[发明专利]固态成像装置以及该装置和摄像机模块的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态成像装置及其制造方法，具体地说，涉及一种在像素中包括将光电转换单元产生的电荷转化为像素信号的单元的固态成像装置，例如CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器，及其制造方法。这里CMOS图像传感器被描述为通过应用CMOS工艺或部分采用CMOS工艺的图像传感器。而且，本发明涉及一种包括该固态成像装置的摄像模块。

背景技术

CMOS图像传感器是一种固态成像装置，其包括光电转换元件和多个MOS(金属氧化物半导体)晶体管形成的多个像素，该像素排列成二维阵列形式，其中由光电转换单元(photoelectric converting unit)产生的电荷被转化为像素信号并被读取。近年来，这种CMOS图像传感器作为电子装置，例如移动电话单元的内置摄像头，数字摄像头和数字摄像机的成像元件已经成为持续关注的焦点。

图1展示了典型CMOS图像传感器(图像传感器芯片)的示意性设置。如图1所示，CMOS图像传感器1包括：半导体基板上(半导体基片)的像素阵列模块(成像区域)2，以及作为外围电路部分的竖直驱动电路3、快栅极驱动电路4、CDS(对应于双重采样)电路5、水平驱动电路6、AGC(自动增益控制(automatic gain control)电路7、A/D(模拟-数字)转换器(模拟/数字转换电路)8、定时发生器9等。

如图1所示，像素阵列模块2包括：二维阵列形式的多个像素，每个像素包括一个或多个光电转换元件和MOS(金属氧化物半导体)晶体管；各个像素的输出信号线；和驱动每个像素的多个信号线。竖直驱动电路3向像素阵列提供信号，以选择像素的读取行。与竖直驱动电路3相同，快栅极驱动电路4用于选择行，并可以通过与竖直驱动电路3一起调整时间间隔来调整(储存)光电转换元件的曝光时间。

从竖直驱动电路3选择的行所读取的信号输入到每个列或多个列的CDS电路5。CDS电路5接受复位电平和来自每个像素的信号电平，并通过计算复位电平和信号电平的差值来除去每个像素的固定模式噪声。水平驱动电路6顺序选择CDS处理的执行信号和保留在各列当中的信号。被选列的信号在下一阶段提供到AGC电路7，施加适当的增益，通过A/D转换器8转换为数字信号，再输出到图像传感器芯片的外面。而且，各电路模块(竖直驱动电路3、快栅极驱动电路4、CDS电路5、水平驱动电路6、AGC电路7、A/D转换器8等)通过定时发生器9中产生的信号被驱动。

图1中图解的模块设置展示了CMOS图像传感器的实例。也可以使用其他的CMOS图像传感器，如芯片内部不包括A/D转换器的CMOS图像传感器、各列中包括A/D转换器的CMOS图像传感器、包括单CDS电路的CMOS图像传感器、包括多个输出系统如CDS电路、AGC电路和类似物的CMOS图像传感器。通过提供到每列的像素输出线10信号从像素被读取到CDS电路5。

图2展示了上述CMOS图像传感器的像素和外围电路的实例。如图2所示，CMOS图像传感器21包括多个像素(单元晶胞)23构成的二维阵列所形成的像素阵列模块(成像区域)24，每个像素包括一个例如由光电二极管制成的光电转换元件22和多个MOS晶体管及外围电路部分。

光电转换元件22接收光并储存光电转化产生的信号电荷。每个像素设置有多个MOS晶体管，在本例中有4个晶体管，具体地讲是转换晶体管26、复位晶体管27，放大晶体管28和选择晶体管29。转换晶体管26将储存在光电转换元件22中的信号电荷转换为漂流扩散(floating diffusion)(FD)，换言之，即放大晶体管28的栅极。复位晶体管27将放大晶体管28的栅极电位复位。放大晶体管28放大信号电荷。选择晶体管29选择输出像素。

在像素23中，转换晶体管26的源极连接到光电转换元件22，而转换晶体管26的漏极连接到复位晶体管27的源极。控制栅极电位的转换信号线31连接到转换晶体管26的栅极上。复位晶体管27的漏极连接到电源电位提供线30，而其栅极连接到复位信号线32，以控制栅极电位。放大晶体管28的漏极连接到电源电位提供线30，其源极连接到选择晶体管29的漏极，而其栅极连接到转换晶体管26和复位晶体管27之间的漂流扩散(FD)。选择晶体管29的源极连接到像素输出线34，而其栅极连接到选择信号线33，以控制栅极电位。