TWI544615B - 具有具梯度分佈之儲存閘極植入的影像感測器像素 - Google Patents

Description

具有具梯度分佈之儲存閘極植入的影像感測器像素

本發明一般而言係關於半導體處理。更具體而言，本發明之實例係關於影像感測器像素單元儲存閘極之半導體處理。

對於高速影像感測器，可使用一全域快門來擷取快速移動之物件。一全域快門通常使得影像感測器中之所有像素單元能夠同時擷取影像。對於較慢移動之物件，使用較普通之滾動快門。一滾動快門通常以一順序擷取影像。舉例而言，可依序啟用一個二維(「2D」)像素單元陣列內之每一列，以使得一單個列內之每一像素單元同時擷取影像，但每一列以一滾動順序啟用。如此，每一像素單元列在一不同影像獲取窗期間擷取影像。對於緩慢移動之物件，每一列之間的時間差產生影像失真。對於快速移動之物件，一滾動快門導致沿著該物件之移動軸之一可感知伸長失真。

為實施一全域快門，儲存電容器或儲存電晶體(其在本文中亦可稱為儲存閘極)可用以在其等待自像素單元陣列之讀出時暫時儲存由陣列中之每一像素單元獲取之影像電荷。當使用一全域快門時，通常使用一轉移電晶體來將影像電荷自光電二極體轉移至儲存電晶體，且然後使用一輸出電晶體來將所儲存影像電荷自儲存電晶體轉移至像素單元之一讀出節點。

影響具有一全域快門之一影像感測器像素單元之效能之因素包含快門效率、暗電流、白色像素及影像滯後。設計者在設計像素單元時所面臨之一個折衷係，在重疊鄰近電晶體(例如，轉移電晶體、儲存電晶體及輸出電晶體)之結構以減小滯後時，電子中之某些電子陷獲於鄰近電晶體之間的深植入區域中，此導致「捏縮」之通道，此在轉移期間防止電子中之某些電子流動至輸出浮動擴散部。

100‧‧‧像素單元

110‧‧‧全域快門電晶體

120‧‧‧光電二極體

130‧‧‧轉移電晶體

140‧‧‧儲存電晶體

145‧‧‧儲存閘極植入

150‧‧‧輸出電晶體

160‧‧‧重設電晶體

170‧‧‧浮動擴散部

180‧‧‧放大器電晶體

190‧‧‧列選擇電晶體

200‧‧‧像素單元

202‧‧‧半導體基板

204‧‧‧閘極氧化物

206‧‧‧光

210‧‧‧快門閘極

220‧‧‧光電二極體

230‧‧‧轉移閘極

240‧‧‧儲存閘極

242‧‧‧電子電位

245‧‧‧儲存閘極植入

250‧‧‧輸出閘極

270‧‧‧浮動擴散部

330‧‧‧轉移閘極側

342‧‧‧電子電位

345A‧‧‧像素單元儲存閘極植入/儲存閘極植入

345B‧‧‧像素單元儲存閘極植入/儲存閘極植入

345C‧‧‧像素單元儲存閘極植入/儲存閘極植入

346A‧‧‧區域

346B‧‧‧區域

346C‧‧‧區域

347A‧‧‧指狀物/區域

348A‧‧‧區域

348B‧‧‧區域

348C‧‧‧區域

348D‧‧‧區域

350‧‧‧輸出閘極側

491‧‧‧成像系統

492‧‧‧像素陣列

494‧‧‧讀出電路

496‧‧‧功能邏輯

498‧‧‧控制電路

C1-Cx‧‧‧行

P1-Pn‧‧‧像素/像素單元

R1-Ry‧‧‧列

參考以下各圖闡述本發明之非限制性及非窮盡性實例，其中貫穿各種視圖，相似元件符號係指相似部件，除非另有規定。

圖1係圖解說明根據本發明之教示之具有具梯度分佈之一儲存閘極植入之一像素單元之一項實例之一示意圖。

圖2係圖解說明根據本發明之教示之具有具梯度分佈之一儲存閘極植入之一像素單元之一項實例之一剖視圖。

圖3A係圖解說明根據本發明之教示之具有一有效梯度分佈之一像素單元儲存閘極植入之一項實例之一俯視圖。

圖3B係圖解說明根據本發明之教示之具有一有效梯度分佈之一像素單元儲存閘極植入之另一實例之一俯視圖。

圖3C係圖解說明根據本發明之教示之具有一有效梯度分佈之一像素單元儲存閘極植入之又一實例之一俯視圖。

圖4係圖解說明根據本發明之教示之具有包含像素單元之一像素陣列之一成像系統之一項實例之一圖式，該等像素單元具有具梯度分佈之儲存閘極植入。

貫穿圖式之數個視圖，對應參考字符指示對應組件。熟習此項技術者將瞭解，圖中之元件係為簡單及清晰起見而圖解說明，且未必按比例繪製。舉例而言，為有助於改良對本發明之各項實施例之理解，圖中之元件中之某些元件之尺寸可能相對於其他元件而誇大。此 外，通常不繪示在一商業上可行之實施例中有用或必需之常見而眾所周知之元件以便促進對本發明之此等各種實施例之一較不受阻擋之觀察。

如將展示，本發明揭示針對於具有具一梯度分佈之儲存閘極植入之一影像感測器像素之方法及設備。在以下說明中，陳述眾多特定細節以便提供對本發明之一透徹理解。在以下說明中，陳述眾多特定細節以提供對實施例之一透徹理解。然而，熟習相關技術者將認識到，本文中所闡述之技術可在不具有特定細節中之一或多者之情況下實踐或者可藉助其他方法、組件、材料等來實踐。在其他例項中，未詳細展示或闡述眾所周知之結構、材料或操作以避免使特定態樣模糊。

貫穿此說明書對「一項實施例」、「一實施例」、「一項實例」或「一實例」之提及意指結合實施例或實例所闡述之一特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一項實施例或實例中。因此，貫穿此說明書之各個地方中出現之諸如「在一項實施例中」或「在一項實例中」之片語未必全部係指相同實施例或實例。此外，在一或多個實施例或實例中，可以任何適合方式來組合特定特徵、結構或特性。下文係藉由參考附圖對在本發明之實例之闡述中所使用之術語及元件之一詳細說明。

在典型之影像感測器像素單元中，陷獲於具有經重疊深植入區域之像素單元中之大部分電子由於深儲存電晶體植入而陷獲於轉移電晶體與儲存電晶體結構之間。轉移電晶體與儲存電晶體之間的重疊之減小可有助於減小被陷獲之電子之數目，但代價係光電二極體至儲存閘極滯後增加。減小儲存閘極植入能量亦可有助於減小儲存閘極滯後，但暗電流及/或白色像素之風險因此而增加。減小儲存閘極劑量 可有助於減小儲存閘極滯後，但代價係全井容量減小。

如將展示，根據本發明之教示之擁有包含具有具梯度分佈之儲存閘極植入之像素單元之一像素陣列之一成像系統達成具有具經減小光電二極體及儲存閘極轉移滯後之一全域快門之一影像感測器像素單元陣列。此外，如將論述，藉助根據本發明之教示之具有具梯度分佈之儲存閘極植入之像素單元，亦減小電子陷獲於像素單元之轉移閘極側上之風險。

為圖解說明，圖1係圖解說明根據本發明之教示之具有具梯度分佈之一儲存閘極植入145之一像素單元100之一項實例之一示意圖。舉例而言，在所繪示實例中，像素單元100包含一全域快門電晶體110、一光電二極體120、一轉移電晶體130、一儲存電晶體140、一輸出電晶體150、一浮動擴散部170、一重設電晶體160、一放大器電晶體180及耦合至一行位元線之一列選擇電晶體190，如所展示。如在實例中所圖解說明，根據本發明之教示，在儲存電晶體140之閘極下方之儲存閘極植入145具有一梯度摻雜分佈。特定而言，在一項實例中，根據本發明之教示，儲存閘極植入145之轉移閘極側處之有效摻雜位準小於儲存閘極植入145之輸出閘極側處之有效摻雜位準。在如所展示之儲存閘極植入145之梯度摻雜分佈之情況下，形成一對應梯度電位分佈。根據本發明之教示，儲存閘極植入145中之所得電位斜率有效地推動儲存閘極中之電子朝向輸出閘極側。因此，根據本發明之教示，儲存閘極植入145中之梯度分佈使接近儲存閘極植入145之轉移閘極側之儲存閘極電子密度相對於儲存閘極植入145之輸出閘極側減小且減小儲存閘極轉移滯後。

圖2係圖解說明根據本發明之教示之具有具梯度分佈之一儲存閘極植入245之一像素單元200之一項實例之一剖視圖。注意，在一項實例中，圖2之像素單元200係圖1之像素單元100之一剖視圖，且下文所 提及之類似命名及編號之元件類似於如上文所闡述而經耦合及起作用。如圖2中所繪示之實例中所展示，像素單元200係一前側照明式(FSI)像素單元，其包含安置於一半導體基板202中以累積來自經引導至一光電二極體220之光206之影像電荷之光電二極體220。在另一實例中，應瞭解，根據本發明之教示，像素單元200可替代地實施為一背側照明式(BSI)像素單元。返回參考圖2中所圖解說明之實例，在光電二極體220中所累積之影像電荷係電子。在其他實例中，應瞭解，在光電二極體220中所累積之影像電荷可係電洞。在一項實例中，光206代表透過一透鏡引導至像素單元200之一影像之一部分。在一項實例中，包含安置於閘極氧化物204及半導體基板202上方之一快門閘極210之一全域快門電晶體包含於像素單元200中，可利用該全域快門電晶體以便選擇性地耗乏光電二極體220中之(光伏打產生之)電荷。包含安置於閘極氧化物204及半導體基板202上方之一儲存閘極240之一儲存電晶體安置於半導體基板202中以儲存影像電荷。包含安置於閘極氧化物204及半導體基板202上方之一轉移閘極230之一轉移電晶體安置於光電二極體220與儲存電晶體之間以將影像電荷自光電二極體220選擇性地轉移至儲存電晶體用以將由光電二極體220累積之影像電荷儲存於儲存電晶體中。包含安置於閘極氧化物204及半導體基板202上方之一輸出閘極250之一輸出電晶體安置於半導體基板202中且耦合至儲存電晶體之一輸出以將影像電荷自儲存電晶體選擇性地轉移至一讀出節點，在一項實例中，該讀出節點包含安置於半導體基板202中之浮動擴散部270。在一項實例中，快門閘極210、轉移閘極230、儲存閘極240及輸出閘極250包含多晶矽。

繼續圖2中所繪示之實例，一儲存閘極植入245以如所展示之一梯度分佈植入於半導體基板202中。特定而言，在一項實例中，根據本發明之教示，儲存閘極植入245之轉移閘極230側處之有效摻雜位準 小於儲存閘極植入245之輸出閘極250側處之有效摻雜位準。因此，在如所展示之儲存閘極植入245之梯度摻雜分佈之情況下，形成一對應梯度電位分佈。如圖2中所展示，根據本發明之教示，儲存閘極植入245中之電子電位242自轉移閘極230側至輸出閘極250側降低，此在儲存閘極植入245中形成有效推動儲存閘極中之電子朝向輸出閘極250側之一電位斜率。因此，根據本發明之教示，儲存閘極植入245中之梯度分佈減小接近儲存閘極植入245之轉移閘極230側之儲存閘極電子密度，且減小儲存閘極轉移滯後。

圖3A係圖解說明根據本發明之教示之在半導體基板中於儲存閘極電晶體下方具有一有效梯度分佈之一像素單元儲存閘極植入345A之一項實例之一俯視圖。注意，在一項實例中，圖3A之儲存閘極植入345A係圖1之儲存閘極植入145或圖2之儲存閘極植入245之一俯視圖，且下文所提及之類似命名及編號之元件類似於如上文所闡述而經耦合及起作用。如圖3A中所繪示之實例中所展示，根據本發明之教示，儲存閘極植入345A包含複數個區域346A及348A，其中每一區域346A及348A具有自轉移閘極側330至輸出閘極側350增加之不同有效摻雜濃度。

在圖3A中所繪示之特定實例中，在區域346A朝向儲存閘極植入345A之輸出閘極側350中，存在摻雜劑至半導體基板中之一儲存閘極植入。在一項實例中，儲存閘極植入345A中之摻雜劑係N型摻雜劑。然而，根據本發明之教示，在區域348A朝向儲存閘極植入345A之轉移閘極側330中，未植入摻雜劑，此在儲存閘極植入345A之轉移閘極側330上界定所植入摻雜劑之多個「指狀物」347A及「指狀物」347A之間的無所植入摻雜劑之間隙。

在一項實例中，在如所展示已將具有「指狀物」347A之區域346A植入至半導體基板中之後，接著將半導體基板退火，此允許所 植入摻雜劑中之某些摻雜劑在半導體基板中自較高摻雜濃度之區至較低摻雜濃度之區四處移動。在擁有具有較高摻雜濃度之「指狀物」347A之區域346A與具有較低摻雜濃度之區域348A之間的摻雜劑梯度之情況下，所植入摻雜劑中之某些摻雜劑將因此由於退火而跨越區域346A與348A之間的邊界自區域346A及「指狀物」347A移動至區域348A中。換言之，在圖3A中所繪示之實例中，根據本發明之教示，所植入摻雜劑中之某些摻雜劑將自具有「指狀物」347A之區域346A移動至區域348A中，且淨結果將係儲存閘極植入345A之OG側350與TX側330之間的一摻雜劑梯度。

在圖3A中所繪示之實例中，注意，用以將摻雜劑植入至區域346A中之遮罩經圖解說明為使一間隙與「指狀物」347A寬度之比率固定於1：1。應瞭解，間隙與「指狀物」347A寬度之比率可係變化的，舉例而言，自0.5：1至1.5：1，此允許儲存閘極植入345A中之梯度根據本發明之教示而進一步調整。應瞭解，實例性0.5：1至1.5：1之比率係出於闡釋目的而提供，且在其他實例中，根據本發明之教示，可利用間隙與「指狀物」347A寬度之其他變化之比率。

因此，根據本發明之教示，藉助(如在圖3A之實例中所展示)由區域346A、347A及348A界定之所植入摻雜劑之多個「指狀物」347A及無所植入摻雜劑且在如所闡述之退火之情況下，提供針對儲存閘極植入345A之一有效梯度分佈。因此，根據本發明之教示，儲存閘極植入345A之轉移閘極側330處之有效摻雜位準小於儲存閘極植入345A之輸出閘極側350處之有效摻雜位準。因此，在如所展示之儲存閘極植入345A之梯度摻雜分佈之情況下，形成一對應梯度電位分佈。如圖3A中所展示，根據本發明之教示，儲存閘極植入345A中之電子電位342自轉移閘極側330至輸出閘極側350降低，此在儲存閘極植入345A中形成一電位斜率，其防止電子陷獲於轉移閘極側330處且有效地推 動儲存閘極中之電子朝向輸出閘極側350，之後將電子轉移至浮動擴散部。因此，根據本發明之教示，儲存閘極植入345A中之梯度分佈減小接近儲存閘極植入345A之轉移閘極側330之儲存閘極電子密度，且減小儲存閘極轉移滯後。此外，在圖3A中所繪示之實例中，應瞭解，根據本發明之教示，可僅藉助如上文所論述之用以提供具有多個「指狀物」347A之區域346A之一單個遮罩、一單個植入步驟及一退火步驟來達成儲存閘極植入345A之梯度分佈。

圖3B係圖解說明根據本發明之教示之具有一有效梯度分佈之一像素單元儲存閘極植入345B之另一實例之一俯視圖。注意，在一項實例中，圖3B之儲存閘極植入345B係圖1之儲存閘極植入145或圖2之儲存閘極植入245之一俯視圖，且下文所提及之類似命名及編號之元件類似於如上文所闡述而經耦合及起作用。如圖3B中所繪示之實例中所展示，根據本發明之教示，儲存閘極植入345B包含複數個區域346B及348B，其中每一區域346B及348B具有自轉移閘極側330至輸出閘極側350增加之不同有效摻雜濃度。

在圖3B中所繪示之特定實例中，在區域348B朝向儲存閘極植入345B之轉移閘極側330中，存在摻雜劑至半導體基板中之一第一儲存閘極植入，其標記為「SG1植入」。在一項實例中，儲存閘極植入345B中之摻雜劑係N型摻雜劑。然而，在區域346B朝向儲存閘極植入345B之輸出閘極側350中，存在摻雜劑之一額外第二植入，其對應地標記為「SG1+SG2植入」。

在一項實例中，在如所展示已將區域346B及348B植入至半導體基板中之後，可接著將半導體基板退火，此允許所植入摻雜劑中之某些摻雜劑在半導體基板中自較高摻雜濃度之區至較低摻雜濃度之區四處移動。在具有一較高摻雜濃度之區域346B與具有一較低摻雜濃度之區域348B之間的摻雜劑梯度之情況下，所植入摻雜劑中之某些摻 雜劑將因此由於退火而跨越區域346B與348B之間的邊界自區域346B移動至區域348B中。換言之，在圖3B中所繪示之實例中，根據本發明之教示，所植入摻雜劑中之某些摻雜劑將自區域346B移動至區域348B中，且淨結果將係儲存閘極植入345B之OG側350與TX側330之間的一摻雜劑梯度。

因此，根據本發明之教示，在如圖3B之實例中所展示摻雜劑自轉移閘極側330朝向輸出閘極側350至儲存閘極植入345B中之增加之數目之植入之情況下，提供針對儲存閘極植入345B之一有效梯度分佈。因此，根據本發明之教示，儲存閘極植入345B之轉移閘極側330處之有效摻雜位準小於儲存閘極植入345B之輸出閘極側350處之有效摻雜位準。因此，在如所展示之儲存閘極植入345B之梯度摻雜分佈之情況下，形成一對應梯度電位分佈。如圖3B中所展示，根據本發明之教示，儲存閘極植入345B中之電子電位342自轉移閘極側330至輸出閘極側350降低，此在儲存閘極植入345B中形成一電位斜率，其防止電子陷獲於轉移閘極側330處且有效地推動儲存閘極中之電子朝向輸出閘極側350，之後將電子轉移至浮動擴散部。因此，根據本發明之教示，儲存閘極植入345B中之梯度分佈減小接近儲存閘極植入345B之轉移閘極側330之儲存閘極電子密度，且減小儲存閘極轉移滯後。

圖3C係圖解說明根據本發明之教示之具有一有效梯度分佈之一像素單元儲存閘極植入345C之又一實例之一俯視圖。注意，在一項實例中，圖3C之儲存閘極植入345C係圖1之儲存閘極植入145或圖2之儲存閘極植入245之一俯視圖，且下文所提及之類似命名及編號之元件類似於如上文所闡述而經耦合及起作用。亦應瞭解，圖3C之儲存閘極植入345C與圖3B之儲存閘極植入345B共享許多類似性。根據本發明之教示，圖3C之儲存閘極植入345C與圖3B之儲存閘極植入345B 之間的一個差別係，圖3C之儲存閘極植入345C包含其中圖解說明為複數個區域346C、348C及348D之一額外區域，其中每一區域346C、348C及348D具有自轉移閘極側330至輸出閘極側350增加之不同有效摻雜濃度。

在圖3C中所繪示之特定實例中，在區域348D朝向儲存閘極植入345C之轉移閘極側330中，存在摻雜劑至半導體基板中之一第一儲存閘極植入，其標記為「SG1植入」。在一項實例中，儲存閘極植入345C中之摻雜劑係N型摻雜劑。在該實例中，朝向輸出閘極側350移動，存在其中存在摻雜劑之一額外儲存閘極植入(其對應地標記為「SG1+SG2植入」)之另一區域348C。繼續朝向輸出閘極側350，存在其中存在摻雜劑之又一額外儲存閘極植入(其對應地標記為「SG1+SG2+SG3植入」)之又一區域346C。

在一項實例中，在如所展示已將區域346C、348C及348D植入至半導體基板中之後，接著將半導體基板退火，此允許所植入摻雜劑中之某些摻雜劑在半導體基板中自較高摻雜濃度之區至較低摻雜濃度之區四處移動。在具有一較高摻雜濃度之區域346C、具有一較低摻雜濃度之區域348C與具有比區域348C甚至更低之一摻雜濃度之區域348D之間的摻雜劑梯度之情況下，所植入摻雜劑中之某些摻雜劑將因此由於退火而跨越區域346C與348C以及348C與348D之間的邊界自區域346C移動至區域348C中以及自區域348C移動至348D中。換言之，在圖3C中所繪示之實例中，根據本發明之教示，所植入摻雜劑中之某些摻雜劑將自區域346C移動至區域348C中以及自348C移動至區域348D中，且淨結果將係儲存閘極植入345C之OG側350與TX側330之間的一摻雜劑梯度。

因此，根據本發明之教示，在如圖3C之實例中所展示摻雜劑自轉移閘極側330朝向輸出閘極側350至儲存閘極植入345C中之增加之 數目之植入之情況下，提供針對儲存閘極植入345C之一有效梯度分佈。因此，根據本發明之教示，儲存閘極植入345C之轉移閘極側330處之有效摻雜位準小於儲存閘極植入345C之輸出閘極側350處之有效摻雜位準。因此，在如所展示之儲存閘極植入345C之梯度摻雜分佈之情況下，形成一對應梯度電位分佈。如圖3C中所展示，根據本發明之教示，儲存閘極植入345C中之電子電位342自轉移閘極側330至輸出閘極側350降低，此在儲存閘極植入345C中形成一電位斜率，其防止電子陷獲於轉移閘極側330處且有效地推動儲存閘極中之電子朝向輸出閘極側350，之後將電子轉移至浮動擴散部。因此，根據本發明之教示，儲存閘極植入345C中之梯度分佈減小接近儲存閘極植入345C之轉移閘極側330之儲存閘極電子密度，且減小儲存閘極轉移滯後。

圖4係圖解說明根據本發明之教示之包含具有像素單元之一像素陣列之一成像系統491之一項實例之一圖式，該等像素單元包含具梯度分佈之儲存閘極植入。如在所繪示實例中所展示，成像系統491包含耦合至控制電路498及讀出電路494之像素陣列492，該讀出電路494耦合至功能邏輯496。

在一項實例中，像素陣列492係影像感測器像素單元(例如，像素P1、P2、P3、...、Pn)之一個二維(2D)陣列。注意，像素陣列492中之像素單元P1、P2、...Pn可係圖1之像素單元100及/或圖2之像素單元200之實例，且下文所提及之類似命名及編號之元件類似於如上文所闡述而經耦合及起作用。如所圖解說明，每一像素單元經配置至一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)中以獲取一人、地方、物件等之影像資料，然後可使用該影像資料再現該人、地方、物件等之一2D影像。

在一項實例中，在每一像素單元P1、P2、P3、...、Pn已獲取其 影像資料或影像電荷之後，該影像資料由讀出電路494讀出且然後傳送至功能邏輯496。在各種實例中，讀出電路494可包含放大電路、類比轉數位(ADC)轉換電路或其他。功能邏輯496可簡單地儲存影像資料或甚至藉由應用影像後效應(例如，修剪、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱影像資料。在一項實例中，讀出電路494可沿著讀出行線(所圖解說明)一次讀出一列影像資料或可使用各種其他技術(未圖解說明)讀出影像資料，諸如一串列讀出或對所有像素同時進行之一全並列讀出。

在一項實例中，控制電路498耦合至像素陣列492以控制像素陣列492之操作特性。在一項實例中，控制電路498經耦合以產生用於控制每一像素單元之影像獲取之一全域快門信號。在該實例中，全域快門信號同時啟用像素陣列492內之所有像素單元P1、P2、P3、...Pn以同時使得像素陣列492中之所有像素單元能夠在一單個獲取窗期間同時轉移來自每一各別光電二極體之影像電荷。

包含發明摘要中所闡述內容之本發明之所圖解說明實例之以上說明並非意欲為窮盡性或限制於所揭示之精確形式。雖然出於說明性目的而在本文中闡述本發明之特定實施例及實例，但可在不背離本發明之較寬廣精神及範疇之情況下做出各種等效修改。實際上，應瞭解，特定實例性電壓、電流、頻率、功率範圍值、時間等係出於闡釋目的而提供，且根據本發明之教示，亦可在其他實施例及實例中採用其他值。

鑒於以上詳細說明可對本發明之實例做出此等修改。以下申請專利範圍中所使用之術語不應理解為將本發明限制於說明書及申請專利範圍中所揭示之特定實施例。而是，該範疇將完全由以下申請專利範圍來判定，該等申請專利範圍將根據申請專利範圍解釋之既定原則加以理解。因此，應將本說明書及圖視為說明性而非限制性。

200‧‧‧像素單元

202‧‧‧半導體基板

204‧‧‧閘極氧化物

206‧‧‧光

210‧‧‧快門閘極

220‧‧‧光電二極體

230‧‧‧轉移閘極

240‧‧‧儲存閘極

242‧‧‧電子電位

245‧‧‧儲存閘極植入

250‧‧‧輸出閘極

270‧‧‧浮動擴散部

Claims (27)

1. 一種像素單元，其包括：一儲存電晶體，其安置於一半導體基板中，該儲存電晶體包含：一儲存閘極，其安置於該半導體基板上方；及一儲存閘極植入，其經退火且在該半導體基板中於該儲存電晶體閘極下方具有一梯度分佈以儲存由安置於該半導體基板中之一光電二極體累積之影像電荷；一轉移電晶體，其安置於該半導體基板中且耦合於該光電二極體與該儲存電晶體之一輸入之間以將該影像電荷自該光電二極體選擇性地轉移至該儲存電晶體，該轉移電晶體包含安置於該半導體基板上方之一轉移閘極；及一輸出電晶體，其安置於該半導體基板中且耦合至該儲存電晶體之一輸出以將該影像電荷自該儲存電晶體選擇性地轉移至一讀出節點，該輸出電晶體包含安置於該半導體基板上方之一輸出閘極。
2. 如請求項1之像素單元，其中該儲存閘極植入具有在該儲存閘極植入之一轉移閘極側上界定之多個指狀物，其中在該多個指狀物之間界定若干間隙。
3. 如請求項2之像素單元，其中該等間隙之一寬度與該多個指狀物之一寬度之一比率係變化的。
4. 如請求項2之像素單元，其中該等間隙之一寬度與該多個指狀物之一寬度之一比率係固定的。
5. 如請求項1之像素單元，其中該儲存閘極植入具有一梯度摻雜劑分佈，以使得在該儲存閘極植入之一轉移閘極側上之該儲存閘極植入之一摻雜濃度小於在該儲存閘極植入之一輸出閘極側上 之該儲存閘極植入之該摻雜濃度。
6. 如請求項1之像素單元，其中該儲存閘極植入具有一梯度電位分佈，以使得該儲存閘極植入中之一電位斜率推動該儲存閘極植入中之電子朝向該儲存閘極植入之一輸出閘極側。
7. 如請求項1之像素單元，其中該儲存閘極植入接近該儲存閘極植入之一轉移閘極側具有相對於該儲存閘極植入之一輸出閘極側之一經減小儲存閘極電子密度。
8. 如請求項1之像素單元，其中該儲存閘極植入包括複數個區域，其中該儲存閘極植入之該複數個區域中之每一者具有一不同摻雜濃度，其中該儲存閘極植入之該複數個區域中之每一者之該摻雜濃度自該儲存閘極植入之一轉移閘極側至該儲存閘極植入之一輸出閘極側增加。
9. 如請求項1之像素單元，其中該轉移閘極、該儲存閘極及該輸出閘極包括多晶矽。
10. 如請求項1之像素單元，其進一步包括安置於該半導體基板與該轉移閘極、該儲存閘極及該輸出閘極之間的一閘極氧化物。
11. 如請求項1之像素單元，其中該讀出節點包括安置於該半導體基板中之一浮動擴散部。
12. 如請求項1之像素單元，其中該影像電荷包括電子。
13. 如請求項1之像素單元，其中該儲存閘極植入包括N型摻雜劑。
14. 如請求項1之像素單元，其進一步包括：一重設電晶體，其安置於該半導體基板中且耦合至該讀出節點；一放大器電晶體，其安置於該半導體基板中，具有耦合至該讀出節點之一放大器閘極；及一列選擇電晶體，其安置於該半導體基板中，耦合於一位元 線與該放大器電晶體之間。
15. 如請求項1之像素單元，其進一步包括一快門閘極電晶體，該快門閘極電晶體安置於該半導體基板中且耦合至該光電二極體以選擇性地耗乏來自該光電二極體之該影像電荷。
16. 一種成像系統，其包括：像素單元之一像素陣列，其中該等像素單元中之每一者包含：一儲存電晶體，其安置於一半導體基板中，該儲存電晶體包含：一儲存閘極，其安置於該半導體基板上方；及一儲存閘極植入，其經退火且在該半導體基板中於該儲存電晶體閘極下方具有一梯度分佈以儲存由安置於該半導體基板中之一光電二極體累積之影像電荷；一轉移電晶體，其安置於該半導體基板中且耦合於該光電二極體與該儲存電晶體之一輸入之間以將該影像電荷自該光電二極體選擇性地轉移至該儲存電晶體，該轉移電晶體包含安置於該半導體基板上方之一轉移閘極；及一輸出電晶體，其安置於該半導體基板中且耦合至該儲存電晶體之一輸出以將該影像電荷自該儲存電晶體選擇性地轉移至一讀出節點，該輸出電晶體包含安置於該半導體基板上方之一輸出閘極；控制電路，其耦合至該像素陣列以控制該像素陣列之操作；及讀出電路，其耦合至該像素陣列以自該複數個像素讀出影像資料。
17. 如請求項16之成像系統，其中該控制電路經耦合以將一全域快門信號選擇性地發送至該像素陣列以同時啟用像素陣列中之所 有該等像素單元，以在一單個獲取窗期間同時轉移來自每一各別光電二極體之該影像電荷。
18. 如請求項16之成像系統，其中該儲存閘極植入具有在該儲存閘極植入之一轉移閘極側上界定之多個指狀物，其中在該多個指狀物之間界定若干間隙。
19. 如請求項18之成像系統，其中該等間隙之一寬度與該多個指狀物之一寬度之一比率係變化的。
20. 如請求項18之成像系統，其中該等間隙之一寬度與該多個指狀物之一寬度之一比率係固定的。
21. 如請求項16之成像系統，其中該儲存閘極植入具有一梯度摻雜劑分佈，以使得在該儲存閘極植入之一轉移閘極側上之該儲存閘極植入之一摻雜濃度小於在該儲存閘極植入之一輸出閘極側上之該儲存閘極植入之該摻雜濃度。
22. 如請求項16之成像系統，其中該儲存閘極植入具有一梯度電位分佈，以使得該儲存閘極植入中之一電位斜率推動該儲存閘極植入中之電子朝向該儲存閘極植入之一輸出閘極側。
23. 如請求項16之成像系統，其中該儲存閘極植入接近該儲存閘極植入之一轉移閘極側具有相對於該儲存閘極植入之一輸出閘極側之一經減小儲存閘極電子密度。
24. 如請求項16之成像系統，其中該儲存閘極植入包括複數個區域，其中該儲存閘極植入之該複數個區域中之每一者具有一不同摻雜濃度，其中該儲存閘極植入之該複數個區域中之每一者之該摻雜濃度自該儲存閘極植入之一轉移閘極側至該儲存閘極植入之一輸出閘極側增加。
25. 如請求項16之成像系統，其中該讀出節點包括安置於該半導體基板中之一浮動擴散部。
26. 如請求項16之成像系統，其中該等像素單元中之每一者進一步包括：一重設電晶體，其安置於該半導體基板中且耦合至該讀出節點；一放大器電晶體，其安置於該半導體基板中，具有耦合至該讀出節點之一放大器閘極；及一列選擇電晶體，其安置於該半導體基板中，耦合於一位元線與該放大器電晶體之間。
27. 如請求項16之成像系統，其中該等像素單元中之每一者進一步包括一快門閘極電晶體，該快門閘極電晶體安置於該半導體基板中且耦合至該光電二極體以選擇性地耗乏來自該光電二極體之該影像電荷。