[实用新型]图像传感器和成像像素

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求提交于2015年11月9日、由Jaroslav Hynecek发明的名称为“Pixels with High Dynamic Range and a Global Shutter Scanning Mode”(具有高动态范围和全局快门扫描模式的像素)的美国临时专利申请No.62/252767的优先权，该专利申请以引用方式并入本文，并且据此要求该申请的共同主题的优先权。

技术领域

本实用新型整体涉及成像系统，更具体地讲，涉及具有背照式像素的成像系统。

背景技术

现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素阵列形成。每个像素包括接收入射光子(光)并将光子转变为电信号的光敏元件。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。

一些常规图像传感器可在全局快门(GS)扫描模式下操作。但这可能需要在图像传感器的像素中具有额外的电荷存储节点，这样会占用很大一部分的可用像素区域，同时会增加传感器的成本。在这种情况下，可能需要高动态范围(HDR)全局快门像素来存储大量电荷，从而进一步增加传感器的成本。

因此希望能够为图像传感器提供改善的像素设计。

实用新型内容

本实用新型解决的一个技术问题是改善占用可用像素区域且增加传感器成本的在全局快门扫描模式下操作的常规图像传感器。

根据本实用新型的一个方面，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括成像像素，所述成像像素包括：第一衬底；第二衬底；在所述第一衬底中形成的光电二极管；在所述第一衬底中形成的第一电荷转移栅极和第二电荷转移栅极；在所述第二衬底中形成的第一电荷存储区和第二电荷存储区；以及第一互连层和第二互连层，其中所述第一互连层将所述第一电荷转移栅极耦接到所述第一电荷存储区，并且其中所述第二互连层将所述第二电荷转移栅极耦接到所述第二电荷存储区。

根据一个实施例，所述第二栅极包括电荷溢出栅极，并且其中所述电荷溢出栅极包括具有在所述电荷溢出栅极下方形成的离子注入的埋沟晶体管。

根据一个实施例，所述图像传感器被配置成在全局快门扫描模式下操作。

根据一个实施例，所述光电二极管被配置成响应于入射光产生总电荷量，其中所述成像像素被配置成使用所述第一电荷转移栅极将第一量的所述总电荷量转移到所述第一电荷存储区，并且其中所述第一电荷存储区为浮动扩散节点。

根据一个实施例，所述成像像素被配置成使用所述第二电荷转移栅极将第二量的所述总电荷量转移到所述第二电荷存储区，并且其中所述第二电荷存储区包括电荷存储电容器。

根据一个实施例，所述第一互连层和所述第二互连层在所述成像像素的相对侧上形成。

根据一个实施例，所述图像传感器还包括围绕所述成像像素的隔离区，其中所述隔离区包括掺杂硅。

根据一个实施例，所述图像传感器还包括：被配置成使所述电荷存储电容器重置到偏置电压的重置晶体管；以及耦接到所述电荷存储电容器的源极跟随器晶体管。

根据一个实施例，所述图像传感器还包括：耦接到所述浮动扩散节点的源极跟随器晶体管，其中所述源极跟随器晶体管在所述第二衬底中形成。

根据一个实施例，所述图像传感器还包括：在所述第二衬底中形成的双重置电路，所述双重置电路被配置成重置所述浮动扩散节点。

根据一个实施例，所述图像传感器还包括：第三衬底；以及在所述第三衬底中形成的列反馈放大器，其中所述列反馈放大器通过第三互连层耦接到所述双重置电路。

根据一个实施例，所述图像传感器还包括：在所述第二衬底中形成的有源重置电路，所述有源重置电路被配置成重置所述浮动扩散节点。

根据一个实施例，所述图像传感器还包括：第三衬底；以及所述第三衬底中的相关双采样信号处理电路。

根据本实用新型的一个方面，提供一种成像像素，包括：光电二极管；浮动扩散节点；电荷存储电容器；耦接在所述光电二极管和所述浮动扩散节点之间的第一电荷转移晶体管；耦接在所述光电二极管和所述电荷存储电容器之间的第二电荷转移晶体管；以及耦接到所述浮动扩散节点的有源重置电路。

根据一个实施例，所述成像像素还包括：耦接到所述浮动扩散节点的第一源极跟随器晶体管；以及耦接到所述电荷存储电容器的第二源极跟随器晶体管。