[發(fā)明專利]一種CMOS像素傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010693043.8
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111769130B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張亮;王萌;董家寧;王安慶;李龍
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/374
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發(fā)明公開了一種CMOS像素傳感器，包括P型襯底、P型高阻外延層、N阱、P阱、深N阱和深P隔離層；其中，深N阱和P型高阻外延層形成P?N二極管；深N阱上的N阱和N型有源區(qū)構(gòu)成通路，通過金屬線連接其他讀出電路；深P隔離層用來隔離深N阱內(nèi)的器件，深P隔離層內(nèi)的N阱和P型有源區(qū)用于制作PMOS晶體管，深P隔離層內(nèi)的P阱和N型有源區(qū)用于制作NMOS管。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域,一種CMOS像素傳感器。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)工業(yè)和光刻技術(shù)的發(fā)展，CMOS像素傳感器在X射線成像和粒子探測中的應(yīng)用越來越廣泛，其具有空間分辨率高、讀出速度快、集成度高、功耗低以及成本低等特點，逐漸成為重要的檢測技術(shù)。

但是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)CMOS像素傳感器中的像素采用小面積二極管收集電荷，二極管面積在像素單元中的比例較小，導(dǎo)致電荷在收集過程中被復(fù)合，電荷收集時間較長、收集效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的的目的是提供一種CMOS像素傳感器及像素單元，該裝置能夠有效縮短電荷收集時間，提高了收集效率和靈敏度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明提供了一種CMOS像素傳感器，包括P型襯底、P型高阻外延層、N阱、P阱、深N阱和深P隔離層；

深N阱和P型高阻外延層形成P-N二極管；

深N阱上的N阱和N型有源區(qū)(N+)構(gòu)成通路，通過金屬線連接其他讀出電路；

深P隔離層用來隔離深N阱內(nèi)的器件，避免了PMOS晶體管與靈敏二極管之間的電荷競爭，在深P隔離層內(nèi)可同時制作PMOS和NMOS管，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜CMOS電路，這有助于在像素內(nèi)實現(xiàn)復(fù)雜電路，對像素信號進行放大和降噪處理；

N阱和P型有源區(qū)(P+)用于制作PMOS晶體管，P阱和N型有源區(qū)(N+)用于制作NMOS管。

作為進一步的技術(shù)方案，P型高阻外延層電阻率大于1KΩ·cm。

更進一步，P-N二極管所在陽極區(qū)連接有反偏電壓，用于加快電荷收集。

作為進一步的技術(shù)方案，所述的CMOS像素傳感器，還包括多個像素單元，多個像素單元構(gòu)成一個像素陣列，每個像素單元內(nèi)鋪滿深N阱，使整個像素單元作為一個二極管。

作為進一步的技術(shù)方案，每個像素單元包括依次連接的校準(zhǔn)測試電路、電荷靈敏放大器、整形器、比較器和事例驅(qū)動電路。

校準(zhǔn)測試電路由C_inj電容和外部觸發(fā)信號組成，用于模擬外部電荷注入，標(biāo)定像素內(nèi)部電路性能。

所述電荷靈敏放大器的增益約為1/Cf，定制MOM電容作為反饋電容。

所述的整形器采用CR-RC結(jié)構(gòu)。

所述的比較器采用兩級結(jié)構(gòu)，第一級完成差分放大功能，第二級完成正反饋比較功能。

所述的事例驅(qū)動電路完成優(yōu)先判斷功能，如果某像素被粒子擊中，事例驅(qū)動電路將判斷信號傳輸至列端，完成優(yōu)先觸發(fā)。

作為進一步的技術(shù)方案，CMOS像素傳感器還配置像素配置電路、時序邏輯、偏置電路、時鐘電路和控制接口；所述的像素配置電路、時序邏輯、偏置電路、時鐘電路均與像素陣列相連。

所述的控制接口主要用來調(diào)節(jié)偏置參數(shù)以及使能信號，使芯片工作在最佳狀態(tài)。所述的像素配置電路用于像素內(nèi)部電路性能標(biāo)定。所述時序邏輯用于像素內(nèi)部邏輯電路。所述偏置電路主要向像素單元電路提供靜態(tài)工作點。所述時鐘電路主要向數(shù)據(jù)處理模塊提供高速時鐘。

上述本發(fā)明的有益效果如下：