Title:
Gerät und Verfahren für eine Buried-Channel-Weiche
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein Bildsensorpixel kann eine Photodiode, eine Floating-Diffusion und eine Weiche enthalten. Unter der Weiche kann ein Buried-Channel gebildet sein. Der Buried-Channel kann sich von der Floating-Diffusion aus erstrecken, um einen Teil der Weiche zu überlappen, ohne sich vollständig unter der Weiche zu erstrecken oder die Photodiode zu erreichen. Der Buried-Channel kann einen Pfad für einen Anti-Blooming-Strom von der Photodiode bereitstellen, um die Floating-Diffusion zu erreichen, während die Weichentrennspannung hoch genug bleibt, um einen Dunkelstrom der Weiche daran zu hindern, in die Photodiode zu fließen.




Inventors:
TEKLEAB DANIEL (US)
RAHMAN MUHAMMAD MAKSUDUR (US)
STEVENS ERIC G (US)
BANACHOWICZ BARTOSZ PIOTR (US)
GUIDASH ROBERT MICHAEL (US)
KOROBOV VLADIMIR (US)
Application Number:
DE102017209872A
Publication Date:
12/14/2017
Filing Date:
06/12/2017
Assignee:
SEMICONDUCTOR COMPONENTS IND LLC (Phoenix, Ariz., US)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB (München, DE)
Claims:
1. Bildsensorpixel, das auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist, wobei das Bildsensorpixel Folgendes umfasst:
einen Photodetektor, der als Reaktion auf einfallendes Licht Ladung akkumuliert; eine Floating-Diffusion;
eine Weiche, die die durch den Photodetektor erzeugte Ladung auf die Floating-Diffusion überträgt; und
einen Buried-Channel-Bereich, der auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist, wobei der Buried-Channel-Bereich an die Floating-Diffusion gekoppelt ist und sich von dort erstreckt und wobei sich der Buried-Channel-Bereich und die Weiche nur teilweise überlappen.

2. Bildsensorpixel gemäß Anspruch 1, wobei sich der Buried-Channel-Bereich nur teilweise unter der Weiche erstreckt und nicht bis zum Photodetektor.

3. Bildsensorpixel gemäß Anspruch 2, wobei ein Teil des Halbleitersubstrats den Buried-Channel-Bereich von dem Photodetektor trennt.

4. Bildsensorpixel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein erster Abschnitt der Weiche den Buried-Channel-Bereich überlappt und wobei ein zweiter Abschnitt der Weiche den Buried-Channel-Bereich nicht überlappt.

5. Bildsensorpixel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens ein Teil der erzeugten Ladung einen Blooming-Strom umfasst und wobei der Buried-Channel-Bereich so konfiguriert ist, dass er den Blooming-Strom von dem Photodetektor an die Floating-Diffusion koppelt, ohne die Weiche zu aktivieren.

6. Bildsensorpixel gemäß Anspruch 5, wobei der Buried-Channel-Bereich den Blooming-Strom von dem Photodetektor an die Floating-Diffusion koppelt, ohne dabei Dunkelstrom von der Weiche in den Photodetektor zu koppeln.

7. Bildsensorpixel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend:
ein verdecktes P-Typ-Implantat, das in dem Halbleitersubstrat unter dem Buried-Channel-Bereich gebildet ist.

8. Bildsensorpixel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Buried-Channel-Bereich einen ersten und einen zweiten Buried-Channel-Bereich umfasst, die durch einen Spalt getrennt sind, wobei sich der erste Buried-Channel-Bereich von dem Photodetektor aus erstreckt und die Weiche nur teilweise überlappt und wobei sich der zweite Buried-Channel-Bereich von der Floating-Diffusion aus erstreckt und die Weiche nur teilweise überlappt.

9. Bildsensorpixel gemäß Anspruch 8, ferner umfassend:
erste und zweite verdeckte P-Typ-Implantate, die in dem Halbleitersubstrat unter den ersten und zweiten Buried-Channel-Bereichsabschnitten gebildet sind, wobei die ersten und zweiten verdeckten P-Typ-Implantate durch den Spalt getrennt sind.

10. Bildsensorpixel gemäß Anspruch 8, wobei sich der erste Buried-Channel-Bereichsabschnitt vollständig durch den Photodetektor hindurch erstreckt, der Bildsensorpixel ferner umfassend:
ein P-Typ-Implantat, das in dem Halbleitersubstrat unter den ersten und zweiten Buried-Channel-Bereichsabschnitten gebildet ist, wobei sich das verdeckte P-Typ-Implantat unter dem Spalt erstreckt.

Description:
HINTERGRUND

Dies bezieht sich im Allgemeinen auf bildgebende Vorrichtungen und insbesondere auf bildgebende Vorrichtungen mit Pixeln in Buried-Channel-Weichen.

Bildsensoren werden üblicherweise in elektronischen Einrichtungen verwendet, wie z. B. in Mobiltelefonen, Kameras und Computern zum Erfassen von Bildern. In einer typischen Anordnung ist eine elektronische Vorrichtung mit einem Array von Bildpixeln ausgestattet, die in Pixelreihen und Pixelspalten angeordnet sind. Die Bildpixel beinhalten eine Photodiode (oder einen anderen Photodetektor) zur Erzeugung einer Ladung als Reaktion auf Licht (z. B. durch eine photoelektronische Umwandlung). Die Schaltung ist üblicherweise mit jeder Pixelspalte gekoppelt, um die Bildsignale aus den Bildpunkten auszulesen.

In bestimmten Anwendungen kann eine Photodiode mit Elektronen gefüllt (aufgeladen) werden, und zu viel erzeugte Elektronen „laufen über” oder wandern in die benachbarte Photodiode. Diese überzähligen Elektronen, die auch als Blooming-Strom oder Blooming-Ladung bezeichnet werden können, können entstehen, wenn der Bildsensor hellem Licht ausgesetzt ist. In diesen Szenarien kann Blooming-Strom verschiedene unerwünschte Artefakte in einem resultierenden Bild erzeugen.

Es wäre daher wünschenswert, bildgebende Vorrichtungen mit einer verbesserten -Anti-Blooming-Steuerung bereitzustellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Diagramm einer exemplarischen elektronischen Vorrichtung mit einem Bildsensor und einer Verarbeitungsschaltung zum Aufnehmen von Bildern unter Verwendung eines Pixel-Arrays gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

2 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Pixel-Arrays und einer zugeordneten Ausleseschaltlogik zum Auslesen von Bildsignalen aus dem Pixel-Array gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

3 ist ein schematisches Diagramm eines veranschaulichenden Bildsensorpixels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

4 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Bereichs eines veranschaulichenden Bildsensorpixels mit einer Weiche, die einen Oberflächenkanal (Surface Channel) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet.

5 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Bereichs eines veranschaulichenden Bildsensorpixels mit einer Weiche und einem verdeckten Buried-Channel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

6 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Bereichs eines veranschaulichenden Bildsensorpixels mit einer Weiche und einem verdeckten Buried-Channel, der sich gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der Photodiode aus erstreckt.

7 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Bereichs eines veranschaulichenden Bildsensorpixels mit einer Weiche und einem verdeckten Buried-Channel, der sich gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der Floating-Diffusion aus erstreckt.

8 ist eine Draufsicht eines Bereichs eines veranschaulichenden Bildsensorpixels mit einer Weiche und einem Buried-Channel, der sich gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Floating-Diffusion aus erstreckt.

9 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Bereichs eines veranschaulichenden Bildsensorpixels mit einer Weiche und einem ersten Bereich des Buried-Channel, der sich gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der Floating-Diffusion aus erstreckt, und einem zweiten Bereich des Buried-Channel, der sich gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der Photodiode aus erstreckt.

10 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Bereichs eines veranschaulichenden Bildsensorpixels mit einer Weiche und einem ersten Bereich des Buried-Channel, der sich gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der Floating-Diffusion aus erstreckt, und einem zweiten Bereich des Buried-Channel, der sich gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Photodiode erstreckt.

11 ist ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Bildaufnahme- und Prozessorsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das die Ausführungsformen von 1 bis 10 verwendet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Elektronische Geräte wie beispielsweise Digitalkameras, Computer, Mobiltelefone und andere elektronische Geräte können Bildsensoren umfassen, die einfallendes Licht einfangen, um ein Bild aufzunehmen. Zu den Bildsensoren können Arrays von Bildpunkten gehören. Die Pixel in den Bildsensoren können lichtempfindliche Elemente umfassen wie beispielsweise Fotodioden, die das einfallende Licht in Bildsignale umwandeln. Bildsensoren können eine beliebige Anzahl von Pixeln besitzen (z. B. hunderte oder tausende oder mehr). Ein typischer Bildsensor kann zum Beispiel hunderttausende oder Millionen von Pixeln (z. B. Megapixel) einschließen. Zu den Bildsensoren kann ein Steuerschaltkreis gehören wie beispielsweise ein Schaltkreis für den Betrieb der Bildpunkte und eine Auslesungsschaltung zum Auslesen der Bildsignale gemäß der von den lichtempfindlichen Elementen erzeugten elektrischen Ladung.

1 ist ein Diagramm eines exemplarischen bildgebenden Systems wie beispielsweise eine elektronische Vorrichtung, die einen Bildsensor verwendet, um Bilder aufzunehmen. Die elektronische Vorrichtung 10 von 1 kann eine tragbare elektronische Vorrichtung sein wie beispielsweise eine Kamera, ein Mobiltelefon, ein Tablet, eine Webcam, eine Videokamera, ein Videoüberwachungssystem, ein selbstbewegendes bildgebendes System, ein Video-Gaming-System mit Abbildungsfähigkeiten oder andere gewünschte bildgebende Systeme oder Vorrichtungen, die digitale Bilddaten aufnehmen. Ein Kameramodul 12 kann verwendet werden, um eintreffendes Licht in digitale Bilddaten umzuwandeln. Das Kameramodul 12 kann eine oder mehrere Linsen 14 und einen oder mehrere entsprechende Bildsensoren 16 einschließen. Zu den Linsen 14 können feste und/oder einstellbare Linsen und Mikrolinsen gehören, die auf einer Bildoberfläche von Bildsensor 16 geformt werden. Während Bilderfassungsvorgängen kann das Licht aus einer Szene von den Linsen 14 auf den Bildsensor 16 fokussiert werden. Der Bildsensor 16 kann eine Schaltung zum Umwandeln analoger Pixeldaten in entsprechende digitale Bilddaten einschließen, um sie der Speicher- und Verarbeitungsschaltung 18 zur Verfügung zu stellen. Falls gewünscht, kann das Kameramodul 12 mit einem Array der Linsen 14 und einem Array der entsprechenden Bildsensoren 16 bereitgestellt werden.

Die Speicher- und Verarbeitungsschaltung 18 kann eine oder mehrere integrierte Schaltungen umfassen (z. B. Bildverarbeitungsschaltungen, Mikroprozessoren, Speichergeräte wie beispielsweise Arbeitsspeicher und Permanentspeicher usw.) und kann unter Verwendung von Komponenten, die vom Kameramodul 12 getrennt sind und/oder einen Teil des Kameramoduls 12 bilden, implementiert werden (z. B. Schaltungen, die einen Teil einer integrierten Schaltung bilden, die Bildsensoren 16 oder eine integrierte Schaltung innerhalb von Modul 12, das mit den Bildsensoren 16 verknüpft ist, einschließt). Bilddaten, die von Kameramodul 12 erfasst wurden, können unter Verwendung der Verarbeitungsschaltung 18 verarbeitet und gespeichert werden (z. B. unter Verwendung eines Bildprozessors auf Verarbeitungsschaltung 18, unter Verwendung einer Hilfe zur Auswahl eines Bildgebungsmodus auf Verarbeitungsschaltung 18 usw.). Verarbeitete Bilddaten können, falls gewünscht, externen Geräten zur Verfügung gestellt werden (z. B. einem Computer, einem externen Display oder einer anderen Vorrichtung), und zwar unter Verwendung verdrahteter und/oder drahtloser Kommunikationspfade, die an die Verarbeitungsschaltung 18 gekoppelt sind.

Wie in 2 gezeigt, kann der Bildsensor 16 ein Pixel-Array 20 einschließen, das in Zeilen und Spalten angeordnete Bildsensorpixel 30 (hierin manchmal als Bildpixel oder Pixel bezeichnet) und eine Steuer- und Verarbeitungsschaltlogik 44 (die zum Beispiel eine Bildsignalverarbeitungsschaltlogik einschließen kann) enthalten kann. Das Array 20 kann zum Beispiel hunderte oder tausende von Zeilen und Spalten von Bildsensorpixeln 30 enthalten. Die Steuerschaltlogik 44 kann mit einer Zeilensteuerschaltlogik 46 und einer Bildausleseschaltlogik 48 (manchmal als Spaltensteuerschaltlogik, Ausleseschaltlogik, Verarbeitungsschaltlogik oder Spaltendekoderschaltlogik bezeichnet) gekoppelt sein. Die Zeilensteuerschaltlogik 46 kann Zeilenadressen von der Steuerschaltlogik 44 empfangen und Pixeln 30 über Zeilensteuerleitungen 50 entsprechende Zeilensteuersignale, wie beispielsweise Zurücksetzen, Zeilenauswahl, Ladungsübertragung, doppelte Umwandlungsverstärkung, sowie Auslesesteuersignale bereitstellen. Eine oder mehrere leitfähige Leitungen, wie beispielsweise Spaltenleitungen 42, können mit jeder Spalte von Pixeln 30 im Array 20 gekoppelt sein. Die Spaltenleitungen 42 können zum Auslesen von Bildsignalen aus den Pixeln 30 und zum Liefern von Vorspannungssignalen (z. B. Vorspannungsströmen oder Vorspannungsspannungen) an die Pixel 30 verwendet werden. Falls gewünscht, kann während Pixelauslesevorgängen eine Pixelzeile im Array 20 unter Verwendung der Zeilensteuerschaltlogik 46 ausgewählt werden, und Bildsignale, die durch die Bildpixel 30 in dieser Pixelzeile erzeugt werden, können entlang den Spaltenleitungen 42 ausgelesen werden.

Die Bildausleseschaltlogik 48 kann Bildsignale (z. B. durch die Pixel 30 erzeugte analoge Pixelwerte) über die Spaltenleitungen 42 empfangen. Die Bildausleseschaltlogik 48 kann eine Abtast-Halte-Schaltlogik zum Abtasten und temporären Speichern von aus dem Array 20 ausgelesenen Bildsignalen, eine Verstärkerschaltlogik, eine Analog-Digital-Wandlungs(ADC)-Schaltlogik, eine Vorspannungsschaltlogik, einen Spaltenspeicher, eine Flip-Flop-Schaltlogik zum selektiven Aktivieren oder Deaktivieren der Spaltenschaltlogik oder andere Schaltlogik einschließen, die mit einer oder mehreren Spalten von Pixeln im Array 20 zum Betreiben der Pixel 30 und zum Auslesen von Bildsignalen aus den Pixeln 30 gekoppelt sind. Die ADC-Schaltlogik in der Ausleseschaltlogik 48 kann analoge Pixelwerte, die aus dem Array 20 empfangen werden, in entsprechende digitale Pixelwerte umwandeln (manchmal als digitale Bilddaten oder digitale Pixeldaten bezeichnet). Die Bildausleseschaltlogik 48 kann digitale Pixeldaten für Pixel in einer oder mehreren Pixelspalten für die Steuer- und Verarbeitungsschaltlogik 44 und/oder den Prozessor 18 (1) bereitstellen.

Auf Wunsch kann eine Farbfilteranordnung über lichtempfindliche Bereiche in Array 20 gebildet werden, so dass ein gewünschtes Farbfilterelement in der Farbfilteranordnung über einer oberen Fläche des lichtempfindlichen Bereichs eines zugehörigen Pixels 30 gebildet wird. Eine Mikrolinse kann über einer oberen Fläche der Farbfilteranordnung gebildet werden, um eintreffendes Licht auf den lichtempfindlichen Bereich, der mit diesem Pixel 30 verknüpft ist, zu fokussieren. Eintreffendes Licht kann durch eine Mikrolinse auf den lichtempfindlichen Bereich fokussiert werden und das Farbfilterelement passieren, so dass nur Licht einer entsprechenden Farbe im lichtempfindlichen Bereich aufgenommen wird. Auf Wunsch kann eine optionale Maskierungsschicht zwischen das Farbfilterelement und die Mikrolinse für ein oder mehrere Pixel 30 in Array 20 platziert werden. In einer weiteren geeigneten Anordnung kann eine optionale Maskierungsschicht zwischen das Farbfilterelement und die Mikrolinse für ein oder mehrere Pixel 30 in Array 20 platziert werden. Die Maskierungsschichten können Metall-Maskierungsschichten oder sonstige Filterschichten beinhalten, die einen Teil des Bildgebungslichtes blockieren, so dass es nicht im lichtempfindlichen Bereich erfasst wird. Die Maskierungsschichten können beispielsweise für einige Bildgebungspixel 30 bereitgestellt werden, um den effektiven Expositionsgrad der entsprechenden Bildgebungspixel 30 anzupassen (z. B. können Bildgebungspixel 30 mit Maskierungsschichten weniger helles Licht erfassen als Bildgebungspixel 30 ohne Maskierungsschichten). Auf Wunsch können Bildgebungspixel 30 ohne Maskierungsschichten gebildet werden.

Auf Wunsch können Pixel 30 in Array 20 von 2 mit einer Anordnung von Farbfilterelementen bereitgestellt werden, die jeweils eine oder mehrere Lichtfarben durchlaufen. Alle oder einige der Pixel 30 können mit einem Farbfilterelement bereitgestellt werden. Die Farbfilterelemente für Pixel 30 können rote Farbfilterelemente (z. B. ein lichtbeständiges Material, das rotes Licht passieren lässt, während es andere Lichtfarben reflektiert und/oder absorbiert), blaue Farbfilterelemente (z. B. ein lichtbeständiges Material, das blaues Licht passieren lässt, während es andere Lichtfarben reflektiert und/oder absorbiert) und/oder grüne Farbfilterelemente (z. B. ein lichtbeständiges Material, das grünes Licht passieren lässt, während es andere Lichtfarben reflektiert und/oder absorbiert) sein. Die Farbfilterelemente können so konfiguriert sein, dass sie Licht filtern, das außerhalb des menschlichen Sichtspektrums liegt. Farbfilterelemente können beispielsweise so konfiguriert sein, dass sie ultraviolettes oder Infrarotlicht filtern (ein Farbfilterelement kann beispielsweise nur Infrarotlicht oder ultraviolettes Licht die Photodiode erreichen lassen). Farbfilterelemente können Bildgebungspixel 30 so konfigurieren, dass nur Licht einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs (nachfolgend mitunter als Wellenlängenband bezeichnet) erkannt wird, und sie können so konfiguriert sein, dass sie mehrere Lichtwellenlängen passieren lassen, während sie bestimmte andere Wellenlängen (beispielsweise Licht mit einer Wellenlänge, die einer bestimmten sichtbaren Farbe entspricht, und/oder eine Wellenlänge von ultraviolettem oder Infrarotlicht) blockieren.

Farbfilterelemente, die zwei oder mehrere Lichtfarben passieren lassen (z. B. zwei oder mehrere Lichtfarben, die aus der Gruppe aus rotem, blauem und grünem Licht ausgewählt sind), werden hier mitunter als „Breitband”-Filterelemente bezeichnet. Gelbe Farbfilterelemente beispielsweise, die so konfiguriert sind, dass sie rotes und grünes Licht passieren lassen, und transparente Farbfilterelemente, die so konfiguriert sind, dass sie rotes, grünes und blaues Licht passieren lassen, werden hier als Breitband-Filterelemente oder Breitband-Farbfilterelemente bezeichnet. Farbfilterelemente in Magenta, die so konfiguriert sind, dass sie rotes und blaues Licht passieren lassen, können hier ebenfalls als Breitband-Filterelemente oder Breitband-Farbfilterelemente bezeichnet werden. Auf ähnliche Weise können Bildgebungspixel, die ein Breitband-Farbfilterelement beinhalten (z. B. ein gelbes, Magenta- oder transparentes Farbfilterelement) und die daher empfindlich auf zwei oder mehrere Lichtfarben reagieren (die z. B. Bildgebungssignale als Reaktion auf die Erkennung von zwei oder mehreren Lichtfarben aus einer Gruppe aus rotem, blauem und grünem Licht erfassen), hier mitunter als Breitband-Pixel oder Breitband-Bildgebungspixel bezeichnet werden. Bildgebungssignale, die von Breitband-Bildgebungspixeln erzeugt werden, werden hier mitunter als Breitband-Bildgebungssignale bezeichnet. Breitband-Bildgebungspixel können eine natürliche Empfindlichkeit besitzen, die durch das Material, das dieses Breitband-Farbfilterelement bildet, und/oder das Material, das die Bildgebungspixel bildet (z. B. Silicium), definiert wird. In einer anderen geeigneten Anordnung können Breitband-Bildgebungspixel ohne Farbfilterelemente gebildet sein. Die Empfindlichkeit von Breitband-Farbfilterelementen kann auf Wunsch zur besseren Farbwiedergabe und/oder für die Rauscheigenschaften durch Verwendung von Lichtabsorbern wie Pigmenten angepasst werden. Demgegenüber kann der Begriff „farbige” Pixel hier verwendet werden, um einen Bezug zu bestimmten Bildgebungspixeln herzustellen, die primär empfindlich auf eine Lichtfarbe reagieren (z. B. rotes Licht, blaues Licht, grünes Licht oder Licht einer anderen geeigneten Farbe). Farbige Pixel können hier mitunter als Schmalband-Bildgebungspixel bezeichnet werden, weil die farbigen Pixel eine schmalere spektrale Reaktion besitzen als die Breitband-Bildgebungspixel.

Auf Wunsch können Schmalband-Bildgebungspixel und/oder Breitband-Bildgebungspixel, die nicht als auf Infrarotlicht empfindlich konfiguriert sind, mit Farbfiltern versehen werden, die Absorber für NIR-Strahlung beinhalten. Farbfilter, die Nahinfrarotlicht blockieren, können die Einwirkung von Infrarotlicht auf die Farbwiedergabe in Leuchtmitteln mit sowohl sichtbarer als auch Infrarotstrahlung minimieren.

Pixel im Bildsensor wie beispielsweise Bildpunkte im Array 20 können zum Beispiel mit einem Farbfilterarray ausgestattet werden, die es einem einzelnen Bildsensor ermöglichen, Proben von rotem, grünen und blauem (RGB) Licht zu entnehmen, und zwar unter Verwendung der entsprechenden roten, grünen und blauen Pixel im Bildsensor, die in einem Bayer-Mosaikmuster angeordnet sind. Das Bayer-Mosaikmuster besteht aus einer wiederkehrenden Elementarzelle von Bildpunkten in Zweiergruppen mit zwei grünen Bildpunkten, die sich schräg gegenüber liegen und an einen roten Bildpunkt angrenzen, der schräg gegenüber von einem blauen Bildpunkt liegt. Die Einschränkungen des Signal-Rausch-Verhältnisses (SRV), die mit dem Bayer-Mosaikmuster verbunden sind, machen die Reduzierung der Größe von Bildsensoren wie dem Bildsensor 16 schwierig. Es kann daher wünschenswert sein, Bildsensoren mit verbesserten Einrichtungen zur Erfassung von Bildern bereitstellen zu können. In einem anderen geeigneten Beispiel werden die grünen Pixel in einem Bayer-Muster durch Breitband-Bildgebungspixel mit Breitband-Farbfilterelementen ersetzt. Diese Beispiele sind lediglich exemplarisch und im Allgemeinen können Farbfilterelemente jeder gewünschten Farbe und in jedem gewünschten Muster über jede beliebige Anzahl der Bildpunkte 30 gebildet werden.

Schaltungen in einem veranschaulichenden Bildgebungspixel 30 in einem Bildpixel-Array 16 sind in 3 gezeigt. Wie in 3 gezeigt, kann Pixel 30 ein lichtempfindliches Element wie eine Photodiode 22 beinhalten (mitunter hier als Photodetektor 22 bezeichnet). Eine positive Pixel-Versorgungsspannung (z. B. Spannung Vaa_pix) kann an einer positiven Stromversorgungsklemme 33 bereitgestellt werden. Eine Erdungs-Stromversorgungsspannung (z. B. Vss) kann an einer Erdungs-Stromversorgungsklemme 32 bereitgestellt werden. Einfallendes Licht wird von der Photodiode 22 erfasst, nachdem es eine Farbfilterstruktur passiert hat. Die Photodiode 22 wandelt das Licht in elektrische Ladung um.

Bevor ein Bild erfasst wird, kann das Rücksetzsteuersignal RST in aktiven Zustand gebracht werden. Dies schaltet den Rücksetztransistor 28 ein und setzt den Ladungs-Steuerknoten 26 (auch bezeichnet als Floating-Diffusion FD) auf eine Spannung zurück, die Vaa_pix entspricht oder nahekommt. Das Rücksetzsteuersignal RST kann anschließend deaktiviert werden, um den Rücksetztransistor 28 auszuschalten. Nachdem die Rücksetzung abgeschlossen ist, kann das Weichen-Steuersignal TX bestätigt werden, um den Übertragungs-Transistor (Weiche) 24 einzuschalten. Wenn der Übertragungs-Transistor 24 eingeschaltet wird, wird die von der Photodiode 22 als Reaktion auf eintreffendes Licht erzeugte Spannung an den Ladungs-Speicherknoten 26 übertragen.

Der Ladungs-Speicherknoten 26 kann unter Verwendung einer Region von dotiertem Halbleiter (z. B. einer dotierten Siliciumregion, die durch Ionenimplantation, Diffusion von Fremdatomen oder anderen Dotiertechniken in einem Siliciumsubstrat ausgebildet wird) umgesetzt werden. Die dotierte Halbleiterregion (d. h. die Floating-Diffusion FD) kann eine Kapazität aufweisen, die verwendet werden kann, um die Ladung zu speichern, die von der Photodiode 22 übertragen wurde. Das mit der gespeicherten Ladung am Knoten 26 verbundene Signal wird vom Source-Folger-Transistor 34 gepuffert. Der Reihen-Auswahltransistor 36 verbindet den Source-Folger-Transistor 34 mit der Spaltenausgabeleitung 41.

Auf Wunsch können andere Arten von Bildgebungspixelschaltungen verwendet werden, um die Bildgebungspixel der Sensoren 16 umzusetzen. Jedes Bildgebungspixel 30 (siehe z. B. 1) kann ein Drei-Transistoren-Pixel, ein angeheftetes Photodioden-Pixel mit vier Transistoren, ein globales Verschluss-Pixel usw. sein. Die Schaltungen von 3 dienen nur der Veranschaulichung.

Wenn der Wert der gespeicherten Ladung ausgelesen werden soll (d. h. der Wert der gespeicherten Ladung, die durch das Signal an der Quelle S von Transistor 34 angegeben wird), kann das Auswahl-Steuerungssignal RS bestätigt werden. Wenn das Signal RS bestätigt wurde, wird der Transistor 36 eingeschaltet und ein entsprechendes Signal Vout, das die Größe der Ladung im Ladungs-Speicherknoten 26 wiedergibt, wird auf dem Ausgabepfad 38 erzeugt. In einer typischen Konfiguration gibt es zahlreiche Zeilen und Spalten von Pixeln, wie beispielsweise dem Pixel 30, im Bildsensorpixel-Array eines gegebenen Bildsensors. Ein leitfähiger Pfad, wie beispielsweise der Pfad 41, kann jeder Spalte von Bildgebungspixeln 30 zugeordnet sein.

Wenn das Signal RS für ein bestimmtes Pixel 30 bestätigt wird, kann der Pfad 41 verwendet werden, um das Signal Vout vom Pixel 30 zu einer Ausleseschaltung (48 in 2) zu leiten.

Eine Querschnittsseitenansicht eines Teils von Pixel 30 des Typs, der in Verbindung mit 3 beschrieben wird, ist in 4 gezeigt. Pixel 30 in 4 beinhaltet eine Photodiode 22 und eine Floating-Diffusion 26, die in einem Halbleitersubstrat 40 (z. B. in einer Siliciumschicht) gebildet ist. Eine Weiche 24 überträgt die von der Photodiode 22 erzeugte Ladung auf die Floating-Diffusion 26. Das Weichenoxid 35 (z. B. SiO2) ist über dem Halbleitersubstrat 40 gebildet. Das Silicium des Halbleitersubstrats 40 und des Weichenoxids 35 treffen an der Si-SiO2-Schnittstelle 37 zusammen.

Wenn die Photodiode 22 einfallendem Licht ausgesetzt ist, kann die Ladung (Elektronen) beginnen, sich in der Photodiodenwanne anzusammeln. Unter bestimmten Umständen kann mehr Ladung erzeugt werden, als die Photodiode 22 aufnehmen kann (z. B., wenn das Pixel 30 hellem Licht ausgesetzt ist). Mit anderen Worten: Die Full-Well-Kapazität (FWC) der Photodiode wird möglicherweise überschritten. Die Ladung an der Photodiode 22 kann dann aus der Photodiode 22 in die benachbarten Pixel 30 „überlaufen”. Dieser Überfluss an Elektronen (mitunter hier als Blooming oder Blooming-Strom bezeichnet) kann zu unerwünschten Bildartefakten in einem resultierenden Bild führen.

Eine Möglichkeit zu versuchen, Blooming-Strom abzuschwächen, kann die Einstellung der Niederspannung (aus) (Vtx_lo) der Weiche 24 sein, so dass die Ladesperre zwischen der Photodiode 22 und der Floating-Diffusion 26 (d. h. die Anti-Blooming-Sperre) geringer ist als die Ladesperre zwischen benachbarten Photodioden 30 und von der Photodiode zu einer Pixel-Transistorquelle und Abflussbereichen (d. h. der Isolationssperre). Die Einstellung von Vtx_lo auf diese Weise ermöglicht es, dass der Blooming-Strom 43 ganz oder teilweise von der Photodiode 22 zu der Floating-Diffusion 26 fließt. Das Einstellen von Vtx_lo zum Senken der Ladesperre auf diese Weise kann es jedoch ermöglichen, dass Dunkelstrom 45 von der Weiche 24 in der Photodiode 22 erfasst wird. Die Einstellung von Vtx_lo auf diese Weise kann auch verhindern, dass die Weiche 24 akkumuliert und vollständig abgeschaltet wird. Diese Probleme können zu unerwünschten Bildartefakten führen.

Ein möglicher Weg zur Behebung dieser Probleme kann das Bilden einer Weiche 24 mit einem verdeckten Buried-Channel 51 sein. Ein veranschaulichendes Beispiel eines Pixels 30 mit einem verdeckten Buried-Channel 51, der sich kontinuierlich von der Photodiode 22 zur Floating-Diffusion 26 erstreckt, ist in 5 dargestellt. Ein verdeckter Buried-Channel 51 kann einen dotierten N-Typ-Bereich einschließen, der den Transfer einer Ladung zum verdeckten Buried-Channel 51 begrenzt, so dass die Ladung von der Si/SiO2-Schnittstelle 37 der Weiche 24 ferngehalten wird. Dies kann hilfreich sein, um Elektronen daran zu hindern, sich wieder an der Si/SiO2-Schnittstelle 37 zu verbinden, und es kann eine Akkumulation der Si/SiO2-Schnittstelle 37 ermöglichen, um die Erzeugung eines Dunkelstroms 45 zu vermeiden. Ein verdeckter Buried-Channel 51 kann auch dazu beitragen, einen Pfad für einen Blooming-Strom 43 bereitzustellen. Beispielsweise kann eine große negative Spannung an der Weiche 24 angelegt werden, so dass die Weiche 24 akkumuliert und daher deutlich abgeschaltet werden kann, während der Buried-Channel 51 einen Pfad von der Photodiode 22 zum Ladungs-Speicherknoten 26 für die Blooming-Ladung 43 bereitstellt. In einigen Beispielen kann das verdeckte P-Typ-Implantat 53 unterhalb des verdeckten Buried-Channel 51 bereitgestellt werden.

Ein verdeckter Buried-Channel 51 kann jedoch negative Auswirkungen auf die Pixelleistung haben. Beispielsweise kann es für kleine Pixel 30 mit einer kurzen Weiche 24 schwierig sein, die Weiche 24 zu akkumulieren und einen Pfad für die Blooming-Ladung 43 herzustellen, um die Floating-Diffusion 26 mithilfe des verdeckten Buried-Channel 51 zu erreichen. Um einen Pfad für die Blooming-Ladung 43 herzustellen, sind die Buried-Channel-Energie und die Implantatdosis nicht gut für die gewünschte Dotierung der Photodiode und das Spannungsprofil. Ein nachteiliger Effekt des verdeckten Buried-Channel-Implantats ist eine Erhöhung der Pinning-Spannung (Vpin) der Photodiode 22, was seinerseits zur Erhöhung der Pixelverzögerung führen kann (d. h. zu einer weniger effizienten Ladungsübertragung von einer vollen Photodiode 22 zur Floating-Diffusion 26, wenn die Weiche 24 gepulst wird), sofern nicht eine hohe Spannung (manchmal als Vtx_on oder Vtx_hi bezeichnet) verwendet wird. Während die Dotierungskonzentration der Photodiode 22 reduziert werden kann, um zu versuchen, die benötigte Vpin in solchen Situationen zu reduzieren, verringert dies die Full-Well-Kapazität der Photodiode 22. Im Allgemeinen macht es die Aufnahme eines verdeckten Buried-Channel 51 schwierig, eine wünschenswerte Gesamtpixelleistung zu erzielen.

Ein Teil-Buried-Channel 51, der sich von der Photodiode 22 aus wie in 6 gezeigt erstreckt, kann umgesetzt werden, um möglicherweise einige der Probleme zu lösen, die auftreten, wenn ein verdeckter Buried-Channel 51 verwendet wird. Dennoch reagiert ein Teil-Buried-Channel 51 des Typs wie in 6 gezeigt sensibel auf Ausrichtungsvariationen, und Parameter wie die Anti-Blooming-Sperre, die Pinning-Spannung und die Verzögerung können dennoch beeinträchtigt sein.

Eine Querschnittsseitenansicht eines Teils eines Bildpixels 30, der Probleme mit den Bildsensorpixeln 30 lösen kann, die in Verbindung mit den 4 bis 6 beschrieben sind, ist in 7 gezeigt. Wie in 6 gezeigt, kann das Bildpixel 30 ein Halbleitersubstrat 40, eine Photodiode 22, eine Floating-Diffusion 26 und eine Weiche 24 für die Übertragung einer Ladung, die an der Photodiode 22 akkumuliert, zu der Floating-Diffusion 26 beinhalten. In dem veranschaulichenden Beispiel in 7 kann das Bildsensorpixel 30 einen Buried-Channel-Bereich 91 einschließen, um eine Buried-Channel-Weiche 24 zu bilden. Wie in 7 gezeigt, kann sich der Buried-Channel-Bereich (Bch) 91 von der Floating-Diffusion 26 aus erstrecken (von dort ausgehen), so dass der Buried-Channel-Bereich 91 elektrisch bzw. physisch an die Floating-Diffusion 26 gekoppelt ist. Der Buried-Channel-Bereich 91 kann in dem Halbleitersubstrat 40 so gebildet sein, dass sich der Buried-Channel-Bereich 91 nur teilweise unter der Weiche 24 erstreckt. Mit anderen Worten kann sich der Buried-Channel-Bereich 91 nicht vollständig unterhalb der Weiche 24 erstrecken, er kann die Weiche 24 nur teilweise überlappen, er kann sich in das Halbleitersubstrat 40 hinein und unterhalb der Weiche 24 erstrecken, ohne sich bis zur Photodiode 22 hin zu erstrecken (d. h., ohne diese zu erreichen oder zu berühren), und/oder er kann sich zur Photodiode 22 hin erstrecken, während er von der Photodiode 22 durch einen Teil des Halbleitersubstrats 40 getrennt bleibt (d. h., es kann ein Spalt zwischen dem Buried-Channel 91 und der Photodiode 22 bestehen). Auf diese Weise kann der Buried-Channel 91 als ein diskontinuierlicher Buried-Channel bezeichnet werden, es kann angegeben werden, dass er sich nicht über die gesamte Länge der Weiche 24 hin erstreckt, und/oder es kann angegeben werden, dass er auf einen zentralen Bereich der Weiche 24 beschränkt ist.

In einer geeigneten Anordnung handelt es sich bei dem Buried-Channel 91 um einen N-Typ-Kanal. Soweit gewünscht, kann die Buried-Channel-Weiche 24 auch ein verdecktes P-Typ-Implantat (BTP) 93 umfassen, das unterhalb des Buried-Channel-Bereichs 91 gebildet ist. Verdeckte P-Typ-Implantate 93 können den Buried-Channel 91 überlappen und sich auch nur teilweise unterhalb der Weiche 24 erstrecken. Verdeckte P-Typ-Implantate 93 können einen Buried-Channel 91 auf einen schmaleren, dünneren Bereich des Halbleitersubstrats 40 begrenzen, was dazu beitragen kann, das Potential des Bereichs in Pixel 30, durch den der Blooming-Strom 43 fließt, zu begrenzen und zu steuern. Dies ist jedoch lediglich veranschaulichend. Sofern gewünscht, können die Dotierungstypen des Implantats 93 und des Buried-Channel 91 umgekehrt werden.

In einem Beispiel kann Arsen als Dotierstoff für den Buried-Channel-Bereich 91 und Bor als Dotierstoff für das P-Typ-Implantat 93 verwendet werden. Dies ist jedoch lediglich veranschaulichend, und es können auf Wunsch andere Dotierstoffe verwendet werden.

Durch Bildung des Buried-Channel-Bereich 91, der sich von der Floating-Diffusion 26 erstreckt, ohne sich in die Photodiode 22 hinein zu erstrecken, können negative Aspekte, die mit den Pixeln der in den 4 bis 6 gezeigten Typen verbunden sind, abgemildert werden. Beispielsweise kann der Buried-Channel-Bereich 91 aus 7 umgesetzt werden, ohne dass das Photodiodenpotential oder das Dotierprofil der Photodiode 22 angepasst werden muss, was bei einem Buried-Channel 51 des in 5 und 6 gezeigten Typs notwendig ist. Somit können bestehende Photodioden- und Weichenkonstruktionen umgesetzt werden, um eine geringe Verzögerung und einen geringen Dunkelstrom bereitzustellen. Die Photodiodenseite der Weiche 24 wird ebenfalls leicht akkumuliert, wenn ein Buried-Channel 91 wie in 7 gezeigt umgesetzt wird, und sie kann ein Steuern des Dunkelstroms 45 von der Weiche 24 zur Floating-Diffusion 26 statt in die Photodiode 22 bereitstellen. Der Buried-Channel-Bereich 91 kann auch einen Pfad für einen Blooming-Strom 43 bereitstellen, mithilfe dessen dieser von der Photodiode 22 zur Floating-Diffusion 26 geleitet werden kann, ohne dass die Dotierkonzentration der Photodiode 22 reduziert werden muss (und somit Verringerungen in der Full-Well-Kapazität der Photodiode 22 vermieden werden). In einer solchen Anordnung kann Vtx_lo immer noch angepasst werden, um eine gewisse Kontrolle der Blooming-Sperre und des Blooming-Stromflusses zur Floating-Diffusion 26 bereitzustellen.

Mit einem Buried-Channel 91 des in Verbindung mit 7 gezeigten und beschriebenen Typs kann Vtx_lo auf (beispielsweise) –1,0 V gesetzt werden, um den Dunkelstrom 45 von der Weiche 24 und der Si/SiO2-Schnittstelle 37 zu unterdrücken. Die Anti-Blooming-Sperre kann durch den Buried-Channel-Bereich 91 gesetzt werden, der sich unter dem Oberflächenbereich unter der Weiche 24 befindet. Folglich kann eine Anti-Blooming-Sperre bereitgestellt werden, die 0,2 V bis 0,3 V geringer liegt als die Isolierungssperre, so dass sowohl ein Hochstrom-Anti-Blooming-Pfad als auch eine Oberflächenakkumulation des Weichenkanalbereichs in der Nähe der Photodiode ermöglicht werden. Ein verdecktes Transferimplantat vom Typ P 93 kann den Buried-Channel-Bereich 91 auf einen schmaleren Bereich unter der Oberfläche der Weiche 24 begrenzen, um die Steuerung des Anti-Blooming-Sperrpotentials und des Anti-Blooming-Stromflusses zu verbessern. Dies verhindert Probleme (z. B. die in Verbindung mit 4 beschriebenen), die auftreten können, wenn Vtx_lo weniger negativ als Vtx_lo gesetzt ist, die zur Unterdrückung des Dunkelstroms TX benötigt wird, um eine Anti-Blooming-Sperre bereitzustellen, die 0,2 V bis 0,3 V geringer ist als die Isolierungssperre (d. h. die Sperre zwischen benachbarten Photodioden und von der Photodiode zur Pixeltransistorquelle und Abflussbereichen).

Wenn ein Buried-Channel-Implantat 91 (z. B. ein N-Typ-Implantat) auf die Floating-Diffusion-Seite der Weiche 24 begrenzt ist, kann das Buried-Channel-Implantat 91 verwendet werden, um die Grenzspannung der Floating-Diffusion-Seite der Weiche 24 auf weniger als die Photodiodenseite der Weiche einzustellen. Mit anderen Worten weist der P-Typ-Bereich unter der Photodiodenseite der Weiche 24 eine höhere Grenzspannung auf als der Bereich unter der Floating-Diffusion-Seite der Weiche 24, ohne dass ein zusätzliches P-Typ-Implantat zur Photodiodenseite der Weiche 24 hinzugefügt werden muss, um eine höhere Grenzspannung zu erzeugen (was in den Beispielen von 4 bis 6 notwendig sein kann). Als Ergebnis der geringeren Grenzspannung auf der Floating-Diffusion-Seite der Weiche 24 wird jeder Weichendunkelstrom 45 während der Integration auf die Floating-Diffusion 26 geleitet und nicht in der Photodiode 22 gesammelt. Entsprechend kann das zusätzliche P-Typ-Implantat auf der Photodiodenseite des Weichenimplantats 24 entfallen, und es kann eine Steuerung des Dunkelstroms durch die neue Buried-Channel-Struktur 91 erreicht werden. Da das zusätzliche P-Typ-Implantat entfallen kann, kann die zusätzlich für den Buried-Channel 91 benötigte Maske verwendet werden, ohne dass dies zu einem Nettoanstieg bei der Anzahl der Masken führt.

Eine Draufsicht eines Teils des Bildsensors 16 ist in 8 gezeigt. 8 zeigt einen Teil einer Vielzahl von Pixeln 30 (von denen nur einer beschriftet ist) mit einer Photodiode 22 und einer Weiche 24. In dem veranschaulichenden Beispiel in 8 wird die Floating-Diffusion 26 von zwei Pixeln 30 geteilt. Es handelt sich hierbei lediglich um eine Veranschaulichung, da jedes Pixel 30 seine eigene Floating-Diffusion 26 haben kann oder auch mehr als zwei Pixel 30 eine Floating-Diffusion 26 miteinander teilen können, falls gewünscht.

Wie in 8 gezeigt, ist der Buried-Channel 91 auf den zentralen Bereich der Weiche 24 begrenzt. Bei der Herstellung kann ein verdecktes P-Typ-Implantat 93 dadurch gebildet werden, dass das gleiche Layout und die gleiche Maske wie für den Buried-Channel 91 verwendet werden, so dass der Buried-Channel 91 und das P-Typ-Implantat 93 ausgerichtet sind (d. h., das P-Typ-Implantat 93 ist ebenfalls auf einen zentralen Bereich der Weiche 24 begrenzt). Durch die Bildung eines Buried-Channel 91 und eines P-Typ-Implantats 93, die das gleiche Layout und die gleiche Maske verwenden, kann ein Herstellungsprozess mit verringerten Maskensetkosten, geringeren Maskenschritten und niedrigeren Gesamtprozesskosten bereitgestellt werden. Die Bildung eines Buried-Channel 91 und eines P-Typ-Implantats 93 auf diese Weise kann auch Ausrichtungsprobleme zwischen dem Buried-Channel 91 und dem P-Typ-Implantat 93 minimieren oder eliminieren. Durch die Begrenzung von Kanal 91 und Implantat 93 auf einen zentralen Bereich der Weiche 24 ist die Anordnung weniger sensibel für Ausrichtungsänderungen bei der Weiche 24. Diese Anordnung kann auch den Dunkelstrom 45 verringern und den Wandlungsgewinn erhöhen. Beispielsweise kann eine Ausrichtungsänderung nur den Abstand zwischen der Photodiode 22 und dem Buried-Channel 91 betreffen, jedoch nicht Vpin. So kann weniger Variation in der Anti-Blooming-Sperre und dem Strom auftreten.

Wenn gewünscht, können das Buried-Channel-Implantat 91 und das P-Typ-Implantat 93 mit der gleichen Maske gebildet werden wie das leicht dotierte Abflussimplantat des Typs N (N-type Lightly Doped Drain, NLDD). In einem anderen Beispiel kann eine eigene Maske für den Buried-Channel 91 und das Implantat 93 verwendet werden, so dass das P-Typ-Implantat 93 im Floating-Diffusion-Bereich 26 ausgelassen werden kann, um einen höheren Wandlungsgewinn zu erzielen (d. h., um die Floating-Diffusion-Kapazität zu verringern). In einem weiteren Beispiel kann das P-Typ-Implantat 93 vollständig entfallen.

Andere Anordnungen für den Buried-Channel 91 bzw. das P-Typ-Implantat 93 sind ebenfalls möglich. Beispielsweise zeigt 9 einen Teil-Buried-Channel 91, der umgesetzt wird, indem sich ein erster Buried-Channel-Abschnitt (Bereich) 91-1 von der Photodiode 22 aus erstreckt und sich ein zweiter Buried-Channel-Abschnitt (Bereich) 91-2 von der Floating-Diffusion 26 aus erstreckt. Es besteht zwischen Abschnitt 91-1 und Abschnitt 91-2 ein Spalt im zentralen Bereich der Weiche 24. Das P-Typ-Implantat 93 kann einen ersten Abschnitt 93-1 und einen zweiten Abschnitt 93-2 aufweisen, die den ersten und zweiten Buried-Channel-Abschnitten 91-1 und 91-2 entsprechen. In diesem Beispiel kann die Anti-Blooming-Sperre durch die Größe des Spalts zwischen dem Buried-Channel-Bereich 91-1 und dem Buried-Channel-Bereich 91-2 gesteuert werden. Bei dieser Herangehensweise ist die Anti-Blooming-Sperre nicht sensibel für normale Ausrichtungsvariationen zwischen dem Buried-Channel 91 bezüglich der Weiche 24, der Photodiode 22 und der Floating-Diffusion 26. In diesem Beispiel kann der Buried-Channel 91 eine geringere Auswirkung auf das Photodiodenpotential haben als der verdeckte Buried-Channel (das P-Typ-Implantat 93 kann die Pinningspannungserhöhung kompensieren). Entsprechend der Anordnung, die in Zusammenhang mit 7 und 8 beschrieben ist, kann die gleiche Maske für den Buried-Channel 91 und das P-Typ-Implantat 93 verwendet werden, wodurch Ausrichtungsprobleme zwischen dem Buried-Channel 91 und dem P-Typ-Implantat 93 reduziert werden können, und es kann auch eine Verringerung der Variation bei der Blooming-Sperre und dem -Strom aufgrund der Ausrichtungsvariation erzielt wird. Das P-Typ-Implantat 93 kann im Floating-Diffusion-Bereich entfallen, um die Floating-Diffusion-Kapazität zu verringern.

In 10 wird ein Teil-Buried-Channel 91 umgesetzt, indem die gesamte Photodiode 22 mit einem ersten Buried-Channel-Bereich 91-1 überlappt wird (oder zumindest ein größerer Teil der Photodiode 22 als in 9 gezeigt), und durch Bereitstellung eines zweiten Buried-Channel-Bereichs 91-2, der sich von der Floating-Diffusion 26 aus erstreckt. Es wird weiterhin ein Spalt unter der Weiche 24 zwischen den beiden Buried-Channel-Bereichen 91-1 und 91-2 beibehalten. Eine derartige Anordnung kann insbesondere bei Pixeln 30 nützlich sein, die eine sehr kurze Weiche 24 und eine kleine Photodiode 22 umfassen, und in Fällen, in denen der erste Channel-Bereich 91-1 möglicherweise zu klein ist, um leicht strukturierbar zu sein (z. B., wenn die Strukturierung möglicherweise schwierig ist, wenn der Channel-Abschnitt 91-1 sich nur wenig in die Photodiode 22 hinein erstreckt). Durch Erstellen eines verdeckten Channel-Abschnitts 91-1, der sich weiter in die Photodiode 22 hinein erstreckt, kann der Spalt zwischen den ersten und zweiten Buried-Channel-Bereichen 91-1 und 91-2 durch die Buried-Channel-Maske erzeugt werden. Alternativ kann der Buried-Channel-Spalt durch Verwenden einer anderen Buried-Channel-Kompensationsmaske und eines gegensätzlichen Dotiertypimplantats erzeugt werden. Beispielsweise ist dann, wenn der Buried-Channel 91 vom Typ N ist, das kompensierende Implantat vom Typ P. Das bedeutet, dass die Buried-Channel-Maske verwendet werden kann, um einen verdeckten Kanal vom Typ N zu erstellen, der einen größeren Weichenbereich oder die gesamte Länge des Weichenbereichs 24 kreuzt, und dass eine Buried-Channel-Kompensationsmaske vom Typ P und ein Implantat verwendet werden können, um zu definieren, wo der Buried-Channel-Bereich 91 entfernt wird (d. h. der Spalt zwischen den Channel-Abschnitten 91-1 und 91-2 in 10). Es können andere Verfahren zur Bildung eines nicht kontinuierlichen Buried-Channel 91 verwendet werden. Das P-Typ-Implantat 93 kann Abschnitte der ersten und zweiten Buried-Channel-Bereiche 91-1 und 91-2 sowie den Spalt zwischen den Abschnitten überlappen. Das verdeckte P-Typ-Implantat kann auch im Floating-Diffusion-Bereich 26 entfallen, beispielsweise um die Floating-Diffusion-Kapazität zu verringern.

11 zeigt in vereinfachter Form ein typisches Bilderfassungs- und Prozessorsystem 1800 wie eine Digitalkamera, die eine bildgebende Vorrichtung 2000 (z. B. eine bildgebende Vorrichtung 2000 wie den Bildsensor 16 aus 1 bis 10, die Pixel 30 mit Buried-Channel 91 verwendet) umfasst. Das Prozessorsystem 1800 ist beispielhaft für ein System mit Digitalschaltungen, das die bildgebende Vorrichtung 2000 einschließen kann. Ohne einschränkend zu sein, könnte ein solches System ein Computersystem, ein Standbild- oder Videobildkamerasystem, einen Scanner, maschinelles Sehen, Fahrzeugnavigation, ein Videotelefon, ein Überwachungssystem, ein Autofokussystem, ein Sternenachlaufsystem, ein Bewegungserkennungssystem, ein Bildstabilisierungssystem und weitere Systeme, die eine bildgebende Vorrichtung verwenden, einschließen.

Das Bilderfassungs- und Prozessorsystem 1800 umfasst im Allgemeinen eine Linse 1896 zur Fokussierung eines Bildes auf einem Pixel-Array 20 der Vorrichtung 2000, wenn ein Auslöserknopf 1897 gedrückt wird, und eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 1895 wie einen Mikroprozessor, der die Kamera sowie eine oder mehrere Bildablauffunktionen steuert und mit einem oder mehreren der Eingabe/Ausgabe(I/O)-Vorrichtungen 1891 über einen Bus 1893 kommuniziert. Die bildgebende Vorrichtung 2000 kommuniziert ebenfalls mit der CPU 1895 über den Bus 1893. Das System 1800 kann außerdem ein Random Access Memory (RAM) 1892 und einen Wechselspeicher 1894, beispielsweise einen Flash-Speicher, einschließen, der ebenfalls mit der CPU 1895 über den Bus 1893 kommuniziert. Bildgebendes Gerät 2000 kann mit der CPU kombiniert werden, mit oder ohne Speicher auf einem einzelnen integrierten Schaltkreis oder auf einem anderen Chip. Obwohl der Bus 1893 als ein einzelner Bus dargestellt ist, kann es sich um einen oder mehrere Busse oder Brücken oder andere Kommunikationswege handeln, die verwendet werden, um die Systemkomponenten miteinander zu verbinden.

In verschiedenen Ausführungsformen kann ein auf einem Halbleitersubstrat gebildetes Bildsensorpixel auch einen Photodetektor, der eine Ladung als Reaktion auf einfallendes Licht erzeugt, eine Floating-Diffusion, eine Weiche, die die durch den Photodetektor erzeugte Ladung auf die Floating-Diffusion überträgt, und einen Buried-Channel-Bereich, der im Halbleitersubstrat gebildet ist, einschließen. Der Buried-Channel-Bereich kann an die Floating-Diffusion gekoppelt sein und sich von dort erstrecken. Der Buried-Channel-Bereich kann die Weiche ggf. nur teilweise überlappen. Der Buried-Channel-Bereich kann sich nur teilweise unter der Weiche erstrecken und ggf. nicht bis zum Photodetektor. Ein Abschnitt des Halbleitersubstrats kann den Bunied-Channel-Bereich vom Photodetektor trennen. Ein erster Abschnitt der Weiche kann den Buried-Channel-Bereich überlappen, und ein zweiter Abschnitt der Weiche kann den Buried-Channel-Bereich nicht überlappen.

Zumindest ein Teil der von dem Photodetektor erzeugten Ladung kann einen Blooming-Strom enthalten, und der Buried-Channel-Bereich kann so konfiguriert sein, dass der Blooming-Strom von dem Photodetektor an die Floating-Diffusion gekoppelt ist, ohne die Weiche zu aktivieren. Der Buried-Channel-Bereich kann den Blooming-Strom von dem Photodetektor an die Floating-Diffusion koppeln, ohne dabei Dunkelstrom von der Weiche in den Photodetektor zu koppeln.

Ein verdecktes P-Typ-Implantat kann in dem Halbleitersubstrat unter dem Buried-Channel-Bereich gebildet sein. Der Buried-Channel-Bereich kann einen ersten und einen zweiten Buried-Channel-Bereichsabschnitt umfassen, die durch einen Spalt getrennt sind. Der erste Buried-Channel-Bereichsabschnitt kann sich von dem Photodetektor aus erstrecken und die Weiche nur teilweise überlappen, und der zweite Buried-Channel-Bereichsabschnitt kann sich von der Floating-Diffusion aus erstrecken und die Weiche nur teilweise überlappen. Erste und zweite verdeckte P-Typ-Implantate können in dem Halbleitersubstrat unter den ersten und zweiten Buried-Channel-Bereichsabschnitten gebildet sein, wobei die ersten und zweiten verdeckten P-Typ-Implantate durch den Spalt getrennt sind. Der erste Buried-Channel-Bereichsabschnitt kann sich vollständig durch den Photodetektor erstrecken. Ein verdecktes P-Typ-Implantat kann in dem Halbleitersubstrat unter den ersten und zweiten Buried-Channel-Bereichsabschnitten gebildet sein, wobei sich das verdeckte P-Typ-Implantat unter dem Spalt erstreckt.

In einigen Ausführungsformen kann ein Pixel einen Photodetektor, eine Floating-Diffusion und eine Weiche enthalten. Die Weiche kann einen nicht kontinuierlichen Buried-Channel umfassen. Der nicht kontinuierliche Buried-Channel kann einen zentralen Bereich der Weiche überlappen, ohne sich auf den Photodetektor zu erstrecken. Der nicht kontinuierliche Buried-Channel kann sich von der Floating-Diffusion zum zentralen Bereich der Weiche hin erstrecken. Der nicht kontinuierliche Buried-Channel kann einen ersten Abschnitt, der sich von der Floating-Diffusion zum Photodetektor hin erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt, der sich von dem Photodetektor zur Floating-Diffusion hin erstreckt, umfassen. Die ersten und zweiten Abschnitte können sich nicht berühren. Die Weiche kann ein verdecktes Implantat unter dem nicht kontinuierlichen Buried-Channel umfassen. Der nicht kontinuierliche Buried-Channel kann einen ersten Dotiertyp aufweisen, und das verdeckte Implantat kann einen zweiten Dotiertyp aufweisen, der sich von dem ersten Dotiertyp unterscheidet.

In einigen Ausführungsformen kann ein System eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Speicher, eine Eingabe-Ausgabe-Schaltung und einen Bildsensor umfassen. Der Bildsensor kann ein Array aus Bildpixeln einschließen. Mindestens eines der Pixel in dem Array kann einen Photodetektor, der eine Ladung als Reaktion auf Licht erzeugt, eine Floating-Diffusion, eine Weiche, die sich öffnet, um einen ersten Abschnitt der erzeugten Ladung zu der Floating-Diffusion zu übertragen, und einen Buried-Channel-Bereich, der sich von der Floating-Diffusion aus erstreckt, einschließen. Der Buried-Channel-Bereich kann sich unter einem zentralen Bereich der Weiche erstrecken, ohne sich auf den Photodetektor zu erstrecken. Der Buried-Channel-Bereich kann einen zweiten Abschnitt der erzeugten Ladung auf die Floating-Diffusion übertragen, ohne die Weiche zu aktivieren. Ein verdecktes P-Typ-Implantat kann den Buried-Channel-Bereich überlappen, ohne sich bis zum Photodetektor zu erstrecken. Das mindestens eine Pixel in dem Array kann eines von einer Vielzahl von benachbarten Pixeln sein, und jedes Pixel in der Vielzahl von benachbarten Pixeln kann den Buried-Channel-Bereich teilen. Der Buried-Channel-Bereich kann einen ersten und einen zweiten Buried-Channel-Bereichsabschnitt umfassen, die durch einen Spalt getrennt sind.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Bildsensorpixel bereitgestellt, das auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist, das einen Photodetektor, der als Reaktion auf einfallendes Licht eine Ladung erzeugt, sowie eine Floating-Diffusion, eine Weiche, die die durch den Photodetektor erzeugte Ladung auf die Floating-Diffusion überträgt, und einen Buried-Channel-Bereich, der in dem Halbleitersubstrat gebildet ist, einschließt, wobei der Buried-Channel-Bereich an die Floating-Diffusion gekoppelt ist und sich von dort erstreckt und der Buried-Channel-Bereich die Weiche nur teilweise überlappt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform erstreckt sich der Buried-Channel-Bereich nur teilweise unter der Weiche und ggf. nicht bis zum Photodetektor.

Gemäß einer anderen Ausführungsform trennt ein Abschnitt des Halbleitersubstrats den Buried-Channel-Bereich vom Photodetektor.

Gemäß einer anderen Ausführungsform überlappt ein erster Abschnitt der Weiche den Buried-Channel-Bereich und überlappt ein zweiter Abschnitt der Weiche den Buried-Channel-Bereich nicht.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst zumindest ein Teil der erzeugten Ladung einen Blooming-Strom und der Buried-Channel-Bereich ist so konfiguriert, dass er den Blooming-Strom von dem Photodetektor an die Floating-Diffusion koppelt, ohne die Weiche zu aktivieren.

Gemäß einer anderen Ausführungsform koppelt der Buried-Channel-Bereich den Blooming-Strom von dem Photodetektor an die Floating-Diffusion, ohne dabei Dunkelstrom von der Weiche in den Photodetektor zu koppeln.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Bildsensorpixel ein verdecktes P-Typ-Implantat, das im Halbleitersubstrat unter dem Buried-Channel-Bereich gebildet ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der Buried-Channel-Bereich einen ersten und einen zweiten Buried-Channel-Bereich, die durch einen Spalt getrennt sind, wobei der erste Buried-Channel-Bereich sich von dem Photodetektor aus erstreckt und die Weiche nur teilweise überlappt und der zweite Buried-Channel-Bereich sich von der Floating-Diffusion aus erstreckt und die Weiche nur teilweise überlappt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Bildsensorpixel erste und zweite verdeckte P-Typ-Implantate, die in dem Halbleitersubstrat unter den ersten und zweiten Buried-Channel-Bereichsabschnitten gebildet sind, wobei die ersten und zweiten verdeckten P-Typ-Implantate durch den Spalt getrennt sind.

Gemäß einer anderen Ausführungsform erstreckt sich der erste Buried-Channel-Bereichsabschnitt vollständig durch den Photodetektor.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Bildsensorpixel ein verdecktes P Typ-Implantat, das in dem Halbleitersubstrat unter den ersten und zweiten Buried-Channel-Bereichsabschnitten gebildet ist, und erstreckt sich das verdeckte P-Typ-Implantat unter dem Spalt.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Pixel bereitgestellt, das einen Photodetektor, eine Floating-Diffusion und eine Weiche umfasst, die einen nicht kontinuierlichen Buried-Channel einschließt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform überlappt der nicht durchgängige Buried-Channel einen zentralen Bereich der Weiche, ohne sich bis zum Photodetektor hin zu erstrecken.

Gemäß einer anderen Ausführungsform erstreckt sich der nicht kontinuierliche Buried-Channel von der Floating-Diffusion bin zum zentralen Bereich der Weiche.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der nicht kontinuierliche Buried-Channel einen ersten Abschnitt, der sich von der Floating-Diffusion zum Photodetektor hin erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt, der sich von dem Photodetektor zur Floating-Diffusion hin erstreckt, wobei sich die ersten und zweiten Abschnitte nicht berühren.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die Weiche ein verdecktes Implantat unter dem nicht kontinuierlichen Buried-Channel, wobei der nicht kontinuierliche Buried-Channel einen ersten Dotiertyp aufweist und das verdeckte Implantat einen zweiten Dotiertyp aufweist, der sich von dem ersten Dotiertyp unterscheidet.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein System bereitgestellt, das eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Speicher, eine Eingabe-Ausgabe-Schaltung und einen Bildsensor umfasst, der ein Pixelarray einschließt, wobei mindestens eines der Pixel einen Photodetektor, der als Reaktion auf Licht eine Ladung erzeugt, eine Floating-Diffusion, eine Weiche, die sich öffnet, um einen ersten Abschnitt der erzeugten Ladung auf die Floating-Diffusion zu übertragen, und einen Buried-Channel-Bereich, der sich von der Floating-Diffusion aus erstreckt, einschließt, wobei sich der Buried-Channel-Bereich unter einem zentralen Abschnitt der Weiche erstreckt, ohne sich bis zum Photodetektor zu erstrecken, und der Buried-Channel-Bereich einen zweiten Abschnitt der erzeugten Ladung auf die Floating-Diffusion überträgt, ohne die Weiche zu aktivieren.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das System ein verdecktes P-Typ-Implantat, das den Buried-Channel-Bereich überlappt, ohne sich bis zum Photodetektor zu erstrecken.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das mindestens eine Pixel eines von einer Vielzahl von benachbarten Pixeln, und jedes Pixel in der Vielzahl von benachbarten Pixeln teilt den Buried-Channel-Bereich.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der Buried-Channel-Bereich einen ersten und einen zweiten Abschnitt, die durch einen Spalt getrennt sind.

Das Vorhergehende ist lediglich veranschaulichend für die Grundsätze dieser Erfindung, und durch den Fachmann können vielfältige Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Die vorhergehenden Ausführungsformen können einzeln oder in einer beliebigen Kombination implementiert werden.