[发明专利]具有改良的光电二极管区域分配的CMOS图像传感器

说明书

技术领域

本发明大体上关于图像传感器，且具体但非排他地关于用于CMOS图像传感器的改良的光二极管区域分配。

背景技术

图像传感器已变得普遍存在。图像传感器广泛地用在数字静态相机、蜂窝电话及安全相机以及医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器尤其是互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器(“CIS”))的技术已持续大步前进。举例而言，对较高分辨率及较低功耗的需求已鼓励了这些图像传感器的进一步小型化及集成。小型化亦有助于图像传感器的成本降低。

大小及图像质量特别重要的一个应用领域为医学应用(例如，内窥镜)。对于医学应用而言，图像传感器芯片通常必须小，同时提供高质量图像。为了实现这些特性，对于给定芯片大小，感光孔径应尽可能地大，而周边电路应尽可能地有限。

像素(像元)填充因子表示像素的对光敏感的区域的分数。像素间距为成像器件中像素之间的物理距离。像素填充因子已随着像素间距减小而变小，这是因为有源电路元件和金属互连在每一像素中消耗的区域量增加。解决填充因子损失的一个方法为在每一像素正上方使用微尺度透镜(微透镜)来直接向像素内的区域的感光部分聚焦光。解决填充因子损失的另一种方法为使用背照式(“BSI”)图像传感器，这些图像传感器将有源像素电路组件及金属互连置放于图像传感器管芯的正面上，且将感光组件置放于衬底内、面向图像传感器管芯的背面。对于BSI图像传感器，光子吸收大半发生在背面硅表面附近。然而，在同一硅区域上提供较大的个别像素区域的解决方案将改良BSI图像传感器以及前照式图像传感器。

附图简述

参看以下附图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，在以下附图中，除非另有指明，否则贯穿各个视图中的相同附图标记指代相同部分。

图1为CMOS图像传感器的框图。

图2为常规CMOS图像传感器内的两个4T像素的像素电路的电路图。

图3为展示像素分组成宏像素区块的拜耳模式像素阵列的示意性表示。

图4A为包括拜耳模式宏像素区块的像素阵列的实施例的示意性表示。

图4B为包括拜耳模式宏像素区块的替代实施例的像素阵列的示意性表示。

图4C为包括宏像素区块的另一替代实施例的像素阵列的示意性表示。

图5A为一对前照式像素的横截面图。

图5B为一对背照式像素的横截面图。

图6为根据本发明的包括具有宏像素区块的像素阵列的成像系统的实施例的框图。

具体实施方式

本文中描述用于具有改良的光电二极管区域分配的图像传感器的装置、方法及系统的实施例。在以下描述中，陈述众多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在无这些具体细节中的一或多者的情况下加以实践，或以其它方法、组件、材料等来加以实践。在其它情况下，不详细展示或描述公知结构、材料或操作以避免混淆某些方面。

遍及本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用表示结合该实施例所描述的特定特征、结构或特性包括于本发明的至少一实施例中。因此，在本说明书全文各处的词组“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现未必均指同一实施例。此外，可在一个或多个实施例中以任何合适方式组合特定特征、结构或特性。

图1说明CMOS图像传感器100的实施例，其包括彩色像素阵列105、读出电路110、功能逻辑115及控制电路120。彩色像素阵列105为具有X数目个像素列及Y数目个像素行的成像传感器或像素(例如，像素P1、P2、...、Pn)的二维(「2D」)阵列。在一个实施例中，每个像素为互补金属氧化物半导体(“CMOS”)成像像素。彩色像素阵列105可实施为前照式像素阵列或背照式图像像素阵列。如所说明，将每一像素配置成行(例如，行R1至Ry)及列(例如，列C1至Cx)以获取人、地点或对象的图像数据，该图像数据接着可用来呈现人、地点或对象的2D图像。在每一像素已获取其图像数据或图像电荷之后，由读出电路110来读出图像数据，且将该图像数据传送至功能逻辑115。读出电路110可包括放大电路、模数(“ADC”)转换电路或其它电路。功能逻辑115可仅储存图像数据或甚至通过应用后期图像效果(例如，修剪、旋转、去红眼、调整亮度、调整对比度或其它操作)来操纵图像数据。控制电路120耦合至像素阵列105以控制彩色像素阵列105的操作特性。举例而言，控制电路120可产生用于控制图像获取的快门信号。