[發明專利]具有改良的光電二極管區域分配的CMOS圖像傳感器

有效

• 申請號: 201110206456.X
• 申請日: 2011-07-15
• 公開（公告）號: CN102339839A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: D·毛;戴幸志;V·韋內齊亞;錢胤;H·E·羅茲
• 申請（專利權）人: 美商豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N9/04
• 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

本發明大體上關于圖像傳感器，且具體但非排他地關于用于CMOS圖像傳感器的改良的光二極管區域分配。

背景技術

圖像傳感器已變得普遍存在。圖像傳感器廣泛地用在數字靜態相機、蜂窩電話及安全相機以及醫學、汽車及其它應用中。用以制造圖像傳感器尤其是互補金屬氧化物半導體(“CMOS”)圖像傳感器(“CIS”))的技術已持續大步前進。舉例而言，對較高分辨率及較低功耗的需求已鼓勵了這些圖像傳感器的進一步小型化及集成。小型化亦有助于圖像傳感器的成本降低。

大小及圖像質量特別重要的一個應用領域為醫學應用(例如，內窺鏡)。對于醫學應用而言，圖像傳感器芯片通常必須小，同時提供高質量圖像。為了實現這些特性，對于給定芯片大小，感光孔徑應盡可能地大，而周邊電路應盡可能地有限。

像素(像元)填充因子表示像素的對光敏感的區域的分數。像素間距為成像器件中像素之間的物理距離。像素填充因子已隨著像素間距減小而變小，這是因為有源電路元件和金屬互連在每一像素中消耗的區域量增加。解決填充因子損失的一個方法為在每一像素正上方使用微尺度透鏡(微透鏡)來直接向像素內的區域的感光部分聚焦光。解決填充因子損失的另一種方法為使用背照式(“BSI”)圖像傳感器，這些圖像傳感器將有源像素電路組件及金屬互連置放于圖像傳感器管芯的正面上，且將感光組件置放于襯底內、面向圖像傳感器管芯的背面。對于BSI圖像傳感器，光子吸收大半發生在背面硅表面附近。然而，在同一硅區域上提供較大的個別像素區域的解決方案將改良BSI圖像傳感器以及前照式圖像傳感器。

附圖簡述

參看以下附圖描述本發明的非限制性及非詳盡實施例，在以下附圖中，除非另有指明，否則貫穿各個視圖中的相同附圖標記指代相同部分。

圖1為CMOS圖像傳感器的框圖。

圖2為常規CMOS圖像傳感器內的兩個4T像素的像素電路的電路圖。

圖3為展示像素分組成宏像素區塊的拜耳模式像素陣列的示意性表示。

圖4A為包括拜耳模式宏像素區塊的像素陣列的實施例的示意性表示。

圖4B為包括拜耳模式宏像素區塊的替代實施例的像素陣列的示意性表示。

圖4C為包括宏像素區塊的另一替代實施例的像素陣列的示意性表示。

圖5A為一對前照式像素的橫截面圖。

圖5B為一對背照式像素的橫截面圖。

圖6為根據本發明的包括具有宏像素區塊的像素陣列的成像系統的實施例的框圖。

具體實施方式

本文中描述用于具有改良的光電二極管區域分配的圖像傳感器的裝置、方法及系統的實施例。在以下描述中，陳述眾多具體細節以提供對實施例的透徹理解。然而，本領域普通技術人員將認識到，本文中所描述的技術可在無這些具體細節中的一或多者的情況下加以實踐，或以其它方法、組件、材料等來加以實踐。在其它情況下，不詳細展示或描述公知結構、材料或操作以避免混淆某些方面。

遍及本說明書對“一個實施例”或“實施例”的引用表示結合該實施例所描述的特定特征、結構或特性包括于本發明的至少一實施例中。因此，在本說明書全文各處的詞組“在一個實施例中”或“在實施例中”的出現未必均指同一實施例。此外，可在一個或多個實施例中以任何合適方式組合特定特征、結構或特性。

圖1說明CMOS圖像傳感器100的實施例，其包括彩色像素陣列105、讀出電路110、功能邏輯115及控制電路120。彩色像素陣列105為具有X數目個像素列及Y數目個像素行的成像傳感器或像素(例如，像素P1、P2、...、Pn)的二維(「2D」)陣列。在一個實施例中，每個像素為互補金屬氧化物半導體(“CMOS”)成像像素。彩色像素陣列105可實施為前照式像素陣列或背照式圖像像素陣列。如所說明，將每一像素配置成行(例如，行R1至Ry)及列(例如，列C1至Cx)以獲取人、地點或對象的圖像數據，該圖像數據接著可用來呈現人、地點或對象的2D圖像。在每一像素已獲取其圖像數據或圖像電荷之后，由讀出電路110來讀出圖像數據，且將該圖像數據傳送至功能邏輯115。讀出電路110可包括放大電路、模數(“ADC”)轉換電路或其它電路。功能邏輯115可僅儲存圖像數據或甚至通過應用后期圖像效果(例如，修剪、旋轉、去紅眼、調整亮度、調整對比度或其它操作)來操縱圖像數據。控制電路120耦合至像素陣列105以控制彩色像素陣列105的操作特性。舉例而言，控制電路120可產生用于控制圖像獲取的快門信號。