[發明專利]CMOS圖像傳感器

無效

• 申請號: 200610029340.2
• 申請日: 2006-07-25
• 公開（公告）號: CN101114661A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: 趙立新;李文強;李杰
• 申請（專利權）人: 格科微電子（上海）有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路器件，特別是涉及一種CMOS(互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器。

背景技術

在圖像傳感器領域，CCD(電荷藕合器件)一直處于主導地位。但是由于其制造工藝與CMOS工藝無法兼容，信號處理電路無法與CCD集成在同一芯片上，給CCD在制造成本和系統解決方案上帶來了無法克服的局限。

近年來，CMOS圖像傳感器(有源像素)技術迅速發展。CMOS圖像傳感器的制造工藝與信號處理芯片的CMOS電路制造工藝完全兼容，因此可以很方便的將圖像傳感器與信號處理集成在同一芯片上，不僅降低了系統成本，而且使系統的功耗降低，系統集成方案更加簡單，并更加微型化。

通常地，一個CMOS有源像素包含了3-4個MOS晶體管和一個反偏壓的光電二極管。根據工藝和設計的不同，該光電二極管可以是，如圖1所示的以N型區為電荷收集區的光電二極管，或如圖2所示的以P型區為電荷收集區的光電二極管。

CMOS圖像傳感器的動態范圍取決于光電二極管的Well?Capacity(阱容量)和噪聲的比值，在噪聲不變的情況下提高阱容量可以提高動態范圍。而光電二極管的阱容量取決于它的電容和PN結兩端的電壓。提高它的電壓就可以提高光電二極管的阱容量。

以N型區為電荷收集區的光電二極管的電壓等于Vn(光電二極管N端的電位)和Vp(光電二極管P端的電位)的差值。在現有的所有設計中，Vp通常接地，因此，若想提高光電二極管的電壓只能提高Vn，而提高Vn會受到電路設計的很多限制。

以P型區為電荷收集區的光電二極管的電壓等于Vp(光電二極管P端的電位)和Vn(光電二極管N端的電位)的差值。在現有的所有設計中，Vn通常接電源，因此，若想提高光電二極管的電壓只能降低Vp，而降低Vp也同樣會受到電路設計的很多限制。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種CMOS圖像傳感器結構，可以顯著改善其動態信號范圍。

為解決上述技術問題，本發明的CMOS圖像傳感器結構，包括：

以N型區為電荷收集區的光電二極管和產生低于“地”的負電壓Vs’的電荷泵，光電二極管的P端與該負電壓Vs’相連接；或，

以P型區為電荷收集區的光電二極管和產生高于“電源”的正電壓Vd’的電荷泵，光電二極管的N端與該正電壓Vd’相連接。

由于采用上述結構，光電二極管的兩端的電壓差Vn-Vp會增大。這樣可以提高光電二極管的阱容量，進而顯著改善CMOS圖像傳感器的動態信號范圍。

附圖說明

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1、2是CMOS圖像傳感器中光電二極管的結構與現有的偏壓方式示意圖；

圖3、4是CMOS圖像傳感器中光電二極管的結構與本發明的偏壓方式示意圖。

具體實施方式

如圖3所示，對于以N型區為電荷收集區的光電二極管，在CMOS圖像傳感器的芯片電路中加入電荷泵電路，以產生低于“地(GND)”的負電壓Vs’；所述光電二極管的P端接至負電壓Vs’。

以N型區為電荷收集區的光電二極管的P端與傳感器外圍電路的P阱通過N型區域隔離。傳感器外圍電路的P阱接地。

如圖4所示，對于以P型區為電荷收集區的光電二極管，在CMOS圖像傳感器芯片電路中加入電荷泵電路，以產生高于“電源(VDD)”的正電壓Vd’；所述光電二極管的N端接至正電壓Vd’。

以P型區為電荷收集區的光電二極管的N端與傳感器外圍電路的N阱通過P型區域隔離。傳感器外圍電路的N阱接電源。