Cmos图像传感器的制作方法

文档序号:6857383
专利名称:Cmos图像传感器的制作方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件,更具体地,涉及一种CMOS图像传感器,其中安装了能够执行光感测和有源放大的光电晶体管以改进低照明特性同时维持现有像素操作。
背景技术
通常,图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件,并且可以粗略地分类为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物硅(CMOS)图像传感器。
然而,在CCD图像传感器中,驱动系统是复杂的,消耗了大量的功率并且需要多步骤光工艺,导致了复杂的制造工艺。另外,难以将控制器、信号处理器和模拟/数字(A/D)转换器等集成在一个芯片中。因此,存在产品小型化的障碍。最近,作为用于克服CCD图像传感器缺点的下一代技术,CMOS图像传感器已经受到关注。
CMOS图像传感器基于CMOS技术,其采用控制器、信号处理器等作为外围电路。在基于CMOS技术的CMOS图像传感器中,对应于许多单元像素的许多MOS晶体管形成在半导体基片上。开关系统被采用以通过MOS晶体管依次检测相应单元像素的输出。因为在CMOS图像传感器中采用了CMOS技术,所以消耗了少量的功率并且执行了小数目的光工艺步骤,导致简化的制造工艺。而且,有可能将控制器、信号处理器、A/D转换器等集成在CMOS图像传感器芯片中,由此便于产品的小型化。
将参考图1描述相关技术的CMOS图像传感器,图1为具有四个晶体管的相关技术CMOS图像传感器的单元像素的电路图。
如图1所示,相关技术的CMOS图像传感器包括光感测器件100,例如,光电二极管,用于产生光电荷;以及传递晶体管101,用于在其栅接收ΦTx信号并且响应于所接收的ΦTx信号,将由光感测器件100产生的光电荷传递到浮动扩散区FD 102。相关技术的CMOS图像传感器还包括重置晶体管103,用于在其栅接收ΦRs信号,并且响应于所接收的ΦRs信号,用于将浮动扩散区FD 102的势PVRs设置到期望值或者将存储在浮动扩散区FD 102中的电荷放电以重置浮动扩散区FD 102。相关技术CMOS图像传感器还包括驱动晶体管104,用于响应于输入到其栅的信号来充当源跟随器缓冲放大器;以及选择晶体管105,用于响应于输入到其栅的信号ΦSEL来执行寻址操作。电压VDL被施加。
然而,在相关技术的CMOS图像传感器中,当少量的光入射到用于将光学信号转换为电信号的光电二极管上时,很少量的电荷可存储在光电二极管中。因此,可能无法在输出信号和噪声之间进行区分。
为了克服上述问题,已经提出了激励CMOS图像传感器的单元像素的方案,如图2和3所示。图2是用于放大的像素晶体管的电路图,图3是放大像素晶体管的截面图。将参考图2和3描述该像素激励方案。如这些图所示,由参考编号106表示的放大像素晶体管形成在半导体基片110上。栅电极112形成在半导体基片110上,以及N+扩散区113a和113b分别在栅电极112的相对侧形成在半导体基片110上。P+扩散区114a和114b分别围绕N+扩散区113a和113b形成在半导体基片110上,以将栅电极112与半导体基片110连接。栅电极112经由P+扩散区114a和114b与半导体基片110连接。作为放大像素晶体管106的一个端子的N+扩散区113a接地。作为放大像素晶体管106的另一个端子的N+扩散区113b连接到传递晶体管101。
然而,如图2和3所示,当像素在像素电路以二维阵列不适当地配置的情况下被激励时,电容值或输出电阻值的变化大大影响图像传感器的工作。

发明内容
因此,本发明指向一种基本上消除了由于相关技术的局限和缺点而导致的一个或多个问题的CMOS图像传感器。
本发明的一个优点是提供一种CMOS图像传感器,其中安装了能够执行光感测和有源放大的光电晶体管以改进低照明图像同时维持现有像素操作。
本发明的其它优点和特征将在下面的描述中阐述,并且从该描述中显而易见,或者可从本发明的实践中来获悉。本发明的这些及其他优点可通过在书面的描述及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和获得。
为了实现这些和其它优点,并且根据本发明的目的,如这里所实施和广泛描述的,CMOS图像传感器包括光电晶体管,用于执行光感测和放大功能;重置晶体管,其连接到光电晶体管,该重置晶体管执行重置功能;驱动晶体管,用于响应于来自光电晶体管的输出信号来充当源跟随器缓冲放大器;以及开关晶体管,其连接到驱动晶体管,该开关晶体管执行寻址功能。
应当理解,本发明的前面一般性描述和下面详细描述是示例性和说明性的,旨在提供对所请求的本发明的进一步解释。


附示了本发明的实施例,与说明书一起用于解释本发明的原理,这些附图被包括用以提供对本发明的进一步理解并且结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。在附图中图1为具有四个晶体管的相关技术CMOS图像传感器的单元像素的电路图;
图2为用于相关技术CMOS图像传感器的放大的像素晶体管的电路图;图3为相关技术的CMOS图像传感器的放大像素晶体管的截面图;图4为根据本发明一个示例性实施例的CMOS图像传感器的单元像素的电路图;以及图5为根据本发明另一个示例性实施例的CMOS图像传感器的单元像素的电路图。
具体实施例方式
现在将详细地参考本发明的优选实施例,其实例在附图中被图示。在任何可能的情况下,相同的参考标记在整个附图中将被用于指代相同或相似部分。
图4为根据本发明一个示例性实施例的CMOS图像传感器的单元像素的电路图。如图所示,根据这个示例性实施例的CMOS图像传感器包括光电晶体管121,其形成在阱120中,可以执行光感测和放大;以及负载晶体管123,其连接到光电晶体管121的一个端子122,可以在其栅接收VL信号并且可以响应于所接收的VL信号来控制光电晶体管121的放大。该CMOS图像传感器还包括重置晶体管125,其公共地连接到负载晶体管123的一个端子124和光电晶体管121的一个端子122,该重置晶体管125可以在其栅接收RSi信号并且可以响应于所接收的RSi信号来执行重置功能。该CMOS图像传感器还包括驱动晶体管126,其可以在其栅接收来自光电晶体管121的一个端子122的信号并且可以响应于所接收的信号来充当源跟随器缓冲放大器;以及开关晶体管128,其连接到驱动晶体管126的一个端子127,该开关晶体管128可以响应于输入到其栅的信号RRi来执行寻址功能。
如图4所示,光电晶体管121的一个端子122可以公共地连接到负载晶体管123的一个端子124、重置晶体管125的一个端子129和驱动晶体管126的栅,并且光电晶体管121的另一个端子130接地。负载晶体管123的一个端子124可以公共地连接到光电晶体管121的一个端子122、重置晶体管125的一个端子129和驱动晶体管126的栅,并且负载晶体管123的另一个端子131连接到电源电压端子132。
执行光感测和放大的光电晶体管121与负载晶体管123、重置晶体管125、驱动晶体管126和开关晶体管128隔离,并且光电晶体管121的栅电极与阱120电连接。
图5为根据本发明另一个示例性实施例的CMOS图像传感器的单元像素的电路图。如图所示,根据这个示例性实施例的CMOS图像传感器包括PMOS类型的光电晶体管221,其形成在阱220中,可以执行光感测和放大;以及负载晶体管223,其连接到光电晶体管221的一个端子222,可以在其栅接收VL信号并且可以响应于所接收的VL信号来控制光电晶体管221的放大。该CMOS图像传感器还包括重置晶体管225,其公共地连接到负载晶体管223的一个端子224和光电晶体管221的一个端子222,该重置晶体管225可以在其栅接收RSi信号并且可以响应于所接收的RSi信号来执行重置功能。该CMOS图像传感器还包括驱动晶体管226,其可以在其栅接收来自光电晶体管221的一个端子222的信号并且可以响应于所接收的信号来充当源跟随器缓冲放大器;以及开关晶体管228,其连接到驱动晶体管226的一个端子227并且适于响应于输入到其栅的信号RRi来执行寻址功能。
如图5所示,光电晶体管221的一个端子222公共地连接到负载晶体管223的一个端子224、重置晶体管225的一个端子229和驱动晶体管226的栅,并且光电晶体管221的另一个端子230被连接到电源电压端子232。负载晶体管223的一个端子224公共地连接到光电晶体管221的一个端子222、重置晶体管225的一个端子229和驱动晶体管226的栅,并且负载晶体管223的另一个端子231接地。
执行光感测和放大的光电晶体管221与负载晶体管223、重置晶体管225、驱动晶体管226和开关晶体管228隔离,并且光电晶体管221的栅电极与阱220电连接。
根据本发明的CMOS图像传感器包括可以执行光感测和有源放大的光电晶体管。该光电晶体管可以被安装以在低照明条件下使能拍摄同时维持现有像素操作。
对于本领域技术人员显而易见的是,在不脱离本发明的主旨或范围的情况下,可在本发明中进行各种修改和变化。由此,本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等效物的范围之内的对本发明的修改和变化。
权利要求
1.一种互补金属氧化物硅(CMOS)图像传感器,包括光电晶体管,用于执行光感测和放大功能;重置晶体管,其连接到所述光电晶体管,所述重置晶体管执行重置功能;驱动晶体管,用于响应于来自所述光电晶体管的输出信号来充当源跟随器缓冲放大器;以及开关晶体管,其连接到所述驱动晶体管,所述开关晶体管执行寻址功能。
2.权利要求1的CMOS图像传感器,进一步包括负载晶体管,其连接到所述光电晶体管,用于控制所述光电晶体管的放大功能。
3.权利要求2的CMOS图像传感器,其中所述负载晶体管具有一个端子,其公共地连接到所述光电晶体管的一个端子、所述重置晶体管的一个端子和所述驱动晶体管的栅;以及另一个端子,其连接到电源电压端子。
4.权利要求2的CMOS图像传感器,其中所述光电晶体管具有一个端子,其连接到地端子;以及另一个端子,其公共地连接到所述负载晶体管的一个端子、所述重置晶体管的一个端子和所述驱动晶体管的栅。
5.权利要求1的CMOS图像传感器,其中所述光电晶体管形成在阱中,所述阱与所述重置晶体管、驱动晶体管和开关晶体管隔离。
6.权利要求5的CMOS图像传感器,其中所述光电晶体管具有与所述阱电连接的栅电极。
7.权利要求1的CMOS图像传感器,其中所述光电晶体管为PMOS型光电晶体管。
8.权利要求7的CMOS图像传感器,进一步包括负载晶体管,其连接到所述光电晶体管,用于控制所述光电晶体管的放大功能。
9.权利要求8的CMOS图像传感器,其中所述负载晶体管具有一个端子,其公共地连接到所述光电晶体管的一个端子、所述重置晶体管的一个端子和所述驱动晶体管的栅;以及另一个端子,其连接到地端子。
10.权利要求8的CMOS图像传感器,其中所述光电晶体管具有一个端子,其连接到电源电压端子;以及另一个端子,其公共地连接到所述负载晶体管的一个端子、所述重置晶体管的一个端子和所述驱动晶体管的栅。
全文摘要
一种CMOS图像传感器包括能够执行光感测和有源放大的光电晶体管。所述光电晶体管被安装以在维持现有像素操作的同时改进低照明特性。所述CMOS图像传感器还包括重置晶体管,其连接到所述光电晶体管并且适于执行重置功能;驱动晶体管,用于响应于来自光电晶体管的输出信号来充当源跟随器缓冲放大器;以及开关晶体管,其连接到所述驱动晶体管并且适于执行寻址功能。
文档编号H01L27/146GK1809128SQ200510132948
公开日2006年7月26日 申请日期2005年12月29日 优先权日2004年12月30日
发明者金凡植 申请人:东部亚南半导体株式会社
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