專利名稱：Cmos成像器的光電二極管熔絲標(biāo)識(shí)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體成像裝置，更具體地說(shuō)，涉及具有像素單元陣列的CMOS像素傳感器成像器，其中對(duì)部分像素陣列編程以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
目前對(duì)CMOS有源像素成像器用作低成本成像裝置很有興趣。以下參閱圖1對(duì)CMOS有源像素傳感器(APS)的示范像素電路加以說(shuō)明，圖中該電路總體用參考編號(hào)100表示。有源像素傳感器在像素單位單元中可有一個(gè)或多個(gè)有源晶體管，可以作成與CMOS技術(shù)兼容，并能比無(wú)源像素傳感器有更高的讀出速率。圖1所示的像素單元是3T APS像素單元，用參考編號(hào)150表示，其中3T在業(yè)界通常用來(lái)表示使用三個(gè)晶體管操作像素。3T APS包括光電二極管162、復(fù)位晶體管184、源跟隨晶體管186以及行選擇晶體管188。應(yīng)理解，圖1示出的電路用于操作單個(gè)像素，實(shí)際上成像器由排列成行和列的相同像素的M×N陣列構(gòu)成，陣列中的像素用行和列選擇電路進(jìn)行存取，如下詳述。
光電二極管162將入射光子轉(zhuǎn)換成電子，電子聚集在節(jié)點(diǎn)A。源跟隨晶體管186的柵極連接到節(jié)點(diǎn)A，由此放大節(jié)點(diǎn)A上出現(xiàn)的信號(hào)。當(dāng)含有單元150的特定行被行選擇晶體管188選中時(shí)，由晶體管186放大的信號(hào)在列線170上被傳送到讀出電路。光電二極管162在襯底的摻雜區(qū)中累積光生成的電荷。應(yīng)理解，CMOS成像器可以包括光門(photogate)或其它光轉(zhuǎn)換器件來(lái)代替光電二極管，用于產(chǎn)生光生成的電荷。
復(fù)位電壓源Vrst通過(guò)復(fù)位晶體管184被選擇性地連接到節(jié)點(diǎn)A。復(fù)位晶體管184的柵極連接到復(fù)位控制線191，此控制線用于控制復(fù)位操作，即Vrst到節(jié)點(diǎn)A的連接。Vrst可以等于Vdd。行選擇控制線160連接到陣列中同一行的所有像素。電壓源Vdd連接到源跟隨晶體管186，且其輸出通過(guò)行選擇晶體管188選擇性地連接到列線170。雖然圖1中未示出，但列線170連接到陣列中同一列的所有像素，且通常在其下端有電流吸收器。行選擇晶體管188的柵極連接到行選擇控制線160。
如業(yè)界所知，從像素150讀取一個(gè)值有兩步過(guò)程。在電荷積累期間，光電二極管162將光子轉(zhuǎn)換成電子，電子積聚在節(jié)點(diǎn)A。節(jié)點(diǎn)A的電荷被源跟隨晶體管186放大，并由行存取晶體管188選擇性地傳送到列線170。在復(fù)位期間，通過(guò)導(dǎo)通復(fù)位晶體管184將復(fù)位電壓Vrst加到節(jié)點(diǎn)A上來(lái)復(fù)位節(jié)點(diǎn)A，然后此電壓由源跟隨晶體管186通過(guò)激活的行選擇晶體管188讀出到列線170上。結(jié)果，兩個(gè)不同的值，即復(fù)位電壓Vrst和圖像信號(hào)電壓Vsig，從像素讀出，并由列線170發(fā)送到讀出電路，在此電路上每個(gè)值被抽樣并保存，以便進(jìn)行業(yè)界已知的進(jìn)一步處理。
一行中的所有像素同時(shí)被讀出到各自列線170上，依次激活列線以進(jìn)行復(fù)位和信號(hào)電壓讀出。像素的行也依次被讀出到各自列線上。
圖2示出了CMOS有源像素傳感器集成電路芯片，它包括像素陣列230和控制器232，該控制器232提供定時(shí)和控制信號(hào)來(lái)以業(yè)界技術(shù)人員眾所周知的方式控制像素中所存儲(chǔ)信號(hào)的讀出。示范陣列具有M×N像素的維數(shù)，陣列230的大小取決于具體應(yīng)用。使用列并行讀出體系結(jié)構(gòu)來(lái)讀出成像器，一次讀一行?？刂破?32通過(guò)控制行尋址電路234和行驅(qū)動(dòng)器240的操作來(lái)選擇陣列230中的特定行像素。存儲(chǔ)在所選行像素中的電荷信號(hào)在列線170(圖1)上被提供到讀出電路242，按如上所述方式。然后使用列尋址電路244依次讀出從每一列讀取的像素信號(hào)。對(duì)應(yīng)于讀出復(fù)位信號(hào)和積累電荷信號(hào)的差分像素信號(hào)(Vrst，Vsig)被提供為讀出電路242的各個(gè)輸出Vout1和Vout2。
圖3更清楚地示出了像素350的行和列349。每列包括多行像素350。來(lái)自特定列中像素350的信號(hào)可以讀出到與該列關(guān)聯(lián)的讀出電路351上。讀出電路351包括抽樣和保持電路，用于存儲(chǔ)像素復(fù)位(Vrst)和積累電荷信號(hào)(Vsig)。存儲(chǔ)在讀出電路351中的信號(hào)然后可逐列依次讀到整個(gè)像素陣列330共用的輸出級(jí)354。模擬輸出信號(hào)然后可以例如發(fā)送到差分模擬電路，該電路將復(fù)位和積累電荷信號(hào)相減，并將它們發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，或者可將復(fù)位和積累電荷信號(hào)直接提供到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
圖4更清楚地示出了列讀出電路351，它包括抽樣和保持讀出電路401和放大器434。圖4電路能夠抽樣和保持并隨后放大Vsig和Vrst值，供輸出級(jí)354(圖3)隨后使用。
制造時(shí)，通常對(duì)各成像像素陣列逐個(gè)測(cè)試。測(cè)試檢測(cè)損壞的像素電路、像素信號(hào)電平及其它陣列屬性，并根據(jù)批次和各器件標(biāo)識(shí)號(hào)來(lái)存儲(chǔ)信息。測(cè)試中得到的信息可用來(lái)增強(qiáng)器件的操作，例如通過(guò)對(duì)損壞的像素進(jìn)行補(bǔ)償、區(qū)分像素信號(hào)電平以及其它測(cè)試的像素屬性。
此外，成像傳感器在制造過(guò)程中是無(wú)法識(shí)別的。安全/標(biāo)識(shí)值都是在制造了完整系統(tǒng)之后才分配的，導(dǎo)致制造中就多加了一個(gè)步驟，也就增加了制造成本。還有一個(gè)管理上的負(fù)擔(dān)，就是在分配標(biāo)識(shí)號(hào)之前始終要跟蹤損壞的像素信息，因?yàn)橛嘘P(guān)像素的傳感器和損壞像素信息在整個(gè)制造過(guò)程中必須人為跟蹤。如果在制造順序中傳感器放錯(cuò)了位置，則集成電路成像陣列以及順序錯(cuò)誤的所有其它集成電路成像陣列都必須重新測(cè)試。
每個(gè)傳感器有一定數(shù)量的損壞像素是容許的，這樣給定數(shù)量的傳感器被視為可用，并彌補(bǔ)了制造成本。在這些傳感器中，被發(fā)現(xiàn)損壞了的像素在整個(gè)傳感器中不超過(guò)預(yù)定數(shù)量，且在預(yù)定面積內(nèi)也不超過(guò)預(yù)定數(shù)量。雖然在測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)了這些像素的位置，但如上所述，在制造中要跟蹤此信息是一個(gè)管理上的負(fù)擔(dān)。更重要的是，確保在制造后為每個(gè)傳感器提供損壞像素的信息也增加了傳感器生產(chǎn)的成本。例如，制造傳感器的公司必須向制造相機(jī)的公司提供損壞像素信息。更通常的是，將損壞像素信息提供在單獨(dú)的介質(zhì)上(例如軟盤、計(jì)算機(jī)可讀帶或其它計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì))，這就增加了成本。再有，要使每個(gè)傳感器與其損壞像素信息相匹配也會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
已知一種CMOS成像器，它具有芯片上可編程存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)CMOS傳感器陣列的像素和識(shí)別信息。例如，美國(guó)專利No.6,396,539(Heller等人)公開(kāi)了一種芯片上可編程閃存存儲(chǔ)器，它既復(fù)雜又笨重。使用可編程存儲(chǔ)器需要附加的存儲(chǔ)電路(即存儲(chǔ)器)和關(guān)聯(lián)的電路以讀取、寫入和解密存儲(chǔ)器中的信息。所以需要提供一種具有芯片上存儲(chǔ)系統(tǒng)的圖像傳感器，它最小化實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器所需的附加電路的數(shù)量。此外，需要提供一種芯片上存儲(chǔ)系統(tǒng)，它不需要附加的電路來(lái)存取和解釋所存儲(chǔ)的信息。還需要有一種簡(jiǎn)單易行的方法將像素陣列信息存儲(chǔ)在芯片上供以后使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種CMOS圖像傳感器陣列，它將信息存儲(chǔ)系統(tǒng)合并為傳感器陣列的一部分。諸如標(biāo)識(shí)號(hào)、像素?fù)p壞位置以及熔絲ID信息的像素信息都存儲(chǔ)在圖像陣列中。通過(guò)使用光電二極管作為激光熔絲，可對(duì)像素陣列的一行或多行進(jìn)行編程，以存儲(chǔ)各種信息。不需要附加的電路，因?yàn)橄到y(tǒng)使用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)信息進(jìn)行解碼。
根據(jù)以下結(jié)合附圖提供的本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明中，可更容易理解本發(fā)明的這些以及其它特性和優(yōu)點(diǎn)。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的有源像素；
圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的CMOS有源傳感器芯片的框圖；圖3示出現(xiàn)有技術(shù)的有源像素陣列和相關(guān)讀出電路的框圖；圖4示出現(xiàn)有技術(shù)的列讀出電路；圖5為具有已編程像素的CMOS陣列的示范實(shí)施例；以及圖6示出根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例包括有CMOS成像裝置的基于處理器的系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式
在以下的詳細(xì)說(shuō)明中，參閱構(gòu)成本說(shuō)明一部分的附圖，在附圖中以圖示方式示出可以實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例。對(duì)這些實(shí)施例都作了足夠詳細(xì)的說(shuō)明，以使業(yè)界技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明，并應(yīng)理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍前提下可以對(duì)具體實(shí)施例進(jìn)行結(jié)構(gòu)上、邏輯上或其它的改動(dòng)。
在本發(fā)明中，部分CMOS像素陣列被編程以存儲(chǔ)信息。更具體地說(shuō)，使用光電二極管作為熔絲電路來(lái)存儲(chǔ)信息。
在M×N的CMOS像素陣列中，通常在陣列設(shè)計(jì)中包括有附加像素行和/或像素列，以在測(cè)試陣列期間發(fā)現(xiàn)損壞行和列時(shí)提供冗余。根據(jù)本發(fā)明，冗余行和/或列用來(lái)存儲(chǔ)附加的像素陣列信息。信息以二進(jìn)制格式編程到陣列中；對(duì)每個(gè)像素編程以表示“1”或“0”。結(jié)果，一系列像素(一行中)用來(lái)表示信息的一系列二進(jìn)制位。像素陣列中的典型行可連接有380到1024個(gè)光電二極管，可存儲(chǔ)大量信息。例如，已編碼的信息可以標(biāo)識(shí)損壞單元位置或制造批次信息。
圖5示出本發(fā)明的示范性實(shí)施例，在圖5中，示出了CMOS像素陣列510中行521的一部分，它有幾個(gè)已修改的代表性像素552a、b、c、y和z。雖然在行521中僅示出5個(gè)像素552，但本發(fā)明并不限于此。像素552b、552c和552y示出“已改動(dòng)”，即故意地人為修改。在優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)確定在該位需要什么邏輯狀態(tài)而表示數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)像素進(jìn)行編程。根據(jù)像素的所需邏輯狀態(tài)，可對(duì)像素進(jìn)行修改，在此修改的像素表示第一邏輯狀態(tài)，而未修改的像素表示第二邏輯狀態(tài)。在優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)在制造期間在光電二極管上加激光來(lái)修改像素，其方式類似于在制造期間在熔絲上加激光或足夠的電壓時(shí)所用的方式，這使光電二極管損壞。具有其各自光電二極管的所示像素552b、552c和552y標(biāo)有“X”，表示像素552b、552c和552y具有故意制造的損壞的光電二極管。
在像素陣列510的制造、測(cè)試和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作期間，通過(guò)使用現(xiàn)有的行和列開(kāi)關(guān)晶體管來(lái)選擇單個(gè)像素552進(jìn)行寫入。當(dāng)像素552被選中時(shí)，激光被施加有足夠的電壓，以使所選光電二極管562損壞。繼續(xù)以此方式進(jìn)行編程，直到所有數(shù)據(jù)都適當(dāng)存儲(chǔ)為像素552，根據(jù)數(shù)據(jù)信息模式，將這些像素編程為損壞的或是未損壞的。
用現(xiàn)有電路結(jié)構(gòu)存取和讀出存儲(chǔ)在像素陣列510中的已編程數(shù)據(jù)。對(duì)像素陣列510中已編程數(shù)據(jù)的存取與業(yè)界已知的相同，以讀取像素552，更具體地說(shuō)是像素行521，其中數(shù)據(jù)由行和列解碼器234、244(圖2)存取，且所選的熔絲和/或多個(gè)熔絲被讀取以確定存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。故意修改的光電二極管562將呈現(xiàn)為損壞或不正確的光電二極管電壓，并被讀作一種邏輯狀態(tài)，例如“0”，而未損壞的光電二極管562被讀作另一種狀態(tài)，例如“1”?，F(xiàn)有電路將讀取電壓從模擬數(shù)據(jù)形式(例如從像素552讀取的電壓電平)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)形式，例如“0”或“1”。
在示范性實(shí)施例的另一方面，在像素中使用金屬熔絲代替光敏區(qū)或光電二極管。金屬熔絲的編程以及從像素中讀出信號(hào)與上述方法類似。在優(yōu)選實(shí)施例中，成像器陣列的最上一行留下用于編程，因此最上一行的像素單元包括代替光敏區(qū)的金屬熔絲。在本發(fā)明的又一方面，像素是可重新編程的。例如，將像素編程為表示一種邏輯狀態(tài)，隨后可重新編程為表示另一種邏輯狀態(tài)。
本發(fā)明的方法和設(shè)備方面實(shí)施在圖6所示的圖像裝置1140中，該裝置提供了圖像輸出信號(hào)。圖像輸出信號(hào)也可用在處理器系統(tǒng)1100中，也示于圖6?；谔幚砥鞯南到y(tǒng)諸如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如一般包括中央處理單元(CPU)1110，例如微處理器，其通過(guò)一條或多條總線1170與一個(gè)多個(gè)輸入/輸出(I/O)裝置1150通信。CPU1110還在一條或多條總線1170上通常通過(guò)存儲(chǔ)器控制器與隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1160交換數(shù)據(jù)。處理器系統(tǒng)還可包括外設(shè)裝置，例如軟盤驅(qū)動(dòng)器1120和光盤(CD)ROM驅(qū)動(dòng)器1130，它們也在一條或多條總線1170上與CPU1110通信。
雖然以上對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作了說(shuō)明和圖示，但應(yīng)理解，這些是本發(fā)明的示范，不應(yīng)認(rèn)為是限制性的。在不背離本發(fā)明的精神和范圍前提下可以進(jìn)行添加、刪除、替代和其它修改。例如，雖然公開(kāi)了含有光電二極管的像素，但其它類型的像素也可使用。其它類型的集光器也可使用，例如光門。上述實(shí)施例描述了具體數(shù)量的晶體管、光電二極管、導(dǎo)線或像素類型(例如3T、4T)等，但本發(fā)明不應(yīng)受限于此。雖然優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)的是使用有源像素，但無(wú)源像素和虛像素也可使用。而且，選作編程的像素不限于放置在圖像陣列的冗余列和行中。所以，本發(fā)明不應(yīng)認(rèn)為由上述說(shuō)明所限制，而是僅受所附權(quán)利要求書(shū)范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的成像系統(tǒng)，包括具有傳感器陣列的芯片，所述傳感器陣列包括用于提供表示入射到所述傳感器陣列的光的信號(hào)的多個(gè)像素，其中部分所述像素用于提供已編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
2.如權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中用于提供已編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的所述像素包括具有修改電路的像素，表示第一邏輯狀態(tài)的數(shù)據(jù)；以及沒(méi)有修改電路的像素，表示第二邏輯狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其中所述具有修改電路的像素被使無(wú)效。
4.如權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其中所述具有修改電路的像素可以不被修改。
5.如權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其中所述具有修改電路的像素包括修改的光敏區(qū)。
6.如權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其中所述具有修改電路的像素包括修改的金屬熔絲。
7.如權(quán)利要求5所述的成像系統(tǒng)，其中每個(gè)所述修改像素的所述光敏區(qū)包括光電二極管。
8.如權(quán)利要求5所述的成像系統(tǒng)，其中每個(gè)所述修改像素的所述光敏區(qū)通過(guò)激光進(jìn)行修改。
9.一種操作圖像傳感器的方法，包括通過(guò)對(duì)像素陣列的所選像素進(jìn)行編程來(lái)在所述圖像傳感器的所述像素陣列中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括讀取所述像素陣列中所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括解釋所述像素陣列中所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述解釋步驟包括將所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為邏輯狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括制造信息。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括像素識(shí)別信息。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括測(cè)試信息。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括損壞像素信息。
17.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述存儲(chǔ)信息步驟包括確定所述像素陣列中存儲(chǔ)所述數(shù)據(jù)的位置的初始步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述確定存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的位置的步驟包括確定所述像素陣列中存儲(chǔ)所述數(shù)據(jù)的行和列。
19.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述編程還包括修改所述所選像素的電路以在所選像素中存儲(chǔ)表示第一邏輯狀態(tài)的數(shù)據(jù)；以及不修改所述所選像素的電路以在第二像素中存儲(chǔ)表示第二邏輯狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述修改電路的步驟包括使所述電路無(wú)效。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中被修改的所述所選像素的電路是所述第二像素的光敏區(qū)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述所選像素的所述光敏區(qū)是光電二極管。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述所選像素的所述光敏區(qū)通過(guò)激光進(jìn)行修改。
24.一種半導(dǎo)體芯片，具有傳感器陣列，所述傳感器陣列包括用于提供表示入射到所述傳感器陣列的光的信號(hào)的多個(gè)像素，其中部分所述像素用于提供已編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
25.如權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體芯片，其中用于提供已編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的所述像素包括具有修改電路的像素，表示第一邏輯狀態(tài)的數(shù)據(jù)；以及沒(méi)有修改電路的像素，表示第二邏輯狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
26.如權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體芯片，其中所述具有修改電路的像素被使無(wú)效。
27.如權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體芯片，其中所述具有修改電路的像素包括修改的光敏區(qū)。
28.如權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體芯片，其中每個(gè)所述修改像素的所述光敏區(qū)包括光電二極管。
29.如權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體芯片，其中每個(gè)所述修改像素的所述光敏區(qū)通過(guò)激光進(jìn)行修改。
30.一種處理器系統(tǒng)，包括處理器；以及像素傳感器陣列，所述傳感器陣列包括用于提供表示入射到所述傳感器陣列的光的信號(hào)的多個(gè)像素，其中部分所述像素用于提供已編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
31.如權(quán)利要求30所述的處理器，其中用于提供已編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的所述像素包括具有修改電路的像素，表示第一邏輯狀態(tài)的數(shù)據(jù)；以及沒(méi)有修改電路的像素，表示第二邏輯狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
32.如權(quán)利要求31所述的處理器，其中所述具有修改電路的像素被使無(wú)效。
33.如權(quán)利要求31所述的處理器，其中所述具有修改電路的像素包括修改的光敏區(qū)。
34.如權(quán)利要求33所述的處理器，其中每個(gè)所述修改像素的所述光敏區(qū)包括光電二極管。
35.如權(quán)利要求33所述的處理器，其中每個(gè)所述修改像素的所述光敏區(qū)通過(guò)激光進(jìn)行修改。
36.如權(quán)利要求31所述的處理器，其中具有修改電路的所述像素包括修改的金屬熔絲。
全文摘要
一種在芯片上形成的CMOS圖像像素陣列用于在像素陣列中存儲(chǔ)已編程信息。在制造和測(cè)試期間，通過(guò)對(duì)像素加激光使光電二極管損壞來(lái)將制造批次和其它數(shù)據(jù)寫入陣列。使用現(xiàn)有電路從像素陣列中讀取已編程的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04N5/367GK1833434SQ200480022502
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月2日
發(fā)明者J·D·布魯斯, R·帕尼卡茨 申請(qǐng)人:微米技術(shù)有限公司