具有耦合栅极结构的图像像素的制作方法

技术特征：
1.一种图像传感器像素，所述图像传感器像素包括：光敏元件；浮动扩散区；第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管将所述光敏元件耦合到所述浮动扩散区；电荷存储结构；和第三晶体管，其中所述第二晶体管和所述第三晶体管被配置为在像素读出操作期间在所述浮动扩散区与所述电荷存储结构之间形成导电路径。2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述电荷存储结构包括电容器，所述电容器被配置为在低转换增益操作模式下扩展所述浮动扩散区的存储容量。3.根据权利要求2所述的图像传感器像素，其中所述第一晶体管被配置为形成势垒，所述势垒限定由所述光敏元件生成的电荷的溢出部分，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管被配置为将所述电荷的溢出部分从所述光敏元件转移到所述电容器，并且其中所述图像传感器像素被配置为基于所述电荷的溢出部分输出低转换增益图像信号，并且被配置为基于存储在所述光敏元件处的电荷的剩余部分输出高转换增益图像信号。4.根据权利要求1所述的图像传感器像素，所述图像传感器像素还包括：复位晶体管，所述复位晶体管将所述浮动扩散区耦合到电源电压端子；和源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管将所述浮动扩散区耦合到像素输出路径，其中所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述复位晶体管形成所述光敏元件的抗光晕路径。5.根据权利要求1所述的图像传感器像素，所述图像传感器像素还包括：附加电荷存储结构；和第四晶体管，其中所述第二晶体管和所述第四晶体管被配置为在所述像素读出操作期间在所述浮动扩散区与所述附加电荷存储结构之间形成附加导电路径，并且其中所述图像传感器像素被配置为基于存储在所述电荷存储结构处的电荷的第一部分输出第一低转换增益图像信号，被配置为基于存储在所述附加电荷存储结构处的电荷的第二部分输出第二低转换增益图像信号，并且被配置为基于存储在所述光敏元件处的电荷的剩余部分输出高转换增益图像信号。6.一种图像传感器，所述图像传感器包括：控制电路；读出电路；和图像像素阵列，所述图像像素阵列耦合到所述控制电路并且耦合到所述读出电路，所述阵列中的图像像素包括：光敏元件；浮动扩散区；电容器；和耦合栅极结构，所述耦合栅极结构具有耦合到所述光敏元件的输入端子、耦合到所述浮动扩散区的第一输出端子和耦合到所述电容器的第二输出端子，其中所述控制电路被配置为控制所述耦合栅极结构以在所述第一输出端子与所述第二输出端子之间形成导电路
径，并且通过所述耦合栅极结构将所述浮动扩散区连接到所述电容器。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述耦合栅极结构包括耦合到所述光敏元件的第一晶体管、耦合到所述浮动扩散区的第二晶体管和耦合到所述电容器的第三晶体管。8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述控制电路被配置为控制所述第一晶体管以限定由所述光敏元件生成的电荷的溢出部分并且限定由所述光敏元件生成并存储在所述光敏元件处的电荷的剩余部分，其中所述控制电路被配置为激活所述第二晶体管以将所述电荷的溢出部分的第一组转移到所述浮动扩散区，以及激活所述第三晶体管以将所述电荷的溢出部分的第二组转移到所述电容器，并且其中所述读出电路被配置为接收基于所述电荷的溢出部分的所述第二组生成的第一图像信号，以及接收基于存储在所述光敏元件处的所述电荷的剩余部分生成的第二图像信号。9.一种操作图像传感器像素的方法，所述方法包括：在光敏元件处，响应于入射光生成电荷；在第一晶体管处，限定所生成的电荷的溢出部分；使用第二晶体管和第三晶体管调节所生成的电荷的所述溢出部分在浮动扩散区与电荷存储结构之间的转移；以及在读出操作期间，使用所述第二晶体管和所述第三晶体管将所述浮动扩散区连接到所述电荷存储结构。10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：在使用所述第二晶体管和所述第三晶体管将所述浮动扩散区连接到所述电荷存储结构时，输出低转换增益图像信号；在所述读出操作期间，使用所述第一晶体管和所述第二晶体管将所生成的电荷的剩余部分转移到所述浮动扩散区；在使用所述第一晶体管和所述第二晶体管将所生成的电荷的所述剩余部分转移到所述浮动扩散区之后，输出高转换增益图像信号；以及在使用所述第二晶体管和所述第三晶体管将所述浮动扩散区连接到所述电荷存储结构之前，移除转移到所述浮动扩散区的所生成的电荷的任何溢出部分。

技术总结
本公开涉及具有耦合栅极结构的图像像素。本发明公开了一种图像传感器，该图像传感器可包括图像像素阵列。该图像像素阵列可耦合到控制电路和读出电路。该阵列中的一个或多个图像像素可以各自包括耦合栅极结构，该耦合栅极结构将一个输入端子处的光电二极管耦合到第一输出端子处的电容器并且耦合到第二输出端子处的浮动扩散区。该耦合栅极结构可以包括第一晶体管，该第一晶体管设置限定光电二极管所生成电荷的溢出部分的势垒。可以调节该耦合栅极结构中的第二晶体管和第三晶体管，以在合适的时间将溢出电荷转移到该电容器和该浮动扩散区。该第二晶体管和该第三晶体管可以在该电容器与该浮动扩散区之间形成导电路径，以用于低转换增益操作模式。转换增益操作模式。转换增益操作模式。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：半导体元件工业有限责任公司
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2022/8/29