在cmos上感测图像的系统和方法

专利名称：在cmos上感测图像的系统和方法
技术领域：
本发明涉及成像技术。更特别地，本发明提供用于在CMOS彩色传 感器上捕获图像的方法和系统。仅仅作为举例，本发明已经用于在N-型衬底CMOS传感器的每个像素上捕获真彩色信息。但是，应认识到 本发明具有宽得多的应用范围。
背景技术：
得到生动的图像是人类自身长期坚持不懈的努力。早在石器时代， 人类试图用洞穴图画记录他们的所见。在过去的几千年中，艺术家开发 了用画笔和帆布记录图像的技术。艺术家已能用油画准确地得到现实世 界的图像，但是油画的精确度不能与照像术相提并论。
在1826年，法国的发明人Nic6phore Ni印ce在石油衍生物涂敷的 抛光的锡铅合金盘上形成了第一个摄影图像。从那时起，摄影成像的技 术开始发展。在之后的几百年中更好的技术和设备改进了图像质量。在 最近的50年中，彩色摄影技术得到了改进并且日臻完善。在最近的十 年中，随着Kodak在1990推出的第一个可商业得到的数字式照相机， 新型的图像捕获技术数字成像迅速地变成捕获图像的流行的方法。
对于数字成像，图像传感器(或负性胶巻的数字等同物)是数字成 像器件比如数字式照像机、照像电话(camera phones)等的最重要的 元件之一。长期以来，图4象传感器基于由George Smith和Willard Boyle 在Bell实验室开发的电耦器件(CCD)技术。过去，CCD基成像装置 占据主导地位。最近，CMOS基图像传感器日益流行。
CMOS图像传感器技术通常具有数百万的传感器像素(光敏元件), 每个传感器像素包括两个到四个晶体管和一个光电二极管。通常， CMOS图像感测的常规方法使用一个np结，在N区之上施加^艮薄的 p+层以减少噪音并提高图像捕获过程中的蓝光响应。以一种方式， CMOS传感器单元10以类似于电容器的方式工作。存储在电极中的电 荷越多，跨越CMOS耗尽区的电压降越高。光子，所具有的能量可在半导体中被吸收产生自由载流子。自由载流子在电场下向CMOS传感 器的N型区移动并中和电荷和降低电势。能量结合前后的电压差提供信 号电平。然后将信号电平用作作为检测的光的量的读数，并用于形成图 像。
基于应用，CMOS传感器往往比CCD传感器具有优点。例如，与 CCD图像传感器相比，CMOS传感器通常具有更低的成本和更长的电 池寿命。结果，对于便携式成像装置，比如照像电话和傻瓜相机，CMOS 常常是优选的。在高端应用，CCD图像传感器就灵敏度而言往往不及 CMOS图像传感器。因为CMOS图像传感器的各种优点，CMOS图像 传感器的技术迅速发展。随着像素尺寸缩小和MOS晶体管沟道长度缩 短，CMOS图像传感器的分辨率增加。虽然图像传感器分辨率的增加往 往改善图像清晰度，但是降低的像素大小和增加的噪音水平已经成为改 进图像质量的障碍。已经开发各种技术以改善电平性能，比如结构和电 路的改进。例如，已经开发各种系统和方法以提供分色。在过去，三种 主要的方法用于提供分色滤色器、叠加结的光电二极管、和结分离。 遗憾的是，上述技术对于图像感测和分色往往是不充分的。通过在以下 充分说明的本发明，已经至少部分地克服了常规方法的这些及其它的限 制。
因此，需要CMOS图像感测器件的改进的方法和系统。

发明内容
本发明涉及成像技术。更特别地，本发明提供用于在CMOS彩色传 感器上捕获图像的方法和系统。仅仅作为举例,本发明已经用于在N-型 衬底CMOS传感器的每个像素上捕获真彩色信息。但是，应认识到本 发明具有宽得多的应用范围。
根据一个实施方案，本发明提供CMOS图像感测像素。所述像素包 括n-型衬底。所述像素也包括覆盖所述n-型衬底的p-型外延层。所述 像素另外包括覆盖所述p-型外延层的n-型层。以及在n型层上覆盖的p 型层。另外，所述像素包括在p-型外延层和n-型层之间形成的pn结。 此外，所述像素包括连接到所述CMOS图像感测像素的控制电路。根据另一个实施方案，本发明提供使用CMOS图像传感器确定颜色 的方法。所述CMOS图像传感器包括n-型衬底和p-型层，所述p-型层 覆盖所述n-型衬底。所述方法包括在所述n-型衬底上施加第一电压的 步骤。所述方法还包括得到第一输出的步骤，其与第一电压有关。所述 方法另外包括在所述n-型村底上施加第二电压的步骤。另外，所述方法 包括得到第二输出的步骤，其与第一电压有关。另外，所述方法包括在 所述n-型衬底上施加第三电压的步骤。所述方法另外包括得到第三输出 的步骤，其与第一电压有关。所述方法也包括提供多个加权因子的步骤。 所述方法包括基于所述多个加权因子、第一输出、第二输出和第三输出 确定颜色。
根据一个替代的实施方案，本发明提供形成CMOS图像感测像素的 方法，所述CMOS图^f象感测^像素配置用于确定颜色。所述方法包括提 供具有第一厚度和第一宽度的n-型衬底的步骤。所述方法还包括形成 p-型层的步骤，所述p-型层覆盖所述n-型衬底。所述p-型层具有第二 厚度和第二宽度。第二厚度和第二宽度与光特性有关。所述方法另外包 括形成n-型层的步骤，所述n-型层覆盖所述p-型层。所述n-型层具有 第三厚度和第三宽度。另外，所述方法包括在所述p-型层和n-型层之 间形成pn结的步骤。所述pn结具有第四宽度。所述方法也包括提供控 制电路的步骤。所述控制电路电连接到n-型村底。
根据仍然另外的实施方案，本发明提供图像捕获器件。所述图像捕 获器件包括配置以便于图像捕获过程的用户界面。所述图像捕获器件还 包括配置用以接收用户输入的第一输入端。用户输入是捕获图像的指 令。所述图像捕获器件另外包括配置用以捕获图像的图像传感器。另夕卜， 所述图像捕获器件包括光学器件，定位该光学器件以提供光来在所述图 像传感器上形成图像。所述图像捕获器件还包括配置用以处理图像的处 理器。所述图像传感器包括n-型衬底，其具有第一宽度和第一厚度。所 述图像传感器还包括覆盖所述n-型衬底的p-型层。所述p-型层具有第 二宽度和第二厚度。所述第二宽度与彩色光的一种或多种特性有关。所 述图像传感器还包括覆盖所述p-型层的n-型层。所述ii-型层与第三宽 度和第三厚度有关。所述图像传感器还包括形成在所述p-型层和所述 n-型层之间的pn结。本发明相对于常规技术具有各种优点是容易理解的。如与滤色技术 相比，本发明提供捕获具有真彩色和像素的图像的方法和系统。与叠加 结技术相比，本发明更有成本效率并提供更好的成像能力。例如，本发 明能从滤色工艺中节省成本并最小化电路设计。根据一个实施方案，仅 需要三个晶体管用于实施成像像素。
基于实施方案，可以实现这些优点的一个或多个。可以参考详细说 明和随后的附图更全面地理解本发明的这些优点和各种另外的目标、特 征和优点。


图1说明用于为图4象传感器产生颜色的Bayer图案掩模滤光器。 图2A是说明用叠加结技术实施的常规图像传感器的简图。 图2B是i兌明与颜色相关的吸收系数的图。
图3是说明常规的CMOS图像传感器中利用的扩散原理的筒图。
图4是说明根据本发明的一个实施方案的CMOS图像传感器的工 作原理的简图。
图5是说明根据本发明的一个实施方案的量子效率和厚度之间关系 的筒图。
图6是说明根据本发明的一个实施方案的电压电平和积分时间之 间关系的简图。
图7是说明根据本发明的一个实施方案的图4象传感器的筒图。 图8是说明根据本发明的一个实施方案的图像传感器电路的简图。 图9是说明根据本发明的一个实施方案的图像传感器电路的筒图。
具体实施例方式
本发明涉及成像技术。更特别地，本发明提供用于在CMOS彩色传 感器上捕获图像的方法和系统。仅仅作为举例，本发明已经用于在N-型衬底CMOS传感器的每个像素上捕获真彩色信息。但是，应认识到本 发明具有宽得多的应用范围。
如以上讨论的，已经开发各种技术为CMOS基图像传感器提供颜色 分离。常规方法涉及使用滤色器、叠加结的光电二极管、和结分离。然 而，常规技术往往是不充分的。
使用滤色器分离颜色已经成为流行的技术。该技术基于三基色红 色、绿色和蓝色(RGB)的加合性原理。三基色组合的时候，它们能够 产生任何其他颜色。为使用滤色器技术，使用滤色器产生颜色。图l说 明了用于为图像传感器产生颜色的Bayer图案掩模滤光器。该图仅仅 仍是举例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域技术人员会 知道许多变化、替代方案和改变。Bayer掩模100被分成许多像素，以 使得具有某波长的光传递到特定的像素。例如，四个像素滤光器的组105 包括布置为正方形的三种滤色器，其包括红色滤光器101、绿色滤光器 102、蓝色滤光器103和红色滤光器104。在所述滤色器下的每个像素基 本上仅捕获与该特定颜色相关的光级。最后形成的最终图像是所述像素 和其周围像素的值的计算和内插的结果。例如，来自在红色滤光器101 下像素的红色信号是周围绿色像素的平均。然而，由于每个像素的颜色 是计算和内插的结果而不是具体像素的实际颜色，所以没有得到那些像
素的真彩色值。结果，所捕获图像的颜色可能偏移，有时滤光器和内插 法产生不希望的假像。
为了在每个像素上产生"真实的"颜色，已经开发了其它的颜色分离 技术。例如，有时使用叠加结技术提供颜色分离。图2A是说明用叠加 结技术实施的常规图像传感器的简图。该图仅仅是举例，其不应该不适 当地限制权利要求的范围。本领域技术人员会知道许多变化、替代方案 和改变。所述叠加结图像传感器200包括三个颜色层。 一个蓝光二极管 202覆盖在绿光二极管204上，所述绿光二极管204覆盖在红光二极管 206上。每个二极管在一个n-型区域下面从而形成pn结。在图像感测 和颜色分离过程期间，首先通过蓝光二极管202，然后是绿光二极管204， 最后是红光二极管206。
与使用滤色器的图像传感器的结构相比，叠加结图像传感器200的 结构相对更复杂。因此，其往往更昂贵，并且难以生产叠加结图像传感器。例如，叠加结图像传感器的制造需要用来形成颜色层的另外的外延步骤、和进行连接与隔离的另外的结构。另外，由于有限的结电容，叠加结图像传感器往往具有噪音。例如，因为在硅中少数载流子的寿命通常较长，所以沿硅中结的结展开在改变收集效率方面几乎没有效果。
叠加结技术的原理基于与受吸收系数支配的硅深度相关的吸收衰减。吸收系数越小，衰减越快。例如，蓝色光子比绿色光子和红色光子
具有更高的吸收系数，因此衰减更快。图2B是说明与颜色相关的吸收系数的图。该图仅仅仍是举例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域技术人员会知道许多变化、替代方案和改变。如图2B所示，随着硅深度增加，蓝色光子通量曲线212下降最快。因为绿色的吸收系数在蓝色与红色的吸收系数之间，所以绿色光子通量曲线211在蓝色光子通量曲线212与红色光子通量曲线210之间。
如以上分析的，用于图像感测的常规方法往往是不充分的。因此，需要改进的颜色分离方案。
本发明利用了与常规技术相比新型的工作原理是容易理解的。例如，用扩散原理实施的常规CMOS传感器。图3是说明在常规CMOS图像传感器中利用的扩散原理的筒图。该图仅仅仍是举例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域技术人员会知道许多变化、替代方案和改变。如图3举例说明的，CMOS图像传感器的光电二极管由np结形成，并通过电场与扩散作用收集电子。然而，硅通常具有差的光子吸收特性。结果，在耗尽区中更深处产生最多的载流子，特别是红色光。
不同的是，其中本发明以不同的原理操作。图4是说明根据本发明的一个实施方案的CMOS图像传感器的工作原理的筒图。该图仅仅仍是举例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域技术人员会知道许多变化、替代方案和改变。根据一个实施方案，如图4中举例说明的本发明利用两个耗尽区420与440。图〗象传感器400包括n-型区域410、耗尽区420、 p衬底中性区430、耗尽区440、和n-型衬底450。同常规技术相比，形成在n-型区域410和p衬底中性区430之间的np结。为使得图像传感器400正常地工作，可以改变n-型衬底450到p衬底中性区430的反偏压，以调节耗尽区440的宽度。反偏压n-型村底450的时候，p衬底中性区430之外的由光子产生的载流子不能被前部的光电二极管收集，因此没有产生额外的电压。通过改变耗尽区440的宽度，可 以调节红色或绿色光的量子效率，这是因为它们在硅中靠近n-型衬底 450的更深处被吸收。
图5是说明根据本发明的一个实施方案的量子效率和厚度之间关系 的简图。该图仅仅仍是举例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。 本领域技术人员会知道许多变化、替代方案和改变。如图5中举例说明 的，绿色通常具有最高的量子效率，而红色通常具有最低的量子效率。 另外，量子效率与厚度直接成正比。例如，随着厚度增加量子效率增加。
图6是说明根据本发明的一个实施方案的电压电平和积分时间之 间关系的简图。该图仅仅仍是举例，其不应该不适当地限制权利要求的 范围。本领域技术人员会知道许多变化、替代方案和改变。
图7是说明根据本发明的一个实施方案的图像传感器的简图。该图 仅仅仍是举例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域技术人 员会知道许多变化、替代方案和改变。所述图像传感器700包括在底部 的n-型衬底710。例如，所述n-型衬底由珪制成。在所述n-型衬底710 上覆盖p-型外延层720。根据一个实施方案，所述p-型外延层720以可 调节的掺杂浓度和厚度形成。作为一个例子，所述p-型外延层720由 p-型硅组成。例如，所述p-型外延层720具有2微米到7微米的厚度。 在所述p-型外延层720上覆盖n-型层230，使得在所述p-型外延层720 和所述n-型层230之间形成pn结。例如，所述n-型层230具有小于0.5 微米的厚度。根据某些实施方案，在所述n-型衬底710和所述p-型外 延层720之间形成外延层740。例如，所述外延层740由硅锗材料组成。 基于应用，所述硅锗材料用于提高红光吸收。例如，因为硅对红光的吸 收系数差并且有时厚p-型外延器件的引入可能导致高的电压，所以加入 硅锗材料以增强光子吸收。仅仅作为例子，基于锗的浓度，硅锗外延层 具有0.1微米~ 1微米的厚度范围。
根据一个实施方案，本发明在所述n-型衬底710上施加不同的偏压 以得到不同的颜色。偏压基于如上所述的RGB颜色的光吸收性能。根 据一个实施方案，高偏压用于蓝色光，中等偏压用于蓝色和绿色光，零 偏压用于蓝色、绿色和红色光。本发明一个实施方案的操作可以描述为三个步骤。在第一步骤中，
p-型外延层720区域短。结果，收集的载流子仅是那些在耗尽区中产生 的，所述耗尽区形成在所述p-型外延层720和所述n-型层230之间。在 第一步骤期间，来自所述图像传感器的电压响应主要是由于蓝光。在第 一步骤中的电压响应可以根据以下方程式表示。
AV响应-BAVb+glAVg+rlAVr (方程式1)
根据方程式l， B是蓝色的加权因子。术语AVb表示由于蓝色的响 应。术语glAVg表示由于绿色的电压响应。术语rlAVr表示由于红色 的电压响应。
在第二步骤中，施加与绿色相关的偏压。在第一步骤中的电压响应 可以根据以下方程式表达。
AV响应-BAVb+b2AVbl+GAVg+glAVg十(rl+r2 ) AVr (方禾呈式2 )
根据方程式2， B是蓝色的加权因子。G是绿色的加权因子。术语 BAVb表示由于蓝色的响应。术语GAVg表示由于绿色的响应。术语 g2AVg表示由于绿色的电压响应。术语r2AVr表示由于红色的电压响 应。注意到在第二步骤中绿色对电压响应的贡献4艮大。此外，通过从方 程式1减去方程式2可以得到对绿色的电压响应。
在笫二步骤中，施加与红色颜色相关的偏压。例如，红色的偏压为 零。在第一步骤中的电压响应可以;恨据以下方程式表达。
AV响应-BAVb+b3AVbl+GAVg十(gl+g3 ) AVg十(rl+r2 ) AVr+RAVr (方禾呈式3 )
根据方程式3， B是蓝色的加权因子。G是绿色的加权因子。R是 红色的加权因子。术语BAVb表示由于蓝色的响应。术语GAVg表示由 于绿色的响应。术语RAVr表示由于红色的响应。术语g2AVg表示由于 绿色的电压响应。术语r2AVr表示由于红色的电压响应。注意到在第 二步骤中绿色对电压响应的贡献很大。此外，通过从方程式2减去方程 式3可以得到绿色的电压响应。
应理解对于具体的图像传感器可以确定和校准加权因子B、 G、 R。 根据各种实施方案，本发明提供具有固定的光电二极管耗尽的颜色分离方案，其可简化电路设计和工艺。图8是说明根据本发明的一个实施方 案的图像传感器电路的简图。该图仅仅是举例，其不应该不适当地限制 权利要求的范围。本领域技术人员会知道许多变化、替代方案和改变。 如图8举例说明的，根据电压变化，对于蓝色、绿色和红色，使用三个 晶体管830、 840和850。
图9是说明根据本发明的一个实施方案的图像传感器电路的简图。 该图仅仅仍是举例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域技 术人员会知道许多变化、替代方案和改变。所述CMOS传感器10包括 光检测器13、源跟随器晶体管(source follow transistor) 15、行选择 晶体管16,和CMOS电路18。仅仅作为例子，所述CMOS传感器10 中的晶体管控制接通和断开状态以在合适时间读取光信号。根据一个实 施方案，典型操作涉及三个步骤，每个步骤用于捕获单种颜色蓝色、 绿色或红色。背侧是反偏压pn结。进行蓝色光吸收的时候，使用高电 压，使得不会收集红色和绿色光子。当进行绿色光吸收的时候，使用降 低的偏压，并且绿色光子将加入到响应中。最后，除去所有的背侧偏压 以聚集所有的光子。如仅仅作为例子，背侧偏压与主要的电路信号处理 时序同步。
根据一个实施方案，本发明提供CMOS图像感测像素。所述像素包 括n-型衬底，其具有第一宽度和第一厚度。所述像素也包括覆盖所述 n-型衬底的p-型外延层。所述p-型外延层具有第二宽度和第二厚度。所 述第二宽度与有色光的一种或多种特性相关。所述像素另外包括覆盖所 述p-型外延层的n-型层。所述n-型层与第三宽度和第三厚度有关。另 外，所述像素包括在所述p-型外延层和所述n-型层之间形成的pn结。 此外，所述像素包括连接到所述CMOS图像感测像素的控制电路。
根据另一个实施方案，本发明提供使用CMOS图像传感器确定颜色 的方法。所述CMOS图像传感器包括n-型衬底和p-型层，所述p-型层 覆盖所述n-型衬底。该方法包括在所述n-型衬底上施加第一电压的步 骤。该方法也包括得到第一输出的步骤，所述第一输出与第一电压有关。 该方法另外包括在所述n-型衬底上施加第二电压的步骤。另外，该方法 包括得到第二输出的步骤，其与第一电压有关。另外，该方法包括在所 述n-型衬底上施加第三电压的步骤。该方法另外包括得到第三输出的步骤，其与第一电压有关。该方法也包括提供多个加权因子的步骤。该方 法包括基于多个加权因子、第一输出、第二输出、和第三输出确定颜色。
例如，根据图7举例说明的所述实施方案。
根据一个替代实施方案，本发明提供形成CMOS图像感测像素的方 法，其配置用于确定颜色。该方法包括提供具有第一厚度和第一宽度的 n-型衬底的步骤。该方法还包括形成p-型层的步骤，所述p-型层覆盖所 述ii-型衬底。所述p-型层具有第二厚度和第二宽度。第二厚度和第二 宽度与光性能相关。所述方法另外包括形成n-型层的步骤，所述n-型 层覆盖所述p-型层。所述n-型层具有第三厚度和第三宽度。另外，该 方法包括在所述p-型层和所述n-型层之间形成pn结的步骤。所述pn 结具有第四宽度。该方法也包括提供控制电路的步骤。所述控制电路电 连接到n-型衬底。例如，根据图7举例说明的所述实施方案。
根据仍然另外的实施方案，本发明提供图像捕获器件。所述图像捕 获器件包括配置以便于图像捕获过程的用户界面。所述图像捕获器件还 包括配置用以接收用户输入的第 一输入端。用户输入是捕获图像的指 令。所述图像捕获器件另外包括配置用以捕获图像的图像传感器。另外， 所述图像捕获器件包括光学器件，定位该光学器件以提供光来在所述图 像传感器上形成图像。所述图像捕获器件还包括配置用以处理图像的处 理器。所述图像传感器包括n-型衬底，其具有第一宽度和第一厚度。所 述图像传感器还包括覆盖所述n-型衬底的p-型层。所述p-型层具有第 二宽度和第二厚度。第二宽度与彩色光的一种或多种特性有关。所述图 像传感器还包括覆盖所述p-型层的n-型层。所述n-型层与第三宽度和 第三厚度有关。所述图像传感器还包括形成在所述p-型层和所述n-型 层之间的pn结。例如，根据图7举例说明的所述实施方案。
本发明在许多方面相对于滤色器技术和叠加结技术提供了改进是 容易理解的。例如，将颜色分离能力集成在一个像素中与使用几个像素 的滤色器相比具有大的优势。用每个单个的像素捕获真彩色具有更好的 颜色分辨率并产生更好的图像质量。因此叠加结技术往往提供更好的图 像质量。然而，为达到该分辨率，所述叠加结技术通常牺牲面积和成本。 通常，所述叠加结技术要求三个以上的晶体管以单独地控制蓝色、绿色 和红色光电二极管。与常规的三个晶体管设计相比，这些硬件要求降低了缩小像素大小的能力。例如，绿光和红光二极管的接触塞和接触占据 宝贵的像素面积。结果，像素变得难以缩小至小于某尺寸。此外，额外 的两个外延层不但增加成本，而且使得在制造工艺期间难以控制产量和
一致性。更多的晶体管使得电路更难以设计和处理。例如，根据图7和 9举例说明了所述实施方案。
其中，本发明在图像捕获过程中提供了更好的颜色分离能力和更低 的噪音水平。通常，颜色分离能力是与长的扩散作用长度相关的本征性 能。通常，二极管量子效率对耗尽宽度具有很小的依赖性。
噪音水平通常与结电容相关。例如，结电容与反偏压逆相关。通常， 根据以下方程式描述电容
V=l/C2 (方程式4 )
如由方程式4说明的，小的电容得到大的AV，这是因为AV=AQ/C。 即使具有固定的噪音水平AQ， AV也会更大。通常AQ随着反偏压的提 高而增大。
就颜色分离能力和较低的噪音水平而言，本发明提供了改进和更好 的方案。在所述n-型衬底和所述p-型层之间反向偏压的耗尽区作为控 制光子产生的载流子流入有源像素区的阀。例如，本发明能通过缩小或 变大p-型层的宽度来显著地改变所述光电二极管的量子效率。根据各种 实施方案，本发明不需要调节有源像素的偏压或电容变化。结果，噪音 水平可以保持不变。
应理解本发明中描述的实例和实施方案仅用于说明性的目的，而且本 领域技术人员会知道其各种的改变或变化，这些改变或变化在本申请的精 神和范围以及所附权利要求的范围之内。
权利要求
1. 一种CMOS图像感测像素，包含n-型衬底，覆盖所述n-型衬底的p-型外延层，覆盖所述p-型外延层的n-型层，n-型层由离子注入到p外延层内形成，在n型层上还可形成有离子注入的覆盖n-型层的浅p型层；在所述p-型外延层和所述n-型层之间形成的pn结；连接到所述CMOS图像感测像素的控制电路。
2. 权利要求1的CMOS图像感测像素，其中所述p-型外延层包括 硅材料。
3. 权利要求1的CMOS图像感测像素，其中所述p-型外延层的厚 度为2微米~7微米。
4. 权利要求1的CMOS图像感测像素，其中所述控制电路包括颜 色选择元件。
5. 权利要求1的CMOS图像感测像素，其中所述n-型衬底包括珪 材料。
6. 权利要求1的CMOS图像感测像素，还包含第一外延层，所述 第一外延层位于所述n-型衬底和所述p-型硅外延层之间。
7. 权利要求6的CMOS图像感测像素，其中所述第一外延层包括 硅锗材料。
8. 权利要求1的CMOS图像感测像素，其中所述n-型衬底包括硅 材料。
9. 权利要求1的CMOS图像感测像素，其中所述第二宽度与量子 效率相关。
10. 权利要求1的CMOS图像感测像素，其中所述第二宽度与量子 效率相关，所述量子效率与颜色相关。
11. 使用CMOS图像传感器确定颜色的方法，其中所述CMOS图 像传感器包括n-型衬底和p-型层，所述p-型层覆盖所述n-型衬底，该 方法包括在所述n-型衬底上施加第一电压；得到第一输出，所述第一输出与所述第一电压相关；在所述n-型衬底上施加第二电压；得到第二输出，所述第二输出与所述第一电压相关；在所述n-型衬底上施加第三电压；得到第三输出，所述第三输出与所述第一电压相关；提供多个加权因子；基于所述多个加权因子、所述第一输出、所述第二输出、和所述第 三输出确定颜色。
12. 权利要求ll的方法，其中所述第一电压和第一输出与第一颜色 相关。
13. 权利要求ll的方法，其中所述多个加权因子包括 第一加权因子，所述第一加权因子与红色相关； 第二加权因子，所述第二加权因子与绿色相关； 第三加权因子，所述第三加权因子与蓝色相关。
14. 权利要求12的方法，其中所述第一颜色是蓝色。
15. 权利要求ll的方法，其中所述颜色包括第一部分、第二部分和 第三部分，基于所述第一输出、所述第二输出和所述第三输出确定颜色， 包括基于所述第一输出确定第一部分；基于所述第二输出和所述第一部分确定所述第二部分；基于所述第三输出、所述第一部分、和所述第二部分确定所述第三 部分。
16. 权利要求ll的方法，其中 所述第一电压高于所述第二电压； 所述第三电压可为零。
17. 权利要求ll的方法，其中 所述第一输出与蓝色相关； 所述第二输出与蓝色和绿色相关；所述第三输出与蓝色、绿色和红色相关。
18. —种形成CMOS图像感测像素的方法，配置所述CMOS图像感测像素用于确定颜色，该方法包括提供n-型衬底，所述n-型衬底具有第一厚度和第一宽度；形成p-型层，所述p-型层覆盖所述n-型衬底，形成n-型层，所述n-型层覆盖所述p-型层，所述n-型层由离子注入到p外延层内形成，在n型层上还可形成有离子注入的覆盖n-型层的浅p型层；在所述p-型层和所述n-型层之间形成pn结，所述pn结具有第四宽度；提供控制电路，所述控制电路电连接到所述n-型衬底。
19. 权利要求18的方法，还包括在所述n-型衬底和所述p-型层之间形成外延层。
20. 权利要求19的方法，其中所述外延层包括硅锗材料。
21. 权利要求20的方法，其中所述硅锗材料的特征在于0.1微米~1微米的厚度。
22. 权利要求20的方法，其中所述硅锗材料的特征在于厚度，所述厚度与珪锗浓度比相关。
23. —种成像捕获器件，包含配置以便于图像捕获过程的用户界面；配置用以接收用户输入的第一输入端，所述用户输入为捕获图像的指令；配置用以捕获图像的图像传感器；光学器件，定位所述光学器件以提供光来在所述图^象传感器上形成图像；配置用以处理图像的处理器；其中所述图像传感器包含n-型衬底，覆盖所述n-型村底的p-型层，覆盖所述p-型层的由离子注入形成的n-型层，在n型层上还可形成有离子注入的覆盖n-型层的浅p型层，在所述p-型层和所述n-型层之间形成的pn结。
全文摘要
在CMOS上感测图像的系统和方法。根据一个实施方案，本发明提供CMOS图像感测像素。所述像素包括n-型衬底，和-P型外延层，形成的二极管np结的宽度和彩色光谱在像素单元中的吸收与收集特性相关。通过外围电路来控制三种不同的np结宽来达到分辨光波长的功能。此外，所述像素包括连接到所述CMOS图像感测像素的控制电路。
文档编号H01L27/146GK101459184SQ200710094550
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者虹 朱, 杨建平 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司