改良黑电平校准的图像传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种改良黑电平校准的图像传感器，包含感光像素阵列和遮光像素阵列，遮光像素阵列中包含抽取半导体基体中溢出电荷的像素和黑电平校准像素，抽取半导体基体中溢出电荷的像素位于感光像素阵列与黑电平校准像素之间，将感光像素阵列与黑电平校准像素隔离开。黑电平校准像素所采集的是真实的无光信号，能够避免黑电平像素受到半导体基体中溢出的电荷的干扰，进而提升了图像传感器黑电平校准的准确性，提高图像传感器所采集到的图像质量。
【专利说明】
改良黑电平校准的图像传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种图像传感器，尤其涉及一种改良黑电平校准的图像传感器。
【背景技术】
[0002]图像传感器像素阵列中，一般包含感光像素阵列和遮光像素阵列两部分。感光像素阵列用来感知并采集图像信息，而遮光像素阵列所采集到的信息用做图像信息处理中的基准信息校准；也就是说，真实的图像信息等于感光像素采集的信息减去遮光像素采集的信息，遮光像素也称为黑电平校准像素，此方法在业内称为黑电平校准操作。为了保证黑电平校准的准确性，黑电平校准像素不能受到来自外界光线和来自半导体基体中电荷的干扰，一般在遮光像素上面使用高层金属遮光以避免光射入到黑电平校准像素中；而半导体基体中的电荷，是由于感光像素光电二极管饱和而光电电荷溢出产生的，此部分溢出电荷会通过基体传递到黑电平校准像素中，进而黑电平校准像素会采集到这部分电荷信号，所以黑电平校准像素采集的信息并不是真正的无光基准信号，因此影响了图像传感器的黑电平校准的质量。
[0003]现有技术中的图像传感器，以采用CMOS图像传感器像素为例，如图1所示。图1中，101为光电二极管，102为P型阱，103为漂浮有源区，104为电荷传输晶体管，105为复位晶体管，106为源跟随晶体管，107为选择晶体管，STI为浅槽隔离区，Vdd为电源电压。采用图1所示像素单元排列成的像素阵列的切面示意图如图2所示，为了叙述更加清晰，图2中未示出复位晶体管、源跟随晶体管和选择晶体管。图2中，感光像素区域的像素用来感知外界光线信息，遮光像素区域使用金属200遮光，遮光像素区域的像素作为黑电平校准像素以实现图像传感器黑电平校准操作；图2中，201和202为感光像素区域的光电二极管，203?206为黑电平校准像素的光电二极管，207为P型阱区，208为像素中的电荷传输晶体管；其中，所有像素的光电二极管都置于半导体基体中，并且使用P型区207相互隔离；在像素曝光期间，208处于关闭状态。
[0004]图2所示现有技术的图像传感器像素阵列，感光像素区域的像素受到强光照射，201和202光电二极管饱和，并且过多的光电电荷溢出到半导体基体中，溢出的电荷会在半导体基体中移动，在像素之间相互串扰；感光像素中溢出的电荷最先移动到203光电二极管附近，由于203区电势较高，半导体基体中的溢出电荷被203收集，203饱和后，基体中的电荷会继续移动到204附近而被吸取，若204饱和，基体中的电荷会继续移到205，依次类推。由此可见，在强光环境下，黑电平校准像素采集的信号受到了半导体基体中的溢出电荷影响，光线越强影响越大，黑电平像素采集的不是真实的无光信号，所以降低了图像传感器黑电平校准的准确性。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种能提升图像传感器黑电平校准的准确性、提高图像传感器所采集到的图像质量的改良黑电平校准的图像传感器。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本实用新型的改良黑电平校准的图像传感器，包含感光像素阵列和遮光像素阵列，所述遮光像素阵列中包含抽取半导体基体中溢出电荷的像素和黑电平校准像素，所述抽取半导体基体中溢出电荷的像素位于所述感光像素阵列与所述黑电平校准像素之间，将所述感光像素阵列与所述黑电平校准像素隔离开。
[0008]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的改良黑电平校准的图像传感器，由于遮光像素阵列中包含抽取半导体基体中溢出电荷的像素和黑电平校准像素，抽取半导体基体中溢出电荷的像素位于感光像素阵列与黑电平校准像素之间，将感光像素阵列与黑电平校准像素隔离开，黑电平校准像素所采集的是真实的无光信号，能够避免黑电平像素受到半导体基体中溢出的电荷的干扰，进而提升了图像传感器黑电平校准的准确性，提高图像传感器所采集到的图像质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是现有技术中的图像传感器像素单元示意图；
[0010]图2是现有技术中的图像传感器像素阵列的切面示意图；
[0011]图3是本实用新型实施例提供的改良黑电平校准的图像传感器的像素阵列平面示意图；
[0012]图4是本实用新型实施例提供的改良黑电平校准的图像传感器的像素单元电路示意图；
[0013]图5是本实用新型实施例提供的改良黑电平校准的图像传感器的像素阵列切面示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
[0015]本实用新型的改良黑电平校准的图像传感器，其较佳的【具体实施方式】是:
[0016]包含感光像素阵列和遮光像素阵列，所述遮光像素阵列中包含抽取半导体基体中溢出电荷的像素和黑电平校准像素，所述抽取半导体基体中溢出电荷的像素位于所述感光像素阵列与所述黑电平校准像素之间，将所述感光像素阵列与所述黑电平校准像素隔离开。
[0017]所述抽取半导体基体中溢出电荷的像素至少为2个像素单元。
[0018]所述抽取半导体基体中溢出电荷的像素中包括光电二极管，所述光电二极管与电源连通。
[0019]所述抽取半导体基体中溢出电荷的像素中包括电荷转移晶体管，所述电荷转移晶体管处于开启状态，其栅极电压大于等于0.5倍的电源电压。
[0020]所述抽取半导体基体中溢出电荷的像素中包括复位晶体管，所述复位晶体管处于开启状态，其栅极电压大于等于0.5倍的电源电压。
[0021]所述抽取半导体基体中溢出电荷的像素中包括选择晶体管，所述选择晶体管处于关闭状态，其栅极电压为0V。
[0022]本实用新型的改良黑电平校准的图像传感器，抽取半导体基体中溢出电荷像素中的光电二极管处于高电势状态，会吸取其附近的移动电荷，然后通过开启的电荷传输晶体管导入到电源正极，从而截断了感光像素区域的光电二极管因饱和而溢出的过多电荷向黑电平校准像素区域的移动途径。因此，本实用新型的图像传感器像素阵列中，黑电平校准像素所采集的是真实的无光信号，能够避免黑电平像素受到半导体基体中溢出的电荷的干扰，进而提升了图像传感器黑电平校准的准确性，提高图像传感器所采集到的图像质量。
[0023]具体实施例:
[0024]为了提升图像传感器黑电平校准的质量，避免黑电平校准像素受到基体中游走电荷的干扰，本实用新型从改善图像传感器像素阵列结构入手，在黑电平校准像素与感光像素之间插入抽取半导体基体中溢出电荷像素，此像素的结构与感光像素和黑电平校准像素结构相同，但工作方法不同，并且抽取半导体基体中溢出电荷像素与黑电平校准像素同样属于遮光像素区域的像素。抽取半导体基体中溢出电荷的像素用来吸取基体中的移动电荷，然后导入到电源正极，以避免黑电平像素受到半导体基体中溢出的电荷的干扰，进而来提升黑电平校准的准确性，以便提高图像传感器所采集到的图像质量。
[0025]本实施例以CMOS图像传感器像素为例加以详细阐述本实用新型的特征:
[0026]图像传感器像素阵列结构平面示意图如图3所示。图3中，301所示区域为感光像素区域，302和303所示区域为遮光像素区域，并且302为抽取半导体基体中溢出电荷像素区域，303为黑电平校准像素区域；所示AB虚线为位置标志线；所述302区域的像素，至少为2个像素单元，意思是至少为2列像素或2行像素，以隔离301和303区域。301区域的像素单元为301a，302区域的像素单元为302a，303区域的像素单元为303a。301a、302a、303a的像素结构相同，如图4所示。
[0027]图4所示，401为光电二极管，402为电荷传输晶体管，403为复位晶体管，404为源跟随晶体管，405为选择晶体管，Vdd为电源电压，TX为402的栅极端，RX为403的栅极端，SX为405的栅极端，FD为漂浮有源区。图3中，所述30la、302a、303a三者的工作方式有区别；301a和303a的工作方式相同，为正常的像素工作方式，即都会使用像素清除电荷一像素曝光一读取复位信号一转移光电电荷一读取光电电荷信号的工作模式。而在图像传感器工作期间，302a的工作方式为，电荷传输晶体管402置为开启状态，其栅极TX置为高电压，栅极电压大于等于0.5倍的电源电压；复位晶体管403置为开启状态，其栅极RX置为高电压，栅极电压大于等于0.5倍的电源电压；选择晶体管405置为关闭状态，其栅极SX置为地电压0V。302区域的像素302a的工作方式的目的是，将光电二极管401与电源Vdd连通。
[0028]图3所示的图像传感器像素阵列，所示AB虚线位置的切面示意图如图5所示，为了清晰地阐述本实用新型的特征，复位晶体管、源跟随晶体管和选择晶体管未在图5中示出，图5中的302区域示出的是2个像素单元。图5中，遮光像素区域302和303覆盖有金属500，500用来遮光，以避免入射的光线进入下方的像素光电二极管503?506中；在301区域，上方的入射光线射入光电二极管501和502中，501和502产生光电电荷。像素阵列中的光电二极管501?506都置于半导体基体中，所有像素都使用同一个半导体基体；图5所示的507为P型阱区，像素阵列区域，除了光电二极管和电荷转移晶体管外其它器件都制作在P型阱区，P型阱的另一作用是隔离半导体基体中的器件，包含光电二极管之间的隔离；STI为浅槽隔离区域，属于CMOS逻辑工艺。
[0029]图5所示，302区域的像素中的电荷传输晶体管的栅极端TX置为高电压，其电压大于等于0.5的电源电压，其它晶体管如复位晶体管和选择晶体管的工作状态如上面所述。图5中，301区的光电二极管被强光照射，501和502因电荷饱和而溢出，溢出的电荷在半导体基体中游走移动，移动到503区附近的电荷因为503电势高而被吸取，然后通过开启电荷转移晶体管导入FD区，最后被电源正极吸收；但也会有少量电荷，未来得及被503吸取，而移动到504附近，504的电势同样是高电势，所以504也会吸取此部分的电荷，同样最后也被电源正极吸收；因此，基体中不会有电荷逃过503和504而移动到303区域的505区，302区域的光电二极管截断了感光像素区域的光电二极管因饱和而溢出的过多电荷向黑电平校准像素区域的移动途径。因此，本实用新型的图像传感器像素阵列中，黑电平校准像素所采集的是真实的无光信号，进而提升了图像传感器黑电平校准的准确性。
[0030]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种改良黑电平校准的图像传感器，包含感光像素阵列和遮光像素阵列，其特征在于，所述遮光像素阵列中包含抽取半导体基体中溢出电荷的像素和黑电平校准像素，所述抽取半导体基体中溢出电荷的像素位于所述感光像素阵列与所述黑电平校准像素之间，将所述感光像素阵列与所述黑电平校准像素隔离开。
2.根据权利要求1所述的改良黑电平校准的图像传感器，其特征在于，所述抽取半导体基体中溢出电荷的像素至少为2个像素单元。
3.根据权利要求1所述的改良黑电平校准的图像传感器，其特征在于，所述抽取半导体基体中溢出电荷的像素中包括光电二极管，所述光电二极管与电源连通。
4.根据权利要求1、2或3所述的改良黑电平校准的图像传感器，其特征在于，所述抽取半导体基体中溢出电荷的像素中包括电荷转移晶体管、复位晶体管和选择晶体管。
【文档编号】H01L27/146GK204089994SQ201420507179
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】郭同辉, 旷章曲 申请人:北京思比科微电子技术股份有限公司