背照式TDI图像传感器的制作方法

背照式tdi图像传感器
技术领域
1.本发明涉及背照式tdi图像传感器技术领域，特别涉及一种可以提升mtf的背照式tdi图像传感器。


背景技术：

2.时间延时积分(time delay integration，tdi)图像传感器已在空间探测，工业检测和医学成像等领域有着广泛的应用。量子效率(quantum efficiency，qe)和调制传递函数(modulation transfer function，mtf)是直接影响图像传感器光电性能的因素，qe的提升意味着图像信噪比的提升，mtf的提升意味着传感器分辨能力的提升，也就意味着图像质量的提升。
3.对于背照式图像传感器，为了提升qe，一种在像素单元上覆盖微透镜的设计被应用。具体做法如图1所示，是在每个像素单元1`上单独微透镜2`，将该像素单元1`周围的光汇聚在像素单元1`的感光区域内，增加该像素单元1`所接收的光子数，从而提升qe。但是由于微透镜2`只覆盖一个像素单元，使得两个像素单元2`之间相邻的控制栅会产生电荷分布不一致的现象，如图2所示，当进行tdi推扫时，每个控制栅下转移的电荷3`会产生差异，引起电荷转移的不连续性，导致mtf下降，影响成像质量。


技术实现要素：

4.本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，提出一种背照式tdi图像传感器，实现在提升qe的同时提升mtf。
5.具体地，本发明提供的背照式tdi图像传感器，包括像素单元阵列，在像素单元阵列的每列像素单元上分别覆盖一个微透镜。
6.优选地，像素单元阵列中的每个像素单元分别包括控制栅组，控制栅组包括至少三个排成一列的控制栅，在所述控制栅组的两侧各设有一个沿纵向设置的抗晕栅，在两个抗晕栅各自远离所述控制栅组的一侧分别设有一个沿纵向设置的抗晕漏，两个抗晕栅之间及两个抗晕漏之间分别通过横向金属相连接。
7.与现有技术相比，本发明能够取得以下技术效果：
8.1、在光线过强导致光生电子数量过多超过满阱容量时，抗晕栅与抗晕漏的设计能够防止多出的电子不会溢出到邻近的像素中，从而保证成像质量。
9.2、每列像素单元上无间隔的覆盖一个微透镜，可以保证不同像素单元之间的相邻控制栅下产生的电荷分布一致，在tdi正常工作时提升电荷转移的连续性，从而提高mtf。
附图说明
10.图1是传统背照式tdi图像传感器的结构示意图；
11.图2是传统背照式tdi图像传感器中电荷转移的动态过程示意图；
12.图3是根据本发明一个实施例的背照式tdi图像传感器的结构示意图；
13.图4是根据本发明一个实施例的像素单元的结构示意图；
14.图5是根据本发明一个实施例的背照式tdi图像传感器中电荷转移的动态过程示意图。
15.其中的附图标记包括：像素单元1`、微透镜2`、电荷3`、像素单元1、微透镜2、第一控制栅301、第二控制栅302、第三控制栅303、抗晕栅4、抗晕漏5、电荷6。
具体实施方式
16.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
17.图3示出了根据本发明一个实施例的背照式tdi图像传感器的结构。
18.如图3所示，本发明实施例提供的背照式tdi图像传感器，包括像素单元阵列，像素单元阵列包括至少一列像素单元，每个像素单元的结构均相同。
19.像素单元包括控制栅组，控制栅组包括至少三个控制栅，多个控制栅以列的形式排布，实现电荷积分转移。下面以三个控制栅为例进行说明。
20.图4示出了根据本发明一个实施例的像素单元的结构。
21.如图4所示，像素单元包括结构相同的第一控制栅301、第二控制栅302、第三控制栅303，第一控制栅301、第二控制栅302、第三控制栅303排成一列。
22.为了防止光线过强使得光生电子数量过多超过满阱容量，导致多出的电子溢出到邻近的像素单元中，在图像上出现亮斑
‑
光晕，影响成像质量。
23.本发明实施例在每个像素单元中设置抗晕栅(anti blooming gate，abg)4和抗晕漏(anti blooming drain，abd)5。结合图4，抗晕栅4的数量为两个，分别沿纵向设置在第一控制栅301、第二控制栅302、第三控制栅303的两侧，来保证抗晕效果。抗晕漏5的数量为两个，分别沿纵向设置在两个抗晕栅4远离第一控制栅301、第二控制栅302、第三控制栅303的一侧，不同像素单元的两个抗晕栅4之间共用一个抗晕漏5。
24.抗晕栅4为长方形，其长度足以覆盖第一控制栅301、第二控制栅302、第三控制栅303，抗晕栅4为长方形更易于实现，并且不会对电荷传输效率产生影响。
25.当背照式tdi图像传感器工作时，抗晕漏5为高电平，由此抗晕漏5的电场会使部分电子直接流入抗晕漏5的下方，减少有效的可进行积累和转移的电荷，因此导致qe无法达到最佳值。
26.由于抗晕设计，抗晕漏的电场会影响像素单元接受光的能力，因此通过在像素单元上覆盖微透镜的方式来增加像素单元接收光的能力，通过微透镜将光聚焦在像素单元的感光区域上，增加有效感光区域接收的光子数量，从而获得更高的qe。传统的做法是在第一控制栅301、第二控制栅302、第三控制栅303上分别覆盖一个微透镜，但由于受像素单元尺寸和微透镜结构的影响，第一控制栅301、第二控制栅302、第三控制栅303下产生的电荷分布会存在不一致性，当进行tdi推扫时，每个第一控制栅301、第二控制栅302、第三控制栅303下转移的电荷会产生差异，引起电荷转移的不连续性，从而导致mtf下降。
27.回到图1，为了解决在提高qe时mtf降低的问题，本发明实施例基于tdi图像传感器的特性(tdi是通过纵向像素单元实现电荷的转移、积累和读出)，在像素阵列的每列像素单
元1上分别覆盖一个柱状的微透镜2，微透镜2的数量为像素单元1的列数，通过一个微透镜2无间隔的覆盖一列像素单元1，使不同像素单元1之间的相邻控制栅下产生的电荷分布一致。
28.图5示出了根据本发明一个实施例的背照式tdi图像传感器中电荷转移的动态过程。
29.如图5所示，第一个像素单元1的第三控制栅303与第二个像素单元1的第一控制栅301下产生的电荷6分布一致。
30.当背照式tdi图像传感器进行tdi推扫时，再对每个像素单元中的第一控制栅301、第二控制栅302、第三控制栅303的电势进行控制，使第一控制栅301、第二控制栅302、第三控制栅303下积累电荷和转移电荷的时间一致，保证电荷6在发生逐级转移时更加连续，从而在提升qe的同时，实现对mtf的提升。
31.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
32.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
33.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。