DE202018005146U1

DE202018005146U1 - Verifizieren von Pixel-Steuersignalen in einem gestapelten Bildsensor

Info

Publication number: DE202018005146U1
Application number: DE202018005146.2U
Authority: DE
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2019-04-29
Anticipated expiration: 2028-11-08
Also published as: CN208985985U; US20190149758A1; US10498996B2

Abstract

Bildsensor, umfassend:
erste und zweite Substrate;
ein Array aus Bildgebungspixeln in dem ersten Substrat, wobei jedes Bildgebungspixel eine Fotodiode aufweist;
eine Zeilensteuerschaltung in dem zweiten Substrat, wobei die Zeilensteuerschaltung dafür konfiguriert ist, Zeilensteuersignale dem Array aus Bildgebungspixeln bereitzustellen; und
eine Verifizierungsschaltung in dem ersten Substrat, die Zeilensteuersignale von der Zeilensteuerschaltung empfängt, wobei das erste Substrat eine Vielzahl von n-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt und keine p-Kanal-Metall-oxid-Halbleitertransistoren einschließt.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile und beansprucht die Priorität der am 14. November 2017 eingereichten vorläufigen Patentanmeldung Nr. 62/585,698, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Bildsensoren, und genauer gesagt, auf ein Verfahren und eine Schaltung zum Testen der Integrität der Komponenten in dem Bildsensor.
Bildsensoren werden üblicherweise in elektronischen Vorrichtungen verwendet, wie z. B. in Mobiltelefonen, Kameras und Computern zum Erfassen von Bildern. Herkömmliche Bildsensoren werden auf einem Halbleitersubstrat unter Verwendung einer Technologie, die einen komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (complementary metal-oxidesemiconductor, CMOS) nutzt, oder einer Technologie, die eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (charge-coupled device, CCD) nutzt, hergestellt. Die Bildsensoren können ein Array aus Bildsensorpixeln einschließen, von denen jedes eine Fotodiode und andere Betriebsschaltungen wie auf dem Substrat ausgebildete Transistoren einschließt.
Im Verlauf der Einsatzdauer einer elektronischen Vorrichtung können Bildsensoren in der elektronischen Vorrichtung fehleranfällig sein. Herkömmliche Bildsensoren sind manchmal mit Verfahren und Schaltungen zum Testen der Funktionalität des Bildsensors bereitgestellt. Jedoch kann das Beinhalten einer Schaltung zum Testen der Funktionsweise des Bildsensors zu einem komplexen Herstellungsverfahren für den Bildsensor führen. Zusätzlich wird bei herkömmlichen Bildsensoren ein einzelnes Halbleitersubstrat für den Bildsensor verwendet. Dies kann den für die Pixel-Fotodioden verfügbaren Platz verringern.
Es wäre daher wünschenswert, in der Lage zu sein, verbesserte Bildsensoren bereitzustellen, die Schaltungen zum Testen der Funktionalität des Bildsensors einschließen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm einer der Veranschaulichung dienenden elektronischen Vorrichtung mit einem Bildsensor gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines veranschaulichenden Bildsensors, der unter Verwendung von gestapelten Substraten gemäß einer Ausführungsform ausgebildet ist.
3 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Bildsensors mit einem Pixelarray und einer Verifizierungsschaltung, die in einem ersten Substrat ausgebildet sind, und einer Ausleseschaltung, die in einem zweiten Substrat ausgebildet ist, gemäß einer Ausführungsform.
4 ist ein Schaltbild eines veranschaulichenden Pixels, das in einem Bildsensor, wie beispielsweise dem Bildsensor von 3, gemäß einer Ausführungsform enthalten sein kann.
5 ist ein Schaltbild einer veranschaulichenden Verifizierungsschaltung, die in einem Bildsensor, wie beispielsweise dem Bildsensor von 3, gemäß einer Ausführungsform enthalten sein kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Bildsensoren. Der Fachmann wird erkennen, dass die vorliegenden Ausführungsbeispiele auch ohne einige oder alle dieser spezifischen Details in die Praxis umgesetzt werden können. In anderen Fällen wurden bereits bekannte Operationen nicht ausführlich beschrieben, um die vorliegenden Ausführungsformen nicht unnötig zu vernebeln.
Elektronische Vorrichtungen wie beispielsweise Digitalkameras, Computer, Mobiltelefone und andere elektronische Vorrichtungen können Bildsensoren einschließen, die einfallendes Licht einfangen, um ein Bild aufzunehmen. Die Bildsensoren können Arrays aus Bildpixeln einschließen. Die Pixel in den Bildsensoren können lichtempfindliche Elemente einschließen, wie beispielsweise Fotodioden, die das einfallende Licht in Bildsignale umwandeln. Bildsensoren können eine beliebige Anzahl von Pixeln aufweisen (z. B. hunderte oder tausende oder mehr). Ein typischer Bildsensor kann zum Beispiel hunderttausende oder Millionen von Pixeln (z. B. Megapixel) aufweisen. Bildsensoren können eine Steuerschaltung einschließen, wie beispielsweise eine Schaltung zum Betreiben der Pixel und eine Ausleseschaltung zum Auslesen von Bildsignalen, die der elektrischen Ladung entsprechen, die durch die lichtempfindlichen Elemente erzeugt wird.
1 ist ein Diagramm eines der Veranschaulichung dienenden Imaging-and-Response-Systems, das ein Bildgebungssystem einschließt, bei dem ein Bildsensor zum Erfassen von Bildern verwendet wird. Das System 100 von 1 kann eine elektronische Vorrichtung, wie etwa eine Kamera, ein Mobiltelefon, eine Videokamera oder eine andere elektronische Vorrichtung sein, die digitale Bilddaten erfasst, kann ein Fahrzeugsicherheitssystem (z. B. ein aktives Bremssystem oder ein anderes Fahrzeugsicherheitssystem) sein oder kann ein Überwachungssystem sein.
Wie in 1 gezeigt, kann das System 100 ein Bildgebungssystem, wie beispielsweise ein Bildgebungssystem 10, und Host-Subsysteme, wie beispielsweise ein Host-Subsystem 20, einschließen. Das Bildgebungssystem 10 kann das Kameramodul 12 einschließen. Das Kameramodul 12 kann einen oder mehrere Bildsensoren 14 und eine oder mehrere Linsen einschließen.
Jeder Bildsensor im Kameramodul 12 kann einer bestimmten integrierten Schaltung einer Bildsensoranordnung jeweils gleich sein oder zu verschiedenen Arten von Bildsensoren gehören. Während der Bildaufnahme- bzw. Bilderfassungsoperationen kann jede Linse Licht auf einen zugeordneten Bildsensor 14 bündeln. Der Bildsensor 14 kann lichtempfindliche Elemente (z. B. Pixel) einschließen, die das Licht in digitale Daten umwandeln. Bildsensoren können eine beliebige Anzahl von Pixeln haben (z. B. hunderte, tausende, Millionen oder mehr). Ein typischer Bildsensor kann beispielsweise Millionen von Pixeln haben (z. B. Megapixel). Zum Beispiel kann der Bildsensor 14 eine Vorspannungsschaltung (z. B. Source-Folger-Lastschaltkreise), eine Abtast-Halte-Schaltung, eine Doppelabtastungskorrelationsschaltung (CDS-Schaltung), eine Verstärkerschaltung, eine Analog-Digital-Wandlerschaltung, eine Datenausgabeschaltung, einen Speicher (z. B. eine Speicherschaltung), eine Adressschaltung usw. beinhalten.
Stand- und Video-Bilddaten vom Kamerasensor 14 können über den Pfad 28 an der Bildverarbeitungs- und Datenformatierungsschaltung 16 bereitgestellt werden. Die Bildverarbeitungs- und Datenformatierungsschaltung 16 kann verwendet werden, um Bildverarbeitungsfunktionen auszuführen, wie z. B. Datenformatierung, Weißabgleich und Belichtung, Implementierung der Video-Bildstabilisierung, Gesichtserkennung usw. Die Bildverarbeitungs- und Datenformatierungsschaltung 16 kann auch eingesetzt werden, um bei Bedarf Roh-Bilddaten der Kamera zu komprimieren (z. B. in das JPEG-Format (Joint Photographic Experts Group)). In einer typischen Ausgestaltung, die gelegentlich als System-on-a-Chip-Ausgestaltung (SOC-Ausgestaltung) bezeichnet wird, sind der Kamerasensor 14 und die Bildverarbeitungs- und Datenformatierungsschaltung 16 auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (z. B. einem gemeinsamen Silicium-Chip einer integrierten Bildsensorschaltung) implementiert. Bei Bedarf können der Kamerasensor 14 und die Bildverarbeitungsschaltung 16 auf separaten Halbleitersubstraten ausgebildet sein. Beispielsweise können der Kamerasensor 14 und die Bildverarbeitungssystem 16 auf separaten, aufeinander gestapelten Substraten ausgebildet sein.
Das bildgebende System 10 (z. B. die Bildverarbeitungs- und Datenformatierungsschaltung 16) kann über den Pfad 18 erfasste Bilddaten zum Host-Subsystem 20 übermitteln. Das Host-Subsystem 20 kann Verarbeitungssoftware beinhalten zum Erfassen von Objekten in Bildern, zum Erfassen von Bewegungen von Objekten zwischen Einzelbildern, zum Bestimmen der Abstände zu Objekten in Bildern, zum Filtern oder anderweitigen Bearbeiten von Bildern, die vom Bildgebungssystem 10 bereitgestellt werden.
Falls gewünscht, kann das System 100 einem Benutzer zahlreiche hochentwickelte Funktionen bereitstellen. Beispielsweise kann einem Nutzer in einem Computer oder einem hochentwickelten Mobiltelefon die Möglichkeit geboten werden, Nutzeranwendungen laufen zu lassen. Zum Implementieren dieser Funktionen kann das Host-Subsystem 20 des Systems 100 Eingabe-Ausgabe-Einrichtungen 22 haben, wie z. B. Tastaturen, Eingabe-Ausgabe-Ports, Joysticks und Anzeigen und eine Speicher- und Verarbeitungsschaltung 24. Die Speicher- und Verarbeitungsschaltung 24 kann flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher (z. B. Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Flash-Speicher, Festplatten, Festkörperlaufwerke usw.) beinhalten. Die Speicher- und Verarbeitungsschaltung 24 kann auch Mikroprozessoren, Mikrocontroller, Digitalsignalprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen usw. beinhalten.
Das System 100 kann ein Fahrzeugsicherheitssystem sein. Bei einem Fahrzeug-Sicherheitssystem können durch den Bildsensor erfasste Bilder vom Fahrzeug-Sicherheitssystem verwendet werden, um Umweltbedingungen in der Umgebung des Fahrzeugs zu bestimmen. Beispiele für Fahrzeug-Sicherheitssysteme können ein Park-Assistenzsystem einschließen sowie ein automatisches oder halbautomatisches Geschwindigkeitsregelsystem, ein automatisches Bremssystem, ein Kollisionsvermeidungssystem, ein Spurhaltesystem (gelegentlich bezeichnet als Spurabweichungsvermeidungssystem) ein Fußgängererkennungssystem usw. Zumindest in einigen Fällen kann ein Bildsensor einen Teil eines halbautonomen oder autonomen selbstfahrenden Fahrzeugs bilden. Fahrzeug-Sicherheitsstandards können erfordern, dass der korrekte Betrieb beliebiger Komponenten eines Fahrzeug-Sicherheitssystems (einschließlich des Bildsensors) vor, während und/oder nach dem Betrieb des Fahrzeugs überprüft wird. Die Prüfvorgänge für Komponenten für den Bildsensor können durch das Bildgebungssystem vor, während und/oder nach dem Betrieb eines Fahrzeugs ausgeführt werden (z. B. beim Einschalten und/oder Ausschalten des Bildgebungssystems).
Falls gewünscht, kann der Bildsensor 14 unter Verwendung eines einzelnen Halbleitersubstrats implementiert werden. Alternativ kann der Bildsensor 14 in einer Stacked-Die-Anordnung implementiert sein. In der Stacked-Die-Anordnung können Pixel in einem Substrat ausgebildet werden, und Ausleseschaltungen können in einem separaten Substrat ausgebildet werden. Die Pixel können wahlweise zwischen zwei Substraten aufgeteilt sein. Die Substratschichten können Schichten aus Halbleitermaterial, wie Silizium, sein. Die Substratschichten können unter Verwendung von Metallverbindungen verbunden werden. Ein Beispiel ist in 2 gezeigt, in der die Substrate 42, 44 und 46 verwendet werden, um den Bildsensor 14 zu bilden. Die Substrate 42, 44 und 46 können manchmal als Chips bezeichnet werden. Der obere Chip 42 kann die Fotodioden im Pixelarray 32 enthalten. Die ladungsübertragenden Transistorgates (z. B. Transfertransistor 58 in 4) kann auch im oberen Chip 42 enthalten sein. Um jedoch sicherzustellen, dass ausreichend Platz für die Fotodioden im oberen Chip 42 vorhanden ist, kann ein Großteil der Schaltung für den Bildsensor im mittleren Chip 44 und im unteren Chip 46 gebildet werden.
Der mittlere Chip 44 kann mit einer Verbindungsschicht an jedem Pixel an den oberen Chip 42 gebondet werden. Zum Beispiel kann die Pixelschaltung 34 in dem mittleren Chip 44 mit einer schwebenden Diffusion (FD) verbunden sein, die mit einem ladungsübertragenden Transistor verbunden ist, der in dem oberen Chip 42 ausgebildet ist. Das Bonden jedes Pixels in dem oberen Chip 42 an entsprechende Pixelschaltungen in dem mittleren Chip 44 (z. B. schwebende Diffusion an schwebende Diffusion) kann als Hybrid-Bonden bezeichnet werden. Der mittlere Chip 44 und der untere Chip 46 sind möglicherweise nicht mit Hybridbonden gekoppelt. Nur periphere elektrische Kontaktpads 36 eines jeden Chips können miteinander verbunden sein (z. B. Chip-zu-Chip-Verbindungen 38). Jeder Chip in dem Bildsensor 14 kann relevante Schaltungen enthalten. Der obere Chip kann Fotodioden und ladungsübertragende Transistorgates enthalten. Der mittlere Chip kann eine Pixelschaltung (z. B. einen schwebenden Diffusionsknoten, einen Source-Folger-Transistor, einen Rücksetztransistor usw.) enthalten. Der untere Chip 46 (manchmal als ein ASIC-Chip bezeichnet) kann einen oder mehrere Takterzeugungsschaltungen, Pixeladressierungsschaltungen, Signalverarbeitungsschaltungen wie korrelierte Doppelabtastungsschaltungen (CDS-Schaltungen), Analog-Digital-Wandlerschaltungen, digitale Bildverarbeitungsschaltungen, Systemschnittstellenschaltungen, Klemmeneingangsgeneratorschaltungen, Klemmentransistoren und Klemmenschaltung einschließen.
Das in 2 gezeigte Beispiel ist lediglich veranschaulichend. Wie zuvor erwähnt, kann der Bildsensor in einer anderen Ausführungsform zwei Substrate einschließen. In dieser Ausführungsform kann das erste Substrat Fotodioden, ladungsübertragende Transistorgates und Pixelschaltungen (z. B. schwebender Diffusionsknoten, Source-Folger-Transistor, Rücksetztransistor usw.) einschließen. Das zweite Substrat (z. B. der ASIC-Chip) kann einen oder mehrere Takterzeugungsschaltungen, Pixeladressierungsschaltungen, Signalverarbeitungsschaltungen, wie CDS-Schaltungen, Analog-Digital-Wandlerschaltungen, digitale Bildverarbeitungsschaltungen, Systemschnittstellenschaltungen, Klemmeingangsgeneratorschaltungen, Klemmentransistoren und Klemmenschaltung einschließen.
3 zeigt einen veranschaulichenden Bildsensor 14, der mehrere Substrate und eine Verifizierungsschaltung einschließt. Der Bildsensor 14 schließt ein Pixel-Array, wie z. B. das Array 32 aus Pixeln 52 ein (hierin gelegentlich als Bildsensorpixel, Bildgebungspixel oder Bildpixel 52 bezeichnet). Der Bildsensor 14 kann Licht erfassen, indem er auftreffende Photonen in Elektronen oder Löcher umwandelt, die in Sensorpixeln im Pixelarray 32 integriert (gesammelt) sind. Nach Abschluss des Integrationszyklus kann gesammelte Ladung in eine Spannung umgewandelt werden, die den Ausgangsanschlüssen des Bildsensors 14 zugeführt werden kann. Nachdem die Ladungsspannungsumwandlung abgeschlossen ist und das resultierende Signal aus den Pixeln herausgeführt ist, können die Pixel des Bildsensors 14 zurückgesetzt werden, um bereit zu sein, neue Ladung zu akkumulieren. In bestimmten Ausführungsformen können Pixel einen schwebenden Diffusionsbereich (FD) als einen Ladungserkennungsknoten verwenden. Wenn ein schwebender Diffusionsknoten verwendet wird, kann das Zurücksetzen bewerkstelligt werden, indem ein Rücksetztransistor eingeschaltet wird, der den FD-Knoten mit einer Spannungsreferenz, die der Pixel-SF-Drainknoten sein kann, leitend verbindet.
Wie in 3 dargestellt, kann der Bildsensor 14 auch eine Zeilensteuerschaltung 22 (manchmal als Zeilendecoder/Treiber bezeichnet) einschließen. Die Zeilensteuerschaltung 22 kann Steuersignale an das Pixelarray 32 senden (z. B. über die Steuerleitungen 86), um den Betrieb der Pixel in dem Pixelarray 32 zu steuern. Beispielsweise kann die Zeilensteuerschaltung 22 ein Transfersteuersignal (TX), ein Rücksetzsteuersignal (RST), ein Zeilenauswahlsteuersignal (RS) und/oder ein Doppelwandlungsverstärkungssteuersignal (DCG) an das Pixelarray 32 und/oder die Verifizierungsschaltung 45 unter Verwendung der Steuerleitungen 86 senden. Das Transfersteuersignal kann in jedem Pixel in einer gegebenen Zeile an einen Transfertransistor bereitgestellt werden. Das Rücksetzsteuersignal kann in jedem Pixel in einer gegebenen Zeile an einen Rücksetztransistor bereitgestellt werden. Das Zeilenauswahlsteuersignal kann in jedem Pixel in einer gegebenen Zeile an einen Zeilenauswahltransistor bereitgestellt werden. Das Doppelwandlungsverstärkungssteuersignal kann in jedem Pixel in einer gegebenen Zeile an einen Doppelwandlungsverstärkungssteuertransistor bereitgestellt werden.
Jedes Pixel in dem Pixelarray 32 kann mit einer entsprechenden Spaltenleitung 24 gekoppelt sein. Jede Spaltenleitung kann mit jedem Pixel in einer jeweiligen Spalte des Pixelarrays gekoppelt sein. Während des Betriebs des Pixelarrays 32 können die Pixel die Spannung ausgeben, die auf der Lichtmenge basiert, die während des Integrationszyklus auf der Spaltenleitung 24 (manchmal als Spaltenausgangsleitung 24 bezeichnet) gesammelt wird. Jede Spaltenleitung 24 ist mit einem jeweiligen Analog-Digital-Wandler (ADC) 26 gekoppelt. Die Analog-Digital-Wandler werden dafür verwendet, um die von der Spaltenausgangsleitung empfangene Spannung in ein digitales Signal umzuwandeln. Die Analog-Digital-Wandler 26 können analogmassebezogene Analog-Digital-Wandler sein.
In einigen Fällen, wie in 3 gezeigt, schließt der Bildsensor Klemmtransistoren ein. Die Klemmtransistoren 28 können zwischen der Spaltenausgangsleitung 24 und einem Vorspannungsversorgungsanschluss 30 gekoppelt sein. Der Vorspannungsversorgungsanschluss 30 kann eine Vorspannung, wie etwa V_AAPIX , oder eine andere gewünschte Vorspannung liefern. In dem Beispiel von 3 sind die Klemmtransistoren 28 n-Kanal-Metalloxidhalbleiter-Transistoren (nMOS-Transistoren) mit einem Drain-Anschluss, der mit dem Vorspannungsversorgungsanschluss 30 gekoppelt ist, und einem Source-Anschluss, der mit Spaltenausgangsleitung 24 gekoppelt ist. Das Gate jedes Klemmtransistors kann ein Signal von dem Klemmeingangsgenerator 20 empfangen. Der Klemmeingangsgenerator 20 kann entweder einen massebezogenen Klemmeingang oder einen spannungsversorgungsbezogenen Klemmeingang ausgeben. Während normaler Bildgebungsvorgänge (wenn das Pixelarray 32 verwendet wird, um Licht während Integrationszyklen zu sammeln), kann der Klemmeingangsgenerator 20 einen spannungsversorgungsbezogenen Klemmeingang ausgeben, der in Bezug auf die Stromversorgungsspannung (z. B. V_AAPIX ) erzeugt wird. Während der Testvorgänge (manchmal als Verifizierungsvorgänge bezeichnet) kann der Klemmeingangsgenerator 20 einen massebezogenen Klemmeingang ausgeben, der in Bezug auf die analoge Masse erzeugt wird. In einigen Fällen kann die Verwendung des analogmassebezogenen Klemmeingangs Testeingänge mit hoher Genauigkeit während der Testvorgänge sicherstellen.
Der Bildsensor von 3 kann auch einen VLN-Signalgenerator 72 einschließen, der ein entsprechendes VLN-Signal erzeugt. Das VLN-Signal wird den Gates der VLN-Transistoren 74 bereitgestellt. In dem Beispiel von 3 sind die VLN-Transistoren 74 n-Kanal-Metalloxidhalbleiter-Transistoren (nMOS-Transistoren) mit einem Drain-Anschluss, der mit der Spaltenausgangsleitung 24 gekoppelt ist, und einem Source-Anschluss, der mit Masse 76 gekoppelt ist. Die VLN-Transistoren 74 und der VLN-Signalgenerator 72 können nMOS-Stromquellen bilden, die während des Auslesens und Testens von Pixeln in dem Bildsensor verwendet werden.
Der VLN-Signalgenerator 72 und der Klemmeingangsgenerator 20 können Teil der Steuer- und Verarbeitungsschaltung 82 sein. Die Analog-Digital-Wandler 26, die Klemmtransistoren 28 und die VLN-Transistoren 74 können als Teil der Spaltensteuer- und Ausleseschaltung 84 betrachtet werden. Die Steuer- und Verarbeitungsschaltung 82 kann der Bildverarbeitungs- und Datenformatierungsschaltung 16 in 1 entsprechen. Die Steuer- und Verarbeitungsschaltung 82 kann mit einer Zeilensteuerschaltung 22 verbunden sein und mit einer Spaltensteuer- und Ausleseschaltung 84 verbunden sein. Die Zeilensteuerschaltung 22 kann Zeilenadressen von der Steuer- und Verarbeitungsschaltung 82 empfangen und kann über Steuerpfade 86 (z. B. Doppelwandlungsverstärkungssteuersignale, Pixel-Rücksetzsteuersignale, Ladungsübertragungssteuersignale, Blooming-Steuersignale, Zeilenauswahlsteuersignale oder andere gewünschte Pixelsteuersignale) entsprechende Zeilensteuersignale (z. B. TX, RST, RS, DCG) an Bildpixel in Bildpixel 32 liefern. Die Spaltensteuer- und Ausleseschaltung 84 kann über die Spaltenleitungen 24 mit den Spalten des Pixelarrays 32 verbunden sein. Die Spaltenleitungen 24 können zum Auslesen von Bildsignalen von den Bildpixeln und zur Bereitstellung von Vorspannungssignalen (z. B. Vorspannungsströmen oder Vorspannungsspannungen) an Bildpixel verwendet werden. Während Bildpixelauslesevorgängen kann eine Pixelzeile im Bildpixelarray 32 unter Verwendung der Zeilensteuerschaltung 22 ausgewählt werden, und Bilddaten, die mit Bildpixeln dieser Pixelzeile assoziiert sind, können durch die Spaltensteuer- und Ausleseschaltung 84 auf Spaltenleitungen 24 ausgelesen werden.
Zusätzlich zu den in 3 gezeigten Analog-Digital-Wandlern, Klemmeingangstransistoren und VLN-Transistoren kann die Spaltensteuer- und Ausleseschaltung 84 eine Spaltenschaltung, wie Spaltenverstärker zur Verstärkung von aus dem Array 32 ausgelesenen Signalen, eine Abtast-Halte-Schaltung zum Abtasten und Halten der aus dem Array 32 ausgelesenen Signale, und/oder beliebige andere gewünschte Komponenten einschließen. Die Spaltensteuer- und Ausleseschaltung 84 kann digitale Pixelwerte an die Steuer- und Verarbeitungsschaltung 82 ausgeben.
Das Array 32 kann eine beliebige Anzahl von Zeilen und Spalten aufweisen. Generell richten sich die Größe des Arrays 32 und die Anzahl der Zeilen und Spalten im Array 32 nach der spezifischen Implementierung des Bildsensors 14. Während Zeilen und Spalten hierin generell als horizontal bzw. vertikal beschrieben sind, können sich Zeilen und Spalten auf beliebige rasterähnliche Strukturen beziehen (z. B. können hierin als Zeilen beschriebene Merkmale vertikal angeordnet sein und hierin als Spalten beschriebene Merkmale können horizontal angeordnet sein).
Über die Lebensdauer des Bildsensors hinweg kann der Bildsensor anfällig für einen Ausfall sein. Daher kann der Bildsensor 14 in 3 eine Verifizierungsschaltung 45 zum Testen der Funktionalität des Bildsensors aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Verifizierungsschaltung 45 Dummy-Pixel 47 einschließen. Dummy-Pixel 47 können einige oder alle Komponenten eines Bildgebungspixels von dem Array 32 einschließen (obwohl die Dummy-Pixel nicht dafür konfiguriert sind, einfallendes Licht zu messen). Die Verifizierungsschaltung 45 kann, falls gewünscht, auch Logikschaltungen, Vergleichsschaltungen und Flip-Flop-Schaltungen einschließen.
Falls gewünscht, können die Zeilensteuerschaltung 22 und das Pixelarray 32 zusammen (zum Beispiel) in einer einzelnen integrierten Schaltung integriert sein. Alternativ können die Zeilensteuerschaltung 22 und das Pixelarray 32 in separaten Halbleitersubstraten implementiert sein. In einem Beispiel können, wie in 3 gezeigt, das Pixelarray 32 und die Verifizierungsschaltung 45 in einem ersten Chip 92 ausgebildet sein, während die zusätzliche Schaltung (z. B. Zeilensteuerschaltung 22, Klemmeingangsgenerator 20, ADCs 26 usw.) in einem zweiten Chip 94 ausgebildet ist. Der erste Chip kann manchmal als Pixel-Sensorchip bezeichnet werden. Der zweite Chip kann als anwendungsspezifischer integrierter Schaltungs-Chip (ASIC = application specific integrated circuit) bezeichnet werden. Die zwei Chips können durch leitfähige Verbindungsschichten (z.' B. Hybridbindungen und/oder Bindungen an peripheren Kontaktpads) verbunden sein.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei der Bildsensor 14 unter Verwendung von gestapelten Chips angewandt wird, kann es wünschenswert sein, dass die Verifizierungsschaltung (z. B. die Verifizierungsschaltung 45 in dem Pixel-Sensorchip) nur nMOS-Transistoren (n-Kanal-Metalloxidhalbleiter-Transistoren) aufweist. Das Einschließen von nur nMOS-Transistoren in dem Pixel-Sensorchip (und keine pMOS-Transistoren) kann die Menge an Implantationsschritten zum Bilden des Chips während der Herstellung reduzieren. Zusätzlich kann das Bilden des Pixel-Sensorchips ausschließlich mit nMOS-Transistoren (und ohne pMOS-Transistoren) Kontamination reduzieren. Daher kann es wünschenswert sein, in dem Pixel-Sensorchip nur nMOS-Transistoren zu verwenden.
Die Zeilensteuerschaltung 22 kann Zeilensteuersignale an die Bildpixel zum Erfassen von Bilddaten bereitstellen (z. B. über Steuerpfade 86). Die Verifizierungsschaltung kann auch die Zeilensteuersignale von der Zeilensteuerschaltung 22 empfangen. Die Verifizierungsschaltung kann vorbestimmte Bereiche von akzeptablen Zeilensteuersignalgrößen basierend auf der Art des Zeilensteuersignals und der Betriebsart des Bildsensors identifizieren. Wenn das ausgegebene Testsignal nicht innerhalb des bestimmten Bereichs liegt, kann eine Fehlerkennzeichnung vom Bildsensor ausgegeben werden.
Der ASIC-Chip 94 kann auch eine oder mehrere p-Kanal-Metalloxidhalbleiter-Stromquellen (pMOS-Stromquellen) 96 (z. B. Stromquellen, die aus einem oder mehreren pMOS-Transistoren gebildet sind) enthalten. Die pMOS-Stromquellen 96 können als die aktive Last für die Verifizierungsschaltung 45 in dem Pixel-Sensorchip verwendet werden. Um jedoch sicherzustellen, dass nur nMOS-Strukturen in dem Pixel-Sensorchip 92 gebildet werden, sind die pMOS-Stromquellen 96 in dem ASIC-Chip 94 ausgebildet. Die Zeilenauswahlsignale von der Zeilensteuerschaltung 22 können als ein Einschaltsignal für die Verifizierungsschaltung 45 verwendet werden (z. B. kann das Zeilenauswahlsignal in der Zeile, die getestet wird, aktiviert werden). Zum Beispiel wird das Zeilenauswahlsteuersignal (RS) aktiviert, um ein Testen unter Verwendung einer vorgegebenen Zeile der Verifizierungsschaltung zu ermöglichen. Eine Stromquelle von dem ASIC-Chip (z. B. von der Stromquelle 96) kann nur an einer Zeile vorgesehen sein, die durch die Aktivierung des Zeilenauswahlsteuersignals freigegeben wird. Das Aktivieren ausschließlich der Verifizierungsschaltung einer ausgewählten Zeile kann den Energieverbrauch während des Testens verringern. Die Verifizierungsschaltung kann einen nMOS-Source-Folger-Transistor und einen nMOS-Zeilenauswahltransistor aufweisen. Da die Verifizierungsschaltung innerhalb des Chips 92 vorliegt, werden keine pMOS-Strukturen in der Verifizierungsschaltung gebildet.
4 ist ein Schaltbild, das die Struktur der Pixel 52 in 3 zeigt. Wie in 4 gezeigt, schließt das Pixel 52 eine Fotodiode 54, einen schwebenden Diffusionsbereich (FD) 56 und einen Transfertransistor 58 ein. Die Fotodiode 54 kann Licht erfassen, indem auftreffende Photonen in Elektronen oder Löcher umgewandelt werden. Der Transfertransistor 58 kann aktiviert werden, um Ladung von Fotodiode 54 auf den schwebenden Diffusionsbereich 56 zu übertragen. Ein Zeilenauswahltransistor 64 ist zwischen dem Drain des Source-Folger-Transistors 60 und der Spaltenausgangsleitung 24 angeordnet. Um Ladung aus dem schwebenden Diffusionsbereich 56 auszulesen, wird der Zeilenauswahltransistor 64 aktiviert und die Spannung entsprechend der Ladung an dem schwebenden Diffusionsbereich auf der Spaltenausgangsleitung 24 ausgelesen. Der schwebende Diffusionsbereich 56 ist mit dem Source-Folger-Transistor 60 und dem Rücksetztransistor 62 gekoppelt. Der Source-Folger-Transistor ist auch mit einer Vorspannungsversorgungsleitung 63 gekoppelt, die eine Vorspannung V_AAPIX bereitstellt.
Nachdem die Ladungsspannungsumwandlung abgeschlossen und das resultierende Signal aus den Pixeln (durch Aktivieren des Zeilenauswahltransistors 64) übertragen ist, kann das Pixel zurückgesetzt werden, indem der Rücksetztransistor 62 aktiviert wird und der schwebende Diffusionsbereich mit der Vorspannungsversorgungsleitung 63 gekoppelt wird. Da das Pixel 52 in dem Pixel-Sensor-Chip 92 ausgebildet ist, können alle Transistoren in dem Pixel 52 nMOS-Transistoren sein. Mit anderen Worten sind der Transfertransistor 58, der Rücksetztransistor 62, der Source-Folger-Transistor 60 und der Zeilenauswahltransistor 64 allesamt nMOS-Transistoren. Die in 4 gezeigte Pixelstruktur ist lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, kann das Pixel 52 beliebige andere gewünschte Pixelkomponenten in beliebigen Konfigurationen einschließen (z. B. eine oder mehrere Speicherdioden, einen oder mehrere Speicherkondensatoren, einen Anti-Blooming-Transistor, einen oder mehrere Doppelwandlungsverstärkungstransistoren, einen oder mehrere Doppelwandlungsverstärkungskondensatoren usw.).
5 ist ein Schaltbild, das die Struktur der Verifizierungsschaltung 45 (einschließlich der Dummy-Pixel 47) in 3 zeigt. Wie in 5 gezeigt, kann jedes Dummy-Pixel 47 einen Source-Folger-Transistor 60 enthalten, der zwischen V_AAPIX und dem Zeilenauswahltransistor 64 gekoppelt ist. Der Zeilenauswahltransistor 64 ist zwischen dem Source-Folger-Transistor 60 und der Spaltenleitung 24 gekoppelt. Jedes Dummy-Pixel kann auch eine entsprechende Verifizierungsschaltung 47 V (manchmal als Verifizierungsschaltung 47 V oder Verifizierungsschaltungsabschnitt 47 V bezeichnet) einschließen. Die Verifizierungsschaltung 47 V kann Steuersignale von der Zeilensteuerschaltung 22 empfangen, wie beispielsweise das Transfersteuersignal TX, das Rücksetzsteuersignal RST und das Zeilenauswahlsteuersignal RS. Die Verifizierungsschaltung 47 V kann auch mit einer pMOS-Stromquelle 96 gekoppelt sein. Die pMOS-Stromquelle 96 kann die Stromquelle für die Verifizierungsschaltung 47 V bereitstellen. Jedoch wird, um sicherzustellen, dass nur die nMOS-Strukturen im Pixel-Chip 92 gebildet werden, die pMOS Stromquelle im ASIC-Chip 94 gebildet, während die Verifizierungsschaltung 47 V und der Rest jedes Dummy-Pixels 47 im Pixel-Chip 92 gebildet werden. Wie zuvor erwähnt, fungiert das Zeilenauswahlsignal RS als Freigabesignal für die Verifizierungsschaltung 47 V. Daher empfangen nur die Pixel 47, in denen das Zeilenauswahlsteuersignal RS aktiviert ist, den Versorgungsstrom von der pMOS-Stromquelle 96.
Um sicherzustellen, dass nur nMOS-Strukturen im Pixel-Chip 92 gebildet werden, werden der Source-Folger-Transistor 60 und der Zeilenauswahltransistor 64 jedes Dummy-Pixels 47 aus nMOS-Transistoren gebildet. Zusätzlich ist die Verifizierungsschaltung jedes Dummy-Pixels nur aus nMOS-Strukturen gebildet.
Die Verifizierungsschaltung 47 V jedes Dummy-Pixels kann auch eine Logikschaltung, eine Vergleichsschaltung und/oder eine Flip-Flop-Schaltung einschließen, falls erwünscht (z. B. ein NAND-Gatter, ein NOR-Gatter, ein SR-Latch usw.). Die Dummy-Pixel können verwendet werden, um zahlreiche Tests von Steuersignalen und Funktionalität innerhalb von Bildsensor 14 durchzuführen. Beispielsweise können die Dummy-Pixel dafür verwendet werden, um eine Rücksetzsignalüberprüfung durchzuführen. Bei der Rücksetzsignalüberprüfung wird das Rücksetzsignal bei der Analog-Digital-Wandlung verringert. Wenn das Rücksetzsignal niedrig ist, wird auch der FDIN-Knoten während der Analog-Digital-Wandlung niedrig sein. Wenn das Rücksetzsignal nicht niedrig ist, ist ein Fehler aufgetreten und der FDIN-Knoten ist während der Analog-Digital-Wandlung hoch. Die Rücksetzsignalüberprüfung kann ein NAND-Gatter in der Verifizierungsschaltung verwenden. Die Dummy-Pixel können auch dafür verwendet werden, eine Zeilenadressenprüfung durchzufuhren. Die Zeilenadressenprüfung kann ein NAND-Gatter, ein NOR-Gatter und ein SR-Latch in der Verifizierungsschaltung verwenden. Die Dummy-Pixel können auch dafür verwendet werden, ein Transfersteuersignal, ein Rücksetzsteuersignal, eine Zeilenauswahlsteuersignalausbreitungsprüfung (manchmal als TX, RST, RS-Ausbreitungsprüfung bezeichnet) mit einem FD-Binningmodus durchzuführen. Die Dummy-Pixel können auch dafür verwendet werden, um eine Doppelumwandlungsverstärkungsmodusprüfung (DCG-Modusprüfung) durchzuführen.
Die Ausgaben der Dummy-Pixel in einer jeweiligen Spalte werden der Spaltenleitung 24 bereitgestellt. Die Spaltenleitung 24 kann mit einem Klemmtransistor, einem VLN-Transistor und einem Analog-Digital-Wandler verbunden sein, wie in 3 gezeigt. Die ADC-Ausgabe kann entweder als Bilddaten oder als Registerausgabe ausgegeben werden. Die ADC-Ausgabe kann geprüft werden (z. B. durch die Steuer- und Verarbeitungsschaltung 82), um zu bestimmen, ob sie innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt (z. B. des vorbestimmten Bereichs, der für den vorgegebenen Test erwartet wird). Wenn die Ausgabe nicht innerhalb des bestimmten Bereichs liegt, kann eine Fehlerkennzeichnung von dem Bildsensor ausgegeben werden (z. B. wenn festgestellt wird, dass ein Fehler aufgetreten ist). Im Allgemeinen kann die Verifizierungsschaltung vorher festgelegte Bereiche von akzeptablen Steuersignalbeträgen auf Grundlage der Art oder des Steuersignals (z. B. TX, RST, RS oder DCG) und der Funktionsweise des Bildsensors identifizieren. Es kann ein Zeilenbildmuster für jede eine oder einige Spalten ausgegeben werden. Um die Zeilenadresse zu prüfen, die durch den Zeilendecoder ausgewählt wird, kann ein eindeutiges Zeilenbildmuster für jede eine oder einige Zeilen von dem ADC ausgegeben werden, der mit Dummy-Pixel-Spalten verbunden ist.
In dem Beispiel von 5 wird eine Spalte von Dummy-Pixeln abgebildet. Dieses Beispiel dient lediglich der Veranschaulichung. Falls gewünscht, können zusätzliche Spalten von Dummy-Pixeln in der Verifizierungsschaltung 45 enthalten sein. Jede Spalte von Dummy-Pixeln kann mit einer jeweiligen pMOS-Stromquelle 96 in dem ASIC-Chip 94 gekoppelt sein. In einer alternativen Ausführungsform können zwei oder mehr pMOS-Stromquellen mit Dummy-Pixeln in einer bestimmten Spalte gekoppelt sein.
Die in 3 gezeigten Bildsensoren können auf jede gewünschte Weise zwischen den Substraten aufgeteilt werden. In einem veranschaulichenden Beispiel (in 3 gezeigt) können das Pixelarray 32 und die Verifizierungsschaltung 45 in einem ersten Substrat (z. B. Pixel-Sensorchip 92) ausgebildet sein, während die Zeilensteuerschaltung 22, der Klemmeingangsgenerator 20, die ADCs 26 usw. in einem zweiten Substrat (z. B. ASIC-Chip 94) ausgebildet sein können. Das erste und das zweite Substrat können durch hybride und/oder periphere Bindungen verbunden sein, wie in 2 gezeigt. In diesem Beispiel kann entweder das erste oder das zweite Substrat eine Verifizierungsschaltung einschließen. Jedoch kann die Verifizierungsschaltung in dem ersten Substrat (mit Pixel- und Dummy-Pixelkomponenten) nur nMOS-Transistoren einschließen, wie in Verbindung mit 3 und 5 beschrieben.
In einem anderen veranschaulichenden Beispiel kann das Pixelarray 32 unter Verwendung von zwei Substraten gebildet werden, wobei zumindest die Fotodioden in einem ersten Substrat und zumindest der Zeilenauswahltransistor in einem zweiten Substrat angeordnet sind. Die Zeilensteuerschaltung 22, der Klemmeingangsgenerator 20, die ADCs 26 usw. können in einem dritten Substrat ausgebildet sein. Das erste, zweite und dritte Substrat können durch hybride und/oder periphere Bindungen verbunden sein. In diesem Beispiel kann jedes der ersten, zweiten und dritten Substrate eine Verifizierungsschaltung einschließen. Jedoch kann die Verifizierungsschaltung in dem ersten und/oder zweiten Substrat (mit Pixel- und Dummy-Pixelkomponenten) nur nMOS-Transistoren einschließen, wie in Verbindung mit 3 und 5 beschrieben. Im Allgemeinen können das Array 32, die Zeilensteuerschaltung 22, die Spaltensteuer- und Ausleseschaltung 84 und die Steuer- und Verarbeitungsschaltung 82 auf jede gewünschte Weise zwischen zwei oder mehr gestapelten Substraten aufgeteilt sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Bildsensor erste und zweite Substrate, ein Array aus Bildgebungspixeln in dem ersten Substrat, wobei jedes Bildgebungspixel eine Fotodiode aufweist, eine Zeilensteuerschaltung in dem zweiten Substrat, die dafür konfiguriert sind, Zeilensteuersignale an das Array aus Bildgebungspixeln zu liefern, und eine Verifizierungsschaltung in dem ersten Substrat, die Zeilensteuersignale von der Zeilensteuerschaltung empfängt, einschließen. Das erste Substrat kann eine Vielzahl von n-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließen und schließt möglicherweise keine p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren ein.
Der Bildsensor kann auch eine Stromquelle einschließen, die mit der Verifizierungsschaltung gekoppelt ist. Die Stromquelle kann eine p-Kanal-Metalloxid-Halbleiterstromquelle sein. Die p-Kanal-Metalloxid-Halbleiterstromquelle kann in dem zweiten Substrat ausgebildet sein. Die Verifizierungsschaltung kann eine Vielzahl von Dummy-Pixeln einschließen, jedes Dummy-Pixel kann einen jeweiligen Verifizierungsschaltungsabschnitt aufweisen, und jedes Dummy-Pixel kann ein Zeilenauswahlsteuersignal von der Zeilensteuerschaltung empfangen, das den jeweiligen Verifizierungsschaltungsabschnitt selektiv für dieses Dummy-Pixel freigibt. Nur die Verifizierungsschaltungsabschnitte von Dummy-Pixeln, die durch das Zeilenauswahlsteuersignal freigegeben werden, können Strom von der Stromquelle empfangen.
Jeder Bildpunkt kann einen schwebenden Diffusionsbereich, einen zwischen die Fotodiode und dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Transfertransistor, einen mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Source-Folger-Transistor, einen mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Rücksetztransistor und einen Zeilenauswahltransistor einschließen. Die Vielzahl von Dummy-Pixeln kann mindestens eine Spalte von Dummy-Pixeln einschließen, und jede Spalte von Dummy-Pixeln in der mindestens einen Spalte von Dummy-Pixeln kann mit einer jeweiligen Spaltenausgangsleitung gekoppelt sein. Jede Spaltenausgangsleitung kann mit einem jeweiligen Analog-Digital-Wandler gekoppelt sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Bildsensor erste und zweite Substrate, ein Array aus Bildgebungspixeln in dem ersten Substrat, die in einer Vielzahl von Zeilen und einer Vielzahl von Spalten angeordnet sind, eine Vielzahl von Dummy-Pixeln in dem ersten Substrat, die in einer Vielzahl von Zeilen und zumindest einer Spalte angeordnet sind, und Zeilensteuerschaltungen in dem zweiten Substrat einschließen. Die Zeilensteuerschaltung kann dafür konfiguriert sein, ein jeweiliges Steuersignal für jede Zeile von Bildgebungspixeln und jede Zeile von Dummy-Pixeln bereitzustellen, wobei das Steuersignal selektiv eine Verifizierungsschaltung in jedem Dummy-Pixel freigeben kann und das erste Substrat möglicherweise keine p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt.
Der Bildsensor kann auch eine Stromquelle einschließen, die mit der Verifizierungsschaltung in jedem Dummy-Pixel in einer ersten Spalte von Dummy-Pixeln gekoppelt ist. Die Stromquelle kann mindestens einen p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistor einschließen. Die Stromquelle kann in dem zweiten Substrat ausgebildet sein. Nur die Verifizierungsschaltung, die durch das Steuersignal freigegeben wurde, kann Strom von der Stromquelle empfangen. Jeder Bildpunkt kann einen schwebenden Diffusionsbereich, einen zwischen die Fotodiode und dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Transfertransistor, einen mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Source-Folger-Transistor, einen mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Rücksetztransistor und einen Zeilenauswahltransistor einschließen. Ein Gate des Zeilenauswahltransistors jedes Bildgebungspixels kann das Steuersignal von der Zeilensteuerschaltung empfangen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Bildsensor ein erstes Substrat einschließen, das ein Array aus Bildgebungspixeln einschließt, das eine Vielzahl von n-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt und keine p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt, und eine Verifizierungsschaltung einschließen, die eine Vielzahl von n-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt und keine p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt, und ein zweites Substrat, das überlappt ist durch das erste Substrat und eine Stromquelle einschließt, die an die Verifizierungsschaltung gekoppelt ist und mindestens einen p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistor und eine Zeilensteuerschaltung in dem zweiten Substrat einschließt. Die Zeilensteuerschaltung kann dafür konfiguriert sein, ein erstes Zeilensteuersignal für eine erste Zeile von Bildgebungspixeln in dem Array aus Bildgebungspixeln bereitzustellen, und ein erster Abschnitt der Verifizierungsschaltung und das erste Zeilensteuersignal können steuern, ob der erste Abschnitt der Verifizierungsschaltung Strom von der Stromquelle empfängt.
Das erste Zeilensteuersignal kann einem Gate eines Zeilenauswahltransistors in jedem Bildgebungspixel der ersten Zeile von Bildgebungspixeln bereitgestellt werden. Die Zeilensteuerschaltung kann dafür konfiguriert sein, ein zweites Zeilensteuersignal für die erste Zeile von Bildgebungspixeln und den ersten Abschnitt der Verifizierungsschaltung bereitzustellen, und das zweite Zeilensteuersignal kann einem Gate eines Transfertransistors in jedem Bildgebungspixel der ersten Zeile von Bildgebungspixeln bereitgestellt werden. Die Zeilensteuerschaltung kann dafür konfiguriert sein, ein drittes Zeilensteuersignal für die erste Zeile von Bildgebungspixeln und den ersten Abschnitt der Verifizierungsschaltung bereitzustellen, und das dritte Zeilensteuersignal kann einem Gate eines Rücksetztransistors in jedem Bildgebungspixel der ersten Zeile von Bildgebungspixeln bereitgestellt werden.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann ein Bildsensor erste und zweite Substrate, ein Array aus Bildgebungspixeln in dem ersten Substrat, wobei jedes Bildgebungspixel eine Fotodiode aufweist, eine Zeilensteuerschaltung in dem zweiten Substrat, wobei die Zeilensteuerschaltung dafür konfiguriert sind, Zeilensteuersignale dem Array aus Bildgebungspixeln bereitzustellen, und eine Verifizierungsschaltung in dem ersten Substrat, die Zeilensteuersignale von der Zeilensteuerschaltung empfängt, einschließen, wobei das erste Substrat eine Vielzahl von n-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren und keine p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Bildsensor auch eine Stromquelle einschließen, die mit der Verifizierungsschaltung gekoppelt ist.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform kann die Stromquelle eine p-Kanal-Metalloxid-Halbleiterstromquelle sein.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann die p-Kanal-Metalloxid-Halbleiterstromquelle in dem zweiten Substrat ausgebildet sein.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann die Verifizierungsschaltung eine Vielzahl von Dummy-Pixeln einschließen, jedes Dummy-Pixel kann einen jeweiligen Verifizierungsschaltungsabschnitt aufweisen, und jedes Dummy-Pixel kann ein Zeilenauswahlsteuersignal von der Zeilensteuerschaltung empfangen, das den jeweiligen Verifizierungsschaltungsabschnitt selektiv für dieses Dummy-Pixel freigibt.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform können nur die Verifizierungsschaltungsabschnitte von Dummy-Pixeln, die durch das Zeilenauswahlsteuersignal freigegeben werden, Strom von der Stromquelle empfangen.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann jedes Bildgebungspixel kann einen schwebenden Diffusionsbereich, einen zwischen die Fotodiode und dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Transfertransistor, einen mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Source-Folger-Transistor, einen mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Rücksetztransistor und einen Zeilenauswahltransistor umfassen.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann die Vielzahl von Dummy-Pixeln mindestens eine Spalte von Dummy-Pixeln einschließen, und jede Spalte von Dummy-Pixeln in der mindestens einen Spalte von Dummy-Pixeln kann mit einer jeweiligen Spaltenausgangsleitung gekoppelt sein.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann jede Spaltenausgangsleitung kann mit einem jeweiligen Analog-Digital-Wandler gekoppelt sein.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann ein Bildsensor erste und zweite Substrate, ein Array aus Bildgebungspixeln in dem ersten Substrat, die in einer Vielzahl von Zeilen und einer Vielzahl von Spalten angeordnet sind, eine Vielzahl von Dummy-Pixeln in dem ersten Substrat, die in einer Vielzahl von Zeilen und zumindest einer Spalte angeordnet sind, und Zeilensteuerschaltungen in dem zweiten Substrat einschließen. Die Zeilensteuerschaltung kann dafür konfiguriert sein, ein jeweiliges Steuersignal für jede Zeile von Bildgebungspixeln und jede Zeile von Dummy-Pixeln bereitzustellen, wobei das Steuersignal selektiv eine Verifizierungsschaltung in jedem Dummy-Pixel freigeben kann und das erste Substrat möglicherweise keine p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann der Bildsensor auch eine Stromquelle einschließen, die mit der Verifizierungsschaltung in jedem Dummy-Pixel in einer ersten Spalte von Dummy-Pixeln gekoppelt ist.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann die Stromquelle mindestens einen p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistor einschließen.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann die Stromquelle in dem zweiten Substrat ausgebildet sein.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann nur die Verifizierungsschaltung, die durch das Steuersignal freigegeben wurde, Strom von der Stromquelle empfangen.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann jedes Bildgebungspixel kann einen schwebenden Diffusionsbereich, einen zwischen die Fotodiode und dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Transfertransistor, einen mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Source-Folger-Transistor, einen mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Rücksetztransistor und einen Zeilenauswahltransistor einschließen.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann ein Gate des Zeilenauswahltransistors jedes Bildgebungspixels das Steuersignal von der Zeilensteuerschaltung empfangen.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann ein Bildsensor ein erstes Substrat einschließen, das ein Array aus Bildgebungspixeln einschließt, das eine Vielzahl von n-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt und keine p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt, und eine Verifizierungsschaltung einschließt, die eine Vielzahl von n-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt und keine p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt, und ein zweites Substrat, das überlappt ist durch das erste Substrat und eine Stromquelle einschließt, die an die Verifizierungsschaltungen gekoppelt ist und mindestens einen p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistor und eine Zeilensteuerschaltung einschließt. Die Zeilensteuerschaltung kann dafür konfiguriert sein, ein erstes Zeilensteuersignal für eine erste Zeile von Bildgebungspixeln in dem Array aus Bildgebungspixeln bereitzustellen, und ein erster Abschnitt der Verifizierungsschaltung und das erste Zeilensteuersignal können steuern, ob der erste Abschnitt der Verifizierungsschaltung Strom von der Stromquelle empfängt.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann das erste Zeilensteuersignal an ein Gate eines Zeilenauswahltransistors in jedem Bildgebungspixel der ersten Zeile von Bildgebungspixeln geliefert werden.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann die Zeilensteuerschaltung dafür konfiguriert sein, ein zweites Zeilensteuersignal für die erste Zeile von Bildgebungspixeln und den ersten Abschnitt der Verifizierungsschaltung bereitzustellen, und das zweite Zeilensteuersignal kann an ein Gate eines Transfertransistors in jedem Bildgebungspixel der ersten Zeile von Bildgebungspixeln bereitgestellt werden.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann die Zeilensteuerschaltung dafür konfiguriert sein, ein drittes Zeilensteuersignal für die erste Zeile von Bildgebungspixeln und den ersten Abschnitt der Verifizierungsschaltung bereitzustellen, und das dritte Zeilensteuersignal kann an ein Gate eines Rücksetztransistors in jedem Bildgebungspixel der ersten Zeile von Bildgebungspixeln bereitgestellt werden.
Das Vorhergehende ist lediglich veranschaulichend für die Grundsätze dieser Erfindung, und durch den Fachmann können vielfältige Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Die vorhergehenden Ausführungsformen können einzeln oder in einer beliebigen Kombination implementiert werden.

Claims

Bildsensor, umfassend: erste und zweite Substrate; ein Array aus Bildgebungspixeln in dem ersten Substrat, wobei jedes Bildgebungspixel eine Fotodiode aufweist; eine Zeilensteuerschaltung in dem zweiten Substrat, wobei die Zeilensteuerschaltung dafür konfiguriert ist, Zeilensteuersignale dem Array aus Bildgebungspixeln bereitzustellen; und eine Verifizierungsschaltung in dem ersten Substrat, die Zeilensteuersignale von der Zeilensteuerschaltung empfängt, wobei das erste Substrat eine Vielzahl von n-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt und keine p-Kanal-Metall-oxid-Halbleitertransistoren einschließt.
Bildsensor nach Anspruch 1, der ferner Folgendes umfasst: eine Stromquelle, die an die Verifizierungsschaltung gekoppelt ist.
Bildsensor nach Anspruch 2, wobei die Stromquelle eine p-Kanal-Metalloxid-Halbleiterstromquelle ist.
Bildsensor nach Anspruch 3, wobei die p-Kanal-Metalloxid-Halbleiterstromquelle in dem zweiten Substrat ausgebildet ist.
Bildsensor in Anspruch 2, wobei die Verifizierungsschaltung eine Vielzahl von Dummy-Pixeln umfasst, wobei jedes Dummy-Pixel einen entsprechenden Verifizierungsschaltungsabschnitt aufweist, und wobei jedes Dummy-Pixel ein Zeilenauswahlsteuersignal von der Zeilensteuerschaltung empfängt, die selektiv den jeweiligen Verifizierungsschaltungsabschnitt für das Dummy-Pixel freigibt.
Bildsensor in Anspruch 5, wobei nur die Verifizierungsschaltungsabschnitte der Dummy-Pixel, die durch das Zeilenauswahlsteuersignal freigegeben wurden, Strom von der Stromquelle erhalten.
Bildsensor nach Anspruch 5, wobei jedes Bildgebungspixel einen schwebenden Diffusionsbereich, einen zwischen der Fotodiode und dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Transfertransistor, einen mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Source-Folger-Transistor, einem mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Rücksetztransistor und einen mit dem Source-Folger-Transistor gekoppelten Zeilenauswahltransistor umfasst.
Bildsensor nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl der Dummy-Pixel mindestens eine Spalte von Dummy-Pixeln einschließt, und wobei jede Spalte von Dummy-Pixeln in der mindestens einen Spalte von Dummy-Pixeln mit einer jeweiligen Spaltenausgangsleitung gekoppelt ist.
Bildsensor nach Anspruch 8, wobei jede Spaltenausgangsleitung mit einem jeweiligen Analog-Digital-Wandler gekoppelt ist.
Bildsensor, umfassend: erste und zweite Substrate; ein Array aus Bildgebungspixeln in dem ersten Substrat, das in einer Vielzahl von Zeilen und einer Vielzahl von Spalten angeordnet ist; eine Vielzahl von Dummy-Pixeln in dem ersten Substrat, die in einer Vielzahl von Zeilen und mindestens einer Spalte angeordnet sind; und eine Zeilensteuerschaltung in dem zweiten Substrat, wobei die Zeilensteuerschaltung dafür konfiguriert ist, ein entsprechendes Steuersignal für jede Zeile von Bildgebungspixeln und jede Zeile von Dummy-Pixeln bereitzustellen, wobei das Steuersignal selektiv eine Verifizierungsschaltung in jedem Dummy-Pixel freigibt, und wobei das erste Substrat keine p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt.
Bildsensor nach Anspruch 10, der ferner Folgendes umfasst: eine Stromquelle, die mit der Verifizierungsschaltung in jedem Dummy-Pixel in einer ersten Spalte von Dummy-Pixeln gekoppelt ist.
Bildsensor nach Anspruch 11, wobei die Stromquelle mindestens einen p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistor einschließt.
Bildsensor nach Anspruch 12, wobei die Stromquelle in dem zweiten Substrat ausgebildet ist.
Bildsensor in Anspruch 13, wobei nur die Verifizierungsschaltung, die durch das Steuersignal freigegeben wurde, Strom von der Stromquelle empfängt.
Bildsensor nach Anspruch 14, wobei jedes Bildgebungspixel einen schwebenden Diffusionsbereich, einen zwischen der Fotodiode und dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Transfertransistor, einen mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Source-Folger-Transistor, einem mit dem schwebenden Diffusionsbereich gekoppelten Rücksetztransistor und einen mit dem Source-Folger-Transistor gekoppelten Zeilenauswahltransistor umfasst.
Bildsensor nach Anspruch 15, wobei ein Gate des Zeilenauswahltransistors eines jeden Bildgebungspixels das Steuersignal von der Zeilensteuerschaltung empfängt.
Bildsensor, umfassend: ein erstes Substrat, wobei das erste Substrat Folgendes umfasst: ein Array aus Bildgebungspixeln, das eine Vielzahl von n-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt und keine p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt; und Verifizierungsschaltung, die eine Vielzahl von n-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt und keine p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistoren einschließt; und ein zweites Substrat, das von dem ersten Substrat überlappt ist, wobei das zweite Substrat Folgendes umfasst: eine mit der Verifizierungsschaltung gekoppelte Stromquelle, die mindestens einen p-Kanal-Metalloxid-Halbleitertransistor einschließt; und eine Zeilensteuerschaltungen in dem zweiten Substrat, wobei die Zeilensteuerschaltung dafür konfiguriert ist, ein erstes Zeilensteuersignal einer ersten Zeile von Bildgebungspixeln in dem Array aus Bildgebungspixeln und einem ersten Abschnitt der Verifizierungsschaltung bereitzustellen, und wobei das erste Zeilensteuersignal steuert, ob der erste Abschnitt der Verifizierungsschaltung Strom von der Stromquelle empfängt.
Bildsensor nach Anspruch 17, wobei das erste Zeilensteuersignal einem Gate eines Zeilenauswahltransistors in jedem Bildgebungspixel der ersten Zeile von Bildgebungspixeln bereitgestellt wird.
Bildsensor nach Anspruch 18, wobei die Zeilensteuerschaltung dafür konfiguriert ist, ein zweites Zeilensteuersignal der ersten Zeile von Bildgebungspixeln und dem ersten Abschnitt der Verifizierungsschaltung bereitzustellen, und wobei das zweite Zeilensteuersignal einem Gate eines Transfertransistors in jedem Bildgebungspixel der ersten Zeile von Bildgebungspixeln bereitgestellt wird.
Bildsensor nach Anspruch 19, wobei die Zeilensteuerschaltung dafür konfiguriert ist, ein drittes Zeilensteuersignal der ersten Zeile von Bildgebungspixeln und dem ersten Abschnitt der Verifizierungsschaltung bereitzustellen, und wobei das dritte Zeilensteuersignal einem Gate eines Rücksetztransistors in jedem Bildgebungspixel der ersten Zeile von Bildgebungspixeln bereitgestellt wird.