CN105552093B - 具有耗尽调整层的彩色及红外图像传感器 - Google Patents

具有耗尽调整层的彩色及红外图像传感器 Download PDF

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Abstract

本申请案涉及一种具有耗尽调整层的彩色及红外图像传感器。一图像传感器像素包含形成于半导体层中的光电二极管区、钉扎层及耗尽调整层。所述光电二极管区从所述图像传感器像素的光入射侧接收可见光及红外光。所述钉扎层安置于所述半导体层的前表面与所述光电二极管区之间，而所述耗尽调整层安置于所述钉扎层与所述光电二极管区之间。所述耗尽调整层经配置以调整所述光电二极管区的耗尽区以减少由所述所接收红外光在所述光电二极管区中诱发的电荷载流子。

Description

具有耗尽调整层的彩色及红外图像传感器
技术领域
本发明大体来说涉及图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及CMOS图像传感器。
背景技术
图像传感器广泛地用于数码静态相机、蜂窝式电话、安全摄像机中以及医疗、汽车及其它应用中。使用互补金属氧化物半导体(“CMOS”)技术在硅衬底上制造具成本效益而且高性能图像传感器。大量图像传感器具有感测可见光及近红外(NIR)光两者的能力。此传感器的一个应用可为在用于驾驶辅助应用及安全应用(例如行人、障碍物及标志检测、后视或倒车摄像机应用等)的汽车传感器中使用的情况。此类传感器可以双重模式操作，此允许所述传感器在白天(在可见光光谱应用中)及夜间视觉(在IR应用中)两者中起作用。通过对将传感器的光谱光敏感度扩展到750-1400nm的NIR范围内的若干个过程层级增强的开发及实施而使此经并入IR能力成为可能。
举例来说，感测可见光及IR光两者的典型图像传感器可包含各自经配置以感测可见光或IR光的个别图像传感器像素。经配置以感测IR光的那些图像传感器像素通常包含IR通过滤光器以阻挡可见范围中的光且仅允许IR或NIR光到达所述像素的光敏区(例如，光电二极管区)。在一些应用中，通过将多个彩色滤光器(例如，蓝色(B)及红色(R))堆叠于彼此的顶部上而形成IR通过滤光器。类似地，经配置以感测可见光的图像传感器像素通常包含阻挡IR或NIR光使得仅特定频率范围的可见光(例如，红色(R)、绿色(G)、或蓝色(B))到达所述像素的光敏区的IR截止滤光器。然而，IR截止滤光器及IR通过滤光器的添加增加材料成本以及在完全相同硅芯片上制作IR/可见图像传感器的过程成本。
发明内容
本发明的一方面涉及一种图像传感器像素，其包括：半导体层，其具有前表面及后表面；及光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器像素的光入射侧接收可见光及红外光；钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述光电二极管区之间；及耗尽调整层，其安置于所述半导体层中在所述钉扎层与所述光电二极管区之间以调整所述光电二极管区的耗尽区以减少由所述所接收红外光在所述光电二极管区中诱发的电荷载流子。
在本发明的另一方面中，一种图像传感器包括：互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器像素阵列，其安置于具有前表面及后表面的半导体层中；所述阵列的第一图像传感器像素，其包含：第一光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器的光入射侧接收可见光及红外光；第一钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述第一光电二极管区之间；及第一耗尽调整层，其安置于所述半导体层中在所述第一钉扎层与所述第一光电二极管区之间以调整所述第一光电二极管区的第一耗尽区以减少由所述所接收红外光在所述第一光电二极管区中诱发的电荷载流子；以及所述阵列的第二图像传感器像素，其包含：第二光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器的所述光入射侧接收可见光及红外光；及第二钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述第二光电二极管区之间，其中所述第二图像传感器像素不包含安置于所述第二钉扎层与所述第二光电二极管区之间的耗尽调整层，使得由所述所接收红外光在所述第二光电二极管区中诱发的电荷载流子并不由耗尽调整层减少。
本发明的又一方面涉及一种图像传感器，其包括：互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器像素阵列，其安置于具有前表面及后表面的半导体层中，其中所述图像传感器像素阵列包含经修改红色(R)图像传感器像素、经修改蓝色(B)图像传感器像素、经修改绿色(G)图像传感器像素、经修改清透(C’)图像传感器像素及清透(C)图像传感器像素，其中所述R、G、B及C’图像传感器像素中的每一者包含：第一光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器的光入射侧接收可见光及红外光；第一钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述第一光电二极管区之间；及第一耗尽调整层，其安置于所述半导体层中在所述第一钉扎层与所述第一光电二极管区之间以调整所述第一光电二极管区的第一耗尽区以减少由所述所接收红外光在所述第一光电二极管区中诱发的电荷载流子，且其中所述清透(C)图像传感器像素中的每一者包含：第二光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器的所述光入射侧接收可见光及红外光；及第二钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述第二光电二极管区之间，其中所述清透图像传感器像素不包含安置于所述第二钉扎层与所述第二光电二极管区之间的耗尽调整层，使得由所述所接收红外光在所述第二光电二极管区中诱发的电荷载流子并不由耗尽调整层减少。
附图说明
参考以下各图描述示范性实施例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图，相似参考编号是指相似部件。
图1是根据本发明的实施例的图解说明成像系统的框图。
图2A是根据本发明的实施例的包含耗尽调整层的图像传感器像素的横截面图。
图2B是根据本发明的实施例的不包含耗尽调整层的图像传感器像素的横截面图。
图3是根据本发明的实施例的包含经修改彩色像素、经修改清透像素及清透像素的图像传感器的横截面图。
图4图解说明根据本发明的实施例的根据重复图案而布置于阵列中的图像传感器像素的阵列。
图5A-5D是根据本发明的实施例的包含四(4)乘四(4)图像传感器像素布置的实例性重复图案的图式。
图6A-8F是根据本发明的实施例的包含八(8)乘八(8)图像传感器像素布置的实例性重复图案的图式。
图9A及9B是根据本发明的实施例的包含四(4)乘四(4)图像传感器像素布置的实例性重复图案的图式。
具体实施方式
本文中描述图像传感器像素、图像传感器、在图像传感器像素中的至少一些图像传感器像素中具有耗尽调整层的成像系统的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有特定细节中的一或多者的情况下或借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。举例来说，虽然未图解说明，但应了解，图像传感器像素可包含用于制作CIS像素的若干个常规层(例如，抗反射膜等)。此外，本文中图解说明的图像传感器像素的所图解说明横截面未必图解说明与每一像素相关联的所有像素电路。然而，应了解，每一像素可包含耦合到其收集区以用于执行多种功能(例如开始图像获取、将所积累图像电荷复位、传送出所获取图像数据或其它)的像素电路。
本说明书通篇所提及的“一个实施例”或“一实施例”意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中的各处出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必全部是指相同实施例。此外，在一或多个实施例中，可以任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。
如上文所提及，IR截止滤光器及IR通过滤光器在常规IR/可见图像传感器中的添加增加制作的成本。因此，本发明的实施例提供一种能够在不需要先前提及的IR截止滤光器及IR通过滤光器的情况下检测IR及可见光的图像传感器。如下文将较详细地论述，根据本发明的方面的图像传感器的一些图像传感器像素包含用以减少或甚至防止由接收于光电二极管区中的IR光诱发电荷载流子(即，空穴及电子)的耗尽调整层。
在一些方面中，图像传感器包含“清透”图像传感器像素。清透图像传感器像素可为包含在一波长范围(其至少包含所述布置中的其它滤光器的波长范围)内实质上无色及/或光学透明的清透滤光器的图像传感器像素。举例来说，清透图像传感器像素的清透滤光器可对包含红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)光的可见光以及红外(IR)或近红外(NIR)光为光学透明的，使得可见光及IR光两者均由清透图像传感器像素的光电二极管区接收。本文中论述的实施例可提供一种包含清透(C)图像传感器像素以及经修改清透(C’)图像传感器像素两者的图像传感器。经修改清透(C’)图像传感器像素可包含与包含于清透(C)图像传感器像素中的清透滤光器相同的清透滤光器，但经修改清透(C’)图像传感器像素包含耗尽调整层的添加，而清透(C)图像传感器像素不包含耗尽调整层。因此，经修改清透(C’)及清透(C)图像传感器像素两者均包含接收IR光及可见光两者的光电二极管区，但耗尽调整层在经修改清透(C’)图像传感器像素中的添加防止所述像素中的IR产生的电荷载流子。
因此，本文中提供的一些实施例可通过找到清透(C)图像传感器像素与经修改清透(C’)图像传感器像素之间的信号差而获得IR信号值如下：
IR＝C-C′ EQ.1
图1是根据本发明的实施例的图解说明成像系统100的框图。成像系统100的所图解说明实施例包含具有前述经改进特性中的一或多者的像素阵列105、读出电路110、功能逻辑115及控制电路120。像素阵列105是图像传感器像素(例如，像素P1、P2…、Pn)的二维(“2D”)阵列。在一个实施例中，使用下文描述的图2A-3的像素200A、200B及302A-E来实施每一像素。此外，可根据重复图案(例如彩色滤光器阵列(CFA)图案)将阵列105的像素布置于阵列中。根据彩色滤光器阵列(CFA)图案的像素布置可产生较好低光及/或较好彩色混淆性能。下文将参考图4-9B开始论述数个实例性CFA图案。
继续图1的实例性图像传感器，包含于阵列105中的每一像素可为互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)像素。如所图解说明，每一像素布置到行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)中以获取人、地点或对象的图像数据，接着可使用所述图像数据再现所述人、地点或对象的2D图像。
在每一像素已获取其图像数据或图像电荷之后，所述图像数据由读出电路110读出并传送到功能逻辑115。读出电路110可包含放大电路、模/数(“ADC”)转换电路或其它。功能逻辑115可仅存储所述图像数据或甚至通过应用后图像效应(例如，修剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵所述图像数据。在一个实施例中，读出电路110可沿着读出列线(所图解说明)一次读出一行图像数据或可使用多种其它技术(未图解说明)读出图像数据，例如列/行读出、串行读出或所有像素的同时全并行读出。控制电路120与像素阵列105连接以控制像素阵列105的操作特性。举例来说，控制电路120可产生用于控制图像获取的快门信号。
图2A是根据本发明的实施例的包含耗尽调整层220的图像传感器像素200A的横截面图。图像传感器像素200A是图1的像素阵列105的像素中的至少一些像素的一个可能实施方案。像素200A在图2A中展示为包含半导体层(即，p型衬底205)、光电二极管区(即，n区210A)、P+钉扎层215A、耗尽调整层220、转移栅极225A、氧化物230A、彩色滤光器245A及微透镜250A。图像传感器像素200A可由于P+钉扎层215A而称为经钉扎光电二极管结构。经钉扎光电二极管结构可由于其低噪声性能而被使用。在这些经钉扎光电二极管结构中，P+类型经掺杂钉扎层215A植入于衬底205的前表面207处或仅在前表面207下方且邻近于转移栅极225A。N型光电二极管区210A经更深地植入到P型经掺杂硅衬底205中，也邻近于转移栅极225A。N型经掺杂光电二极管区210A是远离其中通常驻存缺陷的表面区而存储电荷的埋入式层。P+类型钉扎层215A的目的是使光电二极管表面上的缺陷钝化。
如图2A中所展示，耗尽调整层220安置于钉扎层215A与光电二极管区210A之间。在一个实施例中，耗尽调整层220与钉扎层215A及光电二极管区205两者直接接触。也就是说，在一个实施例中，在钉扎层215与耗尽调整层220之间以及耗尽调整层220与光电二极管区210A之间无额外植入物或其它结构化介入。在一个实施例中，耗尽调整层220是到衬底205中的额外P+类型植入物。耗尽调整层220为单独的且不同于p+钉扎层215A，耗尽调整层220及p+钉扎层215A两者均由单独植入物形成。在一个实例中，耗尽调整层220是以1015cm2浓度的硼植入物。
耗尽调整层220安置于衬底层205内以调整光电二极管区210A的耗尽区235A。耗尽区235A是导电经掺杂半导体材料内的绝缘区，其中移动电荷载流子已扩散开或已由电场迫使离开。在操作中，耗尽区235A不含所有经掺杂电荷载流子，从而实质上不使任何经掺杂电荷载流子与那些光生自由电荷载流子重新组合。在一个实施例中，耗尽调整层220经配置以减小耗尽区235A的宽度(即，宽度1)。耗尽区235A的宽度是耗尽区的顶部与底部之间的距离。除减小耗尽区235A的宽度之外，耗尽调整层220还可增加前表面207与耗尽区235A的顶部之间的距离。
图2A中还展示任选耗尽调整偏置触点240。偏置触点240形成于衬底205的前表面207上且电耦合到钉扎层215A。在操作中，偏置触点240可施加偏置电压以进一步调整(即，移动及/或减小宽度)耗尽区235A。
在操作中，图像传感器像素200A的光电二极管区210A接收IR光及可见光两者。因此，在一个实施例中，图像传感器像素200A不包含任何滤光器来限制由光电二极管区210A接收的IR光。然而，耗尽调整层220的添加已调整耗尽区235A使得防止IR光在光电二极管区210A中诱发电荷载流子，这是因为IR光穿透到耗尽调整层220且主要吸收于耗尽调整层220中，如由IR光箭头所指示；在此位置处，由IR光诱发的任何电荷载流子由于耗尽调整层220的经掺杂性质而快速重新组合。相比来说，可见光穿透到耗尽区235A且主要吸收于耗尽区235A中；在此位置处，由可见光诱发的电荷载流子255不重新组合。在一个实施例中，IR光需要耗尽区的最小宽度以便在光电二极管区中诱发电荷载流子。因此，耗尽调整层220可经配置以将耗尽区235A的宽度减少到小于IR载流子诱发所需要的最小宽度。
如图2A中进一步所展示，图像传感器像素200A包含安置于图像传感器的光入射侧(例如，背侧)上的彩色滤光器245A。在一个实施例中，彩色滤光器245A阻挡实质上所有可见光，只有指定频率范围的光除外。举例来说，彩色滤光器245A可为蓝色(B)滤光器，所述蓝色(B)滤光器阻挡大部分其它可见光，只有在蓝色频率范围中的光除外。类似地，彩色滤光器245A可为红色(R)、绿色(G)、青色、洋红色或黄色滤光器。在另一实施例中，彩色滤光器245A可为在一波长范围(其至少包含所述布置中的其它滤光器的波长范围)内实质上无色及/或光学透明的清透彩色滤光器。彩色滤光器245A还对IR或NIR为光学透明的以允许IR光通过到达光电二极管区210A。图2A进一步展示耦合到彩色滤光器245A的光入射侧以用于将入射光聚焦到光电二极管区210A上的微透镜250A。
如本文中所使用，“经修改”图像传感器像素是包含耗尽调整层(例如耗尽调整层220)的图像传感器像素。因此，经修改蓝色图像传感器像素是包含蓝色滤光器245A的像素(例如像素200A)。类似地，经修改红色(R)、绿色(G)及清透(C’)图像传感器像素全部是指包含耗尽调整层220的图像传感器像素。未修改清透图像传感器像素或仅清透(C)图像传感器像素可指不包含耗尽调整层220的图像传感器像素。
举例来说，图2B是根据本发明的实施例的不包含耗尽调整层的未修改图像传感器像素200B的横截面图。图像传感器像素200B是图1的像素阵列105的像素中的至少一些像素的一个可能实施方案。像素200B在图2B中展示为包含半导体层(即，p型衬底205)、光电二极管区(即，n区210B)、P+钉扎层215B、转移栅极225B、氧化物230B、彩色滤光器245B及微透镜250B。P+类型经掺杂钉扎层215B植入于衬底205的前表面207处或仅在前表面207下方且邻近于转移栅极225B。N型光电二极管区210B经植入深入到P型经掺杂硅衬底205中，也邻近于转移栅极225B。N型经掺杂光电二极管区210B是远离其中通常驻存缺陷的表面区而存储电荷的埋入式层。P+类型钉扎层215B的目的是使光电二极管表面上的缺陷钝化。
如图2B中所展示，图像传感器像素200B不包含耗尽调整层(例如，图2A的层220)。因此，在一个实施例中，光电二极管区210B与钉扎层215B直接接触。也就是说，在一个实施例中，在钉扎层215B与光电二极管区210B之间无额外植入物或其它结构化介入。耗尽调整层的缺乏导致耗尽区235B，所述耗尽区允许IR光及可见光两者穿透到耗尽区235B且吸收于耗尽区235B中，且在光电二极管区210B中分别诱发电荷载流子260及255。换句话说，耗尽调整层的缺乏意味着与图2A的图像传感器像素210A相比，既未防止也未减少由所接收IR光在光电二极管区210B中诱发的电荷载流子。如图2B中所展示，耗尽区235B具有大于包含耗尽调整层的图像传感器像素的宽度(即，宽度1)的宽度(即，宽度2)。在一个实施例中，耗尽区235B的宽度等于或大于IR光在光电二极管区210B中诱发电荷载流子所需要的最小宽度。
图3是根据本发明的实施例的包含经修改彩色图像传感器像素(302A-C)、经修改清透图像传感器像素(302E)及清透图像传感器像素(302D)的图像传感器300的横截面图。图像传感器300是包含于图1的像素阵列105中的像素中的至少一些像素的一个可能实施方案。图3的所图解说明图像传感器像素中的每一者展示为包含钉扎层(310A-E)、光电二极管区(315A-E)、彩色滤光器(325A-E)及微透镜(330A-E)。此外，除清透图像传感器像素302D之外的所有者均展示为包含耗尽调整层320A、320B、320C及320E。在一个实施例中，经修改图像传感器像素302A为包含红色滤光器325A的经修改红色(R)像素。类似地，像素302B可为包含绿色滤光器325B的绿色(G)像素，而像素302C可为包含蓝色滤光器325C的蓝色(B)像素。彩色滤光器325D及325E两者均可为经配置以使至少其它三个像素类型(即，R、G及B)的光通过的清透滤光器。另外，彩色滤光器325A-325E中的每一者允许IR或NIR光通过到达其相应光电二极管区。然而，如上文所论述，耗尽调整层的添加防止或至少减少对应光电二极管区中的IR光生载流子。因此，经修改红色图像传感器像素(例如，302A)可仅收集红色光光生电荷载流子(即，并非IR光生电荷载流子)。类似地，经修改绿色图像传感器像素(例如，302B)可仅收集绿色光光生电荷载流子，而经修改蓝色图像传感器像素(例如，302C)可仅收集蓝色光光生电荷载流子。此外，经修改清透像素302E可收集红色、绿色及蓝色光光生电荷载流子且不收集IR光生载流子。然而，未修改清透像素302不包含耗尽调整层且因此可收集RGB光生电荷载流子以及IR光生载流子两者。
可通过上文的方程式1来获得图像传感器300的IR信号值。举例来说，可将清透像素302D与经修改清透像素302E之间的信号值的差视为IR信号值。在一个实施例中，读出电路(例如，图1的读出电路110)包含用于获得从清透像素及经修改清透像素读出的像素信号之间的差的模拟电路(例如，差分放大器)。在另一实施例中，读出电路包含用于在像素信号已经数字化之后获得IR信号值的数字电路(例如，模/数ADC及算数算子)。
图3图解说明三个经修改彩色像素(302A-C)、单个清透像素302D及单个经修改清透像素302E。然而，根据本文中论述的方面的图像传感器的实施方案可包含数百个(若非数千个)布置于阵列中的像素。此外，可根据重复图案(例如彩色滤光器阵列(CFA)图案)将所述阵列的像素布置于阵列中。根据彩色滤光器阵列(CFA)图案的像素布置可产生较好低光及/或较好彩色混淆性能。
图4图解说明根据本发明的实施例的根据重复图案402而布置于阵列中的图像传感器像素的阵列400。阵列400是图1的阵列105的一个可能实施方案。如所展示，将阵列400的像素在阵列中安置成行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)。重复图案402应用于阵列中的所有像素且不仅规定彩色滤光器的类型(例如，红色、绿色、蓝色或清透)而且规定像素是经修改像素(即，包含耗尽调整层)还是未经修改像素(即，不包含耗尽调整层)。虽然图4将重复图案图解说明为四乘四像素图案，但其它图案还可包含八乘八图案。下文参考图5A-9B论述数个实例性CFA图案。为便于解释，图5A-9B中所提及的所有彩色像素(即，红色(R)、绿色(G)及蓝色(B))均为经修改图像传感器像素且因此各自包含前述耗尽调整层。本发明的实施例可通过用经修改彩色像素来替换所有彩色像素(即，添加耗尽调整层)且通过用经修改清透图像传感器像素来替换清透图像传感器像素中的一些清透图像传感器像素而应用于包含彩色及清透图像传感器像素的任何已知彩色滤光器图案。因此，下文论述将集中于在所述图案中的清透图像传感器像素及经修改清透图像传感器像素布置。
图5A–5D是根据本发明的实施例的包含四(4)乘四(4)图像传感器像素布置的实例性重复图案的图式。图5A及5B的图案各自包含所述图案中所包含的总图像传感器像素的大约一半，作为清透(C)图像传感器像素与经修改清透(C’)图像传感器像素的组合。举例来说，图5A及5B的图案各自包含总共十六个像素，针对经组合总共8个(即，十六的1/2)清透像素与经修改清透像素具有四个清透像素及四个经修改清透像素。此外，图5A及5B的图案包含与经修改清透像素(即，4个)相等数目的清透像素(即，4个)。图5A及5B的图案图解说明以棋盘图案布置的清透像素及经修改清透像素，其中所述图案在每一对角线上于清透像素与经修改清透像素之间交替。
图5C及5D的图案包含所述图案中所包含的总图像传感器像素的大约四分之一，作为清透(C)图像传感器像素与经修改清透(C’)图像传感器像素的组合。举例来说，图5C及5D的图案各自包含总共十六个像素，针对经组合总共4个(即，十六的1/4)清透像素与经修改清透像素具有两个清透像素及两个经修改清透像素。此外，图5C及5D的图案包含与经修改清透像素(即，2个)相等数目的清透像素(即，2个)。图5C及5D的图案图解说明布置于所述图案的对角线中的至少一些对角线上的清透像素及经修改清透像素，其中所述图案在清透像素与经修改清透像素之间交替。
图6A–8F是根据本发明的实施例的包含八(8)乘八(8)图像传感器像素布置的实例性重复图案的图式。图6A及6B的图案各自包含所述图案中所包含的总图像传感器像素的大约四分之一，作为清透(C)图像传感器像素与经修改清透(C’)图像传感器像素的组合。举例来说，图6A及6B的图案各自包含总共六十四个像素，针对经组合总共16个(即，六十四的1/4)清透像素与经修改清透像素具有八个清透像素及八个经修改清透像素。此外，图6A及6B的图案包含与经修改清透像素(即，8个)相等数目的清透像素(即，8个)。图6A的图案图解说明在包含清透像素或经修改清透像素的每一行上的清透像素与经修改清透像素之间的交替。图6B的图案图解说明在包含清透像素或经修改清透像素的每一行上的两个连续清透像素与连续经修改清透像素的分组。
图6C及6D的图案各自包含所述图案中所包含的总图像传感器像素的大约一半，作为清透(C)图像传感器像素与经修改清透(C’)图像传感器像素的组合。举例来说，图6C及6D的图案各自包含总共六十四个像素，具有经组合总共三十二个(即，六十四的1/2)清透像素与经修改清透像素。此外，图6D的图案包含与经修改清透像素(即，16个)相等数目的清透像素(即，16个)。然而，图6C的图案包含与经修改清透像素(即，24个)不相等数目的清透像素(即，8个)。
图7A图解说明也包含八乘八图像传感器像素布置的重复图案。图7A的所图解说明图案包含布置于如下的图案内的四个清透图像传感器像素及十个经修改清透图像传感器像素：
C’ C’
C’ C’
C C
C’ C’
C C
C’ C’ C’ C’
图7B及7C图解说明也包含八乘八图像传感器像素布置的重复图案。图7B及7C的所图解说明图案包含布置于如下的图案内的两个清透图像传感器像素及十六个经修改清透图像传感器像素：
C’ C’
C’ C’
C’ C’
C’ C C’
C’ C C’
C’ C’
C’ C’
C’ C’
图7D-7F的图案各自包含所述图案中所包含的总图像传感器像素的大约一半，作为清透(C)图像传感器像素与经修改清透(C’)图像传感器像素的组合。举例来说，图7D-7F的图案各自包含总共六十四个像素，具有经组合总共三十二个(即，六十四的1/2)清透像素与经修改清透像素。此外，图7D-7F的图案包含与经修改清透像素(即，16个)相等数目的清透像素(即，16个)。图7D-7F的图案图解说明布置于所述图案的对角线中的每一者上的清透像素及经修改清透像素，其中所述图案沿着所述对角线在清透像素与经修改清透像素之间交替。
图8A图解说明包含八乘八图像传感器像素布置的重复图案。图8A的所图解说明图案包含布置于如下的图案内的与经修改清透图像传感器像素(即，4个)相等数目的清透图像传感器像素(即，4个)：
C C’
C’ C
C C’
C’ C
图8B及8C是根据本发明的实施例的包含八(8)乘八(8)图像传感器像素布置的实例性重复图案的图式。图8B及8C的图案各自包含所述图案中所包含的总图像传感器像素的大约四分之一，作为清透(C)图像传感器像素与经修改清透(C’)图像传感器像素的组合。举例来说，图8B及8C的图案各自包含总共六十四个像素，针对经组合总共16个(即，六十四的1/4)清透像素与经修改清透像素具有八个清透像素及八个经修改清透像素。此外，图8B及8C的图案包含与经修改清透像素(即，8个)相等数目的清透像素(即，8个)。图8B及8C的图案包含遍及所述图案而分布的一个清透图像传感器像素与一个经修改清透图像传感器像素的对角线分组，如所展示。
图8D-8F的图案各自包含所述图案中所包含的总图像传感器像素的大约一半，作为清透(C)图像传感器像素与经修改清透(C’)图像传感器像素的组合。举例来说，图8D-8F的图案各自包含总共六十四个像素，具有经组合总共三十二个(即，六十四的1/2)清透像素与经修改清透像素。此外，图8D-8F的图案包含与经修改清透像素(即，16个)相等数目的清透像素(即，16个)。图8D-8F的图案图解说明以棋盘图案布置的清透像素及经修改清透像素，其中所述图案在每一对角线上于清透像素与经修改清透像素之间交替。
图9A及9B是根据本发明的实施例的包含四(4)乘四(4)图像传感器像素布置的实例性重复图案的图式。图9A及9B的图案包含所述图案中所包含的总图像传感器像素的大约四分之一，作为清透(C)图像传感器像素与经修改清透(C’)图像传感器像素的组合。举例来说，图9A及9B的图案各自包含总共十六个像素，针对经组合总共4个(即，十六的1/4)清透像素与经修改清透像素具有两个清透像素及两个经修改清透像素。此外，图9A及9B的图案包含与经修改清透像素(即，2个)相等数目的清透像素(即，2个)。
包含发明摘要中所描述的内容的本发明的所图解说明实施例的以上描述并非打算为穷尽性的或将所述实施例限制于所揭示的精确形式。尽管本文中出于说明性目的而描述特定实施例，但如所属领域的技术人员将认识到，可在本发明范围内做出各种修改。可根据上文详细描述做出这些修改。一些此类修改的实例包含掺杂剂浓度、层厚度等等。此外，虽然本文中所图解说明的实施例是指使用背侧照明的CMOS传感器，但将了解，其还可适用于使用前侧照明的CMOS传感器。
所附权利要求书中所使用的术语不应理解为将本发明限制于说明书中所揭示的特定实施例。而是，本发明范围将完全由所附权利要求书确定，所述权利要求书将根据权利要求解释的既定原则来加以理解。

Claims (26)

1.一种图像传感器像素，其包括：
半导体层，其具有前表面及后表面；及
光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器像素的光入射侧接收可见光及红外光；
钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述光电二极管区之间；及
耗尽调整层，其安置于所述半导体层中在所述钉扎层与所述光电二极管区之间，其中所述耗尽调整层经配置以减小所述光电二极管区的耗尽区的从所述耗尽区的顶部到所述耗尽区的底部所测量的宽度，以减少由所述所接收红外光在所述光电二极管区中诱发的电荷载流子。
2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其进一步包括在所述半导体层的所述前表面上耦合到所述钉扎层以进一步调整所述耗尽区的耗尽调整偏置触点。
3.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述半导体层为p型半导体层，所述光电二极管区为n型光电二极管区，所述钉扎层为p型钉扎层；且所述耗尽调整层为p型耗尽调整层。
4.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其进一步包括安置于所述图像传感器像素的所述光入射侧上的彩色滤光器。
5.根据权利要求4所述的图像传感器像素，其中所述彩色滤光器为经配置以使一个以上频率范围的光通过的清透彩色滤光器。
6.一种图像传感器，其包括：
互补金属氧化物半导体“CMOS”图像传感器像素阵列，其安置于具有前表面及后表面的半导体层中；
所述阵列的第一图像传感器像素，其包含：
第一光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器的光入射侧接收可见光及红外光；
第一钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述第一光电二极管区之间；及
第一耗尽调整层，其安置于所述半导体层中在所述第一钉扎层与所述第一光电二极管区之间以调整所述第一光电二极管区的第一耗尽区以减少由所述所接收红外光在所述第一光电二极管区中诱发的电荷载流子；以及
所述阵列的第二图像传感器像素，其包含：
第二光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器的所述光入射侧接收可见光及红外光；及
第二钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述第二光电二极管区之间，其中所述第二图像传感器像素不包含安置于所述第二钉扎层与所述第二光电二极管区之间的耗尽调整层，使得由所述所接收红外光在所述第二光电二极管区中诱发的电荷载流子并不由耗尽调整层减少。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述第一耗尽调整层经配置以减小所述第一耗尽区的从所述第一耗尽区的顶部到所述第一耗尽区的底部所测量的宽度。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述第一耗尽区的所述宽度小于第二耗尽区的宽度。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述第一图像传感器像素进一步包括在所述半导体层的所述前表面上耦合到所述第一钉扎层以进一步调整所述第一耗尽区的第一耗尽调整偏置触点。
10.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述半导体层为p型半导体层，所述第一光电二极管区及所述第二光电二极管区为n型光电二极管区，所述第一钉扎层及所述第二钉扎层为p型钉扎层；且所述第一耗尽调整层为p型耗尽调整层。
11.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述第一图像传感器像素包含安置于所述图像传感器的所述光入射侧上的第一清透彩色滤光器，且其中所述第二图像传感器像素包含安置于所述图像传感器的所述光入射侧上的第二清透彩色滤光器。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其进一步包括用于从所述阵列的所述图像传感器像素中的每一者读出像素信号的读出电路，其中所述读出电路经配置以通过从接收自所述第二图像传感器像素的第二像素信号减去接收自所述第一图像传感器像素的第一像素信号而产生红外信号值。
13.一种图像传感器，其包括：
互补金属氧化物半导体“CMOS”图像传感器像素阵列，其安置于具有前表面及后表面的半导体层中，其中所述图像传感器像素阵列包含经修改红色R图像传感器像素、经修改蓝色B图像传感器像素、经修改绿色G图像传感器像素、经修改清透C’图像传感器像素及清透C图像传感器像素，其中所述R、G、B及C’图像传感器像素中的每一者包含：
第一光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器的光入射侧接收可见光及红外光；
第一钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述第一光电二极管区之间；及
第一耗尽调整层，其安置于所述半导体层中在所述第一钉扎层与所述第一光电二极管区之间以调整所述第一光电二极管区的第一耗尽区以减少由所述所接收红外光在所述第一光电二极管区中诱发的电荷载流子，且其中所述清透C图像传感器像素中的每一者包含：
第二光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器的所述光入射侧接收可见光及红外光；及
第二钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述第二光电二极管区之间，其中所述清透图像传感器像素不包含安置于所述第二钉扎层与所述第二光电二极管区之间的耗尽调整层，使得由所述所接收红外光在所述第二光电二极管区中诱发的电荷载流子并不由耗尽调整层减少。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中所述第一耗尽调整层经配置以减小所述第一耗尽区的从所述第一耗尽区的顶部到所述第一耗尽区的底部所测量的宽度。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中所述第一耗尽区的所述宽度小于第二耗尽区的宽度。
16.根据权利要求13所述的图像传感器，其中所述R、G、B及C’图像传感器像素中的每一者进一步包括在所述半导体层的所述前表面上耦合到所述第一钉扎层以进一步调整所述第一耗尽区的第一耗尽调整偏置触点。
17.根据权利要求13所述的图像传感器，其中所述半导体层为p型半导体层，所述第一光电二极管区及所述第二光电二极管区为n型光电二极管区，所述第一钉扎层及所述第二钉扎层为p型钉扎层；且所述第一耗尽调整层为p型耗尽调整层。
18.根据权利要求13所述的图像传感器，其进一步包括用于从所述阵列的所述图像传感器像素中的每一者读出像素信号的读出电路，其中所述读出电路经配置以通过从接收自清透C图像传感器像素的像素信号减去接收自经修改清透C’图像传感器像素的像素信号而产生红外信号值。
19.根据权利要求13所述的图像传感器，其中根据重复图案将所述R、G、B、C及C’图像传感器像素布置于所述阵列中。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中所述重复图案包含所述图案中所包含的所述图像传感器像素的大约一半，作为清透C图像传感器像素与经修改清透C’图像传感器像素的组合。
21.根据权利要求20所述的图像传感器，其中清透C图像传感器像素与经修改清透C’图像传感器像素的所述组合包含与经修改清透C’图像传感器像素实质上相等数目的清透C图像传感器像素。
22.根据权利要求19所述的图像传感器，其中所述重复图案包含所述图案中所包含的所述图像传感器像素的大约四分之一，作为清透C图像传感器像素与经修改清透C’图像传感器像素的组合。
23.根据权利要求22所述的图像传感器，其中清透C图像传感器像素与经修改清透C’图像传感器像素的所述组合包含与经修改清透C’图像传感器像素实质上相等数目的清透C图像传感器像素。
24.根据权利要求19所述的图像传感器，其中所述重复图案包含八(8)乘八(8)图像传感器像素布置，且其中所述清透C图像传感器像素及经修改清透C’图像传感器像素布置于如本申请案的图7A中所展示的所述图案内。
25.根据权利要求19所述的图像传感器，其中所述重复图案包含八(8)乘八(8)图像传感器像素布置，且其中所述清透C图像传感器像素及经修改清透C’图像传感器像素布置于如本申请案的图7B中所展示的所述图案内。
26.根据权利要求19所述的图像传感器，其中所述重复图案包含八(8)乘八(8)图像传感器像素布置，且其中所述清透C图像传感器像素及经修改清透C’图像传感器像素布置于如本申请案的图8A中所展示的所述图案内。
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