[發(fā)明專利]具有全域快門及儲(chǔ)存電容的背側(cè)照明影像傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980104572.1
• 申請(qǐng)日: 2009-01-27
• 公開（公告）號(hào): CN101939982A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張光斌;代鐵軍;楊洪利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 美商豪威科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H04N5/335
• 分類號(hào): H04N5/335
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 毛力

1.一種成像傳感器像素，其包括：

一光電二極管區(qū)域，其配置在一半導(dǎo)體晶粒內(nèi)用于累積一影像電荷；

一像素電路區(qū)域，其配置在該半導(dǎo)體晶粒內(nèi)在該半導(dǎo)體晶粒的一前側(cè)與該光電二極管區(qū)域之間，該像素電路區(qū)域與該光電二極管區(qū)域的至少一部分重迭；

一互連擴(kuò)散區(qū)域，其配置在該半導(dǎo)體晶粒內(nèi)，該互連擴(kuò)散區(qū)域被耦合到該光電二極管區(qū)域且朝著該半導(dǎo)體晶粒的該前側(cè)延伸；及

一儲(chǔ)存電容器，其包含在與該光電二極管區(qū)域重迭的該像素電路區(qū)域內(nèi)，且經(jīng)由該互連擴(kuò)散區(qū)域選擇性地耦合到該光電二極管區(qū)域以暫時(shí)儲(chǔ)存在其上累積的該影像電荷。

2.如權(quán)利要求1的成像傳感器像素，其中該成像傳感器像素包括一互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(「CMOS」)背側(cè)照明成像傳感器像素。

3.如權(quán)利要求2的成像傳感器像素，其中該半導(dǎo)體晶粒包括一P型硅基板，且該像素電路區(qū)域包括一配置在該光電二極管區(qū)域與該半導(dǎo)體晶粒的該前側(cè)之間的P井?dāng)U散區(qū)域。

4.如權(quán)利要求1的成像傳感器像素，其中該儲(chǔ)存電容器包括：

一選擇性地耦合到該互連擴(kuò)散區(qū)域的第一電極；

一第二電極；及

一配置在該第一與第二電極之間的介電絕緣層。

5.如權(quán)利要求4的成像傳感器像素，其中該第一與第二電極是由從一含有多晶硅或金屬的群組選擇的一材料制成。

6.如權(quán)利要求4的成像傳感器像素，其中該儲(chǔ)存電容器包括一具有至少兩個(gè)重迭介電絕緣層的多層堆棧電容器。

7.如權(quán)利要求4的成像傳感器像素，其進(jìn)一步包括：

一接地?cái)U(kuò)散區(qū)域，其配置在該像素電路區(qū)域內(nèi)且耦合到該第二電極以使該第二電極接地，該接地?cái)U(kuò)散區(qū)域具有一與該半導(dǎo)體晶粒的一基板相同的導(dǎo)電性類型；及

一浮動(dòng)擴(kuò)散，其配置在該像素電路區(qū)域內(nèi)且耦合到該第一電極，該浮動(dòng)擴(kuò)散具有一與該基板相反的導(dǎo)電性類型。

8.如權(quán)利要求7的成像傳感器像素，其中該成像傳感器像素包括一使四個(gè)晶體管全部被配置在該像素電路區(qū)域內(nèi)的四元晶體管(「4T」)像素設(shè)計(jì)，該4T像素設(shè)計(jì)包括：

一轉(zhuǎn)移晶體管，其耦合在該互連擴(kuò)散區(qū)域與該浮動(dòng)擴(kuò)散之間；

一重設(shè)晶體管，其耦合到該第一電極以重設(shè)該儲(chǔ)存電容器和該浮動(dòng)擴(kuò)散；

一源極隨耦晶體管，其經(jīng)耦合以從該儲(chǔ)存電容器輸出該影像電荷；及

一選擇晶體管，其用于從其它成像傳感器像素選擇該成像傳感器像素用于讀出。

9.如權(quán)利要求2的成像傳感器像素，其進(jìn)一步包括：

一微透鏡，其配置在該光電二極管區(qū)域之下的該半導(dǎo)體晶粒的一背側(cè)上且經(jīng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)以將從該背側(cè)接收到的光聚焦到該光電二極管區(qū)域上；及

一彩色濾光器，其配置在該微透鏡與該光電二極管區(qū)域之間用于過濾該光。

10.一種操作一包含復(fù)數(shù)個(gè)像素的像素?cái)?shù)組的方法，其中該等像素的每個(gè)包含一背側(cè)照明互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(「CMOS」)成像傳感器，對(duì)于該等像素的每個(gè)，該方法包括：

將由入射在該像素的一背側(cè)上的光產(chǎn)生的電荷累積在該像素的一光電二極管區(qū)域內(nèi)；及

將累積在該光電二極管區(qū)域內(nèi)的該電荷轉(zhuǎn)移到一儲(chǔ)存電容器，其中該儲(chǔ)存電容器定位在該像素的與該背側(cè)相反的一前側(cè)上且與該光電二極管區(qū)域重迭。

11.如權(quán)利要求10的方法，對(duì)于每個(gè)像素，其進(jìn)一步包括：

在累積該電荷之前，經(jīng)由暫時(shí)啟用一耦合在該光電二極管區(qū)域與該儲(chǔ)存電容器的一第一電極之間的轉(zhuǎn)移晶體管以及經(jīng)由暫時(shí)啟用一耦合在一電壓導(dǎo)軌與該儲(chǔ)存電容器的該第一電極之間的重設(shè)晶體管，重設(shè)該光電二極管區(qū)域和該儲(chǔ)存電容器；及

在累積該電荷與將該電荷轉(zhuǎn)移到該儲(chǔ)存電容器之間，經(jīng)由啟用該重設(shè)晶體管同時(shí)禁用該轉(zhuǎn)移晶體管，再次重設(shè)該儲(chǔ)存電容器。

12.如權(quán)利要求11的方法，對(duì)于每個(gè)像素，其進(jìn)一步包括：

經(jīng)由暫時(shí)啟用一選擇晶體管，讀出儲(chǔ)存在該儲(chǔ)存電容器上的該電荷。

13.如權(quán)利要求10的方法，其中就每個(gè)像素轉(zhuǎn)移在該光電二極管區(qū)域內(nèi)累積的該電荷，包括啟用一全域快門信號(hào)以使該像素?cái)?shù)組內(nèi)的所有像素同時(shí)開始轉(zhuǎn)移該電荷。