[发明专利]高光效CMOS图像传感器

权利要求书

1.一个高光效CMOS图像传感器，包括：

多个成像像素，每个像素包括在半导体基板上的一个光电二极管结构，光电二极管结构被安置在靠近图像传感器的一个光入射面(上表面)以接收入射光，并从接收的入射光产生电荷；

一个隔离栅格包围着光电二极管结构，并设定出一个成像像素边界，隔离栅格延伸的深度最少为光电二极管结构厚度，设置该隔离栅格的目的是避免入射到像素上的光线穿过入射像素而进入到相邻像素；

一个正扩散柱塞，其垂直延伸穿过至少一部分光电二极管结构；一个负扩散柱塞，其垂直延伸到光电二极管结构下方的半导体基板，并与光电二极管结构电连接，使光电二极管结构内因入射光产生的电荷可转移到位于半导体基板内图像传感器的一个电荷收集区域；像素电路用作控制从光电二极管结构到图像读取电路的电荷转移，像素电路位于光电二极管结构下方，至少一部分像素电路是在半导体基板内形成。

2.根据权利要求1所述的高光效CMOS图像传感器，还包括一个光学彩色滤光片，其被安置在每个成像像素上方。

3.根据权利要求1所述的高光效CMOS图像传感器，其中每个光电二极管结构的入射光接收面积至少是一个像素面积的90％。

4.根据权利要求1所述的高光效CMOS图像传感器，其中每个光电二极管结构的入射光接收面积至少是一个像素面积的95％。

5.根据权利要求1所述的高光效CMOS图像传感器，其中位于半导体基板内的图像传感器的电荷收集区域是一个浮置扩散区域。

6.根据权利要求5所述的高光效CMOS图像传感器，其中像素电路包括多个晶体管，其中所述多个晶体管中的一个晶体管是一个转移栅极，其被设置使电荷可从光电二极管结构通过扩散柱塞转移到浮置扩散区域。

7.根据权利要求6所述的高光效CMOS图像传感器，还包括一个重置晶体管。

8.根据权利要求2所述的高光效CMOS图像传感器，其中图像传感器可以直接接收穿过彩色滤光片的入射光，而不需要集成一层微透镜。

9.根据权利要求1所述的高光效CMOS图像传感器，其中每个像素小于1.4微米。

10.根据权利要求1所述的高光效CMOS图像传感器，其中每个像素小于1.2微米。

11.根据权利要求1所述的高光效CMOS图像传感器，其中隔离栅格延伸穿过半导体基板到在半导体基板内形成的部分像素电路，以避免相邻像素电路之间的电互扰杂讯。

12.一个无微透镜的高光效CMOS图像传感器，其包括：

多个成像像素，每个像素包括在半导体基板上的一个光电二极管结构，光电二极管结构被安置在靠近图像传感器的一个光入射面(上表面)以接收入射光，并由接收的入射光产生电荷，每个光电二极管结构的光接收面积至少是像素横截面面积的90％；

一个正扩散柱塞，其垂直延伸穿过至少一部分光电二极管结构；

一个负扩散柱塞，其垂直延伸到光电二极管结构下方的半导体基板内，并与光电二极管结构电性连接，以将在光电二极管结构里入射光产生的电荷，转移到位于半导体基板内的图像传感器的一个浮置扩散电荷收集区域；

像素电路，用作控制从光电二极管结构到浮置扩散区域以及到图像读取电路间的电荷转移，像素电路被安置在光电二极管结构下方，至少一部分像素电路是在半导体基板内形成；

一个隔离栅格包围着光电二极管结构，并设定一个成像像素边界。隔离栅格从传感器表面穿过半导体基板，并延伸到半导体基板内形成的部分像素电路的深度。隔离栅格被设置以避免入射到像素上的光穿过入射像素照射到一个相邻像素，并被设置以避免相邻像素的像素电路之间的电性互扰杂讯。

13.根据权利要求12所述的无微透镜的高光效CMOS图像传感器，还包括一个玻璃承载晶圆，其被键合到半导体基板，并包括像素金属化。

14.根据权利要求12所述的无微透镜的高光效CMOS图像传感器，其中像素电路包括多个晶体管，其中所述多个晶体管中的一个晶体管是一个转移栅极，其被设置以通过扩散柱塞将电荷从光电二极管结构转移到浮置扩散区域。

15.根据权利要求12所述的无微透镜的高光效CMOS图像传感器，还包括一个重置晶体管。