專利名稱：具有高填充系數(shù)像素的圖像傳感器及形成圖像傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
半導(dǎo)體圖像傳感器件在多種應(yīng)用中例如數(shù)字照相機(jī)、攝像機(jī)、打印機(jī)、掃描儀等中廣泛用于捕捉圖像。這種設(shè)備包括圖像傳感器，該圖像傳感器捕捉光學(xué)信息并將光學(xué)信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后處理、存儲(chǔ)該電信號(hào)，或者將該電信號(hào)處理為導(dǎo)致將所捕獲的圖像投射到顯示器或者打印介質(zhì)上。
背景技術(shù)：
通常有兩種類型廣泛使用的圖像傳感器器件電荷耦合器件(CCD)以及CMOS圖像傳感器(CIS)器件。CCD圖像傳感器操作為低噪聲并具有高一致性，但是通常需要較高的功率消耗和低于CIS器件的操作速度。當(dāng)圖像傳感器在便攜式電子器件例如包括集成的數(shù)字照相機(jī)的無線電話中使用時(shí)，較低功率消耗和較高速度性能的特性是重要的因素。在這種應(yīng)用中，相比于CCD器件，CIS器件變?yōu)閮?yōu)選的選擇。
CIS器件包括有源像素傳感器(APS)陣列，其包括光電轉(zhuǎn)換元件的二維陣列、生成用于讀取來自APS的信號(hào)的定時(shí)信號(hào)的定時(shí)生成器、用于選擇用來讀取的像素的行驅(qū)動(dòng)器、用于在所選擇的像素的輸出信號(hào)上執(zhí)行校正的雙采樣過程的校正雙采樣(CDS)單元，用于比較CDS校正的信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的比較器、用于將由比較器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、用于將所轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、以及接收來自輸出設(shè)備的命令并且將數(shù)字圖像信號(hào)輸出到輸出設(shè)備的接口。在不同的結(jié)構(gòu)中，DSP處理器可以與CIS單元集成，或者設(shè)置在與CIS單元物理地分開的設(shè)備上。
同時(shí)，高質(zhì)量CIS器件，APS的每一單元像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，例如光電二極管或光柵，用于收集入射信號(hào)的能量，以及三個(gè)或者四個(gè)讀取晶體管，取決于技術(shù)類型。在具有四個(gè)晶體管的CIS器件中，讀取晶體管包括轉(zhuǎn)移晶體管、選擇晶體管、驅(qū)動(dòng)晶體管和重置晶體管。讀取晶體管操作為管理并轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換元件接收的能量，以將相應(yīng)的數(shù)據(jù)提供到用于圖像處理的器件。在APS像素陣列上形成微透鏡陣列，每個(gè)微透鏡對(duì)應(yīng)于陣列的像素，用于將入射能量聚積在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件上。
隨著朝向進(jìn)一步的半導(dǎo)體器件集成的持續(xù)趨勢(shì)，以及隨著在成像器件的解析度上的期望增長(zhǎng)，器件“填充系數(shù)”越來越重要。成像器件的“填充系數(shù)”是器件的像素的光電轉(zhuǎn)換元件的面積與設(shè)計(jì)為像素的總器件面積的比。期望較大的填充系數(shù)，由于這等同于用于光信號(hào)的實(shí)際光電轉(zhuǎn)換的器件的可用有源區(qū)，以及較少的可用有源區(qū)用于信號(hào)的讀取。由于CIS器件需要每單位像素三個(gè)或者四個(gè)的讀取元件，CIS器件具有比CCD器件低的填充系數(shù)。由于CIS器件的解析度增加，例如從每單位面積1百萬像素至5百萬像素，應(yīng)當(dāng)減小CIS器件中的單位像素的面積。然而，由于讀取元件的晶體管組件的尺寸的最小化的限制，對(duì)于每個(gè)像素所需的三個(gè)或者四個(gè)讀取元件的面積的進(jìn)一步減小受到限制，因?yàn)殡S著較小的元件尺寸，噪聲增大。因此，CIS器件的解析度增大，器件填充系數(shù)通常減小。
為了減輕在高解析度CIS器件中的相對(duì)低的填充系數(shù)，研發(fā)了共享型CIS傳感器。在這種共享型器件中，相鄰光電轉(zhuǎn)換器件配置為共享一個(gè)或多個(gè)讀取元件。這種共享結(jié)構(gòu)對(duì)于改進(jìn)器件填充系數(shù)是有效的，然而，該共享的結(jié)構(gòu)還導(dǎo)致在器件上形成的微透鏡和相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件之間的誤對(duì)準(zhǔn)的問題。這是由于傳統(tǒng)的共享型CIS傳感器可以具有相鄰光電轉(zhuǎn)換元件之間的不同間隔，由于在行方向中或者在行和列方向中的共享讀取元件。此時(shí)，由于其制造的方式，微透鏡陣列通常配置為在行和列方向中具有恒定的間隔。因此，在微透鏡和像素陣列之間產(chǎn)生誤對(duì)準(zhǔn)，降低圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及圖像傳感器，其提供具有高填充系數(shù)的高解析度圖像數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)。這部分地是通過共享型像素結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，該共享型像素結(jié)構(gòu)具有在行方向上以恒定間隔排列并且在列方向上以恒定間隔排列的光電轉(zhuǎn)換元件。以這種方式，獲得微透鏡對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)通過利用共享型器件結(jié)構(gòu)獲得較高的填充系數(shù)。
在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及圖像傳感器，包括襯底中的光電轉(zhuǎn)換元件的陣列，該光電轉(zhuǎn)換元件被設(shè)置在分別在第一方向和第二方向中延伸的行和列中；襯底中的多個(gè)第一結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共行的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，以及襯底中的多個(gè)第二結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部；以及襯底中的多個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)，每個(gè)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
在一個(gè)實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換元件在第一方向上具有第一間隔，并在第二方向上具有第二間隔，其中對(duì)于公共行的光電轉(zhuǎn)換元件來說第一間隔基本上相同，并且其中對(duì)于公共列的光電轉(zhuǎn)換元件來說第二間隔基本上相同。
在另一實(shí)施例中，圖像傳感器還包括在光電轉(zhuǎn)換元件上形成的微透鏡陣列，該微透鏡以行和列排列，每個(gè)微透鏡具有與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件對(duì)準(zhǔn)的焦點(diǎn)，其中微透鏡的焦點(diǎn)排列為分別在第一方向上具有第一間隔并在第二方向上具有第二間隔，它們與光電轉(zhuǎn)換元件的第一間隔基本上相同。
在另一實(shí)施例中，第一間隔等于第二間隔。
在另一實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換元件包括在襯底中形成的光電有源區(qū)。
在另一實(shí)施例中，襯底包括外延層，并且其中光電轉(zhuǎn)換元件包括在外延層中形成的光電有源區(qū)。
在另一實(shí)施例中，結(jié)隔離區(qū)包括使用雜質(zhì)摻雜的襯底的區(qū)域。
在另一實(shí)施例中，介質(zhì)隔離區(qū)包括設(shè)置在襯底中的部分介質(zhì)絕緣材料。
在另一實(shí)施例中，以淺溝道隔離(STI)和硅的局部氧化(LOCOS)工序之一形成介質(zhì)隔離區(qū)。
在另一實(shí)施例中，第一方向和第二方向包括彼此垂直的水平方向和垂直方向。
在另一實(shí)施例中，行和列的至少一個(gè)中的至少兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件共享公共光電有源區(qū)。
在另一實(shí)施例中，相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)包括由在其頂部和底部以及在其左部和右部的結(jié)隔離區(qū)所隔離的光電有源區(qū)，并且在結(jié)隔離區(qū)之間的其拐角部分的介質(zhì)隔離區(qū)，介質(zhì)隔離區(qū)之一被劃分為兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段，通過該介質(zhì)隔離區(qū)段，光電有源區(qū)連接到另一相鄰光電轉(zhuǎn)換元件，該兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段的第一個(gè)相鄰于第一結(jié)隔離區(qū)以及該兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段的第二個(gè)相鄰于第二結(jié)隔離區(qū)，以及公共光電有源區(qū)的連接部分通過第一和第二介質(zhì)隔離區(qū)段延伸。
在另一實(shí)施例中，圖像傳感器還包括在有源區(qū)上的至少兩個(gè)轉(zhuǎn)移元件，其操作為將至少兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的公共有源區(qū)分隔為第一和第二光電轉(zhuǎn)換元件的第一和第二光電有源區(qū)。
在另一實(shí)施例中，公共行或列的兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)部分，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的公共隔離的有源區(qū)上。
在另一實(shí)施例中，公共行或列的兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件和重置元件，并且共享公共選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的公共隔離的有源區(qū)上。
在另一實(shí)施例中，公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
在另一實(shí)施例中，公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件和重置元件，并且共享公共選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
在另一實(shí)施例中，公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在公共第一隔離的有源區(qū)上，并且其中重置元件形成在第二隔離的有源區(qū)上，該第二隔離的有源區(qū)與第一隔離的有源區(qū)分開，第一和第二隔離的有源區(qū)位于相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
在另一實(shí)施例中，兩個(gè)公共行和列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件、驅(qū)動(dòng)元件和重置元件中的兩個(gè)形成在公共第一隔離的有源區(qū)上，并且其中選擇元件、驅(qū)動(dòng)元件和重置元件中的另一個(gè)形成在第二隔離的有源區(qū)上，該第二隔離的有源區(qū)與第一隔離的有源區(qū)分開，第一和第二隔離的有源區(qū)位于相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
在另一實(shí)施例中，四個(gè)相鄰光電元件共享公共光電有源區(qū)。
在另一實(shí)施例中，圖像傳感器還包括形成在光電轉(zhuǎn)換元件上的微透鏡陣列，該微透鏡排列在行和列中，每個(gè)微透鏡具有設(shè)置在相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件上的焦點(diǎn)。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及圖像傳感系統(tǒng)，包括處理器，連接到數(shù)據(jù)總線，處理由圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)；存儲(chǔ)器，連接到數(shù)據(jù)總線，存儲(chǔ)并檢索由圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)；以及圖像傳感器，連接到數(shù)據(jù)總線，生成圖像數(shù)據(jù)信號(hào)，包括襯底中的光電轉(zhuǎn)換元件的陣列，該光電轉(zhuǎn)換元件布置在分別在第一方向和第二方向中延伸的行和列中；襯底中的多個(gè)第一結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共行的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，以及襯底中的多個(gè)第二結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部；以及襯底中的多個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)，每個(gè)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分，其中每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件響應(yīng)于在光電轉(zhuǎn)換元件所接收的光子能量而生成電信號(hào)，該圖像數(shù)據(jù)信號(hào)包括多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的輸出信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括下列的至少一個(gè)媒質(zhì)驅(qū)動(dòng)器，連接到數(shù)據(jù)總線，在媒質(zhì)上存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)信號(hào)；以及輸入設(shè)備，連接到數(shù)據(jù)總線，在該輸入設(shè)備上控制信號(hào)被輸入處理器，用于控制圖像數(shù)據(jù)信號(hào)的處理；以及數(shù)據(jù)端口，連接到數(shù)據(jù)總線，用于將圖像數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)移到外部設(shè)備。
在另一實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換元件在第一方向上具有第一間隔，并在第二方向上具有第二間隔，其中對(duì)于公共行的光電轉(zhuǎn)換元件來說第一間隔基本上相同，并且其中對(duì)于公共列的光電轉(zhuǎn)換元件來說第二間隔基本上相同。
在另一實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括在光電轉(zhuǎn)換元件上形成的微透鏡陣列，該微透鏡以行和列排列，每個(gè)微透鏡具有與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件對(duì)準(zhǔn)的焦點(diǎn)，其中微透鏡的焦點(diǎn)排列為分別在第一方向上具有第一間隔并在第二方向上具有第二間隔，它們與光電轉(zhuǎn)換元件的第一間隔基本上相同。
在另一實(shí)施例中，第一間隔等于第二間隔。
在另一實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換元件包括在襯底中形成的光電有源區(qū)。
在另一實(shí)施例中，襯底包括外延層，并且其中光電轉(zhuǎn)換元件包括在外延層中形成的光電有源區(qū)。
在另一實(shí)施例中，結(jié)隔離區(qū)包括使用雜質(zhì)摻雜的襯底的區(qū)域。
在另一實(shí)施例中，介質(zhì)隔離區(qū)包括設(shè)置在襯底中的部分介質(zhì)絕緣材料。
在另一實(shí)施例中，以淺溝道隔離(STI)和硅的局部氧化(LOCOS)工序之一形成介質(zhì)隔離區(qū)。
在另一實(shí)施例中，第一方向和第二方向包括彼此垂直的水平方向和垂直方向。
在另一實(shí)施例中，行和列的至少一個(gè)中的至少兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件共享公共光電有源區(qū)。
在另一實(shí)施例中，相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)包括由在其頂部和底部以及在其左部和右部的結(jié)隔離區(qū)所隔離的光電有源區(qū)，以及在結(jié)隔離區(qū)之間的其拐角部分的介質(zhì)隔離區(qū)，介質(zhì)隔離區(qū)之一被劃分為兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段，通過該介質(zhì)隔離區(qū)段，光電有源區(qū)連接到另一相鄰光電元件，該兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段的第一個(gè)相鄰于第一結(jié)隔離區(qū)以及該兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段的第二個(gè)相鄰于第二結(jié)隔離區(qū)，以及公共光電有源區(qū)的連接部分通過第一和第二介質(zhì)隔離區(qū)段延伸。
在另一實(shí)施例中，在有源區(qū)上的至少兩個(gè)轉(zhuǎn)移元件，操作為將至少兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的公共有源區(qū)分隔為第一和第二光電轉(zhuǎn)換元件的第一和第二光電有源區(qū)。
在另一實(shí)施例中，公共行或列的兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)部分，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的公共隔離的有源區(qū)上。
在另一實(shí)施例中，公共行或列的兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件和重置元件，并且共享公共選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的公共隔離的有源區(qū)上。
在另一實(shí)施例中，公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
在另一實(shí)施例中，公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件和重置元件，并且共享公共的選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
在另一實(shí)施例中，公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在公共第一隔離的有源區(qū)上，并且其中重置元件形成在第二隔離的有源區(qū)上，該第二隔離的有源區(qū)與第一隔離的有源區(qū)分開，第一和第二隔離的有源區(qū)位于相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
在另一實(shí)施例中，兩個(gè)公共行和列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件、驅(qū)動(dòng)元件和重置元件中的兩個(gè)形成在公共第一隔離的有源區(qū)上，并且其中選擇元件、驅(qū)動(dòng)元件和重置元件中的另一個(gè)形成在第二隔離的有源區(qū)上，該第二隔離的有源區(qū)與第一隔離的有源區(qū)分開，第一和第二隔離的有源區(qū)位于相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
在另一實(shí)施例中，四個(gè)相鄰光電元件共享公共光電有源區(qū)。
在另一實(shí)施例中，形成在光電轉(zhuǎn)換元件上的微透鏡陣列，該微透鏡排列在行和列中，每個(gè)微透鏡具有設(shè)置在相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件上的焦點(diǎn)。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種形成圖像傳感器的方法，包括在襯底中設(shè)置光電轉(zhuǎn)換元件的陣列，該光電轉(zhuǎn)換元件被設(shè)置在分別在第一方向和第二方向中延伸的行和列中；在襯底中設(shè)置多個(gè)第一結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共行的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，以及在襯底中設(shè)置多個(gè)第二結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部；以及在襯底中設(shè)置多個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)，每個(gè)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
在一個(gè)實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換元件在第一方向上具有第一間隔，并在第二方向上具有第二間隔，其中對(duì)于公共行的光電轉(zhuǎn)換元件來說第一間隔基本上相同，并且其中對(duì)于公共列的光電轉(zhuǎn)換元件來說第二間隔基本上相同。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在光電轉(zhuǎn)換元件上形成微透鏡陣列，該微透鏡以行和列排列，每個(gè)微透鏡具有與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件對(duì)準(zhǔn)的焦點(diǎn)，其中微透鏡的焦點(diǎn)排列為分別在第一方向上具有第一間隔并在第二方向上具有第二間隔，它們與光電轉(zhuǎn)換元件的第一間隔基本上相同。
在另一實(shí)施例中，第一間隔等于第二間隔。
在另一方面，本發(fā)明涉及圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換元件的陣列。在襯底中設(shè)置該元件。在陣列的行方向中和在陣列的列方向中，通過交替在襯底中的相鄰結(jié)隔離區(qū)和襯底中的介質(zhì)隔離區(qū)，各個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件隔離。
在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)隔離區(qū)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，以及介質(zhì)隔離區(qū)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
在另一實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換元件在行方向上具有第一間隔，并在列方向上具有第二間隔，其中對(duì)于陣列的公共行的光電轉(zhuǎn)換元件來說第一間隔基本上相同，并且其中對(duì)于陣列的公共列的光電轉(zhuǎn)換元件來說第二間隔基本上相同。


從如附圖所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其他目標(biāo)、特征和優(yōu)勢(shì)將顯而易見，在附圖中，相同參考標(biāo)號(hào)在不同的附圖中指示相同部件。附圖不必按比例，而是重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理上。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CIS圖像傳感器的框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖1的CIS圖像傳感器的APS陣列電路的原理圖。
圖3A和3B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖2的APS陣列電路的實(shí)施例的頂層布局視圖。在圖3A中，示出了APS陣列電路的像素光電轉(zhuǎn)換元件，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)隔離區(qū)的布局。在圖9B中，額外地示出了對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局。
圖4A和4B是圖2的APS陣列電路的局部視圖，分別沿著圖3A的截線4a-4a’和圖3B的截線4b-4b’所取，說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成成像器件的方法。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖2的APS陣列電路的實(shí)施例的頂層布局視圖，說明相對(duì)于像素的定位，在像素陣列上所形成的微透鏡陣列的定位。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，沿著圖5的截線6-6’所取的圖5的APS陣列電路的截面圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，沿著對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局，圖2的APS陣列電路的另一實(shí)施例的頂層布局視圖，包括APS陣列電路的像素的光電轉(zhuǎn)換元件的布局，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)的隔離區(qū)。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖1的CIS圖像傳感器的APS陣列電路的原理圖。
圖9A和9B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖8的APS陣列電路的實(shí)施例的頂層布局視圖。在圖9A中，示出了APS陣列電路的像素的光電轉(zhuǎn)換元件，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)隔離區(qū)的布局。在圖9B中，額外地示出了對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局。
圖10是根據(jù)本發(fā)明，圖8的APS陣列電路的另一實(shí)施例的頂層布局視圖，沿著對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局，包括APS陣列電路的像素的光電轉(zhuǎn)換元件的布局，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)的隔離區(qū)。
圖11是根據(jù)本發(fā)明，沿著對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局，圖8的APS陣列電路的另一實(shí)施例的頂層布局視圖，包括APS陣列電路的像素的光電轉(zhuǎn)換元件的布局，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)的隔離區(qū)。
圖12是根據(jù)本發(fā)明，沿著對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局，圖8的APS陣列電路的另一實(shí)施例的頂層布局視圖，包括APS陣列電路的像素的光電轉(zhuǎn)換元件的布局，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)的隔離區(qū)。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)包括包含有根據(jù)上述實(shí)施例的APS陣列電路的圖像傳感器。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更具體地說明本發(fā)明，在附圖中，示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)被構(gòu)建為限制于在此闡述的實(shí)施例。在整個(gè)說明書中相同標(biāo)號(hào)指示相同元件。
現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，在附圖中說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以不同的形式來實(shí)施，并且不應(yīng)被構(gòu)造為限制于在此闡述的實(shí)施例。在整個(gè)說明書中，相同的參考標(biāo)號(hào)指示相同的元件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CIS圖像傳感器的框圖。參考圖1，CIS圖像傳感器100包括有源像素傳感器陣列(APS)10、時(shí)序發(fā)生器20、行解碼器30、行驅(qū)動(dòng)器40、校正雙采樣(CDS)單元50、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)60、鎖存器塊70和列解碼器80。APS 10包括單獨(dú)可尋址的像素的陣列，每個(gè)包括光電轉(zhuǎn)換元件，以及多個(gè)讀取元件。讀取元件包括轉(zhuǎn)移元件、選擇元件、驅(qū)動(dòng)器元件和重置元件。在一個(gè)實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換元件包括光電二極管或光柵。在其他實(shí)施例中，讀取元件包括晶體管。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖1的CIS圖像傳感器的APS陣列電路的原理圖。在圖2的原理圖中，在行和列方向上以二維陣列排列多個(gè)單位像素P_unit(i，j)。每個(gè)單位像素P_unit(i，j)包括第一和第二光電轉(zhuǎn)換元件11a、11b、以及包括各個(gè)對(duì)應(yīng)的第一和第二轉(zhuǎn)移元件15a、15b的多個(gè)讀取元件、以及共享的選擇元件19、驅(qū)動(dòng)元件17和重置元件18。在該結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且每?jī)蓚€(gè)相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件/轉(zhuǎn)移元件對(duì)共享公共選擇元件19、驅(qū)動(dòng)元件17和重置元件18。重置元件18連接在電源Vdd和耦合到兩個(gè)轉(zhuǎn)移元件15a、15b的輸出的浮置擴(kuò)散區(qū)FD之間，用于重置浮置擴(kuò)散區(qū)FD。響應(yīng)于重置信號(hào)RX(i)啟動(dòng)重置元件18，并且響應(yīng)于第一和第二轉(zhuǎn)移信號(hào)TX(i)a、TX(i)b啟動(dòng)轉(zhuǎn)移元件15a、15b。選擇元件19和驅(qū)動(dòng)元件17串聯(lián)在電源Vdd和輸出信號(hào)線Vout(j)之間。響應(yīng)于選擇信號(hào)SEL(i)啟動(dòng)選擇元件19，并且驅(qū)動(dòng)元件17響應(yīng)于存儲(chǔ)在浮置擴(kuò)散區(qū)FD中的電荷來驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)線Vout(j)。交替地啟動(dòng)轉(zhuǎn)移元件15a、15b，以將所積聚的電荷從相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件11a、11b轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)FD，并且最終轉(zhuǎn)移到輸出信號(hào)線Vout(j)。以這種方式，共享類型的CIS圖像傳感器通過利用共享類型的器件結(jié)構(gòu)，獲得較高的填充系數(shù)。本發(fā)明的實(shí)施例通過確保微透鏡陣列和在下的光電子轉(zhuǎn)換元件之間的對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)一步改進(jìn)了器件成像精度，如在下文詳細(xì)說明。
圖3A和3B是根據(jù)本發(fā)明，圖2的APS陣列電路的實(shí)施例的頂層布局視圖。在圖3A中，示出了APS陣列電路的像素的光電轉(zhuǎn)換元件，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)隔離區(qū)的布局。在圖3B中，額外地示出了對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局。
參照?qǐng)D3A和3B，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，通過配置器件使得在行方向中像素間的間隔P2基本上恒定，并且使得在列方向中的像素間的間隔P1基本上恒定，而獲得微透鏡陣列和在下的光電轉(zhuǎn)換元件的對(duì)準(zhǔn)。例如，在行方向上的間隔P2是指在行方向上的光電轉(zhuǎn)換元件的有效中心Pc之間的距離，以及在列方向上的間隔P1是指在列方向上的光電轉(zhuǎn)換元件的有效中心Pc之間的距離。在列和行方向的每一個(gè)上保持恒定的間隔P1、P2確保了可以容易地提供在列和行方向中的透鏡之間相應(yīng)微透鏡陣列具有相應(yīng)的周期性，同時(shí)確保微透鏡陣列和在下的光電轉(zhuǎn)換元件陣列的精確對(duì)準(zhǔn)。盡管在本發(fā)明的實(shí)施例中，期望在行方向中的恒定間隔P2和在列方向中的恒定間隔P1，行方向中的間隔P2等于列方向中的間隔P1不是必須的，然而，這種相等的間隔P1＝P2在某些其中期望水平對(duì)垂直圖像對(duì)稱的應(yīng)用中是優(yōu)選的。
參照?qǐng)D3A和3B，在行和列方向上排列二維的APS像素陣列。每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換元件。在行方向上相鄰的光電二極管彼此電隔離。在行方向上的相鄰光電二極管的中心具有恒定間隔P2。在列方向上的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件11a、11b對(duì)共享公共連接的讀取有源區(qū)C-RoA。在列方向上的相鄰光電二極管的相鄰對(duì)彼此電隔離。在列方向上的相鄰光電二極管的中心具有恒定間隔P1，包括共享公共連接的讀取有源區(qū)C-RoA的兩個(gè)相鄰光電二極管，以及彼此電隔離的相鄰光電二極管。
在圖3A和3B的例子實(shí)施例中，第一像素包括第一光電轉(zhuǎn)換元件有源區(qū)PA_u1以及第二像素，該第二像素在列方向中相鄰于第一像素并且包括第二光電轉(zhuǎn)換元件有源區(qū)PA_u2。第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1和第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2一起包括像素單位P_unit，例如，對(duì)應(yīng)于圖2的像素單位P_unit(i，j)。像素單位P_unit(i，j)包括第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2、連接的讀取有源區(qū)C-RoA以及隔離的讀取有源區(qū)I-RoA。用于讀取在光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2所積聚的電荷的讀取元件定位在連接的讀取有源區(qū)C-RoA和隔離的讀取有源區(qū)I-RoA中。
在連接的讀取有源區(qū)C-RoA處，連接公共像素單位P_unit的第一和第二光電轉(zhuǎn)換元PA_u1、PA_u2。分別在連接的讀取有源區(qū)C-RoA，第一和第二轉(zhuǎn)移元件15a、15b的第一轉(zhuǎn)移元件有源區(qū)TA1上的第一轉(zhuǎn)移柵TG1和第二移元件有源區(qū)TA2上的第二轉(zhuǎn)移柵TG2分別控制第一和第二光電轉(zhuǎn)換元PA_u1、PA_u2和公共浮置擴(kuò)散區(qū)FDA之間的電荷流。重置元件有源區(qū)RA上的重置元件18的共享的重置柵RG控制電源Vdd和公共浮置擴(kuò)散區(qū)FDA之間的電荷的流，用于重置公共浮置擴(kuò)散區(qū)FDA。
在隔離的讀取有源區(qū)I-RoA中，定位由公共像素單位P_unit所共享的選擇元件19和驅(qū)動(dòng)元件17。驅(qū)動(dòng)元件17還稱為源極跟隨元件。選擇元件19的選擇元件有源區(qū)SA上的共享選擇柵SG與驅(qū)動(dòng)元件17的驅(qū)動(dòng)元件有源區(qū)SFA上的共享驅(qū)動(dòng)?xùn)臩FG位于隔離的讀取驅(qū)動(dòng)區(qū)I-RoA之上。
公共像素單位P_unit的第一和第二光電轉(zhuǎn)換元PA_u1、PA_u2通過隔離的形式，即介質(zhì)隔離區(qū)(DIR)和結(jié)隔離區(qū)(JIR)，與相鄰像素單位的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件相隔離。DIR隔離的例子包括淺溝道隔離(STI)和硅的局部氧化(LOCOS)。在這種DIR隔離技術(shù)中，例如包含氧化物的材料的絕緣材料，被提供在溝槽中，該溝槽形成在器件襯底中到一定的深度，以確保相鄰器件元件之間的隔離。在JIR隔離中，使用P或N摻雜物質(zhì)將襯底的區(qū)域摻雜至某強(qiáng)度和深度，使得確保相鄰器件元件之間的隔離。例如，在JIR隔離區(qū)中，例如，CIS光電轉(zhuǎn)換元件通常包括形成為一定深度的器件襯底中的n型光電二極管，以及在n型光電二極管上形成p型區(qū)域。相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的相鄰n型光電二極管需要彼此隔離，因此，可以將例如硼或BF2的P型摻雜劑摻雜到足夠的深度，用于覆蓋n型光電二極管，以提供JIR隔離區(qū)。
DIR隔離的優(yōu)勢(shì)在于，它是對(duì)于各種讀取元件的有效的隔離方案，在該例子中，所述各種讀取元件包括第一和第二轉(zhuǎn)移元件15a、15b以及共享的重置元件18、選擇元件19和驅(qū)動(dòng)元件17。然而，DIR隔離需要形成具有使用目前制造技術(shù)難以減小的寬度的溝槽。此外，在DIR隔離結(jié)構(gòu)的溝槽的界面處，出現(xiàn)襯底缺陷，這可以導(dǎo)致由于熱能量的暗電流的產(chǎn)生。因此，通常形成DIR隔離結(jié)構(gòu)以包括雜質(zhì)阱的緩沖區(qū)來圍繞DIR隔離結(jié)構(gòu)的溝槽，以確保在溝槽的襯底缺陷中產(chǎn)生的暗電流不傳播超過DIR隔離結(jié)構(gòu)。由圖3A的參考標(biāo)記S指示這種緩沖區(qū)。
由于此原因，JIR隔離對(duì)于隔離相鄰光電源元件是有優(yōu)勢(shì)的，由于可以將隔離區(qū)的寬度形成為相對(duì)地小于DIR隔離結(jié)構(gòu)的溝槽的比較性寬度。此外，JIR隔離結(jié)構(gòu)不是襯底缺陷的源，因此，這種JIR隔離結(jié)構(gòu)與DIR隔離結(jié)構(gòu)相比，對(duì)暗電流的產(chǎn)生較小傳導(dǎo)。因此對(duì)于JIR隔離結(jié)構(gòu)來說，在DIR隔離結(jié)構(gòu)的側(cè)面所需的緩沖區(qū)S不是需要的，導(dǎo)致用于光電轉(zhuǎn)換元件的增加的表面面積，并且因此對(duì)于所得器件的更大的填充系數(shù)。在行方向上延伸的JIR結(jié)構(gòu)，例如圖3b的JIR結(jié)構(gòu)356a、356b和356g，具有可以通過制造工序的設(shè)計(jì)規(guī)則來限定的寬度Wc。相似地，在列方向上延伸的JIR結(jié)構(gòu)，例如JIR結(jié)構(gòu)356c、356d、356e和356f，具有可以通過制造工序的設(shè)計(jì)規(guī)則來限定的寬度W1。在特定實(shí)施例中，W1可以等于Wc，然而，這是可選的而不是必需的。
參照?qǐng)D3A和3B，可見在本實(shí)施例的本示例性結(jié)構(gòu)中，光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2布置在襯底的分別在第一方向和第二方向中延伸的行和列中。
多個(gè)第一結(jié)隔離區(qū)JIR356a、356b、356g形成在襯底中，每個(gè)隔離公共行的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u1的側(cè)部，以及多個(gè)第二結(jié)隔離區(qū)JIR356c、356d、356e、356f形成在襯底中，每個(gè)隔離公共列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2的側(cè)部。例如，參照?qǐng)D3b，在所示的陣列結(jié)構(gòu)中，在列方向上，光電轉(zhuǎn)換元件354相鄰于在其頂側(cè)部的光電轉(zhuǎn)換元件355a，并且相鄰于在其底側(cè)部的光電轉(zhuǎn)換元件355d。JIR結(jié)構(gòu)356a將在其頂側(cè)部的光電轉(zhuǎn)換元件354與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件355a相隔離，并且JIR結(jié)構(gòu)356b將在其底側(cè)部的光電轉(zhuǎn)換元件354與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件355d相隔離。相同的光電轉(zhuǎn)換元件354在其左側(cè)部相鄰于光電轉(zhuǎn)換元件355c，并且在其右側(cè)部相鄰于光電轉(zhuǎn)換元件355d。JIR結(jié)構(gòu)356c在其左側(cè)部將光電轉(zhuǎn)換元件354與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件355c相隔離，并且JIR結(jié)構(gòu)356d在其右側(cè)部將光電轉(zhuǎn)換元件354與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件355b相隔離。
還在襯底中設(shè)置多個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)DIR，每個(gè)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。例如，參照?qǐng)D3b，在所示的陣列結(jié)構(gòu)中，光電轉(zhuǎn)換元件354相鄰于在其頂左拐角的光電轉(zhuǎn)換元件355c、355e和355a。DIR結(jié)構(gòu)357a將在其頂左拐角的光電轉(zhuǎn)換元件354與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件355c、355e和355a相隔離。相似地，光電轉(zhuǎn)換元件354相鄰于在其頂右拐角的光電轉(zhuǎn)換元件355a、355f和355b。DIR結(jié)構(gòu)357b將在其頂右拐角的光電轉(zhuǎn)換元件354與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件355a、355f和355b相隔離。同樣，光電轉(zhuǎn)換元件354相鄰于在其底右拐角的光電轉(zhuǎn)換元件355b、355h和355d。DIR結(jié)構(gòu)357d將在其底右拐角的光電轉(zhuǎn)換元件354與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件355b、355h和355d相隔離。此外，光電轉(zhuǎn)換元件354相鄰于在其底左拐角的光電轉(zhuǎn)換元件355c、355g和355d。DIR結(jié)構(gòu)357c將在其底左拐角的光電轉(zhuǎn)換元件354與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件355c、355g和355d相隔離。
在該實(shí)施例中，JIR結(jié)構(gòu)356a、356c、356b和356d每個(gè)在DIR結(jié)構(gòu)357a、357c、357d和357b之間，并且相鄰于DIR結(jié)構(gòu)357a、357c、357d和357b地延伸。例如，JIR結(jié)構(gòu)356a在DIR結(jié)構(gòu)357a和357b之間延伸，JIR結(jié)構(gòu)356c在DIR結(jié)構(gòu)357a和357c之間延伸，等等，以在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件354周圍形成連續(xù)的隔離結(jié)構(gòu)。以此方式，JIR結(jié)構(gòu)356a、356c、356b、356d以及DIR結(jié)構(gòu)357a、357c、357d、357b彼此相鄰，因此圍繞相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件354并且將該相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件354與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件355a-355h相隔離。在行和列方向上，JIR結(jié)構(gòu)356a、356b、356c、356d將光電轉(zhuǎn)換元件354的側(cè)部與相鄰光電轉(zhuǎn)換元件355a、355b、355c、355d相隔離。DIR結(jié)構(gòu)357a、357b、357c、357d將光電轉(zhuǎn)換元件354的頂左、頂右、下左和下右拐角部分與相對(duì)于元件354在陣列中對(duì)角地定位的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件355e、355f、355g、355h相隔離，并且連同在DIR結(jié)構(gòu)之間延伸的JIR結(jié)構(gòu)356a、356d、356b、356c，還部分地將光電轉(zhuǎn)換元件354與位于元件354側(cè)面的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件355a、355b、355c、355d相隔離。
在所示的結(jié)構(gòu)中，光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2具有在第一，行，方向上的第一間隔P2，并在第二，列，方向上具有第二間隔P1。第一間隔P2對(duì)于公共行的光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2來說基本上恒定，或者基本上相等，以及第二間隔P1或者對(duì)于公共列的光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2來說基本上恒定，或者基本上相等。選擇光電轉(zhuǎn)換元件354、DIR隔離結(jié)構(gòu)以及JIR隔離結(jié)構(gòu)的尺寸，以使得確保第一間隔P2基本上恒定，并使得第二間隔P1基本上恒定。
某些DIR隔離結(jié)構(gòu)，例如DIR結(jié)構(gòu)357d，在光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2的拐角區(qū)域中，但是允許相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件，例如光電轉(zhuǎn)換元件344和355d的有源區(qū)相連接，并且由此共享公共浮置擴(kuò)散區(qū)FDA。例如某些DIR結(jié)構(gòu)包括從某位置隔開的第一和第二段310a、310b，在該位置，光電轉(zhuǎn)換元件的連接部分連接有源區(qū)PA_u1、PA_u2。在這些連接部分中，由與光電轉(zhuǎn)換元件相關(guān)聯(lián)的各個(gè)轉(zhuǎn)移柵TG控制光電轉(zhuǎn)換元件和FD區(qū)之間的電荷流動(dòng)。這樣，相鄰光電轉(zhuǎn)換元件沒有被在該區(qū)域中的DIR隔離結(jié)構(gòu)或JIR隔離結(jié)構(gòu)真正地隔離。DIR結(jié)構(gòu)357d的第一段310a在列方向中在相鄰JIR隔離結(jié)構(gòu)之間延伸，以及DIR結(jié)構(gòu)的第二段310b在行方向中在相鄰JIR隔離結(jié)構(gòu)之間延伸，并且與第一段310a分隔。
圖4A和4B是圖2的APS陣列電路的截面圖，分別沿著圖3A的截線4a-4a’所取并且沿著圖3B的截線4b-4b’所取，說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成成像器件的方法。
參照?qǐng)D4A，可見在半導(dǎo)體襯底101上設(shè)置電勢(shì)阻擋層102。在一個(gè)例子中，襯底101包括P型襯底，用于降低暗電流的影響。電勢(shì)阻擋層102操作為阻擋暗電流注入在襯底101上或者襯底101中所形成的光電轉(zhuǎn)換元件。如在此使用，術(shù)語“襯底”指任何數(shù)目的襯底類型，包括但不限制于體半導(dǎo)體襯底、絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)，或者在體襯底上生長(zhǎng)的例如單晶層的外延層。在該例子中，在襯底101上形成外延層103。對(duì)于形成光電轉(zhuǎn)換元件的有源區(qū)來說，單晶外延層是期望的，由于增高的晶體純度導(dǎo)致更有效的光電轉(zhuǎn)換。
接下來，根據(jù)包括STI和LOCOS技術(shù)的傳統(tǒng)形成技術(shù)，在襯底上形成DIR類型的隔離結(jié)構(gòu)。然后形成并構(gòu)圖光刻膠層PR，以覆蓋其中形成光電轉(zhuǎn)換元件的區(qū)域，并且露出其中形成DIR和JIR隔離區(qū)的區(qū)域。在該例子中可見，形成光刻膠圖形PR以露出相鄰于DIR的寬度S的溝道停止區(qū)108，以消除在DIR隔離區(qū)中所產(chǎn)生的暗電流的流動(dòng)。
然后將雜質(zhì)摻雜到外延層103中，以在連接的讀取有源區(qū)C-RoA以及隔離的讀取有源區(qū)I-RoA中分別形成P阱區(qū)106、107。同時(shí)，P阱區(qū)106、107形成為包括圍繞DIR隔離結(jié)構(gòu)的寬度S的溝道停止區(qū)108。同樣，在外延層中形成場(chǎng)區(qū)104，以提供JIR隔離結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，雜質(zhì)包括P型摻雜劑?？蛇x地以兩個(gè)步驟執(zhí)行摻雜，包括使用兩個(gè)或多個(gè)摻雜過程的高能量摻雜和低能量摻雜。
參照?qǐng)D4B，在外延層103的表面上可選地形成溝道區(qū)112，用于將隨后形成的轉(zhuǎn)移元件的轉(zhuǎn)移柵TG。然后根據(jù)傳統(tǒng)制造技術(shù)形成并構(gòu)圖用于轉(zhuǎn)移元件15a、15b的轉(zhuǎn)移柵TG、重置元件18的重置柵RG、選擇元件19的選擇柵SG和驅(qū)動(dòng)元件17的源極跟隨柵SFG的柵。這些柵每一個(gè)包括柵氧化圖形134和柵電極TG、RG、SG和SFG。
接下來，通過分別使用N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)摻雜光電二極管區(qū)，形成光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2的NPD和PPD區(qū)。例如通過在大約1E15和1E18之間的范圍內(nèi)的摻雜濃度來形成NPD區(qū)，以及例如通過在大約1E17和1E20之間的范圍內(nèi)的摻雜濃度來形成PPD區(qū)。在外延層103的表面上期望P型區(qū)PPD，以減小光電二極管區(qū)中的暗電流影響。
根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，在柵TG、RG、SG和SFG的側(cè)壁上形成側(cè)壁隔片。然后通過以合適的濃度注入N型摻雜劑來形成浮置擴(kuò)散區(qū)FD和源區(qū)/漏區(qū)116。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖2的APS陣列電路的實(shí)施例的頂層布局視圖，說明相對(duì)于像素的定位，在像素陣列上所形成的微透鏡陣列的定位。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，沿著圖5的截線6-6’所取的圖5的APS陣列電路的截面圖。
參照?qǐng)D5，可見在像素陣列上形成微透鏡陣列200，該微透鏡陣列200具有在行方向上恒定的間隔P2以及具有在列方向上恒定的間隔P1。選擇在行方向上的間隔P2和在列方向上的間隔P1，使得在行方向上的相鄰微透鏡200的焦點(diǎn)F-200之間的距離等于在像素陣列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件之間的行方向上的間隔P2，并且使得在列方向上的相鄰微透鏡的焦點(diǎn)之間的距離等于在像素陣列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件之間的列方向上的間隔P1。以這種方式，陣列的每個(gè)像素具有相應(yīng)的微透鏡200，其焦點(diǎn)F-200基本上與像素的光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2的中心對(duì)齊。
參照?qǐng)D6，在圖4的制造過程之后，提供多層層間介質(zhì)層170，包括多個(gè)水平互連145、155和垂直插塞140、150，其提供器件的各種元件之間的電互連。還在層間介質(zhì)170中提供屏蔽層160，以防止入射光能量影響到讀取元件的操作。根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，在層間介質(zhì)170上設(shè)置下平坦層180、濾色鏡陣列190和上平坦層195。在上平坦層上形成微透鏡200，每個(gè)微透鏡200配置成具有與相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的有效中心對(duì)齊的焦點(diǎn)F-200，該有效中心例如幾何中心Pc。
圖7是根據(jù)本發(fā)明，沿著對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局，圖2的APS陣列電路的另一實(shí)施例的頂層布局視圖，包括APS陣列電路的像素的光電轉(zhuǎn)換元件的布局，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)的隔離區(qū)。該實(shí)施例與上述圖3A和3B的實(shí)施例共享許多相似之處。在本發(fā)明的說明中將不再重復(fù)這些相似之處。本實(shí)施例的區(qū)別在于第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1的有源層和第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2的有源層在公共浮置擴(kuò)散區(qū)FD并不電連接，如在圖3A和3B中所述的實(shí)施例中那樣。而是，在本實(shí)施例中，每個(gè)像素單位P_unit的第一和第二光電轉(zhuǎn)換元件的有源層通過DIR隔離結(jié)構(gòu)所隔離。例如，第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1的底、右拐角部分與第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2的頂、右拐角部分通過DIR隔離結(jié)構(gòu)320電隔離。在該例子中，DIR隔離結(jié)構(gòu)320包括在相鄰JIR隔離區(qū)之間的行方向上延伸的體部分320a，并且進(jìn)一步包括在相鄰JIR隔離區(qū)之間的列方向上延伸的第一和第二翼部分320b。
在圖7的例子實(shí)施例中，第一連接的讀取有源區(qū)C-RoA1連接到第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1的有源區(qū)，并且第二連接的讀取有源區(qū)C-RoA2連接到第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2的有源區(qū)。在第一連接的讀取有源區(qū)C-RoA1中，第一轉(zhuǎn)移元件的第一轉(zhuǎn)移柵TA1與第一重置元件的第一重置柵RA1位于第一浮置擴(kuò)散區(qū)FDA1的相對(duì)側(cè)。在第二連接的讀取有源區(qū)C-RoA2中，第二轉(zhuǎn)移元件的第二轉(zhuǎn)移柵TA2與第二重置元件的第二重置柵RA2位于第二浮置擴(kuò)散區(qū)FDA2的相對(duì)側(cè)。與上述的圖3A和3B的實(shí)施例相似，選擇元件的共享選擇柵SA以及驅(qū)動(dòng)元件的共享驅(qū)動(dòng)?xùn)臩FA位于隔離讀取有源區(qū)I-RoA中。該實(shí)施例提供許多與上面結(jié)合在前實(shí)施例所述的相同優(yōu)點(diǎn)。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，圖1的CIS圖像傳感器的APS陣列電路的原理圖。該實(shí)施例與上述的圖2的實(shí)施例是可比的，除了在該實(shí)施例中，像素單位P_unit(i，j)包括四個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件11a、11b、11c、11d，以及讀取元件，其包括各個(gè)相應(yīng)的第一、第二、第三和第四轉(zhuǎn)移元件15a、15b、15c、15d，以及共享的選擇元件19、驅(qū)動(dòng)元件17和重置元件18。在該結(jié)構(gòu)中，四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且每四個(gè)相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件/轉(zhuǎn)移元件對(duì)共享公共選擇元件19、驅(qū)動(dòng)元件17和重置元件18。同樣，浮置擴(kuò)散區(qū)FD對(duì)于第一、第二、第三和第四轉(zhuǎn)移元件15a、15b、15c、15d的輸出是公用的。響應(yīng)于相應(yīng)的第一、第二、第三和第四轉(zhuǎn)移信號(hào)TX(i)a、TX(i)b、TX(i)c、TX(i)d，該第一、第二、第三和第四轉(zhuǎn)移元件15a、15b、15c、15d啟動(dòng)。
圖9A和9B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖8的APS陣列電路的實(shí)施例的頂層布局視圖。在圖9A中，示出了APS陣列電路的像素的光電轉(zhuǎn)換元件，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)隔離區(qū)的布局。在圖9B中，額外地示出了對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局。
參照?qǐng)D9A和9B，該實(shí)施例相似于上述的圖3A和3B的實(shí)施例。例外在于本實(shí)施例的像素單位P_unit包括第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2、第三光電轉(zhuǎn)換元件PA_u3和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u4。第一至第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1至PA_u4以及支持讀取元件的布局將在下文詳細(xì)描述。
如在上述的圖3A和3B的實(shí)施例中，在圖9A和9B的本實(shí)施例中，通過將器件配置為行方向上的每個(gè)像素的間隔P2基本上恒定并且使得列方向上的每個(gè)像素的間隔P1基本上恒定，獲得微透鏡陣列以及在下光電轉(zhuǎn)換元件的對(duì)準(zhǔn)。例如，行方向上的間隔P2指在行方向上的光電轉(zhuǎn)換元件的有效中心Pc之間的距離，以及列方向上的間隔P1指在列方向上的光電轉(zhuǎn)換元件的有效中心Pc之間的距離。如上所述，在列和行方向的每一個(gè)中保持恒定的間隔P1、P2確保可以迅速提供在列和行方向上的透鏡之間具有相應(yīng)的周期性的相應(yīng)微透鏡陣列，同時(shí)確保微透鏡陣列和在下的光電轉(zhuǎn)換元件陣列之間的精確對(duì)準(zhǔn)。如上所述，盡管在本發(fā)明的實(shí)施例中，在行方向上的恒定間隔P2和在列方向上的恒定間隔P1是期望的，不必需行方向上的恒定間隔P2等于列方向上的恒定間隔P1，然而，這種相等的間隔P1＝P2在其中期望水平對(duì)垂直圖像對(duì)稱的特定應(yīng)用中是優(yōu)選的。
參照?qǐng)D9A和9B，根據(jù)本實(shí)施例的二維APS像素陣列排列在行和列方向上。每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3和PA_u4。行方向上的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件彼此電隔離。行方向上的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的中心具有恒定間隔P2。如在上述的圖3A和3B的實(shí)施例中，相鄰光電轉(zhuǎn)換元件對(duì)，例如，列方向中的PA_u1、PA_u2的光電轉(zhuǎn)換元件對(duì)，以及PA_u3、PA_u4的光電轉(zhuǎn)換元件對(duì)分別共享公共連接的讀取有源區(qū)C-RoA1、C-RoA2。列方向中的相鄰光電二極管的相鄰對(duì)彼此電隔離。例如，包括PA_u1和PA_u2的第一對(duì)與包括PA_u3和PA_u4的第二對(duì)電隔離。列方向中的相鄰光電二極管的中心具有恒定間隔P1，包括共享公共連接的讀取有源區(qū)C-RoA1、C-RoA2的相鄰光電二極管，以及彼此電隔離的相鄰光電二極管。
在圖9A和9B的例子實(shí)施例中，第一像素包括第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1，在列方向上相鄰于第一像素的第二像素包括第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2，在列方向上相鄰于第二像素的第三像素包括第三光電轉(zhuǎn)換元件PA_u3，以及在列方向上相鄰于第三像素的第四像素包括第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u4。一起地，第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2、第三光電轉(zhuǎn)換元件PA_u3和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u4包括像素單位P_unit，例如，對(duì)應(yīng)于圖8的像素單位P_unit(i，j)。像素單位P_unit包括第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2、第三光電轉(zhuǎn)換元件PA_u3、第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u4、第一連接的讀取有源區(qū)C-RoA1、第二連接的讀取有源區(qū)C-RoA2、第一隔離的讀取有源區(qū)I-RoA1、以及第二隔離的讀取有源區(qū)I-RoA2。用于讀取在光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4所捕獲的能量的讀取元件位于第一和第二連接的讀取有源區(qū)C-RoA1、C-RoA2以及第一和第二隔離的讀取有源區(qū)I-RoA1、I-RoA2中。
像素單位P_unit的第一和第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2在第一連接的讀取有源區(qū)C-RoA1處連接。在第一連接的讀取有源區(qū)C-RoA1中，第一和第二轉(zhuǎn)移元件15a、15b的第一轉(zhuǎn)移元件有源區(qū)TA1上的第一轉(zhuǎn)移柵TG1和第二轉(zhuǎn)移元件有源區(qū)TA2上的第二轉(zhuǎn)移柵TG2分別控制第一和第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2以及公共第一浮置擴(kuò)散區(qū)FDA1之間的電荷流。像素單位P_unit的第三和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u3、PA_u4在第二連接的讀取有源區(qū)C-RoA1處連接。在第二連接的讀取有源區(qū)C-RoA2中，第三和第四轉(zhuǎn)移元件15c、15d的第三轉(zhuǎn)移元件有源區(qū)TA3上的第三轉(zhuǎn)移柵TG3和第四轉(zhuǎn)移元件有源區(qū)TA4上的第四轉(zhuǎn)移柵TG4分別控制第三和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u3、PA_u4以及公共第二浮置擴(kuò)散區(qū)FDA2之間的電荷流。第一和第二浮置擴(kuò)散區(qū)FDA1、FDA2通過上層電連接，以提供用于像素單位P_unit的公共浮置擴(kuò)散結(jié)點(diǎn)FD。
重置元件18的重置元件有源區(qū)RA上的共享重置柵RG控制電源Vdd和公共浮置擴(kuò)散結(jié)點(diǎn)FD之間的電荷流，用于重置公共浮置擴(kuò)散結(jié)點(diǎn)FD。在第一隔離的讀取有源區(qū)I-RoA1中，定位由公共像素單位P_unit所共享的選擇元件19。選擇元件19的選擇元件有源區(qū)SA上的共享選擇柵SG位于第一隔離的讀取有源區(qū)I-RoA1上。在第二隔離的讀取有源區(qū)I-RoA2中，定位由公共像素單位P_unit所共享的驅(qū)動(dòng)元件17。驅(qū)動(dòng)元件17的驅(qū)動(dòng)元件有源區(qū)上的共享的驅(qū)動(dòng)?xùn)臩FG位于第二隔離的讀取有源區(qū)I-RoA2上。虛擬柵DG設(shè)置在對(duì)應(yīng)于第二隔離的讀取有源區(qū)I-RoA2的DIR結(jié)構(gòu)上，以在形成轉(zhuǎn)移柵TG1、TG2、TG3和TG4中的圖形重復(fù)性。沒有虛擬柵的存在，可以將第三和第四轉(zhuǎn)移柵TG3、TG4形成為與第一和第二轉(zhuǎn)移柵TG1、TG2不同的尺寸，由于光學(xué)臨近效應(yīng)。
如在上述的圖3A和3B的實(shí)施例中，公共像素單位P_unit的第一、第二、第三和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4通過兩種形式的隔離，即介質(zhì)隔離區(qū)(DIR)和結(jié)隔離區(qū)(JIR)，來與相鄰像素單位的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件相隔離。
參照?qǐng)D9A和9B，可見在本實(shí)施例的本例子結(jié)構(gòu)中，在襯底的分別在第一方向和第二方向中延伸的行和列中設(shè)置光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2。在襯底中形成多個(gè)第一結(jié)隔離區(qū)JIR，每個(gè)隔離公共行的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，例如PA_u1、PA_u1或PA_u2、PA_u2或PA_u3、PA_u3或PA_u4、PA_u4，以及多個(gè)第二結(jié)隔離區(qū)JIR形成在襯底中，每個(gè)隔離公共列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，例如相鄰元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4。還在襯底中設(shè)置多個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)DIR，每個(gè)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4在行方向上具有第一間隔P2，并在列方向上具有第二間隔P1。對(duì)于公共行的光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4，第一間隔P2基本上恒定，或者基本上相等，并且，對(duì)于公共列的光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4，第二間隔P1基本上恒定，或者基本上相等。該實(shí)施例提供與上面參照先前實(shí)施例所述的相同的優(yōu)勢(shì)。
圖10是根據(jù)本發(fā)明，圖8的APS陣列電路的另一實(shí)施例的頂層布局視圖，沿著對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局，包括APS陣列電路的像素的光電轉(zhuǎn)換元件的布局，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)的隔離區(qū)。該實(shí)施例與上述的圖9A和9B的實(shí)施例有許多相似之處。在本實(shí)施例的說明中不再重復(fù)這些相似性。本實(shí)施例中的不同在于第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1的有源層和第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2的有源層在公共浮置擴(kuò)散區(qū)FD不電連接，像圖9A和9B所述的實(shí)施例那樣。而是，在本實(shí)施例中，每個(gè)像素單位p_unit的第一和第二光電轉(zhuǎn)換元件的有源層通過DIR隔離結(jié)構(gòu)隔離。例如，第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1的底、右拐角部分以及第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2的頂、右拐角部分由DIR隔離結(jié)構(gòu)420所電隔離。在該例子中，DIR隔離結(jié)構(gòu)420包括在相鄰JIR隔離區(qū)之間的行方向上延伸的體部分420a，并且還包括在相鄰JIR隔離區(qū)之間的列方向上延伸的第一和第二翼部分420b。使用相似的DIR結(jié)構(gòu)的隔離被設(shè)置在第三光電轉(zhuǎn)換元件PA_u3的有源層和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u4的有源層之間。
在圖10的例子實(shí)施例中，第一連接的讀取有源區(qū)C-RoA1連接到第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1的有源區(qū)，第二連接的讀取有源區(qū)C-RoA2連接到第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2的有源區(qū)，第三連接的讀取有源區(qū)C-RoA3連接到第三光電轉(zhuǎn)換元件PA_u3的有源區(qū)，并且第四連接的讀取有源區(qū)C-RoA4連接到第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u4的有源區(qū)。在第一連接的讀取有源區(qū)C-RoA1中，第一轉(zhuǎn)移元件的第一轉(zhuǎn)移柵TG1和第一重置元件的第一重置柵RG1位于第一浮置擴(kuò)散區(qū)FDA1的相對(duì)側(cè)。在第二連接的讀取有源區(qū)C-RoA2中，第二轉(zhuǎn)移元件的第二轉(zhuǎn)移柵TG2和第二重置元件的第二重置柵RG2位于第二浮置擴(kuò)散區(qū)FDA2的相對(duì)側(cè)。在第三連接的讀取有源區(qū)C-RoA3中，第三轉(zhuǎn)移元件的第三轉(zhuǎn)移柵TG3和第三重置元件的第三重置柵RG3位于第三浮置擴(kuò)散區(qū)FDA3的相對(duì)側(cè)。在第四連接的讀取有源區(qū)C-RoA4中，第四轉(zhuǎn)移元件的第四轉(zhuǎn)移柵TG4和第四重置元件的第四重置柵RG4位于第四浮置擴(kuò)散區(qū)FDA4的相對(duì)側(cè)。與上述的圖9A和9B的實(shí)施例相似，選擇元件的共享選擇柵SG和驅(qū)動(dòng)元件的共享驅(qū)動(dòng)?xùn)臩FG位于第一和第二隔離的讀取有源區(qū)I-RoA1、I-RoA2中。該實(shí)施例提供與結(jié)合先前實(shí)施例所述的相同的優(yōu)勢(shì)。
圖11是根據(jù)本發(fā)明，沿著對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局，圖8的APS陣列電路的另一實(shí)施例的頂層布局視圖，包括APS陣列電路的像素的光電轉(zhuǎn)換元件的布局，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)的隔離區(qū)。該實(shí)施例與上述圖9A和9B的實(shí)施例有許多相似之處。在本實(shí)施例的說明中不再重復(fù)這些相似之處。本實(shí)施例中的不同在于，重置元件18的重置柵RG設(shè)置在第一隔離的讀取有源區(qū)I-RoA1上，同時(shí)選擇元件19的選擇柵SG和驅(qū)動(dòng)元件17的驅(qū)動(dòng)?xùn)臩FG都設(shè)置在第二隔離的讀取有源區(qū)I-RoA2上。該實(shí)施例提供與結(jié)合先前實(shí)施例所述的相同的優(yōu)勢(shì)。
圖12是根據(jù)本發(fā)明，沿著對(duì)應(yīng)于像素的讀取元件的柵的布局，圖8的APS陣列電路的另一實(shí)施例的頂層布局視圖，包括APS陣列電路的像素的光電轉(zhuǎn)換元件的布局，以及隔離相鄰像素的相應(yīng)的隔離區(qū)。該實(shí)施例是共享類型圖形傳感器的另一例子，其中四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件共享公共讀取元件，例如根據(jù)上述的圖8的原理圖。然而，在該實(shí)施例中，四個(gè)相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件的像素單位P-unit并不設(shè)置為包括公共列的四個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，如在上述圖9A、9B、10和11的實(shí)施例中那樣。而是，在本實(shí)施例中，四個(gè)相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4設(shè)置為在行和列兩個(gè)方向上延伸，如所示。例如，第一和第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1和PA_u2在公共第一行上彼此相鄰，并且第三和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u3和PA_u4在公共第二行上彼此相鄰。同時(shí)，第一和第三光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1和PA_u3在公共第一列上彼此相鄰，并且第二和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2和PA_u4在公共第二列上彼此相鄰。
一起地，第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2、第三光電轉(zhuǎn)換元件PA_u3和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u4包括像素單位P_unit，例如，對(duì)應(yīng)于圖8的像素單位P_unit(i，j)。像素單位P_unit包括第一光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、第二光電轉(zhuǎn)換元件PA_u2、第三光電轉(zhuǎn)換元件PA_u3、第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u4、連接的讀取有源區(qū)C-RoA、第一隔離的讀取有源區(qū)I-RoA1、第二隔離的讀取有源區(qū)I-RoA2以及第三隔離的讀取有源區(qū)I-RoA3。用于讀取在光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4所捕獲的能量的讀取元件位于連接的讀取有源區(qū)C-RoA以及第一、第二和第三隔離的讀取有源區(qū)I-RoA1、I-RoA2、I-RoA3中。
像素單位P_unit的第一、第二、第三和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4在連接的讀取有源區(qū)C-RoA處連接。在第一連接的讀取有源區(qū)C-RoA1中，第一、第二、第三和第四轉(zhuǎn)移元件15a、15b、15c、15d的第一轉(zhuǎn)移柵TG1、第二轉(zhuǎn)移柵TG2、第三轉(zhuǎn)移柵TG3和第四轉(zhuǎn)移柵TG4分別控制第一、第二、第三和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4以及公共浮置擴(kuò)散區(qū)FDA之間的電荷流。
在第一隔離的讀取有源區(qū)I-RoA1中，定位重置元件18的共享重置柵RG。重置元件18的共享重置柵RG控制電源Vdd和公共浮置擴(kuò)散區(qū)FDA之間的電荷流，用于重置公共浮置擴(kuò)散區(qū)FDA。在第二隔離的讀取有源區(qū)I-RoA2中，定位由公共像素單位P_unit共享的選擇元件19。選擇元件19的共享選擇柵SG位于第二隔離的讀取有源區(qū)I-RoA2上。在第三geli的讀取有源區(qū)I-RoA3中，定位由公共像素單位P_unit共享的驅(qū)動(dòng)元件17。驅(qū)動(dòng)元件17的共享驅(qū)動(dòng)?xùn)臩FG位于第三隔離的讀取有源區(qū)I-RoA3上。如上述實(shí)施例中，在本實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)中，共享柵的兩個(gè)位于公共隔離的讀取有源區(qū)I-RoA1、I-RoA2或I-RoA3上，并且共享柵的另一個(gè)位于剩余的隔離的讀取有源區(qū)上，或者可替換地，全部三個(gè)共享柵位于公共隔離的讀取有源區(qū)I-RoA1、I-RoA2或I-RoA3上。
如上述實(shí)施例中，公共像素單位P_unit的第一、第二、第三和第四光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4通過兩種形式的隔離，即介質(zhì)隔離區(qū)(DIR)和結(jié)隔離區(qū)(JIR)，與相鄰像素單位的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件隔離。參照?qǐng)D12，可見在襯底中形成多個(gè)第一結(jié)隔離區(qū)JIR，每個(gè)隔離公共行的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，并且隔離公共列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部。在襯底中還形成多個(gè)介質(zhì)結(jié)隔離區(qū)DIR，每個(gè)隔離公共行的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部。光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4在行方向中具有第一間隔P2并在列方向上具有第二間隔P1。對(duì)于公共行的光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4，第一間隔P2基本恒定或基本相同，并且對(duì)于公共列的光電轉(zhuǎn)換元件PA_u1、PA_u2、PA_u3、PA_u4，第二間隔P1基本恒定或基本相同。
圖13是根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)包括包含有根據(jù)上述實(shí)施例的APS陣列電路的圖像傳感器。系統(tǒng)200包括經(jīng)由數(shù)據(jù)總線205連接到存儲(chǔ)器240的處理器220。處理器220處理由圖像傳感器210所輸出的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)。存儲(chǔ)器240存儲(chǔ)并檢索由圖像傳感器210所輸出的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)。例如包括軟磁盤驅(qū)動(dòng)器250或CD/DVD驅(qū)動(dòng)器255的媒質(zhì)驅(qū)動(dòng)器連接到數(shù)據(jù)總線，用于在媒質(zhì)上存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)信號(hào)。輸入/輸出設(shè)備230和數(shù)據(jù)端口連接到數(shù)據(jù)總線上，用于將控制信號(hào)從外部設(shè)備提供給處理器220，并且用于將圖像數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)移到外部設(shè)備，例如顯示器。以這種方式，根據(jù)上述實(shí)施例所配置的成像器件210組合到成像系統(tǒng)200中，以提供上述的優(yōu)點(diǎn)。上述的成像系統(tǒng)200具有許多類型電子系統(tǒng)中的應(yīng)用，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、照相機(jī)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、掃描儀系統(tǒng)、和閉路電視系統(tǒng)(CCTV)。
以這種方式，所述的實(shí)施例通過提供共享類型的成像器件結(jié)構(gòu)，提供增大的填充系數(shù)，同時(shí)保持行方向上的恒定間隔和列方向上的恒定間隔，使得確保在光電轉(zhuǎn)換元件之上提供的微透鏡以及該光電轉(zhuǎn)換元件之間的對(duì)準(zhǔn)。提供DIR和JIR隔離結(jié)構(gòu)，用于隔離相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件，以獲得較高的填充系數(shù)，并且提供行和列方向上的恒定間隔。這導(dǎo)致較高的器件靈敏度和較低的互擾，在所捕獲的圖像中提供了增強(qiáng)的解析度。
盡管已經(jīng)參照其優(yōu)選實(shí)施例具體示出并描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在此可以在形式和細(xì)節(jié)上做出改變，而不背離如所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
例如，盡管上述例子實(shí)施例說明了共享類型的圖像傳感器，其中四個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件共享公共讀取元件，本發(fā)明不限制于所共享的光電轉(zhuǎn)換元件的數(shù)目，并且擴(kuò)展到其他多數(shù)的共享的光電轉(zhuǎn)換元件，例如3或5的奇數(shù)數(shù)目或者6、8或以上的偶數(shù)數(shù)目。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括襯底中的光電轉(zhuǎn)換元件的陣列，該光電轉(zhuǎn)換元件被設(shè)置在分別在第一方向和第二方向中延伸的行和列中；襯底中的多個(gè)第一結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共行的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，以及襯底中的多個(gè)第二結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部；以及襯底中的多個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)，每個(gè)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
2.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中光電轉(zhuǎn)換元件在第一方向上具有第一間隔，并在第二方向上具有第二間隔，并且其中對(duì)于公共行的光電轉(zhuǎn)換元件來說該第一間隔基本上相同，并且其中對(duì)于公共列的光電轉(zhuǎn)換元件來說該第二間隔基本上相同。
3.如權(quán)利要求2的圖像傳感器，還包括在光電轉(zhuǎn)換元件上形成的微透鏡陣列，該微透鏡以行和列排列，每個(gè)微透鏡具有與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件對(duì)準(zhǔn)的焦點(diǎn)，其中微透鏡的焦點(diǎn)排列為分別在第一方向上具有第一間隔并在第二方向上具有第二間隔，它們與光電轉(zhuǎn)換元件的第一間隔基本上相同。
4.如權(quán)利要求2的圖像傳感器，其中該第一間隔等于該第二間隔。
5.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中光電轉(zhuǎn)換元件包括在襯底中形成的光電有源區(qū)。
6.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中襯底包括外延層，并且其中光電轉(zhuǎn)換元件包括在外延層中形成的光電有源區(qū)。
7.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中結(jié)隔離區(qū)包括使用雜質(zhì)摻雜的襯底的區(qū)域。
8.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中介質(zhì)隔離區(qū)包括設(shè)置在襯底中的部分介質(zhì)絕緣材料。
9.如權(quán)利要求8的圖像傳感器，其中以淺溝道隔離(STI)和硅的局部氧化(LOCOS)工序之一形成介質(zhì)隔離區(qū)。
10.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中第一方向和第二方向包括彼此垂直的水平方向和垂直方向。
11.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中行和列的至少一個(gè)中的至少兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件共享公共光電有源區(qū)。
12.如權(quán)利要求11的圖像傳感器，其中相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)包括由在其頂部和底部以及在其左部和右部的結(jié)隔離區(qū)所隔離的光電有源區(qū)，并且在結(jié)隔離區(qū)之間的其拐角部分的介質(zhì)隔離區(qū)，介質(zhì)隔離區(qū)之一被劃分為兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段，通過該介質(zhì)隔離區(qū)段，光電有源區(qū)連接到另一相鄰光電轉(zhuǎn)換元件，該兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段的第一個(gè)相鄰于第一結(jié)隔離區(qū)以及該兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段的第二個(gè)相鄰于第二結(jié)隔離區(qū)，以及公共光電有源區(qū)的連接部分通過第一和第二介質(zhì)隔離區(qū)段延伸。
13.如權(quán)利要求12的圖像傳感器，還包括在有源區(qū)上的至少兩個(gè)轉(zhuǎn)移元件，其操作為將至少兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的公共有源區(qū)分隔為第一和第二光電轉(zhuǎn)換元件的第一和第二光電有源區(qū)。
14.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中公共行或列的兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
15.如權(quán)利要求14的圖像傳感器，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)部分，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的公共隔離的有源區(qū)上。
16.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中公共行或列的兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件和重置元件，并且共享公共選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
17.如權(quán)利要求16的圖像傳感器，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的公共隔離的有源區(qū)上。
18.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
19.如權(quán)利要求18的圖像傳感器，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
20.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件和重置元件，并且共享公共選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
21.如權(quán)利要求20的圖像傳感器，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
22.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
23.如權(quán)利要求22的圖像傳感器，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在公共第一隔離的有源區(qū)上，并且其中重置元件形成在第二隔離的有源區(qū)上，該第二隔離的有源區(qū)與第一隔離的有源區(qū)分開，該第一和第二隔離的有源區(qū)位于相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
24.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中兩個(gè)相鄰行和列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
25.如權(quán)利要求24的圖像傳感器，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
26.如權(quán)利要求24的圖像傳感器，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件、驅(qū)動(dòng)元件和重置元件中的兩個(gè)形成在公共第一隔離的有源區(qū)上，并且其中選擇元件、驅(qū)動(dòng)元件和重置元件中的另一個(gè)形成在第二隔離的有源區(qū)上，該第二隔離的有源區(qū)與第一隔離的有源區(qū)分開，該第一和第二隔離的有源區(qū)位于相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
27.如權(quán)利要求24的圖像傳感器，其中四個(gè)相鄰光電元件共享公共光電有源區(qū)。
28.如權(quán)利要求1的圖像傳感器，還包括形成在光電轉(zhuǎn)換元件上的微透鏡陣列，該微透鏡排列在行和列中，每個(gè)微透鏡具有設(shè)置在相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件上的焦點(diǎn)。
29.一種圖像傳感系統(tǒng)，包括處理器，連接到數(shù)據(jù)總線，處理由圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)；存儲(chǔ)器，連接到數(shù)據(jù)總線，存儲(chǔ)并檢索由圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)；以及圖像傳感器，連接到數(shù)據(jù)總線，生成圖像數(shù)據(jù)信號(hào)，包括襯底中的光電轉(zhuǎn)換元件的陣列，該光電轉(zhuǎn)換元件布置在分別在第一方向和第二方向中延伸的行和列中；襯底中的多個(gè)第一結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共行的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，以及襯底中的多個(gè)第二結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部；以及襯底中的多個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)，每個(gè)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分，其中每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件響應(yīng)于在光電轉(zhuǎn)換元件所接收的光子能量而生成電信號(hào)，該圖像數(shù)據(jù)信號(hào)包括多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的輸出信號(hào)。
30.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，還包括下列的至少一個(gè)媒質(zhì)驅(qū)動(dòng)器，連接到數(shù)據(jù)總線，在媒質(zhì)上存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)信號(hào)；輸入設(shè)備，連接到數(shù)據(jù)總線，在該輸入設(shè)備上控制信號(hào)被輸入處理器，用于控制圖像數(shù)據(jù)信號(hào)的處理；以及數(shù)據(jù)端口，連接到數(shù)據(jù)總線，用于將圖像數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)移到外部設(shè)備。
31.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中光電轉(zhuǎn)換元件在第一方向上具有第一間隔，并在第二方向上具有第二間隔，其中對(duì)于公共行的光電轉(zhuǎn)換元件來說該第一間隔基本上相同，并且其中對(duì)于公共列的光電轉(zhuǎn)換元件來說該第二間隔基本上相同。
32.如權(quán)利要求31的系統(tǒng)，還包括在光電轉(zhuǎn)換元件上形成的微透鏡陣列，該微透鏡以行和列排列，每個(gè)微透鏡具有與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件對(duì)準(zhǔn)的焦點(diǎn)，其中微透鏡的焦點(diǎn)排列為分別在第一方向上具有第一間隔并在第二方向上具有第二間隔，它們與光電轉(zhuǎn)換元件的第一間隔基本上相同。
33.如權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中第一間隔等于第二間隔。
34.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中光電轉(zhuǎn)換元件包括在襯底中形成的光電有源區(qū)。
35.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中襯底包括外延層，并且其中光電轉(zhuǎn)換元件包括在外延層中形成的光電有源區(qū)。
36.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中結(jié)隔離區(qū)包括使用雜質(zhì)摻雜的襯底的區(qū)域。
37.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中介質(zhì)隔離區(qū)包括設(shè)置在襯底中的部分介質(zhì)絕緣材料。
38.如權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中以淺溝道隔離(STI)和硅的局部氧化(LOCOS)工序之一形成介質(zhì)隔離區(qū)。
39.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中第一方向和第二方向包括彼此垂直的水平方向和垂直方向。
40.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中行和列的至少一個(gè)中的至少兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件共享公共光電有源區(qū)。
41.如權(quán)利要求40的系統(tǒng)，其中相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)包括由在其頂部和底部以及在其左部和右部的結(jié)隔離區(qū)所隔離的光電有源區(qū)，以及在結(jié)隔離區(qū)之間的其拐角部分的介質(zhì)隔離區(qū)，介質(zhì)隔離區(qū)之一被劃分為兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段，通過該介質(zhì)隔離區(qū)段，光電有源區(qū)連接到另一相鄰光電元件，該兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段的第一個(gè)相鄰于第一結(jié)隔離區(qū)以及該兩個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)段的第二個(gè)相鄰于第二結(jié)隔離區(qū)，以及公共光電有源區(qū)的連接部分通過第一和第二介質(zhì)隔離區(qū)段延伸。
42.如權(quán)利要求41的系統(tǒng)，還包括在有源區(qū)上的至少兩個(gè)轉(zhuǎn)移元件，操作為將至少兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的公共有源區(qū)分隔為第一和第二光電轉(zhuǎn)換元件的第一和第二光電有源區(qū)。
43.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中公共行或列的兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
44.如權(quán)利要求43的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)部分，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的公共隔離的有源區(qū)上。
45.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中公共行或列的兩個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件和重置元件，并且共享公共選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
46.如權(quán)利要求45的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的公共隔離的有源區(qū)上。
47.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
48.如權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件之一的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
49.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件和重置元件，并且共享公共選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
50.如權(quán)利要求49的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
51.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中公共行或列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
52.如權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在公共第一隔離的有源區(qū)上，并且其中重置元件形成在第二隔離的有源區(qū)上，該第二隔離的有源區(qū)與第一隔離的有源區(qū)分開，該第一和第二隔離的有源區(qū)位于相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
53.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中兩個(gè)相鄰行和列的四個(gè)相鄰光電轉(zhuǎn)換元件每個(gè)具有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移元件，并且共享公共重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件。
54.如權(quán)利要求53的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中重置元件、選擇元件和驅(qū)動(dòng)元件形成在光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分的不同的隔離的有源區(qū)上。
55.如權(quán)利要求53的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)圍繞隔離的有源區(qū)，并且其中選擇元件、驅(qū)動(dòng)元件和重置元件中的兩個(gè)形成在公共第一隔離的有源區(qū)上，并且其中選擇元件、驅(qū)動(dòng)元件和重置元件中的另一個(gè)形成在第二隔離的有源區(qū)上，該第二隔離的有源區(qū)與第一隔離的有源區(qū)分開，該第一和第二隔離的有源區(qū)位于相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
56.如權(quán)利要求53的系統(tǒng)，其中四個(gè)相鄰光電元件共享公共光電有源區(qū)。
57.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，還包括形成在光電轉(zhuǎn)換元件上的微透鏡陣列，該微透鏡排列在行和列中，每個(gè)微透鏡具有設(shè)置在相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件上的焦點(diǎn)。
58.一種形成圖像傳感器的方法，包括在襯底中設(shè)置光電轉(zhuǎn)換元件的陣列，該光電轉(zhuǎn)換元件被設(shè)置在分別在第一方向和第二方向中延伸的行和列中；在襯底中設(shè)置多個(gè)第一結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共行的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，以及在襯底中設(shè)置多個(gè)第二結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部；以及在襯底中設(shè)置多個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)，每個(gè)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
59.如權(quán)利要求58的方法，其中光電轉(zhuǎn)換元件在第一方向上具有第一間隔，并在第二方向上具有第二間隔，其中對(duì)于公共行的光電轉(zhuǎn)換元件來說該第一間隔基本上相同，并且其中對(duì)于公共列的光電轉(zhuǎn)換元件來說該第二間隔基本上相同。
60.如權(quán)利要求59的方法，還包括在光電轉(zhuǎn)換元件上形成微透鏡陣列，該微透鏡以行和列排列，每個(gè)微透鏡具有與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件對(duì)準(zhǔn)的焦點(diǎn)，其中微透鏡的焦點(diǎn)排列為分別在第一方向上具有第一間隔并在第二方向上具有第二間隔，它們與光電轉(zhuǎn)換元件的第一間隔基本上相同。
61.如權(quán)利要求59的方法，其中第一間隔等于第二間隔。
62.一種圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換元件的陣列，在襯底中設(shè)置該元件，在陣列的行方向中和在陣列的列方向中，通過交替在襯底中的相鄰結(jié)隔離區(qū)和襯底中的介質(zhì)隔離區(qū)，各個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件隔離。
63.如權(quán)利要求62的陣列，其中結(jié)隔離區(qū)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，以及其中介質(zhì)隔離區(qū)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。
64.如權(quán)利要求62的陣列，其中光電轉(zhuǎn)換元件在行方向上具有第一間隔，并在列方向上具有第二間隔，其中對(duì)于陣列的公共行的光電轉(zhuǎn)換元件來說該第一間隔基本上相同，并且其中對(duì)于陣列的公共列的光電轉(zhuǎn)換元件來說該第二間隔基本上相同。
全文摘要
一種圖像傳感器，包括襯底中的光電轉(zhuǎn)換元件的陣列，該光電轉(zhuǎn)換元件被設(shè)置在分別在第一方向和第二方向中延伸的行和列中；襯底中的多個(gè)第一結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共行的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部，以及襯底中的多個(gè)第二結(jié)隔離區(qū)，每個(gè)隔離公共列的相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的側(cè)部；以及襯底中的多個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)，每個(gè)隔離相鄰光電轉(zhuǎn)換元件的拐角部分。在一個(gè)實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換元件在第一方向上具有第一間隔，并在第二方向上具有第二間隔，其中對(duì)于公共行的光電轉(zhuǎn)換元件來說該第一間隔基本上相同，并且其中對(duì)于公共列的光電轉(zhuǎn)換元件來說該第二間隔基本上相同。
文檔編號(hào)H01L21/82GK101038927SQ20071008555
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者李錫河, 李德炯, 慎宗哲, 李康福 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社