CMOS图像传感器的像素单元及CMOS图像传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种CMOS图像传感器的像素单元及CMOS图像传感器。所述的CMOS图像传感器的像素单元包括：用于将光信号转化为电信号的光电转换元件；用于存储由所述光电转换元件所产生电荷的多个电荷存储元件，所述电荷存储元件彼此间相互并联；用于接收来自相互并联的所述电荷存储元件的电荷的浮置扩散区；每个所述光电转换元件与所述电荷存储元件之间设置有第一传输晶体管；每个所述电荷存储元件与所述浮置扩散区之间设置有第二传输晶体管。本发明专利技术所提供的CMOS图像传感器的像素单元由于具体多个相互并联的电荷存储元件，因而在进行信号处理时，能够利用这些相互并联的电荷存储元件减短工作周期，加快信号处理速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器领域，特别涉及一种CMOS图像传感器的像素单元及CMOS图像传感器。
技术介绍
图像传感器的作用是将光学图像转化为相应的电信号。图像传感器分为互补金属氧化物图像传感器(Complementary Metal Oxide Semiconductor imagesensor,简称 CMOS传感器)和电荷I禹合器件图像传感器(Charge-coupledDevice image sensor,简称CO)图像传感器)。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高，噪声小，但是CCD图像传感器与其他器件的集成比较困难，而且CXD图像传感器的功耗较高。相比之下，CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。因此CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置(例如胃镜)、 车用摄像装置等。全局快门像素技术是指成像阵列中的所有像素都会同时开始或停止曝光。传统上，全局快门像素技术主要用于C⑶图像传感器。由于CMOS图像传感器的不断普及，且由于机器视觉、电影制作、工业、汽车和扫描应用要求必须以高图像品质捕捉快速移动的物体，图像传感器供应商已经致力于克服在CMOS图像传感器上使用全局快门像素技术的相关传统障碍。对于CMOS图像传感器来说，全局快门实施方案包括有增加像素级存储器。请参考图1，现有的全局快门CMOS图像传感器的像素单元具有如图1所示的俯视结构，在一个像素单元中，包括有一个将光信号转化为电信号的光电转换元件例如光电二极管PD，一个用于存储电荷的电荷存储元件如存储二极管SD，一个接收来自电荷存储元件的电荷的浮置扩散区FD，其中，在光电二极管H)和存储二极管SD之间设置有传第一传输晶体管GS，在存储二极管SD和浮置扩散区FD之间设置有第二传输晶体管Tx，并且，在图1中光电二极管H)左侧还包括有第一复位晶体管GR,在浮置扩散区FD右侧还包括有第二复位晶体管Rx。请参考图2，图2为根据图1所示的像素单元电路信号的时序图。从图2中可以看出，现有的CMOS图像传感器的像素单元工作过程是第一复位晶体管GR打开(对应图中的高电位)，使得光电二极管H)可以将上一工作周期残留的电荷移除，从而使得光电二极管H)自身回复到高电位，然后关闭第一复位晶体管GR。在第一复位晶体管GR关闭的时间内，首先光电二极管ro进行曝光以积累电荷，这段时间为电荷积分时间T2。然后曝光停止，此时第一传输晶体管GS即打开，以将光电二极管F1D中积累的电荷传输到存储二极管SD中。电荷一旦从光电二极管F1D传输到存储二极管SD中，第一传输晶体管GS即关闭,此时，要准备将电荷从存储二极管SD传输到浮置扩散区FD，但是在开始传送之前，必须对浮置扩散区FD进行复位，以防止噪声。所以此时要打开第二复位晶体管Rx，将浮置扩散区FD复位之后，再将第二复位晶体管Rx关闭，随即打开第二传输晶体管Tx，使得电荷从存储二极管SD传输到浮置扩散区FD，浮置扩散区FD产生压降，这个压降通过输出端Output读出，该读出的压降即为输出信号。为了保证能够连接不断进输出信号，在下一周期电荷积分时间T2结束之前，必须完成对浮置扩散区FD的复位以及电荷从存储二极管SD到浮置扩散区FD的传输，正如图2中所示，电荷积分时间T2 (此处的电荷积分时间T2是指可用于电荷积分的最大时间范围，实际电荷积分时间可以在该范围内选择任意值)大于或者等于第二复位晶体管Rx打开一次的时间加第二传输晶体管Tx打开一次的时间。通常第二传输晶体管Tx打开一次的时间较长，这就使得电荷积分时间T2较长，因而整个像素单元的工作周期Tl也就较长，这意味着CMOS图像传感器的速度较慢。由于第二传输晶体管Tx限制了图像传感器的速度，因此即使缩短实际电荷积分时间，也无法提高图像传感器的整体速度，因此不适用于拍摄高速运动的物体。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中提到的现有CMOS图像传 感器的像素单元工作周期长，不能很好地运用于拍摄高速运动的物体的问题，本专利技术提供了一种CMOS图像传感器的像素元件，包括用于将光信号转化为电信号的光电转换元件；用于存储由所述光电转换元件所产生电荷的多个电荷存储元件，所述电荷存储元件彼此间相互并联；用于接收来自相互并联的所述电荷存储元件的电荷的浮置扩散区；每个所述光电转换元件与所述电荷存储元件之间设置有第一传输晶体管；每个所述电荷存储元件与所述浮置扩散区之间设置有第二传输晶体管。可选的，所述电荷存储元件有两个。可选的，在所述光电转换元件前面还设置有用于对所述光电转换元件进行复位的第一复位晶体管，所述第一复位晶体管用于在所述光电转换元件每次接收光信号之前进行复位操作。可选的，在所述浮置扩散区后面还设置有用于对所述浮置扩散区进行复位的第二复位晶体管，所述第二复位晶体管用于在所述浮置扩散区每次接收来自所述电荷存储元件的电荷之前进行复位操作。可选的，所述光电转换元件为光电二极管。可选的，所述电荷存储元件为存储二极管。可选的，所述像素元件形成在半导体衬底上或者半导体衬底的外延层上。本专利技术还提供了一种CMOS图像传感器，包括如上所述的像素元件。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术所提供的CMOS图像传感器的像素单元由于具体多个相互并联的电荷存储元件，因而在进行信号处理时，能够利用这些相互并联的电荷存储元件减短工作周期，加快信号处理速度，使得运用该像素单元的CMOS图像传感器能够用于拍摄高速运动的物体而不出现失真现象。附图说明图1为现有全局快门CMOS图像传感器的像素单元俯视结构示意图；图2为根据图1所示的像素单元电路信号的时序图3为本专利技术实施例全局快门CMOS图像传感器的像素单元俯视结构示意图；图4为图3中的像素单元的剖面示意图；图5为图3所示像素单元电路信号的时序图。具体实施例方式请参考图3，图3为本专利技术实施例提供的全局快门CMOS图像传感器的像素元件俯视结构示意图。本实施例中，该像素元件包括用于将光信号转化为电信号的光电转换元件(如图3中的光电二极管ro)，用于存储由所述光电转换元件所产生电荷的多个相互并联的电荷存储元件(如图3中的存储二极管SDl和存储二极管SD2)，用于接收来自所述电荷存储元件的电荷的浮置扩散区(如图3中的FD)，第一传输晶体管(如图3中的GSl和GS2)，第二传输晶体管(如图3中的Txl和Tx2)，第一复位晶体管(如图3中的GR)和第二复位晶体(如图3中的Rx)。具体的，本实施例中，所述光电转换元件为光电二极管H)。所述电荷存储元件有两个，分别为存储二极管SDl和存储二极管SD2，它们相互并联。这两个相互并联 的存储二极管SDl和SD2与光电二极管H)之间分别设置有一个对应的第一传输晶体管，即存储二极管SDl与光电二极管H)之间设置有第一传输晶体管GSl，存储二极管SD2与光电二极管ro之间设置有第一传输晶体管GS2。类似的，这两个相互并联的存储二极管SDl和SD2与浮置扩散区FD之间分别设置有一个对应的第二传输晶体管，即存储二极管SDl与浮置扩散区FD之间设置有第二传输晶体管Txl，存储二极管SD2与浮置扩散区FD之间设置有第二传输晶体管Tx2。设置于光电二极管ro前面(如图3中所示的光电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMOS图像传感器的像素单元，其特征在于，包括：用于将光信号转化为电信号的光电转换元件；用于存储由所述光电转换元件所产生电荷的多个电荷存储元件，所述电荷存储元件彼此间相互并联；用于接收来自相互并联的所述电荷存储元件的电荷的浮置扩散区；每个所述光电转换元件与所述电荷存储元件之间设置有第一传输晶体管；每个所述电荷存储元件与所述浮置扩散区之间设置有第二传输晶体管。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器的像素单元，其特征在于，包括 用于将光信号转化为电信号的光电转换元件； 用于存储由所述光电转换元件所产生电荷的多个电荷存储元件，所述电荷存储元件彼此间相互并联； 用于接收来自相互并联的所述电荷存储元件的电荷的浮置扩散区； 每个所述光电转换元件与所述电荷存储元件之间设置有第一传输晶体管； 每个所述电荷存储元件与所述浮置扩散区之间设置有第二传输晶体管。2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述电荷存储元件有两个。3.根据权利要求2所述的像素单元，其特征在于，在所述光电转换元件前面还设置有用于对所述光电转换元件进行复位的第一复位晶体管，所述第一复位晶体管用...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶金华，张克云，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：