CN101675523B - 具有像素间隔离结构的位置相关移转的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器，具有多个光电二极管，每个光电二极管邻近由第一类型的材料构成的第一区域并包括由第二类型的材料构成的第二区域。该光电二极管每个还具有邻近第二区域的隔离区域。光电二极管被布置成阵列。在阵列的边角区域中，第二区域相对于不同于阵列的中心区域中的该所述隔离区域偏移，以捕获输入光的更多的光子。

Description

具有像素间隔离结构的位置相关移转的图像传感器
技术领域
公开的主题大体涉及半导体图像传感器的领域。
背景技术
诸如数字照相机和数字录像摄像机的摄影设备可以包含电子图像传感器，其俘获光以分别处理成静止或视频图像。电子图像传感器典型地包含上百万个诸如光电二极管的光捕获元件。光电二极管被布置成二维像素阵列。
图1示出了在现有技术的像素阵列中的像素的放大的横截面。该像素包括由第一类型(典型地，p型)的材料构成的第一区域1和由第二类型(典型地，n型)的材料构成的第二区域2。衬底和第二区域2形成光电二极管的p-n结。p-n结被反向偏压以在虚线3和4之间形成耗尽区。输入光5的光子被吸收以产生电子空穴对6。电子移动以产生电流。电流最终被感测且处理，以再现图像传感器检测到的图像。
相对较长波长的光深穿透到光电二极管中。因此，在耗尽区的外边界处形成电子。耗尽区可以生长并且实际上并入区域7中。耗尽区的合并以电容的方式将相邻的光电二极管电耦合。接收光的光电二极管的电压的变化可能改变相邻的不接收光的光电二极管的电压。这将导致相邻光电二极管中光的不正确的感测。可期望提供一种能够最小化由入射到相邻的耗尽区上产生的横向耗尽区的影响的像素结构。
发明内容
一种图像传感器，具有光电二极管的阵列，每个光电二极管邻近由第一类型的材料构成的第一区域并包括由第二类型的材料构成的第二区域。隔离(insulating)区域邻近第二区域。不同于中心区域中，在像素阵列的边角区域中，第二区域偏离该隔离区域。
附图说明
图1是现有技术的图像传感器的图示；
图2是图像传感器的示意图；
图3是图像传感器的多个光电二极管的图示；
图4是在图像传感器的像素阵列的边角区域处的光电二极管的图示；
图5是具有偏移势垒区的在边角区域处的光电二极管的图示；
图6是具有偏移n型区的在边角区域处的光电二极管的图示。
具体实施方式
公开了一种图像传感器，具有多个光电二极管，每个光电二极管邻近由第一类型的材料构成的第一区域并包括由第二类型的材料构成的第二区域。每个光电二极管还具有邻近第二区域的隔离区域。光电二极管被布置成阵列。不同于阵列的中心区域中，在该阵列的边角区域中，第二区域相对于隔离区域偏移，以捕获输入光的更多的光子。
更具体地参考由参考编号表示的附图，图2示出了图像传感器10。图像传感器10包括包含多个单独的像素14的像素阵列12，每个像素包括光电二极管。像素14典型地被布置成行和列的二维阵列。阵列12具有中心区域16和边角区域18。
像素阵列12典型地由多个导电迹线22连接到光读取器电路20。阵列12由导电迹线26连接到行译码器24。行译码器24可以选择阵列12的各个行。然后光读取器20可以读取选择的行内的特定的离散的列。行译码器24和光读取器20一起允许读取阵列12中的各个像素14。从像素14读取的数据可以被诸如处理器(未示出)的其它电路处理以产生可见显示。
图像传感器10及其它电路可以与公开在Tay的美国专利No.6,795,117中的相应的图像传感器和图像传感器系统相同或相似地配置、构成以及操作，其通过引用而被合并于此。
图3示出了多个光电二极管50。每个光电二极管50邻近由第一类型的材料构成的第一区域52并包括由第二类型的材料构成的第二区域54。举例来说，第一材料可以是中度掺杂的p型材料，而第二区域54可以是轻微掺杂的n型材料。区域52和54被形成在衬底56中。衬底56可以被由轻微掺杂的p型材料构成。每个第二区域54和衬底56组成光电二极管50的n-和p-区。
如图3所示，每个光电二极管50可以与邻近于第一区域52形成的源极或漏极垫60和栅极58相邻。栅极58可以由重度掺杂的n型多晶硅材料构成。源极/漏极垫60可以由重度掺杂的n型材料构成。n型源极/漏极垫60可以借助隔离区域62与n型第二区域54分开。
邻近于每个第一区域52的是势垒(barrier)区64。势垒区64可以由中度掺杂的p型材料构成。光电二极管50被反向偏压以大体在线66和68内产生耗尽区。相对较长波长的光处的光吸收以及电子空穴对70的形成将发生在耗尽区的底部中。举例来说，具有比650纳米长的波长的光趋向于在耗尽区的底部被吸收。
势垒区64在由虚线72表示的水平方向上抑制耗尽区的横向生长。这防止耗尽区合并以及防止引起相邻光电二极管的错误的电压变化。如图3所示，势垒区64可以延伸到与第二区域52一样深。举例来说，势垒区可以具有2-4μm的深度。
如图4所示，对于位于像素阵列的边角区域18处的像素，光线以某一角度穿透该光电二极管。该角度可以多达30度。入射光可以被材料吸收，并且在第二区域的外面和非常接近于相邻光电二极管之处形成电子空穴对70。自由电子可以迁移到相邻光电二极管中，从而引起错误的光检测。
图5是其中势垒区64相对于第一区域52被偏移的实施例。从入射光被材料吸收的时间点起，偏移的势垒区64产生较长的通向相邻光电二极管的路径。该偏移可以从像素阵列12的中心区域16到该阵列12的外面区域18变化，其中在像素阵列12的中心区域16处，光在垂直方向上穿透光电二极管50，在阵列12的外面区域18处，光以显著的角度穿透光电二极管。该偏移可以从像素阵列12的中心区域16到该阵列12的外部区域18逐渐变大。该偏移使得耗尽区横向生长以覆盖输入光的路径。举例来说，在不同于中心区域16处的像素的最外面像素处，势垒区可以不同地被偏移高达0.5μm。
图6是其中势垒区64和第二区域54二者都相对于隔离区域62被偏移的实施例。偏移的第二区域54沿着输入光的方向，并且捕获更多的光子。第二区域偏移可以从像素阵列12的中心区域16到该阵列12的外面区域18变化，其中在像素阵列12的中心区域16处，光在垂直方向上穿透光电二极管，在像素阵列12的外面区域18处，光以显著的角度穿透光电二极管。该偏移可以从像素阵列的中心区域16到该阵列12的外部区域18逐渐变大。举例来说，该势垒区和第二区域64和54可以在不同于中心区域16处的像素的最外面的像素处不同地被偏移高达0.5μm。
可以利用已知的CMOS制造技术构成像素14。势垒区64可以被形成在衬底56上。第一区域52可以被形成在势垒区64上，以及栅极58和垫60可以被形成在区域52上。第二区域54也可以被形成在衬底56上。形成的次序可以根据用于制造图像传感器的过程而变化。
尽管已经在附图中描述和图示了特定的示范性实施例，但是应当理解，这样的实施例仅仅是说明性的，并非限制宽的本发明，以及本发明不限于示出和描述的特定结构和配置，本领域技术人员可以对这些实施例进行各种其它修改。

Claims (10)

1.一种图像传感器，包括：
像素阵列，其被属第一电导率类型的一衬底支撑，所述像素阵列包括多个像素，其每一个包括：
隔离区域，其在所述衬底中；以及
第二区域，其属第二电导率类型，其在所述衬底中、并延伸至比所述隔离区域更深处，所述第二区域被构成以被一光线束穿过、且有一相对于所述隔离区域的第一侧向偏移，所述第一侧向偏移从所述像素阵列的一中心区域到所述像素阵列的一外面区域之间有一差别；以及
势垒部件，其在所述衬底中，且在所述隔离区域下方，其每一个处在一所述第二区域和另一所述第二区域之间，用以防止这两个第二区域之间、透过所述衬底的电容式的耦合。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述像素阵列还包括；
多个第一区域，所述第一区域属该第一电导率类型并在所述衬底中，且相邻于所述多个像素的其一的所述第二区域并在一所述势垒部件上方，且其上有一晶体管的源极/漏极垫，该源极/漏极垫属第二电导率类型。
3.如权利要求1或2所述的图像传感器，其中，所述势垒部件有一相对于所述隔离区域的第二侧向偏移，所述第二侧向偏移从所述中心区域到所述外面区域之间有一变化。
4.如权利要求3所述的图像传感器，其中，该变化高达0.5μm。
5.一种图像传感器，包括：
像素阵列，其被属第一电导率类型的一衬底支撑，所述像素阵列包括多个像素，其每一个包括：
隔离区域，其在所述衬底中；以及
第二区域，其属第二电导率类型，其在所述衬底中、并延伸至比所述隔离区域更深处，所述第二区域被构成以被一光线束穿过、且有一相对于所述隔离区域的第一侧向偏移，所述第一侧向偏移从所述像素阵列的一中心区域到所述像素阵列的一外面区域之间有一差别；以及
势垒区，其在所述衬底中，且在所述隔离区域下方，且其每一个处在一所述第二区域和另一所述第二区域之间，延伸自该所述第二区域的耗尽区和延伸自该另一所述第二区域的耗尽区不得在所述势垒区内合并。
6.如权利要求5所述的图像传感器，其中，所述像素阵列还包括；
多个第一区域，所述第一区域属该第一电导率类型并在所述衬底中，且相邻于所述多个像素的其一的所述第二区域并在一所述势垒区上方，且其上有一晶体管的源极/漏极垫，该源极/漏极垫属第二电导率类型。
7.如权利要求5或6所述的图像传感器，其中，所述势垒区有一相对于所述隔离区域的第二侧向偏移，所述第二侧向偏移从所述中心区域到所述外面区域之间有一变化。
8.如权利要求7所述的图像传感器，其中，该变化高达0.5μm。
9.如权利要求1至2和5至6之任一所述的图像传感器，其中，该第一电导率类型是p-型且所述第二电导率类型是n-型。
10.如权利要求1至2和5至6之任一所述的图像传感器，其中，该差别高达0.5μm。
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