擁有具有交錯(cuò)光電二極管的像素單元的圖像傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體來說涉及圖像傳感器，且特定來說但非排他地涉及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的布局。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器已變得無所不在。其廣泛用于數(shù)碼靜態(tài)相機(jī)、蜂窩式電話、安全相機(jī)以及醫(yī)學(xué)、汽車及其它應(yīng)用中。用于制造圖像傳感器且特定來說互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)圖像傳感器的技術(shù)已不斷快速地發(fā)展。舉例來說，對(duì)較高分辨率及較低電力消耗的需求已促進(jìn)這些圖像傳感器的進(jìn)一步小型化及集成。
[0003]常規(guī)CMOS圖像傳感器通常具有其中多個(gè)像素布置成二維陣列的配置，其中每一像素包含光電二極管及相關(guān)聯(lián)像素晶體管。最近，隨著圖像傳感器的繼續(xù)小型化，為減小每一像素所占據(jù)的面積，已實(shí)施共享結(jié)構(gòu)的像素，其中在數(shù)個(gè)光電二極管當(dāng)中共享像素晶體管。然而，共享結(jié)構(gòu)的像素的典型布局通常由于像素晶體管的各種部分緊鄰近于彼此而遭受其之間的泄漏問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的方面涉及一種圖像傳感器，其包括布置成行及列的陣列的多個(gè)光電二極管，其中所述多個(gè)光電二極管分組成像素單元，每一像素單元包含第一、第二、第三及第四光電二極管以及耦合到所述第一、第二、第三及第四光電二極管中的每一者的共享像素單元電路，其中所述第一及第二光電二極管處于所述陣列的第一列中且所述第三及第四光電二極管處于所述陣列的第二列中，且其中所述第三光電二極管處于介于所述第一光電二極管的行與所述第二光電二極管的行之間的行中。
[0005]本發(fā)明的另一方面涉及一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS圖像傳感器，其包括布置成行及列的陣列的多個(gè)光電二極管，其中所述多個(gè)光電二極管分組成像素單元，所述像素單元包含:第一、第二、第三及第四光電二極管的第一像素單元以及耦合到所述第一、第二、第三及第四光電二極管中的每一者的第一共享像素單元電路，其中所述第一及第二光電二極管處于所述陣列的第一列中且所述第三及第四光電二極管處于所述陣列的第二列中；及鄰近于所述第一像素單元的第二像素單元，其中所述第二像素單元包含第五、第六、第七及第八光電二極管以及耦合到所述第五、第六、第七及第八光電二極管中的每一者的第二共享像素單元電路，其中所述第五及第六光電二極管處于所述陣列的所述第二列中且所述第七及第八光電二極管處于所述陣列的第三列中，且其中所述第六光電二極管處于插置于所述第三光電二極管的行與所述第四光電二極管的行之間的行中。
【附圖說明】
[0006]參考以下各圖描述本發(fā)明的非限制性及非窮盡性實(shí)施例，其中除非另有規(guī)定，否則貫穿各種視圖的相似參考元件指代相似部件。
[0007]圖1是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的圖像傳感器的框圖。
[0008]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有圖像傳感器的單個(gè)經(jīng)突出顯示二光電二極管像素單元的陣列的圖式。
[0009]圖2B是突出顯示圖2A的圖像傳感器陣列的兩個(gè)二光電二極管像素單元的圖式。
[0010]圖2C是突出顯示圖2A的圖像傳感器陣列的三個(gè)二光電二極管像素單元的圖式。
[0011]圖2D是突出顯示圖2A的圖像傳感器陣列的五個(gè)二光電二極管像素單元的圖式。
[0012]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有圖像傳感器的單個(gè)經(jīng)突出顯示四光電二極管像素單元的陣列的圖式。
[0013]圖3B是突出顯示圖3A的圖像傳感器陣列的兩個(gè)四光電二極管像素單元的圖式。
[0014]圖3C是突出顯示圖3A的圖像傳感器陣列的三個(gè)四光電二極管像素單元的圖式。
[0015]圖3D是突出顯示圖3A的圖像傳感器陣列的四個(gè)四光電二極管像素單元的圖式。
[0016]圖3E是突出顯示圖3A的圖像傳感器陣列的五個(gè)四光電二極管像素單元的圖式。
[0017]圖3F是突出顯示圖3A的圖像傳感器陣列的第七及第八像素單元的圖式。
[0018]圖4A是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有圖像傳感器的單個(gè)經(jīng)突出顯示八光電二極管像素單元的陣列的圖式。
[0019]圖4B是突出顯示圖4A的圖像傳感器陣列的兩個(gè)八光電二極管像素單元的圖式。
[0020]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有除所共享像素單元電路以外的兩個(gè)經(jīng)突出顯示四光電二極管像素單元的陣列的圖式。
[0021]圖6是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的圖像傳感器內(nèi)的四光電二極管像素單元的像素電路的電路圖。
[0022]圖7是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的列切換電路的功能性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本文中描述擁有具有鏡像晶體管布局的像素單元的圖像傳感器的實(shí)施例。在以下說明中，陳述眾多特定細(xì)節(jié)以便提供對(duì)所述實(shí)施例的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文中所描述的技術(shù)可在不具有特定細(xì)節(jié)中的一或多者的情況下或借助其它方法、組件、材料等來實(shí)踐。在其它實(shí)例中，未詳細(xì)展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免使特定方面模糊。
[0024]貫穿本說明書所提及的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”意指結(jié)合所述實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，貫穿本說明書的各處中出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”未必全部指代同一實(shí)施例。此外，在一或多個(gè)實(shí)施例中，可以任何適合方式組合所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。
[0025]圖1是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的圖像傳感器100的框圖。所圖解說明的圖像傳感器100的實(shí)施例包含有源區(qū)域(即，像素陣列105)、讀出電路110、功能邏輯115及控制電路120。
[0026]舉例來說，像素陣列105可為背側(cè)或前側(cè)照射成像像素(例如，像素HH、…、Pn)的二維陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，每一像素為有源像素傳感器(“APS”)，例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)成像像素。如所圖解說明，每一像素布置成行(例如，行Rl到Ry)及列(例如，列Cl到Cx)以獲取人、地方或?qū)ο蟮膱D像數(shù)據(jù)，接著可使用所述圖像數(shù)據(jù)來再現(xiàn)所述人、地方或?qū)ο蟮膱D像。
[0027]在每一像素已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，所述圖像數(shù)據(jù)由讀出電路110讀出并傳送到功能邏輯115。讀出電路110可包含放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路或其它。如將在下文進(jìn)行討論，陣列105的像素可分組成共享共同的所共享像素單元電路的數(shù)個(gè)像素單元。所述像素可分組成像素單元使得每一像素單元包含來自不同行及來自不同列的像素。在一個(gè)實(shí)施例中，每一像素單元耦合到不超過一個(gè)列位線。因此，讀出電路110可包含任選列切換電路112以在讀出期間當(dāng)需要時(shí)將圖像信號(hào)從一個(gè)列移位到鄰近列。
[0028]功能邏輯115可僅存儲(chǔ)所述圖像數(shù)據(jù)或甚至通過應(yīng)用后圖像效應(yīng)(例如，剪裁、旋轉(zhuǎn)、移除紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整對(duì)比度或其它)來操縱所述圖像數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，讀出電路110可沿著列位線一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)或可使用例如串行讀出或同時(shí)對(duì)所有像素的全并行讀出的多種其它技術(shù)讀出所述圖像數(shù)據(jù)。
[0029]控制電路120耦合到像素陣列105以控制像素陣列105的操作特性。舉例來說，控制電路120可產(chǎn)生全局快門信號(hào)以用于控制圖像獲取。
[0030]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有圖像傳感器的第一經(jīng)突出顯示二光電二極管像素單元(Ul)202的陣列200的圖式。在一個(gè)方面中，“像素單元”為一或多個(gè)成像像素(例如圖1中的圖像傳感器100中的像素陣列105的成像像素)的分組。像素單元可包含各自與像素單元的單獨(dú)像素對(duì)應(yīng)的數(shù)個(gè)光電二極管，且還可包含在像素單元的光電二極管當(dāng)中共享的至少一個(gè)像素晶體管。
[0031 ] 如所圖解說明，陣列200的像素布置成列(例如，列CO到Cx)及行(例如，行RO到R9)。本文中出于討論的目的，每一像素可由包含列編號(hào)及行編號(hào)兩者(例如，[Cx，Ry])的唯一坐標(biāo)參考來指代。因此，像素單元202包含兩個(gè)像素(像素[0，()]及像素[0,3])。在一個(gè)實(shí)施例中，像素單元202確切地包含兩個(gè)像素且因此包含兩個(gè)光電二極管。如將在下文進(jìn)行討論，像素單元202可包含耦合到像素單元202的兩個(gè)像素的共享像素電路。所述共享像素電路可包含共享放大電路(例如，共享源極跟隨器晶體管)，及/或可包含共享復(fù)位電路(例如，共享復(fù)位晶體管)。在一個(gè)實(shí)施例中，像素單元202還包含共享電荷/電壓轉(zhuǎn)換區(qū)(例如，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū))。
[0032]如圖2A中所展示，像素單元202的光電二極管均在同一列CO中，但卻在不同行(例如，RO及R3)中。因此，在實(shí)例性陣列200中，像素單元202包含在同一列中的兩個(gè)光電二極管，其中兩個(gè)單獨(dú)行(例如，Rl及R2)插置于所述兩個(gè)光電二極管之間。這些經(jīng)插置行Rl及R2可包含單獨(dú)像素單元的像素。
[0033]在以下圖2B到2D中描述同一陣列200的數(shù)個(gè)額外像素單元的布局。舉例來說，圖2B是突出顯示圖像傳感器陣列200的兩個(gè)二光電二極管像素單元(例如，像素單元Ul及像素單元(U2)204)的圖式。如所展示，第二像素單元204安置得緊鄰近于像素單元Ul。像素單元204包含兩個(gè)像素且因此包含兩個(gè)光電二極管(例如，像素[1，0]及像素[1，3])。像素單元204還包含耦合到像素單元20