具有优化形状的cmos成像设备,以及用于借助于光刻产生这样的设备的方法_3

文档序号:8286029阅读:来源:国知局
上,凹痕的存在涉及列和列导体的长度中相当大的不连续,以及因此图像中伪影的存在。这表现为黑色图像(也就是在没有任何入射光束时获得的图像)中的不连续,这对噪声的空间均匀性是有害的。
[0068]根据本发明的第二方面,传感器呈现大的表面积,在实例中至少大于或等于1cm2,但优选地大于或等于100cm2,或者实际上大于或等于200cm2。目前的光刻方法中使用具有相对较小尺寸(约几平方厘米)的掩模或标线的组,因此通过组合光刻的方法(在文献中也被称作照相排版或“缝合”),将传感器形成在半导体晶片上。换句话说,传感器是由半导体晶片通过一个或多个掩模的几次曝光(每次曝光都包括传感器中的大量元素,例如几十个、几百个,或在对矩阵区的照相排版的情况中实际上几千个像素),而形成的。该第二方面也能够由以下事实来表达,即根据本发明的传感器呈现至少一个金属总线,例如行导体或列导体,其长度大于或等于50_,也就是说大于光刻方法中当前使用的掩模的最大尺寸。
[0069]组合本发明的第一和第二方面使得能够产生这样的CMOS传感器,其具有大的表面积,并且呈现非常有吸引力的面积成本比率。尤其地,由正方形(能够在其中刻写该尺寸的圆)CMOS传感器对直径9英寸(约230_)的放射图像增强管的代替需要几个电路的邻接,每个电路均被产生在直径200或300mm的硅晶片上。另一方面,优选地能够在类似尺寸的单个晶片上产生包括直径为230mm的圆的形状。因此,本发明尤其提出基于单个半导体晶片来产生其形状近似圆的形状的CMOS传感器。
[0070]根据本发明的第三方面,行寻址块和列读取块被产生在与像素相同的一个衬底上。实际上,针对像素而言必须的是,寻址块和读取块被产生在相同衬底上,从而避免在采用两个衬底(一个承载像素,另一个承载读取和/或寻址块)时连接的技术困难。
[0071]根据本发明的特定产生形式,设备包括被产生在衬底上的,想要用于连接到外部电路的连接垫,外部电路例如专用于电力供应、对收集到的信号的同步或处理。因此能够容易地实现传感器与外部电路(例如处理器件)的连接。连接垫能够被产生在行寻址块和列读取块中。所述块然后被优选地布置在衬底的周边。有利地,连接垫被布置在衬底的周边,距衬底的边缘,或者距被布置在衬底中的切割线,小于5毫米的距离。通常,它们被布置在10微米和500微米之间的距离处。当传感器呈现多边形形状时,连接垫优选地与衬底的边缘对齐,呈一条或多条线。连接垫具有例如矩形形状,边的长度在50微米(μπι)和70μπι之间,并且边的长度在150 μ m和210 μ m之间。这些特性使得能够有助于与前面提到的外部电路的连接。
[0072]图1是本发明依赖于的示范性CMOS图像传感器的功能图。图像传感器10包括两行LJP L2乘两列Cl Cl 2像素P苫P4的矩阵11。在本示范性传感器中,像素包括光敏元件,并且因此也被称作“光敏点”。矩阵11能够包括任意数目的行和列,像素用通用形式P(i, j)来表示,其中i和j是分别指代矩阵11中的行级和列级的自然整数。图像传感器10还包括行寻址块12,列读取块13,行导体X1、Xm1、Xvdd和X VEAZ?以及列导体Yj。行寻址块12最少包括针对像素P (i, j)的每行i两个连接点SXjP S KAZi。每个连接点SXi都被连接到对应的行导体Xi,并且每个连接点Smi都被连接到对应的行导体X KAZi。像素P(i,j)包括光电二极管Dp(i,j)和三个晶体管T1(^j)、T2(i,j)和1^,j)。光电二极管Dp(i,j)自然能够用任何能够在光子辐射下生成电荷的光敏元件来代替。第一个晶体管T1(^j)被其栅极G-连接到行i的行导体X EAZi,被其漏极D1链接到行导体X糧,并且被其源极S1链接到光电二极管Dp(i,j)的正极。所有光电二极管Dp (i,j)的负极都被链接到共同电势,例如接地。晶体管T1(^j)的源极S1与光电二极管Dp (i,j)的正极之间的连接点被称做浮点A。晶体管T2 (i, j)被其栅极G2链接到浮点A,被其漏极链接到行导体X vdd并且被其源极S 2链接到晶体管T3(i,j)的源极S3。晶体管T3(i,j)的栅极匕被链接到行导体Xi,并且其漏极队被链接到列导体I。全部行导体Xvkaz都经受同一个电势,被称作重置为零电势VKAZ。该电势例如是由电压源14提供的。以类似的方式,全部行导体Xvdd都经受同一个电势,被称作电源电势Vdd。该电势例如是由电压源15提供的。行寻址块12能够还包括使得能够生成要被注射到行导体XjPXKAzi上的信号的元件。这使得例如时钟和移位寄存器成为必须。列读取块13最少包括针对每个列导体Yj的连接点EY JO其能够还包括使得能够处理在列导体Yj上接收到的信号的元件。尤其地,这能够使多路复用器、放大器和/或模数转换器成为必须。
[0073]晶体管T1 (i, j)使得能够重新初始化光电二极管Dp (i, j)的正极的电势至重置为零电势VKAZ。尤其地,当被注射到行i的行导体XeazJ^信号为有源时,行i的全部光电二极管Dp (i, j)的浮点A的电势都被重新初始化到电势VMZ。晶体管T2 (i, j)以从动模式操作,并且晶体管T3(i,j)使得能够选择像素P(i,j)的行i,针对像素P(i,j)的行i,期望读取聚集在浮点A上的电荷的量。当被注射到行i的行导体Xi上的信号为有源时,浮点A的电势被复制,到移位电压内,到对应的列导体Y」。图像传感器10以如下方式操作。在图像捕获阶段期间,优选地发生在将浮点A的电势重置为零的操作之后,光电二极管Dp(i,j)对辐射的暴露生成在浮点A的水平的电荷。在每个负电A的水平的电荷的量大体上与由被考虑像素P(i,j)接收的辐射的强度成比例。图像捕获阶段随后是逐行执行的读取阶段。被注射在各个行导体上的信号连续传到有源状态,使得每个列导体I的电势连续表示在列j的各个像素P(i,j)中积累的电荷的量。
[0074]图2表示根据本发明的传感器的第一示范性实施例。该传感器21被产生在形成衬底的圆形形状半导体晶片22上。传感器21包括由彼此邻接(如此形成行和列)的一组像素24形成的光敏区23、行寻址块12以及列读取块13。未示出的行导体将每行像素24链接到行寻址块12中的一个。未示出的列导体将每列像素24链接到列读取块13中的一个。在该第一示范性实施例中,光敏区23形成正八边形。八边形的边依次由23A至23H表示,边23A是平行于像素24的行的边。光敏区23包括正方形形状的像素241,以及三角形形状的像素242。注意,这里讲的三角形像素,知晓在实践中这些所谓的三角形形状的像素242实际上是在其中每个像素都具有四边形形状的像素的群集,但像素的群集具有基本上为三角形的形状,其一个边是阶梯形的。名称三角形像素因此被理解为三角形像素群集。尤其地,像素242具有等腰直角三角形状。在光敏区23周边的像素当它们位于平行于像素24的行或平行于像素24的列的边(也就是说在边23A、23C、23E和23G)上时,是正方形像素241,并且当它们位于关于像素24的行并且关于像素24的列倾斜时(也就是说在边23B、23D、23F和23H上时),是三角形像素242。三角形像素242被取向为使得允许光敏区23最优地近似八边形的形状。所有其他像素24都是正方形像素241。鉴于图2,显而易见的是,行寻址块12和列读取块13不能被简单地布置在光敏区23的周边两个相互垂直的行中。这样的布置将需要比光敏区23被刻写在其中的圆的直径大得多的直径的晶片22。在该第一示范性实施例中,行寻址块12实际上位于光敏区23内部。它们形成被布置在两列像素24之间并且在八边形的边23A和23E之间延伸的列。该布置呈现以下优点:所有的块12都被相互对齐。另一方面,光敏区23呈现在图像上容易被察觉的不连续。列读取块13位于光敏区23的周边,在八边形的边23D、23E和23F上。在这些边的每个上,块13都被相互对齐,从而遵循八边形形状。特定列读取块13因此关于像素24的行并且关于像素24的列倾斜。块12和13最少包括使得能够将行和列导体与外部电路连接的连接垫。行寻址块12的连接垫例如由金属化孔(也被称作“通孔”)形成,允许通过半导体晶片22的与像素24被形成在其上的面相对的面的连接。列读取块13能够包括,除连接垫以外,用于处理在列导体上接收的信号的电路。这些电路能够被布置在半导体晶片22的与像素24被形成在其上的面相同的面上,或者在相对的面上。以任选的方式,围绕光敏区23和列读取块13的切割线25能够被形成在半导体晶片22上。该切割线25 (由表达“模具密封环”指代)能够通过一叠金属层局部增强的半导体晶片来产生,并因此有利于对传感器21的切割。切割线25因此形成传感器21的边缘。传感器21能够还包括在光敏区23的边上的,被列读取块13留出的路由块26。在该实例中,这些路由块26能够被布置在边23A、23B、23C、23G和23H上。路由块26尤其能够被用于连接电源线,例如在图1中示出的图像传感器10的行导体Xveaz和 Xvdd。
[0075]应注意,在上文描述的示范性传感器21中,以及在后文描述的示范性传感器中,像素24都是通过几何形状来表示的,即正方形或三角形。然而,这仅是示意性表示。像素24例如对应于参考图1所描述的像素P (i,j)。因此,即使像素的表面主要被其光敏元件占据,但其也被其他元件(在该实例中为晶体管和导体的节段)占据。然而,每个像素能够被设计为使得被基本上刻写在期望的形状内。此外,已考虑了每种几何形状均对应于单个像素。然而,每个正方形和每个三角形能够包括多个像素。在该情况中,可以说是像素的块。通过举例的方式,在图2中由附图标记241指代的每个元件都能够包括两行乘两列像素的块,例如图1的矩阵11,或者64X64个像素的块。由附图标记242指代的每个元件都能够包括被布置为形成三角形的相同尺寸的像素的块。此外,在本专利申请中描述的传感器的各个范例中,每个行寻址块12都被表示为寻址像素的单行,或者如果合适的话,像素块的单行。然而,再一次,这是简单表示。同一个行寻址块12能够寻址像素的几行或像素块的几行。在传感器21的特定情况中,相同的寻址块12能够对光敏区23的像素的全部行进行寻址。类似地,列读取块13能够对像素的几列,或者像素块的几列进行寻址。
[0076]针对后续描述,辐射能够以一方式穿过以复制半导体晶片的区上的图案的设备被称为一组掩模或标线。通常,半导体晶
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