[发明专利]背照式固态成像设备

说明书

相关申请的交叉引用

本文中通过参考引入2010年10月8日提交的日本专利申请No.2010-228473的全部公开内容，包括说明书、附图和摘要。

技术领域

本发明涉及背照式固态成像设备，该设备诸如背照式CMOS图像传感器，并且更具体地涉及当执行全局快门功能时能够抑制光电二极管(PD)的灵敏度降低的有效技术。

背景技术

电荷耦合器件(CCD)图像传感器以及互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器作为用作固态成像设备的图像传感器是公知的。

CCD图像传感器包括用于读取通过照射光从作为光接收元件的光电二极管(PD)产生的电荷的电路，并且该电路采用称作电荷耦合器件(CCD)的元件。该CCD图像传感器通过采用CCD而能够连续输出像素信息。相反，在每个像素中，CMOS图像传感器包括晶体管，该晶体管用于将通过照射光从作为光接收元件的光电二极管(PD)产生的电荷进行放大。因此，该CMOS图像传感器可放大并读取来自任意一个所选像素的输出，这将使得能够读出随机存取的图像。

众所周知，CCD图像传感器包括在阵列的行和列方向设置的多个光电二极管(PD)。首先，由垂直CCD对设置在列方向上的光电二极管(PD)的像素中所存储的信息进行读出。然后，由图像阅读器采用设置在行方向上的水平CCD对设置在列方向上的垂直CCD的像素中所存储的信息进行读出。所有的像素信息连续从图像阅读器输出，但在同一定时进行存储。通过与电子快门相结合，CCD图像传感器实现全局快门成像，这样即使对高速移动的物体进行拍照时，该成像也不会产生由于曝光定时的区别造成的捕获图像的失真。相反，CMOS图像传感器通过连续读取每个被选行的像素信息而读取出所有的像素，从而使得当对高速移动的物体进行拍照时，将会出现采用滚动快门的照相，这样将使得所捕获的图像发生失真。

下面的专利文献1公开了一种X-Y寻址型CMOS固态成像设备(CMOS传感器)，其具有添加到像素单元的电荷存储部以及传输门，以便使CMOS图像传感器实现可由CCD图像传感器获得的全局快门功能。

此外，下面的专利文献2公开了一种背照式CMOS图像传感器，其构造成解决在通过设置在光电二极管(PD)上面的互连层施加入射光时，由相关技术的前照式CMOS图像传感器中的互连层导致的反射部分入射光的问题。在该背照式CMOS图像传感器中，该互连层形成在其中形成有光电二极管(PD)的硅层的前表面之上，由此入射光从与其上形成有互连层的前表面相反的背表面进入。这种设置不需要考虑光接收表面的任何互连，因此可以提高像素互连的灵活性。

此外，下面的专利文献3、专利文献4和专利文献5中公开的背照式CMOS图像传感器与上述专利文献2中的类似。

[相关技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]

日本未审专利公开No.2004-111590

[专利文献2]

日本未审专利公开No.2003-031785

[专利文献3]

日本未审专利公开No.2005-268644

[专利文献4]

美国专利申请公开2008/0217723A1

[专利文献5]

美国专利申请公开2010/0140675A1

发明内容

本发明人围绕在本发明之前的具有全局快门功能的CMOS图像传感器进行研究。

首先，如上述专利文献1所公开的那样，具有全局快门功能的CMOS图像传感器可通过添加电荷存储部和传输门单元到相关技术的CMOS图像读取电路中而实现，其中，电荷存储部和传输门单元添加在用作电荷发生器的每个光电二极管(PD)和用于读出的被选晶体管之间。

然而，如上述专利文献1所述，本发明人通过他们的研究发现，当这种元件将要添加到其中形成有前照式CMOS图像传感器的光电二极管(PD)的硅层表面之上时，在光电二极管(PD)处接收照射光的面积相对于硅层的表面面积减小，这使得光电二极管(PD)的灵敏度降低。

相反，在形成本发明之前，本发明人详细研究了上述专利文献2、上述专利文献3、上述专利文献4以及上述专利文献5中公开的背照式CMOS图像传感器。