前照式红外图像传感器的光电门及其制造方法技术

一种图像传感器，包括：基板；以及多个红外像素，形成在基板的前侧且配置为检测入射在基板前侧上的红外光。每一个红外像素包括：光电二极管；无植入物的区域，位于光电二极管上方；以及光电门，形成在基板上方和光电二极管之上。图像传感器还包括：多个彩色像素，分散在红外像素之间，每一个彩色像素包括钉扎光电二极管且配置为检测可见光。每一个红外像素的光电二极管可包括：深电荷累积区域，在一个或多个相邻彩色像素的钉扎光电二极管下面。还说明了制造方法，所述方法包括：在基板上方形成任何阻挡植入元件(例如，多晶硅光电门)之前，形成深电荷累积区域和关联元件。

【技术实现步骤摘要】
前照式红外图像传感器的光电门及其制造方法
本专利技术涉及一种检测红外光的图像传感器，特别是涉及一种前照式(FSI)图像传感器，其包括检测红外光的像素而不是检测可见光的像素的光电门。
技术介绍
电子图像传感器通常并入各种主机装置，其包括：例如，手机、计算机、数字相机、PDA’s等。除传统的使用者控制的静物和视频摄影机应用以外，出现越来越多的图像传感器应用。例如，整体机器视觉应用在汽车、制造、医疗、安全和国防工业上迅速地扩大。在这种应用中，机器至少部分地根据自其图像传感器接收的信息执行特定操作任务(例如，防止碰撞)。为了使机器适当地执行其任务，图像传感器应该产生高质量图像。在上述应用中使用的图像传感器持续变得更复杂以满足所需的要求。例如，图像传感器阵列的分辨率(其像素数量)不断地增加。此外，图像传感器现在包括用于检测可见光的彩色像素和用于检测红外光的红外像素。这些彩色像素和红外像素具有不同的结构和性能要求，导致难以制造产生高质量彩色图像和红外图像的图像传感器。例如，图像传感器是使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术来制造，其中，在半导体晶片上制造多个图像传感器芯片。这种制造工艺包含将掺杂剂植入或扩散至半导体基板区域以形成集成像素电路。不幸的是，因为更多的植入物，会使得像素性能不良的风险增加，因为植入设备将金属污染物(例如，钛(Ti)、钨(W)等)沉积在基板中。过多的暗电流对于红外像素是特别有问题的，因为红外像素用于在黑暗处采集图像。暗电流是即使当无光子实际进入像素时流经该像素的光敏区域的电流的数量。因为在电荷累积期间太多的暗电流将导致过度曝光的红外像素，期望在传感器阵列，特别是红外像素中出现的暗电流的数量最小化。由离子植入设备所造成的金属污染是暗电流的主要原因。与图像传感器关联的另一个问题是电荷饱和。当在图像采集期间在像素的光检测器内累积的电荷数量达到该光检测器的最大容量时，出现电荷饱和。这个最大容量称为“满阱容量(fullwellcapacity)”。光检测器的早期饱和是不期望的，因为与不过早地饱和的光检测器相比较，其灵敏度降低(例如，其表示较早地全亮像素)。暗电流也贡献于早期饱和。因此，在于黑暗环境下使用的红外传感器中，低满阱容量和饱和可能成为问题，尤其是当太多的亮像素导致最终图像时。与较短波长的(可见)光相比较，因为在硅基板深处检测到红外光，与红外像素设计相关的另一难题产生。因此，自硅基板深处传输累积的红外电荷以读出电路对于红外像素来说可能是很难的。因此，需要一种图像传感器，其减少暗电流且改善红外像素中的红外灵敏度。还需要一种图像传感器，其改善红外信号的传输以读出电路。还需要一种图像传感器，其需要较少的离子植入物。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种前照式图像传感器克服了与现有技术相关的问题，该前照式图像传感器包括检测红外光的红外像素，每一个红外像素包括在光敏区域之上形成的光电门。该红外像素还可以包括：深红外检测区域，其延伸至一个或多个相邻彩色像素。本专利技术的红外像素设计减少暗电流，改善像素灵敏度，并且增加红外像素的满阱容量。根据本专利技术的一种图像传感器包括：基板；多个第一像素，形成在该基板中；以及多个第二像素，形成在该基板中。该多个第一像素和该多个第二像素布置为定义具有多行和多列的传感器阵列，其中该多个第二像素分散于该多个第一像素之间。此外，该多个第一像素的每一个像素包括第一类型光检测器，其配置为检测可见光谱中的光，且该多个第二像素的每一个像素包括第二类型光检测器，其包括光电门且配置为检测红外光。该图像传感器可以是一种前照式(FSI)图像传感器，其中，该多个第一像素和该多个第二像素形成在该基板的前侧，以及其中该多个第一像素和该多个第二像素检测入射在该基板的该前侧上的光。本专利技术说明关于第二类型光检测器和第一类型光检测器的各种实施例。在一个实施例中，第二类型光检测器包括：光电二极管，其形成在光电门下面的基板中。在另一实施例中，光电门可以由多晶硅形成和/或可以配置为减少可见光谱的至少一部分中的光。在又一实施例中，每一个光电门可以连接至电压源。此外，当第一类型光检测器可以包括钉扎光电二极管(pinnedphotodiode)时，第二类型光检测器在光电二极管与光电门之间没有任何植入物。因此，光电门包括对在光电二极管上方的基板的区域进行偏压且减少可见光谱的至少一部分中的光的装置。在又一实施例中，第二类型光检测器可以进一步包括：深电荷累积区域，其可以延伸至多个第一像素的至少一个相邻像素，且可以形成在至少一个相邻像素的第一类型光检测器(钉扎光电二极管)下方。阻挡区也可以形成在位于多个第一像素的至少一个相邻像素中深电荷累积区域的部分的上方。根据本专利技术的另一种图像传感器包括：基板；以及多个红外像素，形成在该基板的前侧且配置为检测入射在该基板的该前侧上的红外光。红外像素的每一个包括：光电二极管；无植入物的基板的区域，位于第一光电二极管上方；以及光电门，形成在光电二极管之上在基板上方。在特定实施例中，图像传感器还包括：多个彩色像素，其分散于红外像素之间，其中，每一个彩色像素包括钉扎光电二极管且配置为检测可见光。更特别地，每一个红外像素的光电二极管可以包括：深电荷累积区域，其在与至少一个相邻彩色像素关联的钉扎光电二极管下面。一种制造图像传感器的方法，包括以下步骤：提供基板；在该基板中形成多个第一类型光检测器，其中，第一类型光检测器的每一个配置为检测可见光，且与多个第一像素之一关联；以及在该基板中形成多个第二类型光检测器，其中，第二类型光检测器的每一个配置为检测红外光，且与多个第二像素之一关联。在该方法中，形成多个第二类型光检测器的步骤还包括：形成与第二类型光检测器关联的多个光电门。具体方法还可以包括：将多个光电门的每一个电连接至电压源、由多晶硅形成光电门、和/或形成光电门以使其配置为减少可见光谱的至少一部分中的光。该图像传感器可以是一种前照式(FSI)图像传感器，其中，多个第一像素和多个第二像素以阵列形成在该基板的前侧，并且检测入射在该基板的该前侧上的光。在具体方法中，形成多个第二类型光检测器的步骤包括：在形成多个光电门的步骤之前，在将形成光电门的位置下面，在基板中形成多个光电二极管。更具体地，形成多个第一类型光检测器的步骤包括：在该基板中形成多个钉扎光电二极管，而该多个第二类型光检测器在光电二极管与光电门之间没有植入物。在另一具体方法中，形成多个第二类型光检测器的步骤包括：在形成多个光电门的步骤之前，在与多个光电门关联的位置下面，在基板中形成多个深电荷累积区域。更具体地，该方法包括：在形成第一类型光检测器之前形成多个深电荷累积区域，其中，每一个深电荷累积区域延伸至与多个第一像素的至少一个相邻像素关联的基板的区域中，且形成在基板中欲用于第一类型光检测器的位置下面。再具体地，该方法可以包括：在基板中位于多个深电荷累积区域上方的位置且在基板中欲用于第一类型光检测器的位置下面形成多个深阻挡区。因此，在于基板上方形成任何阻挡植入元件(例如，光电门、晶体管等)之前，执行形成多个深电荷累积区域以及形成多个深阻挡区的步骤。附图说明参考下面的图来描述本专利技术，其中，相似附图标记基本上表示相似元件：图1是根据本专利技术包括图像传感器的相机模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，包括：基板；多个第一像素，形成在该基板中；多个第二像素，形成在该基板中；以及其中该多个第一像素和该多个第二像素布置为定义具有多行和多列的传感器阵列，在该传感器阵列中，该多个第二像素分散于该多个第一像素之间；该多个第一像素中的每一个包括：第一类型光检测器，其配置为检测可见光谱中的光；以及该多个第二像素中的每一个包括：第二类型光检测器，其包含光电门且配置为检测红外光。

【技术特征摘要】
2016.06.30 US 15/198,0551.一种图像传感器，包括：基板；多个第一像素，形成在该基板中；多个第二像素，形成在该基板中；以及其中该多个第一像素和该多个第二像素布置为定义具有多行和多列的传感器阵列，在该传感器阵列中，该多个第二像素分散于该多个第一像素之间；该多个第一像素中的每一个包括：第一类型光检测器，其配置为检测可见光谱中的光；以及该多个第二像素中的每一个包括：第二类型光检测器，其包含光电门且配置为检测红外光。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，该第二类型光检测器进一步包括：光电二极管，其在该光电门下面形成在该基板中。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中：该第一类型光检测器包括钉扎光电二极管；以及该第二类型光检测器在该光电二极管与该光电门之间没有植入物。4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，该第二类型光检测器的该光电二极管进一步包括深电荷累积区域。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中：该深电荷累积区域延伸至该多个第一像素的至少一个相邻像素中；以及该深电荷累积区域形成在与该至少一个相邻像素关联的该第一类型光检测器下面。6.根据权利要求5所述的图像传感器，进一步包括：阻挡区，形成在该深电荷累积区域的位于该至少一个相邻像素中的部分的上方。7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，该光电门连接至电压源。8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，该光电门是由多晶硅形成。9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，该光电门配置为减少可见光谱的至少一部分中的光。10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：该多个第一像素和该多个第二像素形成在该基板的前侧上；以及该多个第一像素和该多个第二像素检测入射在该基板的该前侧上的光。11.一种制造图像传感器的方法，该方法包括：提供基板；在该基板中形成多个第一类型光检测器，所述第一类型光检测器的每一个配置为检测可见光谱中的光，且与多个第一像素之一关联；在该基板中形成多个第二类型光检测器，所述第二类型光检测器的每一个配置为检测红外光，且与多个第二像素之一关联；以及其中该多个第一像素和该多个第二像素布置为定义具有多行和多列的传感器阵列，在该传感器阵列中，该多个第二像素分散于该多个第一像素之间；以及形成该多个第二类型光检测器的步骤包括：形成多个光电门，该多个光电门的每一个与所述第二类型光检测器之一关联。12.根据权利要求11所述的方法，其中，形成该多个第二类型光检测器的步骤进一步包括：在形成该多个光电门的步骤之前，在将形成该多个光电门的位置下面在该基板中形成多个光电二极管，该多个光电二极管的每一个与所述第二类型光检测器之一关联。13.根据权利要求12所述的方法，其中：形成该多个第一类型光检测器的步骤包括：在该基板中形成多个钉扎光电二...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤贵之，杨大江，马渕圭司，真锅宗平，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US