专利名称：具外围假像素的影像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及影像传感器，特别是涉及一种影像传感器，其有源像素阵列(active pixel array)环绕有夕卜围假像素(peripheral dummy pixel)。
背景技术：
半导体影像传感器(例如电荷耦合元件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS) 影像传感器)普遍使用于照相机或摄影机中，用以将可见光的影像转换为电子信号，便于 后续的存储、传输或显示。一般来说，影像传感器为一种混和(mixed)信号装置，其集模拟电路及数字电路 于单一装置内。噪声普遍出现于影像传感器的模拟/数字电路中。这些噪声可能会从模拟 /数字电路传播出去，并因而影响影像传感器的成像(imaging)区。成像区之外的另一种噪 声源为参考暗像素阵列(darkreference pixel array)，其用以获取黑电平参考值。这些噪 声通常藉由基板而耦接至成像区。因此，影像传感器的效能(例如其信号对噪声比)会受 到影响。对于有源像素传感器(active pixel sensor, APS)而言，由于其每一像素具有个 别的有源放大器，因此，受到噪声的影响更为显著。由于传统影像传感器无法有效地防御噪声的影响，因此亟需提出一种新颖技术， 用以降低噪声对于影像传感器的成像区(例如有源像素阵列)的影响。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种机制，用以阻隔噪声，使其不会 从模拟/数字电路或参考暗像素阵列而耦接至成像区。根据本发明实施例，成像(imaging)像素阵列受到非成像(non-imaging)像素环 的围绕。位于非成像像素环的外部者为噪声源，例如模拟电路、数字电路或参考暗像素阵列 (dark reference pixel array)。藉此，源自噪声源的电荷会受到非成像像素的汲取。根据本发明另一实施例，含有光遮像素的参考暗像素阵列受到非成像像素环的围 绕及保护。
图1显示本发明实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器的布局；图2显示本发明实施例的有源像素及相邻的假像素；图3显示本发明另一实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器的布局。
具体实施例方式图1显示本发明实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器(或称CIS) 的布局。虽然本实施例以互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器作为例子，然而本发明 也可适用于其它种类的影像传感器。在本实施例中，影像传感器包含假像素(dummy pixel)环10，其围绕成像(imaging)区12的有源像素阵列。在本说明书中，所谓“有源(active)，， 像素系指可进行成像的像素，其相对于非成像的“假(dummy)”像素。成像(imaging)区12 的有源像素阵列可包含有源像素传感器(APS)或者无源像素传感器(PPS)。(外围)假像 素环10的形状不一定是矩形，且不一定必须为封闭的环或回路。再者，也可以使用互相分 离或连接的多个假像素环10。位于假像素10外部者可以是(但不限定于)至少一模拟电 路或/和至少一数字电路或/和参考暗像素阵列。模拟电路、数字电路、参考暗像素阵列内 含噪声源，其产生电荷形式的噪声。噪声源并不限定于上面所述者，其也可以是任何产生并 传播噪声以影响有源像素12的电路，例如电源电路。图2显示本发明实施例的有源像素12及相邻的假像素10。在本实施例中，有源像 素12包含光二极管D及四个晶体管一传输门TG、重置门RG、源极跟随器SF及选择器SL。 因此，此种有源像素12—般又称为互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器的4T像素电 路。虽然本实施例以4T像素电路作为例子，然而像素电路还有其它的变化结构。例如，3T 像素电路、5T像素电路、6T像素电路或其它像素电路也都可以适用于本发明。在本实施例中，有源像素12的传输门TG受控于传输信号Vtc，用以控制光二极管D 位于节点PD的累积光信号的传输。当重置门RG被重置信号Reset开启时，可将光二极管 D重置为重置参考电压VKeset。传输门TG的输出及重置门RG的输出连接一起至位于节点FD 的浮动扩散(floatingdiffusion)区，其再连接至源极跟随器SF的栅极，该源极跟随器SF 则用以缓冲或放大光二极管D的累积光信号。当选择器SL被字符线信号WL开启时，源极 跟随器SF的输出可经由选择器SL及行总线(或位线)而被读出。在本实施例中，假像素10包含光二极管D、传输门TG、重置门RG、源极跟随器SF及 选择器SL，这些元件的配置架构可类似于有源像素12架构，但也可以异于有源像素12架 构。假像素10的输出为浮接的(floating)。在本实施例中，选择器SL并未连接至行总线， 而是浮接的。再者，传输门TG藉由连接其栅极至高电位信号0N，因此传输门TG是一直被开 启的。重置门RG藉由连接其栅极至高电位信号0N，因此重置门RG是一直被开启的；且连 接其漏极至高电压源+，因而重置门RG —直重置着光二极管D。因此，源自模拟电路或/和 数字电路或/和参考暗像素阵列(图1)而被收集的电荷(e_)即可藉此被汲取，特别是被光 二极管D所收集。因此，电荷(e_)就不会被有源像素12所收集。由于源极跟随器SF的输 出为浮接的，所收集的电荷(e_)因而不会经由行总线被读取，并最终被舍弃。虽然本实施 例的光二极管D用以收集电子(e_)，然而，也有其它种类的光二极管是用以收集空穴的。藉 此，假像素可汲取空穴，而非电子。值得注意的是，各个假像素10之间可以是互相分离的， 也可以是互相连接的。有源像素12及假像素10不一定必须位于影像传感器的相同层级。一般来说，只 要假像素10是位于至少一部分有源像素阵列12及噪声源之间，即可实质地降低或阻隔噪声。根据上述实施例，源自外部模拟/数字电路或/且参考暗像素阵列的噪声可被阻 隔，防止其进入成像区12。藉此，信号对噪声比因而可大幅增加，且影像传感器的效能也能 有所增进。图3显示本发明另一实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器(或 称CIS)的布局。在本实施例中，参考暗像素阵列14受到假像素环10的围绕。其中，参考暗像素阵列14包含至少一光遮(light-shielded)像素或光学黑(optical black)像 素。实践上，参考暗像素阵列14通常包含有多列的光遮像素。于黑电平补偿(Black Level Compensation, BLC)阶段，这些光遮像素的暗信号(dark signal)被收集作为黑电平参考 值(black levelreference)或暗参考值(dark reference)，其可自有源像素阵列12所累 积的有效影像信号中予以减除，用以增进影像质量。根据本实施例，虽然参考暗像素阵列14的像素并非作为成像目的的有效像素，然 而，参考暗像素阵列14可连同有源像素阵列12受到假像素环10的保护，避免受到噪声源 (例如模拟/数字电路)的影响。于一般情形下，参考暗像素阵列14所产生的噪声远比假 像素环10外部的模拟/数字电路的噪声来得小。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求的范 围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的权利 要求的范围内。
权利要求
一种具外围假像素的影像传感器，包含有源像素阵列，位于成像区；及假像素，位于所述有源像素阵列的至少一部分与噪声源之间；其中，相对于所述有源像素阵列，所述假像素的输出为浮接的。
2.如权利要求1所述的具外围假像素的影像传感器，其中所述的影像传感器为互补金 属氧化物半导体影像传感器。
3.如权利要求1所述的具外围假像素的影像传感器，其中所述的假像素围绕所述有源 像素阵列。
4.如权利要求3所述的具外围假像素的影像传感器，其中所述的假像素形成假像素环。
5.如权利要求4所述的具外围假像素的影像传感器，其中所述的假像素环具有矩形的 形状。
6.如权利要求4所述的具外围假像素的影像传感器，其中所述的假像素环为封闭环。
7.如权利要求4所述的具外围假像素的影像传感器，其中所述的噪声源包含模拟电 路、数字电路或参考暗像素阵列，其位于所述假像素环的外部。
8.如权利要求4所述的具外围假像素的影像传感器，还包含参考暗像素阵列，其受到 所述假像素环的围绕。
9.如权利要求8所述的具外围假像素的影像传感器，其中所述的参考暗像素阵列包含 至少一光遮像素。
10.如权利要求1所述的具外围假像素的影像传感器，其中所述的有源像素阵列包含 光二极管；传输门，用以传输所述光二极管的光信号； 重置门，用以重置所述光二极管至重置参考电压； 源极跟随器，用以缓冲所述光信号；及选择器，用以致能所述源极跟随器的输出，使其藉由行总线被读出。
11.如权利要求1所述的具外围假像素的影像传感器，其中所述的假像素包含 光二极管；传输门，用以持续传输所述光二极管的噪声信号； 重置门，用以持续重置所述光二极管； 源极跟随器，用以缓冲所述噪声信号；及 选择器，其具有浮接输出。
12.如权利要求11所述的具外围假像素的影像传感器，其中所述假像素的传输门及重 置门一直被开启。
13.一种影像传感器，包含 成像像素阵列，具有成像像素；非成像像素环，围绕所述成像像素阵列；及噪声源，位于所述非成像像素环的外部；其中，源自所述噪声源的电荷受所述非成像像素的汲取。
14.如权利要求13所述的影像传感器，相对于所述成像像素阵列，所述的非成像像素的输出为浮接的。
15.如权利要求13所述的影像传感器，其中所述的影像传感器为互补金属氧化物半导 体影像传感器。
16.如权利要求13所述的影像传感器，其中所述的非成像像素环具有矩形的形状。
17.如权利要求13所述的影像传感器，其中所述的非成像像素环为封闭环。
18.如权利要求13所述的影像传感器，其中所述的噪声源包含模拟电路、数字电路或 参考暗像素阵列。
19.如权利要求13所述的影像传感器，还包含参考暗像素阵列，其受到所述非成像像 素环的围绕。
20.如权利要求19所述的影像传感器，其中所述的参考暗像素阵列包含至少一光遮像素。
21.如权利要求13所述的影像传感器，其中所述的成像像素包含 光二极管；传输门，用以传输所述光二极管的光信号； 重置门，用以重置所述光二极管至重置参考电压； 源极跟随器，用以缓冲所述光信号；及选择器，用以致能所述源极跟随器的输出，使其藉由行总线被读出。
22.如权利要求13所述的影像传感器，其中所述的非成像像素包含 光二极管；传输门，用以持续传输所述光二极管的噪声信号； 重置门，用以持续重置所述光二极管； 源极跟随器，用以缓冲所述噪声信号；及 选择器，其具有浮接输出。
23.如权利要求22所述的影像传感器，其中所述非成像像素的传输门及重置门一直被 开启。
全文摘要
一种具外围假像素(peripheral dummy pixel)的影像传感器。假像素位于有源像素阵列的至少一部分与噪声源之间。相对于有源像素阵列，所述假像素的输出为浮接的，藉以阻隔噪声，防止其被耦接进入有源像素阵列。
文档编号H04N5/374GK101989606SQ20091016491
公开日2011年3月23日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者张宇轩 申请人:英属开曼群岛商恒景科技股份有限公司