[發(fā)明專利]背面照明的全局快門成像陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780084510.3
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN110214444B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: H·T·杜;C·宮;A·M·麥格納尼
• 申請（專利權(quán)）人: BAE系統(tǒng)成像解決方案有限公司
• 主分類號: H04N5/3745
• 分類號: H04N5/3745;H04N5/361
• 代理公司: 北京三幸商標(biāo)專利事務(wù)所(普通合伙) 11216
• 代理人: 劉卓然

公開了一種成像陣列及其使用方法，其適用于利用全局快門的背面照明成像陣列。成像陣列包括具有像素傳感器有序陣列的多個像素傳感器。每個像素傳感器包括主光電二極管和校正光電二極管。控制器在第一時刻復(fù)位所有主光電二極管，該第一時刻對于所有像素傳感器是相同的；在該第一時刻之后的第二時刻復(fù)位所有校正光電二極管，該第二時刻對于所有像素傳感器是相同的，并且該控制器順序讀出像素傳感器。在第三時刻讀出該像素傳感器，該第三時刻對于不同的像素傳感器是不同的。測量校正電荷以校正不同的讀出時刻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及背面照明的全局快門成像陣列。

背景技術(shù)

用于CMOS成像傳感器的電路構(gòu)造在硅晶片的一側(cè)上，在下面的討論中稱為前側(cè)。傳感器包括像素傳感器陣列，其中每個像素傳感器具有光電二極管和相關(guān)的讀出電路。光電二極管和有源讀出電路構(gòu)造在晶片的正面上。然后在正面上沉積并圖案化各種金屬層。金屬層提供各種導(dǎo)體和一些無源元件，例如電容器和電阻器。在前側(cè)照明的成像傳感器中，要捕獲的圖像從前側(cè)上方成像到像素傳感器上。因此，必須組織金屬層，使得每個光電二極管上的區(qū)域不受阻礙。結(jié)果，可以在金屬層中構(gòu)造的電路必須構(gòu)造在像素傳感器陣列的側(cè)面，這增加了成像陣列所需的硅面積。

其中圖像從硅晶片的另一側(cè)投影到像素傳感器上的成像傳感器具有減小成像陣列的尺寸的潛力，因為正面上的光電二極管上方的區(qū)域現(xiàn)在可用于電路元件的構(gòu)造和用于控制和讀出像素傳感器的各種信號的路由。然而，背面照射的像素傳感器陣列存在其它挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)用于全局快門系統(tǒng)時，其中電荷存儲在每個像素傳感器中的浮動擴散節(jié)點上，同時等待被讀出。浮動擴散節(jié)點可以被視為具有寄生光電二極管，如果被照射，該寄生光電二極管將在存儲期間產(chǎn)生光電子。在前側(cè)照明方案中，浮動擴散節(jié)點由在金屬層中設(shè)置的掩模屏蔽。然而，在背面照射方案中，在可以在其上沉積這種屏蔽的背面與浮動擴散節(jié)點之間存在顯著的距離。結(jié)果，難以在不對像素傳感器中的光電二極管也進行部分屏蔽的情況下屏蔽浮動擴散節(jié)點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明包括成像陣列及其使用方法。成像陣列包括具有像素傳感器有序陣列的多個像素傳感器，每個像素傳感器的特征在于像素傳感器有序陣列中的位置。每個像素傳感器包括主光電二極管和校正光電二極管。成像陣列還包括控制器，該控制器在第一時刻復(fù)位所有主光電二極管，該第一時刻對于所有像素傳感器是相同的，該控制器在該第一時刻之后的第二時刻復(fù)位所有校正光電二極管，該第二時刻對于所有像素傳感器是相同的，并且該控制器順序讀出像素傳感器。多個像素傳感器中的每一個在第三時刻被讀出，該第三時刻對于不同的像素傳感器是不同的，并且取決于像素傳感器在像素傳感器有序陣列中的位置。多個像素傳感器中的每一個的讀出包括測量在第三時刻與第二時刻之間在該像素傳感器中的校正光電二極管上累積的校正電荷、測量在第三時刻在該像素傳感器中的主光電二極管上累積的總電荷、以及計算表示在第二時刻在主光電二極管上累積的電荷的像素傳感器曝光值。

在本發(fā)明的一個方面中，校正光電二極管的特征在于具有第一光轉(zhuǎn)換效率，并且主光電二極管的特征在于具有第二光轉(zhuǎn)換效率，第一光轉(zhuǎn)換效率小于第二光轉(zhuǎn)換效率。在一個示例性實施例中，主光電二極管的特征在于具有將光轉(zhuǎn)換為光電子的第一硅面積，并且校正光電二極管的特征在于具有將光轉(zhuǎn)換為光電子的第二硅面積，第一硅面積大于第二硅面積。

在本發(fā)明的另一方面，每個像素傳感器包括浮動擴散節(jié)點、響應(yīng)于第一傳輸信號而將主光電二極管連接到浮動擴散節(jié)點的第一傳輸柵極、以及將校正光電二極管連接到浮動擴散節(jié)點的第二傳輸柵極。

在本發(fā)明的另一方面，成像陣列包括位線，并且每個像素傳感器包括放大浮動擴散節(jié)點上的電壓從而在放大器輸出上產(chǎn)生信號的放大器、響應(yīng)于行選擇信號而將放大器輸出連接到位線的位線柵極、以及響應(yīng)于復(fù)位信號而將浮動擴散節(jié)點連接到第一復(fù)位電壓源的復(fù)位柵極。

在本發(fā)明的另一方面，主光電二極管和校正光電二極管分別通過第一傳輸柵極和第二傳輸柵極相對于浮動擴散節(jié)點并聯(lián)連接到一起。