[发明专利]具有全域快门及储存电容的背侧照明影像传感器

说明书

技术领域

本发明大致上涉及影像传感器，且特定言之但不唯一地，本发明涉及背侧照明CMOS影像传感器。

现有技术

对于高速影像传感器，最好使用全域快门以捕捉快速移动的物体。全域快门可使在该影像传感器中的所有像素同时捕捉该影像。对于移动较慢的物体，可使用更普通的滚动快门。滚动快门根据顺序捕捉该影像。例如，在一二维(「2D」)像素数组内的每列可被依序启用，使得在单列内的每个像素在同一时间捕捉该影像，但是每列是根据滚动顺序启用。因此，像素的每列在一不同影像撷取窗口期间捕捉该影像。对于移动缓慢的物体，在每列之间的时间差产生可接受的影像失真。对于快速移动的物体，滚动快门会造成沿着该物体的移动轴的一明显伸长失真。为了实施全域快门，储存电容器被用于暂时储存由在该数组中的每个像素撷取的影像电荷，而其等待从该像素数组之读出。

图1说明一习知前侧照明互补金属氧化物半导体(「CMOS」)成像像素100。成像像素100的前侧，是基板105之其上供配置像素电路及其上供形成用于重新分布信号的金属堆栈110的该侧。金属层(例如，金属层M1和M2)被以此方式图案化以便产生一光学信道，入射在成像像素100的该前侧上的光可经由该光学信道到达光敏光电二极管(「PD」)区域115。该前侧可进一步包含一实施一彩色传感器的彩色滤光器层和一将该光聚焦到PD区域115上的微透镜。

为了实施全域快门，习知成像像素100包括一储存电容器120。为了可使电荷在PD区域115之间快速转移及最小化信号路由，储存电容器120被定位为紧邻像素电路区域125内的光电二极管区域115，与其余像素电路一起用于操作成像像素100。因此，储存电容器120不惜牺牲PD区域115来消耗成像像素100内的有价值的实际面积(real estate)。减少PD区域115的大小以容纳储存电容器120会降低成像像素100的填充因子，从而减少了对光敏感的像素区域的量，并降低了低旋光性能。

附图说明

图1是一习知前侧照明成像像素的横截面图。

图2是根据本发明的一实施例说明一背侧照明成像系统的方块图。

图3是根据本发明的一实施例说明在一背侧照明成像系统内的两个4T像素的像素电路的电路图。

图4A是根据本发明的一实施例的一具有一储存电容器的背侧照明成像像素的混合性横截面/电路图。

图4B是根据本发明的一实施例说明了一用在背侧照明成像像素中的多层储存电容器。

图5是根据本发明的一实施例说明操作一具有储存电容器的背侧照明成像像素的过程的流程图。

最佳实施方式

此处描述了一种操作一具有全域快门和储存电容器的背侧照明影像传感器的系统及方法的实施例。在以下描述中，阐述很多具体细节以更加深入地理解该等实施例。然而，熟习此相关技术者将认识到，此处描述的技术可不需要该等具体细节的一或多个，或者可用其它方法、组件、材料等实践。在其它情况下，没有显示或详细描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆某些态样。

贯穿本说明书的参考「一个实施例」或「一实施例」是指结合该实施例描述的一特定特征、结构或特点被包含在本发明的至少一实施例中。因此，在贯穿本说明书的各个地方中词组「在一个实施例中」或「在一实施例中」的出现不一定都是参考同一实施例。此外，该等特定特征、结构或特点可以任何适当的方式组合在一或多个实施例中。

本说明书各处，使用若干专门术语。这些术语将采用其等在其等所来源之技术中的一般意思，除非此处明确定义或其等使用的背景会明确指出。术语「重迭」在此处参考一半导体晶粒的表面法线定义。如果穿过半导体晶粒的横截面所绘制的与该表面法线平行的一线与该两个组件相交，则配置在晶粒上的两个组件被认为是「重迭」。

本发明的非限制和非详尽实施例是参考以下图式描述，其中相同数字是指贯穿各种图式的相同部分，除非另有指明。

图2是根据本发明的一实施例说明一背侧照明成像系统200的方块图。成像系统200的该说明实施例包含一像素数组205、读出电路210、功能逻辑215和控制电路220。

像素数组205是一二维(「2D」)数组的背侧照明成像传感器或像素(例如，像素P1、P2…、Pn)。在一实施例中，每个像素是一主动像素传感器(「APS」)，如一互补金属氧化物半导体(「CMOS」)成像像素。如所说明，每个像素被配置成一列(例如，列R1到Ry)和一行(例如，行C1到Cx)以撷取人物、场景或物体的影像数据，该影像数据然后可用于生成该人物、场景或物体的一个2D影像。