成像系统、图像传感器像素以及构造图像传感器像素的方法与流程

本申请涉及成像系统的，并且特别涉及作为成像系统的一部分的图像传感器像素。

背景技术：

1、图像传感器在诸如蜂窝电话、相机和计算机之类的电子设备中用来捕获图像。具体地，电子设备设置有按网格图案布置的图像传感器像素阵列。每个图像传感器像素接收入射光子诸如光，并将这些光子转换为电信号。将列电路耦合到每个列以用于读出来自每个图像传感器像素的传感器信号。

2、在某些应用中，图像传感器像素的光电二极管可充满电子形式的电荷，且过量产生的电子可“溢出”或迁移到相邻图像传感器像素的光电二极管中。当图像传感器暴露于强光时，可能会产生这些过量的电子，这些电子可被称为光晕电荷。在这些情况下，光晕(blooming)电荷可能在所得的图像中产生各种不希望的伪影。

技术实现思路

1、光晕性能是关键的像素度量，特别是在溢出模式像素中。在溢出像素中，可使用抗光晕(anti-blooming)注入物来引导光晕电荷以流动穿过转移栅极。此类抗光晕注入物有助于降低转移栅极下的电位，这减轻了光晕问题。然而，在极端光条件下，这种抗光晕注入物不足以处理溢出光晕。

2、可使用专用抗光晕栅极来处置溢出光晕。然而，添加抗光晕栅极会显著增加面积开销，且可导致光电探测器暗信号非均匀性(dsnu)降级。因此，本公开提供了方法、成像系统及图像传感器像素，除其他之外，其使用降低光电探测器与电压源触点之间的势垒的抗光晕注入物来处理溢出光晕。

3、一个示例是图像传感器像素，其包括：光电探测器，该光电探测器定位在半导体衬底中并且响应于入射光而生成电荷；栅极氧化物层，该栅极氧化物层定位在该半导体衬底上；浮动扩散部；转移晶体管，该转移晶体管具有定位在该栅极氧化物层的与该半导体衬底相对的一侧上的转移栅极，其中该转移晶体管将由该光电探测器生成的该电荷转移到该浮动扩散部；第一抗光晕注入物，该第一抗光晕注入物定位在该半导体衬底中，其中该第一抗光晕注入物耦合到该光电探测器和该浮动扩散部，以将由该光电探测器生成的光晕电荷转移到该浮动扩散部，并且其中该第一抗光晕注入物与该转移栅极至少部分地重叠；电压源触点；以及第二抗光晕注入物，该第二抗光晕注入物定位在该半导体衬底中，其中该第二抗光晕注入物耦合到该光电探测器和该电压源触点以将由该光电探测器生成的该光晕电荷转移到该电压源触点。

4、在该示例性图像传感器像素中，该第二抗光晕注入物可被进一步配置以使得该第二抗光晕注入物上的势垒大于该第一抗光晕注入物上的势垒。可利用第一掩模在该半导体衬底中形成该第一抗光晕注入物，并且其中可利用第二掩模在该半导体衬底中形成该第二抗光晕注入物。该第二抗光晕注入物可被配置为窄于该第一抗光晕注入物，使得该第二抗光晕注入物上的该势垒大于该第一抗光晕注入物上的该势垒。该第二抗光晕注入物的掺杂程度可被配置为将该第二抗光晕注入物上的该势垒设置为大于该第一抗光晕注入物上的该势垒。

5、该示例性图像传感器像素还可以包括定位在栅极氧化物层与光电探测器之间的钉扎注入物，其中施加在电压源触点处的偏置电压大于光电探测器的钉扎电压。电压源触点可耦合到正电源端子或独立控制线。

6、另一个示例是一种成像系统，该成像系统包括：透镜系统；成像控制器；以及图像传感器，该图像传感器与该透镜系统成操作关系并且电耦合到该成像控制器，其中该图像传感器包括图像传感器像素阵列。每个图像传感器像素可包括：光电探测器，该光电探测器响应于入射光而生成电荷；栅极氧化物层；浮动扩散部；转移晶体管，该转移晶体管将由该光电探测器生成的该电荷转移到该浮动扩散部；第一抗光晕注入物，该第一抗光晕注入物耦合到该光电探测器和该浮动扩散部以将由该光电探测器生成的光晕电荷转移到该浮动扩散部；电压源触点；以及第二抗光晕注入物，该第二抗光晕注入物耦合到该光电探测器和该电压源触点以将由该光电探测器生成的该光晕电荷转移到该电压源触点。

7、在该示例性成像系统中，该第二抗光晕注入物可被进一步配置以使得该第二抗光晕注入物上的势垒大于该第一抗光晕注入物上的势垒。可利用第一掩模形成该第一抗光晕注入物，并且其中可利用第二掩模形成该第二抗光晕注入物。该第二抗光晕注入物可以窄于该第一抗光晕注入物，使得该第二抗光晕注入物上的该势垒大于该第一抗光晕注入物上的该势垒。该第二抗光晕注入物的掺杂程度可被配置为将该第二抗光晕注入物上的该势垒设置为大于该第一抗光晕注入物上的该势垒。

8、该示例性成像系统还可包括钉扎注入物，其中施加在电压源触点处的偏置电压可大于光电探测器的钉扎电压。电压源触点可耦合到正电源端子或独立控制线。

9、成像系统可以是选自由以下项构成的组中的至少一者：汽车、车辆、相机、蜂窝电话、平板计算、网络摄像头、摄像机、视频监控系统和视频游戏系统。

10、又一示例是一种用于构造图像传感器像素的方法，该方法包括：在半导体衬底中形成光电探测器，其中该光电探测器响应于入射光而生成电荷；在该半导体衬底上形成栅极氧化物层；形成浮动扩散部；在该栅极氧化物层的与该半导体衬底相对的一侧上形成转移栅极；在该半导体衬底中形成第一抗光晕注入物，其中该第一抗光晕注入物耦合到该光电探测器和该浮动扩散部，以将由该光电探测器生成的光晕电荷转移到该浮动扩散部，并且其中该第一抗光晕注入物与该转移栅极至少部分地重叠；形成电压源触点；以及在该半导体衬底中形成第二抗光晕注入物，其中该第二抗光晕注入物耦合到该光电探测器和该电压源触点，以将由该光电探测器生成的该光晕电荷转移到该电压源触点。

11、在该示例性方法中，在该半导体衬底中形成该第二抗光晕注入物还可包括配置该第二抗光晕注入物，使得该第二抗光晕注入物上的势垒大于该第一抗光晕注入物上的势垒。可利用第一掩模在该半导体衬底中形成该第一抗光晕注入物，并且其中可利用第二掩模在该半导体衬底中形成该第二抗光晕注入物。

12、该示例性方法还可包括：在栅极氧化物层和光电探测器之间形成钉扎注入物；以及在该电压源触点处施加偏置电压，其中该偏置电压大于该光电探测器的钉扎电压。该示例性方法还可包括将电压源触点耦合到独立控制线的正电源端子。

技术特征：

1.一种图像传感器像素，包括：

2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述第二抗光晕注入物被进一步配置以使得关于所述第二抗光晕注入物的势垒大于关于所述第一抗光晕注入物的势垒。

3.根据权利要求2所述的图像传感器像素，其中利用第一掩模在所述半导体衬底中形成所述第一抗光晕注入物，并且其中利用第二掩模在所述半导体衬底中形成所述第二抗光晕注入物。

4.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述第一抗光晕注入物和所述第二抗光晕注入物利用单个掩模形成，所述第二抗光晕注入物被配置为窄于所述第一抗光晕注入物，使得关于所述第二抗光晕注入物上的势垒大于关于所述第一抗光晕注入物的势垒。

5.根据权利要求3所述的图像传感器像素，其中所述第二抗光晕注入物的掺杂程度被配置为将关于所述第二抗光晕注入物的所述势垒设置为大于关于所述第一抗光晕注入物的所述势垒。

6.一种成像系统，包括：

7.根据权利要求6所述的成像系统，其中所述第二抗光晕注入物被进一步配置以使得关于所述第二抗光晕注入物的势垒大于关于所述第一抗光晕注入物的势垒。

8.根据权利要求7所述的成像系统，其中利用第一掩模形成所述第一抗光晕注入物，并且其中利用第二掩模形成所述第二抗光晕注入物。

9.根据权利要求8所述的成像系统，其中所述第二抗光晕注入物被配置为窄于所述第一抗光晕注入物，使得关于所述第二抗光晕注入物的所述势垒大于关于所述第一抗光晕注入物的所述势垒。

10.根据权利要求8所述的成像系统，其中所述第二抗光晕注入物的掺杂程度被配置为将关于所述第二抗光晕注入物的所述势垒设置为大于关于所述第一抗光晕注入物的所述势垒。

11.一种用于构建图像传感器像素的方法，所述方法包括：

12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述半导体衬底中形成所述第二抗光晕注入物还包括配置所述第二抗光晕注入物，使得关于所述第二抗光晕注入物的势垒大于关于所述第一抗光晕注入物的势垒。

技术总结
本发明提供了一种成像系统、图像传感器像素以及构造图像传感器像素的方法。至少一个示例是图像传感器像素，其包括：定位在半导体衬底中的光电探测器；定位在半导体衬底上的栅极氧化物层；浮动扩散部；定位在栅极氧化物层上的转移栅极；定位在半导体衬底中的第一抗光晕注入物，其中该第一抗光晕注入物耦合到光电探测器及浮动扩散部；电压源触点；以及定位在半导体衬底中的第二抗光晕注入物，其中该第二抗光晕注入物耦合到光电探测器及电压源触点。

技术研发人员：D·泰克莱布,B·P·班纳彻沃兹,M·H·因诺森特
受保护的技术使用者：半导体元件工业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15