背照式tdi圖像傳感器及其電子快門控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于TDI圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種背照式(BSI，BacksideIlluminated) TDI (Time Delay Integrat1n，時間延時積分)圖像傳感器及其電子快門控制方法。
[0002]發(fā)明背景
[0003]在CCD圖像傳感器應(yīng)用中，電子快門技術(shù)可以減少運動模糊效應(yīng)，因此被廣泛應(yīng)用。但是目前為止，這種技術(shù)還沒有被應(yīng)用于TDI圖像傳感器中。運動模糊是由于在曝光時間內(nèi)，景物的運動造成的。在TDI圖像傳感器中，正在曝光積分的行隨著景物的運動而“運動”。但是由于這種“運動”是隨著TDI像素或者其柵極板而步進(jìn)的，屬于不連續(xù)運動，因此同樣會發(fā)生運動模糊效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠有效降低運動模糊效應(yīng)的背照式TDI圖像傳感器及其電子快門控制方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的背照式TDI圖像傳感器包括襯底，制備于襯底上的溝道，以及制備于溝道上的呈行列排布的柵極；其特征在于所述襯底內(nèi)包含沿柵極列向間隔排布的阻隔層；阻隔層與襯底的接觸面形成PN結(jié)，且阻隔層中心區(qū)域摻雜濃度nb^ 100n s，ns為襯底摻雜濃度；阻隔層上方的柵極區(qū)為存儲柵極區(qū)，相鄰阻隔層間隔處上方的柵極區(qū)為積分柵極區(qū)，存儲柵極區(qū)與積分柵極區(qū)之間的柵極區(qū)為隔離柵極區(qū)；存儲柵極區(qū)、積分柵極區(qū)、隔離柵極區(qū)均至少包含一行柵極。
[0006]存儲柵極區(qū)和積分柵極區(qū)包含的柵極行數(shù)可以相等也可以不相等。
[0007]進(jìn)一步，本發(fā)明的背照式TDI圖像傳感器還包括抗暈光漏極和抗暈光柵極；抗暈光漏極105制作于相鄰列柵極之間的溝道上并沿柵極列向延伸；各抗暈光柵極104制作于對應(yīng)積分柵極區(qū)一側(cè)的襯底101上，并且各抗暈光柵極104與抗暈光漏極105相接。
[0008]所述隔離柵極區(qū)優(yōu)選包含一行柵極。
[0009]所述阻隔層中心區(qū)域至邊緣摻雜濃度呈對數(shù)分布逐漸減小。
[0010]上述背照式TDI圖像傳感器電子快門控制方法，包括下述步驟:
[0011]步驟一、
[0012]在積分時間內(nèi)，通過時序控制存儲柵極區(qū)S2n、積分柵極區(qū)I2lr1、隔離柵極區(qū)Gm中的各柵極電壓，使曝光時襯底中產(chǎn)生的電荷在積分柵極區(qū)I2lriT的溝道中被收集形成有效信號電荷包，隔離柵極區(qū)Gm在相鄰積分柵極區(qū)12lri與存儲柵極區(qū)S2n下方的溝道之間產(chǎn)生一個勢皇，防止兩邊的電荷包混合；然后通過時序控制隔離柵極區(qū)Gm電壓使積分柵極區(qū)I 2lri下方有效信號電荷包轉(zhuǎn)移到相鄰存儲柵極區(qū)S2n下方溝道中；其中η = 1,2,……Ν/2，Ν為積分柵極區(qū)和存儲柵極區(qū)總數(shù)，m = 1，2，……M，M為隔離柵極區(qū)個數(shù)；
[0013]在存儲時間內(nèi)，通過時序控制存儲柵極區(qū)、積分柵極區(qū)、隔離柵極區(qū)中的各柵極電壓使隔離柵極區(qū)Gm在相鄰積分柵極區(qū)I 2lri與存儲柵極區(qū)S 211下方溝道之間產(chǎn)生一個勢皇，有效信號電荷包留存在存儲柵極區(qū)S2n下的溝道中，此時襯底中產(chǎn)生的電子漂移或擴(kuò)散至積分柵極區(qū)In下的溝道中形成非有效信號電荷包；然后，通過時序控制隔離柵極區(qū)Gm電壓使積分柵極區(qū)I2lri下的非有效信號電荷包轉(zhuǎn)移到相鄰存儲柵極區(qū)S2n下方溝道中或被清空，同時存儲柵極區(qū)S2n下方溝道中的有效信號電荷包轉(zhuǎn)移到相鄰積分柵極區(qū)I 2n+1下的溝道中，最末一個存儲柵極區(qū)Sn下的有效信號電荷包被讀出；
[0014]步驟二、
[0015]在積分時間內(nèi)，通過時序控制存儲柵極區(qū)、積分柵極區(qū)、隔離柵極區(qū)中的各柵極電壓使曝光時襯底中產(chǎn)生的電荷在積分柵極區(qū)I2lri下的溝道中被收集并與該處有效信號電荷包累積在一起，隔離柵極區(qū)Gm在相鄰積分柵極區(qū)12lri與存儲柵極區(qū)S 211下方溝道之間產(chǎn)生一個勢皇，防止兩邊的電荷包混合；然后通過時序控制隔離柵極區(qū)Gm電壓使積分柵極區(qū)121^下方有效信號電荷包轉(zhuǎn)移到相鄰存儲柵極區(qū)S2n下方溝道中；
[0016]在存儲時間內(nèi)，通過時序控制存儲柵極區(qū)、積分柵極區(qū)、隔離柵極區(qū)中的各柵極電壓使隔離柵極區(qū)Gm在相鄰積分柵極區(qū)I 2lri與存儲柵極區(qū)S 211下方溝道之間產(chǎn)生一個勢皇，有效信號電荷包留存在存儲柵極區(qū)S2n下的溝道中，此時襯底中產(chǎn)生的電子漂移或擴(kuò)散至積分柵極區(qū)In下的溝道中形成非有效信號電荷包；然后，通過時序控制隔離柵極區(qū)Gm電壓使積分柵極區(qū)I2lri下的非有效信號電荷包轉(zhuǎn)移到相鄰存儲柵極區(qū)S2n下方溝道中或被清空，同時存儲柵極區(qū)S2n下方溝道中的有效信號電荷包轉(zhuǎn)移到積分柵極區(qū)12n+1下的溝道中，最末一個存儲柵極區(qū)下的電荷包被讀出；
[0017]重復(fù)步驟二，直至完成景物推掃成像；
[0018]所述存儲時間內(nèi)襯底中產(chǎn)生并漂移或擴(kuò)散至積分柵極區(qū)下溝道中的非有效信號電荷包通過抗暈光柵極和抗暈光漏極被清空。
[0019]設(shè)積分時間為Ti,存儲時間為Ts，優(yōu)選地T1:T s= 1:2?4。
[0020]本發(fā)明在TDI圖像傳感器內(nèi)部采用一個阻隔層(Blocking Layer)，在存儲時間內(nèi)，阻隔層之下產(chǎn)生的電荷由于被阻隔而無法進(jìn)入有效信號電荷包中，將會通過漂移或擴(kuò)散效應(yīng)進(jìn)入柵極之下的相鄰電荷收集區(qū)內(nèi)。這些電荷可以被清空也可以在信號讀出時被忽略，因而不會被積累成為有效的信號電荷；在積分時間內(nèi)收集并累加的電荷作為有效電荷被讀出。本發(fā)明通過在襯底內(nèi)沿柵極列向間隔排布阻隔層的方法減小積分時間，能夠有效降低運動模糊效應(yīng)。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]圖1是本發(fā)明的背照式TDI圖像傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的背照式TDI圖像傳感器局部俯視圖。
[0024]圖3a、圖3b、圖3c、圖3d、圖3e、圖3f、圖3g、圖3h是本發(fā)明的背照式TDI圖像傳感器電子快門控制過程示意圖。
[0025]圖4是阻隔層注入濃度分布仿真剖面圖。
[0026]圖5是600納米波長光照之后光生電子濃度分布仿真剖面圖。
【具體實施方式】
[0027]如圖1、2所示，本發(fā)明的背照式TDI圖像傳感器包括襯底101，制備于襯底101上的溝道102，以及制備于溝道102上的呈行列排布的柵極，抗暈光漏極105和抗暈光柵極104 ;襯底101內(nèi)包含沿柵極列向間隔排布的阻隔層103 ;阻隔層103與襯底101的接觸面形成PN結(jié)，且阻隔層103摻雜濃度nb彡100n s，n s為襯底摻雜濃度；阻隔層
103上方的柵極區(qū)S2.......S2n.......Sn為存儲柵極區(qū)，相鄰阻隔層103間隔處上方的柵極區(qū)I1.......12lr1.......為積分柵極區(qū)，存儲柵極區(qū)與積分柵極區(qū)之間的柵極區(qū)
G1.......Gffl......為隔離柵極區(qū)；積分柵極區(qū)下的溝道區(qū)域為電荷收集區(qū)，存儲柵極區(qū)下的溝道區(qū)域為電荷存儲區(qū)；抗暈光漏極105制作于相鄰列柵極之間的襯底101上并沿柵極列向延伸；各抗暈光柵極104制作于對應(yīng)積分柵極區(qū)一側(cè)的襯底101上，并且各抗暈光柵極104與抗暈光漏極105相接。
[0028]每個存儲柵極區(qū)、積分柵極區(qū)均可以各包含一行柵極或多行柵極，一般各包含I?4行柵極;存儲柵極區(qū)與積分柵極區(qū)包含的柵極行數(shù)可以相等也可以不等。隔離柵極區(qū)可以包含多行柵極，最好包含一行柵極。
[0029]當(dāng)TDI圖像傳感器的襯底101為N型摻雜時，阻隔層103為P型摻雜；當(dāng)TDI圖像傳感器的襯底101為P型摻雜時，阻隔層103為N型摻雜。
[0030]下面以襯底101為N型摻雜、阻隔層103為P型摻雜為例，說明背照式TDI圖像傳感器電子快門控制方法。
[0031]所述阻隔層中心區(qū)域摻雜濃度nb多100n s，且由阻隔層中心區(qū)域至邊緣摻雜濃度呈對數(shù)分布逐漸減小。
[0032]本發(fā)明的背照式TDI圖像傳感器電子快門控制方法具體如下:
[0033]步驟一、
[0034]如圖3a所示，在積分時間內(nèi)，通過時序控制存儲柵極區(qū)S2n、積分柵極區(qū)I2lri為高電平，隔離柵極區(qū)Gn^低電平，使曝光時襯底101中產(chǎn)生的電荷在積分柵極區(qū)121^下的溝道中被收集形成有效信號電荷包，隔離柵極區(qū)Gm在相鄰積分柵極區(qū)12lri與存儲柵極區(qū)S2n下方的溝道之間產(chǎn)生一個勢皇，防止兩邊的電荷包混合；然后如圖3b所示，通過時序控制隔離柵極區(qū)GmS高電平使積分柵極區(qū)121^下方有效信號電荷包轉(zhuǎn)移到相鄰存儲柵極區(qū)S2n下方溝道中；其中η = 1，2，……Ν/2，N為積分柵極區(qū)和存儲柵極區(qū)總數(shù)，m = 1，2，……M,M為隔離柵極區(qū)個數(shù)；
[0035]如圖3c所示，在存儲時間內(nèi)，通過時序控制存儲柵極區(qū)S2n、積分柵極區(qū)I2lri為高電平，隔離柵極區(qū)GmS低電平，使隔離柵極區(qū)Gm在相鄰積分柵極區(qū)12lri與存儲柵極區(qū)S2n下方溝道之間產(chǎn)生一個勢皇，有效信號電荷包留存在存儲柵極區(qū)S2n下的溝道中，此時襯底中產(chǎn)生的電子漂移或擴(kuò)散至積分柵極區(qū)I2lri下的溝道中形成非有效信號電荷包；然后如圖3d所示，通過時序控制隔離柵極區(qū)GmS高電平使積分柵極區(qū)12lri下的非有效信號電荷包轉(zhuǎn)移到相鄰存儲柵極區(qū)S2n下方溝道中，或通過控制抗暈光柵極為高電平使積分柵極區(qū)I 21^下溝道中的非有效信號電荷包被清空(如圖3d所示中顯示的是非有效信號電荷包被清空的情況)，同時存儲柵極區(qū)S2n下方溝道中的有效信號電荷包轉(zhuǎn)移到相鄰積分柵極區(qū)12n+1下的溝道中，最末一個存儲柵極區(qū)Sn下的有效信號電荷包被讀出；
[0036]步驟二、
[0037]如圖3e所示，在積分時間內(nèi)，通過時序控制存儲柵極區(qū)S2n、積分柵極區(qū)I2lri為高電平，隔離柵極區(qū)GmS低電平，使曝光時襯底101中產(chǎn)生的電荷在積分柵極區(qū)I2lri下的溝道中被收集并與該處有效信號電荷包累積在一起，隔離柵極區(qū)Gm在相鄰積分柵極區(qū)I 2lri與存儲柵極區(qū)S2n下方溝道之間產(chǎn)生一個勢皇，防止兩邊的電荷包混合；然后如圖3f所示，通過時序控制隔離柵極區(qū)GmS高電平使積分柵極區(qū)I 2lri下方有效信號電荷包