[發明專利]具有全域快門及儲存電容的背側照明影像傳感器

有效

• 申請號: 200980104572.1
• 申請日: 2009-01-27
• 公開（公告）號: CN101939982A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 張光斌;代鐵軍;楊洪利
• 申請（專利權）人: 美商豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 毛力

技術領域

本發明大致上涉及影像傳感器，且特定言之但不唯一地，本發明涉及背側照明CMOS影像傳感器。

現有技術

對于高速影像傳感器，最好使用全域快門以捕捉快速移動的物體。全域快門可使在該影像傳感器中的所有像素同時捕捉該影像。對于移動較慢的物體，可使用更普通的滾動快門。滾動快門根據順序捕捉該影像。例如，在一二維(「2D」)像素數組內的每列可被依序啟用，使得在單列內的每個像素在同一時間捕捉該影像，但是每列是根據滾動順序啟用。因此，像素的每列在一不同影像擷取窗口期間捕捉該影像。對于移動緩慢的物體，在每列之間的時間差產生可接受的影像失真。對于快速移動的物體，滾動快門會造成沿著該物體的移動軸的一明顯伸長失真。為了實施全域快門，儲存電容器被用于暫時儲存由在該數組中的每個像素擷取的影像電荷，而其等待從該像素數組之讀出。

圖1說明一習知前側照明互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)成像像素100。成像像素100的前側，是基板105之其上供配置像素電路及其上供形成用于重新分布信號的金屬堆棧110的該側。金屬層(例如，金屬層M1和M2)被以此方式圖案化以便產生一光學信道，入射在成像像素100的該前側上的光可經由該光學信道到達光敏光電二極管(「PD」)區域115。該前側可進一步包含一實施一彩色傳感器的彩色濾光器層和一將該光聚焦到PD區域115上的微透鏡。

為了實施全域快門，習知成像像素100包括一儲存電容器120。為了可使電荷在PD區域115之間快速轉移及最小化信號路由，儲存電容器120被定位為緊鄰像素電路區域125內的光電二極管區域115，與其余像素電路一起用于操作成像像素100。因此，儲存電容器120不惜犧牲PD區域115來消耗成像像素100內的有價值的實際面積(real?estate)。減少PD區域115的大小以容納儲存電容器120會降低成像像素100的填充因子，從而減少了對光敏感的像素區域的量，并降低了低旋光性能。

附圖說明

圖1是一習知前側照明成像像素的橫截面圖。

圖2是根據本發明的一實施例說明一背側照明成像系統的方塊圖。

圖3是根據本發明的一實施例說明在一背側照明成像系統內的兩個4T像素的像素電路的電路圖。

圖4A是根據本發明的一實施例的一具有一儲存電容器的背側照明成像像素的混合性橫截面/電路圖。

圖4B是根據本發明的一實施例說明了一用在背側照明成像像素中的多層儲存電容器。

圖5是根據本發明的一實施例說明操作一具有儲存電容器的背側照明成像像素的過程的流程圖。

最佳實施方式

此處描述了一種操作一具有全域快門和儲存電容器的背側照明影像傳感器的系統及方法的實施例。在以下描述中，闡述很多具體細節以更加深入地理解該等實施例。然而，熟習此相關技術者將認識到，此處描述的技術可不需要該等具體細節的一或多個，或者可用其它方法、組件、材料等實踐。在其它情況下，沒有顯示或詳細描述眾所周知的結構、材料或操作以避免混淆某些態樣。

貫穿本說明書的參考「一個實施例」或「一實施例」是指結合該實施例描述的一特定特征、結構或特點被包含在本發明的至少一實施例中。因此，在貫穿本說明書的各個地方中詞組「在一個實施例中」或「在一實施例中」的出現不一定都是參考同一實施例。此外，該等特定特征、結構或特點可以任何適當的方式組合在一或多個實施例中。

本說明書各處，使用若干專門術語。這些術語將采用其等在其等所來源之技術中的一般意思，除非此處明確定義或其等使用的背景會明確指出。術語「重迭」在此處參考一半導體晶粒的表面法線定義。如果穿過半導體晶粒的橫截面所繪制的與該表面法線平行的一線與該兩個組件相交，則配置在晶粒上的兩個組件被認為是「重迭」。

本發明的非限制和非詳盡實施例是參考以下圖式描述，其中相同數字是指貫穿各種圖式的相同部分，除非另有指明。

圖2是根據本發明的一實施例說明一背側照明成像系統200的方塊圖。成像系統200的該說明實施例包含一像素數組205、讀出電路210、功能邏輯215和控制電路220。

像素數組205是一二維(「2D」)數組的背側照明成像傳感器或像素(例如，像素P1、P2…、Pn)。在一實施例中，每個像素是一主動像素傳感器(「APS」)，如一互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)成像像素。如所說明，每個像素被配置成一列(例如，列R1到Ry)和一行(例如，行C1到Cx)以擷取人物、場景或物體的影像數據，該影像數據然后可用于生成該人物、場景或物體的一個2D影像。