TWI820463B - 具有垂直轉移閘極和正方形重置以及源極隨耦器佈局之影像感測器及產生電子影像之方法 - Google Patents

具有垂直轉移閘極和正方形重置以及源極隨耦器佈局之影像感測器及產生電子影像之方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI820463B
TWI820463B TW110128951A TW110128951A TWI820463B TW I820463 B TWI820463 B TW I820463B TW 110128951 A TW110128951 A TW 110128951A TW 110128951 A TW110128951 A TW 110128951A TW I820463 B TWI820463 B TW I820463B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
photodiode
transistor
photodiodes
source follower
image sensor
Prior art date
Application number
TW110128951A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202209662A (zh
Inventor
輝 臧
剛 陳
Original Assignee
美商豪威科技股份有限公司
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 美商豪威科技股份有限公司 filed Critical 美商豪威科技股份有限公司
Publication of TW202209662A publication Critical patent/TW202209662A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI820463B publication Critical patent/TWI820463B/zh

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L27/14641—Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements
    • 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
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • 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
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • 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
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/53—Control of the integration time
    • 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
    • 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
    • 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
    • H04N25/766—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors comprising control or output lines used for a plurality of functions, e.g. for pixel output, driving, reset or power
    • 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
    • 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
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself
    • 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

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

一種CMOS影像感測器具有光電二極體單元的陣列，每個光電二極體單元包括通過垂直轉移閘極電晶體耦接到單個浮動節點擴散的四個埋入式光電二極體。每個單元還具有耦接到浮動節點擴散的重置電晶體、具有耦接到浮動節點擴散的閘極的源極隨耦器電晶體以及耦接到源極隨耦器電晶體的讀取選擇電晶體。重置電晶體、源極隨耦器電晶體和讀取選擇電晶體主要具有與沿著影像感測器之一光電二極體陣列之一光電二極體的整個水平列延伸的一線的夾角大於30度且小於60度的閘極和多個形狀邊，以及在光電二極體陣列之光電二極體上方垂直地形成，並且與光電二極體陣列之光電二極體形成在相同的積體電路中。

Description

具有垂直轉移閘極和正方形重置以及源極隨耦器佈局之影像感測 器及產生電子影像之方法
本發明有關於影像感測器的光電二極體陣列內的電晶體和光電二極體的佈局的領域。
在實施例中，CMOS影像感測器具有光電二極體單元陣列，其中多個光電二極體單元的每個包括：第一、第二、第三和第四埋入式光電二極體，每個光電二極體通過垂直轉移閘極電晶體耦接到單個浮動節點擴散；耦接到浮動節點擴散的重置電晶體；具有耦接到浮動節點擴散的閘極的源極隨耦器電晶體；以及具有耦接到源極隨耦器電晶體之源極的汲極的讀取選擇電晶體。重置電晶體、源極隨耦器電晶體和讀取選擇電晶體主要具有大於30度且小於60度的一角度定向的閘極和多個形狀邊，該角度為從沿著影像感測器之一光電二極體陣列之一光電二極體的整個水平列而延伸的一線的夾角，並且垂直地形成在該光電二極體陣列之該些光電二極體上方，且與該光電二極體陣列之該些光電二極體形成在相同的積體電路中。
在另一個實施例中，一種產生電子影像的方法包括：藉由導通重置電晶體和至少一個垂直轉移閘極電晶體來重置影像感測器之一光電二極體陣列之一列光電二極體之一埋入式光電二極體，其中重置電晶體被配置為主要在埋入式光電二極體的頂部並且具有多個主要邊，該多個主要邊係具有與透過光電二極體陣列之一列光電二極體之該些光電二極體所繪製的一線成30到60度之間的一角度定位；關閉重置電晶體和垂直轉移閘極電晶體，然後等待一曝光 時間；導通垂直轉移閘極電晶體以將埋入式光電二極體耦接到源極隨耦器，源極隨耦器具有一形塑為“U”形或“O”形的閘極，其圍繞讀取選擇電晶體。在另一個實施例中，源極隨耦器具有線性閘極，該線性閘極具有與透過光電二極體陣列之一列光電二極體所繪製的一線成30度和60度之間的一角度定位。
100:單元
102、104、106、108:轉移閘極電晶體
110、210、530:重置電晶體
112:源極隨耦器電晶體
114、506:讀取選擇電晶體
200:佈局
202、204、206、208:光電二極體
210、212、214、216:溝槽
220、238:擴散區
222、230:矩形環形多晶矽線
224:浮動節點區
226:汲極區
232:源極區
234、236:讀取選擇線
300:截面
302、304:埋入式光電二極體
306、308、320:閘極
310、526:浮動節點擴散
312、316:矩形線
314:VDD電源擴散
318:節點
322:位元線
402:垂直選擇電晶體
404-1、404-2:光電二極體像素單元
406:公共浮動節點擴散
408、408-2、408-3、408-4:矩形區域
410:X軸
412、414:邊
501、520:線性重置電晶體
504:U形源極隨耦器電晶體
510:U形源極隨耦器電晶體
512:U形重置電晶體
514:線性讀取選擇電晶體
522:O形源極隨耦器電晶體
524:O形讀取選擇電晶體
圖1是說明包含四個光電二極體及其相關聯電路的單元的示意圖。
圖2顯示具有根據圖1的示意圖的單元之部分佈局，其中選擇電晶體是垂直電晶體，並且重置電晶體、源極隨耦器電晶體和讀取選擇電晶體形成在光電二極體上方。
圖3示出了沿圖2的線A-A截取的單元的示意性局部橫截面。
圖4示出了具有四個像素單元的光電二極體佈局，每個像素單元具有四個埋入式光電二極體，其中成對的垂直選擇電晶體共用菱形浮動節點。
圖5是說明在第一實施例中的單元之每個電晶體位於何處的示意圖。
圖6是說明在第二實施例中的單元之每個電晶體位於何處的示意圖。
圖7是說明在第三實施例中的單元之每個電晶體位於何處的示意圖。
圖8是說明在第四實施例中的單元之每個電晶體位於何處的示意圖。
通常，CMOS影像感測器包含光電二極體的陣列。為了獲得高 靈敏度，期望光電二極體佔據陣列的盡可能大的百分比。進一步，為了實現高像素數，期望每個光電二極體及其相關電路佔據盡可能小的晶片面積。
為了在最大化光電二極體面積的同時最小化與每個光電二極體相關聯的晶片面積，我們在光電二極體的頂部上構建與每個光電二極體相關聯的電路。
圖1示意性地顯示出包含四個光電二極體PD1、PD2、PD3、PD4及其相關聯電路的單元(cell)100，包括由光電二極體選擇線TX1、TX2、TX3、TX4控制的轉移閘極電晶體102、104、106、108、浮動節點FD、由重置線RST控制的重置電晶體110、源極隨耦器電晶體112和被配置為在單元被讀取時選擇性地將源極隨耦器電晶體耦接到輸出位元線BL的讀取選擇電晶體114。在本發明的CMOS影像感測器中，光電二極體PD1、PD2、PD3和PD4是埋入式光電二極體，它們透過垂直轉移閘極電晶體102、104、106、108耦接到公共浮動節點FD。
在4光電二極體單元的佈局200中，有四個光電二極體202、204、206、208。每個光電二極體係透過在繪製的溝槽210、212、214、216中形成的一個或多個單獨的垂直轉移閘極電晶體而被存取(accessed)。儘管在圖2中為每個光電二極體示出了一個垂直轉移閘極電晶體，但在替代實施例中，對於每個光電二極體可以並聯耦接的有兩個或更多個垂直轉移閘極電晶體。在光電二極體202、204、206、208的頂部上繪製了擴散區220。圍繞所繪製溝槽的是一矩形環形多晶矽線222，其耦接到重置線RST並形成重置電晶體110(圖1)，在此它與繪製的擴散區220相交並且將繪製的擴散區分成浮動節點區224和耦接到電源VDD的汲極區226。浮動節點區224耦接到第二矩形環形多晶矽線230，其係作為一源極隨耦器電晶體112之一閘極，並將擴散區220分成源極隨耦器112之汲極區226和源極區232。一個或多個附加的讀取選擇線234、236進一步將繪製的擴散區220分成源極隨耦器的源極區232和耦接到輸出位元線BL的擴散區238。擴散區220、源極隨耦器電晶體閘極和重置電晶體閘極被配置為主要在光電二極體的頂部並且與光電二極體在相同的矽基板中，如圖2和 圖3所示。
在沿圖2中A-A截取的截面300中，埋入式光電二極體302、304顯示為透過具有閘極306、308的多個垂直轉移閘極電晶體耦接到浮動節點擴散310，其圍繞該些垂直轉移閘極電晶體。矩形線312圍繞浮動節點擴散310，耦接到重置線RST，用作重置電晶體110之閘極，並將浮動節點擴散與VDD電源擴散314分開。矩形線316圍繞VDD電源擴散314，耦接到浮動節點擴散310，並用作源極隨耦器112電晶體之閘極，源極隨耦器112的源極位於節點318。為了讀取由單元表示的一組四個光電二極體，還設置一讀取選擇電晶體114，該讀取選擇電晶體114具有在節點318處的汲極、耦接到一讀取選擇線的閘極320和在位元線322處的源極。
在影像感測器積體電路中除了顯示出的那些層之外還提供一些附加層和形狀，諸如耦接到矩形環形多晶矽線222的金屬重置線RST、耦接到VDD電源擴散314的金屬電源線、耦接到位元線擴散322的金屬位元線、耦接到讀取選擇線320的金屬線。進一步，影像感測器積體電路可以在其上具有附加電路，諸如位址解碼器和計數器、類比數位轉換器、視頻處理器和記憶體元件。
在實施例中，埋入式光電二極體由嵌入P摻雜矽中的N摻雜矽形成，並且VDD電源擴散、浮動節點擴散和節點318是N摻雜矽。在這些實施例中，垂直轉移閘極電晶體、讀取選擇電晶體、源極隨耦器電晶體和重置電晶體是CMOS積體電路領域中已知的N通道電晶體。
在替代實施例中，代替位於環形重置電晶體和源極隨耦器電晶體下方的四個埋入式光電二極體，存在兩個、六個或八個光電二極體，每個光電二極體具有一垂直轉移閘極耦合到一公共浮動節點，其中一環形重置電晶體和一環形源極隨耦器電晶體圍繞此浮動節點，並且主要形成在兩個、六個或八個光電二極體的頂部。
四埋入式光電二極體單元係與電晶體重疊配置或者是形成於電 晶體之上，圖1~3中的該四埋入式光電二極體單元係被操作為藉由導通垂直轉移閘極電晶體和重置電晶體來重置光電二極體以形成影像。垂直轉移閘極電晶體和重置電晶體在曝光時間內關閉，直到需要讀取光電二極體上的電荷為止，光電二極體上的電荷在曝光時間期間已藉由光電二極體中的光電流而改變。為了讀取光電二極體上的電荷，導通針對選定光電二極體的垂直轉移閘極電晶體以耦合電荷到浮動節點，並因此耦合到源極隨耦器之閘極，同時導通讀取選擇電晶體。
針對光電二極體的陣列中的每個四光電二極體像素單元404-1、404-2之每個埋入式光電二極體，我們已經修正了光電二極體佈局以使用並聯的兩個垂直選擇電晶體402(圖4)。每個四光電二極體像素單元具有覆蓋(重疊)單元的所有四個光電二極體的角的公共浮動節點擴散406。我們形塑浮動節點擴散為菱形(diamond)或正方形，其具有從X軸410或光電二極體陣列之光電二極體列而旋轉45度的邊412。這使得鋪設近似矩形區域408的陣列於光電二極體的頂部成為可能，每個區域408、408-2、408-3、408-4具有從陣列的X軸410旋轉45度的邊414，每個區域408相關聯於且包含公共浮動節點擴散406中的一個。
在實施例中，在每個單元之這些近似矩形區域408中，我們構建如圖3中顯示的重置電晶體110(圖3)、源極隨耦器電晶體112和讀取選擇電晶體114。重置電晶體110耦接到浮動節點擴散，源極隨耦器電晶體112的閘極耦接到浮動節點擴散，以及讀取選擇電晶體的汲極耦接到源極隨耦器電晶體112的源極。在顯示的每個實施例中，我們使用與X軸或者沿著光電二極體陣列之光電二極體的整個水平列延伸的一線成45度角所成的主要的多個線和邊之佈局來構建電晶體110、112、114，以優化這些光電二極體的垂直上方的這些電晶體之佈局，其與這些光電二極體形成於相同的積體電路中。
在圖5的第一實施例中，其提供了線性重置電晶體501，旨在優化讀取光電二極體陣列的速度的U形源極隨耦器(SF)電晶體504，以及較小的讀取選擇電晶體506。在此實施例中，讀取選擇電晶體506也具有U形閘極，其被源極隨耦器電晶體之U形閘極所包圍。
圖6是說明在第二實施例中的單元之每個電晶體位於何處的示意圖，此實施例類似於圖5的實施例的反向。在此實施例中，提供U形源極隨耦器(SF)電晶體510以優化光電二極體陣列的讀取速度，其包含於較小的U形重置電晶體512之U形的臂內。源極隨耦器電晶體饋電一線性讀取選擇電晶體514。
圖7是說明在第三實施例中的單元之每個電晶體位於何處的示意圖，此實施例具有線性重置電晶體520、O形源極隨耦器電晶體522和位於O形源極隨耦器電晶體522內的O形讀取選擇電晶體524。可以通過複製圖2的佈局並旋轉它以適合圍繞浮動節點擴散526來有效地反轉電晶體來修正此實施例。
圖8是說明在第四實施例中的單元之每個電晶體位於何處的示意圖，其中重置電晶體530、源極隨耦器電晶體522和讀取選擇電晶體524在形狀上都基本上是線性的。源極隨耦器電晶體522比讀取選擇電晶體524和重置電晶體530來得大以優化讀取速度並降低雜訊。
前述所討論的相對於一列光電二極體的這些電晶體中使用的45度角的線是假設每個光電二極體近似為正方形。在一些實施例中，這些光電二極體可以是矩形的，使得區域408可以具有比正方形光電二極體的理想的45度更淺的角度定向，其中正方形光電二極體具有通過影像感測器之光電二極體陣列之光電二極體之一水平列所繪製的線的角度仍然大於30度並且小於60度。
組合
本文描述的特徵可以以多種方式組合以形成各種組合。發明人預期的這些組合包括：指定為A的CMOS影像感測器包括光電二極體單元的陣列，其中多個光電二極體單元的每個包括：第一、第二、第三和第四埋入式光電二極體，每個光電二極體通過垂直轉移閘極電晶體耦接到單個浮動節點擴散；耦接到浮動節點擴散的重置電晶體；具有耦接到浮動節點擴散的閘極的源極隨耦器 電晶體；以及具有耦接到源極隨耦器電晶體之源極的汲極的讀取選擇電晶體。重置電晶體、源極隨耦器電晶體和讀取選擇電晶體主要具有大於30度且小於60度的一角度定向的閘極和多個形狀邊，該角度為沿著影像感測器之一光電二極體陣列之一光電二極體的整個水平列而延伸的一線的夾角，並且垂直地形成在光電二極體陣列之該些光電二極體上方，且與光電二極體陣列之該些光電二極體形成在相同的積體電路中。
指定為AA的CMOS影像感測器包括指定為A的影像感測器，其中，在多個光電二極體單元中，源極隨耦器電晶體具有“U”形。
指定為AB的CMOS影像感測器包括指定為A或AA的影像感測器，其中，在多個光電二極體單元中，讀取選擇電晶體具有“U”形。
指定為AC的CMOS影像感測器包括指定為A、AA或AB的影像感測器，其中，在多個光電二極體單元中，重置電晶體具有“U”形。
指定為AD的CMOS影像感測器包括指定為A的影像感測器，其中，在多個光電二極體單元中，源極隨耦器電晶體具有“O”形。
指定為AE的CMOS影像感測器包括指定為A或AD的影像感測器，其中，在多個光電二極體單元中，重置電晶體具有“O”形。
指定為AF的CMOS影像感測器包括指定為A、AD或AE的影像感測器，其中，在多個光電二極體單元中，讀取電晶體具有“O”形。
指定為AG的CMOS影像感測器包括指定為A、AA、AB、AC、AD、AE、AF或AG的影像感測器，其中，在多個光電二極體單元中，源極隨耦器電晶體通過讀取選擇電晶體耦接到一位元線，並且其中讀取選擇電晶體覆蓋(重疊)在第一、第二、第三或第四光電二極體中的至少一個之上。
指定為AH的CMOS影像包括指定為AG的CMOS影像感測器，其中重置電晶體和源極隨耦器電晶體是N通道電晶體。
指定為B的產生電子影像的方法包括：藉由導通重置電晶體和至少一個垂直轉移閘極電晶體來重置影像感測器之一光電二極體陣列之一列光電二極體之一埋入式光電二極體，其中重置電晶體被配置為主要在埋入式光電二極體的頂部並且具有多個主要邊，該多個主要邊係具有與透過光電二極體陣列之一列光電二極體之該些光電二極體所繪製的一線成30到60度之間的一角度定位；關閉重置電晶體和垂直轉移閘極電晶體，然後等待一曝光時間；導通垂直轉移閘極電晶體以將埋入式光電二極體耦接到源極隨耦器，源極隨耦器具有形塑為“U”形或“O”形的閘極，其圍繞讀取選擇電晶體。
在不脫離本發明範圍的情況下，可以在上述方法和系統中進行改變。因此應當注意的是，以上描述中包含或附圖中所示的內容應當被解釋為是說明性的，而不是限制性的。以下申請專利範圍旨在覆蓋本文所述的所有一般和具體特徵，以及本方法和系統的範圍的所有陳述，就語言而言，可以認為其介於兩者之間。
100:單元
102、104、106、108:轉移閘極電晶體
110:重置電晶體
112:源極隨耦器電晶體
114:讀取選擇電晶體

Claims (15)

  1. 一種包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中多個光電二極體單元的每個包括：第一埋入式光電二極體、第二埋入式光電二極體、第三埋入式光電二極體和第四埋入式光電二極體，每個光電二極體通過垂直轉移閘極電晶體耦接到單個浮動節點擴散，耦接到該單個浮動節點擴散的重置電晶體，具有耦接到該單個浮動節點擴散的閘極之源極隨耦器電晶體，以及具有耦接到該源極隨耦器電晶體之源極的汲極之讀取選擇電晶體；其中該重置電晶體、該源極隨耦器電晶體和該讀取選擇電晶體主要具有大於30度且小於60度的一角度定向的閘極和多個形狀邊，該角度為從沿著該影像感測器之一光電二極體陣列之一光電二極體的整個水平列而延伸的一線的夾角，並且垂直地形成在該光電二極體陣列之該些光電二極體上方，且與該光電二極體陣列之該些光電二極體形成在相同的積體電路中。
  2. 如請求項1所述的包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中，在該些光電二極體單元中，該源極隨耦器電晶體具有“U”形。
  3. 如請求項2所述的包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中，在該些光電二極體單元中，該讀取選擇電晶體具有“U”形。
  4. 如請求項3所述的包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中，在該些光電二極體單元中，該重置電晶體具有“U”形。
  5. 如請求項4所述的包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中，在該些光電二極體單元中，該源極隨耦器電晶體通過該讀取選擇電晶體耦接到一位元線，並且其中該讀取選擇電晶體覆蓋在該第一埋入式光電二極體、該第二埋入式光電二極體、該第三埋入式光電二極體或該第四埋入式光電二極體中的至少一個之上。
  6. 如請求項1所述的包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中，在該些光電二極體單元中，該源極隨耦器電晶體具有“O”形。
  7. 如請求項6所述的包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中，在該些光電二極體單元中，該重置選擇電晶體具有“O”形。
  8. 如請求項6所述的包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中，在該些光電二極體單元中，該讀取選擇電晶體具有“O”形。
  9. 如請求項6所述的包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中，在該些光電二極體單元中，該源極隨耦器電晶體透過該讀取選擇電晶體耦接到一位元線，並且其中該讀取選擇電晶體覆蓋在該第一埋入式光電二極體、該第二埋入式光電二極體、該第三埋入式光電二極體或該第四埋入式光電二極體中的至少一個之上。
  10. 如請求項9所述的包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中該重置電晶體和該源極隨耦器電晶體是N通道電晶體。
  11. 如請求項1所述的包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中該重置電晶體、該源極隨耦器電晶體和該讀取選擇電晶體主要具有45度的該角度定向的閘極和多個形狀邊，該45度為沿著該影像感測器之一光電二極體陣列之一光電二極體的整個水平列而延伸的一線的夾角，並且垂直地形成在該光電二極體陣列之該些光電二極體的上方，並且與該光電二極體陣列之該些光電二極體形成在相同的積體電路中。
  12. 如請求項1所述的包括光電二極體單元陣列之CMOS影像感測器，其中該源極隨耦器具有線性閘極，該線性閘極與透過一列的光電二極體陣列之多個光電二極體繪製的該線成30至60度之間的角度。
  13. 一種產生電子影像之方法，包括：藉由導通重置電晶體和至少一個垂直轉移閘極電晶體來重置影像感測器之一光電二極體陣列之一列光電二極體之一埋入式光電二極體，其中該重置電晶體被配置為主要在該些埋入式光電二極體的頂部並且具有多個主要邊，該多個主要邊係具有與透過該光電二極體陣列之一列光電二極體之該些光電二極體所繪製的一線成30度到60度之間的一角度定位；關閉該重置電晶體和垂直轉移閘極電晶體，然後等待一曝光時間；以及導通該至少一個垂直轉移閘極電晶體以將該埋入式光電二極體耦接到源極隨耦器，該源極隨耦器具有一閘極，該閘極之一形狀係選自線性閘極、圍繞該讀取選擇電晶體的“U”形或圍繞該讀取選擇電晶體的“O”形。
  14. 如請求項13所述的產生電子影像之方法，其中該源極隨耦器具有“U”或“O”形狀。
  15. 如請求項13所述的產生電子影像之方法，其中該重置電晶體被配置為具有多個主要邊，該多個主要邊係具有與透過該光電二極體陣列之一列光電二極體之多個光電二極體所繪製的一線成45度的一角度定位。
TW110128951A 2020-08-17 2021-08-05 具有垂直轉移閘極和正方形重置以及源極隨耦器佈局之影像感測器及產生電子影像之方法 TWI820463B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/995,609 US11417701B2 (en) 2020-08-17 2020-08-17 Image sensor with vertical transfer gate and square reset and source follower layout
US16/995,609 2020-08-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202209662A TW202209662A (zh) 2022-03-01
TWI820463B true TWI820463B (zh) 2023-11-01

Family

ID=80224641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110128951A TWI820463B (zh) 2020-08-17 2021-08-05 具有垂直轉移閘極和正方形重置以及源極隨耦器佈局之影像感測器及產生電子影像之方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11417701B2 (zh)
CN (1) CN114078891A (zh)
TW (1) TWI820463B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100163940A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Hoon Jang Image sensor and method for manufacturing the same
US20150294999A1 (en) * 2014-04-11 2015-10-15 Cista System Corp. Image sensor pixel structure with optimized uniformity
US20200243593A1 (en) * 2019-01-25 2020-07-30 Smartsens Technology (Cayman) Co., Ltd. Cmos image sensor with compact pixel layout
US10741593B1 (en) * 2019-05-24 2020-08-11 Omnivision Technologies, Inc. Vertical transfer gate storage for a global shutter in an image sensor

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100657863B1 (ko) * 2005-02-07 2006-12-14 삼성전자주식회사 핑거드 타입 소스 폴로워 트랜지스터를 이용한 상보성금속 산화막 반도체 액티브 픽셀 센서
JP5292787B2 (ja) * 2007-11-30 2013-09-18 ソニー株式会社 固体撮像装置及びカメラ
US8101978B2 (en) 2008-02-08 2012-01-24 Omnivision Technologies, Inc. Circuit and photo sensor overlap for backside illumination image sensor
FR2955701A1 (fr) * 2010-01-28 2011-07-29 St Microelectronics Sa Structure compacte de capteur d'image
US9992437B1 (en) * 2017-02-03 2018-06-05 SmartSense Technology(U.S.), Inc. Stacked image sensor pixel cell with in-pixel vertical channel transfer transistor
US10304882B1 (en) * 2017-11-30 2019-05-28 Omnivision Technologies, Inc. Source follower device for enhanced image sensor performance

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100163940A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Hoon Jang Image sensor and method for manufacturing the same
US20150294999A1 (en) * 2014-04-11 2015-10-15 Cista System Corp. Image sensor pixel structure with optimized uniformity
US20200243593A1 (en) * 2019-01-25 2020-07-30 Smartsens Technology (Cayman) Co., Ltd. Cmos image sensor with compact pixel layout
US10741593B1 (en) * 2019-05-24 2020-08-11 Omnivision Technologies, Inc. Vertical transfer gate storage for a global shutter in an image sensor

Also Published As

Publication number Publication date
US11417701B2 (en) 2022-08-16
TW202209662A (zh) 2022-03-01
CN114078891A (zh) 2022-02-22
US20220052103A1 (en) 2022-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7109286B2 (ja) イメージセンサ
TWI675465B (zh) 影像感測器
TWI310986B (en) Split trunk pixel layout for imager and processing system, and method of forming an imager having same
EP1935021B1 (en) Implanted isolation region for imager pixels
US9997556B2 (en) Image sensor
KR102582122B1 (ko) 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
TWI399848B (zh) 共享放大器像素之互補式金氧半導體之主動式像素感測器
JP2007020194A (ja) アクティブセンサーアレイを含むイメージセンサー
US8541857B2 (en) Backside illumination CMOS image sensors and methods of manufacturing the same
CN108281452B (zh) 像素单元和形成方法以及成像系统组件
JP6254048B2 (ja) 半導体装置
US11581357B2 (en) Image sensor comprising entangled pixel
CN104282706A (zh) 图像传感器、制造设备、制造方法和电子装置
CN112670306A (zh) Cmos图像传感器中的垂直栅极结构及布局
KR20150063365A (ko) Cmos 이미지센서 컬럼 공유 화소유닛 및 화소 어레이
JP2004128193A (ja) Ｃｍｏｓイメージセンサ
TWI615032B (zh) 堆疊式晶片共享像素架構
US20220165765A1 (en) Image sensor and image sensing system
US20240088177A1 (en) Image sensing device
TWI820463B (zh) 具有垂直轉移閘極和正方形重置以及源極隨耦器佈局之影像感測器及產生電子影像之方法
TWI654753B (zh) 具有在互連件之間的屏蔽凸塊之堆疊式影像感測器
CN104465690A (zh) 版图、像素单元结构及其制备方法
CN209658175U (zh) 具有紧凑设计布局的图像传感器
CN109887947B (zh) 具有紧凑设计布局的图像传感器
KR20200072855A (ko) 유기 픽셀 어레이 및 무기 픽셀 어레이를 갖는 이미지 센싱 디바이스