一種圖像傳感器抑噪全芯片esd保護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括用于對(duì)傳感器內(nèi)核控制與讀出電路進(jìn)行供電和保護(hù)的第一區(qū)域A，用于對(duì)傳感器像素單元進(jìn)行供電和保護(hù)的第二區(qū)域B；所述的傳感器內(nèi)核控制與讀出電路用于控制傳感器像素單元，所述的傳感器像素單元向傳感器內(nèi)核控制與讀出電路輸出采集到的光電信號(hào)；所述的第一區(qū)域A包括分別連接在傳感器內(nèi)核控制與讀出電路上的第一輸入金屬焊盤(pán)和第一輸出金屬焊盤(pán)，用于供電的第一電源軌VDDH1和第一地軌VSSH1；所述的第二區(qū)域B包括連接在傳感器像素單元上的第二輸入金屬焊盤(pán)，用于供電的第二電源軌VDDH2和第二地軌VSSH2；所述的第一地軌VSSH1和第二地軌VSSH2相連接。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié) 構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前主流應(yīng)用的CMOS圖像傳感器（CIS)像素單元為4T-APS結(jié)構(gòu)，其等效電路如 圖1所示。包括復(fù)位nMOS管Mn_rst、光電二極管H)、曝光控制管Mn_tg、讀取存儲(chǔ)在寄生 節(jié)點(diǎn)FD光電信號(hào)的源跟隨器nMOS管Mn_sf、行選信號(hào)輸出nMOS管Mn_rs。其中Mn_rst源 端接電源軌Vpower_pixel、漏端接FD點(diǎn)；Mn_tg源端接H)、漏端接FD ;Mn_sf源端接電源軌 Vpower_pixel、漏端接Mn_rs源端；Mn_rs漏端接該外部輸出列總線。該結(jié)構(gòu)相較3T-APS 結(jié)構(gòu)，在感光區(qū)與存儲(chǔ)點(diǎn)FD點(diǎn)加入TG管，且采用pinned型光電二極管作為感光單元， 這些技術(shù)的引入具有如下優(yōu)點(diǎn)：光電轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)與信號(hào)讀取節(jié)點(diǎn)分離，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光電信號(hào) 真正意義上的相關(guān)雙采樣，抑制固定圖形噪聲；pinned型光電二極管不同于常規(guī)單結(jié)二極 管，可使光電二極管在復(fù)位后具有精確的初始電壓值及固定的光電收集區(qū)寬度，對(duì)像素陣 列光電響應(yīng)的一致性起到非常大的作用。
[0003] 在4T-APS結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行相關(guān)雙采樣所需的像素單元復(fù)位初始電壓值由Mn_rst管 柵端V KST與Vp〇wer_piXel電壓值決定，因此要想獲得較高的復(fù)位電壓以提升像素單元光 電信號(hào)輸出擺幅，就需要對(duì)像素單元供電進(jìn)行優(yōu)化設(shè)定。通常情況下，像素單元的復(fù)位管 柵壓與像素單元中各管供電電壓均高于傳感器芯片中讀出電路與10電路部分供電電壓， 這些高壓信號(hào)的供電端口需要特殊處理，如果仍然使用常規(guī)10端口為這些特殊端口供電， 將導(dǎo)致如圖2所示的10端口與電源軌短路的問(wèn)題，造成芯片失效。因此常規(guī)的混合電壓 圖像傳感器芯片設(shè)計(jì)時(shí)，將會(huì)人為的將這些高壓供電10端口的電源軌與傳感器芯片讀出 電路與10電路部分供電端口的電源軌斷開(kāi)，即保證了電路部分的噪聲不會(huì)通過(guò)電源軌串 擾到像素單元，又從電學(xué)層面完全阻斷這種短路失效問(wèn)題，但該方法也同時(shí)引入靜電放電 (Electro-Static discharge,ESD)電流在全芯片電源軌進(jìn)行泄放不能形成環(huán)路的問(wèn)題，嚴(yán) 重削弱了混合電壓圖像傳感器的全芯片ESD防護(hù)能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的問(wèn)題在于提供一種不僅保證10端口能夠?yàn)榛旌想妷簣D像傳感器提 供供電與隔離噪聲，而且能夠建立全芯片ESD泄流通路，防護(hù)能力強(qiáng)的圖像傳感器抑噪全 芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括用于對(duì)傳感器內(nèi)核控制與讀出電 路進(jìn)行供電和保護(hù)的第一區(qū)域A，用于對(duì)傳感器像素單元進(jìn)行供電和保護(hù)的第二區(qū)域B;所 述的傳感器內(nèi)核控制與讀出電路用于控制傳感器像素單元，所述的傳感器像素單元向傳感 器內(nèi)核控制與讀出電路輸出采集到的光電信號(hào)；
[0007] 所述的第一區(qū)域A包括分別連接在傳感器內(nèi)核控制與讀出電路上的第一輸入金 屬焊盤(pán)和第一輸出金屬焊盤(pán)，用于供電的第一電源軌VDDH1和第一地軌VSSH1 ;第一輸入金 屬焊盤(pán)和第一輸出金屬焊盤(pán)分別與第一電源軌VDDH1和第一地軌VSSH1之間并聯(lián)第一電源 軌保護(hù)電路EV1和第一地軌保護(hù)電路EG1 ;第一輸入金屬焊盤(pán)連接第一信號(hào)輸入端，第一輸 出金屬焊盤(pán)連接第一信號(hào)輸出端；
[0008] 所述的第一電源軌VDDH1連接傳感器內(nèi)核控制與讀出電路的外部最高供電電平 金屬焊盤(pán)；第一地軌VSSH1連接傳感器內(nèi)核控制與讀出電路的外部最低供電電平金屬焊 盤(pán)，第一區(qū)域A中最高輸入與輸出信號(hào)電平值不高于VDDH1電平值；
[0009] 所述的第二區(qū)域B包括連接在傳感器像素單元上的第二輸入金屬焊盤(pán)，用于供電 的第二電源軌VDDH2和第二地軌VSSH2 ;第二輸入金屬焊盤(pán)分別與第二電源軌VDDH2和第 二地軌VSSH2之間并聯(lián)第二電源軌保護(hù)電路EV2和第二地軌保護(hù)電路EG2 ;第二輸入金屬 焊盤(pán)連接第二信號(hào)輸入端；
[0010] 所述的第二電源軌VDDH2總線端懸空，第二地軌VSSH2連接全芯片最低供電電平 金屬焊盤(pán)，第二區(qū)域B中第二輸入金屬焊盤(pán)提供用于傳感器像素單元獨(dú)立供電的高于第一 電源軌VDDH1的供電電平；
[0011] 所述的第一地軌VSSH1和第二地軌VSSH2相連接。
[0012] 優(yōu)選的，還包括用于連接第一地軌VSSH1和第二地軌VSSH2的第三區(qū)域C ;第三區(qū) 域C由連接第一地軌VSSH1與第二地軌VSSH2的一組對(duì)向并聯(lián)第一二極管D1與第二二極 管D2組成。
[0013] 進(jìn)一步，第一二極管D1由一組P型二極管pdio組成，其中pdio的陽(yáng)極接第一地 軌VSSH1，第二地軌陰極接VSSH2 ;第二二極管D2由一組N型二極管ndio組成，其中ndio 的陽(yáng)極接第二地軌VSSH2,陰極接第一地軌VSSH1。
[0014] 進(jìn)一步，第一電源軌VDDH1和第一地軌VSSH1之間串聯(lián)電源鉗位電路EP ;第二電 源軌VDDH2和第二地軌VSSH2之間串聯(lián)電源鉗位電路EP。
[0015] 再進(jìn)一步，當(dāng)ESD事件發(fā)生時(shí)，ESD電流泄放路徑依次通過(guò)如下結(jié)構(gòu)：ESD電流通過(guò) 第一區(qū)域A的第一輸入金屬焊盤(pán)、第一區(qū)域A的第一電源軌保護(hù)電路EV1、第一區(qū)域A的第 一電源軌VDDH1、第一區(qū)域A的電源鉗位電路EP、第一區(qū)域A的第一地軌VSSH1、第三區(qū)域C 中二極管D2、第二區(qū)域B的第二地軌VSSH2、第二區(qū)域B的電源鉗位電路EP、第二區(qū)域B的 第二電源軌VDDH2、第二區(qū)域B的第二電源軌保護(hù)電路EV2、第二區(qū)域B的第二輸入金屬焊 盤(pán)最后到芯片外。
[0016] 再進(jìn)一步，電源鉗位電路EP由一組RC電路控制的M0S管結(jié)構(gòu)組成，RC電路由控 制電阻R c和控制電容Cc組成；M0S管結(jié)構(gòu)包括鉗位泄放NM0S管麗2和反相器INV ;
[0017] 當(dāng)電源鉗位電路EP置于第一區(qū)域A中時(shí)，鉗位泄放NM0S管麗2的漏端接第一電 源軌VDDH1，源端與體端接第一地軌VSSH1 ;柵端接三級(jí)串聯(lián)反相器INV后分別通過(guò)控制電 容Cc與第一電源軌VDDH1連接，通過(guò)控制電阻R c與第一地軌VSSH1連接；
[0018] 當(dāng)電源鉗位電路EP置于第二區(qū)域B中時(shí)，鉗位泄放NM0S管麗2的漏端接第二電 源軌VDDH2,源端與體端接第二地軌VSSH2 ;柵端接三級(jí)串聯(lián)反相器INV后分別通過(guò)控制電 容Cc與第二電源軌VDDH2連接，通過(guò)控制電阻R c與第二地軌VSSH2連接。
[0019] 優(yōu)選的，第一輸入金屬焊盤(pán)和第一輸出金屬焊盤(pán)分別通過(guò)限流電阻R與傳感器內(nèi) 核控制與讀出電路連接。
[0020] 優(yōu)選的，第一電源軌保護(hù)電路EV1由多組并聯(lián)的相同尺寸pMOS管MP組成；其中 pMOS管MP柵端、源端與體端接第一電源軌VDDH1，漏端接第一輸入金屬焊盤(pán)或第一輸出金 屬焊盤(pán)；第一地軌保護(hù)電路EG1由多組并聯(lián)的相同尺寸nMOS管MN組成，其中nMOS管MN柵 端，源端與體端接第一地軌VSSH1連接，漏端接第一輸入金屬焊盤(pán)或第一輸出金屬焊盤(pán)。
[0021] 優(yōu)選的，第二電源軌保護(hù)電路EV2由一組P型二極管pdio組成，其中pdio的陽(yáng) 極接第二地軌VDDH2,陰極接第二輸入金屬焊盤(pán)；第二地軌保護(hù)電路EG2由一組N型二極管 ndio組成，其中ndio的陽(yáng)極接第二輸入金屬焊盤(pán)，陰極接第二地軌VSSH2。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0023] 本發(fā)明根據(jù)混合電壓圖像傳感器芯片供電種類(lèi)的不同，將傳感器芯片中讀出電路 與10電路部分供電電壓區(qū)域劃歸在第一區(qū)域A中，將像素單元部分供電區(qū)域規(guī)劃在第二區(qū) 域B中，并分別針對(duì)各區(qū)域中的10端口處分別對(duì)電源軌和地軌進(jìn)行ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置； 其中將ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)中的第一地軌保護(hù)電路EG1作為第一輸入和輸出金屬焊盤(pán)對(duì)第一電源 軌VDDH1電源軌的保護(hù)結(jié)構(gòu)；將ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)中的第一電源軌保護(hù)電路EV1作為第一輸入 和輸出金屬焊盤(pán)對(duì)第一地軌VSSH1的保護(hù)結(jié)構(gòu)；將ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)中的第二電源軌保護(hù)電路 EV2作為第二輸入金屬焊盤(pán)對(duì)第二電源軌VDDH2的保護(hù)結(jié)構(gòu)；將ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)中的第二地 軌保護(hù)電路EG2為第二輸入金屬焊盤(pán)對(duì)第二地軌VSSH2的保護(hù)結(jié)構(gòu)；從而提高傳感器芯片 的全芯片ESD防護(hù)能力。滿足了多電源供給條件下的混合電壓圖像傳感器10中ESD布局 規(guī)劃，相較傳統(tǒng)圖像傳感器全芯片10架構(gòu)，既能保證芯片電氣特性的正確性，不僅10端口 能夠?yàn)閭鞲衅魈峁└邏汗╇?，而且?shí)現(xiàn)低噪高動(dòng)態(tài)光電性能；又能有效提高全芯片ESD泄 流及抑噪能力，最大限度建立全芯片ESD泄流通路，提升芯片整體魯棒性，能夠應(yīng)用于混合 電壓圖像傳感器電路的抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0024] 進(jìn)一步的，利用設(shè)置在第一地軌VSSH1和第二地軌VSSH2之間的第三區(qū)域C，構(gòu)建 了一種在不同電源域間ESD泄流通路的連接架構(gòu)，使得第一區(qū)域A與第二區(qū)域B電源域在 進(jìn)行ESD電流泄放時(shí)具有電氣連接性，但在電路正常工作時(shí)能夠通過(guò)一組對(duì)向并聯(lián)的二極 管阻隔第一區(qū)域A與第二區(qū)域B的電氣連接與噪聲，確保電路正常工作。
[0025] 進(jìn)一步的，電源鉗位電路EP將處于同一區(qū)域內(nèi)的電源軌和地軌分別串聯(lián)，能夠降 低對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)泄流通路導(dǎo)通電阻，提高ESD泄流的穩(wěn)定和可靠性；在ESD事件發(fā)生時(shí)，能夠 快速穩(wěn)定的通過(guò)ESD電流泄放路徑進(jìn)行泄流處理，提高了全芯片的防護(hù)能力。
[0026] 進(jìn)一步的，通過(guò)設(shè)置的在第一輸入、輸出金屬焊盤(pán)與傳感器內(nèi)核控制與讀出電路 連接通路上的限流電阻，能夠抑制ESD電流進(jìn)入傳感器內(nèi)核電路時(shí)對(duì)器件的損傷，增強(qiáng)了 對(duì)其的防護(hù)性能。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中4T-APS結(jié)構(gòu)像素單元等效電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中10端口輸入高壓時(shí)，由于ESD結(jié)構(gòu)引發(fā)的10端口與電源軌短 路不意圖。
[0029] 圖3為實(shí)例中所述的第一區(qū)域A中ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)等效電路示意圖。
[0030] 圖4為實(shí)例中所述的第二區(qū)域B中ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)等效電路示意圖；
[0031] 圖5為實(shí)例中所述的第三區(qū)域C中ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)等效電路示意圖；
[0032] 圖6為實(shí)例中所述的混合電壓傳感器電路全芯片ESD泄流通路示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0034] 首先，說(shuō)明本發(fā)明所提供的圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用條件：
[0035] (一）單元結(jié)構(gòu)
[0036] 如圖3所不，第一區(qū)域A中第一信號(hào)輸入端與輸出端分別連接第一輸入和輸出金 屬焊盤(pán)，在第一輸入和輸出金屬焊盤(pán)之間并聯(lián)第一電源軌保護(hù)電路EV1和第一地軌保護(hù)電 路EG1對(duì)第一電源軌VDDH1及第一地軌VSSH1進(jìn)行保護(hù)，本優(yōu)選結(jié)構(gòu)中在第一電源軌VDDH1 與第一地軌VSSH1間串聯(lián)電源鉗位電路EP ;電源鉗位電路EP將第一電源軌VDDH1與第一 地軌VSSH1串聯(lián)，起到降低該區(qū)域泄流通路導(dǎo)通電阻目的。電源鉗位電路EP由一組RC電 路控制的M0S管結(jié)構(gòu)組成：其中RC控制電路由控制電阻R。和控制電容C。組成，分別優(yōu)選 為lkQ和10fF為例；M0S管結(jié)構(gòu)中鉗位泄放NM0S管麗2漏端接第一電源軌VDDH1，源端與 體端接第一地軌VSSH1，柵端接三級(jí)串聯(lián)反相器INV后分別通過(guò)控制電容C。與第二電源軌 VDDH2連接，通過(guò)控制電阻R。與第二地軌VSSH2連接，優(yōu)選的鉗位泄放NM0S管麗2的寬長(zhǎng) 比為200um: lum ;其中三級(jí)反相器由三級(jí)串聯(lián)的CMOS電路組成，其中每一級(jí)CMOS電路中有 一個(gè)NM0S管及一個(gè)PM0S管串聯(lián)組成，每個(gè)NM0S管寬長(zhǎng)比為20um:0. 5um、PM0S管寬長(zhǎng)比為 40um:0. 5um〇
[0037] 該區(qū)域中ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)中的第一電源軌保護(hù)電路EV1為第一輸入和輸出金屬焊盤(pán) 對(duì)第一電源軌VDDH1的保護(hù)結(jié)構(gòu)；第一地軌保護(hù)電路EG2為第一輸入和輸出金屬焊盤(pán)對(duì)第 一地軌VSSH1的保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0038] 本優(yōu)選實(shí)例中，優(yōu)選的在第一輸入與輸出金屬焊盤(pán)與傳感器內(nèi)核控制與讀出電路 的連接通路上設(shè)置限流電阻R，以R = 100 Ω為例，能夠起到抑制ESD電流進(jìn)入傳感器內(nèi)核 控制與讀取電路損傷器件的作用。
[0039] 本優(yōu)選實(shí)例中，第一電源軌保護(hù)電路EV1分別由十組寬長(zhǎng)比為5〇Um:2um的并聯(lián) pMOS管MP組成；pMOS管MP的柵端、源端與體端接第一電源軌VDDH1，漏端接第一輸入或輸 出金屬焊盤(pán)；第一地軌保護(hù)電路EG1分別由十組寬長(zhǎng)比為50um:2um的并聯(lián)nMOS管麗組 成；nMOS管MN柵端、源端與體端接第一地軌VSSH1，漏端接第一輸入或輸出金屬焊盤(pán)。
[0040] 如圖4所示，第二區(qū)域B中第二信號(hào)輸入端與第二輸入金屬焊盤(pán)連接，并聯(lián)對(duì)第二 電源軌VDDH2及第二地軌VSSH2的第二電源軌保護(hù)電路EV2和第二地軌保護(hù)電路EG2 ;本 優(yōu)選結(jié)構(gòu)中第二電源軌VDDH2與第二地軌VSSH2間串聯(lián)的電源鉗位電路EP ;電源鉗位電路 EP將第二電源軌VDDH2與第二地軌VSSH2串聯(lián)，起到耦合兩條電源軌，降低該區(qū)域泄流通 路導(dǎo)通電阻目的，電源鉗位電路EP與第一區(qū)域A中結(jié)構(gòu)完全相同，僅將第一區(qū)域A中EP結(jié) 構(gòu)所有接第一電源軌VDDH1的位置替換為第二區(qū)域B中第二電源軌VDDH2、第一地軌VSSH1 的位置替換為第二地軌VSSH2即可。
[0041] 該區(qū)域中ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)中第二電源軌保護(hù)電路EV2為第二輸入金屬焊盤(pán)對(duì)第二電 源軌VDDH2的保護(hù)結(jié)構(gòu)；第二地軌保護(hù)電路EG2為第二輸入金屬焊盤(pán)對(duì)第二地軌VSSH2的 保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0042] 本優(yōu)選實(shí)例中，第二電源軌保護(hù)電路EV2由一組P型二極管pdio組成，優(yōu)選的 面積為200um 2,其陽(yáng)極接第二電源軌VDDH2、陰極接第二輸入金屬焊盤(pán)；第二地軌保護(hù)電路 EG2由一組N型二極管ndio組成，優(yōu)選的面積為200um2,其陽(yáng)極接第二輸入金屬焊盤(pán)、陰極 接第二地軌VSSH2。
[0043] 如圖5所示，第三區(qū)域C中連接第一地軌VSSH1與第二地軌VSSH2為一組并聯(lián)對(duì) 向的第一二極管D1與第二二極管D2。第一二極管D1由一組P型二極管pdio組成，優(yōu)選 的，面積為500um 2,其陽(yáng)極接VSSH1、陰極接VSSH2 ;第二二極管D2由一組N型二極管ndio 組成，優(yōu)選的面積為500um2,其陽(yáng)極接VSSH2、陰極接VSSH1。
[0044] (二）應(yīng)用條件
[0045] 第一區(qū)域A中第一電源軌VDDH1連接傳感器內(nèi)核控制與讀出電路的外部最高供電 電平金屬焊盤(pán)，第一地軌VSSH1連接傳感器內(nèi)核控制與讀出電路的外部最低供電電平傳感 器，該區(qū)域中，最高輸入與輸出信號(hào)電平值不高于第一電源軌VDDH1的電平值，如圖6所不， 即Vin彡VDDHl、Vout彡VDDH1。第二區(qū)域B中第二電源軌VDDH2的總線端懸空，第二地軌 VSSH2連接全芯片最低供電電平金屬焊盤(pán)，該區(qū)域中，第二輸入金屬焊盤(pán)提供用于傳感器像 素單元獨(dú)立供電的高于第一電源軌VDDH1的供電電平，如圖6所示，即Vin>VDDHl。
[0046] 具體的，基于0· 35um標(biāo)準(zhǔn)CMOS圖像傳感器制程技術(shù)，設(shè)定全芯片中傳感器控制與 讀出電路的工作電壓為：VDDH1 = 3. 3V、VSSH1 = 0V、Vinl = 0 ?3. 3V、VQUtl = 0 ?3. 3V，則 如圖1所示，若實(shí)現(xiàn)像素單元高動(dòng)態(tài)響應(yīng)輸出特性，則像素單元部分供電Vp_ piMl與VKST需 設(shè)定為高于3. 8V，因此Vin2 = 0?4V、VSSH2 = 0V、VDDH2懸空。采用本發(fā)明所述的方案， 可在保證傳感器電氣連接特性正確的情況下，實(shí)現(xiàn)像素單元高動(dòng)態(tài)輸出所需的供電輸入要 求，并利用第三區(qū)域C的一組對(duì)向二極管，實(shí)現(xiàn)電路電源域A與像素單元電源域B的噪聲串 擾隔離，這是因?yàn)殡娫窜壷械母哳l噪聲分量一般為微伏至毫伏級(jí)，而二極管在正偏條件下 也需要0. 7V左右的電壓才能保證導(dǎo)通狀態(tài)，因此可阻隔高頻噪聲通過(guò)第一電源軌VSSH1向 高精度像素單元第二地軌VSSH2的串?dāng)_，進(jìn)一步提升傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。
[0047] 而當(dāng)ESD事件發(fā)生時(shí)，以最壞泄流條件為例，即靜電應(yīng)力發(fā)生在某一數(shù)字控制信 號(hào)金屬焊盤(pán)與像素單元供電金屬焊盤(pán)間，若按常規(guī)傳感器中的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其數(shù)字控制 電源域與像素單元供電電源域電氣斷連，則電應(yīng)力發(fā)生時(shí)，無(wú)法形成ESD電流泄放回路，導(dǎo) 致內(nèi)部器件燒毀失效。而采用本發(fā)明所述的方案布局全芯片ESD結(jié)構(gòu)后，如圖6所示，其中 典型ESD電流泄放路徑如下：ESD電流通過(guò)第一區(qū)域A的第一輸入金屬焊盤(pán)一第一區(qū)域A 的第一電源軌保護(hù)電路EV1 -第一區(qū)域A的第一電源軌VDDH1 -第一區(qū)域A的電源鉗位電 路EP -第一區(qū)域A的第一地軌VSSH1 -第三區(qū)域C中二極管D2 -第二區(qū)域B的第二地軌 VSSH2-第二區(qū)域B的電源鉗位電路EP-第二區(qū)域B的第二電源軌VDDH2-第二區(qū)域B的 第二電源軌保護(hù)電路EV2 -第二區(qū)域B的第二輸入金屬焊盤(pán)一芯片外。
[0048] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示，基于本發(fā)明設(shè)計(jì)的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)傳感器芯片，可實(shí)現(xiàn)傳感器中像 素單元2V電壓輸出、300uV本底噪聲的能力，其像素單元本征動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)76dB，而全芯片 ESD防護(hù)能力在HBM條件下通過(guò)2000V標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)高于常規(guī)ESD布局條件下的圖像傳感器光電 與ESD性能指標(biāo)。解決了混合電壓圖像傳感器中不同電源域間噪聲串?dāng)_或無(wú)法形成ESD泄 流通路的問(wèn)題，提升了混合電壓圖像傳感器電路抑噪及全芯片ESD防護(hù)能力。
[0049] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均等變化與 修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括用于對(duì)傳感器內(nèi)核控 制與讀出電路進(jìn)行供電和保護(hù)的第一區(qū)域A，用于對(duì)傳感器像素單元進(jìn)行供電和保護(hù)的第 二區(qū)域B;所述的傳感器內(nèi)核控制與讀出電路用于控制傳感器像素單元，所述的傳感器像 素單元向傳感器內(nèi)核控制與讀出電路輸出采集到的光電信號(hào)； 所述的第一區(qū)域A包括分別連接在傳感器內(nèi)核控制與讀出電路上的第一輸入金屬焊 盤(pán)和第一輸出金屬焊盤(pán)，用于供電的第一電源軌VDDH1和第一地軌VSSH1 ;第一輸入金屬焊 盤(pán)和第一輸出金屬焊盤(pán)分別與第一電源軌VDDH1和第一地軌VSSH1之間并聯(lián)第一電源軌保 護(hù)電路EV1和第一地軌保護(hù)電路EG1 ;第一輸入金屬焊盤(pán)連接第一信號(hào)輸入端，第一輸出金 屬焊盤(pán)連接第一信號(hào)輸出端； 所述的第一電源軌VDDH1連接傳感器內(nèi)核控制與讀出電路的外部最高供電電平金屬 焊盤(pán)；第一地軌VSSH1連接傳感器內(nèi)核控制與讀出電路的外部最低供電電平金屬焊盤(pán)，第 一區(qū)域A中最高輸入與輸出信號(hào)電平值不高于VDDH1電平值； 所述的第二區(qū)域B包括連接在傳感器像素單元上的第二輸入金屬焊盤(pán)，用于供電的第 二電源軌VDDH2和第二地軌VSSH2 ;第二輸入金屬焊盤(pán)分別與第二電源軌VDDH2和第二地 軌VSSH2之間并聯(lián)第二電源軌保護(hù)電路EV2和第二地軌保護(hù)電路EG2 ;第二輸入金屬焊盤(pán) 連接第二信號(hào)輸入端； 所述的第二電源軌VDDH2總線端懸空，第二地軌VSSH2連接全芯片最低供電電平金屬 焊盤(pán)，第二區(qū)域B中第二輸入金屬焊盤(pán)提供用于傳感器像素單元獨(dú)立供電的高于第一電源 軌VDDH1的供電電平； 所述的第一地軌VSSH1和第二地軌VSSH2相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包 括用于連接第一地軌VSSH1和第二地軌VSSH2的第三區(qū)域C ;第三區(qū)域C由連接第一地軌 VSSH1與第二地軌VSSH2的一組對(duì)向并聯(lián)第一二極管D1與第二二極管D2組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，第 一二極管D1由一組P型二極管pdio組成，其中pdio的陽(yáng)極接第一地軌VSSH1，第二地軌陰 極接VSSH2 ; 第二二極管D2由一組N型二極管ndio組成，其中ndio的陽(yáng)極接第二地軌VSSH2,陰極 接第一地軌VSSH1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于， 第一電源軌VDDH1和第一地軌VSSH1之間串聯(lián)電源鉗位電路EP ;第二電源軌VDDH2和第二 地軌VSSH2之間串聯(lián)電源鉗位電路EP。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng) ESD事件發(fā)生時(shí)，ESD電流泄放路徑依次通過(guò)如下結(jié)構(gòu)：ESD電流通過(guò)第一區(qū)域A的第一輸 入金屬焊盤(pán)、第一區(qū)域A的第一電源軌保護(hù)電路EV1、第一區(qū)域A的第一電源軌VDDH1、第一 區(qū)域A的電源鉗位電路EP、第一區(qū)域A的第一地軌VSSH1、第三區(qū)域C中二極管D2、第二區(qū) 域B的第二地軌VSSH2、第二區(qū)域B的電源鉗位電路EP、第二區(qū)域B的第二電源軌VDDH2、第 二區(qū)域B的第二電源軌保護(hù)電路EV2、第二區(qū)域B的第二輸入金屬焊盤(pán)最后到芯片外。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 的電源鉗位電路EP由一組RC電路控制的M0S管結(jié)構(gòu)組成，RC電路由控制電阻&和控制電 容C。組成；MOS管結(jié)構(gòu)包括鉗位泄放NMOS管麗2和反相器INV ; 當(dāng)電源鉗位電路EP置于第一區(qū)域A中時(shí)，鉗位泄放NM0S管麗2的漏端接第一電源軌 VDDH1，源端與體端接第一地軌VSSH1 ;柵端接三級(jí)串聯(lián)反相器INV后分別通過(guò)控制電容Cc 與第一電源軌VDDH1連接，通過(guò)控制電阻R。與第一地軌VSSH1連接； 當(dāng)電源鉗位電路EP置于第二區(qū)域B中時(shí)，鉗位泄放NM0S管麗2的漏端接第二電源軌 VDDH2,源端與體端接第二地軌VSSH2 ;柵端接三級(jí)串聯(lián)反相器INV后分別通過(guò)控制電容Cc 與第二電源軌VDDH2連接，通過(guò)控制電阻Rc與第二地軌VSSH2連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一 輸入金屬焊盤(pán)和第一輸出金屬焊盤(pán)分別通過(guò)限流電阻R與傳感器內(nèi)核控制與讀出電路連 接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一 電源軌保護(hù)電路EV1由多組并聯(lián)的相同尺寸pMOS管MP組成；其中pMOS管MP柵端、源端與 體端接第一電源軌VDDH1，漏端接第一輸入金屬焊盤(pán)或第一輸出金屬焊盤(pán)； 第一地軌保護(hù)電路EG1由多組并聯(lián)的相同尺寸nMOS管MN組成，其中nMOS管MN柵端， 源端與體端接第一地軌VSSH1連接，漏端接第一輸入金屬焊盤(pán)或第一輸出金屬焊盤(pán)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像傳感器抑噪全芯片ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，第二 電源軌保護(hù)電路EV2由一組P型二極管pdio組成，其中pdio的陽(yáng)極接第二地軌VDDH2,陰 極接第二輸入金屬焊盤(pán)； 第二地軌保護(hù)電路EG2由一組N型二極管ndio組成，其中ndio的陽(yáng)極接第二輸入金 屬焊盤(pán)，陰極接第二地軌VSSH2。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK104157664SQ201410438156
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】張冰, 譚瑞, 李娜, 曹琛 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所