寬動態範圍像素單元、其製造方法及其構成的圖像傳感器的製造方法
2023-06-01 16:37:11 1
寬動態範圍像素單元、其製造方法及其構成的圖像傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明提出了一種寬動態範圍像素單元、其製造方法及其構成的圖像傳感器，該像素單元包括在同一襯底上形成的光電二極體、傳輸門管、浮置擴散節點、復位管、源跟隨管和行選通管，還包括與浮置擴散節點相連的PINNED結構。本發明的像素單元通過控制PINNED結構的耗盡電壓來實現圖像傳感器非線性靈敏度。本發明的製造方法工藝簡單，與現有的CMOS製造工藝兼容。本發明的圖像傳感器採用具有PINNED結構的像素單元組成像素陣列，實現了圖像傳感器的非線性靈敏度，不但能夠提高圖像傳感器對過曝區域的控制，還能提高暗態區域的可視性，從而提高圖像傳感器的動態範圍。
【專利說明】寬動態範圍像素單元、其製造方法及其構成的圖像傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬於基本電氣元件領域，涉及半導體器件的製備，特別涉及一種具有寬動態範圍的像素單元，該像素單元的製造方法及由該像素單元構成的圖像傳感器。
【背景技術】
[0002]近年來，CMOS圖像傳感器產業高速發展，圖像傳感器廠商推出性能優越並且晶片面積也更小的產品，隨著像素尺寸的減小，其成本大大降低，但是一些性能受到明顯制約，比如動態範圍，靈敏度，信噪比等。為了提高晶片的動態範圍，目前主要採用大小像素或大小FD (浮置擴散節點)結構的像素來實現寬動態範圍。在大小像素方法中，一個像素單元包含兩個像素——大像素和小像素；在大小FD方法中，採用和大小像素相似的布局，一個像素單元包含兩個像素——大FD像素和小FD像素。採用大小像素結構的圖像傳感器，大像素的靈敏度比較高，可以探測到較低照度的物體，小像素的靈敏度較低，用於探測較高照度的物體。在圖像傳感器工作時，一幅圖片中包含大小像素的圖像信息，相當於高靈敏度(大像素)和低靈敏度(小像素)兩種條件下的圖像合成。在最終的圖像中反應出更多的低照度和高照度下的信息。因此大小像素結構可以實現寬動態範圍的圖像傳感器。雖然上述方式可以實現寬動態的圖像傳感器，但是相同解析度的情況下會額外增加圖像傳感器的晶片面積，性價比低。
【發明內容】
[0003]本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種寬動態範圍像素單元、其製造方法及其構成的圖像傳感器。
[0004]為了實現本發明的上述目的，根據本發明的第一個方面，本發明提供了一種寬動態範圍的像素單元，包括在同一襯底上形成的光電二極體、傳輸門管、浮置擴散節點、PINNED結構，所述光電二極體和浮置擴散節點通過所述傳輸門管分隔，所述浮置擴散節點與所述PINNED結構相連，所述浮置擴散節點的復位電壓大於所述PINNED結構的耗盡電壓。
[0005]本發明的像素單元在與浮置擴散節點相連的區域設置PINNED結構(在襯底內形成兩層P型區域且中間夾有N型區域的結構，或在襯底內形成兩層N型區域且中間夾有P型區域的結構)，通過控制PINNED結構的耗盡電壓來實現圖像傳感器靈敏度的非線性。在曝光時間較短時，圖像傳感器的靈敏度較高；曝光較長時，光電二極體產生的載流子轉移到浮置擴散節點中，當浮置擴散節點電壓小於PINNED結構的耗盡電壓時，浮置擴散節點中的載流子轉移到PINNED結構中，圖像傳感器靈敏度變低，從而實現圖像傳感器非線性靈敏度，不但能夠提高圖像傳感器對過曝區域的控制，還能提高暗態區域的可視性，從而提高圖像傳感器的動態範圍。
[0006]為了實現本發明的上述目的，根據本發明的第二個方面，本發明提供了一種寬動態範圍像素單元的製造方法，其包括提供襯底並在所述襯底上形成光電二極體、傳輸門管、浮置擴散節點和PINNED結構，所述光電二極體和浮置擴散節點通過所述傳輸門管分隔，所述浮置擴散節點與PINNED結構相連，所述浮置擴散節點的復位電壓大於所述PINNED結構的耗盡電壓。
[0007]本發明像素單元的製造方法在與浮置擴散節點相連的區域形成PINNED結構，通過控制PINNED結構的耗盡電壓來實現圖像傳感器非線性靈敏度，提高了圖像傳感器的動態範圍，另外，這種製造方法工藝簡單，與現有的CMOS製造工藝兼容。
[0008]為了實現本發明的上述目的，根據本發明的第三個方面，本發明提供了一種圖像傳感器，其包括:像素陣列，所述像素陣列具有m行η列權利要求1-4之一所述的像素單元，所述m、η為正整數；列解碼器和行解碼器，所述列解碼器和行解碼器與所述像素陣列相連，用於對像素陣列的像素單元進行選擇；讀出電路，所述讀出電路與所述像素陣列相連，用於讀出所述列解碼器和行解碼器選中的像素單元的電壓值；模擬前端處理電路及與其相連的模數轉換器，所述模擬前端處理電路與所述讀出電路相連，用於對所述讀出電路讀出的電壓值進行處理，所述模數轉換器用於對所述模擬前端處理電路處理的電壓值進行轉換；圖像信號處理電路，所述圖像信號處理電路與所述模數轉換器相連，用於接收、處理所述模數轉換器的輸出數據並將處理的數據傳輸給圖像顯示設備。
[0009]本發明的圖像傳感器採用具有PINNED結構的像素單元組成像素陣列，實現了圖像傳感器的非線性靈敏度，不但能夠提高圖像傳感器對過曝區域的控制，還能提高暗態區域的可視性，從而提高圖像傳感器的動態範圍。
[0010]在本發明的另一種優選實施方式中，PINNED結構的面積大於所述浮置擴散節點的面積。
[0011]本發明通過設置與浮置擴散節點相連的PINNED結構，通過調節PINNED結構的耗盡電壓使所述PINNED結構的耗盡電壓小於浮置擴散節點的復位電壓，從而控制圖像傳感器的靈敏度達到非線性狀態的積分時間和輸出達到飽和狀態的速率，實現對圖像傳感器非線性靈敏度的控制。
[0012]本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
圖1是本發明寬動態範圍的像素單元的剖面示意圖；
圖2是本發明寬動態範圍的像素單元的平面布局示意圖；
圖3是本發明寬動態範圍的像素單元的電路結構圖；
圖4是本發明寬動態範圍的像素單元的在低亮度和高亮度下電子轉移對比示意圖；
圖5是本發明像素單元的採集信號時序圖；
圖6是傳統圖像傳感器與本發明圖像傳感器的靈敏度曲線示意圖；
圖7是傳統圖像傳感器與本發明圖像傳感器的像素單元輸出曲線示意圖；
圖8是本發明圖像傳感器的系統結構圖。
[0014]附圖標記:
101襯底；102傳輸門管柵極；103光電二極體；104浮置擴散節點； 105 PINNED結構；106復位管；107傳輸門管；
108源跟隨管；109行選通管；
110有源區；201像素陣列；202列解碼器；203行解碼器；
204讀出電路；205模擬前端處理電路；206模數轉換器。
【具體實施方式】
[0015]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0016]在本發明的描述中，需要理解的是，術語「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」 「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0017]在本發明的描述中，除非另有規定和限定，需要說明的是，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。
[0018]圖1是本發明提供的寬動態範圍的像素單元的剖面示意圖，圖中僅僅是示意的給出了各區域的尺寸，具體的尺寸可以根據器件參數的要求進行設計。從圖中可見，本發明的寬動態範圍的像素單元包括在同一襯底101上形成的光電二極體103、傳輸門管107、浮置擴散節點(FD) 104、復位管、源跟隨管和行選通管，該襯底101是製備MOSFET的任何襯底材料，具體可以是但不限於SO1、矽、鍺、砷化鎵，在本實施方式中，優選採用矽。在該像素單元中，光電二極體103和浮置擴散節點104通過傳輸門管107分隔，當傳輸門管107的柵極102施加電壓，傳輸門管107導通時，光電二極體103中的載流子能夠傳輸到浮置擴散節點104上，浮置擴散節點104的摻雜類型與襯底101的摻雜類型相反。在本實施方式中，該浮置擴散節點104為重摻雜，這裡需要說明的是，本發明所說的重摻雜是指本領域技術人員進行高濃度摻雜時普遍採用的濃度範圍。
[0019]圖2是本發明寬動態範圍的像素單元的平面布局示意圖，圖1即是圖2沿AA』方向的剖視圖，從圖2中可見，本發明的像素單元具有光電二極體103、傳輸門管107、浮置擴散節點104、復位管106、源跟隨管108和行選通管109，其中，光電二極體103通過傳輸門管107與浮置擴散節點104相連，通過傳輸門管107控制光電二極體103內的載流子向浮置擴散節點104傳輸；復位管106與浮置擴散節點104相連，通過復位管106分別對光電二極體103和浮置擴散節點104進行復位，即清空光電二極體103和浮置擴散節點104區域的電荷；源跟隨管108與浮置擴散節點104相連，用於對從浮置擴散節點104上採集到的信號進行放大和緩衝；行選通管109與源跟隨管108相連，用於對源跟隨管108處理後的信號進行選通輸出。需要說明的是，圖中源跟隨管108和行選通管109上的黑色矩形區域分別為柵極，柵極下面灰色區域為有源區110，源跟隨管108與浮置擴散節點104的相連關係在圖2中沒有示出，具體連接關係可以參看圖3。[0020]本發明的像素單元中PINNED結構105與浮置擴散節點104相連，該PINNED結構105包括第一擴散區和第二擴散區，並且PINNED結構105的面積大於浮置擴散節點104的面積，即第一擴散區的面積和第二擴散區的面積中較小的大於浮置擴散節點104的面積，需要說明的是，本發明中所指的面積均是平面面積。在本實施方式中，單位面積的PINNED結構105中載流子的密度小於浮置擴散節點104中載流子的密度。第一擴散區與浮置擴散節點104相連，其形成在襯底101內，第二擴散區形成在第一擴散區上，第一擴散區的摻雜類型與襯底的摻雜類型相反，第二擴散區的摻雜類型與襯底101的摻雜類型相同，並且第一擴散區的濃度低於浮置擴散節點104的摻雜濃度，第二擴散區的摻雜濃度高於第一擴散區的摻雜濃度，從而形成浮置擴散節點104和PINNED結構105中的勢阱結構，表現為PINNED結構耗盡電壓小於浮置擴散節點的復位電壓。該第二擴散區的厚度小於第一擴散區的厚度，從圖1可見，第二擴散區、第一擴散區和襯底101形成PNP或者NPN的夾層結構。在本發明的一種優選實施方式中，第一擴散區和第二擴散區的形狀可以相同，該PINNED結構105可以為任意形狀，具體可以為但不限於多邊形、圓形、線形和弧形組成的圖形、或者不規則弧線組成的圖形。在本發明另外的優選實施方式中，第一擴散區和第二擴散區的形狀可以不同，該第一擴散區的形狀具體可以為但不限於多邊形、圓形、線形和弧形組成的圖形、或者不規則弧線組成的圖形。第二擴散區的形狀具體可以為但不限於多邊形、圓形、線形和弧形組成的圖形、或者不規則弧線組成的圖形。
[0021]在本實施方式中，如圖1和圖2所示，第一擴散區的摻雜類型為η型，其摻雜濃度為10el2/cm2,第二擴散區的摻雜類型為P型,其摻雜濃度為10el3/cm2。第一擴散區和第二擴散區的俯視形狀相同，均為矩形，圖中內層虛線限定的範圍為第一擴散區，圖中實線限定的範圍為第二擴散區，第一擴散區和第二擴散區均形成在有源區110上，該有源區110即為在襯底101內選定的進行後續摻雜的區域。這裡需要特別說明的是，雖然圖中沒有示出，本發明的光電二極體103、傳輸門管107、浮置擴散節點104、復位管106、源跟隨管108和行選通管109也均形成在有源區110上。
[0022]本發明的像素單元在與浮置擴散節點104相連的區域設置PINNED結構105，通過調節PINNED結構105的耗盡電壓使所述PINNED結構105的耗盡電壓小於浮置擴散節點104的復位電壓，來實現圖像傳感器非線性靈敏度。在曝光時間較短時靈敏度較高，曝光較長時光電二極體103產生的信號電子轉移到浮置擴散節點104中，當浮置擴散節點104的電壓低於PINNED結構105的耗盡電壓時，圖像傳感器靈敏度變低，從而實現圖像傳感器非線性靈敏度，不但能夠提高圖像傳感器對過曝區域的控制，還能提高暗態區域的可視性，從而提聞圖像傳感器的動態範圍。
[0023]圖3是本發明像素單元電路結構圖，每個像素單元都包含了復位管106，傳輸門管107，用於採集光信號的光電二極體103，PINNED結構105及與其相連的浮置擴散節點104，源跟隨管108，行選通管109。其中，光電二極體103通過傳輸門管107與浮置擴散節點104和PINNED結構105相連，通過傳輸門管107控制光電二極體103內的載流子向浮置擴散節點104和PINNED結構105傳輸；復位管106與浮置擴散節點104相連，通過復位管106對光電二極體103、浮置擴散節點104和PINNED結構105進行復位，即清空光電二極體103、浮置擴散節點104和PINNED結構105區域的電荷；源跟隨管108與浮置擴散節點104相連，用於對從浮置擴散節點104上採集到的信號進行放大和緩衝；行選通管109與源跟隨管108相連，用於對源跟隨管108處理後的信號進行選通輸出。
[0024]當像素單元工作時，首先，復位管106工作，光電二極體103、浮置擴散節點104和PINNED結構105中的電荷被清空，然後採集浮置擴散節點104上的電壓信號，隨後，光電二極體103工作，傳輸門管107導通，光電二極體103內的載流子傳輸至浮置擴散節點104上，或者傳輸至浮置擴散節點104和PINNED結構105上，並再次採集浮置擴散節點104上的電壓信號，源跟隨管108對從浮置擴散節點104上採集到的兩個電壓信號之差進行放大和緩衝，行選通管109對源跟隨管108處理後的信號進行選通輸出。圖中VDD是外部提供給整個像素單元的工作電壓，控制電路提供信號分別控制復位管106、傳輸門管107、行選通管109的導通與截止來實現後端電路對輸出Vout的採集。需要說明的是，圖中黑色的區域包括PINNED結構105及與其相連的浮置擴散節點104。
[0025]圖4是本發明寬動態範圍的像素單元的在低亮度和高亮度下電子轉移對比示意圖，從圖中可以看出，圖4.a所示，當光信號較小時，光生載流子較少，當傳輸門管107打開時，較少的電荷轉移到浮置擴散節點104上，單位電子產生的信號壓降較大，此時認為像素具有較高的靈敏度。而在光信號較大時，如圖4.b所示，光生載流子較多，轉移到浮置擴散節點104上的電荷增多，當浮置擴散節點104的電壓小於PINNED結構105的耗盡電壓時，浮置擴散節點104中的載流子轉移到PINNED結構105中，同時浮置擴散節點104的電壓開始降低，圖像傳感器靈敏度變低，從而實現圖像傳感器非線性靈敏度，相比於小信號時，單位電子產生的信號壓降較小，此時認為像素靈敏度降低。需要說明的是，耗盡電壓是指PINNED結構105中第一擴散區的載流子完全耗盡時的電壓值。當曝光時間較短時，圖像傳感器的靈敏度較高，曝光時間較長時，光電二極體103產生的信號電子轉移到浮置擴散節點104中，當浮置擴散節點104的電壓小於PINNED結構105的耗盡電壓時，圖像傳感器的靈敏度開始變低。
[0026]圖5是本發明像素單元的採集信號時序圖，其中RST為復位信號，TX為傳輸門控制信號，SHR為第一次採樣控制信號，SHS為第二次採樣控制信號。本發明像素單元的信號採集過程具體如下:
首先，復位管106工作，對光電二極體103進行復位，清空光電二極體103中的電荷； 然後，復位浮置擴散節點104區域，清空浮置擴散節點104區域的電荷；
再後，採集浮置擴散節點104上的電壓信號；
隨後，光電二極體103工作，傳輸門管107導通，光電二極體103中的電子傳輸到浮置擴散節點104上，或者是傳輸到浮置擴散節點104和PINNED結構105上；
最後，再次採集浮置擴散節點104上的電壓。浮置擴散節點上兩次採集電壓的差，即為米集到的光電信號。
[0027]圖6是傳統圖像傳感器與本發明圖像傳感器的靈敏度曲線示意圖，從圖中可見，傳統的圖像傳感器工作時，其靈敏度是不變的，如圖6.a所示，對於同一幅畫面中亮暗不同的區域，隨著積分時間變長，亮暗區域亮度值同時增加，其輸出曲線如圖7.a所示，為了達到某一亮度值，可能會縮短或者增加積分時間，這樣表現在輸出圖像上的結果是暗的區域較亮的時候而亮的區域會過曝，或者是暗區域很暗，亮的區域較暗，這樣總體結果是圖像動態範圍偏低。而在本發明中，就避免上述現象的產生。圖6.b是本發明圖像傳感器的靈敏度示意圖，從圖中可見，當積分時間較短時，靈敏度先保持不變，即電子積累較少的時候，電子完全轉移到浮置擴散節點104上；隨著積分時間變長，靈敏度相對降低，即電子不僅轉移到浮置擴散節點104上，還轉移到了 PINNED結構105上，PINNED結構105實現對電荷的分享，從而形成圖7.b所示的輸出曲線，即隨著亮度值的增加，其像素的靈敏度會下降。同樣對於同一幅畫面中亮暗不同的區域，在較暗區域其靈敏度較高，這樣會抬高暗區的亮度值，而在亮區域其靈敏度會降低，從而實現圖像傳感器對過曝區域的控制，並有效提高較暗區域的可視性。實現寬動態的像素結構。
[0028]為了實現對PINNED結構105的耗盡電壓的控制，從而控制圖像傳感器的靈敏度達到非線性狀態的積分時間和輸出達到飽和狀態的速率，可以控制第一擴散區以及第二擴散區的摻雜濃度。在本實施方式中，PINNED結構105的面積與浮置擴散節點104的面積比值範圍為5:1-10:1。
[0029]本發明通過設置與浮置擴散節點相連的PINNED結構，通過調節PINNED結構的耗盡電壓使所述PINNED結構的耗盡電壓小於浮置擴散節點的復位電壓，從而控制圖像傳感器的靈敏度達到非線性狀態的積分時間和輸出達到飽和狀態的速率，實現對圖像傳感器非線性靈敏度的控制。
[0030]為得到本發明的像素單元，本發明還提供了一種製造方法，其包括提供襯底101並在襯底101內利用光刻技術定義出有源區110，在該有源區110內形成光電二極體103、傳輸門管107、浮置擴散節點104、復位管106、源跟隨管108、行選通管109和PINNED結構105,其中，光電二極體103和浮置擴散節點104通過傳輸門管107分隔，由於光電二極體103、傳輸門管107、復位管106、源跟隨管108、行選通管109的形成方法可以採用現有技術，本發明不作贅述。在本發明中，浮置擴散節點104與PINNED結構105相連，PINNED結構105的面積大於浮置擴散節點104的面積，PINNED結構105包括第一擴散區和第二擴散區，形成浮置擴散節點104與PINNED結構105的步驟為:S1:在襯底101內形成浮置擴散節點104，該浮置擴散節點104為重摻雜，其摻雜類型與襯底101的摻雜類型相反，在本實施方式中，浮置擴散節點104可以為但不限於利用掩膜版，塗覆光刻膠，通過曝光、顯影露出需要進行離子注入的區域，在掩膜掩蔽的情況下進行離子注入，並擴散，退火形成，在本實施方式中，該浮置擴散節點的摻雜濃度為10el5/cm2 ；
S2:在襯底101內與浮置擴散節點104相連的區域內形成第一擴散區，第一擴散區的面積大於浮置擴散節點104的面積，在本實施方式中，第一擴散區的面積小於PINNED結構105區域的有源區面積，該第一擴散區的摻雜濃度低於浮置擴散節點104的摻雜濃度，其摻雜類型與襯底的摻雜類型相反，第一擴散區可以為但不限於利用掩膜版，塗覆光刻膠，通過曝光、顯影露出需要進行離子注入的區域，在掩膜掩蔽的情況下進行離子注入，並擴散，退火形成，具體形成的第一擴散區的形狀具體可以為但不限於多邊形、圓形、線形和弧形組成的圖形、或者不規則弧線組成的圖形，在本實施方式中，該第一擴散區的摻雜濃度為10el2/cm2 ；
S3:在第一擴散區上形成第二擴散區，第二擴散區的厚度小於第一擴散區的厚度，第二擴散區的面積大於第一擴散區的面積，該第二擴散區的摻雜濃度高於第一擴散區的摻雜濃度，其摻雜類型與襯底101的摻雜類型相同，該第二擴散區可以為但不限於利用掩膜版，塗覆光刻膠，通過曝光、顯影露出需要進行離子注入的區域，在掩膜掩蔽的情況下進行離子注入，並擴散，退火形成，具體形成的第二擴散區的形狀具體可以為但不限於多邊形、圓形、線形和弧形組成的圖形、或者不規則弧線組成的圖形，在本實施方式中，第二擴散區的形狀與第一擴散區的形狀相同，該第二擴散區的摻雜濃度為10el3/cm2。
[0031]在本發明的一種優選實施方式中，可以形成PINNED結構之後再形成浮置擴散節點，即先進行步驟S2和步驟S3，然後再進行步驟SI。
[0032]在本發明另外的優選實施方式中，步驟SI，步驟S2和步驟S3可以單獨進行，也可以與光電二極體103，傳輸門管107，復位管106，源跟隨管108或行選通管109的形成摻雜區域的步驟同時進行。
[0033]本發明像素單元的製造方法在與浮置擴散節點104相連的區域形成PINNED結構105，通過控制PINNED結構105的耗盡電壓來實現圖像傳感器非線性靈敏度，提高了圖像傳感器的動態範圍，另外，這種製造方法工藝簡單，與現有的CMOS製造工藝兼容。
[0034]如圖8所示，本發明還提供了一種圖像傳感器，其包括像素陣列201，該像素陣列201具有m行η列本發明的寬動態範圍的像素單元，其中，m、η為正整數；圖像傳感器還包括列解碼器202和行解碼器203，該列解碼器202和行解碼器203與像素陣列201相連，用於對像素陣列201的像素單元進行選擇；像素陣列201還與讀出電路204相連，用於讀出列解碼器202和行解碼器203選中的像素單元的電壓值，讀出電路204與模擬前端處理電路205相連，用於對讀出電路讀出204的電壓值進行處理，模擬前端處理電路205與模數轉換器206相連，該模數轉換器206用於對模擬前端處理電路處理的電壓值進行轉換；模數轉換器與圖像信號處理電路相連，該圖像信號處理電路用於接收、處理模數轉換器206的輸出數據並將處理的數據傳輸給圖像顯示設備。在本實施方式中，圖像信號處理電路還可以與存儲單元相連，用於對模數轉換器探測的數據進行存儲。
[0035]由於本發明的圖像傳感器採用具有PINNED結構的像素單元組成像素陣列，因此實現了圖像傳感器的非線性靈敏度，不但能夠提高圖像傳感器對過曝區域的控制，還能提高暗態區域的可視性，從而提高圖像傳感器的動態範圍。
[0036]在本說明書的描述中，參考術語「 一個實施例」、「 一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0037]儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種寬動態範圍的像素單元，其特徵在於，包括在同一襯底上形成的光電二極體、傳輸門管、浮置擴散節點、PINNED結構，所述光電二極體和浮置擴散節點通過所述傳輸門管分隔，所述浮置擴散節點與所述PINNED結構相連，所述浮置擴散節點的復位電壓大於所述PINNED結構的耗盡電壓。
2.如權利要求1所述的寬動態範圍的像素單元，其特徵在於，所述PINNED結構包括第一擴散區和第二擴散區，所述第一擴散區形成在所述襯底內，所述第二擴散區形成在所述第一擴散區上，所述第一擴散區的摻雜類型與所述襯底的摻雜類型相反，所述第二擴散區的摻雜類型與所述襯底的摻雜類型相同，所述第二擴散區的摻雜濃度高於所述第一擴散區的摻雜濃度。
3.如權利要求1所述的寬動態範圍的像素單元，其特徵在於，所述PINNED結構的形狀為多邊形、圓形、線形和弧形組成的圖形、或者不規則弧線組成的圖形。
4.如權利要求1-3任一項所述的寬動態範圍的像素單元，其特徵在於，所述PINNED結構的面積大於所述浮置擴散節點的面積。
5.如權利要求1所述的寬動態範圍的像素單元，其特徵在於，所述浮置擴散節點的摻雜濃度高於所述第一擴散區的摻雜濃度，其摻雜類型與所述襯底的摻雜類型相反。
6.一種寬動態範圍像素單元的製造方法，其特徵在於，包括提供襯底並在所述襯底上形成光電二極體、傳輸門管、浮置擴散節點和PINNED結構，所述光電二極體和浮置擴散節點通過所述傳輸門管分隔，所述浮置擴散節點與PINNED結構相連，所述浮置擴散節點的復位電壓大於所述PINNED結構的耗盡電壓。
7.如權利要求6所述的寬動態範圍像素單元的製造方法，其特徵在於，其中，所述PINNED結構包括第一擴散區和第二擴散區，形成所述浮置擴散節點與PINNED結構的步驟為: S1:在所述襯底內形成浮置擴散`節點，所述浮置擴散節點的摻雜類型與所述襯底的摻雜類型相反； S2:在所述襯底內與浮置擴散節點相連的區域內形成第一擴散區，所述第一擴散區的面積大於所述浮置擴散節點的面積，所述第一擴散區的摻雜濃度低於所述浮置擴散節點的摻雜濃度，其摻雜類型與所述襯底的摻雜類型相反； S3:在所述第一擴散區上形成第二擴散區，所述第二擴散區的摻雜濃度高於所述第一擴散區的摻雜濃度，其摻雜類型與所述襯底的摻雜類型相同。
8.如權利要求7所述的寬動態範圍像素單元的製造方法，其特徵在於，所述PINNED結構的面積大於所述浮置擴散節點的面積。
9.一種圖像傳感器，其特徵在於，包括: 像素陣列，所述像素陣列具有m行η列權利要求1-5之一所述的像素單元，所述m、n為正整數； 列解碼器和行解碼器，所述列解碼器和行解碼器與所述像素陣列相連，用於對像素陣列的像素單元進行選擇； 讀出電路，所述讀出電路與所述像素陣列相連，用於讀出所述列解碼器和行解碼器選中的像素單元的電壓值； 模擬前端處理電路及與其相連的模數轉換器，所述模擬前端處理電路與所述讀出電路相連，用於對所述讀出電路讀出的電壓值進行處理，所述模數轉換器用於對所述模擬前端處理電路處理的電壓值進行轉換； 圖像信號處理電路，所述圖像信號處理電路與所述模數轉換器相連，用於接收、處理所述模數轉換器的輸出數據並將處理 的數據傳輸給圖像顯示設備。
【文檔編號】H01L27/146GK103779365SQ201310251026
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年6月24日 優先權日:2012年10月19日
【發明者】張彩婷, 劉坤, 傅璟軍, 胡文閣 申請人:比亞迪股份有限公司