[发明专利]像素面积减小的图像传感器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及CMOS有源像素图像传感器的领域，并且更特别 地，涉及减小像素的尺寸。

背景技术

图1示出了典型的CMOS有源像素图像传感器100。图像传感器100 的基本组件是光敏像素130的阵列。行解码器电路105选择一整行像素 130，将通过相关双采样(CDS)电路125采样该整行像素130。模数转 换器115扫描通过(scan across)列解码器并且数字化存储在CDS 125 中的信号。模数转换器115可以是每列具有一个转换器的类型(并行) 或具有一个高速转换器以串行地数字化每一列的类型。数字化的数据可 以直接从图像传感器100输出，或者可能存在用于缺陷校正、滤色插值、 图像缩放和其它特殊效果的集成图像处理120。定时发生器(timing generator)110控制行和列解码器以采样整个像素阵列或仅采样像素阵 列的一部分。

图2示出了用于CMOS图像传感器的许多不同可能的示意图中的一 个。示出了像素阵列的四个像素130(为了清楚仅标记了一个)。每个 像素130具有在两个光电二极管150和151之间共享的电路。可以在美 国专利5,625,210、5,841,159、5,949,061、6,107,655、6,160,281、 6,423,994和6,657,665中可以发现这一类型的像素和其它变型。

光电二极管150和151分别通过传输门152和153连接到共同共享 浮动扩散155。采样光电二极管150的过程开始于接通电源(VDD)158 以及也接通重置晶体管154，以将浮动扩散155电压设置到电源158的 电压。然后，断开重置晶体管154，并且由输出晶体管156采样的信号 电平被驱动到输出信号线157上。接着，传输门153被接通以将来自光 电二极管150的光生(photo-generated)信号电荷传输到浮动扩散155。 现在，输出晶体管156将驱动该信号电平电压到输出信号线157上。刚 好在重置之后的第一信号减去传输门153被施以脉冲(pulse)之后的 信号的差，与在光电二极管150中的电子的数目成比例。

以相同的方式通过传输门152采样第二光电二极管151。示出的该 像素130是两者共享的像素，因为两个光电二极管150和151共享共同 的浮动扩散155。在图3中示出了如何可以在硅衬底上物理地制造两者 共享的像素的示例。在图3中的编号组件对应于图2中的示意性符号。 多晶硅晶体管传输门是152和153；重置晶体管栅极是154，输出晶体 管栅极是156。金属线将浮动扩散接触155连接在一起。重置154和输 出156晶体管共享到电源线的共同扩散连接158。

图3的像素布局的缺点是如何减小像素的尺寸。在不存在相邻像素 之间的电子泄漏的风险的情况下，两个相邻像素之间的间隙160不能进 一步缩小。晶体管栅极154和156的尺寸不能缩小，因为电源的操作电 压确定它们的尺寸。减小电源电压不是有吸引力的选项，因为这也将减 小能够被光电二极管收集的光电子的最大数目。

本发明将解决该缺点和其它缺点，因为本发明公开了一种在无需减 小重置和输出晶体管栅极(gate)的尺寸的情况下减小像素尺寸的方法。

发明内容

本发明旨在克服了上述一个或多个问题。简单概述之，根据本发明 的一个方面，本发明在于一种图像传感器，该图像传感器包括布置在衬 底上的多个像素，每个像素包括：至少一个光敏区域，其响应于入射光 而收集电荷；电荷到电压转换节点，其用于感测来自该至少一个光敏区 域的电荷并且将该电荷转换为电压；放大器晶体管，其具有连接到输出 节点的源极、连接到电荷到电压转换节点的栅极以及连接到电源节点的 至少一部分的漏极；以及重置晶体管，其连接输出节点和电荷到电压转 换节点。

有益效果

本发明允许在不减小晶体管几何结构的尺寸的情况下减小图像传 感器像素尺寸。

附图说明

图1是现有技术的有源像素图像传感器；

图2是图1的像素的示意图；

图3是图1的平面图(顶视图)；

图4是本发明的多个像素的示意图；

图5是图4的平面图(顶视图)；

图6是通过图5晶体管的水平横截面；

图7是具有图4的像素的本发明的图像传感器；以及

图8是具有本发明的图像传感器的照相机。