專利名稱：耦合電容匹配的共享放大器像素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及CMOS圖像傳感器領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉 及這種共享放大器的圖像傳感器，所述放大器包括為每個像素匹配傳 輸門和浮動擴散(floating diffusion)之間的電容以便降低固定模式噪 聲 (fixed pattern noise )。
背景技術(shù)：
圖l示出現(xiàn)有技術(shù)，共享的像素示意圖包括兩個光電探測器(PD1 和PD2)、兩個傳輸門(TGI和TG2)、行選擇晶體管(RSEL )、公共 的浮動擴散感測節(jié)點(FD)、具有復(fù)位門(RG)的復(fù)位晶體管和源極 跟隨器輸入晶體管(SF)。圖2的現(xiàn)有技術(shù)的像素是類似的概念，區(qū) 別^又在于四個PD和TG共享/^共部件。
這些設(shè)計在TG和FD之間產(chǎn)生了耦合電容，所述耦合電容產(chǎn)生 了與每個TG到公共FD的電容中的失配相關(guān)的固定模式噪聲。例如， 如果圖1中的像素中從TG1到FD的電容(CTG1.FD)不同于TG2到FD 的電容(CTO2.FD),那么在讀出期間會存在與前述電容的失配相關(guān)聯(lián)的 行相關(guān)的奇偶或模2的固定模式噪聲。
在如圖2所示的4-共享像素中也注意到類似的影響。電容(CTG1. FD)、 (CTG2-FD)、 (CTG3-FD)和(CTG4-FD)中的失配導(dǎo)致行相關(guān)的模4的 固定模式噪聲。由于固定模式噪聲在空間上是高度相關(guān)的，所以很容 易在低電平檢測到并且會降低圖像質(zhì)量。TG-FD電容包括與像素內(nèi)的 互連相關(guān)聯(lián)的寄生電容和TG疊加(overlap)電容。
本發(fā)明通過對共享的放大器像素的T&到FD所產(chǎn)生的匹配電容 進行詳細的規(guī)劃和設(shè)計來消除固定模式噪聲。這可以通過但不限于相 同的TG配線布局以及在每個像素內(nèi)相對于FD結(jié)和互連使用相同水 平的互連來完成?？梢?使用片反圖后提取工具(post layout extraction tool)和其他集成電路電容建模工具來設(shè)計所要求的匹配度。在一些 情況下，這可能要求有目的地向一個或多個TGrFD區(qū)域添加寄生電
容，以產(chǎn)生匹配的TG-FD耦合電容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述問題中的一個或多個。簡要綜述，根據(jù)本發(fā) 明的一個方面，本發(fā)明在于一種制造圖像傳感器的方法，所述方法包 括以下步驟(a)提供多個像素，每個像素都具有光電探測器；(b) 提供在所述多個光電探測器之間共享的放大器；(c)提供與每個光電 探測器相關(guān)聯(lián)的傳輸門；(d)提供在所述多個光電探測器之間共享的 電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)；(e)確定每個傳輸門與電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)之間的 電容；以及(f)通過改變一個或多個像素內(nèi)的物理結(jié)構(gòu)來把電容修改 成基本上相同。
參考附圖，根據(jù)下面的優(yōu)選實施例的詳細描述和隨附的權(quán)利要求 將會更加清楚地理解本發(fā)明的這些以及其他方面、目的、特征和優(yōu)勢。 本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的優(yōu)勢在于通過對共享的放大器像素的T&到FD所產(chǎn) 生的匹配電容進行詳細的規(guī)劃和設(shè)計來消除固定模式噪聲。這可以通 過4旦不限于相同的TG配線布局以及在每個^f象素內(nèi)相對于FD結(jié)和互 連使用相同級別的互連來完成?？梢允褂冒鎴D后提取工具和其他集成 電路電容建模工具來設(shè)計所要求的匹配度。在一些情況下，這要求有 目的地向一個或多個TG廣FD區(qū)域添加寄生電容，以產(chǎn)生匹配的TG-FD
耦合電容。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的共享放大器的兩個像素的示意圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的共享放大器的四個像素的示意圖； 圖3是共享放大器的兩個像素的本發(fā)明的示意圖； 圖4是共享放大器的四個像素的本發(fā)明的示意圖；以及 圖5是用于說明普通消費者所習(xí)慣的典型商業(yè)實施例的數(shù)字照相 機的圖示。
具體實施例方式
參考圖3，示出了共享放大器40的圖像傳感器30 (僅示出了圖 像傳感器的一部分)的兩個像素10和20,所述放大器40優(yōu)選為源極 跟隨器SF。圖像傳感器30-優(yōu)選為有源像素圖像傳感器，包括二維像 素陣列；然而，為了理解清楚，圖3示出了兩個像素，用以說明二個 共享設(shè)計(2S),圖4圖示了四個共享設(shè)計(4S)。有源像素指的是具 有被用作像素中的或與像素相關(guān)聯(lián)的有源電路元件的晶體管的像素， CMOS指的是"互補金屬氧化物半導(dǎo)體"，其中相反摻雜(opposite doping)的兩個晶體管(一個是p型摻雜、 一個是n型摻雜)以互補 的方式連接在一起。有源像素典型采用CMOS設(shè)計并且在工業(yè)中被可 互換地使用。
參考圖3，每個像素10和20包括用于捕獲被轉(zhuǎn)換成電荷的入射 光的光電二極管PD1和PD2。每個像素10和20還包括用于將電荷從 光電二極管PD1和PD2傳輸?shù)焦蚕淼母訑U散50的傳輸門TG1和TG2 及其相關(guān)聯(lián)的且共享的源極跟隨器晶體管SF 40。復(fù)位門RG的作用 是把浮動擴散50復(fù)位到預(yù)定的電荷電平，并且行選擇門RSEL選擇
特定的行以讀出。
操作以下述方式進行。在光電二極管PD1和PD2的積分 (integration )之后，打開行選擇門RSEL,然后通過對復(fù)位門RG施 加脈沖而將浮動擴散50復(fù)位。該復(fù)位信號然后被讀出。傳輸門TGI 被脈沖啟動，并且來自光電探測器PD1的信號電荷被傳輸?shù)礁訑U散 50，信號電平被經(jīng)由放大器SF40讀出，在放大器40中該信號被放大， 然后被讀出到讀出總線60上。接著，通過再次脈沖啟動復(fù)位門RG來 將浮動擴散50復(fù)位。該行的復(fù)位電平被讀出。然后對另 一個傳輸門TG2 施加脈沖，以將電荷傳輸?shù)礁訑U散50。然后，經(jīng)由放大器SF 40讀 出這個信號電平，在放大器40中該信號被放大，然后把該信號讀出 到讀出總線60上。然后，對于設(shè)備上的剩余行重復(fù)該過程。
非常值得注意的是，每個傳輸門TG1和TG2到浮動擴散50的電 容被匹配為基本上相同。這由電容器C
TG1 - FD 和Cw2^D用符號進行表 示。電容的匹配能夠通過但不限于相同的傳輸門配線布局。進一步地， 在每個像素內(nèi)相對于浮動擴散結(jié)區(qū)和互連使用相同水平的互連。可以 使用版圖后提取工具和其他的集成電路電容建模工具來設(shè)計所要求的 匹配度。在一些情況下，這要求有目的地向一個或多個傳輸門-浮動擴 散區(qū)域添加寄生電容，以產(chǎn)生匹配的傳輸門_浮動擴散耦合電容。
參考圖4，示出了共享^^共部件的四個像素。這些像素10、 20、 25和28在概念和操作上與圖3中的像素類似，區(qū)別僅在于四個光電
二極管和傳輸門共享公共部件，而不是兩個光電二極管和傳輸門共享 />共部件。此外，使用如上所述的相同的電容匹配來匹配傳輸門到浮
動擴散的電容。此匹配的電容由四個電容器cTG1_FD、 cTG2_FD、 CTG3—FD、
和Ctg4-fd來用符號迸行表示。
參考圖5，示出了包括本發(fā)明的圖像傳感器30的數(shù)字照相機70， 用以說明普通消費者所熟悉的典型商業(yè)實施例。 部件列表 10像素 20像素 25像素 28像素 30圖像傳感器 40放大器SF 50共享的浮動擴散 60讀出總線 70數(shù)字照相機
權(quán)利要求
1.一種制造圖像傳感器的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供多個像素，每個像素都具有光電探測器；(b)提供在所述多個光電探測器之間共享的放大器；(c)提供與每個光電探測器相關(guān)聯(lián)的傳輸門；(d)提供在所述多個光電探測器之間共享的電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)；(e)確定每個傳輸門與電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)之間的電容；以及(f)通過改變一個或多個像素內(nèi)的物理結(jié)構(gòu)來把所述電容修改成基本上相同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(f)包括改變一個或多個像素內(nèi)的互連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(f)包括改變所述 一個或多個電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)的物理設(shè)計。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(f)包括改變一個 或多個傳輸門的物理設(shè)計。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括制造CMOS圖像 傳感器的步驟。
6. —種圖像傳感器，包括(a) 多個像素，每個像素都具有光電探測器；(b) 在所述多個光電探測器之間共享的放大器；(c) 與每個光電探測器相關(guān)聯(lián)的傳輸門；(d) 在所述多個光電探測器之間共享的電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)； 其中每個傳輸門與電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)之間的電容基本上相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，還包括互連，所述互連提供基本上匹配的電容。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中所述圖像傳感器是 CMOS圖像傳感器。
9. 一種數(shù)字照相機，包括 圖像傳感器，包括(a) 多個像素，每個像素都具有光電探測器；(b) 在所述多個光電探測器之間共享的放大器； (c) 與每個光電探測器相關(guān)聯(lián)的傳輸門；(d) 在所述多個光電探測器之間共享的電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)； 其中每個傳輸門與電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)之間的電容基本上相同。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字照相機，還包括互連，所述互連提供基本上匹配的電容。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字照相機，其中所述圖像傳感器是 CMOS圖像傳感器。
全文摘要
一種制造圖像傳感器的方法，所述方法包括以下步驟提供多個像素，每個像素都具有光電探測器；提供在所述多個光電探測器之間共享的放大器；提供與每個光電探測器相關(guān)聯(lián)的傳輸門；提供在所述多個光電探測器之間共享的電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)；確定每個傳輸門與電荷到電壓轉(zhuǎn)換區(qū)之間的電容；以及通過改變一個或多個像素內(nèi)的物理結(jié)構(gòu)來把所述電容修改成基本上相同。
文檔編號H04N3/15GK101189863SQ200680019421
公開日2008年5月28日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者R·M·圭達什, R·姆魯?shù)侔簛唩? W·徐 申請人:伊斯曼柯達公司