，可根据需要对衬底中聚积的电荷量非破坏性地多次采样。
像素22还包括复位栅118。复位栅118可用于为衬底110清除电荷。当复位栅118生效时，在衬底的前表面处聚积的电荷可被清除到由衬底110的n+型掺杂部分形成的漏极120(有时称为偏置电压供应端子120)。像素还可包括复位晶体管以复位浮栅116的电压(如图5所示)。像素22还可包括由衬底110的p+掺杂区形成的接地触点122。该接地触点可接收接地偏置电压GND。
图4为对于图3的像素，电势对深度的曲线图。如图所示，电势可在衬底的背面表面(例如，接收入射光的表面)处最高。电势可朝向衬底的正面减小，这意味着所生成的电子被朝向衬底的正面扫掠并聚积在衬底的前表面处，如图4所示。图4中还示出邻近衬底的正面的栅极氧化物(130)和浮栅(116)。
图5为具有用于非破坏性读出能力的浮栅的示例性成像像素22的电路图。如图所示，每个成像像素都包括感光区域，诸如光电二极管PD。复位栅118(有时称为衬底复位栅118)耦接到光电二极管PD。当复位栅118生效时，来自光电二极管PD的聚积电荷(在衬底110中)被清除到偏置电压供应端子120(VDD)。衬底的具有感光区域的前表面形成电容器(CFG)的一部分(例如，电极)。浮栅116形成电容器CFG的另一部分(例如，电极)。
浮栅116耦接到源极跟随器晶体管136(SF)的栅极。为了对浮栅116的电压采样，可使选择晶体管138(有时称为行选择晶体管138)生效。选择晶体管138可耦接在源极跟随器晶体管136和列读出线之间。当选择晶体管138生效时，对应于浮栅116上的电压的输出电压VOUT被提供给列线。
还可包括附加的复位晶体管132(有时称为浮栅复位晶体管132)以复位浮栅116的电压。复位晶体管132耦接在浮栅116和偏置电压供应端子134之间，该偏置电压供应端子提供浮栅复位电压RDF。当复位晶体管132生效时，浮栅116的电压被复位为RDF。
图6为示例性成像像素22的俯视图，示出了图3至图5的像素的可能布局。图3的横截面侧视图可为沿着图6中的线AA截取的。如图6所示，像素22具有浮栅116。浮栅具有第一触点142，该第一触点通过电连接件146电连接到触点150(例如，在源极跟随器晶体管136的栅极上)。浮栅具有第二触点144，该第二触点通过电连接件148电连接到触点152。触点152可任选地通过复位晶体管132耦接到偏置电压供应端子154(用于提供复位电压RDF)。选择晶体管138可插置在源极跟随器晶体管136和附加的触点156之间。附加的触点156可耦接到列输出线，并且可向列输出线提供输出电压VOUT。
复位栅118插置在浮栅和偏置电压供应端子120之间。晶体管的在栅极下方的有源区域158(例如，衬底110的掺杂部分)允许复位栅将在衬底中在浮栅116下方的聚积电荷清除到偏置电压供应端子120。该有源区域可任选地由浅沟槽隔离(STI)140围绕。接地触点122也可邻近浮栅包括在内。
图3至图6中所示的具有用于非破坏性采样的浮栅的像素可实现使用了破坏性采样的像素无法实现的许多技术。由于使用图3至图6的像素进行的采样为非破坏性的，因此可随时间推移观察图像。通过破坏性采样，一旦取得了积聚时间的样本，就无法对积聚时间再次采样以获得有意义的数据。使用非破坏性采样，可对在给定积聚时间内像素所接收的光量重复地采样。这允许确定像素变得饱和的时间并允许增加动态范围。例如，考虑单个图像传感器中的两个像素。第一像素和第二像素都可接收足够的光以使像素在给定积聚时间内饱和。然而，该第一像素可比该第二像素接收更多的光并且更早地饱和。如果采样为破坏性的，则无法区分开该第一像素和该第二像素(因为在采样时，所接收的光量显现相同的饱和水平)。然而，使用非破坏性采样，传感器可确定该第一像素比该第二像素更早地饱和，因此可确定该第一像素比该第二像素暴露于更多的光。这增加了图像传感器的动态范围。低光图像的重复采样可降低信号中的噪声。
图7至图9示出了具有用于非破坏性采样的浮栅的像素的操作。图7为示出像素内的各种信号随时间推移的时序图。图8为示出在成像像素如图7中那样的操作期间电子邻近浮栅聚积的示意图。图9示出对于图7的像素所测量的像素信号对时间。
图7示出了成像像素22从时间A开始的操作。在时间A，来自前一帧的电荷邻近浮栅聚积(如图8所示)。为了开始下一帧(例如，为了开始后续的积聚时间)，可在时间B使复位晶体管118(RG)和132(RGF)生效。使复位晶体管RGF生效将像素(例如，像素1和像素2)的浮栅电压设置为期望的电压值。使复位晶体管RG生效在衬底110中为衬底清除了任何电荷，如图8所示。
在浮栅电压在时间B被复位并且衬底被清除电荷之后，感光区域可生成邻近浮栅FG聚积的电荷。如图8所示，随着时间的推移，聚积的电荷量可能增加。每个像素(例如，图7中的像素1和像素2)的浮栅的电压可随着衬底中聚积的电荷量而变化。例如，首先查看像素1，电压可随时间推移缓慢下降。在时间C，可对第一像素的浮栅的电压采样(例如，样本1可生效)。可以任何期望的间隔(在时间D，然后是时间E，然后是时间F等)对第一像素的浮栅的电压重复地采样。类似地，可对第二像素的浮栅的电压采样(例如，样本2可生效)。如果需要，像素2的每次采样可在像素1的采样之后立即发生。可以任何期望的间隔对第二像素的浮栅的电压重复地采样。
图9示出了像素1和像素2的像素信号可如何随时间推移而变化。该“像素信号”可对应于给定像素所接收的光量。对于像素1，像素1的浮栅的电压随时间推移缓慢下降(如图7所示)。因此，图9中的像素1的像素信号随时间推移缓慢增加。像素1的信号以均匀的速率增加。相比之下，对于像素2，像素2的浮栅的电压以比像素1更快的速率下降(如图7所示)。像素2的浮栅的电压达到最小值并变平，表明感光区域用电荷饱和。图9中的像素2的对应的像素信号以比像素2更快的速率增加然后在大约时间D变平。
图9中的信号线上的点表示可从第一信号和第二信号中取样的点。换句话讲，在已知时间对每个像素的浮栅的电压重复采样以确定该像素所接收的光量。像素信号线的斜率可用于确定每个像素所接收的光的强度。例如，图9中的像素2的信号的斜率大于图9中的像素1的斜率。这准确地反映了像素2接收到比像素1更高强度的光。
图5中所示的像素图仅仅是实现具有用于非破坏性采样能力的浮栅的像素的一种方式。图10和图11示出了可使用的具有浮栅的替代类型的像素。图10的像素22类似于图5的像素。像素22具有光电二极管PD和耦接到光电二极管PD的复位栅118(有时称为衬底复位栅118)。复位栅118耦接在光电二极管和偏置电压供应端子120之间。衬底110的前表面形成电容器(CFG)的一部分(例如，电极)。浮栅116形成电容器CFG的另一部分(例如，电极)。浮栅116耦接到源极跟随器晶体管136(SF)的栅极。
取代选择晶体管138如图5中那样耦接在源极跟随器晶体管136和列输出线之间，选择晶体管可替代地耦接在源极跟随器晶体管136和偏置电压供应端子120之间，如图10所示。因此，源极跟随器晶体管耦接在选择晶体管138和列输出线之间。将选择晶体管138如图10中那样定位在源极跟随器晶体管和偏置电压供应端子之间可允许FG 116更靠近地操作。
在图5和图10的示例中，晶体管均被描绘为n沟道金属氧化物半导体(nMOS)晶体管。然而，任何或所有晶体管都可替代地为p沟道金属氧化物半导体(pMOS)晶体管。
图11为具有pMOS晶体管的示例性成像像素的电路图。如图11所示，像素22具有光电二极管PD和耦接到光电二极管PD的复位栅118(有时称为衬底复位栅118)。复位栅118耦接在光电二极管和偏置电压供应端子120之间。复位栅为nMOS晶体管。
在图11中，复位晶体管132耦接到浮栅116(与在图5和图10中类似)。然而，在图11中，复位晶体管可耦接到地GND(例如，可提供接地电压作为参考电压)。复位晶体管132也为nMOS晶体管。
浮栅116可耦接到pMOS源极跟随器晶体管136。该源极跟随器晶体管可耦接在地和pMOS行选择晶体管138之间。该pMOS行选择晶体管可耦接在源极跟随器晶体管和列输出线之间。使用pMOS源极跟随器允许浮栅复位为零伏(例如，GND)，这可使像素中的暗电流减少。在一些情况下，图11中的复位晶体管132也可为pMOS晶体管。
在图5、图10和图11的示例中，像素22被描绘为形成在单个衬底中。这些示例仅仅是示例性的。如果需要，可使用堆叠的多个衬底来实现像素。可使用金属互连层将衬底电连接。每个像素中的一个或多个互连层可用于将上部衬底层连接到下部衬底层。互连层可由导电材料诸如金属形成。在某些实施方案中，互连层可包括焊料。互连层还可为硅通孔(TSV)。
图12中示出由堆叠晶圆形成的具有非破坏性读出能力的示例性成像像素的横截面侧视图。如图12所示，成像像素包括微透镜102。诸如光108之类的入射光可穿过微透镜102和滤色器元件104到达诸如光电二极管PD之类的感光区域。该微透镜可具有弯曲表面，该弯曲表面接收入射光108并将光聚焦在光电二极管上。滤色器元件104可通过仅允许预定波长穿过滤色器元件来过滤入射光(例如，滤色器104可为仅对某些范围的波长透明的)。
滤色器104可包括绿色滤色器、红色滤色器、蓝色滤色器、黄色滤色器、青色滤色器、品红滤色器、透明滤色器、红外滤色器或其它类型的滤色器。作为一个示例，绿色滤色器透过绿光(例如，波长为495nm至570nm的光)并且反射和/或吸收该范围之外的光(例如，绿色滤色器反射红光和蓝光)。可使用的滤色器阵列图案的示例是GRBG(绿红蓝绿)拜耳图案。在这种类型的配置中，滤色器阵列被布置成四个滤色器的组。在每组中，这四个滤色器中的两个是绿色滤色器，这四个滤色器中的一个是红色滤色器，并且剩下的滤色器是蓝色滤色器。如果需要，可使用其它滤色器阵列图案。
在图3中，使用单个晶圆形成成像像素。相比之下，在图12中，使用由金属互连层162连接的第一晶圆202和第二晶圆204形成成像像素。晶圆202可包括形成感光区域PD的p型衬底110，因此有时可称为传感器晶圆202。晶圆204可用于形成用于操作像素22的像素电路，因此有时可称为电路晶圆204。
光电二极管PD可由晶圆202中的衬底110的掺杂部分形成。衬底可为p型衬底，并且光电二极管PD可由衬底110的n型掺杂部分形成。可在衬底的后表面上形成遮光罩106(例如，由对入射光不透明的金属或其它材料形成)。遮光罩106可为反射性的或吸收性的(例如，可在遮光罩上形成抗反射层)。
可将附加的隔离结构结合到像素22中以防止杂散光(例如，未通过与像素22相关联的微透镜的光)到达光电二极管PD。例如，像素22可包括p阱和浅沟槽隔离112和/或背面深沟槽隔离(BDTI)114。
当入射光到达光电二极管PD时，生成诸如光电子126之类的光电子。该光电二极管的电势梯度导致电子被朝向衬底110的前表面(邻近n掩埋沟道124)沿方向128扫掠。电子可聚集在衬底的邻近浮栅116(FG)的区域中。栅极氧化物130可插置在浮栅部分116-1和衬底110的前表面(具有掩埋沟道124)之间。
在图12中，浮栅具有第一晶圆202(有时称为衬底202或层202)中的第一部分116-1和第二晶圆204(有时称为衬底204或层204)中的第二部分116-2。浮栅部分116-1通过互连层162电连接到浮栅部分116-2。浮栅部分116-1和116-2可统称为浮栅116。如果需要，也可省去浮栅部分116-2。
晶圆204中的浮栅部分116-2可邻近复位晶体管132，用于复位浮栅的电压。晶圆204包括p型衬底210，该p型衬底具有n阱206和用于在晶圆204中形成晶体管的p+区208。
像素22还包括晶圆202中的复位栅118。复位栅118可用于为衬底110清除电荷。当复位栅118生效时，在衬底的前表面处聚积的电荷可被清除到由衬底110的n+型掺杂部分形成的漏极120。像素22还可包括由衬底110的p+掺杂区形成的接地触点122。
图13为图12的像素的电路图，该像素包括两个晶圆之间的互连层。如图13所示，图13的像素类似于图11的像素。如图13所示，像素22具有光电二极管PD和耦接到光电二极管PD的复位栅118(有时称为衬底复位栅118)。复位栅118耦接在光电二极管和偏置电压供应端子120之间。复位栅为nMOS晶体管。光电二极管PD可任选地耦接到高于接地电压的偏置电压VSS。
如图13所示，浮栅部分116-1和衬底110形成电容器CFG。浮栅部分116-1耦接到互连件162。晶圆204包括pMOS复位晶体管132，该pMOS复位晶体管耦接在浮栅和偏置电压供应端子134之间。该浮栅也耦接到pMOS源极跟随器晶体管136的栅极。该源极跟随器晶体管可耦接在地和pMOS行选择晶体管138之间。pMOS行选择晶体管可耦接在源极跟随器晶体管和列输出线之间。
在图13的布置结构中，晶圆202中的所有晶体管都具有相同类型(例如，nMOS)，并且晶圆204中的所有晶体管都具有相同类型(例如，pMOS)。使单个晶圆中的晶体管具有相同类型可降低制造的成本和复杂性。图13中的互连件162的像素电路内的位置的示例仅仅是示例性的。一个或多个互连件可包括在像素电路内的任何期望位置处。
如果需要，像素22可设置有全局快门能力。在全局快门中，图像传感器中的每个像素均可同时捕获图像，而在卷帘快门中，每行像素可依次捕获图像。全局快门功能可能需要将附加的电荷存储区包括在像素中，如图14所示。
图14为具有用于非破坏性采样的浮栅、互连层和全局快门能力的示例性成像像素的电路图。图14的像素类似于图13的像素。晶圆202中的像素电路的布置结构在图14中与在图13中相同。
在图14的晶圆204中，复位晶体管132耦接在金属互连层162和偏置电压供应端子134之间。该互连层162还可将浮栅耦接到源极跟随器晶体管136-1(SF1)。由于图14中的像素22为全局快门像素，因此附加的电荷存储区174被包括在内。在图14中，电荷存储区174被示出为存储电容器C。然而，电荷存储区174可替代地为存储二极管、存储栅或任何其它期望的电荷存储区。
采样晶体管172插置在SF1和电容器174之间。当采样晶体管172生效时，对应于浮栅FG的电压的电压将存储在电容器C上。采样晶体管172可针对图像传感器中的所有像素全局地生效。然后，可使用源极跟随晶体管136-2(SF2)和行选择晶体管138-2(RS2)逐行地读出电容器C上的电压。行选择晶体管138-2可插置在源极跟随器晶体管136-2和列读出线之间。
附加的行选择晶体管138-1可包括在源极跟随器晶体管136-1和电流负载VL之间。行选择晶体管138-1可任选地包括在像素中，作为在图像传感器中节省功率的方式。例如，可关断行选择晶体管138-1以关断电流并且在没有使用源极跟随器晶体管136-1的行中节省功率。
可在操作图14的像素时，最后一次取得参考电压样本。例如，在图像信号已被采样任何期望次数之后(例如，在积聚时间期间)，浮栅可被复位为被采样的参考电压。由于浮栅下方的沟道在复位时将完全耗尽电荷，因此浮栅将在复位后返回相同的电压。这允许在对积聚时间期间的信号电压采样之后对复位电压采样。
在包括具有用于非破坏性采样的浮栅的像素的图像传感器中，可逐行地执行读出。然而，该读出方案可限制图像传感器的灵活性。由于先前讨论的非破坏性采样能力，该图像传感器可能能够确定像素何时饱和。单行内的像素可接收不同量的光。因此，可能期望能够单独地控制阵列内的每个像素。换句话讲，取代必须一次读取或复位整行像素，可能期望能够读取或复位阵列内的单个像素而不影响其它像素。
为了实现逐像素控制，可用垂直晶体管和水平晶体管替代给定晶体管。水平晶体管接收水平控制信号，而垂直晶体管接收垂直控制信号。可将相同的水平控制信号应用于特定行中的每个像素，同时可将相同的垂直抗晕光控制信号应用于特定列中的每个像素。只有水平晶体管和垂直晶体管两者都生效时，晶体管才会有效地生效。
例如，考虑图15中所示的示例。图15的像素类似于图14中的像素。然而，复位晶体管118已被分割成水平复位晶体管118-1(RGH)和垂直复位晶体管118-2(RGV)。如果RGH和RGV都未生效，则不会从光电二极管PD清除电荷。类似地，如果仅RGH生效，或者如果仅RGV生效，则不会从光电二极管PD清除电荷。只有RGH和RGV都生效时，才会从光电二极管PD清除电荷。因此，如果期望从该像素清除电荷，则可使与给定像素行相关联的水平控制信号和与给定像素列相关联的垂直控制信号两者都生效。行/列中的其它像素不一定会被复位。例如，同一行中的相邻像素将使其RGH生效，但只有RGV也生效时，才会复位该像素。
图15将复位晶体管118描绘为被分割成水平复位晶体管和垂直晶体管以用于逐像素控制。这个示例仅为示例性的。一般来讲，像素22中的任何晶体管(例如，复位晶体管132、采样晶体管172)也可被分割成两个晶体管以用于逐像素控制。
图15还示出了skipper晶体管可如何邻近浮栅包括在像素22中。当skipper晶体管176生效时，衬底110中的聚积的电荷可从浮栅下方移动到skipper晶体管下方。通过从浮栅下方移出电荷，可在衬底110中不存在电荷的情况下对浮栅116的电压采样和/或复位。然后，skipper晶体管失效，电荷返回到浮栅下面，并且浮栅的电压反映衬底中的电荷量并且可被采样。这有效地允许在浮栅的每次采样中降低噪声。
根据一个实施方案，图像传感器可包括：半导体衬底，该半导体衬底具有相对的第一表面和第二表面；感光区域，该感光区域在半导体衬底中，被配置为在积聚周期期间响应于入射光而生成电荷；浮栅，该浮栅邻近半导体衬底的第一表面形成，其中由感光区域生成的电荷邻近浮栅聚积在半导体衬底的第一表面处；和源极跟随器晶体管。浮栅可电连接到源极跟随器晶体管的栅极。
根据另一个实施方案，该图像传感器还可包括读出电路，该读出电路被配置为在积聚周期内对浮栅的电压多次采样。
根据另一个实施方案，该读出电路还被配置为在积聚周期内对浮栅的电压多次采样之后对浮栅的复位电压采样。
根据另一个实施方案，该图像传感器还可包括形成在第一表面上的栅极氧化物，其中浮栅形成在栅极氧化物上。
根据另一个实施方案，该图像传感器还可包括邻近半导体衬底的第一表面邻近浮栅形成的复位晶体管。
根据另一个实施方案，该复位晶体管可被配置为为感光区域清除聚积的电荷。
根据另一个实施方案，该复位晶体管可为n沟道金属氧化物半导体晶体管，并且源极跟随器晶体管可为p沟道金属氧化物半导体晶体管。
根据另一个实施方案，该源极跟随器晶体管可形成在附加的半导体衬底中，该附加的半导体衬底通过导电互连层连接到第一半导体衬底。
根据另一个实施方案，该图像传感器还可包括耦接在浮栅和偏置电压供应端子之间的复位晶体管。
根据另一个实施方案，该复位晶体管可被配置为复位浮栅的电压。
根据一个实施方案，该图像传感器可包括：衬底，该衬底具有相对的第一侧和第二侧；感光区域，该感光区域在半导体衬底中，被配置为在积聚时间期间响应于入射光而生成电荷；浮栅，该浮栅在衬底的第一侧上，其中由感光区域生成的电荷邻近浮栅聚积在衬底中；和读出电路，该读出电路被配置为在积聚时间期间对浮栅的电压多次采样。
根据另一个实施方案，浮栅的电压可取决于邻近浮栅聚积在衬底中的电荷量。
根据另一个实施方案，该图像传感器还可包括：第一复位晶体管，该第一复位晶体管被配置为清除聚积在衬底中的电荷；和第二复位晶体管，该第二复位晶体管被配置为复位浮栅的电压。
根据另一个实施方案，该第一复位晶体管可具有在衬底的第一侧上邻近浮栅形成的栅极，并且第一复位晶体管的栅极和浮栅可在衬底的第一侧上形成在掩埋沟道上方。
根据另一个实施方案，该第二复位晶体管可耦接在浮栅和偏置电压供应端子之间，并且浮栅可耦接到源极跟随器晶体管。
根据一个实施方案，该图像传感器可包括：第一衬底；感光区域，该感光区域形成在第一衬底中；浮栅，该浮栅在第一衬底中邻近感光区域；第二衬底；源极跟随器晶体管，该源极跟随器晶体管在第二衬底中；和金属互连层，该金属互连层在第一衬底和第二衬底之间，该金属互连层将第一衬底中的浮栅电连接到第二衬底中的源极跟随器晶体管的栅极。
根据另一个实施方案，该图像传感器还可包括：第一复位晶体管，该第一复位晶体管在第一衬底中，该第一复位晶体管被配置为从感光区域清除电荷；和第二复位晶体管，该第二复位晶体管在第二衬底中，该第二复位晶体管被配置为复位浮栅的电压。
根据另一个实施方案，该第一复位晶体管可为n沟道金属氧化物半导体晶体管，第二复位晶体管可为p沟道金属氧化物半导体晶体管，并且源极跟随器晶体管可为p沟道金属氧化物半导体晶体管。
根据另一个实施方案，该图像传感器还可包括第二衬底中的电容器和耦接在源极跟随器晶体管和电容器之间的采样晶体管。
根据另一个实施方案，该图像传感器还可包括：第一行选择晶体管，该第一行选择晶体管耦接到源极跟随器晶体管，其中采样晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管并且第一行选择晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管；附加的源极跟随器晶体管，其中电容器耦接在采样晶体管和附加的源极跟随器晶体管之间，并且其中附加的源极跟随器晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管；和第二行选择晶体管，该第二行选择晶体管耦接到附加的源极跟随器晶体管，其中第二行选择晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管。
根据另一个实施方案，该图像传感器还可包括读出电路，该读出电路被配置为在积聚周期内对浮栅的电压多次采样。
前述内容仅仅是对本实用新型原理的示例性说明，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的范围和实质的前提下进行多种修改。

Claims (10)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的第一表面和第二表面；
感光区域，所述感光区域在所述半导体衬底中，其中所述感光区域被配置为在积聚周期期间响应于入射光而生成电荷；
浮栅，所述浮栅邻近所述半导体衬底的所述第一表面形成，其中由所述感光区域生成的所述电荷聚积在邻近所述浮栅的所述半导体衬底的所述第一表面处；和
源极跟随器晶体管，其中所述浮栅电连接到所述源极跟随器晶体管的栅极。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
读出电路，所述读出电路耦接到所述浮栅，其中所述读出电路被配置为在所述积聚周期内对所述浮栅的电压多次采样。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述读出电路进一步被配置为在所述积聚周期内对所述浮栅的所述电压多次采样之后对所述浮栅的复位电压采样。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
栅极氧化物，所述栅极氧化物形成在所述第一表面上，其中所述浮栅形成在所述栅极氧化物上。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
复位晶体管，所述复位晶体管邻近于与所述半导体衬底的所述第一表面邻近的所述浮栅形成，其中所述复位晶体管被配置为为所述感光区域清除聚积的电荷。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述复位晶体管为n沟道金属氧化物半导体晶体管，并且所述源极跟随器晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述源极跟随器晶体管形成在附加的半导体衬底中，所述附加的半导体衬底通过导电互连层连接到第一半导体衬底。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
复位晶体管，所述复位晶体管耦接在所述浮栅和偏置电压供应端子之间，其中所述复位晶体管被配置为复位所述浮栅的电压。
9.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
第一衬底；
感光区域，所述感光区域形成在所述第一衬底中；
浮栅，所述浮栅在所述第一衬底中邻近所述感光区域；
第二衬底；
源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管在所述第二衬底中；和
金属互连层，所述金属互连层在所述第一衬底和所述第二衬底之间，所述金属互连层将所述第一衬底中的所述浮栅电连接到所述第二衬底中的所述源极跟随器晶体管的栅极。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，还包括：
第一复位晶体管，所述第一复位晶体管在所述第一衬底中，所述第一复位晶体管被配置为从所述感光区域清除电荷；
第二复位晶体管，所述第二复位晶体管在所述第二衬底中，所述第二复位晶体管被配置为复位所述浮栅的电压，其中所述第一复位晶体管为n沟道金属氧化物半导体晶体管，其中所述第二复位晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管，并且其中所述源极跟随器晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管；
电容器，所述电容器在所述第二衬底中；
采样晶体管，所述采样晶体管耦接在所述源极跟随器晶体管和所述电容器之间；
第一行选择晶体管，所述第一行选择晶体管耦接到所述源极跟随器晶体管，其中所述采样晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管，并且所述第一行选择晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管；
附加的源极跟随器晶体管，其中所述电容器耦接在所述采样晶体管和所述附加的源极跟随器晶体管之间，并且其中所述附加的源极跟随器晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管；和
第二行选择晶体管，所述第二行选择晶体管耦接到所述附加的源极跟随器晶体管，其中所述第二行选择晶体管为p沟道金属氧化物半导体晶体管。
CN201921256900.7U 2018-09-13 2019-08-06 图像传感器 Expired - Fee Related CN210168124U (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/130,118 2018-09-13
US16/130,118 US10805567B2 (en) 2018-09-13 2018-09-13 Imaging pixels with non-destructive readout capabilities

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN210168124U true CN210168124U (zh) 2020-03-20

Family

ID=69773433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201921256900.7U Expired - Fee Related CN210168124U (zh) 2018-09-13 2019-08-06 图像传感器

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10805567B2 (zh)
CN (1) CN210168124U (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020038910A (ja) * 2018-09-04 2020-03-12 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子装置
US10805567B2 (en) * 2018-09-13 2020-10-13 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging pixels with non-destructive readout capabilities
TWI782650B (zh) * 2021-08-03 2022-11-01 力晶積成電子製造股份有限公司 背照式影像感測器的製造方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05251480A (ja) * 1992-03-04 1993-09-28 Sony Corp 電荷電圧変換装置
US6166768A (en) * 1994-01-28 2000-12-26 California Institute Of Technology Active pixel sensor array with simple floating gate pixels
US5471515A (en) * 1994-01-28 1995-11-28 California Institute Of Technology Active pixel sensor with intra-pixel charge transfer
US6021172A (en) * 1994-01-28 2000-02-01 California Institute Of Technology Active pixel sensor having intra-pixel charge transfer with analog-to-digital converter
US5541402A (en) * 1994-10-17 1996-07-30 At&T Corp. Imaging active pixel device having a non-destructive read-out gate
US6414342B1 (en) * 1999-06-18 2002-07-02 Micron Technology Inc. Photogate with improved short wavelength response for a CMOS imager
JP4403687B2 (ja) * 2002-09-18 2010-01-27 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその駆動制御方法
EP1583150A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-05 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA Image sensor with large-area, high-sensitivity and high-speed pixels
US7518645B2 (en) * 2005-01-06 2009-04-14 Goodrich Corp. CMOS active pixel sensor with improved dynamic range and method of operation
TWI429066B (zh) * 2005-06-02 2014-03-01 Sony Corp Semiconductor image sensor module and manufacturing method thereof
US20090122173A1 (en) * 2007-11-13 2009-05-14 William Emerson Tennant Low noise readout apparatus and method for cmos image sensors
JP5237844B2 (ja) * 2009-01-30 2013-07-17 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置
JP2010212417A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Fujifilm Corp 固体撮像素子、撮像装置、固体撮像素子の駆動方法
US9029750B1 (en) * 2011-08-02 2015-05-12 Northrop Grumman Systems Corporation CMOS and CCD sensor R/O with high gain and no kTC noise
US9344658B2 (en) * 2014-07-31 2016-05-17 Omnivision Technologies, Inc. Negative biased substrate for pixels in stacked image sensors
US10277840B2 (en) 2016-01-11 2019-04-30 Semiconductor Components Industries, Llc Methods for clocking an image sensor
US9854184B2 (en) * 2016-03-01 2017-12-26 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging pixels with a fully depleted charge transfer path
US10805567B2 (en) * 2018-09-13 2020-10-13 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging pixels with non-destructive readout capabilities
US10797101B2 (en) * 2018-10-15 2020-10-06 Semiconductor Components Industries, Llc Time delay integration image sensors with non-destructive readout capabilities

Also Published As

Publication number Publication date
US20200092502A1 (en) 2020-03-19
US10805567B2 (en) 2020-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107205129B (zh) 具有卷帘快门扫描模式和高动态范围的图像传感器
US11552115B2 (en) Imaging device including photoelectric converters and capacitive element
CN108111787B (zh) 摄像器件
US6555842B1 (en) Active pixel sensor with intra-pixel charge transfer
US10756129B2 (en) Image sensors having imaging pixels with ring-shaped gates
US6943838B2 (en) Active pixel sensor pixel having a photodetector whose output is coupled to an output transistor gate
US10186535B2 (en) Image sensors with stacked photodiodes
US7307300B2 (en) Solid-state image pick-up device and imaging system using the same
CN108305884B (zh) 像素单元和形成像素单元的方法及数字相机成像系统组件
US8390712B2 (en) Image sensing pixels with feedback loops for imaging systems
US8089543B2 (en) Solid-state image pickup element and solid-state image pickup device
US20120327281A1 (en) Electronic apparatus and driving method therefor
US9991298B1 (en) Stacked image sensor pixel cell with a charge amplifier and selectable shutter modes and in-pixel CDS
CN110248126B (zh) 具有埋入式沟道的双转换增益电路
CN210168124U (zh) 图像传感器
US10785425B2 (en) Image sensor with selective pixel binning
CN112216709A (zh) 用于在背照式高动态范围图像传感器像素中提高全局快门效率的方法和电路
CN110300272B (zh) 堆叠芯片图像传感器和操作能够同时积聚电子和空穴的图像传感器的方法
CN111182241A (zh) 具有高动态范围成像像素的图像传感器
CN111491115A (zh) 像素具有高动态范围、动态电荷溢流和全局快门扫描的背照式图像传感器
KR100801758B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제어 방법
CN211208448U (zh) 堆叠芯片图像传感器和固态堆叠芯片图像传感器
JP2018049855A (ja) 固体撮像装置及び電子機器
CN210093338U (zh) 图像传感器
CN112291490B (zh) 成像系统及使用图像像素生成具有降低的暗电流噪声的图像信号的方法

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200320

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee