説明

CMOSイメージャ用ホトダイオードヒューズID

チップ上に形成されるCMOSイメージピクセルアレイは、プログラミングした情報をこのピクセルアレイ内に記憶するのに用いられる。製造ロット及びその他のデータは、製造中や検査中に、レーザをピクセルに加えてホトダイオードを欠陥のあるものとすることにより、ピクセルアレイに書込まれる。プログラミングされたデータは、現存の回路を用いてピクセルアレイから読出される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は一般に半導体撮像装置に関するものであり、特にピクセルアレイを有し、その一部をプログラミングしてデータを記憶させるCMOSピクセルセンサイメージャに関するものである。
【背景技術】
【0002】
現在の関心事は、低価格の撮像装置として用いられるCMOS能動(アクティブ)ピクセルイメージャにある。CMOS能動ピクセルセンサ(APS)の代表的なピクセル回路を、図1を参照して以下に説明する。この図1では、このピクセル回路を符号100で示してある。能動ピクセルセンサはピクセルユニットセル内に1つ以上の能動トランジスタを有することができ、CMOS技術に匹敵でき、受動ピクセルセンサに比べて読出し速度を速くしうる。図1に示すピクセルは、符号150で示してある3TAPSピクセルである。ここで、3Tは当該技術分野で一般に用いられており、ピクセルを動作させるのに3つのトランジスタを用いることを示すものである。3TAPSには、ホトダイオード162と、リセットトランジスタ184と、ソースホロワトランジスタ186と、行選択トランジスタ188とが含まれている。図1は単一のピクセルを動作させる回路を示しているが、実際には、イメージャは行及び列に配置された同じピクセルのM×Nアレイをもって構成されているということに注意すべきであり、以下に詳細に説明するように、行及び列選択回路を用いてアレイのピクセルがアクセスされる。
【0003】
ホトダイオード162は入射光子を電子に変換し、これら電子をノードAに集める。このノードAにはソースホロワトランジスタ186のゲートが接続されており、従って、このソースホロワトランジスタ186がこのノードAに現われる信号を増幅する。セル150を含む特定の行が行選択トランジスタ188により選択されると、トランジスタ186により増幅された信号が列ライン170を経て読出し回路に供給される。ホトダイオード162は光発生電荷を基板のドープ領域内に蓄積する。CMOSイメージャは、光発生電荷を生ぜしめるために、ホトダイオード以外に光ゲート又はその他の光変換装置を有するようにしうることに注意すべきである。
【0004】
リセット電圧源Vrst はリセットトランジスタ184を経てノードAに選択的に結合される。リセットトランジスタ184のゲートは、リセット動作、すなわち、リセット電圧源Vrst をノードAに接続するのを制御する作用をするリセット制御ライン191に結合されている。Vrst はVddに等しくすることができる。行選択制御ライン160はアレイの同じ行における全てのピクセルに結合されている。電圧源Vddはソースホロワトランジスタ186に結合されており、このソースホロワトランジスタの出力端は行選択トランジスタ188を経て列ライン170に選択的に結合される。図1には図示していないが、列ライン170はアレイの同じ列における全てのピクセルに結合されており、代表的にはこの列ラインの下端に電流シンクが設けられている。行選択トランジスタ188のゲートは行選択ゲートライン160に結合されている。
【0005】
当該技術分野において既知のように、2つの処理工程で、ピクセル150から値が読出される。電荷積分期間中、ホトダイオード162が光子を電子に変換し、これら電子がノードAに集められる。ノードAにおける電荷は、ソースホロワトランジスタ186により増幅され、行アクセストランジスタ188により列ライン170に選択的に供給される。リセット期間中は、リセットトランジスタ184がターンオンされることにより、ノードAがリセットされ、リセット電圧Vrst がノードAに印加され、次に、この電圧が、ソースホロワトランジスタ186により、動作させられている行選択トランジスタ188を介して列ライン170に読出される。その結果、2つの異なる値、すなわち、リセット電圧Vrst 及びイメージ信号電圧Vsig がピクセルから読出され、列ライン170により読出し回路に送られ、この読出し回路において、当該技術分野において既知のように他の処理のために各電圧がサンプル‐ホールド処理される。
【0006】
各行における全てのピクセルは対応の列ライン上に同時に読出され、列ラインはリセット及び信号電圧の読出しのために順次に駆動される。ピクセルの行も対応の列ライン上に順次に読出される。
【0007】
図2は、CMOS能動ピクセルセンサ集積回路チップを示しており、これはピクセルアレイ230と、コントローラ232とを有し、コントローラ232は、当業者にとって一般に知られているように、ピクセル内に記憶された信号の読出しを制御するタイミング及び制御信号を生じる。代表的なアレイはM×N個のピクセルの寸法を有するが、ピクセルアレイ230の寸法は特定の適用分野に依存する。イメージャでは、列並列読出し機構を用いて1行が同時に読出される。コントローラ232は、行アドレス回路234及び行ドライバ240の動作を制御することによりアレイ230中のピクセルの特定の行を選択する。選択した行のピクセルに記憶された電荷信号は、前述したように列ライン170(図1)を介して読出し回路242に供給される。次に、各列から読出されたピクセル信号を、列アドレス回路244を用いて順次に読出すことができる。読出しリセット信号及び積分電荷信号に相当する微分(差分)ピクセル信号(Vrst , Vsig)がそれぞれ読出し回路242の出力Vout1及びVout2として取り出される。
【0008】
図3は、ピクセル350の行321及び列349をより一層明瞭に示している。各列は複数行のピクセル350を有する。特定の列におけるピクセル350の信号はこの列と関連する読出し回路351に読出すことができる。この読出し回路351は、ピクセルリセット信号(Vrst )及び積分電荷信号(Vsig )を記憶するためのサンプル‐ホールド回路を有する。従って、読出し回路351に記憶された信号を、ピクセル330のアレイ全体に共通な出力段354に列順次に読出すことができる。次に、これらアナログ出力信号を例えば、微分アナログ回路に供給し、この回路によりリセット信号と積分電荷信号との差をとり、その結果をアナログ‐デジタル変換器(ADC)に供給するようにするか、又はリセット信号と積分電荷信号とを直接アナログ‐デジタル変換器に供給するようにすることができる。
【0009】
図4は、サンプル‐ホールド読出し回路401と増幅器434とを有する列読出し回路351をより一層明瞭に示している。図4の回路は、サンプル‐ホールド処理を行い、次に、出力段354(図3)による後の使用のためにVrst 及びVsig の値を増幅することができる。
【0010】
製造に際しては、通常、撮像用の各ピクセルアレイが個々に検査される。これらの検査により、欠陥のあるピクセル回路、ピクセル信号レベル及びその他のアレイ特性を検出し、情報はロット及び個々の装置の識別番号に基づいて記憶される。検査中に得られる情報を用いて、例えば、欠陥ピクセルを補償したり、ピクセル信号レベル及びその他の検査したピクセル特性を区別することにより、装置の動作を向上させることができる。
【0011】
更に、撮像センサは、これらを製造している際には識別不可能である。セキュリティ/識別値は、完全なシステムが製造された後に割り当てられ、従って、追加の製造工程が生じ、これが製造費の増大につながる。更に、識別番号を割り当てる前に、欠陥のあるピクセル情報を追跡することに関する管理上の負担もある。その理由は、センサや、ピクセルに関する欠陥ピクセル情報を、製造処理全体に亘って物理的に追跡する必要がある為である。製造段階でセンサが誤配置されると、集積回路の撮像アレイや、順序付けが間違ったその他の全ての集積回路の撮像アレイを再度検査する必要がある。
【0012】
各センサ当りある個数の欠陥画素が許容されると、所定数のセンサが利用可能とみなされ、製造費は正当なものとなる。これらのセンサでは、欠陥であるとみなされたピクセルはセンサ全体に対して予め決定した個数を越えないばかりか、予め決定した領域内の予め決定した個数をも越えない。これらピクセルの位置は検査中に見いだされるが、このことは、前述したように製造中にこの情報を追跡するために管理上の負担となる。更に重要なことに、センサにより欠陥ピクセルに関する情報が供給されるのを確実にすることは、センサの製造費の増大につながる。例えば、センサを製造する企業は、カメラを製造する企業に欠陥ピクセル情報を提供する必要がある。欠陥情報は殆どの場合、個別の媒体(例えば、フロッピーディスク、コンピュータ可読テープ、又はその他のコンピュータ可読媒体)に与えられ、このことが価格の増大につながる。この場合も、各センサとその欠陥ピクセル情報との整合をとる問題が生じる。
【0013】
CMOSセンサアレイに対するピクセル情報及び識別情報を記憶するためのオンチッププログラマブルメモリを有するCMOSイメージャは既知である。例えば、Heller氏等の発明による米国特許第 6,396,539号明細書には、複雑でかさばるオンチッププログラマブルフラッシュメモリが開示されている。プログラマブルメモリを使用するには、追加の記憶回路(すなわち、メモリ)と、メモリにおける情報の読出し、書込み及び解読を行う関連の回路とを必要とする。メモリを構成するのに必要とする追加の回路量を最少にするオンチップ記憶システムを有するイメージセンサを提供するのが望ましい。更に、記憶された情報をアクセス及び解読する追加の回路を必要としないオンチップ記憶システムを提供するのが望ましい。更に、ピクセルアレイ情報を後の使用のためにチップ上に記憶させる簡便な方法も望ましい。
【発明の開示】
【0014】
本発明は、CMOSイメージセンサアレイであって、その一部として情報記憶システムを有する当該CMOSイメージセンサアレイを提供する。識別番号、ピクセル欠陥位置及びヒューズID情報のようなピクセル情報はイメージセンサアレイ内に記憶される。ホトダイオードをレーザヒューズとして用いることにより、ピクセルアレイの1行又は複数の行を、種々の情報を記憶するようにプログラミングすることができる。本発明のシステムは情報を復号するのに現存の構造を用いる為、追加の回路を必要としない。
【0015】
本発明の上述した及びその他の特徴及び利点は、添付図面と関連させた本発明の以下の詳細な説明から更に容易に理解されるであろう。
【実施例】
【0016】
以下の説明では、本発明を実行しうる特定の実施例の一部を示す添付図面を参照する。これらの実施例は、当業者が本発明を実施及び使用しうるように詳細に説明したものであり、これらの特定の実施例には、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、構造的、論理的、その他の変更を加えうることに注意すべきである。
【0017】
本発明では、CMOSピクセルアレイの一部を、情報を記録するようにプログラミングする。特に、情報を記録するために、ヒューズ回路としてホトダイオードを用いる。
【0018】
M×N個のCMOSピクセルより成るアレイでは、アレイの検査中に、欠陥のある行及び列が見つかった場合に冗長性を得るために、アレイの設計に当たって、ピクセルの追加の行及び列の双方又はいずれか一方を導入するのが一般的である。本発明によれば、追加の行及び列の双方又はいずれか一方を用いて、追加のピクセルアレイ情報を記憶させる。情報は、アレイ内に二進形態でプログラミングする。すなわち、各ピクセルは、“1”又は“0”の何れかを表わすようにプログラミングする。従って、(行中の)一連のピクセルは、情報の一連の二進ビットを表わすのに用いる。ピクセルアレイ中の代表的な行に380〜1024個のホトダイオードを接続しうる場合には、多量の情報を記憶しうる。例えば、符号化情報は欠陥セルの位置及び製造ロット情報を識別しうる。
【0019】
図5は、本発明の代表的な実施例を示す。図5には、CMOSピクセルアレイ510の行521の一部が示されており、これは、変更される数個の代表的なピクセル552a、552b、552c、552y及び552zを有している。行521には5個のみのピクセル552が示されているが、本発明はこの個数に限定されるものではない。ピクセル552b、552c及び552yは故意に物理的に“変更”したものとして示してある。好適な実施例では、データを表わすのにビットにはどんな論理状態が必要かを決定することにより、ピクセルをプログラミングする。ピクセルは、その所望の論理状態に応じて変更することができ、この場合、変更されたピクセルが第1論理状態を表わし、変更されないピクセルが第2論理状態を表わすようにする。好適実施例では、製造中にヒューズにレーザ又は充分な電圧を与えるのと同様に、製造中にホトダイオードにレーザを与えて、このホトダイオードを欠陥のあるものとすることにより、ピクセルを変更する。対応のホトダイオードに“×”印を付して示すピクセル552b、552c及び552yは、これらピクセル552b、552c及び552yが故意に欠陥のあるホトダイオードを製造しているということを表わしている。
【0020】
ピクセルアレイ510の製造、検査及びデータ記憶処理に際しては、現存の行及び列のスイッチングトランジスタを用いることにより、個々のピクセル552を書込みのために選択する。あるピクセル552が選択されると、充分な電圧のレーザが与えられてこの選択したピクセルのホトダイオード562が欠陥のあるものとされる。このように、プログラミングは、データ情報パターンに応じて欠陥のあるもの又は欠陥のないものの何れかとしてプログラミングされたピクセル552として、全てのデータが適切に記憶されるまで続行される。
【0021】
ピクセルアレイ510に記憶された、プログラミングされたデータは、現存の回路構造を用いてアクセス及び読出しされる。ピクセルアレイ510におけるプログラミングされたデータに対するアクセスは、ピクセル552又は特にピクセルの行521を読出すための当該技術分野で既知のアクセスと同じであり、データは行デコーダ234及び列デコーダ244(図2)によりアクセスされ、選択されたヒューズが読出されて、記憶されたデータが決定される。故意に変更したホトダイオード562は欠陥のある又は間違ったホトダイオード電圧として現われるとともに1つの論理状態、例えば、“0”として読出され、欠陥のないホトダイオード562は他の論理状態、例えば、“1”として読出される。現存の回路が、読出された電圧をアナログデータ形態、例えば、ピクセル552から読出された電圧レベルをデジタルデータ形態、例えば、“0”又は“1”に変換する。
【0022】
代表的な実施例の他の観点では、光感応領域又はホトダイオードの個所でピクセル内に金属ヒューズを用いる。金属ヒューズのプログラミング及びピクセルからの信号の読出しは上述した方法に類似している。好適実施例では、イメージャアレイの最上部の行をプログラミング用に採用し、従って、この最上部の行におけるピクセルは光感応領域の個所に金属ヒューズを有する。本発明の更に他の観点では、ピクセルをプログラミング可能とする。例えば、1つの論理状態を表わすようにピクセルをプログラミングするが、このピクセルを、後に他の論理状態を表わすように再プログラミングしうるようにする。
【0023】
本発明の方法及び装置の観点は、イメージ出力信号を生じる図6に示すイメージャ装置1140内に具現する。このイメージ出力信号は、図6にも示すプロセッサシステム1100にも用いることができる。コンピュータシステムのようなプロセッサ主体のシステムは一般に、例えば、マイクロプロセッサのような中央処理ユニット(CPU)1110を有し、このCPU1110が1つ以上のバス1170を介して1つ以上の入力/出力(I/O)装置1150と通信する。CPU1110は、代表的にメモリコントローラを用いて、1つ以上のバス1170を介してランダムアクセスメモリ(RAM)とデータの交換をも行う。このプロセッサシステムは、フロッピーディスクドライブ1120及びコンパクトディスク(CD)ROMドライブ1130のような周辺装置をも有することができ、これら周辺装置も1つ以上のバス1170を介してCPU1110と通信する。
【0024】
本発明の好適実施例を上述したが、これらは本発明の例示にすぎず、本発明はこれらの実施例に限定されるものではないことに注意すべきである。本発明の精神又は範囲を逸脱することなく、追加、削除、置換及びその他の変更を行いうるものである。例えば、ホトダイオードを含むピクセルを開示したが、他の種類のピクセルを用いることができる。他の種類の光収集装置、例えば、光ゲートを用いることもできる。上述した実施例では、特定の個数のトランジスタ、ホトダイオード、導電性ライン又はピクセルの種類(例えば、3T、4T)等を開示したが、本発明はこれらの個数に限定されるものではない。更に、好適実施例では、能動ピクセルを用いることを開示したが、受動ピクセルやダミーピクセルを用いることもできる。更に、プログラミングのために選択するピクセルは、冗長性を得るためのイメージアレイにおける追加の列及び行に配置するのに限定されるものではない。従って、本発明は上述したことによって限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】図1は、従来の能動ピクセルである。
【図2】図2は、従来のCMOS能動センサチップのブロック線図である。
【図3】図3は、従来の能動ピクセルアレイ及び関連の読出し回路のブロック線図である。
【図4】図4は、従来の列読出し回路である。
【図5】図5は、プログラミングされたピクセルを有するCMOSピクセルアレイの代表的な実施例である。
【図6】図6は、本発明の代表的な実施例によるCMOS撮像装置を導入したプロセッサ主体システムを示すブロック線図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
データ記憶装置を有する撮像システムであって、この撮像システムは、センサアレイを有するチップを具えており、前記センサアレイは、このセンサアレイに入射される光を表わす信号を生じる複数のピクセルを有している当該撮像システムにおいて、前記ピクセルの一部が、プログラミングされたデータを記憶させるのに用いられるようになっている撮像システム。
【請求項2】
請求項1に記載の撮像システムにおいて、プログラミングされたデータを記憶させるのに用いられる前記ピクセルが、
回路を変更して第1論理状態のデータを表わしたピクセルと、
回路を変更せずに第2論理状態のデータを表わしたピクセルと
を有している撮像システム。
【請求項3】
請求項2に記載の撮像システムにおいて、回路を変更した前記ピクセルが無効化されている撮像システム。
【請求項4】
請求項2に記載の撮像システムにおいて、回路を変更した前記ピクセルは変更しえないようになっている撮像システム。
【請求項5】
請求項2に記載の撮像システムにおいて、回路を変更した前記ピクセルが、変更した光感応領域を有している撮像システム。
【請求項6】
請求項2に記載の撮像システムにおいて、回路を変更した前記ピクセルが、変更した金属ヒューズを有している撮像システム。
【請求項7】
請求項5に記載の撮像システムにおいて、回路を変更した前記ピクセルの各々の前記光感応領域が、ホトダイオードを有している撮像システム。
【請求項8】
請求項5に記載の撮像システムにおいて、回路を変更した前記ピクセルの各々の前記光感応領域が、レーザにより変更されている撮像システム。
【請求項9】
イメージセンサ動作方法において、イメージセンサのピクセルアレイのうちの選択ピクセルをプログラミングすることにより、このピクセルアレイ中にデータを記憶する工程を有するイメージセンサ動作方法。
【請求項10】
請求項9に記載のイメージセンサ動作方法において、前記ピクセルアレイ中に記憶された前記データを読出す工程を更に有するイメージセンサ動作方法。
【請求項11】
請求項10に記載のイメージセンサ動作方法において、前記ピクセルアレイ中に記憶された前記データを解読する工程を更に有するイメージセンサ動作方法。
【請求項12】
請求項11に記載のイメージセンサ動作方法において、前記データを解読する前記工程が、前記ピクセルアレイ中に記憶された前記データを論理状態に変換する工程を有するイメージセンサ動作方法。
【請求項13】
請求項9に記載のイメージセンサ動作方法において、前記データが製造情報を有するようにするイメージセンサ動作方法。
【請求項14】
請求項9に記載のイメージセンサ動作方法において、前記データがピクセル識別情報を有するようにするイメージセンサ動作方法。
【請求項15】
請求項9に記載のイメージセンサ動作方法において、前記データが検査情報を有するようにするイメージセンサ動作方法。
【請求項16】
請求項9に記載のイメージセンサ動作方法において、前記データが欠陥ピクセル情報を有するようにするイメージセンサ動作方法。
【請求項17】
請求項9に記載のイメージセンサ動作方法において、前記データを記憶する前記工程が、前記データを記憶する前記ピクセルアレイ内の位置を決定する初期工程を有するイメージセンサ動作方法。
【請求項18】
請求項17に記載のイメージセンサ動作方法において、データを記憶する前記位置を決定する前記工程が、前記データを記憶する前記ピクセルアレイ内の行及び列を決定する工程を有するイメージセンサ動作方法。
【請求項19】
請求項9に記載のイメージセンサ動作方法において、前記プログラミングが更に、
前記選択ピクセルの回路を変更してこの選択ピクセル内に第1論理状態を表わすデータを記憶する選択ピクセル回路変更工程と、
前記選択ピクセルの回路を変更せずにこの選択ピクセル内に第2論理状態を表わすデータを記憶する工程と
を有するイメージセンサ動作方法。
【請求項20】
請求項19に記載のイメージセンサ動作方法において、前記選択ピクセル回路変更工程が、回路を無効化する工程を有するイメージセンサ動作方法。
【請求項21】
請求項20に記載のイメージセンサ動作方法において、変更される前記選択ピクセルの回路をこの選択ピクセルの光感応領域とするイメージセンサ動作方法。
【請求項22】
請求項21に記載のイメージセンサ動作方法において、前記選択ピクセルの前記光感応領域をホトダイオードとするイメージセンサ動作方法。
【請求項23】
請求項22に記載のイメージセンサ動作方法において、前記選択ピクセルの前記光感応領域をレーザにより変更するイメージセンサ動作方法。
【請求項24】
センサアレイを有する半導体チップであって、前記センサアレイは、このセンサアレイに入射される光を表わす信号を生じる複数のピクセルを有している当該半導体チップにおいて、前記ピクセルの一部が、プログラミングされたデータを記憶させるのに用いられるようになっている半導体チップ。
【請求項25】
請求項24に記載の半導体チップにおいて、プログラミングされたデータを記憶させるのに用いられる前記ピクセルが、
回路を変更して第1論理状態のデータを表わしたピクセルと、
回路を変更させずに第2論理状態のデータを表わしたピクセルと
を有している半導体チップ。
【請求項26】
請求項25に記載の半導体チップにおいて、回路を変更した前記ピクセルが無効化されている半導体チップ。
【請求項27】
請求項25に記載の半導体チップにおいて、回路を変更した前記ピクセルが、変更された光感応領域を有している半導体チップ。
【請求項28】
請求項27に記載の半導体チップにおいて、回路を変更した前記ピクセルの各々の前記光感応領域が、ホトダイオードを有している半導体チップ。
【請求項29】
請求項27に記載の半導体チップにおいて、回路を変更した前記ピクセルの各々の前記光感応領域が、レーザにより変更されている半導体チップ。
【請求項30】
プロセッサと、
ピクセルセンサアレイであって、このピクセルセンサアレイに入射する光を表わす信号を生じる複数のピクセルを有している当該ピクセルセンサアレイと
を具えるプロセッサシステムにおいて、前記ピクセルの一部が、プログラミングされたデータを記憶させるのに用いられるようになっているプロセッサシステム。
【請求項31】
請求項30に記載のプロセッサシステムにおいて、プログラミングされたデータを記憶させるのに用いられる前記ピクセルが、
回路を変更して第1論理状態のデータを表わしたピクセルと、
回路を変更させずに第2論理状態のデータを表わしたピクセルと
を有しているプロセッサシステム。
【請求項32】
請求項31に記載のプロセッサシステムにおいて、回路を変更した前記ピクセルが無効化されているプロセッサシステム。
【請求項33】
請求項31に記載のプロセッサシステムにおいて、回路を変更した前記ピクセルが、変更した光感応領域を有しているプロセッサシステム。
【請求項34】
請求項33に記載のプロセッサシステムにおいて、回路を変更した前記ピクセルの各々の前記光感応領域が、ホトダイオードを有しているプロセッサシステム。
【請求項35】
請求項33に記載のプロセッサシステムにおいて、回路を変更した前記ピクセルの各々の前記光感応領域が、レーザにより変更されているプロセッサシステム。
【請求項36】
請求項31に記載のプロセッサシステムにおいて、回路を変更した前記ピクセルが、変更した金属ヒューズを有しているプロセッサシステム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公表番号】特表2006−526959(P2006−526959A)
【公表日】平成18年11月24日(2006.11.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−515017(P2006−515017)
【出願日】平成16年5月28日(2004.5.28)
【国際出願番号】PCT/US2004/016982
【国際公開番号】WO2004/110059
【国際公開日】平成16年12月16日(2004.12.16)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
フロッピー
【出願人】(596079127)マイクロン・テクノロジー・インコーポレーテッド (55)
【氏名又は名称原語表記】MICRON TECHNOLOGY,INC.
【Fターム(参考)】