CN215933605U - 图像传感器电荷信号干扰监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种图像传感器电荷信号干扰监测装置，其包括像素监测结构，所述像素监测结构包括半导体基体、电荷传输晶体管、置于所述半导体基体中的光电转换区，通过图像传感器电荷信号干扰监测装置中电连接的像素监测结构、调节式电源及电压表，能够方便、高效、准确地监测出图像传感器的电荷信号干扰问题，可使用于产品量产工艺工程中，以对产品参数特性和质量品质稳定性进行监控，且可在产品芯片完工前进行测评分析，以及时发现不符合目标标准参数的产品，进行及时的分析处理，寻找原因，提供解决问题的方案，降低损失。因此，本实用新型的图像传感器电荷信号干扰监测装置可有效节省生产成本及时间成本。

Description

图像传感器电荷信号干扰监测装置

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别是涉及一种图像传感器电荷信号干扰监测装置。

背景技术

图像传感器是利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号的功能器件。其中，图像传感器包括CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor，互补型金属氧化物半导体)图像传感器和CCD(Charged CoupledDevice，电荷耦合器件)图像传感器两种类型，可广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。

CCD图像传感器与CMOS图像传感器在不同的应用场景下各有优势，但随着制造CMOS图像传感器工艺和技术的快速发展与不断提升，以及高端CMOS价格的不断下降，CMOS占据越来越重要的地位，人们对CMOS图像传感器的图像品质的输出有了更高的要求。

在CMOS图像传感器中，设置有感光像素阵列，用来采集图像的光电信号信息，外界的光照射在像素阵列上，会发生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。通常像素阵列采用Bayer(拜耳)像素阵列布局方式，在Bayer像素阵列中，包含有红色、绿色和蓝色三种像素，三种像素中分别设置有光电二极管作为感光区，通过感光的光电二极管分别收集相应颜色的光的光电电荷。其中，光电二极管可能会在不同的曝光时间达到饱和，先饱和的光电二极管中会有多余的光电电荷溢出到传感器的衬底中，溢出的光电电荷会在衬底中移动至临近的光电二极管附近，进而被临近的光电二极管吸收，这种由光电二极管中溢出到衬底中的电荷又被临近的光电二极管吸收的现象，称为电荷信号干扰现象。

电荷信号干扰现象会引起图像传感器采集的图像中在高亮图像边缘发生粉色边或紫色边的问题，特别是针对小面积的图像传感器，相邻像素单元的感光光电二极管之间的距离较近，图像粉色边或紫色边的问题更容易发生。

在现有技术的图像传感器芯片批量生产工艺过程中，由于制造工艺精度的限制，芯片的特性和品质可能会发生波动，某些生产批次的芯片可能会有电荷信号干扰的问题，若发现不满足产品质量要求的问题芯片时，需要将其报废。

因此，提供一种可及时对图像传感器的电荷信号干扰进行监测的装置及监测方法，实属必要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种图像传感器电荷信号干扰监测装置，用于解决现有技术中由于电荷信号干扰造成的产品质量及资源浪费的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种图像传感器电荷信号干扰监测装置，所述图像传感器电荷信号干扰监测装置包括：

像素监测结构，所述像素监测结构包括半导体基体、电荷传输晶体管、置于所述半导体基体中的光电转换区，其中，所述光电转换区的一侧与所述电荷传输晶体管的源极端相连，所述电荷传输晶体管的漏极端为漂浮扩散有源区，且所述半导体基体中还设置有基体接触区，所述基体接触区与所述半导体基体具有相同的导电类型并接地；

调节式电源，所述调节式电源的一端与所述光电转换区相连，所述调节式电源的另一端接地；

电压表，所述电压表的一端与所述漂浮扩散有源区相连，所述电压表的另一端接地。

可选地，所述半导体基体中还设置有隔离区，所述隔离区包括第一隔离区、第二隔离区及第三隔离区，其中，所述第一隔离区位于所述漂浮扩散有源区远离所述光电转换区的一侧，所述第二隔离区及所述第三隔离区依次位于所述光电转换区远离所述漂浮扩散有源区的一侧，且所述基体接触区位于所述第二隔离区与所述第三隔离区之间。

可选地，所述调节式电源的电压调节范围包括-1V～1V。

可选地，所述半导体基体及所述基体接触区具有第一离子掺杂类型，所述光电转换区具有第二离子掺杂类型，且所述光电转换区上还设置有第一离子掺杂类型保护层，所述第一离子掺杂类型保护层具有接触开孔，所述光电转换区经由所述接触开孔与所述调节式电源连接。

可选地，所述光电转换区、所述基体接触区及所述漂浮扩散有源区内设置有接触部，通过所述接触部形成欧姆接触。

可选地，所述半导体基体包括芯片区及切割道区，所述像素监测结构设置在所述切割道区。

如上所述，本实用新型的图像传感器电荷信号干扰监测装置，通过图像传感器电荷信号干扰监测装置中电连接的像素监测结构、调节式电源及电压表，能够方便、高效、准确地监测出图像传感器的电荷信号干扰问题，可使用于产品量产工艺工程中，以对产品参数特性和质量品质稳定性进行监控，且可在产品芯片完工前进行测评分析，以及时发现不符合目标标准参数的产品，进行及时的分析处理，寻找原因，提供解决问题的方案，降低损失。因此，本实用新型的图像传感器电荷信号干扰监测装置可有效节省生产成本及时间成本。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例中的图像传感器电荷信号干扰监测装置的结构示意图。

图2显示为本实用新型实施例中的图像传感器电荷信号干扰的监测方法存在电荷信号干扰时的势阱示意图。

图3显示为本实用新型实施例中的图像传感器电荷信号干扰的监测方法不存在电荷信号干扰时的势阱示意图。

图4显示为本实用新型实施例中的图像传感器电荷信号干扰的监测方法扫描PD电压得到FD电压的关系示意图。

元件标号说明

100 P型半导体基体

101 光电二极管N型区

102 光电二极管保护层

103 电荷传输晶体管

104 漂浮扩散有源区

105 P⁺基体接触区

1061 第一隔离区

1062 第二隔离区

1063 第三隔离区

107 调节式电源

108 电压表

109 接触部

201、202、203 势阱

21、22 通路

301、302、303、304 曲线

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例提供一种图像传感器电荷信号干扰监测装置，所述图像传感器电荷信号干扰监测装置包括：像素监测结构、调节式电源及电压表，其中，所述像素监测结构包括半导体基体、电荷传输晶体管、置于所述半导体基体中的光电转换区，其中，所述光电转换区的一侧与所述电荷传输晶体管的源极端相连，所述电荷传输晶体管的漏极端为漂浮扩散有源区，且所述半导体基体中还设置有基体接触区，所述基体接触区与所述半导体基体具有相同的导电类型并接地；所述调节式电源的一端与所述光电转换区相连，所述调节式电源的另一端接地；所述电压表的一端与所述漂浮扩散有源区相连，所述电压表的另一端接地。

本实施例中的所述图像传感器电荷信号干扰监测装置，通过电连接的所述像素监测结构、调节式电源及电压表，能够方便、高效、准确地监测出所述图像传感器的电荷信号干扰问题，可使用于产品量产工艺工程中，以对产品参数特性和质量品质稳定性进行监控，且可在产品芯片完工前进行测评分析，以及时发现不符合目标标准参数的产品，进行及时的分析处理，寻找原因，提供解决问题的方案，降低损失。

具体的，所述图像传感器电荷信号干扰监测装置可应用于前照式CMOS图像传感器或背照式CMOS图像传感器或CCD图像传感器，且所述图像传感器中的像素结构可包括四晶体管、五晶体管、六晶体管和七晶体管等；所述半导体基体可采用P型掺杂的基体或N型掺杂的基体，本实施例中仅以P型掺杂的基体作为示例，可以理解，在另一实施例中也可对应的采用N型掺杂的基体，此处不作限定。

作为示例，所述半导体基体包括芯片区及切割道区，且所述像素监测结构设置在所述切割道区，以在满足测试的同时，减小晶圆占用面积。

如图1显示为本实施例中提供的图像传感器电荷信号干扰监测装置的结构示意图，在图1中，所述像素监测结构包括P型半导体基体100、光电转换区(如光电二极管N型区101)、光电二极管保护层102(如光电二极管P+型PIN层)、电荷传输晶体管103、漂浮扩散有源区104、P⁺基体接触区105、第一隔离区1061、第二隔离区1062及第三隔离区1063。

其中，所述光电二极管的一侧即所述光电二极管N型区101的右侧与所述电荷传输晶体管103的源极端相连，所述电荷传输晶体管103的漏极端即为所述漂浮扩散有源区104，且所述漂浮扩散有源区104与所述第一隔离区1061相接触。所述光电二极管的另一侧即所述光电二极管N型区101的左侧具有所述第二隔离区1062及第三隔离区1063，且所述第二隔离区1062及第三隔离区1063之间设置有所述P⁺基体接触区105，所述P⁺基体接触区105与所述P型半导体基体100均为P型半导体，且所述P⁺基体接触区105接地。另外，各隔离区包括但不限于浅沟槽隔离结构或离子掺杂隔离区。

所述图像传感器电荷信号干扰监测装置中设有调节式电源107及电压表108，所述调节式电源107的一端与所述光电二极管N型区101相连，所述调节式电源的另一端接地，所述电压表108的一端与所述漂浮扩散有源区104相连，所述电压表108的另一端接地。在一种实施方式中，所述第一离子掺杂类型保护层具有接触开孔，所述光电转换区经由所述接触开孔与所述调节式电源连接，即，一示例中可以理解为所述光电二极管N型区101的顶部设置有接触开孔，此接触开孔被所述光电二极管保护层(P+PIN层)102包围；所述光电二极管N型区101通过所述接触孔与所述可调电源107的一端相连。

需要说明的是，在图1中，PD所标记的是所述光电二极管N型区101与所述调节式电源107的连接端，FD所标记的是所述漂浮扩散有源区104与所述电压表108的连接端，TX-off所标记的是所述电荷传输晶体管103的栅极端。

进一步的，所述光电二极管N型区101、P⁺基体接触区105及漂浮扩散有源区104内设置有接触部109，可通过在所述接触部109中形成导电金属，以形成欧姆接触。当然，也可以采用现有的其他方式形成此处的欧姆接触。

作为示例，所述调节式电源107的电压调节范围可包括-1V～1V。

具体的，在调节所述调节式电源107时，可从负压调至正压，负压可在-1V～0V之间，正压可在0V～1V之间，本实施例中，负压最低值为-0.5V，正压最高值为0.5V，关于所述调节式电源107的种类及所述电压表108的种类此处不作过分限制。

参阅图2～图4，本实施例还提供一种采用上述图像传感器电荷信号干扰监测装置进行图像传感器电荷信号干扰的监测方法，包括以下步骤：

S1：提供所述图像传感器电荷信号干扰监测装置；

S2：将所述电荷传输晶体管103设置为关闭状态；

S3：调节所述调节式电源107的电压，获取所述电压表108的读出值；

S4：对所述电压表108的读出值进行数据分析，获取所述图像传感器的电荷信号干扰信息。

具体的，将所述电荷传输晶体管103设置为关闭状态，即TX-off设置为低压。所述调节式电源107从负压开始扫描至正压，在此过程中，监测所述电压表108的读出值的电压变化量ΔU。其中，所述负压可选为-1V～0V，所述正压可选为0V～1V。

本实施例中，所述负压选为-0.5V～0V，所述正压选为0V～0.5V，但所述调节式电源107的电压调节范围并非局限于此。当所述调节式电源107的电压从负压-0.5V到正压0.5V的过程中，所述电压表108的电压读出值的变化规律包括以下两种情况：

第一种变化规律，所述电压表108的电压读出值保持初始值不变，该结果表明所述光电二极管N型区101与地GND之间存在通路，所述光电二极管N型区101收集到的光电电荷饱和后，会将过多的光电电荷溢出到所述P型半导体基体100中，从而影响周围临近像素单元中的光电信号的采集的准确度，进而引发电荷信号干扰现象。

如图2所示，所述光电二极管N型区101的势阱记为势阱201，所述漂浮扩散有源区104的势阱记为势阱202，所述P⁺基体接触区105的势阱记为势阱203，GND连接势阱203，PD连接势阱201，FD连接势阱202，图2中相邻像素的所述光电二极管之间的隔离电势记为隔离电势Viso，所述电荷传输晶体管103的沟道电势记为沟道电势Vof_1。

在图2中，沟道电势Vof_1低于隔离电势Viso，GND与PD之间存在通路21，势阱201中的电荷饱和后而溢出，电势低于隔离电势Viso部分的光电电荷被临近该像素单元的光电二极管吸收，由于PD与FD之间不存在通路，所以PD端电压变化，显示为隔离电势，不会影响到FD端电压读出值，因此所述电压表108的电压读出值保持初始值不变。

所述第二种变化规律，所述电压表108读出值初始值先保持不变，然后读出值升高，最后读出值的最终值再保持不变，即所述光电二极管N型区101与所述漂浮扩散有源区104之间存在通路，所述光电二极管N型区101收集到光电电荷饱和后，会将过多出的光电电荷溢出，通过所述光电二极管N型区101与所述漂浮扩散有源区104之间的通路，被所述漂浮扩散有源区104收集，而不会影响到周围临近像素单元中光电信号采集的准确度。因此，该种情况可有效消除电荷信号干扰问题。

如图3所示，所述电荷传输晶体管103的沟道电势记为Vof_2，沟道电势Vof_2高于隔离电势Viso，PD与FD之间存在通路22，势阱201中的电荷饱和后而溢出，电势低于沟道电势Vof_2部分的光电电荷通过通路22被吸引到势阱202，势阱202的FD端的电压值与PD端电压值相关，FD端电压读出值跟随PD端电压值变化。

在图3中，所述调节式电源107扫描PD端电压，PD电势低于隔离电势Viso，FD电压恒定不变，为所述电压表108读出值初始值；所述调节式电源107扫描PD端电压，PD电势高于隔离电势Viso，并且低于沟道电势Vof_2，FD电压跟随PD端电压变化，由所述电压表108读出；所述调节式电源107扫描PD端电压，PD电势高于沟道电势Vof_2，FD电压恒定不变，为所述电压表108读出值的最终值。

本实施例中，所述调节式电源107扫描PD端电压，FD端电压由所述电压表108读出，第一种变化规律和第二种变化规律的电压的关系示意图如图4。

在图4中，X轴示意为所述调节式电源107扫描PD端的电压，从-0.5V到0.5V；Y轴示意为所述电压表108读出的FD端的电压，Viso为所述电压表108读出的初始值，Vof_2a和Vof_2b分别为图3所示的所述电荷传输晶体管103的沟道电势，标记为所述电压表108读出的最终值。

在图4中，曲线301～曲线304所表达的意义如下：

曲线304，(电压表显示的最终值Viso-电压表显示的初始值Viso)＝0V，代表第一种变化规律，存在电荷信号干扰问题；

曲线303，(最终值Vof_2a-初始值Viso)>0V，并且(最终值Vof_2a-初始值Viso)<0.1V，存在少量电荷信号干扰问题；

曲线302，(最终值Vof_2b-初始值Viso)>0.1V，并且(最终值Vof_2b-初始值Viso)<0.3V，不存在电荷信号干扰问题，所述光电二极管电荷信号饱和容量在目标范围内。

曲线301，(最终值Vof_2b-初始值Viso)>0.3V，不存在电荷信号干扰问题，但所述光电二极管电荷信号饱和容量降低过多不在目标范围内。

如图4所示，测量曲线位于303与304之间的产品，因电荷信号干扰问题，不符合目标参数要求；测量曲线位于301与302之间或301曲线之外的曲线的产品，因所述光电二极管N型区101的电荷信号容量不足，不符合目标参数要求；测量曲线位于302与303之间的产品符合目标参数要求，因此只有测量曲线位于302与303之间的产品才具有良好质量品质。

综上所述，本实用新型的图像传感器电荷信号干扰监测装置，通过图像传感器电荷信号干扰监测装置中电连接的像素监测结构、调节式电源及电压表，能够方便、高效、准确地监测出图像传感器的电荷信号干扰问题，可使用于产品量产工艺工程中，以对产品参数特性和质量品质稳定性进行监控，且可在产品芯片完工前进行测评分析，以及时发现不符合目标标准参数的产品，进行及时的分析处理，寻找原因，提供解决问题的方案，降低损失。因此，本实用新型的图像传感器电荷信号干扰监测装置可有效节省生产成本及时间成本。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种图像传感器电荷信号干扰监测装置，其特征在于，所述图像传感器电荷信号干扰监测装置包括：

像素监测结构，所述像素监测结构包括半导体基体、电荷传输晶体管、置于所述半导体基体中的光电转换区，其中，所述光电转换区的一侧与所述电荷传输晶体管的源极端相连，所述电荷传输晶体管的漏极端为漂浮扩散有源区，且所述半导体基体中还设置有基体接触区，所述基体接触区与所述半导体基体具有相同的导电类型并接地；

调节式电源，所述调节式电源的一端与所述光电转换区相连，所述调节式电源的另一端接地；

电压表，所述电压表的一端与所述漂浮扩散有源区相连，所述电压表的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述半导体基体中还设置有隔离区，所述隔离区包括第一隔离区、第二隔离区及第三隔离区，其中，所述第一隔离区位于所述漂浮扩散有源区远离所述光电转换区的一侧，所述第二隔离区及所述第三隔离区依次位于所述光电转换区远离所述漂浮扩散有源区的一侧，且所述基体接触区位于所述第二隔离区与所述第三隔离区之间。

3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述调节式电源的电压调节范围包括-1V～1V。

4.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述半导体基体及所述基体接触区具有第一离子掺杂类型，所述光电转换区具有第二离子掺杂类型，且所述光电转换区上还设置有第一离子掺杂类型保护层，所述第一离子掺杂类型保护层具有接触开孔，所述调节式电源经由所述接触开孔与所述光电转换区连接。

5.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述光电转换区、所述基体接触区及所述漂浮扩散有源区内设置有接触部，通过所述接触部形成欧姆接触。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的监测装置，其特征在于：所述半导体基体包括芯片区及切割道区，所述像素监测结构设置在所述切割道区。

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