具有非破坏性读出的图像传感器像素单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般来说涉及图像传感器。更具体来说，本发明的实例涉及从图像传感器像素单元读出图像数据的电路。
【背景技术】
[0002]图像传感器已变得普遍存在。其广泛用于数码相机、蜂窝式电话、安全相机以及医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器且特定来说互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术已不断快速地进步。此外，对较高分辨率及较低电力消耗的需求的增加已促进了这些图像传感器的进一步小型化及集成。
[0003]随着像素单元变得越来越小，对用以在从低光条件到亮光条件变化的大照明条件范围内运行的图像传感器的需求变得越来越难以实现。此种性能能力通常称为具有高动态范围(HDR)。在具有小光敏装置的常规图像捕获装置中，像素单元通常需要以长及短的积分时间对光电二极管进行多次连续取样或曝光以实现HDR。
[0004]在常规CMOS像素单元中，从光敏装置(例如，光电二极管)转移图像电荷并在所述像素单元内部在浮动扩散节点上将其转换为电压信号。关于此方法的挑战是，对常规像素单元的每一次读出均具破坏性。特定来说，光电二极管中的电荷在每一次读出之后消失，与可在整个帧时间期间积累光的像素单元相比，这会降低光敏感度。
【发明内容】
[0005]本发明的一个实施例涉及一种像素单元，其包括:光电二极管，其经耦合以响应于入射光而光生图像电荷；深沟槽隔离结构，其接近于所述光电二极管而安置以通过所述深沟槽隔离结构提供到所述光电二极管的电容性耦合；放大器晶体管，其耦合到所述深沟槽隔离结构以响应于通过由所述深沟槽隔离结构提供的所述电容性耦合从所述光电二极管读出的所述图像电荷而产生经放大图像数据；及行选择晶体管，其耦合到所述放大器晶体管的输出以将所述经放大图像数据选择性地输出到耦合到所述行选择晶体管的列位线。
[0006]本发明的另一实施例涉及一种成像系统，其包括:像素阵列，其包含多个像素单元，其中所述像素单元中的每一者包含:光电二极管，其经耦合以响应于入射光而光生图像电荷；深沟槽隔离结构，其接近于所述光电二极管而安置以通过所述深沟槽隔离结构提供到所述光电二极管的电容性耦合；放大器晶体管，其耦合到所述深沟槽隔离结构以响应于通过由所述深沟槽隔离结构提供的所述电容性耦合从所述光电二极管读出的所述图像电荷而产生经放大图像数据；及行选择晶体管，其耦合到所述放大器晶体管的输出以将所述经放大图像数据选择性地输出到耦合到所述行选择晶体管的列位线；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列的所述多个像素单元中的每一者读出所述经放大图像数据。
【附图说明】
[0007]参考以下各图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中在所有各视图中相似参考编号指代相似部件，除非另有规定。
[0008]图1是图解说明根据本发明的教示包含非破坏性读出的图像传感器像素单元的一个实例的示意图。
[0009]图2是图解说明根据本发明的教示包含非破坏性读出的实例性图像传感器像素单元的布局的图。
[0010]图3是图解说明根据本发明的教示包含非破坏性读出的图像传感器像素单元的另一实例的不意图。
[0011]图4是图解说明根据本发明的教示包含非破坏性读出的另一实例性图像传感器像素单元的布局的图。
[0012]图5是图解说明根据本发明的教示包含具有非破坏性读出的像素单元的像素阵列的实例性成像系统的框图。
[0013]在图式的所有数个视图中，对应参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为了有助于改进对本发明的各种实施例的理解，图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件放大。此外，通常未描绘在商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本发明的这各种实施例的较不受阻挡的观察。
【具体实施方式】
[0014]在以下描述中，陈述众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将明了，不需要采用所述特定细节来实践本发明。在其它实例中，未详细描述众所周知的材料或方法以避免使本发明模糊。
[0015]在本说明书通篇中对“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例”的提及意指结合所述实施例或实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇的各个位置中短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”、“一个实例”或“一实例”的出现未必全部指代同一实施例或实例。此外，在一或多个实施例或实例中，可以任何适合组合及/或子组合的形式来组合特定特征、结构或特性。特定特征、结构或特性可包含于集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能性的其它适合组件中。另外，应了解，随本文提供的各图用于向所属领域的技术人员解释的目的且图式未必按比例绘制。
[0016]根据本发明的教示的实例描述具有根据本发明的教示的非破坏性读出的图像传感器像素单元的实例。如将展示，在各种实例中，提供到每一像素单元中的光电二极管的电容性耦合，可通过所述电容性耦合来执行对所述像素单元的非破坏性读出。举例来说，在各种实例中，深沟槽隔离结构接近于像素阵列中的每一像素单元的光电二极管而安置以在不影响所述光电二极管中的所积累电荷的情况下感测所述光电二极管中的电压。因此，根据本发明的教示，可为例如自动曝光控制(AEC)等技术提供对像素单元的非破坏性读出，因此，与常规像素单元相比，这改进像素单元的整体光敏感度，因为可在像素单元的整个帧时间期间积累光。
[0017]为图解说明，图1是图解说明根据本发明的教示包含非破坏性读出的图像传感器像素单元102的一个实例的示意图。在所描绘的实例中，像素单元102包含经耦合以响应于入射光136而光生图像电荷的光电二极管104。深沟槽隔离结构Cdti116接近于光电二极管ro 104而安置以通过深沟槽隔离结构cDTIii6提供到光电二极管ro 104的电容性耦合。在图1中所描绘的实例性示意图中，深沟槽隔离结构CDTI116被图解说明为经耦合以提供到光电二极管ro 104的电容性耦合的电容器。
[0018]放大器晶体管112耦合到深沟槽隔离结构Cdti116以响应于通过由深沟槽隔离结构CDTI116提供的电容性耦合从光电二极管ro 104读出的图像电荷而产生经放大图像数据。在图1中所描绘的实例性示意图中，切换晶体管120耦合于深沟槽隔离结构Cdti116与浮动扩散部FD 110之间，如所展示，FD 110耦合到放大器晶体管112。在所描绘的实例中，放大器晶体管112为源极跟随器耦合晶体管，其栅极端子通过切换晶体管120选择性地耦合到深沟槽隔离结构Cdti116。行选择晶体管114耦合到放大器晶体管114的输出以将经放大图像数据选