專利名稱：用于背側(cè)照明影像感測(cè)器的電路與光感測(cè)器重迭的制作方法
用于背側(cè)照明影像感測(cè)器的電路與光感測(cè)器重迭本申請(qǐng)案主張2008年2月8日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第61/027，356號(hào)的權(quán)利， 該案的內(nèi)容是以引用的方式并入本文中。發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明大體上是關(guān)于影像感測(cè)器，且特定言之(但非排它)，本發(fā)明是關(guān)于背側(cè)照 明CMOS影像感測(cè)器。先前技術(shù)

圖1繪示一習(xí)知的前側(cè)照明互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像像素100。成像 像素100的前側(cè)是基板105側(cè)，該側(cè)上布置有像素電路且形成有用于重新散布信號(hào)的金屬 堆迭110。該金屬層(例如金屬層Ml及M2)是以產(chǎn)生一光學(xué)通道的方式經(jīng)圖案化，入射在 成像像素100的前側(cè)的光可經(jīng)由該光學(xué)通道到達(dá)該感光性或光電二極體(PD)區(qū)域115上。 該前側(cè)可進(jìn)一步包含一彩色濾光器層，以實(shí)施一彩色感測(cè)器；及一微透鏡，以將光聚焦在 PD區(qū)域115上。成像像素100包含布置在相鄰于PD區(qū)域115的像素電路區(qū)域中的像素電路。此像 素電路提供多種用于成像像素100的規(guī)則操作的功能。舉例而言，像素電路區(qū)域125可包 含電路以開始在PD區(qū)域中的影像電荷的獲得，以將蓄積在PD區(qū)域115中的該影像電荷重 設(shè)至現(xiàn)成的影像像素100用于下一影像，或轉(zhuǎn)移出由成像像素100所獲得的影像資料。如 所繪示，在一前側(cè)照明組態(tài)中，像素電路區(qū)域125是定位成緊鄰于PD區(qū)域115。因此，像素 電路區(qū)域125以PD區(qū)域115為代價(jià)消耗成像像素100中的有用面積。減小PD區(qū)域115的 尺寸以容納該像素電路而降低成像像素100的填充因數(shù)，因此而減少對(duì)光敏感的像素面積 量，并降低低光效能。圖式簡(jiǎn)單說明茲參考以下圖式描述本發(fā)明的非限制性及非詳盡的實(shí)施例，其中各個(gè)圖中相同參 考數(shù)字涉指相同部分，除非另有指明。圖1是一習(xí)知的前側(cè)照明成像像素的橫截面圖。圖2是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一背側(cè)照明成像系統(tǒng)的一方塊圖。圖3A是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一背側(cè)照明成像系統(tǒng)中二個(gè)4T像素的像素 電路的一電路圖。圖3B是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一背側(cè)照明成像系統(tǒng)中包含類比至數(shù)位轉(zhuǎn) 換電路的一主動(dòng)像素感測(cè)器的像素電路的一電路圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有重迭像素電路的一背側(cè)照明成像像素的一 混合橫截面/電路圖。圖5是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一種用于操作具有重迭像素電路的一背側(cè) 照明成像像素的處理程序的一流程圖。實(shí)施方式本文描述一種用于具有重迭像素電路的背側(cè)照明成像感測(cè)器的系統(tǒng)及操作方法 的實(shí)施例。在下列描述中，闡述許多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)該實(shí)施例的一徹底了解。然而，熟習(xí)相關(guān)技術(shù)者將認(rèn)識(shí)到，此處所描述的技術(shù)可在沒有該特定細(xì)節(jié)的一個(gè)或多個(gè)的情況下實(shí) 施，或以其他方法、組件、材料等而實(shí)施。在其他實(shí)例中，未顯示或詳細(xì)描述已熟知的結(jié)構(gòu)、 材料或操作以避免模糊某些態(tài)樣。此說明書各處對(duì)「一項(xiàng)實(shí)施例」或「一實(shí)施例」的參考意謂著連同該實(shí)施例所描述 的一特定特征、結(jié)構(gòu)或特性是包括在本發(fā)明的至少一項(xiàng)實(shí)施例中。因此，此說明書各處在不 同位置出現(xiàn)的片語「在一項(xiàng)實(shí)施例中」或「在一實(shí)施例中」不一定全指相同的實(shí)施例。此外， 該特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何適當(dāng)?shù)姆绞奖唤M合于一項(xiàng)或多項(xiàng)實(shí)施例中。此說明書各處使用若干專業(yè)術(shù)語。此術(shù)語在此項(xiàng)技術(shù)中具有其等所由來的普通意 義，除非在此處特別定義，或其等用途的背景將清楚地提出其他的意義。此處參考一半導(dǎo)體 晶粒的表面法線定義術(shù)語「重迭」。若貫穿該半導(dǎo)體晶粒的一橫截面繪出的與該表面法線平 行的線交叉于二個(gè)元件，則布置在一晶粒上的該二個(gè)元件被稱為「重迭」。圖2是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的背側(cè)照明成像系統(tǒng)200的一方塊圖。所繪示 實(shí)施例的成像系統(tǒng)200包含一像素陣列205、讀出電路210、功能邏輯215及控制電路220。像素陣列205是一個(gè)二維(2D)的背側(cè)照明成像感測(cè)器或像素(例如像素P1、
P2......Pn) 0在一項(xiàng)實(shí)施例中，各個(gè)像素是一互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像像素。如
所繪示，各個(gè)像素是布置成為一列(例如列Rl至Ry)及一行(例如行Cl至Cx)以獲得一 個(gè)人、位置或物體的影像資料，接著影像資料可用以形成該人、位置或物體的2D影像。在各個(gè)像素已獲得其影像資料或影像電荷之后，該影像資料是由讀出電路210讀 出并傳送至功能邏輯215。讀出電路210可包含放大電路、類比至數(shù)位(ADC)轉(zhuǎn)換電路或其 他。功能邏輯215可簡(jiǎn)單地儲(chǔ)存該影像資料或甚至藉由使用后影像效果(例如裁剪、旋轉(zhuǎn)、 移除紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整對(duì)比度或其他)而處理該影像資料。在一項(xiàng)實(shí)施例中，讀出電路 210可沿著讀出行線(經(jīng)繪示)每次讀出一列影像資料，或可利用多種其他技術(shù)(未繪示) 讀出該影像資料，例如串列讀出或同時(shí)全并列讀出所有像素。控制電路220是耦合至像素陣列205以控制像素陣列205的操作特性。舉例而言， 控制電路220可產(chǎn)生一快門信號(hào)，該快門信號(hào)是用于控制影像獲得。在一項(xiàng)實(shí)施例中，該快 門信號(hào)是一全域快門信號(hào)，該快門信號(hào)用于同時(shí)啟用像素陣列205中的所有像素以在一單 一獲得窗期間捕獲該像素的各自影像資料。在一替代實(shí)施例中，該快門信號(hào)是一滾動(dòng)快門 信號(hào)，藉此在連續(xù)獲得窗期間依序地啟用像素的各個(gè)列、行或群組。圖3A是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一背側(cè)照明成像陣列中的二個(gè)四電晶體 (4T)式像素的像素電路300的一電路圖。像素電路300是用于實(shí)施圖2的像素陣列200 中的各個(gè)像素的一種可能的像素電路架構(gòu)。然而，應(yīng)了解本發(fā)明的實(shí)施例不限于4T像素架 構(gòu)；更確切言之，受益于本揭示內(nèi)容的一般技術(shù)者將了解本教示是亦適于3T設(shè)計(jì)、5T設(shè)計(jì) 及各種其他像素架構(gòu)。在圖3A中，像素Pa及Pb是成二行及一列而布置。所繪示實(shí)施例的各個(gè)像素電路 300包含一光電二極體PD、一轉(zhuǎn)移電晶體Tl、一重設(shè)電晶體T2、一源極隨耦器(SF)電晶體 T3、一選擇電晶體T4及一儲(chǔ)存電容器Cl。在操作期間，轉(zhuǎn)移電晶體Tl接收一轉(zhuǎn)移信號(hào)TX， 轉(zhuǎn)移電晶體Tl將蓄積在光電二極體PD中的電荷轉(zhuǎn)移至一浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD。在一項(xiàng)實(shí)施例 中，浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD可耦合至一儲(chǔ)存電容器用于暫時(shí)儲(chǔ)存影像電荷。重設(shè)電晶體T2是耦合在一電源導(dǎo)軌VDD與該浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD之間以在一重設(shè)信號(hào)RST的控制下重設(shè)(例如將該FD放電或充電至一預(yù)設(shè)電壓)。該浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD是經(jīng) 耦合以控制SF電晶體T3的閘極。SF電晶體T3是耦合在該電源導(dǎo)軌VDD與選擇電晶體T4 之間。SF電晶體T3的作用為一源極隨耦器，其提供至該浮動(dòng)擴(kuò)散FD的一高阻抗連接。最 后，選擇電晶體T4是在一選擇信號(hào)SEL的控制下將像素電路300的輸出選擇性地耦合至該 讀出行線。在一項(xiàng)實(shí)施例中，由控制電路220產(chǎn)生該TX信號(hào)、該RST信號(hào)及該SEL信號(hào)。在其 中像素陣列205利用一全域快門操作的一實(shí)施例中，該全域快門信號(hào)是耦合至整個(gè)像素陣 列205中的各個(gè)轉(zhuǎn)移電晶體Tl的閘極以同時(shí)開始電荷自各個(gè)像素的光電二極體PD轉(zhuǎn)移。 或者，滾動(dòng)快門信號(hào)可應(yīng)用于轉(zhuǎn)移電晶體Tl的群組。圖3B是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的使用包含一整合式類比至數(shù)位轉(zhuǎn)換電路 (ADC) 305的一主動(dòng)像素感測(cè)器(APS)的像素電路301的一電路圖。像素電路301是用于 實(shí)施圖2的像素陣列200中的各個(gè)像素的另一可能的像素電路架構(gòu)。所繪示的該APS架構(gòu) 僅包含二個(gè)電晶體(重設(shè)電晶體T2及選擇電晶體T4)；然而，若該ADC 305不整合至像素 電路301中，則接著將包含SF電晶體T3且像素電路301將被稱為3T像素設(shè)計(jì)。應(yīng)了解圖 3B僅是將一 ADC整合至一像素中的一可能的實(shí)施且其他實(shí)施可連同本發(fā)明的實(shí)施例一起 使用。舉例而言，一 ADC可并入于圖3A中所繪示的該4T設(shè)計(jì)中。所繪示實(shí)施例的像素電路301包含一 PD、一重設(shè)電晶體T2、一選擇電晶體T4及 一 ADC 305。所繪示實(shí)施例的ADC 305包含一比較器(COMP) 310、一計(jì)數(shù)器315及一記憶體 320。在操作期間，ADC 305可操作以在由選擇電晶體T4在行匯流排上輸出之前，將由該P(yáng)D 蓄積的類比影像電荷轉(zhuǎn)換成為具有一數(shù)位值表示的影像資料。記憶體320是用于暫時(shí)儲(chǔ)存 該數(shù)位影像資料的一多位元暫存器(例如8位元、16位元、20位元等)。在一項(xiàng)實(shí)施例中， 像素陣列205中的各個(gè)像素Pl至Pn的像素電路可共用ADC 305的一個(gè)或多個(gè)組件。在一 共用實(shí)施例中，一共用ADC 305的電路可重迭兩個(gè)或兩個(gè)以上相鄰的像素。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有重迭像素電路的一背側(cè)照明成像像素400的 一混合橫截面/電路圖。成像像素400是像素陣列205中的像素Pl至Pn的一種可能的實(shí) 施。所繪示實(shí)施例的成像像素400包含一基板405、一彩色濾光器410、一微透鏡415、一 PD 區(qū)域420、一摻雜接合擴(kuò)散區(qū)域425、一像素電路區(qū)域430、若干像素電路層435及一金屬堆 迭440。所繪示實(shí)施例的像素電路區(qū)域430包含一布置在一擴(kuò)散井445上的4T像素(可替 代其他像素設(shè)計(jì))以及其他電路431 (例如增益電路、ADC電路、伽瑪(gamma)控制電路、曝 光控制電路等)。一浮動(dòng)擴(kuò)散450是布置在擴(kuò)散井445中并耦合在轉(zhuǎn)移電晶體Tl與SF電 晶體T3的閘極之間。所繪示實(shí)施例的金屬堆迭440包含由金屬層間介電層441及443分 離的二層金屬層Ml及M2。雖然圖4僅繪示一種二層金屬堆迭，但金屬堆迭440可包含更 多或較少層，用于在像素陣列205的前側(cè)上方投送信號(hào)。在一項(xiàng)實(shí)施例中，一鈍化或針扎層 470是布置在接合擴(kuò)散區(qū)域425上。最后，淺溝渠隔離(STI)使成像像素400與相鄰的像素 (未繪示)隔離。如所繪示，成像像素400是對(duì)入射在其半導(dǎo)體晶粒的背側(cè)的光480感光。藉由使 用一背側(cè)照明感測(cè)器，像素電路區(qū)域430可以與光電二極體區(qū)域420重迭的一組態(tài)而定位。 換言之，像素電路300可被布置為相鄰于接合擴(kuò)散區(qū)域425并在光電二極體420與該晶粒 前側(cè)之間而不阻擋光480到達(dá)光電二極體區(qū)域420。藉由以與光電二極體區(qū)域420重迭的一組態(tài)布置該像素電路，如相對(duì)于如圖1中所繪示的并排組態(tài)，光電二極體區(qū)域420不再與 該像素電路競(jìng)爭(zhēng)有用的晶粒面積。確切言之，像素電路區(qū)域430可經(jīng)放大以容納額外或更 大的組件而不減損該影像感測(cè)器的填充因數(shù)。本發(fā)明的實(shí)施例使其他電路431 (諸如增益 控制或ADC電路(例如ADC 305))布置為緊密接近于該電路各自的光電二極體區(qū)域420而 不減少該像素的敏感度。藉由將增益控制及ADC電路插入為緊密接近于各個(gè)PD區(qū)域420， 由于PD區(qū)域420與額外像素中的電路之間較短的電互連，因此可降低電路雜訊并改良雜訊 免疫性。此外，該背側(cè)照明組態(tài)提供更大靈活性以在金屬堆迭440中的像素陣列205的前 側(cè)上投送信號(hào)而不干擾光480。在一項(xiàng)實(shí)施例中，該快門信號(hào)是在金屬堆迭440中投送至像 素陣列205的該像素。在一項(xiàng)實(shí)施例中，像素陣列205中相鄰的像素的PD區(qū)域420上的像素電路區(qū)域 430可成群組以建立公共的晶粒面積。此公共的晶粒面積可除了支撐基本3T、4T、5T等像素 電路之外亦支撐共用電路(或像素間的電路)?；蛘?，一些像素可將其對(duì)等的PD區(qū)域420 上的未使用的晶粒面積貢獻(xiàn)至需要額外像素電路空間以用于較大或較高等像素內(nèi)電路的 相鄰的像素。因此，在一些實(shí)施例中，其他電路431可重迭兩個(gè)或兩個(gè)以上PD區(qū)域420且 甚至可由一或多個(gè)像素共用。在一項(xiàng)實(shí)施例中，基板405是由P型摻雜物予以摻雜。在此情況下，基板405及成 長(zhǎng)于該基板上的磊晶層可被稱為一 P基板。在一 P型基板實(shí)施例中，擴(kuò)散井445是一 P+井 植入，而光電二極體區(qū)域420、接合擴(kuò)散區(qū)域425及浮動(dòng)擴(kuò)散450是經(jīng)N型摻雜。浮動(dòng)擴(kuò)散 450是由與擴(kuò)散井445相對(duì)導(dǎo)電型的一摻雜物予以摻雜而在擴(kuò)散井445內(nèi)產(chǎn)生一 p-η接面， 藉此而電隔離浮動(dòng)擴(kuò)散450。在其中基板405及該基板上的該磊晶層為N型的實(shí)施例中，擴(kuò) 散井445亦是經(jīng)N型摻雜，而光電二極體區(qū)域420、接合擴(kuò)散區(qū)域425及浮動(dòng)擴(kuò)散450具有 一相對(duì)的P型導(dǎo)電性。圖5是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一種用于操作一 BSI成像像素400的處理程 序500的一流程圖。處理程序500繪示像素陣列205中的一單一像素的操作；然而，應(yīng)了 解，可根據(jù)使用的是一滾動(dòng)快門亦或是全域快門而由像素陣列205中的各個(gè)像素依序或同 時(shí)執(zhí)行處理程序500。處理程序500中出現(xiàn)的一些或所有處理程序方塊的次序不應(yīng)被視為 限制。更確切而言，受益于本揭示內(nèi)容的一般技術(shù)者將了解一些處理程序方塊可以多種未 經(jīng)繪示的次序執(zhí)行。在一處理程序方塊505中，重設(shè)光電二極體PD (例如光電二極體區(qū)域420)。重設(shè) 包含將光電二極體PD放電或充電至一預(yù)定電壓電位，例如VDD。該重設(shè)是藉由確立該RST 信號(hào)以啟用重設(shè)電晶體Τ2并確立該TX信號(hào)以啟用轉(zhuǎn)移電晶體Tl而實(shí)現(xiàn)。啟用Tl及Τ2 之舉將光電二極體區(qū)域420、接合擴(kuò)散區(qū)域425及浮動(dòng)擴(kuò)散450耦合至電源導(dǎo)軌VDD。一旦重設(shè)，則撤銷確立該RST信號(hào)及該TX信號(hào)以藉由光電二極體區(qū)域420開始影 像的獲得(處理程序方塊510)。入射在成像像素400的背側(cè)上的光480是穿過彩色濾光器 410由微透鏡415聚焦于光電二極體區(qū)域420的背側(cè)上。彩色濾光器410是操作以將入射 光480過濾成為成分色彩(例如利用一拜爾(Bayer)濾光器馬賽克或彩色濾光器陣列)。 入射光子使電荷蓄積在該光電二極體的擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)。一旦該影像獲得窗已到期，則蓄積在光電二極體區(qū)域420中的電荷是藉由確立該 TX信號(hào)而經(jīng)由該轉(zhuǎn)移電晶體Tl轉(zhuǎn)移至該浮動(dòng)擴(kuò)散450 (處理程序方塊515)。在一全域快門的情況下，該全域快門信號(hào)是在處理程序方塊515期間與該TX信號(hào)同時(shí)被確立至像素陣 列205中的所有像素。此造成由各個(gè)像素蓄積的影像資料全域轉(zhuǎn)移至該像素對(duì)應(yīng)的浮動(dòng)擴(kuò) 散450中。—旦轉(zhuǎn)移該影像資料，撤銷確立該TX信號(hào)以將浮動(dòng)擴(kuò)散450自PD區(qū)域420隔離用 于讀出。在一處理程序方塊520中，該SEL信號(hào)是經(jīng)確立以將該儲(chǔ)存的影像資料轉(zhuǎn)移至讀 出行上用于經(jīng)由讀出電路210輸出至該功能邏輯215。應(yīng)了解讀出可經(jīng)由行線(有繪示) 以每列為基礎(chǔ)、經(jīng)由列線(未繪示)以每行為基礎(chǔ)、以每個(gè)像素(未繪示)為基礎(chǔ)或藉由其 他邏輯分組而發(fā)生。一旦已讀出所有像素的影像資料，處理程序500回至處理程序方塊505 以制備下一影像。在一項(xiàng)實(shí)施例中，其他電路431可包含一儲(chǔ)存電容器，該儲(chǔ)存電容器耦合至FD 450以暫時(shí)儲(chǔ)存該影像電荷，使得可在處理程序520中的讀出之前在各個(gè)像素中執(zhí)行后影 像獲得處理。此電路可包含增益電路、ADC電路或其他。其他電路431甚至可包含曝光控 制電路及伽瑪控制電路。該重迭BSI組態(tài)是提供各個(gè)像素中的空間以實(shí)現(xiàn)此像素內(nèi)的處理 而不犧牲像素400的填充因數(shù)。上文解釋的處理程序是以電腦軟體及硬體的方式予以描述。所描述的技術(shù)可構(gòu)成 具體實(shí)施在一機(jī)器(例如，電腦)可讀取儲(chǔ)存媒體內(nèi)的機(jī)器可執(zhí)行指令，當(dāng)該指令藉由一機(jī) 器執(zhí)行時(shí)將使機(jī)器實(shí)行所描述的操作。另外，該處理程序可在硬體內(nèi)具體實(shí)施，諸如一特定 應(yīng)用積體電路(ASIC)或類似物。一機(jī)器可讀取儲(chǔ)存媒體包含以一利用一機(jī)器(例如，一電腦、網(wǎng)路器件、個(gè)人數(shù)位 助理、制造工具、具有一組一個(gè)或多個(gè)處理器的任何器件等)可存取的形式提供(即，儲(chǔ)存) 資訊的任何機(jī)構(gòu)。舉例而言，一機(jī)器可讀取儲(chǔ)存媒體包含可記錄/不可記錄媒體(例如， 唯讀記憶體(ROM)、隨機(jī)存取記憶體(RAM)、磁碟儲(chǔ)存媒體、光學(xué)儲(chǔ)存媒體、快閃記憶體器件
寸J ο本發(fā)明所繪示的實(shí)施例的上文描述，包含摘要中的描述，并不意謂詳盡說明本發(fā) 明或?qū)⒈景l(fā)明限制于所揭示的精確形式。雖然為了說明目的此處描述了本發(fā)明的特定實(shí)施 例及實(shí)例，但如熟習(xí)相關(guān)技術(shù)者所認(rèn)識(shí)，在本發(fā)明的范疇內(nèi)可有多種修改。根據(jù)上文詳細(xì)描述可對(duì)本發(fā)明做出此修改。不應(yīng)將下列權(quán)利要求中使用的術(shù)語解 讀為將本發(fā)明限制于說明書中所揭示的特定實(shí)施例。確切而言，本發(fā)明的范疇完全是由下 列權(quán)利要求決定，應(yīng)根據(jù)權(quán)利要求書解釋的已建立的原則來解讀該權(quán)利要求。
權(quán)利要求
一種背側(cè)照明(BSI)成像感測(cè)器像素，其包括一光電二極體區(qū)域，其是布置在一半導(dǎo)體晶粒中，用于回應(yīng)于入射在該BSI成像感測(cè)器像素的一背側(cè)上的光而蓄積一影像電荷；及像素電路，其包含電晶體像素電路，該像素電路是布置在該半導(dǎo)體晶粒的一前側(cè)與該光電二極體區(qū)域之間的該半導(dǎo)體晶粒中，其中該像素電路的至少一部分重迭于該光電二極體區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的BSI成像感測(cè)器像素，其中該像素電路進(jìn)一步包含一類比至數(shù) 位轉(zhuǎn)換器(ADC)，該ADC經(jīng)耦合以將該BSI成像感測(cè)器像素中的該影像電荷轉(zhuǎn)換至一數(shù)位 值，其中該ADC的至少一部分重迭于該光電二極體區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的BSI成像感測(cè)器像素，其中該像素電路進(jìn)一步包含增益電路，其 用于放大得自該BSI成像感測(cè)器像素中的該影像電荷的影像資料，其中該增益電路的至少 一部分重迭于該光電二極體區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的BSI成像感測(cè)器像素，其中該像素電路進(jìn)一步包含伽瑪控制電 路或曝光控制電路的至少一個(gè)，其中該伽瑪控制電路或該曝光控制電路的至少一部分重迭 于該光電二極體區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的BSI成像感測(cè)器像素，其中該像素電路除了包含三電晶體(3T) 式像素電路、四電晶體(4T)式像素電路、或五電晶體(5T)式像素電路以外亦包含額外電 路，其中該額外電路的至少一部分重迭于該光電二極體區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的BSI成像感測(cè)器像素，其中該像素電路的至少一部分是與一像 素陣列中的一相鄰像素共用作為共用像素電路，其中該共用像素電路的一第一部分重迭于 該光電二極體區(qū)域且一第二部分重迭于該相鄰的像素的一光電二極體區(qū)域。
7.如權(quán)利要求1所述的BSI成像感測(cè)器像素，其中該BSI成像感測(cè)器像素包括一BSI 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像感測(cè)器。
8.如權(quán)利要求7所述的BSI成像感測(cè)器像素，其進(jìn)一步包括布置在該半導(dǎo)體晶粒中的 一接合擴(kuò)散區(qū)域，該接合擴(kuò)散區(qū)域耦合在該光電二極體區(qū)域與該電晶體像素電路之間，該 接合擴(kuò)散區(qū)域相鄰于該像素電路而定位并延伸朝向該半導(dǎo)體晶粒的前側(cè)。
9.如權(quán)利要求7所述的成像感測(cè)器像素，其中該電晶體像素電路包括一轉(zhuǎn)移電晶體，其耦合在該光電二極體區(qū)域與一浮動(dòng)擴(kuò)散之間；一重設(shè)電晶體，其經(jīng)耦合以重設(shè)蓄積在該光電二極體區(qū)域中的電荷；一源極隨耦器電晶體，其經(jīng)耦合以提供來自該浮動(dòng)擴(kuò)散的一高阻抗輸出；及一選擇電晶體，其自其他成像感測(cè)器像素選擇該BSI成像感測(cè)器像素用于讀出。
10.如權(quán)利要求1所述的BSI成像感測(cè)器像素，其進(jìn)一步包括一微透鏡，其是布置在該光電二極體區(qū)域下的該半導(dǎo)體晶粒的一背側(cè)上，且經(jīng)光學(xué)對(duì) 準(zhǔn)以將自該背側(cè)接收的光聚焦在該光電二極體區(qū)域上；及一彩色濾光器，其是布置在該微透鏡與該光電二極體區(qū)域之間以過濾光。
11.一種包含復(fù)數(shù)個(gè)像素的像素陣列的操作方法，其中各個(gè)像素包含一背側(cè)照明互補(bǔ) 金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像感測(cè)器，對(duì)于各個(gè)像素，該方法包括將影像資料蓄積在回應(yīng)于入射在該像素的一背側(cè)上的光而產(chǎn)生的該像素的一光電二 極體區(qū)域中；及將蓄積在該光電二極體區(qū)域中的該影像資料轉(zhuǎn)移至像素電路，該像素電路是布置在該 像素的相對(duì)該背側(cè)的一前側(cè)上且該像素電路至少部分地重迭于該光電二極體區(qū)域。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其對(duì)于各個(gè)像素進(jìn)一步包括在蓄積該影像資料之前，藉由暫時(shí)使一重設(shè)電晶體耦合在一電壓導(dǎo)軌與該光電二極體 區(qū)域之間而重設(shè)該光電二極體區(qū)域，其中該重設(shè)電晶體是布置在該像素的該前側(cè)上且該重 設(shè)電晶體至少部分地重迭于該光電二極體區(qū)域。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其對(duì)于各個(gè)像素進(jìn)一步包括利用一類比至數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)將該影像資料轉(zhuǎn)換成為數(shù)位影像資料，該ADC是布置 在該像素的該前側(cè)上且該ADC至少部分地重迭于該光電二極體區(qū)域。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其對(duì)于各個(gè)像素進(jìn)一步包括利用增益電路放大該影像資料，該增益電路是布置在該像素的該前側(cè)上且該增益電路 至少部分地重迭于該光電二極體區(qū)域。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其對(duì)于各個(gè)像素進(jìn)一步包括利用電路實(shí)施額外的影像資料處理，該電路是布置在該像素中且該電路至少部分地重 迭于該光電二極體區(qū)域。
16.一種成像系統(tǒng)，其包括一背側(cè)照明(BSI)成像像素陣列，其中各個(gè)成像像素包含一光電二極體區(qū)域，其是布置在一半導(dǎo)體晶粒中用于回應(yīng)于入射在該BSI陣列的一背 側(cè)上的光而蓄積一影像電荷；及一像素電路區(qū)域，其包含電晶體像素電路，該像素電路是布置在該半導(dǎo)體晶粒的一前 側(cè)與該光電二極體區(qū)域之間的該半導(dǎo)體晶粒中，該像素電路區(qū)域重迭于該光電二極體區(qū)域 的至少一部分；及讀出電路，其耦合至該背側(cè)照明成像像素陣列以讀出來自該成像像素每一個(gè)的影像資料。
17.如權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中該像素電路區(qū)域除了包含三電晶體(3T)式像 素電路、四電晶體(4T)式像素電路、或五電晶體(5T)式像素電路以外亦包含額外電路，其 中該額外電路的至少一部分重迭于該光電二極體區(qū)域。
18.如權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中該像素電路區(qū)域進(jìn)一步包含一類比至數(shù)位 轉(zhuǎn)換器(ADC)，該ADC經(jīng)耦合以將該BSI成像像素中的該影像電荷轉(zhuǎn)換至一數(shù)位值，其中該 ADC的至少一部分重迭于該光電二極體區(qū)域。
19.如權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中該像素電路區(qū)域進(jìn)一步包含增益電路，其用 于放大得自該BSI成像像素中的該影像電荷的影像資料，其中該增益電路的至少一部分重 迭于該光電二極體區(qū)域。
20.如權(quán)利要求17所述的成像系統(tǒng)，其中該BSI成像像素陣列進(jìn)一步包含復(fù)數(shù)個(gè)微透鏡，該復(fù)數(shù)個(gè)微透鏡是布置在該成像像素陣列的一背側(cè)上且各個(gè)微透鏡是 經(jīng)對(duì)準(zhǔn)以將光聚焦在一對(duì)應(yīng)的成像像素上；及一金屬堆迭，其包含兩層或兩層以上金屬層，該金屬層是布置在該成像像素陣列的一 前側(cè)上用于投送諸信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種背側(cè)照明(BSI)成像感測(cè)器像素(400)，其包括一光電二極體(420)區(qū)域；及像素電路(430)。該光電二極體區(qū)域是布置在一半導(dǎo)體晶粒中，用于回應(yīng)于入射在該BSI成像感測(cè)器像素的一背側(cè)上的光而蓄積一影像電荷。該像素電路包含電晶體像素電路，該像素電路是布置在該半導(dǎo)體晶粒的一前側(cè)與該光電二極體區(qū)域之間的該半導(dǎo)體晶粒中。該像素電路的至少一部分重迭于該光電二極體區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101939841SQ200980104585
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月8日
發(fā)明者H·E·羅茲, 代鐵軍, 戴幸志, 真鍋?zhàn)谄? 野崎秀俊 申請(qǐng)人:美商豪威科技股份有限公司