CN103227181A - 图像传感器、制造装置、制造方法以及成像装置 - Google Patents
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Abstract
一种图像传感器，包括：衬底，由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成；以及光电转换元件，形成在衬底上，用于光电转换入射光。
Description
技术领域
本公开涉及图像传感器、制造装置、制造方法以及成像装置。更具体地，本公开涉及能够抑制发生混色和黑偏移的图像传感器、制造装置、制造方法以及成像装置。
背景技术
可视光图像传感器光电地转换具有可视光波长的光并且将其改变为电信号，由此再现就像人眼看到的信息。硅（Si）半导体具有能够光电转换具有达到大约1100nm的波长的光的带隙。在使用硅（Si）衬底的可视光图像传感器中，因此附接阻挡红外光的IR（红外）截止滤光镜以限制到达传感器的入射光为红外光。
近年来，通过去除IR截止滤光镜以及与红外光源组合，硅（Si）衬底图像传感器用于夜视相机应用。某一距离对于要在硅（Si）衬底中光电转换的位于近红外区域的长波长光是必要的。因此，长波长光可能在光电转换之前到达传感器器件的后表面。在后表面上反射的一部分近红外光可能再次入射在光电二极管上。
如上所描述，在传感器器件的后表面上反射的近红外光等可能再次入射到邻近像素的光电二极管上，这可能引起混色。此外，在传感器器件的后表面上反射的近红外光等可以入射在OB（光学黑体）区域上的像素的光电二极管上。因此，OB区域上的像素值（OB电平）可能变得特殊（增加），以及在嵌位处理中黑电平不能充分校正（可能产生黑偏移）。
日本专利申请特开第2005-209695号提出一种通过在p阱中形成n型区域来捕捉像素的p阱中的浮动原子（f1oating atom）的方法。
日本未审查专利申请公开第2009-505437号提出一种通过用n型半导体覆盖OB区域来防止硅体中漂移的光电子进入OB区域的方法。
发明内容
在日本专利申请特开第2005-209695号和日本未审查专利申请公开第2009-505437号中描述的方法不能够完全防止具有长波长的红外光再次入射，并且可能产生混色和黑偏移的发生。此外，在日本专利申请特开第2005-209695号和日本未审查专利申请公开第2009-505437号描述的方法中，n型区域是必要的，这可能增加制造的步骤数量和成本。
鉴于上面描述的情况，期望抑制由于在传感器器件的后表面等反射的近红外光在光电二极管上入射，而引起的混色和黑偏移。
根据本公开实施例，提供一种图像传感器，包括：衬底，由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成，以及光电转换元件，形成在衬底上，用于光电转换入射光。
衬底可以由具有比可视光范围内的光波长更长的光的高光吸收系数的材料形成。
衬底可以由具有近红外光的高光吸收系数的材料形成。
衬底可以由硅锗形成。
图像传感器还可以包括在衬底上的外延生长硅提供的硅外延层，以及光电转换元件可以形成在硅外延层上。
衬底可以由具有不均匀锗浓度的硅锗形成。
可以使得衬底的锗浓度在朝向如从入射光侧所见的更浅的位置更低。
图像传感器还可以包括绝缘膜，形成在光电转换元件上。
图像传感器还可以包括遮光膜，用于遮挡在OB（光学黑体）区域的像素中的光电转换元件上形成的外部光。
图像传感器，还可以包括互连层，形成在绝缘膜上。
图像传感器还可以包括滤色镜，逐像素形成在互连层上，以及聚光透镜，逐像素形成在滤色镜上。
根据本公开实施例，提供一种制造图像传感器的制造装置，包括：衬底制造部件，用于制造由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成的衬底，以及光电转换元件制造部件，用于在衬底制造部件制造的衬底上形成光电转换入射光的光电转换元件。
制造装置还可以包括硅外延层制造部件，用于在衬底制造部件制造的衬底上外延生长硅，以在其上形成硅外延层。
根据本公开实施例，提供一种制造用于制造图像传感器的制造装置的方法，包括：在衬底制造部件上，制造由比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成的衬底，以及在光电转换元件制造部件上，在衬底制造部件制造的衬底上形成光电转换入射光的光电转换元件。
根据本公开实施例，提供一种成像装置，包括：图像传感器，用于对对象进行成像并且将对象的图像输出为电信号，以及图像处理器，用于对图像传感器获得的对象进行图像处理，其中图像传感器包括衬底，其由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成，以及光电转换元件，其形成在衬底上，用于光电转换入射光。
衬底可以由具有比可视光范围内的光波长更长的光的高光吸收系数的材料形成。
衬底可以由硅锗形成。
成像装置中的图像传感器还可以包括在衬底上的外延生长硅提供的硅外延层，以及光电转换元件可以形成在硅外延层上。
衬底可以由不均匀锗浓度的硅锗形成。
可以使得衬底的锗浓度在朝向如从入射光侧所见的更浅的位置更低。
本公开的实施例包括衬底，其由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成，以及光电转换元件，其形成在衬底上，用于光电转换入射光。
根据本公开的实施例，制造由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成的衬底，以及在制造的衬底上形成光电转换入射光的光电转换元件。
本公开的实施例包括图像传感器，用于对对象进行成像并且将对象的图像输出为电信号，以及图像处理器，用于对图像传感器获得的对象进行图像处理，其中图像传感器包括衬底，其由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成，以及光电转换元件，其形成在衬底上，用于光电转换入射光。
根据本公开实施例，可以抑制混色和黑偏移的发生。
如附图中图示的，鉴于本公开的最佳模式实施例的以下详细描述，本公开的这些和其它目的、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是图示相关技术的CMOS图像传感器中发生混色的截面图；
图2是示出根据本公开的实施例的图像传感器的配置示例的截面图；
图3A、3B和3C是每个示出体中光强度的示例的曲线图；
图4是示出在1100nm的波长处体中光强度的示例的曲线图；
图5是通过放大图4中所示的、从590到600μm的体中距离的曲线图提供的曲线图。
图6是示出制造图像传感器的制造装置的主要配置示例的框图；
图7是图示制造过程的流程的示例的流程图；以及
图8是示出根据本公开的实施例的成像装置的主要配置示例的框图。
具体实施方式
下面，将参考附图描述本公开的实施例。
将以下面的顺序来描述本公开的实施例。
<1.第一实施例（图像传感器）>
<2.第二实施例（制造装置和制造方法）>
<3.第三实施例（成像装置）>
<1.第一实施例（图像传感器）>
[黑偏移的发生]
首先，将描述由于近红外光引起的黑偏移的发生。图1是图示相关技术的CMOS图像传感器中发生混色的截面图。
如图1所示，相关技术的CMOS图像传感器10包括Nsub衬底21、形成在Nsub衬底21中的P阱22以及形成在P阱中的PD（光电二极管）23。PD23光电地转换从上侧入射的光，如图1所示。
具体地，每个PD23对应每个像素。定位在左侧的四个PD23对应OB（光学黑体）区域上的像素，其用于检测参考黑电平的参考值。这些像素通过入射光侧的遮光膜24覆盖，使得没有光外部入射到PD上。
定位在右侧的四个PD23对应有效像素区域上的像素（在此，称为“孔径像素12”）。在图1中，示意性地示出八个PD23。然而，可以使用任意数量的PD23。
当具有长波长的红外光入射到CMOS图像传感器10上时，在PD23中光电地转换光。由于红外光具有长波长，所以长距离对于光电转换是必要的。入射在PD23上的一部分红外光不被光电转换，而是穿过PD23。穿过PD23的红外光可以通过Nsub衬底21，部分在Nsub衬底21等的后表面上反射，在PD23上再次入射，并且被电转换。
例如，CMOS图像传感器10具有300μm的晶圆厚度。入射在CMOS图像传感器10上的具有1100nm波长的光的一部分在每个具有大约3μm的深度的PD23中光电转换，并且剩余光穿过PD23。
如果具有穿过PD23并且到达Nsub衬底21的后表面的波长1100nm的光占入射到CMOS图像传感器的光的大约74%，并且如果光在Nsub衬底21的后表面上的反射率是0.38，则基于入射在CMOS图像传感器10上的总光来反射具有1100nm波长的光的28%。当大约21%的具有波长1100nm的光再次入射到PD23上时，在具有波长1100nm的光穿过PD23期间，基于入射在CMOS图像传感器10上的总光具有波长1100nm的光的约0.062%被光电转换。
如上面描述的，当在Nsub衬底21的后表面等上反射的红外光入射到孔径像素12中的PD23上，而不是反射之前红外光入射的PD23上，可能产生混色。当Nsub衬底21的后表面等上反射的红外光入射在OB区域11的像素的PD23上时，黑电平的参考值变成特殊的，以产生黑偏移。
[图像传感器]
根据本公开的实施例，图像传感器使用具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成衬底来替代硅（Si）衬底。例如，使用硅锗（SiGe）混合晶体衬底。
图2是图示根据本公开的实施例的图像传感器的配置示例的图。图2中示出的CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器100是将入射光进行光电转换以将对象的图像输出为电信号的图像传感器。
如图2所示，根据本公开实施例的CMOS图像传感器100使用硅锗（SiGe）混合晶体衬底121来替代普通硅（Si）衬底。基本地，硅外延层123通过在其上外延生长单晶硅（Si）来层压在硅锗（SiGe）混合晶体衬底121上。在硅外延层层123中，形成光电二极管124A和光电二极管124B。在硅外延层123上，层压形成遮光膜125的绝缘膜126、形成互连128的互连层127、滤色镜以及聚光透镜130。
在图2中，示出CMOS图像传感器100的部分像素配置。在图2中，在左侧，示出OB区域（OB111）的像素的配置示例，在右侧，示出有效像素区域（孔径像素112）的像素配置示例。光电二极管124A示出OB111的光电转换元件的示例，以及光电二极管124B示出孔径像素112的光电转换元件的示例。虽然，图2中示出一个OB111和一个孔径像素112，但是实际上可以使用OB区域和有效像素区域的任意数量的像素。此外，虽然图2示出光电二极管124A和相邻设置的光电二极管124B，但是可以使用它们之间的任何位置关系。当光电二极管124A和光电二极管124B相互没有区分时，它们简单地称作光电二极管124。
光电二极管124是光电转换入射光的光电转换元件的示例。根据本公开的实施例，任何光电转换元件可以逐像素形成在的硅外延层123中，以及可以不同于光电二极管。为了解释方便，下面将光电二极管124解释为光电转换元件。
如图2所示，OB111与孔径像素112的配置不同，因为遮光膜125形成在绝缘膜126中。设计OB111中的光电二极管124A，使得遮光膜125防止光从外部入射。然而，例如穿过光电二极管124B等以及反射在硅衬底的后表面上等的光实际上可以从后表面（图2的下侧）再次入射到光电二极管124A，如上面描述。
因此，使用具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成硅锗（SiGe）混合晶体衬底121，来替代硅（Si）衬底。
锗（Ge）的带隙是0.66eV，其小于硅（Si）的带隙1.11eV。锗（Ge）与硅（Si）相容以形成100%固体方案。其构成比可以被连续和自由地改变。因此，硅锗（SiGe）的带隙可以通过改变锗（Ge）的添加比来任意设置。
例如，当锗(Ge)的构成比例增加时，可以减少硅锗（SiGe）的带隙。由此，可以将所有波长区域的光吸收系数制作得更高。
由此，可以提供在所有波长区域具有比单晶硅的光吸收系数更高的光吸收系数的硅锗（SiGe）。可以提供至少具有比可视光区域的光波长更长的光（例如，近红外光）的高光吸收系数的衬底。
硅锗（SiGe）混合晶体衬底121中锗浓度是任意的，例如可以是大约10%至20%。
由于硅锗（SiGe）混合晶体衬底121具有比单晶硅衬底的光吸收系数更高的光吸收系，所以硅锗（SiGe）混合晶体衬底121吸收很多未光电转换但是透射通过光电二极管124的入射光。换言之，当使用硅锗（SiGe）时，与当使用单晶硅（Si）时相比，衬底吸收的光的百分比增加。
因此，CMOS图像传感器100可以抑制由于衬底中漂移的长波长光入射在有效像素区域（孔径像素112）上的光电二极管124B（当光入射时其是不同像素中的不同光电二极管124）的事实而引起混色的发生。
此外，CMOS图像传感器100可以抑制由于衬底中漂移的长波长入射在光学黑区域上的像素（OB111）中的光电二极管124A上的事实而引起的黑偏移的发生（黑电平的特殊参考值）。
通过在硅锗（SiGe）混合晶体衬底121上外延生长单晶硅（Si），电路特性和像素特性可以设计为就像在相关技术中单晶硅（Si）衬底的使用情形。
[衬底中的光吸收]
然后，将描述依赖锗（Ge）浓度差异的衬底中光吸收的差异。下面，相互比较每个衬底中的每个入射光强度，即单晶硅（Si）衬底、包含10%的锗（Ge）的硅锗（SiGe）混合晶体衬底121以及包含20%的锗（Ge）的硅锗（SiGe）混合晶体衬底121。
图3A示出在400nm到1100nm之间的波长内、依赖于入射光在单晶硅（Si）衬底中传播的距离的光强度变化的仿真结果的示例。
图3B示出在400nm到1100nm之间的波长内、依赖于入射光在包含10%的锗（Ge）的硅锗（SiGe）混合晶体衬底121中传播的距离的光强度变化的仿真结果的示例。
图3C示出在400nm到1100nm之间的波长内依赖于入射光在包含20%的锗（Ge）的硅锗（SiGe）混合晶体衬底121中传播的距离的光强度变化的仿真结果的示例。
在每种情形中，波长越长，光强度降低的百分比越低。换言之，波长1100nm的衰减率最低。
比较各个衬底中在1100nm波长的衰减率。图4是示出仿真结果的示例的曲线图。
在图4示出的曲线图中，实线代表单晶硅（Si）衬底的在波长1100nm的光强度，虚线代表包含10%的锗（Ge）的硅锗（SiGe）混合晶体衬底121的在1100nm波长的光强度，以及点画线代表包含20%的锗（Ge）的硅锗（SiGe）混合晶体衬底121的在1100nm波长的光强度。
器件衬底（在CMOS图像传感器100中，硅外延层123以及硅锗（SiGe）混合晶体衬底121）具有300μm的膜厚度。硅锗（SiGe）混合晶体衬底121的后表面的反射率是38%(=(4.2-1)^2/(4.2+1)^2=(Si的折射率–空气折射率)^2/(Si折射率+空气折射率)^2)。
在该情形中，在图4中示出的曲线图的横坐标轴的600μm附近，表示在器件的后表面（硅锗（SiGe）混合晶体衬底121的后表面）反射并且到达光接收侧的光电二极管区域（光电二极管124）的入射光的百分比。具体地，具有波长1100nm的光的大约1%反射在硅锗（SiGe）混合晶体衬底121的后表面并且达到光电二极管124。该百分比基于入射在CMOS图像传感器100的光定义为100%。
图5是通过放大曲线图中接近600μm的横坐标轴来提供的曲线图。
当光电二极管124的厚度是3μm时，曲线图中横坐标轴从597μm到600μm的范围对应光电二极管124的厚度。
在仿真结果中，在单晶硅（Si）衬底中，基于入射在器件上的光定义为100%，在器件的后表面反射并且在光电二极管124吸收的具有波长1100nm的入射光的百分比是0.0186%，在包含10%的锗（Ge）的硅锗（SiGe）混合晶体衬底121中，基于入射在器件的光定义为100%，在器件的后表反射并且在光电二极管124吸收的具有波长1100nm的入射光的百分比是0.0051%（大约单晶硅（Si）衬底的四分之一），在包含20%的锗（Ge）的硅锗（SiGe）混合晶体衬底121中，基于入射在器件的光定义为100%，在器件的后表反射并且在光电二极管124吸收的具有波长1100nm的入射光的百分比是0.0009%（大约单晶硅（Si）衬底的二十分之一）。
光电二极管124的衰减（在曲线图的横坐标轴的从597μm到600μm的范围内）对应光电转换获得的光强度。换言之，衰减将导致混淆现象（aliasing）。
如上述的仿真结果所示，通过增加锗浓度，可以减少衰减。由此，可以抑制混色和黑偏移的发生。
根据本公开的实施例，图像传感器使用具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成的衬底来替代单晶硅衬底。只要材料具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数，可以使用任何材料。换言之，材料不限于上述硅锗（SiGe）混合晶体。
例如，可以在衬底使用具有带隙0.7eV的硅和锑化镓GsSb的复合物、具有带隙0.7eV的氮化铟InN、具有带隙0.36eV的砷化铟InAs，具有带隙0.37eV的硫化铅PbS、具有带隙0.27eV的硒化铅或者具有带隙0.29eV的碲化铅（所有在温度302K），其每种的带隙低于硅（Si）的带隙，即1.11eV。
在它们中，由单元素组成的锗（Ge），与上述其他材料相比可以容易地提供大单晶体，并且当其与晶体硅（Si）组合时变形较少。将硅与锗组合的可能性高于其他材料，这意味着锗可以与硅容易地组合。
图2中示出的硅锗（SiGe）混合晶体衬底121的锗浓度（Ge）可能不均匀（一致），并且可能取决于位置改变（不一致）。例如，锗（Ge）浓度在深度方向改变（在图2中的垂直方向）。
作为示例，锗（Ge）浓度可能在如从硅锗（SiGe）混合晶体衬底121的光入射侧所见的更深的位置（在图2中的中心下面）更高。也就是说，锗（Ge）浓度可能在如从入射光测所见的更浅的位置（图2中的中心上面）更低。利用这样的配置，在硅锗（SiGe）混合晶体衬底121和硅外延层123之间的界面周围的锗（Ge）浓度可能降低，可能成功实现外延生长。因为可以容易产生硅外延层123，所以可以增加产量并且可以减少制造成本。
<2.第二实施例>
[制造装置]
图6是示出根据本公开实施例的制造图像传感器的制造装置的主要配置示例的框图。图6示出的制造装置300是用于例如制造根据本公开实施例的图2所示的CMOS传感器100作为图像传感器。制造装置300制造包括衬底的图像传感器，该衬底由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数更高的材料形成。
制造装置300包括控制器301和制造部件302。
控制器301包括CPU（中央处理单元）、ROM（只读存储器）、RAM（随机存取存储器）等，并且控制制造部件302的每个部件以执行CMOS图像传感器100的制造的控制处理。例如，控制器301中的CPU根据ROM中存储在程序执行各种处理。CPU根据从存储器单元313加载到RAM的程序执行各种处理。通过CPU执行各种处理必要的数据等适当地存储到RAM。
制造装置300包括输入单元311、输出单元312、存储器单元313、通信单元314和驱动器315。
输入单元311可以具有键盘、鼠标、触摸面板、外部输入终端等，其接收用户的指示和外部信息输入并且将它们提供给控制器301。输出单元312可以具有显示器（诸如CRT（阴极射线管）显示器和LCD（液晶显示器）显示器）、扬声器、外部输出终端等，其输出从控制器301提供的多种信息作为图像、声音、模拟信号或者数字数据。
存储器单元313可以具有SSD（固态驱动器），诸如闪存、硬盘等，其可以存储控制器301提供的信息、读出并且提供所存储的信息等。
通信单元314具有接口、调制解调器等，包括例如有线LAN（局域网）或者无线LAN，其经由包括因特网的网络与外部装置通信。例如，通信单元314发送控制器301提供的信息给通信合作者，并且提供给控制器301从通信合作者接收的信息。
驱动器315适当地连接到控制器301。可移动介质321，诸如磁盘、光盘、磁光盘和半导体存储器之类，适当地安装到驱动器315。经由驱动器315从可移动介质321读出的计算机程序适当地安装到存储器单元313。
制造部件302由控制器301控制，以执行有关制造根据本公开实施例的图像传感器（CMOS图像传感器）的处理。制造部件302包括硅锗（SiGe）衬底制造部件331、硅外延层形成部件332、光电二极管形成部件333、遮光膜形成部件334、互连层形成部件335、滤光镜形成部件336以及聚光透镜形成部件337。
在硅锗（SiGe）衬底制造部件331中，在控制器301控制制造的同时，制造硅锗（SiGe）混合晶体衬底121。更具体地，在通过硅锗（SiGe）衬底制造部件331进行的处理中，要提供的硅锗晶圆可以设置为硅锗（SiGe）混合晶体衬底121，或者可以从将硅锗（SiGe）锭切割以形成晶圆的处理开始，或者可以从添加锗并将锗组合到硅/与硅组合以形成锭开始。硅锗（SiGe）衬底制造部件331向硅外延层形成部件332提供制造的硅锗混合晶体衬底121。
在硅外延层形成部件332中，在提供的硅锗混合晶体衬底121上外延生长硅以形成硅外延层123，同时控制器301控制形成。硅外延层形成部件332向光电二极管形成部件333提供包括在其上层压硅外延层123的硅锗混合晶体衬底121的器件。
在光电二极管形成部件333中，光电二极管124形成在提供的器件的硅外延层123上，同时控制器301控制形成。光电二极管形成部件333向遮光膜形成部件334提供其上形成光电二极管124的器件。
在遮光膜形成部件334中，其中形成遮光膜125的绝缘膜126形成在提供的器件的OB区域（OB111）上的硅外延层123上，在硅外延层123中形成像素的光电二极管124，同时控制器301控制形成。遮光膜形成部件334向互连层形成部件335提供在其上层压绝缘膜126的器件。
在互连层形成部件335中，包括互连128的互连层127形成在提供的器件的绝缘膜126上，同时控制器301控制形成。互连层形成部件335向滤光镜形成部件336提供其上层压互连层127的器件。
在滤光镜形成部件336中，滤色镜129逐像素形成在提供的器件的互连层127上，同时控制器301控制形成。滤光镜形成部件336向聚光透镜形成部件337提供其上层压滤色镜的器件。
在聚光透镜形成部件337中，在光电二极管124上聚集入射光的聚光透镜130逐像素形成在提供的器件的滤色镜129上，同时控制器301控制形成。
如上所述，制造CMOS图像传感器100。
聚光透镜形成部件337将制造的CMOS图像传感器100输出到制造装置300之外。输出的CMOS图像传感器100输出可在制造时受到各种测试或者被封装。
由此，制造装置300可以制造这样的CMOS图像传感器100，其能够通过使用具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的硅锗混合晶体衬底121来替代单晶硅衬底，来抑制混色和黑偏移的发生。
此外，由于硅外延层形成部件332在硅锗混合晶体衬底121上形成单晶硅外延层，制造装置300可以以与使用单晶硅的相关技术的图像传感器类似的方法，更加容易地制造CMOS图像传感器100。
[制造处理流程]
图7是图示制造处理的流程的示例的流程图。
一旦开始制造处理，在步骤S301，硅锗衬底制造部件331制造硅锗混合晶体衬底121，同时控制器301控制制造。
在步骤S302，硅锗外延层形成部件332在硅锗混合晶体衬底121上外延生长硅，并且形成硅外延层123，同时控制器301控制形成。
在步骤303，光电二极管形成部件333在硅外延层123上形成光电二极管124，同时控制器301控制形成。
在步骤S304，遮光膜形成部件334在硅外延层123上形成绝缘膜126，在绝缘膜126中遮光膜125形成在OB区域（OB111）的像素中，在硅外延层123中形成光电二极管124，同时控制器301控制形成。
在步骤S305，互连层形成部件335在绝缘膜126上形成包括互连128的互连层127，同时控制器301控制形成。
在步骤306，滤色镜形成部件336逐像素在互连层127上形成滤色镜129，同时控制器301控制形成。
在步骤S307，聚光透镜形成部件337逐像素在滤色镜129上形成聚集光电二极管124上的入射光的聚光透镜130，同时控制器301控制形成。
如上描述，在制造CMOS图像传感器100之后，制造部件302结束制造处理。
通过执行上面描述的各个处理，制造装置300可以制造根据本公开实施例的能够抑制混色和黑偏移的发生的CMOS图像传感器100。
本公开的实施例不仅可以应用于图像传感器，而且可以应用于包括如上描述的图像传感器的任何装置。
<3.第三实施例>
[成像装置]
图8是示出根据本公开实施例的成像装置的主要配置示例的框图。图8中示出的成像装置400是对对象成像并且将该对象的图像输出为电信号的装置。
如图8所示，成像装置400包括镜头411、CMOS传感器412、A/D转换器413、操作部件414、控制器415、图像处理器416、显示器417、编解码处理器418以及记录器419。
镜头411调整焦点到对象，在聚集光并且向CMOS传感器412提供光。
CMOS传感器412光电转换经由镜头411入射的来自对象的光，并且向A/D转换器413提供作为电信号的光。
A/D转换器413将在预定定时由CMOS传感器412馈送的逐像素的电信号转换为数字图像信号（下面称为像素信号或者图像数据），并且将其在预定定时顺序地馈送给图像处理器416。
操作部件414例如由Jog DialTM、按键、按钮、触摸面板等组成。当用户操纵装置并且输入信号时，操作部件414馈送信号给控制器415。
基于用户在操作部件414输入的信号，控制器415控制镜头411、CMOS传感器412、A/D转换器413、图像处理器416、显示器417、编解码处理器418和记录器419的操作，并且使得它们拍摄图像。
图像处理器416操纵并且处理从A/D转换器413馈送的图像信号，包括上述黑电平校正、混色校正、缺陷校正、去马赛克处理、矩阵处理、伽玛校正、YC转换等。图像处理器416馈送操纵的图像信号给显示器417和编解码处理器418。
显示器417例如由液晶显示器组成，并且基于来自图像处理器416的图像信号显示对象的图像。
编解码处理器418以预定方式编码来自图像处理器416的图像信号，并且馈送编码提供的图像数据到记录器419。
记录器419记录来自编解码处理器418的图像数据。记录在记录器419上的图像数据由图像处理器416适当读出，并且被馈送到显示器417以显示对应的图像。
作为成像装置400的CMOS传感器412，使用包括如第一实施例中描述的、由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成的衬底的图像传感器（例如，图2示出的CMOS图像传感器100），使得成像装置400可以抑制混色和黑偏移的发生。
根据本公开实施例的图像传感器不仅可以应用于具有上面描述的配置的图像装置，而且可以应用于具有成像功能的任何信息处理装置，诸如数字照相机、摄像机、移动电话、智能电话、平板型设备、个人计算机等。此外，还可以应用于安装在其他图像处理装置上（或者安装在嵌入式设备）的相机模块。
例如，夜视相机利用近红外光以在暗处拍摄图像。因此，夜视相机可能不使用IR截止滤光镜，用于阻挡近红外光。作为这样的夜视相机的图像传感器，过去已经应用包括单晶硅衬底的图像传感器。
然而，在该情形中，当用具有大约1100nm的波长的近红外光辐射夜视相机时，OB区域的像素可以如上面描述变成特殊的，并且可能使图像崩溃。也就是说，当入侵者向夜视相机辐射近红外光时，图像可能崩溃并且夜视相机可能没有用。此外，由于近红外在可视光的波长范围之外，用近红外光辐射夜视相机的动作难于被第三方发现。
相反，当根据本公开实施例的图像传感器应用于夜视相机时，能够更多抑制混色和黑偏移的发生。换言之，即使当用近红外光辐射夜视相机时，可以防止夜视相机拍摄的图像崩溃。
上面描述的一系列处理可以由硬件执行、也可以由软件执行。当如上描述的一些列处理由软件执行时，组成软件的程序经由网络或者记录介质安装。
记录介质可以通过可移除介质321配置，在可移除介质321上例如可以记录程序，用于与装置独立地向用户分发，如图6所示。可移除介质321包括磁盘（包括柔性盘）、光盘（包括CD-ROM和DVD）、磁光盘（包括MD（迷你盘））、半导体存储器等。除了可移除介质321之外，上述记录介质可以由ROM和包括在存储器313中硬盘的配置，在ROM中记录程序，以在将其预先嵌入装置的状态下向用户分发。
计算机执行的程序可以是在按时间顺序处理的程序，如这里描述的，或者并行处理或者诸如当调用时必要的定时处理的程序。
此外，这里，描述记录在记录介质中的程序的步骤可以包括根据描述的顺序按时间顺序进行的处理，以及不必按时间顺序而是并行或者单独地进行的处理。
这里的系统意味着通过多个设备（装置）配置的整个装置。
上面描述的一个装置（或者一个处理部件）可以被分为多个装置（或者多个处理部件）。以相反的方式，多个装置（或者多个处理部件）可以一起作为一个。应该认识到除了上面描述的部件之外的部件可以被添加到每个装置（或者每个处理部件）。只要系统的配置或者行为作为整体基本相同，则装置的一部分（或者处理部件）可以包括在其他装置（或者其他处理部件）中。实际上，本公开不限于上面描述的实施例，并且在不偏离本公开的精神的情况下，可以做出各种修改。
本公开可以具有以下配置。
（1）一种图像传感器，包括：
衬底，由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成，以及
光电转换元件，形成在衬底上，用于光电转换入射光。
（2）如上面（1）所述的图像传感器，其中
衬底由具有比可视光范围内的光的波长更长的光的光吸收系数的材料形成。
（3）如上面（2）所述的图像传感器，其中
衬底由具有近红外光的高光吸收系数的材料形成。
（4）如上面（3）所述的图像传感器，其中
衬底由硅锗形成。
（5）如上面（1）到（4）任一所述的图像传感器，还包括
在衬底上的外延生长硅提供的硅外延层，其中
光电转换元件形成在硅外延层上。
（6）如上面（5）所述的图像传感器，其中
衬底由具有不均匀锗浓度的硅锗形成。
（7）如上面（6）所述的图像传感器，其中
使得衬底的锗浓度在朝向如从入射光侧所见的更浅的位置更低。
（8）如上面（1）到（7）任一所述的图像传感器，还包括
绝缘膜，形成在光电转换元件上。
（9）如上面（8）所述的图像传感器，还包括
遮光膜，用于遮挡在光学黑区域的像素中的光电转换元件上形成的外部光。
（10）如上面（8）或（9）所述的图像传感器，还包括
互连层，形成在绝缘膜上。
（11）如上面（10）所述的图像传感器，还包括
滤色镜，逐像素形成在互连层上，以及
聚光透镜，逐像素形成在滤色镜上。
（12）一种制造图像传感器的制造装置，包括：
衬底制造部件，用于制造由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成的衬底，以及
光电转换元件制造部件，用于在衬底制造部件制造的衬底上形成光电转换入射光的光电转换元件。
（13）如上面（12）所述的制造装置，还包括
硅外延层制造部件，用于在衬底制造部件制造的衬底上外延生长硅，以在其上形成硅外延层。
（14）一种制造用于制造图像传感器的制造装置的方法，包括：
在衬底制造部件上，制造由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成的衬底，以及
在光电转换元件制造部件上，在衬底制造部件上制造的衬底上形成光电转换入射光的光电转换元件。
（15）一种成像装置，包括：
图像传感器，用于对对象进行成像并且将对象的图像输出为电信号，以及
图像处理器，用于对图像传感器获得的对象进行图像处理，其中
图像传感器包括
衬底，由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成，以及
光电转换元件，形成在衬底上，用于光电转换入射光。
（16）如上面（15）所述的成像装置，其中
衬底由具有比可视光范围内的光的波长更长的光的光吸收系数的材料形成。
（17）如上面（16）所述的成像装置，其中
衬底由硅锗形成。
（18）如上面（15）到（17）任一所述的成像装置，还包括
在衬底上的外延生长硅提供的硅外延层，其中
光电转换元件形成在硅外延层上。
（19）如上面（18）所述的成像装置，其中
衬底由不均匀锗浓度的硅锗形成。
（20）如上面（19）所述的成像装置，其中
使得衬底的锗浓度在朝向如从入射光侧所见的更浅的位置更低。
本公开包含于2012年1月27日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2012-014858中公开的主题有关的主题，其全部内容以引用的方式合并于此。
本领域的技术人员应该理解根据设计要求和其他因素可以出现各种修改、组合、子组合以及改变，只要它们在权利要求和其等效物的范围内。
Claims (20)
1.一种图像传感器，包括：
衬底，由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成，以及形成在衬底上的光电转换元件，用于光电转换入射光。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中
衬底由具有比可视光范围内的光的波长更长的光的光吸收系数的材料形成。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其中
衬底由具有近红外光的高光吸收系数的材料形成。
4.如权利要求3所述的图像传感器，其中
衬底由硅锗形成。
5.如权利要求1所述的图像传感器，还包括
由在衬底上的外延生长硅提供的硅外延层，其中
光电转换元件形成在硅外延层上。
6.如权利要求5所述的图像传感器，其中
衬底由具有不均匀锗浓度的硅锗形成。
7.如权利要求6所述的图像传感器，其中
使得衬底的锗浓度在朝向如从光入射侧所见的更浅的位置更低。
8.如权利要求1所述的图像传感器，还包括
绝缘膜，形成在光电转换元件上。
9.如权利要求8所述的图像传感器，还包括
遮光膜，用于遮挡在光学黑区域的像素中的光电转换元件上形成的外部光。
10.如权利要求8所述的图像传感器，还包括
互连层，形成在绝缘膜上。
11.如权利要求10所述的图像传感器，还包括
滤色镜，逐像素形成在互连层上，以及
聚光透镜，逐像素形成在滤色镜上。
12.一种制造图像传感器的制造装置，包括：
衬底制造部件，用于制造由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成的衬底，以及
光电转换元件制造部件，用于在衬底制造部件上制造的衬底上形成光电转换入射光的光电转换元件。
13.如权利要求12所述的制造装置，还包括
硅外延层制造部件，用于在衬底制造部件上制造的衬底上外延生长硅，以在其上形成硅外延层。
14.一种制造用于制造图像传感器的制造装置的方法，包括：
在衬底制造部件上，制造由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成的衬底，以及
在光电转换元件制造部件上，在衬底制造部件上制造的衬底上形成光电转换入射光的光电转换元件。
15.一种成像装置，包括：
图像传感器，用于对对象进行成像并且将对象的图像输出为电信号，以及
图像处理器，用于对图像传感器获得的对象进行图像处理，其中
图像传感器包括
衬底，由具有比硅的光吸收系数更高的光吸收系数的材料形成，以及
形成在衬底上的光电转换元件，用于光电转换入射光。
16.如权利要求15所述的成像装置，其中
衬底由具有比可视光范围内的光的波长更长的光的光吸收系数的材料形成。
17.如权利要求16所述的成像装置，其中
衬底由硅锗形成。
18.如权利要求15所述的成像装置，还包括
在衬底上的外延生长硅提供的硅外延层，其中
光电转换元件形成在硅外延层上。
19.如权利要求18所述的成像装置，其中
衬底由不均匀锗浓度的硅锗形成。
20.如权利要求19所述的成像装置，其中
使得衬底的锗浓度在朝向如从入射光侧所见的更浅的位置更低。
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