图像传感器像素以及成像系统技术方案

本实用新型专利技术图像传感器像素和成像系统。本实用新型专利技术的目的之一在于提供改进的图像传感器。根据本实用新型专利技术的一个方面，提供一种图像传感器像素，所述图像传感器像素包含：P型层；N型层，所述N型层在所述P型层下方形成；第一N型区和第二N型区，所述第一N型区和所述第二N型区在所述N型层下方形成；和P型区，所述P型区间插在所述第一N型区和所述第二N型区之间。通过本实用新型专利技术，能够提供改进的图像传感器。

【技术实现步骤摘要】

本技术整体涉及图像传感器，更具体地讲，涉及图像传感器内光电二极管的存储电容。
技术介绍
电子设备(例如移动电话、相机和计算机)通常使用图像传感器来捕捉图像。本领域采用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或电荷耦合器件(CCD)技术，在半导体衬底上制出常规的图像传感器。图像传感器可包含图像传感器像素阵列，其中每个像素包含一个光电二极管和衬底上形成的其他工作电路(例如晶体管)。图像传感器通常包括具有钉扎电压(pinning-voltage)的光电二极管，该电压是通过光电二极管的掺杂程度设定的设计参数。图像传感器正常工作时，首先使用晶体管电路将光电二极管节点重置为钉扎电压。于是光子得以进入光电二极管区域，并在其中停留预定的一段时间。光子在光电二极管内转变为电子，这些电子降低了重置的钉扎电压。此过程中储存的最大电荷总量(QMAX)通常被称为饱和满阱(SFW)，SFW由光电二极管的阱容量决定。受光子的强度和积分时间限制，实际储存电荷量(Q)小于或等于QMAX。读取储存信号时，光电二极管节点处实际储存的电荷量(Q)经由额外的晶体管电路迁移至浮动扩散节点。像素设计应能最大程度增加可从光电二极管迁移至浮动扩散节点的电荷量(Q)。如果不能，便会出现电荷回溢，导致图像品质劣化。储存的最大电荷总量(QMAX)决定了可从光电二极管阵列中检测到的最高信号水平。所以，提升QMAX，就可扩大图像传感器的动态范围。多种源头的噪声可能导致所捕获信号的电荷量(Q)减少。其中一种噪声是暗电流噪声。所谓暗电流，是指光电二极管未受光照时产生的电子，以及从光子以外源头捕获的电子。暗电流可能源自多种源头，包括：注入与等离子体工艺损伤导致的Si缺陷，光电二极管内的金属污染物，雪崩和/或齐纳光电二极管内高场区域产生了电子-空穴(e-h)对，产生了SRH电子-空穴对，与陷阱有关的带间隧穿(BTBT)效应，传输门同时在光电二极管侧与浮动扩散侧诱发BTBT效应，以及多种别的源头。必须降低暗电流噪声，才能获得较高的图像品质。暗电流降低，图像传感器的信噪比(SNR)随之改善。综上所述，我们期望能在不牺牲图像品质的前提下，获得极高的光电二极管阱容量，最大限度降低暗电流。
技术实现思路
本技术的目的之一在于提供改进的图像传感器。根据本技术的一个方面，提供一种图像传感器像素，所述图像传感器像素包含：P型层；N型层，所述N型层在所述P型层下方形成；第一N型区和第二N型区，所述第一N型区和所述第二N型区在所述N型层下方形成；和P型区，所述P型区间插在所述第一N型区和所述第二N型区之间。在一种实施方式中，所述图像传感器像素还包含：第三N型区，所述第三N型区在所述P型区、所述第一N型区和所述第二N型区下方形成。在一种实施方式中，所述第一N型区和所述第二N型区的掺杂浓度比所述第三N型区的掺杂浓度高。在一种实施方式中，所述图像传感器像素还包含：额外的P型区，所述额外的P型区围绕所述P型层、所述第一N型区、所述第二N型区和所述第三N型区。在一种实施方式中，所述N型层具有被优化以实现垂直耗尽的的掺杂分布。在一种实施方式中，所述P型区、所述第一N型区和所述第二N型区从所述N型层垂直延伸到所述额外的P型区。根据本技术的另一方面，提供一种成像系统，所述成像系统包含：中央处理单元；存储器；透镜；输入-输出电路；和成像设备，其中所述成像设备包含：成行和成列排布的像素阵列，每个像素包含：P型层；N型层，所述N型层在所述P型层下方形成；N型区，所述N型区在所述N型层下方形成；和至少一个P型区，所述P型区将所述N型区的一部分分隔成至少两个独立的隔间。在一种实施方式中，所述每个像素还包含：额外的N型区，所述额外的N型区在所述至少一个P型区和所述N型区下方形成。在一种实施方式中，所述阵列中的每个像素都被额外的P型区围绕。在一种实施方式中，所述阵列中的每个像素还包含：至少一个其他P型区，所述至少一个其他P型区将所述N型区分隔成至少三个独立的N型隔间。本技术的有益技术效果之一是能够提供改进的图像传感器。附图说明图1为根据一个实施例的示例性电子设备的示意图。图2为图像传感器光电二极管的一部分的简化等角视图。图3A为根据一个实施例的示例性图像传感器光电二极管的等角y轴视图，图中示出了隔间式阵列浅N型光电二极管(array shallow n-type photodiode,ASNP)区域。图3B为根据一个实施例的图3A所描绘示例性图像传感器光电二极管的等角x轴视图。图4为根据一个实施例的示例性图像传感器光电二极管的横截侧视图，图中示出了有两个隔间(compartment)的隔间式ASNP区域。图5为根据一个实施例的绘出了掺杂物浓度与距衬底表面深度的关系的图。图6为根据一个实施例的示例性图像传感器光电二极管的横截侧视图，图中示出了沿光电二极管长度方向向下延伸的阵列光电二极管深阱(array deep photodiodewell,ADPW)区域和隔间式ASNP区域。图7为根据一个实施例的示例性图像传感器光电二极管的横截侧视图，图中示出了有两个以上隔间的隔间式ASNP区域。图8为根据一个实施例的示出了制造具有隔间式ASNP区域的图像传感器光电二极管时涉及的示例性步骤的流程图。图9为根据一个实施例的采用图3A、图3B、图4、图6和图7所示图像传感器光电二极管的处理器系统的框图。具体实施方式本技术的实施例涉及图像传感器，更具体地讲，涉及图像传感器内光电二极管的存储电容。本领域的技术人员应当理解，在实际实施本技术的示例性实施例时，可以不实施本文明确示出的一部分甚至全部细节。另一方面，本文未详细讲述本领域众所周知的操作，以免冗赘的叙述模糊本技术实施例的重点。图1为根据一个实施例的示例性电子设备的示意图。图1所示成像系统10可能是便携式成像系统，例如相机、移动电话、摄像机，或其他可捕捉数字图像数据的成像设备。相机模块12可用来将入射光线转变成数字图像数据。相机模块12可包含透镜阵列14和对应的图像传感器阵列16。透镜阵列14和图像传感器阵列16可被安装在共用包装件内，而且可向处理电路18提供图像数据。处理电路18可包含一个或多个集成电路(例如，图像处理电路、微处理器、存储装置如随机存取存储器和非易失性存储器，等等)，而且可采用与相机模块12分开和/或构成相机模块12的一部分的部件实施(例如，这些部件为电路，这种电路构成包含图像传感器阵列16的集成电路的一部分，或者构成相机模块12内与图像传感器阵列16相关的集成电路的一部分)。用相机模块12捕捉到图像数据并对其进行处理后，如果需要，可用处理电路18进一步处理，再将数据存储起来。若需要，可利用与处理电路18连接的有线和/或无线通信路径，将处理后的图像数据提供给外部设备(例如，计算机或其他设备)。图像传感器阵列16可含有由图像传感器个体组成的阵列，这些图像传感器个体分别配置了彩色滤光片，用于接收特定颜色的光。图像传感器像素阵列所用的彩色滤光片可例如为红色滤光片、蓝色滤光片和绿色滤光片。每块滤光片可形成彩色滤光片层，覆盖像素阵列中的各图像传感器。也可使用其他滤光片，例如白色滤光片、双波段红外截止滤光片(例如，允许LED灯发出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素包含：P型层；N型层，所述N型层在所述P型层下方形成；第一N型区和第二N型区，所述第一N型区和所述第二N型区在所述N型层下方形成；和P型区，所述P型区间插在所述第一N型区和所述第二N型区之间。

【技术特征摘要】
2015.04.14 US 14/685,9091.一种图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素包含：P型层；N型层，所述N型层在所述P型层下方形成；第一N型区和第二N型区，所述第一N型区和所述第二N型区在所述N型层下方形成；和P型区，所述P型区间插在所述第一N型区和所述第二N型区之间。2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素还包含：第三N型区，所述第三N型区在所述P型区、所述第一N型区和所述第二N型区下方形成。3.根据权利要求2所述的图像传感器像素，其特征在于，所述第一N型区和所述第二N型区的掺杂浓度比所述第三N型区的掺杂浓度高。4.根据权利要求2所述的图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素还包含：额外的P型区，所述额外的P型区围绕所述P型层、所述第一N型区、所述第二N型区和所述第三N型区。5.根据权利要求4所述的图像传感器像素，其特征在于，所述N型层具有被优化以实...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·马杜罗维，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国;US