[發明專利]具有低串擾及高紅色靈敏度的圖像傳感器

有效

• 申請號: 200980140364.7
• 申請日: 2009-08-17
• 公開（公告）號: CN102177586A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: D·毛;V·韋內齊亞;戴幸志;錢胤;H·E·羅茲
• 申請（專利權）人: 美商豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 李玲

技術領域

本發明大體涉及圖像傳感器，且尤其(但非窮盡地)涉及具有低串擾及高紅色靈敏度的CMOS圖像傳感器。

背景技術

圖像傳感器已變得普遍存在。在數字靜物相機、蜂窩電話、安全相機以及醫學、汽車及其它應用中廣泛地使用圖像傳感器。用于制造圖像傳感器(且特別是互補金屬-氧化物-半導體(“CMOS”)圖像傳感器(“CIS”))的技術已持續以很大的速度提升。例如，更高分辨率與更低功耗的需求已助長了這些圖像傳感器進一步的小型化與集成。

圖像傳感器中串擾是嚴重的問題。對于串擾，有三個分量：a)光學串擾；b)光譜串擾；及c)電串擾。光學串擾起因于脫離金屬線并在覆蓋CIS陣列的金屬疊層中的介電層之間的界面處的光的衍射與/或散射。光譜串擾由彩色濾光器對于其目標通頻帶以外波長的有限(非零)透射率而產生，諸如穿過紅色濾光器的綠光與藍光波長的有限透射率。

電串擾的一種形式是在半導體外延層深處中形成的光生電荷載流子的橫向漂移(例如，光生電子)。隨這些光生電荷載流子增加，光生電荷載流子可橫向地漂移且最終在相鄰像素的光電二極管(“PD”)區域中被采集。圖像浮散(blooming)是電串擾的另一形式，其特征為當PD區域的電荷載流子變得充滿或飽和時電荷載流子橫向擴散。一般主要在高光環境中遭受到圖像浮散。在飽和PD區域附近產生的光載流子不被采集，且因此仍自由地橫向擴散至相鄰像素中。圖像浮散導致靜物圖像中的邊緣模糊以及移動圖像中的條痕(streaking)。電串擾的兩種形式都歸因于在一像素內產生的電荷載流子被一相鄰像素采集。

圖1示出常規CIS陣列100，其包含易受電串擾影響的三個彩色像素(紅、綠及藍)。CIS陣列100的每一PD區域105由三維p-n結組成，該p-n結為N摻雜硅在中間由P摻雜硅包圍著。撞擊在該PD區域105上的光子在硅中被吸收，形成光生電子-空穴對。在p-n結的耗盡區中產生的電子-空穴對被有效地分開，且電子被采集在N型區域中，以供后續在信號讀出期間透過傳遞晶體管傳遞。然而，在耗盡區外產生的電子-空穴對未有效地分開，且具有擴散至相鄰像素的更高的可能性，導致降低靈敏度與更高串擾。該現象對于小像素尺寸更顯著。

附圖說明

參考以下附圖描述本發明的非限制性以及非窮盡性實施例，其中貫穿各附圖，除非另有相反指定，相似附圖標記指示相似部分。

圖1(現有技術)是常規CMOS圖像傳感器(“CIS”)陣列的三個鄰近彩色像素的一部分的截面圖。

圖2是示出根據本發明一實施例的成像系統的功能框圖。

圖3是根據本發明第一實施例的具有低串擾以及高紅色靈敏度的CIS陣列的三個鄰近彩色像素的一部分的截面圖。

圖4是根據本發明第二實施例的具有低串擾以及高紅色靈敏度的CIS陣列的三個鄰近彩色像素的一部分的截面圖。

圖5是根據本發明第三實施例的具有低串擾以及高紅色靈敏度的CIS陣列的三個鄰近彩色像素的一部分的截面圖。

圖6是根據本發明一實施例示出CIS陣列內兩個像素的樣本像素電路的電路圖。

具體實施方式

本文描述用于具有低串擾與高紅色靈敏度的CMOS圖像傳感器(“CIS”)的裝置及系統的實施例。下文描述中提出眾多特定細節，以提供對實施例的徹底的理解。然而本領域普通技術人員將意識到，本文描述的技術可在沒有特定細節之一或多個的情況下實踐，或者以其它方法、組件、材料等實踐。在其它實例中，并未詳細示出或描述眾所周知的結構、材料或操作，以避免模糊某些方面。

貫穿本說明書引用的“一項實施例”或“一實施例”意指結合實施例一起描述的特殊的特征、結構或特性包括在本發明的至少一項實施例中。因此，貫穿本說明書多處出現的短語“在一項實施例中”或“在一實施例中”并不必全都指代相同的實施例。此外，可在一項或多項實施例中，以任意適當的方式組合特殊的特征、結構或特性。

圖2是示出根據本發明一實施例的成像系統200的功能框圖。成像系統200的所示實施例包含具有低串擾以及高紅色靈敏度的CIS陣列205、讀出電路210、功能邏輯215及控制電路220。