CN1819231A - Cmos图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种CMOS图像传感器包括：光感测器件，用于产生光电荷；浮动扩散区，用于存储由所述光感测器件产生的光电荷；传递晶体管，其连接在所述光感测器件和所述浮动扩散区之间，用于将由所述光感测器件产生的光电荷传递到所述浮动扩散区；重置晶体管，其连接在电源电压端子和所述浮动扩散区之间，用于将存储在所述浮动扩散区中的电荷放电以重置所述浮动扩散区；驱动晶体管，用于响应于来自所述光感测器件的输出信号来充当源跟随器缓冲放大器；开关晶体管，其连接到所述驱动晶体管，用于进行寻址操作；以及电荷控制器件，其连接在所述光感测器件和所述传递晶体管之间，用于控制存储在所述光感测器件中的电荷的量。

Description

CMOS图像传感器
相关申请的交叉参考
本申请要求于2004年12月29日提交的韩国专利申请号P2004-114841的权益，其通过引用结合在本申请中，如同在这里完全阐述一样。
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，其中电荷控制器件安装在光感测器件和重置晶体管之间以将过量的电荷放电，由此防止所述过量电荷所导致的对相邻晶体管的干扰。
背景技术
通常，图像传感器为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。
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，这导致产品小型化的困难。最近，已经提出CMOS图像传感器来克服CCD图像传感器的缺点。
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CMOS图像传感器中，对应于单元像素的MOS晶体管形成在半导体基片上，以及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。在CMOS图像传感器中，消耗了少量的功率并且进行了小数目的光工艺步骤，导致制造工艺的简化。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，由此方便了产品的小型化。
然而，在这样的传统CMOS图像传感器中，当入射光的量太大时，过量的电荷可以被存储在用来将光学信号转换为电信号的光感测器件中。在此情况下，存储在光感测器件中的电荷可以溢流到相邻的电接触点，导致信号失真。
传统CMOS图像传感器的这个问题将参考图1和2在下文中详细描述。
图1为具有四个晶体管的传统CMOS图像传感器的单元像素的电路图。如图所示，该CMOS图像传感器包括光感测器件，例如，光电二极管100，用于产生光电荷；传递晶体管101，用于在其栅接收Tx信号并响应于所接收的Tx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；重置晶体管103，用于在其栅接收Rs信号，并响应于所接收的Rs信号，将浮动扩散区FD 102的势设置到期望值以及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；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，其用于响应于输入到其栅的信号来进行寻址操作。
图2示出了图1的CMOS图像传感器中发生的溢流现象。
当强光入射于在P型半导体基片110上的P阱111中形成的光感测器件100时，入射光所导致的大量电荷的产生非常迅速地发生。由于这个原因，只应该收集在光感测器件100中的电荷可以通过STI 112之下的区，然后被传递到相邻的晶体管或光感测器件，由此造成信号失真。
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。
本发明提供了一种CMOS图像传感器，其中电荷控制器件安装在光感测器件和重置晶体管之间以将过量的电荷放电，由此防止所述过量电荷所导致的对相邻晶体管的干扰。
本发明的其它优点和特征将在下面的描述中阐述，并且基于对下文的研究，对本领域技术人员将变得明显。本发明的这些及其他优点可通过在书面的说明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，如这里所实施和广泛描述的，CMOS图像传感器包括：光感测器件，用于产生光电荷；浮动扩散区，用于存储由光感测器件产生的光电荷；传递晶体管，其连接在光感测器件和浮动扩散区之间，用于将由光感测器件产生的光电荷传递到浮动扩散区；重置晶体管，其连接在电源电压端子和浮动扩散区之间，用于将存储在浮动扩散区中的电荷放电以重置浮动扩散区；驱动晶体管，用于响应于来自光感测器件的输出信号来充当源跟随器缓冲放大器；开关晶体管，其连接到驱动晶体管，用于进行寻址操作；以及电荷控制器件，其连接在光感测器件和传递晶体管之间，用于控制存储在光感测器件中的电荷的量。
电荷控制器件可以利用晶体管来实施。
电荷控制器件可以通过将存储在光感测器件中的过量电荷放电来控制存储在光感测器件中的电荷的量。为此，电荷控制器件和光感测器件之间的势垒可以被形成到小于光感测器件和传递晶体管之间的势垒的高度，使得存储在光感测器件中的过量电荷可以流到电荷控制器件以被放电。
电荷控制器件可以具有一个端子，其连接到传递晶体管的一个端子和光感测器件的一个端子；以及另一个端子，其连接到与重置晶体管的一个端子和驱动晶体管的一个端子连接的电源电压端子。
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。
附图说明
附图图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。在附图中：
图1为具有四个晶体管的传统CMOS图像传感器的单元像素的电路图；
图2为示出了图1的传统CMOS图像传感器的溢流现象的视图；
图3为示出了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布局的视图；
图4为图3的CMOS图像传感器的单元像素的等效电路图；以及
图5为示出了图3的CMOS图像传感器的单元像素的势分布(potentialprofile)的视图。
具体实施方式
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的部分。
图3示出了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布局。
如图3所示，根据本发明的CMOS图像传感器包括光感测器件，例如，光电二极管200，用于产生光电荷；传递晶体管201，用于在其栅接收Tx信号并响应于所接收的Tx信号，将由光感测器件200产生的光电荷传递到浮动扩散区FD(未示出)；重置晶体管203，用于在其栅接收Rs信号，并响应于所接收的Rs信号，将浮动扩散区FD的势设置到期望值以及将存储在浮动扩散区FD中的电荷放电以重置浮动扩散区FD；驱动晶体管204，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；选择晶体管205，用于响应于输入到其栅的信号来进行寻址操作；以及电荷控制器件206，用于将由光感测器件200产生的过量电荷放电。电荷控制器件206可以利用晶体管来实施，如上面所描述的。
图4为图3的CMOS图像传感器的单元像素的等效电路图。
如图4所示，传递晶体管201连接在光感测器件200和浮动扩散区FD 202之间。重置晶体管203具有连接到电源电压端子PVDD的一个端子和连接到浮动扩散区FD 202的另一个端子。驱动晶体管204具有连接到电源电压端子PVDD的一个端子和连接到选择晶体管205的一个端子的另一个端子。电荷控制晶体管206具有连接到电源电压端子PVDD的一个端子以及与光感测器件200的一个端子和传递晶体管201的一个端子连接的另一个端子。响应于输入到其栅的信号，电荷控制晶体管206用来将由光感测器件200产生的过量电荷放电。
图5示出了图3的CMOS图像传感器的单元像素的势分布。
如图5所示，光感测器件200、传递晶体管201和电荷控制晶体管206形成在具有P阱221的半导体基片220上，并且光感测器件200和传递晶体管201之间的第一势垒223被形成到大于光感测器件200和电荷控制晶体管206之间的第二势垒224的高度。结果，存储在光感测器件200中的过量电荷流到电荷控制晶体管206。
如从上面的描述所显而易见的，本发明提供了一种CMOS图像传感器，其中电荷控制器件被安装在光感测器件和重置晶体管之间以将过量的电荷放电，由此去除过量电荷漂移到相邻电接触点所导致的噪声。
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。

Claims (10)

1.一种互补金属氧化物硅(CMOS)图像传感器，包括：
光感测器件，用于产生光电荷；
浮动扩散区，用于存储由所述光感测器件产生的光电荷；
传递晶体管，其连接在所述光感测器件和所述浮动扩散区之间，用于将由所述光感测器件产生的光电荷传递到所述浮动扩散区；
重置晶体管，其连接在电源电压端子和所述浮动扩散区之间，用于将存储在所述浮动扩散区中的电荷放电以重置所述浮动扩散区；
驱动晶体管，用于响应于来自所述光感测器件的输出信号来充当源跟随器缓冲放大器；
开关晶体管，其连接到所述驱动晶体管，用于进行寻址操作；以及
电荷控制器件，其连接在所述光感测器件和所述传递晶体管之间，用于控制存储在所述光感测器件中的电荷的量。
2.权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述电荷控制器件利用晶体管来实施。
3.权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述电荷控制器件通过将存储在所述光感测器件中的过量电荷放电来控制存储在所述光感测器件中的电荷的量。
4.权利要求3所述的CMOS图像传感器，其中所述电荷控制器件和所述光感测器件之间的势垒被形成到小于所述光感测器件和所述传递晶体管之间的势垒的高度，使得存储在所述光感测器件中的过量电荷可以流到所述电荷控制器件以被放电。
5.权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中所述电荷控制器件具有一个端子，其连接到所述传递晶体管的一个端子和所述光感测器件的一个端子；以及另一个端子，其连接到与所述重置晶体管的一个端子和所述驱动晶体管的一个端子连接的所述电源电压端子。
6.一种制造互补金属氧化物硅(CMOS)图像传感器的方法，该方法包括：
提供用于产生光电荷的光感测器件；
提供用于存储由所述光感测器件产生的光电荷的浮动扩散区；
将传递晶体管连接在所述光感测器件和所述浮动扩散区之间，用于将由所述光感测器件产生的光电荷传递到所述浮动扩散区；
将重置晶体管连接在电源电压端子和所述浮动扩散区之间，用于将存储在所述浮动扩散区中的电荷放电以重置所述浮动扩散区；
提供驱动晶体管，其用于响应于来自所述光感测器件的输出信号来充当源跟随器缓冲放大器；
将开关晶体管连接到所述驱动晶体管，用于进行寻址操作；以及
将电荷控制器件连接在所述光感测器件和所述传递晶体管之间，用于控制存储在所述光感测器件中的电荷的量。
7.权利要求6所述的方法，其中所述电荷控制器件利用晶体管来实施。
8.权利要求6所述的方法，其中所述电荷控制器件通过将存储在所述光感测器件中的过量电荷放电来控制存储在所述光感测器件中的电荷的量。
9.权利要求8所述的方法，其中所述电荷控制器件和所述光感测器件之间的势垒被形成到小于所述光感测器件和所述传递晶体管之间的势垒的高度，使得存储在所述光感测器件中的过量电荷可以流到所述电荷控制器件以被放电。
10.权利要求6所述的方法，其中所述电荷控制器件具有一个端子，其连接到所述传递晶体管的一个端子和所述光感测器件的一个端子；以及另一个端子，其连接到与所述重置晶体管的一个端子和所述驱动晶体管的一个端子连接的所述电源电压端子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101637020B (zh) * 2007-03-26 2012-05-23 （株）赛丽康 芯片堆叠的图像传感器
CN102044548B (zh) * 2009-10-20 2013-01-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Cmos图像传感器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111901540B (zh) * 2014-12-26 2023-05-23 松下知识产权经营株式会社 摄像装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000092395A (ja) 1998-09-11 2000-03-31 Nec Corp 固体撮像装置およびその駆動方法
US7381936B2 (en) * 2004-10-29 2008-06-03 Ess Technology, Inc. Self-calibrating anti-blooming circuit for CMOS image sensor having a spillover protection performance in response to a spillover condition

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101637020B (zh) * 2007-03-26 2012-05-23 （株）赛丽康 芯片堆叠的图像传感器
CN102044548B (zh) * 2009-10-20 2013-01-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Cmos图像传感器
US8513721B2 (en) 2009-10-20 2013-08-20 Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation CMOS image sensor with non-contact structure

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