[發(fā)明專利]圖像拾取單元和電子設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380016426.X
• 申請(qǐng)日: 2013-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN104205333B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石渡宏明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 索尼半導(dǎo)體解決方案公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146;H04N5/374;H04N9/07
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所11105
• 代理人: 焦玉恒

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及固態(tài)圖像拾取單元和包括固態(tài)圖像拾取單元的電子設(shè)備。

背景技術(shù)

近年來，作為固態(tài)圖像拾取單元(solid-state?image?pickup?unit)，CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器用于各種應(yīng)用，用于替代CCD(電荷耦合裝置)。例如，CMOS圖像傳感器用作固態(tài)圖像拾取單元的案例數(shù)在增加，其中固態(tài)圖像拾取單元安裝在數(shù)字相機(jī)、數(shù)字便攜式攝像機(jī)、監(jiān)視相機(jī)、用于廣播、電影制作或商業(yè)使用的相機(jī)或構(gòu)建在移動(dòng)電話中的相機(jī)。這是因?yàn)椋cCCD相比，除了較高的攝取速度(較高的幀速率)和較低的功耗等外，顯著地改善了CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量。而且，CMOS圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于，單元像素(在下文簡稱為“像素”)的像素部分設(shè)置成陣列，并且周邊電路部分允許制造在相同的半導(dǎo)體基板上。

在CMOS圖像傳感器中，典型的像素包括構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換部分(電荷存儲(chǔ)部分)的光敏二極管(在下文稱為PD)和將PD中產(chǎn)生的光電荷(在下文簡稱為“電荷”)轉(zhuǎn)換成電壓的浮置擴(kuò)散區(qū)域部分(在下文稱為FD區(qū)域部分)。該像素還包括各種像素晶體管以讀取PD中存儲(chǔ)的電荷。

近年來，頻繁地使用每一個(gè)包括轉(zhuǎn)移晶體管、放大晶體管、復(fù)位晶體管和選擇晶體管的四晶體管像素。然而，不包括選擇晶體管的三晶體管像素可用于像素的小型化。

應(yīng)注意，轉(zhuǎn)移晶體管是將存儲(chǔ)在PD中的電荷轉(zhuǎn)移到FD區(qū)域部分的像素晶體管，并且放大晶體管是放大FD區(qū)域部分轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)的像素晶體管。而且，復(fù)位晶體管是將FD區(qū)域部分的電位進(jìn)行復(fù)位的像素晶體管，并且選擇晶體管是選擇從其要讀取電荷的像素的像素晶體管。

在包括具有上述構(gòu)造的CMOS圖像傳感器的數(shù)字相機(jī)等中，增加像素?cái)?shù)和減小封裝尺寸的要求通過減小像素的單元尺寸來滿足。作為減小像素單元尺寸的有效技術(shù)，例如，采用像素共享技術(shù)方案。在像素共享技術(shù)方案中，除了轉(zhuǎn)移晶體管和FD區(qū)域部分外的像素晶體管在預(yù)定量的像素(例如，兩個(gè)像素或四個(gè)像素等)當(dāng)中共享，并且轉(zhuǎn)移晶體管和PD提供到像素的每一個(gè)。

例如，在兩個(gè)像素之間共享的情況下，除了轉(zhuǎn)移晶體管和FD區(qū)域部分外的像素晶體管在兩個(gè)像素之間共享，并且轉(zhuǎn)移晶體管和PD提供到像素的每一個(gè)。在此情況下，全部五個(gè)像素晶體管(放大晶體管、復(fù)位晶體管、選擇晶體管和兩個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管)提供到兩個(gè)共享像素。在不采用像素共享技術(shù)的情況下，每個(gè)像素需要四個(gè)像素晶體管；然而，在以上述方式兩個(gè)像素之間共享像素晶體管的情況下，每個(gè)像素的像素晶體管數(shù)為2.5(＝5/2)。因此，在采用像素共享技術(shù)的情況下，允許減少像素晶體管的形成面積，并且允許相應(yīng)地減小像素的單元尺寸。而且，在此情況下，PD的形成面積允許通過減小像素晶體管的形成面積而增加。

而且，在包括具有上述構(gòu)造的CMOS圖像傳感器的數(shù)字相機(jī)等中，為了允許在攝取條件很差的環(huán)境中攝取具有較高圖像質(zhì)量的圖像，例如，在黑暗環(huán)境中，不斷要求靈敏度的改善。為了滿足這樣的要求，提出了背照式(BSI)CMOS圖像傳感器，其中光從與前表面相對(duì)的表面(后表面)入射，前表面中由硅基板形成像素晶體管、配線和類似物。應(yīng)注意，光從由硅基板形成像素晶體管、配線和類似物的前表面入射的CMOS圖像傳感器稱為前照式(FSI)CMOS圖像傳感器。在背照式CMOS圖像傳感器中，光不通過晶體管、配線和類似物的形成層入射在PD上；因此，允許防止入射光在像素晶體管、配線和類似物中的虛光照。結(jié)果，在背照式COMS圖像傳感器中，獲得諸如靈敏度的改善以及陰影特性的改善的效果。

附帶地，在典型的CMOS圖像傳感器中，已經(jīng)知曉在光入射的硅基板中對(duì)入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的距光入射表面的深度(在下文稱為光電轉(zhuǎn)換深度)根據(jù)入射光的波長而不同。更具體而言，已經(jīng)知曉硅基板中的光電轉(zhuǎn)換深度以藍(lán)光、綠光和紅光的順序而增加。換言之，藍(lán)光在硅基板中的光電轉(zhuǎn)換深度小于綠光和紅光每一個(gè)的光電轉(zhuǎn)換深度。

已經(jīng)提出了一種背照式CMOS圖像傳感器，其采用在各顏色當(dāng)中上述光電轉(zhuǎn)換深度差異，并且采用像素共享技術(shù)方案。而且，在具有這樣構(gòu)造的CMOS圖像傳感器中，提出了共享像素晶體管的各種布置技術(shù)方案(例如，參見PTL?1)。

在PTL?1，提出了一種技術(shù)方案，其中藍(lán)、綠和紅的像素(在下文分別稱為藍(lán)像素、綠像素和紅像素)當(dāng)中共享的像素晶體管選擇性地設(shè)置在硅基板的表面上的藍(lán)像素形成區(qū)域中。藍(lán)像素中的光電轉(zhuǎn)換深度(PD形成位置)距光入射表面(后表面)很淺；因此，即使像PTL?1那樣將共享像素晶體管選擇性地設(shè)置在藍(lán)像素的形成區(qū)域中，也不負(fù)面影響藍(lán)像素的光電轉(zhuǎn)換作用。