具有共享结构像素布局的图像传感器制造技术

本发明专利技术提供一种具有共享结构像素布局的图像传感器，所述图像传感器包括由多个按行和列设置的共享像素单元构成的像素阵列。所述共享像素单元包括第一感光单元和第二感光单元，其共享复位晶体管，浮动扩散点，源极跟随晶体管，还可以包括一行选择晶体管。所述浮动扩散点设置于所述第一感光单元和所述第二感光单元结构所形成的开口处，所述源极跟随晶体管面向所述开口设置；所述行选择晶体管设置于所述共享单元的角部位置。本发明专利技术提供的图像传感器结构布局紧凑，所述源极跟随晶体管靠近所述浮动扩散点，能有效降低所述浮动扩散点电容，提升像素电路的转换增益。

Image Sensor with Shared Structure Pixel Layout

The invention provides an image sensor with a shared structure pixel layout, which comprises a pixel array composed of a plurality of shared pixel units arranged in rows and columns. The shared pixel unit comprises a first photosensitive unit and a second photosensitive unit, which share a reset transistor, a floating diffusion point, a source follower transistor, and a row selection transistor. The floating diffusion point is set at an opening formed by the first photosensitive unit and the second photosensitive unit structure, the source follower transistor facing the opening setting, and the row selection transistor is set at the corner position of the sharing unit. The image sensor provided by the invention has a compact structure and the source follower transistor is close to the floating diffusion point, which can effectively reduce the floating diffusion point capacitance and enhance the conversion gain of the pixel circuit.

【技术实现步骤摘要】
具有共享结构像素布局的图像传感器
本专利技术涉及图像传感器技术，尤其涉及一种具有像素共享结构和紧凑布局设置，以降低浮动扩散点电容及提高像素电路转换增益的图像传感器。
技术介绍
图像传感器广泛应用于各领域，例如智能手机，监控设备，无人机，人工智能等多种使用，且其应用需求日趋小型化。通常的图像传感器采用4晶体管设计，一个光电二极管加上一个传输晶体管，一个复位晶体管，一个源极跟随晶体管及一个行选择晶体管的电路结构。像素单元采用共享结构可用于减少像素尺寸及提高填充因子(fillfactor)。填充因子相应于感光单元所占的区域面积相对于像素单元面积的比值，提高填充因子可以提升像素电路的灵敏度和信噪比。图像传感器布局设计上，例如专利号为ZL200610006729.6，名称为“传感器阵列”文献中所公开的布局设计方案，采用2像素共享或4像素共享的布局，上述所述专利中图3、图4、图6布局及图7电路中所示，源极跟随晶体管SF与浮动扩散点FD设置相距较远的距离，这种布置方式浮动扩散点FD产生的电容相对大，电路转换增益较低，因此像素电路的灵敏度会降低。其次，行选择晶体管SEL和源极跟随晶体管设置在两个共享的像素单元之间，这种布置结构会对阻挡部分光电二极管PD1和PD2的入射光，降低感光像素的量子效率。本专利技术基于上述问题，为进一步提高像素电路的设计布局并有效降低浮动扩散点FD的电容，提高像素电路转换增益，提升感光像素的量子效率，提出基于共享像素单元结构新的设置紧凑、布局合理的设计方案，以满足具有共享像素结构的图像传感器设计及应用。
技术实现思路
本专利技术提出一种具有共享结构像素布局的图像传感器，所述图像传感器包括由多个按行和列平铺设置的共享像素单元构成的像素阵列，每个所述共享像素单元包括：第一感光单元，其包括光电二极管及连接到所述光电二极管的传输晶体管，所述光电二极管沿着一方向设置，所述传输晶体管沿着所述光电二极管的角部以一定倾斜角度设置；第二感光单元，与所述第一感光单元相同且与所述第一感光单元沿水平方向镜像对称设置；所述第一感光单元与所述第二感光单元共享一复位晶体管，浮动扩散点，及一源极跟随晶体管；所述第一感光单元和所述第二感光单元的两个所述传输晶体管的设置结构形成一开口，所述浮动扩散点设置于所述开口处；所述源极跟随晶体管面向并靠近所述开口设置；所述复位晶体管设置于所述第一感光单元和所述第二感光单元之间；可选的，所述第一感光单元和所述第二感光单元还包括共享一行选择晶体管，所述行选择晶体管设置于所述共享像素单元的角部；可选的，所述行选择晶体管设置于所述源极跟随晶体管近端的所述角部，以减少其对所述光电二极管入射光的影响；可选的，所述传输晶体管沿所述光电二极管的角部以约45度倾斜角度设置；可选的，所述第一感光单元和所述第二感光单元沿所述复位晶体管、所述浮动扩散点及所述源极跟随晶体管的水平方向中心线呈镜像对称；可选的，所述第一感光单元和所述第二感光单元的两个所述传输晶体管的设置结构所形成的开口约为90度；可选的，以掺杂硅连接方式代替金属连线连接所述源极跟随晶体管和所述行选择晶体管，以减少金属连线对所述光电二极管入射光的影响；所述复位晶体管以掺杂硅替代金属连线连接到所述浮动扩散点，以提高所述开口的开口率；可选的，所述每个共享像素单元的四周采用高电势硅(siliconwithpositivevoltage)进行隔离设置，提高所述共享像素单元的对称性，防止电学信号串扰；可选的，所述图像传感器为FSI(frontsideillumination,前照式)图像传感器或BSI(backsideillumination，背照式)图像传感器。本专利技术提出的具有共享结构像素布局的图像传感器，其像素阵列中平铺设置的每个共享像素单元采用紧凑的布局设置，浮动扩散点设置在两个感光像素布置结构的开口处，源极跟随晶体管面相并靠近所述开口，则源极跟随晶体管和浮动扩散点距离近，则浮动扩散点的电容小，能有效提高转换增益。同时，行选择晶体管设置在共享像素单元的角落部位，其对光电二极管的入射光遮挡影响较小，能有效提高像素单元的量子效率；源极跟随晶体管和行选择晶体管之间，以及复位晶体管和浮动扩散点之间的连接采用掺杂硅替代金属线连接，能进一步降低对光电二极管入射光的影响。附图说明图1为本专利技术给出的图像传感器实施例一的电路图；图2为图1中实施例一的像素电路对应的一共享像素单元的布局结构示意图；图3为本专利技术给出的图像传感器实施例二的电路图；图4为图3中实施例二的像素电路对应的一共享像素单元的布局结构示意图；及图5为本专利技术提出的图像传感器实施例二的像素阵列布局结构示意图。具体实施方式以下结合各个附图及实施例对本专利技术给出的内容进行详细的说明。以下所提及的各附图及实施例是为了解释说明本
技术实现思路
，其各实施例中相应叙述并不对本
技术实现思路
构成限制。图1是本专利技术给出的具有共享结构像素布局的图像传感器实施例一的电路图，如图1中所示，光电二极管PD1和传输晶体管TX1构成第一感光单元，光电二极管PD2和传输晶体管TX2构成第二感光单元。第一感光单元和第二感光单元构成共享结构，其共享浮动扩散点FD，复位晶体管RST，源极跟随晶体管SF。复位晶体管连接到可变电压源Vref，源极跟随晶体管的漏极连接到固定电源VDD，像素信号通过源极跟随晶体管SF的源极输出到列线(Pout)。图1中示出的电路图为本专利技术给出的图像传感器其中一种实施例的像素单元电路。以下针对图1中给出的图像传感器像素电路，提出一种布置结构紧凑，像素单元性能得到进一步提升的共享像素单元设计布局。图2为本专利技术提出的图像传感器实施例一的其中一个共享像素单元的布局结构示意图。图2示意图是为了说明器件布置结构的目的，并非对各器件的具体形状，尺寸或角度构成限制。在具体电路设计中，可根据具体应用设计为不同的形状。结合图1中像素电路的各器件单元，传输晶体管TX1设置在光电二极管PD1的角部并按一个倾斜角度设置，通常情况下可以倾斜45度角度进行设置。传输晶体管TX2和光电二极管PD2以同样的结构方式进行设置。PD1和TX1构成的第一感光单元与PD1和TX2构成的第二感光单元沿着水平方向镜像对称设置，如图2中所示。复位晶体管RST设置在第一感光单元和第二感光单元之间。传输晶体管TX1和传输晶体管TX2的设置结构会形成一个开口，浮动扩散点FD设置在该开口处且距离开口最近处。源极跟随晶体管SF面相开口设置，并且靠近浮动扩散点FD设置，此种设置方式浮动扩散点FD所产生的电容小，可以提高像素电路的转换增益。第一感光单元和第二感光单元沿着复位晶体管RST，浮动扩散点FD以及源极跟随晶体管SF镜像对称，像素电路的对称性好能有效降低像素电路的噪声。在像素阵列的每个共享单元中，复位晶体管RST到浮动扩散点的连接可以采用掺杂硅替代金属线进行连接，在具体布局设计中，布线比较简易，开口部的开口率较大，可以提高入射到光电二极管的光通量。在每个共享像素单元四周可以采用高电势硅进行隔离设置，保证共享像素单元之间良好的对称性，同时可以起到防止像素共享单元之间的电学串扰，进一步提高图像传感器性能。图3为本专利技术给出的第二实施例的图像传感器像素电路，与图1中像素电路不同的，本实施例中的两个共享本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有共享结构像素布局的图像传感器，包括由多个按行和列设置的共享单元构成的像素阵列，其特征在于，每个所述共享像素单元包括：第一感光单元，包括光电二极管及连接到所述光电二极管的传输晶体管，所述光电二极管沿一方向设置，所述传输晶体管沿所述光电二极管的角部以一倾斜角度设置；第二感光单元，与所述第一感光单元相同且与所述第一感光单元沿水平方向镜像对称设置；所述第一感光单元与所述第二感光单元共享复位晶体管，浮动扩散点及源极跟随晶体管；所述第一感光单元和所述第二感光单元的所述传输晶体管设置结构形成一开口，所述浮动扩散点设置于所述开口处；所述源极跟随晶体管面向并靠近所述开口设置，所述复位晶体管设置于所述第一感光单元和所述第二感光单元之间。

【技术特征摘要】
1.一种具有共享结构像素布局的图像传感器，包括由多个按行和列设置的共享单元构成的像素阵列，其特征在于，每个所述共享像素单元包括：第一感光单元，包括光电二极管及连接到所述光电二极管的传输晶体管，所述光电二极管沿一方向设置，所述传输晶体管沿所述光电二极管的角部以一倾斜角度设置；第二感光单元，与所述第一感光单元相同且与所述第一感光单元沿水平方向镜像对称设置；所述第一感光单元与所述第二感光单元共享复位晶体管，浮动扩散点及源极跟随晶体管；所述第一感光单元和所述第二感光单元的所述传输晶体管设置结构形成一开口，所述浮动扩散点设置于所述开口处；所述源极跟随晶体管面向并靠近所述开口设置，所述复位晶体管设置于所述第一感光单元和所述第二感光单元之间。2.根据权利要求1所述的具有共享结构像素布局的图像传感器，其特征在于，所述第一感光单元与所述第二感光单元包括共享一行选择晶体管。3.根据权利要求2所述的具有共享结构像素布局的图像传感器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐辰，王欣，莫要武，邵泽旭，
申请(专利权)人：上海晔芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31