[發(fā)明專利]具有白色像素和彩色像素的彩色圖像傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580070000.1
• 申請日: 2015-12-16
• 公開（公告）號: CN107210309B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: P·弗雷伊;F·馬耶爾;P·杜伊納;T·利戈扎特;V·普雷沃;B·迪亞斯帕拉
• 申請（專利權(quán)）人: 特利丹E2V半導體簡化股份公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本發(fā)明涉及彩色圖像傳感器。為了有益于良好的亮度分辨率和不會由于硅對近紅外輻射的敏感度而過度降低的色度學，本發(fā)明提出了制造包括彩色像素(R)、(G)、(B)以及白色像素(T)的像素的鑲嵌，所述彩色像素涂覆有彩色濾色器并分布在矩陣中，白色像素未涂覆有彩色濾色器并且分布在矩陣中。彩色像素包括與白色像素的光電二極管構(gòu)造不同的光電二極管，不同的構(gòu)造使得彩色像素的光電二極管比白色像素的光電二極管具有更低的對紅外輻射的敏感度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子彩色圖像傳感器，其包括光敏像素的矩陣(所述光敏像素測量它們所接收的光的量)。最常見的傳感器最初是以CCD技術(shù)實現(xiàn)的傳感器，并且越來越常見是包括以MOS技術(shù)實現(xiàn)的有源像素的傳感器。將參照以MOS技術(shù)實現(xiàn)的有源像素來描述本發(fā)明。

背景技術(shù)

以MOS技術(shù)實現(xiàn)的有源像素通常包括光電二極管和多個晶體管，所述光電二極管由硅制成，而所述多個晶體管使得能夠檢測在照明影響下在光電二極管中產(chǎn)生的電荷的量。在像素中檢測到的信號電平從矩陣中傳送至讀取電路，例如，每列像素一個讀取電路，在各個列上逐行并行執(zhí)行讀取。

為了能夠利用單個像素矩陣來得到彩色圖像，通常設(shè)定為在像素上方，在光進入側(cè)沉積不同顏色的濾色器的鑲嵌最常見的是所謂的拜耳鑲嵌，其包括原色的四個濾色器(即紅色濾色器、藍色濾色器和兩個綠色濾色器)的組的規(guī)則布置。具有互補合成色青色、洋紅色和黃色的濾色器的布置也是可能的。

濾色器是使用有機彩色顏料制造的。然而，它們具有大幅衰減由傳感器的光電二極管接收的光量的缺點；覆蓋有紅色濾色器的像素最多只接收在紅色波長接收的光的75％，同樣，覆蓋有藍色或綠色濾色器的像素并不會均勻地轉(zhuǎn)換在藍色或綠色發(fā)出的所有光；這源自于以下事實：根據(jù)頻率的濾色器的透射曲線不是矩形的，而是高斯的，并且透射峰值不是100％。

因此，在較低的光照水平下，像素不再是足夠敏感的，并且所得的圖像是人眼無法利用的。

在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了形成包括涂覆有彩色濾色器的像素(在下文中，其將被稱為彩色像素(例如，紅色像素、藍色像素、綠色像素)以便回想到濾色器的存在)和未涂覆有彩色濾色器的像素(在下文中，其將被稱為白色像素)兩者的矩陣。

因此，在低光照的情況下，白色像素收集所有的光并給出主要的亮度信息。彩色像素收集較少的光并給出色度信息。該色度信息將比利用拜耳濾色器的矩陣具有更低的分辨率，并且比白色像素的電平具有更低的信號電平(這因為其來自接收更少光的像素)，但是這是次要的缺點，因為低光照亮度信息比色度精度更重要。白色像素的數(shù)量越多，亮度信息越準確地表示圖像的亮度。

彩色濾色器(特別是使用有機顏料形成的最便宜的濾色器)的鑲嵌通常遇到的另一個問題是這些濾色器事實上對于近紅外線都是非常透明的，特別是在從750納米到1100納米的波長段內(nèi)。硅對這些波長是敏感的，并產(chǎn)生與其所接收的近紅外輻射成比例的電荷。在紅色、藍色或綠色像素中產(chǎn)生的這些電荷不是由像素接收到的真實的紅色或藍色或綠色輻射產(chǎn)生的。因此，這些電荷在這些像素中產(chǎn)生不表示由傳感器觀察到的場景的實際顏色的信號部分。為了防止傳感器接收到這種干擾的紅外輻射，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提出，在傳感器前方放置一個帶阻光濾色器，其允許可見光波長的光通過，但阻擋近紅外。這樣的濾色器是昂貴的，這是因為它必須有效地阻擋紅外，同時特別是要允許紅色波長帶通過。

還已經(jīng)提出了在常規(guī)的紅色、綠色和藍色的彩色像素的鑲嵌中分布可以稱為黑色像素的附加像素，該附加像素涂覆有完全阻擋可見波長但允許紅外通過的濾色器。這樣的濾色器可以像其它濾色器一樣使用有機顏料制造，例如通過在所討論的像素的位置中疊加紅色濾色器和藍色濾色器。如果其是被修改的拜耳鑲嵌，則單個像素組于是包括紅色像素、藍色像素、兩個綠色像素和黑色像素；這些像素彼此靠近并且從觀察的場景接收基本相同的量的紅外線。然后，從受紅外輻射影響的紅色、綠色和藍色像素產(chǎn)生的信號中，減去從緊鄰位置的僅接收紅外輻射的黑色像素得到的值。對于所有像素執(zhí)行的該相減消除了紅外輻射對這些像素的不利影響。