專利名稱：包含在cmos圖像傳感器中的像素電路及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器及相關(guān)方法。 更具體地說，本發(fā)明涉及包含在CMOS圖像傳感器中的像素電路及相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
通常，CMOS圖像傳感器可用于各種設(shè)備，例如移動相機(jī)或數(shù)碼相機(jī)。 CMOS圖像傳感器能拍攝視野內(nèi)的圖像，能將圖像轉(zhuǎn)換為電信號，之后將電 信號傳送到數(shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理器可用于控制對從電荷耦合器件 (CCD)輸出的彩色圖像數(shù)據(jù)的信號處理操作，以便彩色圖像數(shù)據(jù)可以用顯 示單元，即液晶顯示器(LCD)面板來表現(xiàn)。典型的CMOS圖像傳感器一般可包括排列成矩陣的像素傳感器陣列。每 個像素傳感器可由用于將光轉(zhuǎn)換為電信號的光學(xué)器件，例如光電二極管來形 成。另外，智能圖像傳感器或硅片視網(wǎng)膜也已經(jīng)在最近發(fā)展為應(yīng)用CMOS圖 像傳感器。這樣，可能需要調(diào)整每個像素的光學(xué)靈敏度或光譜響應(yīng)速率。因 此，如果像素包括用于調(diào)整光學(xué)靈敏度或光譜響應(yīng)速率的器件，則用于安裝 光電二極管的面積可能會被減少，從而，圖像亮度可能會降低。發(fā)明內(nèi)容因此示范性實(shí)施例涉及一種CMOS圖像傳感器的像素電路及相關(guān)方法， 其可以基本上克服由于相關(guān)技術(shù)的局限性和缺點(diǎn)而導(dǎo)致的一個或多個問題。示范性實(shí)施例涉及一種具有用于調(diào)整光學(xué)靈敏度的器件的CMOS圖像傳 感器的像素電路和用于調(diào)整光學(xué)靈敏度的方法。示范性實(shí)施例涉及一種具有用于調(diào)整光譜響應(yīng)速率的器件的CMOS圖像 傳感器的像素電路和用于調(diào)整光學(xué)靈敏度的方法。示范性實(shí)施例涉及一種能夠控制光學(xué)靈敏度的CMOS圖像傳感器的像素 電踏^口方法。示范性實(shí)施例涉及 一 種能夠控制光譜響應(yīng)速率的CMO S圖像傳感器的像素電3各矛口方法。示范性實(shí)施例的至少一個上述和其它特征可以"I是供一種CMOS圖像傳感 器的像素結(jié)構(gòu)，其具有第一導(dǎo)電性襯底，在第一導(dǎo)電性襯底中的第二導(dǎo)電性 光電二極管區(qū)域，以及在第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域上的電容器電極?？蓪⑺鲭娙萜麟姌O形成為基本覆蓋第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域?？蓪⒃撾娙萜麟姌O形成為部分地覆蓋第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域。可以 以指狀的雙向延伸形式來部分地覆蓋第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域。可以通過 多個開口來部分地覆蓋第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域。電容器電極可由耦合到靈敏度控制信號的透明導(dǎo)電膜形成。該透明導(dǎo)電 膜可以是多晶硅。像素結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括鄰近第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域的浮動擴(kuò)散層。 像素結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括在第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域上的電介質(zhì)膜，并 且可以將電容器電極安置在電介質(zhì)膜上。像素結(jié)構(gòu)可以是像素電路。像素電路可包括第一晶體管，其通過源極 電極和漏極電極中的 一 個電極連接到第 一 節(jié)點(diǎn)，通過源極電極和漏極電極中 的另外一個連接到輸出節(jié)點(diǎn)，并且通過柵極電極接收行選擇信號；第二晶體 管，其通過源極電極和漏極電極中的一個電極連接到第一電壓，通過源極電 極和漏極電極中的另外一個連接到第二節(jié)點(diǎn)，并通過柵極電極接收復(fù)位控制 信號；第三晶體管，其通過源極電極和漏極電極中的一個電極連接到第一電 源，通過源極電極和漏極電極中的另外一個連接到第一節(jié)點(diǎn)，并且通過柵極 電極連接到第二節(jié)點(diǎn)；以及光電二極管，其連接在第二電壓和第二節(jié)點(diǎn)之間， 以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換?？梢詫⒌诙w管和第三晶體管串聯(lián)地連接在第一電源和第一節(jié)點(diǎn)之間。示范性實(shí)施例的至少一個上述和其它特征可4是供一種在CMOS圖像傳感 器中形成像素結(jié)構(gòu)的方法，包括形成第一導(dǎo)電性襯底，在第一導(dǎo)電性襯底中 形成第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域，以及在第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域上形成 電容器電極。該方法可進(jìn)一步包括將第 一 晶體管通過源極電極和漏極電極中的 一個 電極連接到第 一 節(jié)點(diǎn)，通過源極電極和漏極電極中的另外 一 個連接到輸出節(jié) 點(diǎn)，并且可以通過柵極電極來接收行選擇信號；將第二晶體管通過源極電極和漏極電極中的 一 個電極連接到第 一 電壓，通過源極電極和漏極電極中的另 外一個連接到第二節(jié)點(diǎn)，并且可以通過柵極電極來接收復(fù)位控制信號；將第 三晶體管通過源極電極和漏極電極中的 一 個電極連接到第 一 電源，通過源極 電極和漏極電極中的另外一個連接到第一節(jié)點(diǎn)，并且通過柵極電極連接到第二節(jié)點(diǎn)；將光電二極管連接在第二電壓和第二節(jié)點(diǎn)之間，以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。示范性實(shí)施例的至少一個上述和其它特征可以提供一種在CMOS圖像傳 感器中操作像素結(jié)構(gòu)的方法。該像素結(jié)構(gòu)可包括通過源極電極和漏極電極 中的一個電極連接到第 一節(jié)點(diǎn)和通過源極電極和漏極電極中的另外一個連接 到輸出節(jié)點(diǎn)的第 一 晶體管，通過源極電極和漏極電極中的 一 個電極連接到第 一電壓和通過源極電極和漏極電極中的另外一個連接到第二節(jié)點(diǎn)的第二晶體 管，通過源極電極和漏極電極中的一個電極連接到第一電源、通過源極電極 和漏極電極中的另外 一 個連接到第 一 節(jié)點(diǎn)并且通過柵極電極連接到第二節(jié)點(diǎn) 的第三晶體管，以及連接在第二電壓和第二節(jié)點(diǎn)之間的光電二極管。該方法 可包括通過第一晶體管的柵極電極提供行選擇信號，通過第二晶體管的柵極電極提供復(fù)位控制信號，并且根據(jù)復(fù)位控制信號和行選擇信號將電壓提供給 第一和第二節(jié)點(diǎn)中的一個節(jié)點(diǎn)。如果復(fù)位控制信號為高同時行選擇信號為高，則增加第二節(jié)點(diǎn)的電壓電 平并經(jīng)由第二和第三晶體管將該電壓傳送到第 一 節(jié)點(diǎn)以提供復(fù)位電壓VRES 。如果復(fù)位控制信號為低同時行選擇信號為高，則將由光電二極管光電轉(zhuǎn) 換的圖像信號經(jīng)由第三和第一晶體管施加給第二節(jié)點(diǎn)以提供圖像信號電壓 VSIG。


通過參考附圖詳細(xì)地描述示范性實(shí)施例，示范性實(shí)施例的以上和其它特 征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得更加顯而易見，附圖中圖1示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的包括像素電路的CMOS圖像傳感器的框圖；圖2示出了圖1的CMOS圖像傳感器中彩色濾光片的排列圖； 圖3示出了排列在圖1中示出的ARS陣列上的單位像素傳感器的電路圖； 圖4示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的像素電路； 圖5示出了在半導(dǎo)體襯底中圖4的光學(xué)檢測器的截面圖；圖6示出了 MOS電容器的電容-電壓特性的曲線圖； 圖7A到7C示出了圖4中示出的電容器電極的頂部圖案(top pattern)圖； 圖8示出了圖4中示出的光傳感器的另一結(jié)構(gòu)的截面圖； 圖9示出了根據(jù)另一示范性實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的像素電路；和 圖10示出了在圖9中示出的像素電路中工作的復(fù)位和傳輸控制信號的時 序圖。
具體實(shí)施例方式
此處并入于2006年11月8日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局申請的、標(biāo)題為"Pixel Circuit of CMOS Image Sensor Capable of Controlling Sensitivity Thereof" 的韓 國專利申請No.lO-2006-0110119的全部內(nèi)容作為參考?，F(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示范性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為 不同形式，且不應(yīng)解釋為限制于在此提出的實(shí)施例。相反，提供這些示范性 實(shí)施例是為了使公開內(nèi)容徹底和完整，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng) 域技術(shù)人員。在根據(jù)示范性實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中，像素電路可以包括用于光 電轉(zhuǎn)換的光電二極管和用于調(diào)整圖像信號的電壓電平的電容器，以便根據(jù)靈 敏度控制信號的電壓電平調(diào)整圖像信號的電壓電平。此外，例如，由多晶硅 制成的透明導(dǎo)電膜，例如可形成為MOS電容器Cscc的電容器電極，以便最小 化光電二極管的光電效應(yīng)的失真。換句話說，可將可以由多晶硅的透明導(dǎo)電 膜形成的MOS電容器的電容器電極布圖為部分地覆蓋光電二極管，以便使它 的電容最大化。因此，示范性實(shí)施例可以4是供形成在用于光電轉(zhuǎn)換的光電二極管和輕摻 雜阱上的可變電容器的電容器電極。另外，輕摻雜阱可以用作可變電容器的 底部電極(bottom electrode),以便在襯底中不再需要任何用于可變電容器 的附加區(qū)域。而且，由于可與晶體管的柵極電極工藝一起制作可變電容器的 頂部電極(top electrode)，因此不再需要額外的掩?；蛱幚聿襟E。因此，將 有效控制在硅片視網(wǎng)膜或智能圖像傳感器的每個像素的光學(xué)靈敏度和/或光譜口向應(yīng)速率o此外，在可替換示范性實(shí)施例中，可將可變電容器的電容器電極形成為 部分地覆蓋光電二極管，以增加電容器的電容變化范圍。而且，由于光電二極管的頂部表面直接暴露于光，因此可變電容器的頂部電極部分覆蓋光電二 極管可以增強(qiáng)光電二極管的光學(xué)靈敏度。圖1示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的包括像素電路的CMOS圖像傳感器100 的框圖。參考圖l， CMOS圖像傳感器100可以包括有源像素傳感器(APS) 陣列IIO、行驅(qū)動器120、以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 130。 APS陣列110可包 括排列成多行和多列的像素電路。稍后將詳細(xì)描述像素電路的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。 CMOS圖像傳感器100可進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生地址信號以選擇像素電路并輸 出從APS陣列110感測的圖像信號的控制器(未示出)。行驅(qū)動器120可順 次選擇APS陣列110的行。ADC 130可以將模擬信號轉(zhuǎn)換為提供給信號處理 器的數(shù)字信號，該模擬信號可以從APS陣列110感測。如果CMOS圖像傳感器100是彩色電荷耦合器件(CCD)(如圖2所示)， 則可以在APS陣列110的每個像素上布置彩色濾光片以接受特定顏色分量。 可以形成至少三個彩色濾光片以組成彩色信號。最常用的彩色濾光片陣列可 以被構(gòu)造為在一個單元中重復(fù)排列兩行的模式，也就是拜耳模式(Bayer pattern)。例如， 一行可以通過重復(fù)兩種顏色紅(R)和綠(G)來排列；另 一行可以通過重復(fù)兩種顏色綠(G)和藍(lán)(B)來排列。在示范性實(shí)施例中， 可以將與亮度信號最相關(guān)的G彩色濾光片排列在所有行上，同時可以將R和 B彩色濾光片按行交替排列，這樣可以增強(qiáng)亮度的分辨率。應(yīng)當(dāng)理解，彩色 濾光片可以以不同的模式排列。例如，為了獲得高分辨率，數(shù)碼相機(jī)通?？梢耘鋫渚哂邪偃f或更多像素 的CMOS圖像傳感器。APS陣列110可以通過感測光來產(chǎn)生圖像信號，并且可以通過電子光學(xué) 器件，例如光電二極管，將感測到的光轉(zhuǎn)換成電信號。從APS陣列110輸出 的圖像信號可以是對應(yīng)于三種顏色分量R、 G和B的模擬圖像信號。ADC 130 可以將從APS陣列IIO輸出的模擬圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。圖3示出了在圖1中示出的APS陣列110上排列的單位像素傳感器300 的電路圖。參考圖3，像素傳感器300可以包括由三個金屬氧化物半導(dǎo)體場 效應(yīng)晶體管(MOSFET) M1 M3形成的像素電路310、單個光電二極管PD 和偏置電路320?？梢詫⒍鄠€像素電路310排列成多行和多列的矩陣。應(yīng)當(dāng) 理解，在像素傳感器300中可以采用多個偏壓電路320。例如，可以將多個 偏置電路320排列在像素電路310的頂部和底部以便偏置節(jié)點(diǎn)Nl 。像素電路310可以通過將感測到的模擬圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號來工作。當(dāng)復(fù)位控制信號RX為高同時行選擇信號SEL為高時，晶體管M2可以 被導(dǎo)通，以將來自浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)(FD)的電壓施加到源極節(jié)點(diǎn)，例如源極跟 隨器晶體管M3。此外，由于行選擇信號SEL為高會導(dǎo)通晶體管Ml,因此可 以將源極跟隨器晶體管M3的源極節(jié)點(diǎn)的電壓作為復(fù)位信號VRES通過節(jié)點(diǎn) Nl提供給ADC 130?？商鎿Q地，當(dāng)復(fù)位控制信號RX為低同時行選擇信號SEL為高時，可以 將由光電二極管PD光電轉(zhuǎn)換得到的圖像信號施加到節(jié)點(diǎn)FD,并且通過晶體 管M3和M1將其作為模擬圖像信號電壓VSIG提供給ADC 130。經(jīng)由像素 電路310的操作，復(fù)位信號VRES1 VRES8和模擬圖像信號電壓VSIG1 VSIG8可從像素傳感器300輸出，當(dāng)行選擇信號SEL1 SEL3被順次激活時， 像素傳感器300可以分別耦合到APS陣列110的行。ADC 130可以輸出對應(yīng)于復(fù)位信號VRES和模擬圖像信號電壓VSIG之 間的電壓差(voltage gap)的數(shù)字信號。可將該數(shù)字信號提供給數(shù)字信號處理 器，并且可以將其轉(zhuǎn)換成適合用于驅(qū)動顯示器單元，例如LCD，的驅(qū)動信號。應(yīng)當(dāng)理解，CMOS圖像傳感器100可進(jìn)一步在像素電路310中包括電容 器，以便容易地調(diào)整每個像素的光學(xué)靈敏度和/或光譜響應(yīng)速率。圖4示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的像素電路410。參考圖4，像素電路410 可以包括MOS晶體管M11 M13和光學(xué)檢測器411?？蓪⒕w管M12的漏 極耦合到電源電壓VDD，并且可將晶體管M12的源極連接到節(jié)點(diǎn)FD?？蓪?MOS晶體管M12的柵極耦合到復(fù)位控制信號RX?？蓪⒕w管M13和Mil 串聯(lián)連接在電源電壓VDD和節(jié)點(diǎn)Nl之間?？蓪⒕w管M13的柵極連接到 節(jié)點(diǎn)FD?？蓪⒕w管Mll的柵極耦合到行選擇信號SEL。光學(xué)檢測器411可以包括光電二極管PD和MOS電容器CSCG ?？蓪OS 電容器CSCG的一端耦合到靈敏度控制信號SCG且將MOS電容器Cscg的另一 端耦合到光電二極管PD?？蓪⒐怆姸O管PD連接在MOS電容器Csc。和地 電壓VSS之間。圖5示出了在半導(dǎo)體襯底中光學(xué)檢測器411,例如圖4的光電二極管PD 的截面圖。參考圖5，光電二極管PD可形成為在P型半導(dǎo)體襯底421和輕摻 雜N型雜質(zhì)阱422之間的PN結(jié)二極管。MOS電容器CscG可以在發(fā)光二極管 PD所占據(jù)的區(qū)域部分以垂直結(jié)構(gòu)形成。而且，在形成MOS電容器Csc。時，可首先在輕摻雜阱422的頂部上形成絕緣膜，例如電介質(zhì)膜(未示出)，然 后連同耦合到靈敏度控制信號SCG的MOS電容器Cscc的頂部電極424 (即， 電容器電極) 一起形成MOS晶體管M11 M13的柵極電極427。輕摻雜阱 422可用作MOS電容器Cscc的底部電極。耦合到靈敏度控制信號SCG的MOS電容器Cscc的電容器電極424例如 可以但不限于由透明導(dǎo)電膜來形成，以便傳輸外部光，該外部光將4皮吸收到 輕摻雜阱422 (即，光電二極管區(qū)域)中。在示范性實(shí)施例中，電容器電極 424可由多晶硅形成。應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用其它材料，只要該材料具有適 當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性和/或光透射率即可。此外，如圖5所示，可以在P型半導(dǎo)體襯底421中形成N型阱425和426。 可將MOS晶體管M13的柵極連接到形成在阱425中的節(jié)點(diǎn)FD?？梢詫㈦娫?電壓VDD連接到形成在阱426中的節(jié)點(diǎn)N2。因此，阱426可用作浮動擴(kuò)散 層，該浮動擴(kuò)散層可以鄰近輕摻雜阱422或光電二極管區(qū)域。圖6示出了 MOS電容器Cscc的電容-電壓特性曲線。如圖6所示，Vsc 可表示節(jié)點(diǎn)FD和電容器電極424之間的電壓，C腦可表示MOS電容器0^ 的電容。如果在輕摻雜阱422上形成的絕緣膜的頂部和底部存在理想電容器， 則C。x可表示理想電容。此外，在通常的P型電容器中，當(dāng)電容器兩端的電壓變高時，P型電容 器的電容可以減小。而且，當(dāng)P型電容器兩端的電壓達(dá)到預(yù)定電平時，P型 電容器可以以接近于C。x電容變化的倒置模式(inversion mode)工作。此外， 隨著電壓VsG增加，MOS電容器CscG可以工作在電容逐漸降低的電荷耗盡模 式。利用MOS電容器Csc。的這些特性，施加到電容器電極424的靈敏度控制 信號SCS可改變節(jié)點(diǎn)FD和電容器電極424之間的電容。這樣，可以實(shí)現(xiàn)對 每個像素的光學(xué)靈敏度和/或光譜響應(yīng)速率的控制。圖7A到圖7C示出了圖4中示出的電容器電極424的頂部圖案的示圖。 參考圖7A,可以將由多晶硅制成的電容器電極424a形成為完全(或基本上 完全)覆蓋在輕摻雜阱422，例如光電二極管區(qū)域上方。在另一示范性實(shí)施 例中，圖7B示出了電容器電極424b，其具有雙向延伸的指型428，以便部分 地覆蓋光電二極管區(qū)域的輕摻雜阱422。在另一示范性實(shí)施例中，圖7C示出 了形成在光電二極管區(qū)域的輕4參雜阱422頂部上的具有多個開口 430的電容器電極424c。雖然圖7C所示出的示范性實(shí)施例示出了常規(guī)的矩形開口 430 ， 但是應(yīng)當(dāng)理解，也可采用其它形狀，例如正方形、圓形、橢圓形、多邊形等 來形成所述開口。還應(yīng)當(dāng)理解，除了在圖7A到圖7C中描述的圖案之外，還可以使用其它配置的圖案。如圖7B和7C所示，電容器電極424b和424c分別可以被形成為部分地 覆蓋輕摻雜阱422，以便通過在輕摻雜阱422和電容器電極424b或424c的外表面之間延伸寄生電容器來提供電容器Cscc的電容增加。結(jié)果，可以擴(kuò)大光學(xué)檢測器411 (例如光傳感器)的動態(tài)范圍(例如光學(xué)感測范圍)。圖8示出了光學(xué)檢測器811,例如圖4中的光電二極管PD的另一結(jié)構(gòu)的 截面圖。除了附加結(jié)構(gòu)雜質(zhì)摻雜區(qū)830外，圖8與圖4類似。參考圖8，光學(xué)檢測器811可包括附加的雜質(zhì)摻雜區(qū)830，在MOS電容 器Cscc的,電容器電極824中，MOS電容器Csc。可工作在圖6示出的耗盡和倒 置模式。具體來說，MOS電容器Csc?？捎傻谝浑娙萜骱偷诙娙萜鹘M成。第 一電容器可包括輕摻雜阱822和耦合到靈敏度控制信號SCG的電容器電極 824，第二電容器可包括雜質(zhì)摻雜區(qū)830和耦合到靈敏度控制信號SCG的電 容器電極824。通過用N型或P型雜質(zhì)來摻雜雜質(zhì)摻雜區(qū)830，包括電容器電極824和 雜質(zhì)摻雜區(qū)830的第二電容器可工作在倒置模式或耗盡模式。因此，電容器 Cscc可工作在圖6示出的P型MOS電容器曲線和耗盡模式曲線之間的特性中。 因此，這種改進(jìn)的電容特性可用于控制像素的靈敏度。如果復(fù)位控制信號RX為高同時行選擇信號SEL為高，那么節(jié)點(diǎn)FD的 電壓電平會增加，并可經(jīng)由晶體管M13和Mll傳送到節(jié)點(diǎn)N1。傳送到節(jié)點(diǎn) Nl的電壓可以是將傳送到圖1中示出的ADC 130的復(fù)位電壓VRES。如果復(fù)位控制信號RX為低同時行選擇信號SEL為高，那么由光學(xué)檢測 器411的光電二極管PD光電轉(zhuǎn)換的信號可經(jīng)由晶體管M13和Mll傳送到節(jié) 點(diǎn)N1。傳送到節(jié)點(diǎn)N1的電壓可以是圖像信號電壓VSIG。在該階段期間，靈敏度控制信號SCG的電壓電平可確定包括在光電二極 管PD中的MOS電容器CSCG的電容CM0S,其可確定圖像信號電壓VSIG的輸 出增益。例如，源極跟隨器晶體管M13的輸出電壓Vout和增益ASF可通過 與MOS電容器CscG的電容CM。s相關(guān)的以下等式給出<formula>formula see original document page 12</formula>其中Cp為光電二極管PD的電容；"為光電轉(zhuǎn)換電流；以及T為光積聚 時間。"X T項(xiàng)可以對應(yīng)于由光電二極管PD的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷(即，電 子)的量。因此，如等式1所示，從源極跟隨器晶體管M13的源極的輸出電 壓Vout可隨著由靈敏度控制信號SCG的電壓電平確定的MOS電容器CSCG的電容Cw。s而改變。同時，ADC 130可以從節(jié)點(diǎn)N1順序地接收復(fù)位電壓VRES和圖像信號 電壓VSIG，并且可以輸出對應(yīng)于復(fù)位電壓VRES和圖像信號電壓VSIG之間 的差的數(shù)字信號?？蓪⑥D(zhuǎn)換后的數(shù)字信號提供給數(shù)字處理器(未示出)并且 在該數(shù)字處理器中進(jìn)行處理。圖9示出了根據(jù)另 一示范性實(shí)施例的CMOS圖像傳感器100的像素電路 910。像素電路910可包括MOS晶體管M21 M24和光學(xué)檢測器，例如光電 二極管911。像素電路910除了附加的MOS晶體管M24之外，其它與圖4 的像素電路410類似。參考圖9 ，可將晶體管M22和M24串聯(lián)連接在電源電壓VDD和節(jié)點(diǎn)N3 之間?？梢詫⒕w管M22的柵極耦合到復(fù)位控制信號RX，并且可以將晶體 管M24的柵極耦合到傳輸控制信號TX。連接到節(jié)點(diǎn)N3的光學(xué)檢測器911 可包括MOS電容器CscG和光電二極管PD2。圖9的光學(xué)檢測器911可以以與 圖4示出的光學(xué)檢測器411相同的模式工作，在此將不再進(jìn)一步詳細(xì)描述?？蓪⒕w管M23和M21串聯(lián)連接在電源電壓VDD和節(jié)點(diǎn)N4之間?？?以將晶體管M23的柵極連接到連接晶體管M22和M24的節(jié)點(diǎn)FD?？梢詫⒕?體管M21的柵極耦合到行選擇信號SEL。圖10示出了分別在圖9示出的像素電路910中工作的復(fù)位控制信號RX 和傳輸控制信號TX的時序圖。這里將參考圖9和圖10描述像素電路910的工作方法。在工作期間，如果復(fù)位控制信號RX為高同時選擇信號SEL為高，則復(fù) 位電壓VRES可以被輸出到節(jié)點(diǎn)N4。另外，如果傳輸控制信號TX為高同時 復(fù)位控制信號RX為高，則光電二極管PD2可以被復(fù)位。因此，當(dāng)復(fù)位控制 信號RX處于高電平且傳輸控制信號TX處于低電平時，光電二極管PD2可以牙只聚由光感應(yīng)的光電子?？商鎿Q地，如果復(fù)位控制信號RX為低且傳輸控制信號TX為高，則可 將對應(yīng)于在光電二極管PD2中積聚的光電子的電壓傳送到節(jié)點(diǎn)FD。因此， 可將節(jié)點(diǎn)FD的電壓作為圖像信號電壓VSIG輸出。而且，靈敏度控制信號 SCG的電壓電平可用于改變包括在光學(xué)檢測器911內(nèi)的MOS電容器Cscc的 電容CM0S 。通過在不同設(shè)置中設(shè)置各像素的靈敏度控制信號SCG的電壓電平， 像素電路910可以調(diào)整圖像信號電壓VSIG的飽和電壓。在附圖中，為了圖示清楚，可能夸大了元件和區(qū)域的尺寸。還應(yīng)當(dāng)理解， 當(dāng)將元件稱為在另一元件"上"、"連接到"另一元件或"耦合到"另一元 件時，它可以直接在另一元件上、直接連接或耦合到另一元件，或者也可以 存在居間的元件。相反，當(dāng)將元件稱為"直接在"另一元件"上"、"直接 連接到"或"直接耦合到"另一元件時，則表示不存在居間的元件。而且， 應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)將元件稱為在另一元件"下方"、在另一元件"上方"時，它 可以直接在下方或直接在上方，并且也可存在一個或多個元件。另外，還應(yīng) 該理解，當(dāng)將元件稱為在兩個元件"之間"時，它可以是在所述兩個元件之 間的唯一的元件，或者也可存在一個或多個居間的元件。在全文中相同的附 圖標(biāo)記表示相同的元件。這里所使用的術(shù)語"和/或"包括一個或多個相關(guān)列 出項(xiàng)目中的任何一個和所有組合。還應(yīng)當(dāng)理解，雖然在此使用了術(shù)語"第一"、"第二"等來描述不同的 元件、結(jié)構(gòu)、分量、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、結(jié)構(gòu)、分量、區(qū)域、 層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語所限制。這些術(shù)語僅用于將一個元件、結(jié)構(gòu)、 分量、區(qū)域、層和/或部分與另一個元件、結(jié)構(gòu)、分量、區(qū)域、層和/或部分相 區(qū)別開。因此，可以將下面討論的第一元件、結(jié)構(gòu)、分量、區(qū)域、層或部分 稱為第二元件、結(jié)構(gòu)、分量、區(qū)域、層或部分，而不偏離示范實(shí)施例的教導(dǎo)。為了容易描述，在此可以使用空間性的相關(guān)術(shù)語，例如"在…下方"、 "在…下面"、"下""在…上方""上"等來描述圖中示出的一個元件或 特征與另一元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解，所述空間性的相關(guān)術(shù)語旨在除了圖中的器件翻轉(zhuǎn)(或上下顛倒)，則被描述為在其它元件或特征"下面"或"下此，示范性術(shù)語"在…下面"能夠包括在上面和在下面兩個方向。器件可以朝向其它方向(旋轉(zhuǎn)卯度或其它方向)，并且可以相應(yīng)地解釋這里所使用的 空間性的相關(guān)描述語。在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述特定實(shí)施例，并不意圖作為對示范性 實(shí)施例的限制。如在此使用的，單數(shù)形式"一"、"一個"也包括復(fù)數(shù)形式， 除非上下文明確地指出相反含義。還應(yīng)了解，術(shù)語"包括"和/或"包含"當(dāng) 用于本說明書中時，其指定所述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或分量 的存在，但不排除存在或附加一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元 件、分量和/或它們的組合。除非另外規(guī)定，否則在此使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語) 都具有與示范性實(shí)施例所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的 一樣的含意。還 應(yīng)了解，例如在一般慣用字典中定義的那些術(shù)語，應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與它們 在相關(guān)領(lǐng)域的上下文中的含意一致的意思，且不應(yīng)當(dāng)被解釋為理想化的或過 度形式化的意義，除非在這里明確地這樣定義。在此已經(jīng)公開了本發(fā)明的示范性實(shí)施例，雖然使用了特定的術(shù)語，但它 們僅用于并被解釋為通用的和描述性的含義，并并不出于限制的目的。因此， 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該了解，在不偏離如以下權(quán)利要求書提出的本發(fā)明 的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變更。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)，包括第一導(dǎo)電性襯底；在第一導(dǎo)電性襯底中的第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域；在第一導(dǎo)電性襯底上的傳送柵極；和在第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域上的電容器電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素結(jié)構(gòu)，其中所述電容器電極基本上覆蓋所 述第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素結(jié)構(gòu)，其中所述電容器電極部分地覆蓋所 述第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的像素結(jié)構(gòu)，其中所述第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū) 域被以指狀的雙向延伸形式部分地覆蓋。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的像素結(jié)構(gòu)，其中利用多個開口來部分地覆蓋所 述第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素結(jié)構(gòu)，其中所述電容器電極由耦合到靈敏 度控制信號的透明導(dǎo)電膜形成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的像素結(jié)構(gòu)，其中所述透明導(dǎo)電膜為多晶硅。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素結(jié)構(gòu)，還包括鄰近所述第二導(dǎo)電性光電二 極管區(qū)域的浮動擴(kuò)散層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的像素結(jié)構(gòu)，還包括在所述第二導(dǎo)電性光電二極 管區(qū)域上的電介質(zhì)膜，并且所述電容器電極被安置在該電介質(zhì)膜上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的像素結(jié)構(gòu)，其中所述像素結(jié)構(gòu)為像素電路。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的像素結(jié)構(gòu)，其中所述像素電路還包括 第一晶體管，其通過源極電極和漏極電極中的一個連接到第一節(jié)點(diǎn)，并通過源極電極和漏極電極中的另外 一 個連接到輸出節(jié)點(diǎn)，并且通過柵極電極 接收行選擇信號；第二晶體管，其通過源極電極和漏極電極中的一個連接到第一電壓，并 通過源極電極和漏極電極中的另外 一 個連接到第二節(jié)點(diǎn)，并且通過柵極電極 接收復(fù)位控制信號；第三晶體管，其通過源極電極和漏極電極中的一個連接到第一電源，并通過源極電極和漏極電極中的另外一個連接到所述第一節(jié)點(diǎn)，并且通過柵極 電極連接到所述第二節(jié)點(diǎn)；以及光電二極管，其連接在第二電壓和所述第二節(jié)點(diǎn)之間，以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
12. —種在CMOS圖像傳感器中形成像素結(jié)構(gòu)的方法，包括形成第一導(dǎo)電性襯底；在該第一導(dǎo)電性襯底中形成第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域； 在該第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域上形成電容器電極。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電容器電極基本上覆蓋所述第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電容器電極部分地覆蓋所述 第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電容器電極由耦合到靈敏度 控制信號的透明導(dǎo)電膜形成，該透明導(dǎo)電膜為多晶硅。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括在所述第二導(dǎo)電性光電二極管 區(qū)域上形成電介質(zhì)膜，并且在該電介質(zhì)膜上形成所述電容器電極。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括將第一晶體管通過源極電極和漏極電極中的一個連接到第一節(jié)點(diǎn)，通過 源極電極和漏極電極中的另外 一 個連接到輸出節(jié)點(diǎn)，并且通過柵極電極接收 行選擇信號；將第二晶體管通過源極電極和漏極電極中的 一個連接到第 一 電壓，通過 源極電極和漏極電極中的另外 一 個連接到第二節(jié)點(diǎn)，并且通過柵極電極接收 復(fù)位控制信號；將第三晶體管通過源極電極和漏極電極中的一個連接到第一電源，通過 源極電極和漏極電極中的另外一個連接到第一節(jié)點(diǎn)，并且通過柵極電極連接 到第二節(jié)點(diǎn)；和將光電二極管連接在第二電壓和所述第二節(jié)點(diǎn)之間，以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
全文摘要
示范性實(shí)施例涉及一種CMOS圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)及相關(guān)方法。該像素結(jié)構(gòu)可以包括第一導(dǎo)電性襯底，在該第一導(dǎo)電性襯底中的第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域，和在該第二導(dǎo)電性光電二極管區(qū)域上的電容器電極。
文檔編號H04N5/369GK101221965SQ20071030578
公開日2008年7月16日 申請日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月8日
發(fā)明者咸錫憲, 蔡瑛澈, 金甫俓, 韓囝熙 申請人:三星電子株式會社