CN106241725B - Rgb-ir光传感器阵列、接收图像及检测彩色图像的方法 - Google Patents
Rgb-ir光传感器阵列、接收图像及检测彩色图像的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106241725B CN106241725B CN201610391522.8A CN201610391522A CN106241725B CN 106241725 B CN106241725 B CN 106241725B CN 201610391522 A CN201610391522 A CN 201610391522A CN 106241725 B CN106241725 B CN 106241725B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- type
- photosensor
- light
- wavelength band
- array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 23
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 42
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 13
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 11
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 6
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/0032—Packages or encapsulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14645—Colour imagers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/0032—Packages or encapsulation
- B81B7/0067—Packages or encapsulation for controlling the passage of optical signals through the package
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
- B81C1/00317—Packaging optical devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14621—Colour filter arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14649—Infrared imagers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/02—Sensors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/04—Optical MEMS
- B81B2201/047—Optical MEMS not provided for in B81B2201/042 - B81B2201/045
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
一种RGB‑IR光传感器阵列、接收图像及检测彩色图像的方法。一种前面‑互联(FSI)的红‑绿‑蓝‑红外线(RGB‑IR)光传感器阵列，具有第一类型、第二类型、以及第三类型的光传感器。第一类型的光传感器在P型井中具有扩散N型区，P型井扩散入高电阻率的半导体层；第二类型的光传感器在P型井中具有更深的扩散N型区；第三类型的光传感器具有扩散N型区，扩散到所有其它类型的光传感器的底层的高电阻率半导体层。在实施例中，第四类型的光传感器在P型井中具有扩散N型区，其N型区的深度比第一和第二类型的光传感器的N型区更深。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种具有用来减少串扰和增强红外线灵敏度的非均匀的埋藏P-井的深度轮廓的RGB-IR光传感器。
背景技术
许多电子摄影机在夜间或其他昏暗光照的情况下使用。这些装置包括一些摄录像机、保安摄像机、追踪摄像机、数字夜视镜及瞄准器、行车记录器、以及通常配有不可见光、红外线的光源的类似产品。红外线光源通常允许在不干扰或惊动人或动物的低光情况下成像。尽管这些摄像机在明亮的自然光下可以解析彩色图像，对红外光的高灵敏度在这些应用中特别重要。
传统的前面照度(FSI)、4色、红、绿、蓝以及红外线(RGB-IR)的彩色光传感器阵列通常使用如图1所示的具有平铺单元100的滤波器矩阵，其具有至少红光108、绿光104、蓝光102以及红外线106的带通滤波器，其中，每一个滤波器位在光传感器上。在一些实施例中，其中蓝光102、绿光104、及/或红光108可见光滤波器对红外光部分地或完全地透明且低串扰是被期望的，可见光可穿过且红外线阻隔滤波器109被加到一种或一种以上的可见光滤波器102、104、108之前，其会付出额外的屏蔽步骤并减少红外光灵敏度的成本。如图 2所示的传统的FSI RGB-IR光传感器阵列，也具有形成在P型外延层120的上表面上的蓝光检测N型扩散区110、绿光检测N型扩散区112、红外线检测N型扩散区114、以及红光检测N型扩散区116。在一个特定的实施例中，P型外延层被掺杂到10欧姆-厘米的电阻率。每一个N型扩散区110、112、114、116扩散到同一深度，并与外延层120形成光敏二极管结。N型扩散区由接地的P型势垒区122以及124而彼此相互分隔开。势垒区122及124也被用作接地接触至外延层120。在一些但不是全部的系统中，外延层120被生长在接地的基板126上。
每一个光敏二极管150(图3)，例如由N型扩散区110、112、114、116与外延层120 所形成的光敏二极管，由行选择线153所控制的选择晶体管152而被耦合入预充电及感测装置154中。预充电和感测装置154在RGB光传感器阵列技术中是已知的装置，可驱动列数据线156。
发明内容
在实施例中，前面成像(FSI)的红-绿-蓝-红外线(RGB-IR)光传感器阵列具有第一类型、第二类型、以及第三类型的光传感器。其中第一类型的光传感器在P型井中具有扩散N型区，而P型井扩散入高电阻率的半导体层中；第二类型的光传感器在P型井中具有更深的扩散N型区；第三类型的光传感器具有扩散N型区，扩散到所有其它类型的光传感器的底层的高电阻率半导体层。在实施例中，第四类型的光传感器在P型井中具有扩散N型区，其N型区的深度比第一和第二类型的光传感器的N型区更深。
在实施例中，从入射光接收图像的方法包括对光传感器阵列的光敏二极管预充电，光敏二极管包括至少第一、第二、以及第三类型的光敏二极管。光被供给入光传感器阵列，具有包括第一类型、第二类型、以及第三类型的光敏二极管的平铺单元，第一类型的光敏二极管被第一类型的滤波器所覆盖且在第一深度具有P-N结；第二类型的光敏二极管被第二类型的滤波器所覆盖且在第二深度具有P-N结；第三类型的光敏二极管被第三类型的滤波器所覆盖且在第三深度具有P-N结。在这个阵列中，第一、第二、以及第三类型的滤波器具有不同的光谱特性，且第一和第二深度是不相等的。接着，方法检测在阵列的光敏二极管中的光作为电荷的损失，并感测在阵列的光敏二极管中的剩余电荷。
附图说明
图1是为用于FSI RGB-IR光传感器阵列的现有技术的彩色滤波器阵列的俯视图。
图2是现有技术的FSI RGB-IR光传感器阵列的剖面示意图。
图3是单个现有技术的FSI RGB-IR光传感器的示意图。
图4是改进的FSI RGB-IR光传感器阵列的剖面示意图。
具体实施方式
已知，如果硅表面被光照射，则未被硅吸收的光强度遵循比尔-朗伯定律：
I(λ)＝I0(λ)e-μ(λ)x，
其中，I(λ)为波长λ在特定深度的强度，I0(λ)是该波长在表面的强度，x为深度，λ是波长。虽然μ是深度的函数，明显地，短波长如蓝光的强度比长波长如红光和近红外光的强度随深度更迅速地下降。特别是，90％的蓝色光在第一微米深度即被硅吸收，而绿色光则需要5微米、红色光则要10微米的深度才有90％的吸收。在800-900奈米波段的近红外光则要到50微米的深度才有90％的吸收。而更长波长的红外光，需要更深的深度才有90％的吸收。
改进的FSI RGB-IR单片光传感器阵列200(图4)具有对相关联波长优化的红、绿、蓝以及红外线光敏二极管；这个阵列具有对每种颜色不同深度的光敏二极管，较长的波段的光敏二极管深入表面的深度较深于较短波段相关联的光敏二极管深入表面的深度。阵列的每一个光敏二极管被一个带通彩色滤波器所覆盖，在一个实施例中，这些带通滤波器包括覆盖在深的光敏二极管上的红光通过滤波器208、覆盖在中等深度的光敏二极管上的绿光通过滤波器204、覆盖在浅的光敏二极管上的蓝光通过滤波器202、以及只通过红外线滤波器206。每一个带通彩色滤波器可通过三原色可见光的红色、绿色、以及蓝色中的一种光，同时阻断其它两个主要可见光颜色的光。在对红外线具有良好灵敏度的替代实施例中，这些带通彩色滤波器包括红光和红外线通过滤波器208，其可阻断绿色和蓝色光，并覆盖在深的光敏二极管上；绿光和红外线通过滤波器204，其可阻断红色和蓝色光，并覆盖在中等深度的光敏二极管上；蓝光和红外线通过滤波器202，其可阻止绿色和红色光，并覆盖在浅的光敏二极管上；以及仅通过红外线的滤波器206。由于滤波器202、204、206、208具有不同颜色的通带，这些滤波器具有不同光谱特性的通带。在其它实施例中，滤波器208、204以及202可具有不同于红-绿-蓝的颜色组合，如青-洋红-黄。在任何和所有这些的组合中，滤波器包括可见光颜色通带和红外线通带的特性。在其它实施例中，滤波器206为仅通过红外线的带通滤波器，其阻断可见光颜色光谱而同时允许近红外光通过。
对于本文本的目的，N+区是比N-区掺杂更重的N型区(具有电子电荷载流子多于空穴载流子的区域)，N--(N双减号)区则是几乎不掺杂或接近本质的区域，甚至比典型的N-区的掺杂更轻度，但仍是N型，因为其具有多数电子电荷载流子。此外，P+ 区是比P-区掺杂更重的P型区(具有空穴载流子多于电子电荷载流子的区域)，而P-- (P双减号)区则是几乎不掺杂或接近本质的区域，甚至是比P-区更轻度掺杂的P型，但仍是P型，因为具有多数空穴电荷载流子。
在一个实施例中，蓝光相关的N+扩散区210被定位在P-井212中，蓝光N+区210 由大致相同深度的P+隔离扩散区214、216(左半)所包围。绿光N+扩散区218被植入到比蓝光N+区210更深的深度，并且被定位在比绿光N+区218和蓝光P-井212更深的 P-井220中，且被P+隔离区216、222所包围，其中P+隔离区216、222扩散到大约像 N+扩散区218相同的深度。相似地，红光N+扩散区224扩散到比蓝光和绿光N+扩散区210、218更深的深度，且位于既比红光N+扩散区224更深且比与蓝光和绿光N+扩散区相关的井220、212更深的P-井226中。再次地，红光N+扩散区224被P+隔离扩散区228所包围，P+隔离扩散区228延伸到与红光N+区224本身大致一样深的硅的上表面的下方。最初，所有这些形状形成在10微米厚、100欧姆-厘米、极轻度掺杂的P 型或P--、外延层234的实施例中；在替代实施例中，外延层可以具有更厚的厚度或不同的高电阻率；在替代实施例中，电阻率在50和200欧姆-厘米之间，而厚度为5至15 微米之间。最后，深的红外线N+扩散区230被提供延伸至外延层234的深度，以收集来自在扩散区230中被吸收的光子所生成的那些载流子，及收集来自被蓝色或绿色的光敏二极管所包围之下的外延层234中所产生的光子并扩散到区域230所生成的那些载流子。由于在P-井212中的蓝光相关的N+扩散区210所检测到的蓝光，与在轻度掺杂的外延层234和红外线N区230所拾取的红外光之间的选择性经由穿透而不是经由过滤来实现，故传统的红外线阻隔滤波器109是不需要的。事实上，通过省略红外线阻隔滤波器109可增强红外线灵敏度。
蓝光N+扩散区210与其关联的P-井212在与蓝光N+扩散区深度相同的第一深度处形成P-N结。绿光N+扩散区218与其关联的P-井220在与绿光N+扩散区218深度相同的第二深度处形成P-N结。红光N+扩散区224与其关联的P井226在与红光N+扩散区 218深度相同的第三深度处形成P-N结。如上所述，第一、第二以及第三深度是不相等的。
在一个替代实施例中，外延层234是一个类似于高电阻率的极轻度掺杂的N型或N--层。在具有P--外延层和N--外延层的两个实施例中，外延区的极轻度掺杂允许结空乏区变得相当大，其延伸到相邻光敏二极管的P-井下方。在一个特定的实施例中，N-- 外延层生长在P晶元上。
在操作中，蓝光N+扩散区210和P-井212，与作为对P井接触的P隔离区214、216，一起作为用于接收蓝光的P-N光敏二极管。绿光N+扩散区218和P-井220，与作为对 P-井接触的P隔离区216、222，一起作为用于接收绿光的P-N光敏二极管。类似地，红光N+扩散区224和P井226，与作为对P-井的接触的P+隔离区228，一起作为用于接收红光的P-N光敏二极管。红外线N扩散区230、P--外延层234，以及共同作为P区所有的P+隔离区和P-井，一起作为用于接收红外光的高灵敏度的P-I-N光敏二极管。每一个N+扩散区210、218、224和N扩散红外线区230经由类似于在光传感器阵列中的已知技术的选择晶体管152的选择晶体管被耦合在预充电晶体管和感测装置，其相似于已知技术的预充电和感测电路154。在特定的实施例中，N+扩散区具有如光传感器领域已知的表面的P+钉扎层(未显示出)。
为了减少颜色的串扰，蓝光N+扩散区210和P-井212的深度被如此选择而使得高比率的蓝光光子在N+扩散和P-井被吸收，而不会向下穿透到P--外延区的下方；在特定的实施例中，这个深度约为1微米，深度的选择根据蓝光波长的光穿透入硅时，会有90％的传入的蓝光光子将会在这些层中被吸收。同样地，为了减少颜色的串扰，绿光N+扩散区218和P-井220的深度被如此选择而使得高比率的绿光光子在N+扩散和P井被吸收，而不会向下穿透到P--外延区的下方；在特定的实施例中，这个深度约为5微米，深度的选择根据绿光波长的光穿透入硅时，会有90％的传入的绿光光子将会在这些层中被吸收。
如本文所描述的原型装置已经被制造出。可观察到，图4的设计的蓝光的峰值灵敏度、绿光的峰值灵敏度以及红光通道的峰值灵敏度优于图2的现有技术的设计。也可观察到，在红外线以及红外线加上绿光的灵敏度比起已知的设计有显著的改善，对于串扰也有显著的减少；在原型装置中，蓝光信道对红外光的灵敏度比起已知的设计有显著的降低。
蓝N+和P-井区足够浅，使得只有红外光的小部分在其中被吸收。尽管这里描述的装置具有常用的带通的红光、绿光、以及蓝光滤波器202、204、208的功能，在替代实施例中，其中一些颜色串扰是可以接受的，而红外线灵敏度是最为重要的，以可让红外线和蓝光透过的材料来构造蓝光滤波器，而同时又可阻断红色和绿色的光。在此替代的实施例中，那些可穿透蓝光N+和P-井区的红外线光子可在P--外延层234被吸收而生成光子对，该光子对可主要在红外线N区230产生光电流。
在操作中，光传感器阵列经由对阵列的光敏二极管预充电来进行操作。然后光被供给到光传感器阵列。蓝光通过蓝光滤波器202传入由蓝光N+210和蓝光井212所形成的蓝光敏二极管，其中该光可使光敏二极管放电，放电量正比于光的强度。同样地，绿光通过绿光滤波器204传入由绿光N+218和绿光井220所形成的绿光敏二极管，其中该光可使光敏二极管放电，放电量正比于光的强度。红光经红光滤波器208传入由红光N+224 和红光井226所形成的红光敏二极管，其中该光可使光敏二极管放电，放电量正比于光的强度。红外光被供给通过红外线滤波器206，且在一些实施例中，穿过蓝光滤波器202 及/或绿光滤波器204，并在红外线N区230或在外延层234生成光子对，这些光子对可使光敏二极管放电，放电量正比于光子对的强度，光敏二极管由红外线N区230、外延层234、以及P隔离扩散区214、216、222、228、以及P井212、220、226所形成。然后经由感测装置感测光敏二极管中剩余电荷的量，并把剩余电荷所决定的信号放置在阵列的列感测线。
虽然所述讨论集中在光传感器阵列，结合红光、绿光以及蓝光的光敏二极管，其光敏二极管在扩散入硅外延层的P-井中具有N+扩散区；但我们注意到，硅是半导体，且其类似的结构可以以替代的IV族半导体来产生，包括钻石，硅或锗、III-V族半导体包括砷化镓、磷砷化镓以及其它。尤其是，具有比硅更低的能带间隙的材料，例如砷化镓或锗，提供比硅更高的对长波长的红外光的灵敏度。半导体材料之间的穿透深度与波长的特性是不同的。非硅的半导体材料的类似结构的构造可允许峰值灵敏度不刚好在如本文描述的红、绿、蓝以及近红外在线，而是在红、绿、蓝以及几个不同波长的近红外在线。具有几种不同类型的传感器的光传感器的阵列，其中各传感器具有对不同波段的红外光的灵敏度，其可提供能力，例如，来显示视野中的物体的温度。
在半导体技术中，N或P“型”取决于存在于半导体中的杂质，如磷、砷或硼。这些杂质通常以下列三种方式之一被插入半导体中，它们可以是在晶体生长期间出现，如在外延生长期间存在的少量的磷的气体；它们可以以气体或固体形式的作为表面掺杂剂施加于半导体表面并经由热驱动扩散被驱入半导体中；或者它们可利用被称为离子植入机的重离子粒子加速器经由离子植入而被驱动入半导体中，然后经由热驱动退火和扩散被激活和传播。通常，离子植入和气体或固体表面掺杂剂两种在形状上由屏蔽步骤所界定。对于本文本的目的，“扩散区”一词指依赖于一个或多个屏蔽步骤的形状的区域，其中，不论杂质的施加是否以气体或固体的表面的掺杂剂，离子植入，或经由一些其它的方法，彼此不同的杂质的类型、量、或深度，周边，在半导体的区域；且不考虑界定扩散区的形状的屏蔽步骤是否使用可见光、紫外线、X射线、或是如电子束的粒子束，来暴露在屏蔽步骤中所使用的任何光阻剂。
本文所述的实施例的各种特征可以以各种方式进行组合。特别是，在P-井具有各种深度的N区的2、3、或3个以上的光敏二极管和滤波器可以与单一长波的深的光敏二极管被使用在每一个平铺单元中，其中，3波带或超光谱(大于4波带)系统被期望来取代本文所述的RGB-IR 4波带系统。可以在系统中出现的其它组合如下：
被指定为A且包括多个第一类型的光传感器的前面成像(FSI)的红-绿-蓝-红外线(RGB-IR)光传感器阵列，其中每一个第一类型的光传感器在P型井中具有扩散N型区，该P型井扩散入高电阻率半导体层；多个第二类型的光传感器，每一个第二类型的光传感器在P型井中具有扩散N型区，该P型井扩散入该高电阻率半导体层；以及多个第三类型的光传感器，第三类型的光传感器具有扩散入周边没有P型井的高电阻率半导体层。在这种光传感器阵列中，第一类型的光传感器的扩散N型区扩散到第一深度；第二类型的光传感器的扩散N型区扩散到第二深度，所述第一和第二深度是不同的；第一类型的光传感器的P型井扩散到第三深度且第二类型的光传感器的P井扩散到第四深度。
被指定为AA的FSI RGB-IR光传感器阵列，包括指定为A的阵列，其中所述半导体层是硅半导体层。
被指定为AB的FSI RGB-IR光传感器阵列，包括指定为A或AA的阵列，进一步包括多个第四类型的光传感器，其中每一个第四类型的光传感器在P型井中具有扩散N型区，该P型井扩散入该高电阻率半导体层；其中第四类型的光传感器的扩散N型区扩散到第五深度；第四种类型的光传感器的P-井区扩散到第六深度。第一、第二以及第五深度是不同的。
被指定为AC的FSI RGB-IR光传感器阵列，包括指定为AB的阵列，其中第三、第四以及第六深度是不同的。
被指定为AD的FSI RGB-IR光传感器阵列，包括被指定为A、AB、AC或AA的阵列，其中第一类型的光传感器与第二类型的光传感器由藉由P+隔离扩散区分隔开来。
被指定为AE的FSI RGB-IR光传感器阵列，包括被指定为A、AA、AB、AC或AD 的阵列，进一步包括：第一带通彩色滤波器覆盖在第一类型的光传感器上且可让红外光透过；以及第二带通彩色滤波器覆盖在第二类型的光传感器上且可让红外光透过；所述第二带通彩色滤波器可透过的可见光的颜色与所述第一带通彩色滤波器可透过的可见光的颜色不同。
被指定为AF的FSI RGB-IR光传感器阵列，包括被指定为A、AA、AB、AC或AD 的阵列，进一步包括覆盖在第三类型的光传感器上且只通过红外线的滤波器。
被指定为B的接收来自入射光的图像的方法，包括：对光传感器阵列的光敏二极管进行预充电，光敏二极管包括至少第一、第二以及第三类型的光敏二极管；以及将光供给至光传感器阵列，阵列具有平铺单元，平铺单元包括第一类型、第二类型以及第三类型的光敏二极管；第一类型的光敏二极管被第一类型的滤波器所覆盖，且在第一深度的具有P-N结；第二类型的光敏二极管被第二类型的滤波器所覆盖，且在第二深度具有 P-N结；第三类型的光敏二极管被第三类型的滤波器所覆盖，且在第三深度具有P-N结。在此方法中，第一、第二以及第三类型的滤波器具有不同的光谱特性，且第一和第二深度是不相等的。方法还包括：检测在阵列的光敏二极管中的光作为电荷的损失；以及感测在阵列的光敏二极管中的剩余电荷。
被指定为BA的接收图像的方法，包括被指定为B的方法，光传感器阵列进一步包括第四类型的光敏二极管，第四类型的光敏二极管包括在第一和第二类型的光敏二极管底层的深吸收层。该层具有至少50欧姆-厘米的电阻率。
被指定为C的检测彩色图像的方法，其中图像具有至少对应于第一波长带的第一颜色，方法包括：将图像投影到具有多个平铺单元的单片光传感器，其中每一个平铺单元具有至少第一和第二类型的光传感器；在阵列的第一类型的光传感器中接收第一波长带的光子；将穿过阵列的第一类型的光传感器的第二波长带中的至少一些光子接收到阵列的第二类型的光传感器的底层高电阻率外延光子吸收区；以及读取阵列的光传感器。
被指定为CA的方法包括被指定为C的方法，其中光传感器阵列的每一个平铺单元包括第三光传感器的类型，且方法进一步包括在第三类型光传感器中接收第三波长带的光子；以及将穿过第三类型的光传感器的第二波长带中的至少一些光子，传到第二类型的光传感器的底层高电阻率外延光子吸收区。
被指定为CB的方法，包括被指定为C或CA的方法，其中光传感器阵列的每一个平铺单元包括第四光传感器类型，且所述方法进一步包括在第四类型的光传感器中接收第四波段的光子；其中第二波长带是红外线，且第一波长带包括蓝光。
对于本文本的目的，术语“光的波长带”(“wavelength band of light”)包括电磁频谱的可见光及/或近红外线部分的具体实施例的子集。在特定的实施例中，第一波长带可以对应于大约380到450奈米波长的蓝色可见光，这种波长带具有380奈米的较短波长约略极限和450奈米的较长波长约略极限。在本实施例中，第二波长带可以对应于约 490-570奈米波长的绿色可见光，第三波长带对应于约620-740奈米波长的红色可见光，以及第四波长带对应于大约780到1000奈米波长的近红外光。在其它实施例中，波长带可以是更广泛的，并且可以有些重迭。在实施例中，“红色”中心的波长带和“绿色”中心的波长带可以在570-620奈米波长的黄色和橙色光重迭；在其它实施例中，波长带可以更窄和更多量。如果波长带在它们的较长波长范围之间或较短波长范围之间有显著的差异，则它们是不同的。
虽然本发明已经参照实施例具体显示出并进行了描述，但本领域的技术人员应理解到，可以作出在形式和细节上的各种其它改变而不脱离本发明的精神和范围。也应理解到，可以作出适应本发明不同实施例的各种改变而不脱离本文所公开的和由下面的申请专利范围所包括的更广的发明概念。
Claims (3)
1.一种检测彩色图像的方法，包括：
将所述图像投影到具有多个平铺单元的单片光传感器阵列，其中每个平铺单元具有至少第一类型和第二类型的光传感器；
在所述阵列的所述第一类型的光传感器中接收第一波长带的光子；
将穿过所述阵列的所述第一类型的光传感器的第二波长带的至少一些光子接收到所述阵列的所述第二类型的光传感器的底层高电阻率外延光子-吸收区；以及
读取所述阵列的所述光传感器；
其中所述第一波长带和所述第二波长带是不同的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光传感器阵列的每个平铺单元包括第三类型的光传感器，所述方法进一步包括：
在所述第三类型的光传感器中接收第三波长带的光子；以及
将穿过所述第三类型的所述光传感器的第二波长带中的至少一些光子，传到所述第二类型的光传感器的底层高电阻率外延光子-吸收区；
其中所述第三波长带不同于所述第一波长带和所述第二波长带。
3.根据权利要求2所述的方法，其中光传感器阵列的每个平铺单元包括第四类型的光传感器，所述方法进一步包括：
在所述第四类型的光传感器中接收第四波长带的光子，所述第四波长带不同于所述第一波长带、所述第二波长带以及所述第三波长带；
其中所述第二波长带是在红外线波段，所述第一波长带包括蓝色可见光。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14/731,707 US9865642B2 (en) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | RGB-IR photosensor with nonuniform buried P-well depth profile for reduced cross talk and enhanced infrared sensitivity |
| US14/731,707 | 2015-06-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106241725A CN106241725A (zh) | 2016-12-21 |
| CN106241725B true CN106241725B (zh) | 2021-08-06 |
Family
ID=57452111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610391522.8A Active CN106241725B (zh) | 2015-06-05 | 2016-06-06 | Rgb-ir光传感器阵列、接收图像及检测彩色图像的方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9865642B2 (zh) |
| CN (1) | CN106241725B (zh) |
| TW (1) | TWI588982B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102491504B1 (ko) * | 2015-11-17 | 2023-01-20 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 |
| US10256405B2 (en) * | 2017-04-05 | 2019-04-09 | International Business Machines Corporation | Methods for fabricating artificial neural networks (ANN) based on doped semiconductor elements |
| DE102018116643A1 (de) * | 2017-07-13 | 2019-01-17 | Everlight Electronics Co., Ltd. | Lichtemittierende sensorvorrichtung und herstellungsverfahren dafür |
| DE102018101086A1 (de) * | 2018-01-18 | 2019-07-18 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Epitaktisches konversionselement, verfahren zur herstellung eines epitaktischen konversionselements, strahlungsemittierende rgb-einheit und verfahren zur herstellung einer strahlungsemittierenden rgb-einheit |
| KR20190119970A (ko) * | 2018-04-13 | 2019-10-23 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 전자 장치 |
| EP3605606B1 (en) | 2018-08-03 | 2022-06-15 | ams Sensors Belgium BVBA | Imaging system comprising an infrared light source and an image sensor |
| JP7358817B2 (ja) * | 2019-07-24 | 2023-10-11 | ソニーグループ株式会社 | 画像処理装置、撮像装置、および画像処理方法、並びにプログラム |
| CN117915828A (zh) * | 2021-07-13 | 2024-04-19 | 波士顿科学国际有限公司 | 利用拉曼光谱进行体内分析的系统和方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1848443A (zh) * | 2005-03-28 | 2006-10-18 | 三星电子株式会社 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN101176208A (zh) * | 2005-05-16 | 2008-05-07 | 美光科技公司 | 具有抗模糊隔离的彩色像素和形成方法 |
| CN102177586A (zh) * | 2008-10-08 | 2011-09-07 | 美商豪威科技股份有限公司 | 具有低串扰及高红色灵敏度的图像传感器 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6577342B1 (en) * | 1998-09-25 | 2003-06-10 | Intel Corporation | Image sensor with microlens material structure |
| US6621064B2 (en) * | 2001-05-03 | 2003-09-16 | Texas Instruments Incorporated | CMOS photodiode having reduced dark current and improved light sensitivity and responsivity |
| US6586789B1 (en) * | 2002-10-07 | 2003-07-01 | Lixin Zhao | Pixel image sensor |
| KR100485892B1 (ko) * | 2002-11-14 | 2005-04-29 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 시모스 이미지센서 및 그 제조방법 |
| US7742088B2 (en) * | 2002-11-19 | 2010-06-22 | Fujifilm Corporation | Image sensor and digital camera |
| KR100863497B1 (ko) * | 2007-06-19 | 2008-10-14 | 마루엘에스아이 주식회사 | 이미지 감지 장치, 이미지 신호 처리 방법, 광 감지 소자, 제어 방법 및 화소 어레이 |
| JP5793688B2 (ja) * | 2008-07-11 | 2015-10-14 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 固体撮像装置 |
| US8735797B2 (en) | 2009-12-08 | 2014-05-27 | Zena Technologies, Inc. | Nanowire photo-detector grown on a back-side illuminated image sensor |
| EP2180513A1 (en) * | 2008-10-27 | 2010-04-28 | Stmicroelectronics SA | Near infrared/color image sensor |
| US8816460B2 (en) | 2009-04-06 | 2014-08-26 | Nokia Corporation | Image sensor |
| US8198578B2 (en) | 2009-06-23 | 2012-06-12 | Nokia Corporation | Color filters for sub-diffraction limit-sized light sensors |
| JP2013003218A (ja) * | 2011-06-13 | 2013-01-07 | Canon Inc | 撮像装置およびその制御方法 |
| EP3916786A3 (en) * | 2013-05-21 | 2022-03-09 | Photonic Sensors & Algorithms, S.L. | Monolithic integration of plenoptic lenses on photosensor substrates |
-
2015
- 2015-06-05 US US14/731,707 patent/US9865642B2/en active Active
-
2016
- 2016-05-31 TW TW105117048A patent/TWI588982B/zh active
- 2016-06-06 CN CN201610391522.8A patent/CN106241725B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1848443A (zh) * | 2005-03-28 | 2006-10-18 | 三星电子株式会社 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN101176208A (zh) * | 2005-05-16 | 2008-05-07 | 美光科技公司 | 具有抗模糊隔离的彩色像素和形成方法 |
| CN102177586A (zh) * | 2008-10-08 | 2011-09-07 | 美商豪威科技股份有限公司 | 具有低串扰及高红色灵敏度的图像传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI588982B (zh) | 2017-06-21 |
| US9865642B2 (en) | 2018-01-09 |
| US20160358969A1 (en) | 2016-12-08 |
| CN106241725A (zh) | 2016-12-21 |
| TW201644044A (zh) | 2016-12-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106241725B (zh) | Rgb-ir光传感器阵列、接收图像及检测彩色图像的方法 | |
| US9257589B2 (en) | Single photon avalanche diode with second semiconductor layer burried in epitaxial layer | |
| US7446294B2 (en) | True color image by modified microlens array | |
| KR100684878B1 (ko) | 빛의 파장에 따라 다른 두께의 메몰 베리어층을 구비하는이미지 센서 및 그 형성 방법 | |
| US20060255372A1 (en) | Color pixels with anti-blooming isolation and method of formation | |
| US8946617B2 (en) | Photodiode having a p-n junction with varying expansion of the space charge zone due to application of a variable voltage | |
| US20050212045A1 (en) | Photo-detecting device | |
| US8680640B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| US20030020083A1 (en) | Color filter image array optoelectronic microelectronic fabrication with a planarizing layer formed upon a concave surfaced color filter region | |
| US9437644B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing same | |
| US10672808B2 (en) | Optical sensor having two taps for photon-generated electrons of visible and IR light | |
| JPH11317512A (ja) | Ｃｍｏｓイメ―ジセンサ―及びその製造方法 | |
| CN107210309B (zh) | 具有白色像素和彩色像素的彩色图像传感器 | |
| US20180158849A1 (en) | Photodiode device and method of manufacture | |
| CN107895743B (zh) | 单光子雪崩光电二极管探测器的装置和方法 | |
| US20080296475A1 (en) | Vertical image sensors and methods of fabricating the same | |
| US5122850A (en) | Blooming control and reduced image lag in interline transfer CCD area image sensors | |
| CN105552093B (zh) | 具有耗尽调整层的彩色及红外图像传感器 | |
| CN101427375A (zh) | 用于改进保护暗参考列和行免受模糊现象和串扰的n阱势垒像素 | |
| KR100719361B1 (ko) | 씨모스 이미지 센서 및 그 형성 방법 | |
| US5982011A (en) | Photodiode structure augmented with active area photosensitive regions | |
| US11876110B2 (en) | SiGe photodiode for crosstalk reduction | |
| JPS61183958A (ja) | 固体光検出装置 | |
| CN108511542B (zh) | 一种图像传感器的光电二极管和图像传感器 | |
| WO2019186750A1 (ja) | 固体撮像素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |