專利名稱：具有小尺寸光學黑區(qū)的互補金屬氧化物半導體圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器，特別是，涉及對于較小尺寸的光學黑區(qū)，具有數(shù)量減小的光學黑色像素行的CMOS圖像傳感器。
背景技術(shù)：
CMOS圖像傳感器是把圖像轉(zhuǎn)換成電信號的光電轉(zhuǎn)換裝置。傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器包括有源像素陣列和響應(yīng)于斜坡信號用于把投射到有源像素陣列上的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的光學黑區(qū)。
當CMOS圖像傳感器輸出圖像信號時，熱產(chǎn)生的電子和從圖像光電轉(zhuǎn)換來的電子都從有源像素陣列輸出。為了確定僅由光電轉(zhuǎn)換來的電子的數(shù)量，從測量的總電荷數(shù)量中減去熱產(chǎn)生的電子的數(shù)量。
CMOS圖像傳感器的光學黑區(qū)產(chǎn)生用于表示熱產(chǎn)生的電子數(shù)量的信號。光學黑區(qū)覆蓋一金屬層以阻止到達這一區(qū)域的外部的光。因此，從光學黑區(qū)輸出的光學黑信號表示僅由熱產(chǎn)生的電子數(shù)量，并且光學黑信號也稱之為暗信號。
從有源像素陣列輸出的圖像信號表示光電轉(zhuǎn)換的電子和熱產(chǎn)生的電子二者的數(shù)量。因此，從這樣的一個圖像信號中減去光學黑信號以產(chǎn)生修正的圖像信號，該修正的圖像信號正好反映了來自圖像的光電轉(zhuǎn)換的電子數(shù)量。
另外，在CDS(correlated double sampling相關(guān)雙采樣)方法中使用斜坡信號把來自有源像素陣列的圖像信號和來自光學黑區(qū)的光學黑信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。但是，這樣的斜坡信號還包括通常影響數(shù)字圖像信號和數(shù)字光學黑信號的噪聲成分。當從數(shù)字圖像信號減去數(shù)字光學黑信號時，可以移除斜坡信號的噪聲成分。
傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器具有與有源像素行的數(shù)量相同數(shù)量的光學黑像素行。因此，具有相應(yīng)光學黑像素行的有源像素行依次被行選擇信號激活，用于產(chǎn)生相應(yīng)的圖像信號和光學黑信號。
在傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器中對于每個有源像素行形成的各自分離的光學黑像素行導致了相對大的光學黑區(qū)。這樣一個大的光學黑區(qū)不利地降低了有源像素行區(qū)域的有效性。因此，希望得到具有減少光學黑區(qū)尺寸的CMOS圖像傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在本發(fā)明的CMOS圖像傳感器中，對于較小的光學黑區(qū)，在至少兩個用于產(chǎn)生來自圖像的電信號的有源像素行中間共用一光學黑像素行。
根據(jù)本發(fā)明實施例的CMOS圖像傳感器包括多個有源像素行和一光學黑像素行。該光學黑像素行根據(jù)至少兩個有源像素行每一個的激活而激發(fā)產(chǎn)生各自的光學黑信號。
在本發(fā)明的另一個實施例中，CMOS圖像傳感器進一步包括圖像信號處理器，該處理器從各自的圖像信號中減去各自的光學黑信號，從而對于至少兩個有源像素行的每一個而產(chǎn)生各自的修正信號。
例如，圖像信號處理器包括一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其從斜坡信號和各自的圖像信號而產(chǎn)生各自的數(shù)字圖像信號，并從斜坡信號和各自的光學黑信號產(chǎn)生各自的數(shù)字光學黑信號。此外，偏移消除單元通過從用于至少兩個有源像素行每一個的各自的數(shù)字圖像信號中減去各自的數(shù)字光學黑信號而產(chǎn)生各自的數(shù)字修正信號。
在本發(fā)明進一步的實施例中，僅僅激活一個光學黑像素行，從而對于全部有源像素行每一個產(chǎn)生各自的光學黑信號。
在本發(fā)明的另一個實施例中，CMOS圖像傳感器還包括用于產(chǎn)生依次激活至少兩個有源像素行每一個的行選擇控制信號的行解碼器。在該情形中，當至少兩個有源像素行任意一個被激活時，該行選擇控制信號激活該光學黑像素行。
在本發(fā)明的另一個實施例中，在至少兩個有源像素行任意一個輸出各自的圖像信號的同時，光學黑像素行輸出各自的光學黑信號。
在本發(fā)明進一步的實施例中，光學黑像素行包括至少一個形成光學黑區(qū)中的具有在其上形成的金屬層的光學黑像素行。
在本發(fā)明的另一方面中，CMOS圖像傳感器包括多個有源像素行，和多個光學黑像素行。至少一個光學黑像素行根據(jù)至少兩個有源像素行每一個的激活而被激活，從而產(chǎn)生各自的光學黑信號。有源像素行的數(shù)目大于光學黑像素行的數(shù)目。
這樣，一個光學黑像素行被至少兩個用于根據(jù)圖像產(chǎn)生電信號的有源像素行共用。因此，CMOS圖像傳感器可以通過光學黑像素行數(shù)量的減小而具有較小的光學黑區(qū)。


當參照附圖詳細描述其典型實施例時，本發(fā)明的上述和其它特征將變得更加清楚，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的具有小尺寸光學黑區(qū)的CMOS圖像傳感器的方塊圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的時序圖，其示出了響應(yīng)于行選擇信號從圖1中的有源像素陣列和光學黑區(qū)域產(chǎn)生信號；圖3是根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的具有小尺寸光學黑區(qū)的CMOS圖像傳感器的方塊圖；和圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的時序圖，其示出了響應(yīng)于行選擇信號從圖3中的有源像素陣列和光學黑區(qū)域產(chǎn)生信號。
在此提到的附圖是為了顯示清晰而畫出的，不必按比例畫出。在圖1、2、3和4中具有相同參考標記的元件指的是具有相似的結(jié)構(gòu)和/或功能的元件。
具體實施例方式
光學黑像素行覆蓋有用于阻隔光的一金屬層。因此，從這樣的表示熱產(chǎn)生電荷載流子數(shù)量的光學黑像素行輸出的光學黑信號基本相同。另外，不考慮光學黑像素行，這樣的暗信號包括在CDS(相關(guān)雙采樣)中使用的斜坡信號的相同的噪聲成分。因此，在本發(fā)明的一個方面中，在多個有源像素行中共用一光學黑像素行。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的具有小尺寸光學黑區(qū)的CMOS圖像傳感器100的方塊圖。參照圖1，MOS圖像傳感器100包括行解碼器150、有源像素陣列110、光學黑區(qū)120、斜坡信號發(fā)生器130，和圖像信號處理器140。
行解碼器150產(chǎn)生依次激活的行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln。有源像素陣列110包括多個有源像素行APR1、APR2、......、和APRn，每行都具有多個有源像素。在行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln分別激活期間，有源像素行APR1、APR2、......、和APRn分別依次輸出圖像信號APSl、APS2、......、和APSn。
在本發(fā)明的第一實施例中，光學黑區(qū)120具有包含一個或多個光學黑像素的單個光學黑像素行OBR。在本發(fā)明的一個實施例中，在光學黑區(qū)120的光學黑像素上形成一金屬層以阻隔外部分的光。根據(jù)行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln每一個的激活，光學黑像素行OBR從光學黑像素輸出各自的光學黑信號OBS。
通過分別從每個圖像信號APS1、APS2、......、和APSn中減去各自的光學黑信號OBS，圖像信號處理器140產(chǎn)生修正的圖像信號Img1、Img2、......、和Imgn。圖像信號處理器140包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器142和偏移消除單元144。
在相關(guān)雙采樣方法中利用來自斜坡信號發(fā)生器130的斜坡信號，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器142分別把圖像信號APS1、APS2、......、和APSn轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號APS1_dig、APS2_dig、......、和APSn_dig。在MOS圖像傳感器中的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中使用斜坡信號的相關(guān)雙采樣的方法對于圖像傳感器領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說一般是公知的。
另外，對于每個圖像信號APS1、APS2、......、和APSn，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器142利用斜坡信號把各自的光學黑信號OBS轉(zhuǎn)換成各自的數(shù)字光學黑信號OBS_dig。偏移消除單元144分別從每個數(shù)字圖像信號APS1_dig、APS2_dig、......、和APSn_dig中減去各自的數(shù)字光學黑信號OBS_dig，從而產(chǎn)生修正的圖像信號Img1、Img2、......、和Imgn。
這樣修正的圖像信號Img1、Img2、......、和Imgn表示在有源像素陣列110的圖像中熱產(chǎn)生電荷載流子成分和斜坡信號的噪聲成分。
圖2是一個時序圖，其示出了隨著在圖1的CMOS圖像傳感器100中的行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln依次激活，從有源像素行APR1、APR2、......、和APRn和光學黑像素行OBR產(chǎn)生的信號。在圖2中，如每個脈沖上邊標注的，每個脈沖都表示各自的行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的激活。
當行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln之一激活時，選擇了一個相應(yīng)的有源像素行以輸出相應(yīng)的圖像信號。另外，光學黑像素行OBR也隨著每一個行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的激活而激活。因此，光學黑像素行OBR產(chǎn)生各自的光學黑信號OBS，用于從有源像素行APR1、APR2、......、和APRn依次產(chǎn)生每個圖像信號APS1、APS2、......、和APSn。在本發(fā)明的一個實施例中，隨著每個行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的激活而在每一個圖像信號APS1、APS2、......、和APSn的產(chǎn)生期間，從光學黑像素行OBR同時產(chǎn)生各自的光學黑信號OBS。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的具有小尺寸光學黑區(qū)的CMOS圖像傳感器300的方塊圖。參照圖3，CMOS圖像傳感器300包括行解碼器350、有源像素陣列110、光學黑區(qū)320、斜坡信號發(fā)生器130，和圖像信號處理器340。在圖1和3中具有相同參考標記的元件指的是具有相似的結(jié)構(gòu)和/或功能的元件。
圖3的CMOS圖像傳感器300是一個比圖1的CMOS圖像傳感器100更加一般化的實施例。因此，在圖3中光學黑區(qū)320具有一個或多個光學黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk，每個都有一個或多個光學黑像素。一般地，光學黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk的數(shù)目k要小于在圖3中的有源像素行APR1、APR2、......、和APRn的數(shù)目n。
在本發(fā)明的一個方面中，光學黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk的至少一個被有源像素行APR1、APR2、......、和APRn的至少兩個共用，用于產(chǎn)生各自的光學黑信號OBS。行解碼器350輸出行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln，它們依次激活有源像素陣列110和光學黑區(qū)320。
一般地，通過行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的任一子集的各自的邏輯組合，激活每個光學黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk，以產(chǎn)生光學黑信號OBS。當被這樣的行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的子集的各自的邏輯組合激活時，光學黑像素行OBR1、OBR2、......、或OBRk分別產(chǎn)生各自的光學黑信號OBS1、OBS2、......、或OBSk。因此，對于來自有源像素行的每一個圖像信號APS1、APS2、......、和APSn，產(chǎn)生各自的光學黑信號OBS1、OBS2、......、或OBSk。
圖像信號處理器340包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器342和偏移消除單元344。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器342響應(yīng)于來自斜坡信號發(fā)生器130的斜坡信號分別把圖像信號APS1、APS2、......、和APSn轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號APS1_dig、APS2_dig、......、和APSn_dig。另外，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器342響應(yīng)于斜坡信號把各自的光學黑信號OBS1、OBS2、......、或OBSk轉(zhuǎn)換成各自的數(shù)字光學黑信號OBS1_dig、OBS2_dig、......、或OBSk_dig。
偏移消除單元344分別從每個數(shù)字圖像信號APS1_dig、APS2_dig、......、和APSn_dig中減去各自的數(shù)字光學黑信號OBS1_dig、OBS2_dig、......、和OBSk_dig，從而產(chǎn)生修正的圖像信號Img1、Img1、......、和Imgn。這樣修正的圖像信號Img1、Img1、......、和Imgn表示在圖3中的有源像素陣列110的圖像中沒有熱產(chǎn)生電荷載流子成分和斜坡信號的噪聲成分。
圖4是一個時序圖，其示出了隨著在圖3的CMOS圖像傳感器300中的行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln依次激活，從有源像素行APR1、APR2、......、和APRn和光學黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk產(chǎn)生信號。在圖4中，如每個脈沖上邊標注的，每個脈沖都表示各自的行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的激活。
根據(jù)行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln之一的激活，選擇一個相應(yīng)的有源像素行以輸出相應(yīng)的圖像信號。另外，在行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln每一個的激活時，光學黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk之一也被激活，從而產(chǎn)生各自的OBS1、OBS2、......、和OBSk。
圖4顯示了第一和第二有源像素行APR1和APR2共用第一光學黑像素行OBR1的例子。因此，當Rowsel1信號激活時，第一主動像素行APR1產(chǎn)生第一圖像信號APS1。另外，在Rowsel1信號激活期間，第一光學黑像素行OBS1被激活，從而產(chǎn)生對應(yīng)于第一圖像信號APS1的各自的光學黑信號OBR1。
接著，當Rowsel2信號激活時，第二有源像素行APR2產(chǎn)生第二圖像信號APS2。此外，在隨后的Rowsel2信號激活期間，第一光學黑像素行OBR1再次被激活，從而產(chǎn)生對應(yīng)于第二圖像信號APS2的各自的光學黑信號OBS1。圖4還顯示了在Rowseln信號激活期間，第k個光學黑像素行OBR1被激活，從而產(chǎn)生對應(yīng)于第n個圖像信號APSn的各自的光學黑信號OBSk。
在每個行選擇信號Rowsel1、Rowsel2、......、和Rowseln的激活期間，在產(chǎn)生每一個圖像信號APS1、APS2、......、和APSn的同時，從光學黑像素行OBR1、OBR2、......、和OBRk產(chǎn)生各自的光學黑信號OBS1、OBS2、......、和OBSk。
這樣，一個光學黑像素行至少被兩個用于產(chǎn)生對應(yīng)于圖像的電信號的有源像素行共用。因此，CMOS圖像傳感器可以通過減小光學黑像素行的數(shù)目而具有較小的光學黑區(qū)。
上述內(nèi)容僅僅是作為示例性的而不是要限制性的。例如，在此描述和示出的元件的數(shù)目僅僅是作為示例。另外，在此描述和示出的任何形式的器件和任何形式的材料僅僅是作為示例。
本發(fā)明僅由所附的權(quán)利要求和它們的等同物限定。
本申請要求2005年8月30日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局遞交的第2005-79949號韓國專利申請的權(quán)益，作為參考文獻在此引用其全文。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，包括多個有源像素行；和一光學黑像素行，其當至少兩個有源像素行的每一個激活時激發(fā)而產(chǎn)生各自的光學黑信號。
2.如權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，進一步包括圖像信號處理器，其從各自的圖像信號中減去各自的光學黑信號，從而對于至少兩個有源像素行的每一個而產(chǎn)生各自的修正信號。
3.如權(quán)利要求2的CMOS圖像傳感器，其中該圖像信號處理器包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其根據(jù)斜坡信號和該各自的圖像信號產(chǎn)生各自的數(shù)字圖像信號，并根據(jù)斜坡信號和各自的光學黑信號產(chǎn)生各自的數(shù)字光學黑信號；和偏移消除單元，對于至少兩個有源像素行的每一個來說，其通過從各自的數(shù)字圖像信號中減去該各自的數(shù)字光學黑信號來產(chǎn)生各自的數(shù)字修正信號。
4.如權(quán)利要求3的CMOS圖像傳感器，進一步包括產(chǎn)生斜坡信號的斜坡信號發(fā)生器。
5.如權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，其中僅僅激活一個光學黑像素行，從而對于所有源像素行每一個產(chǎn)生各自的光學黑信號。
6.如權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，進一步包括用于產(chǎn)生依次激活至少兩個有源像素行每一個的行選擇控制信號的行解碼器，其中當至少兩個有源像素行任意一個被激活時，該行選擇控制信號激活該光學黑像素行。
7.如權(quán)利要求6的CMOS圖像傳感器，其中在至少兩個有源像素行的任意一個輸出各自的圖像信號的同時，光學黑像素行輸出各自的光學黑信號。
8.如權(quán)利要求1的CMOS圖像傳感器，其中光學黑像素行包括至少一個形成光學黑區(qū)中的具有在其上形成的金屬層的光學黑像素行。
9.一種CMOS圖像傳感器，包括多個有源像素行；和多個光學黑像素行，當至少兩個有源像素行每一個的激活時激活至少一個光學黑像素行，從而產(chǎn)生各自的光學黑信號，其中在CMOS圖像傳感器中的有源像素行的數(shù)目大于在CMOS圖像傳感器中的光學黑像素行的數(shù)目。
10.如權(quán)利要求9的CMOS圖像傳感器，進一步包括圖像信號處理器，其從各自的圖像信號中減去光學黑信號，從而對于至少兩個有源像素行的每一個而產(chǎn)生各自的修正信號。
11.如權(quán)利要求10的CMOS圖像傳感器，其中該圖像信號處理器包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其根據(jù)斜坡信號和該各自的圖像信號產(chǎn)生各自的數(shù)字圖像信號，并根據(jù)斜坡信號和各自的光學黑信號產(chǎn)生各自的數(shù)字光學黑信號；和偏移消除單元，對于至少兩個有源像素行的每一個來說，其通過從各自的數(shù)字圖像信號中減去該各自的數(shù)字光學黑信號來產(chǎn)生各自的數(shù)字修正信號。
12.如權(quán)利要求11的CMOS圖像傳感器，進一步包括產(chǎn)生斜坡信號的斜坡信號發(fā)生器。
13.如權(quán)利要求9的CMOS圖像傳感器，進一步包括用于產(chǎn)生依次激活至少兩個有源像素行每一個的行選擇控制信號的行解碼器，其中當至少兩個主動像素行任意一個被激活時，該行選擇控制信號激活該光學黑像素行。
14.如權(quán)利要求13的CMOS圖像傳感器，其中在至少兩個有源像素行的任意一個輸出各自的圖像信號的同時，光學黑像素行輸出各自的光學黑信號。
15.如權(quán)利要求9的CMOS圖像傳感器，其中每個光學黑像素行都包括至少一個形成光學黑區(qū)中的具有在其上形成的金屬層的光學黑像素行。
16.一種在CMOS圖像傳感器中感應(yīng)圖像的方法，包括依次激活多個有源像素行；和根據(jù)至少兩個有源像素行每一個的激活來激活光學黑像素行，從而產(chǎn)生各自的光學黑信號。
17.如權(quán)利要求16的方法，進一步包括從各自的圖像信號中減去各自的光學黑信號，從而對于至少兩個有源像素行的每一個而產(chǎn)生各自的修正信號。
18.如權(quán)利要求16的方法，進一步包括根據(jù)斜坡信號和該各自的圖像信號產(chǎn)生各自的數(shù)字圖像信號；根據(jù)斜坡信號和各自的光學黑信號產(chǎn)生各自的數(shù)字光學黑信號；和對于至少兩個有源像素行的每一個來說，通過從各自的數(shù)字圖像信號中減去該各自的數(shù)字光學黑信號來產(chǎn)生各自的數(shù)字修正信號。
19.如權(quán)利要求16的方法，其中僅僅激活一個光學黑像素行，從而對于所有源像素行的每一個產(chǎn)生各自的光學黑信號。
20.如權(quán)利要求16的方法，其中在至少兩個有源像素行的任意一個輸出各自的圖像信號的同時，該光學黑像素行輸出各自的光學黑信號。
全文摘要
CMOS圖像傳感器包括多個有源像素行和一光學黑像素行。該光學黑像素行根據(jù)至少兩個有源像素行每一個的激活而激發(fā)產(chǎn)生各自的光學黑信號。這樣共用光學黑像素行減小了CMOS圖像傳感器的光學黑區(qū)。
文檔編號H04N5/3745GK1941856SQ20061013639
公開日2007年4月4日 申請日期2006年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者安正 申請人:三星電子株式會社