[发明专利]CMOS图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路器件，特别是涉及一种CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。

背景技术

在图像传感器领域，CCD(电荷藕合器件)一直处于主导地位。但是由于其制造工艺与CMOS工艺无法兼容，信号处理电路无法与CCD集成在同一芯片上，给CCD在制造成本和系统解决方案上带来了无法克服的局限。

近年来，CMOS图像传感器(有源像素)技术迅速发展。CMOS图像传感器的制造工艺与信号处理芯片的CMOS电路制造工艺完全兼容，因此可以很方便的将图像传感器与信号处理集成在同一芯片上，不仅降低了系统成本，而且使系统的功耗降低，系统集成方案更加简单，并更加微型化。

通常地，一个CMOS有源像素包含了3-4个MOS晶体管和一个反偏压的光电二极管。根据工艺和设计的不同，该光电二极管可以是，如图1所示的以N型区为电荷收集区的光电二极管，或如图2所示的以P型区为电荷收集区的光电二极管。

CMOS图像传感器的动态范围取决于光电二极管的Well Capacity(阱容量)和噪声的比值，在噪声不变的情况下提高阱容量可以提高动态范围。而光电二极管的阱容量取决于它的电容和PN结两端的电压。提高它的电压就可以提高光电二极管的阱容量。

以N型区为电荷收集区的光电二极管的电压等于Vn(光电二极管N端的电位)和Vp(光电二极管P端的电位)的差值。在现有的所有设计中，Vp通常接地，因此，若想提高光电二极管的电压只能提高Vn，而提高Vn会受到电路设计的很多限制。

以P型区为电荷收集区的光电二极管的电压等于Vp(光电二极管P端的电位)和Vn(光电二极管N端的电位)的差值。在现有的所有设计中，Vn通常接电源，因此，若想提高光电二极管的电压只能降低Vp，而降低Vp也同样会受到电路设计的很多限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种CMOS图像传感器结构，可以显著改善其动态信号范围。

为解决上述技术问题，本发明的CMOS图像传感器结构，包括：

以N型区为电荷收集区的光电二极管和产生低于“地”的负电压Vs’的电荷泵，光电二极管的P端与该负电压Vs’相连接；或，

以P型区为电荷收集区的光电二极管和产生高于“电源”的正电压Vd’的电荷泵，光电二极管的N端与该正电压Vd’相连接。

由于采用上述结构，光电二极管的两端的电压差Vn-Vp会增大。这样可以提高光电二极管的阱容量，进而显著改善CMOS图像传感器的动态信号范围。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1、2是CMOS图像传感器中光电二极管的结构与现有的偏压方式示意图；

图3、4是CMOS图像传感器中光电二极管的结构与本发明的偏压方式示意图。

具体实施方式

如图3所示，对于以N型区为电荷收集区的光电二极管，在CMOS图像传感器的芯片电路中加入电荷泵电路，以产生低于“地(GND)”的负电压Vs’；所述光电二极管的P端接至负电压Vs’。

以N型区为电荷收集区的光电二极管的P端与传感器外围电路的P阱通过N型区域隔离。传感器外围电路的P阱接地。

如图4所示，对于以P型区为电荷收集区的光电二极管，在CMOS图像传感器芯片电路中加入电荷泵电路，以产生高于“电源(VDD)”的正电压Vd’；所述光电二极管的N端接至正电压Vd’。

以P型区为电荷收集区的光电二极管的N端与传感器外围电路的N阱通过P型区域隔离。传感器外围电路的N阱接电源。