專利名稱：使用三阱結構的有源像素單元成像矩陣中的顏色分離的制作方法
技術領域：
本發明涉及到彩色成像，以及，更具體地，涉及到一種有源像素MOS成像陣列中利用不同波長的光在硅中的吸收長度的差異進行的顏色分離。依據本發明的有源像素成像陣列通過使用一種三阱結構來確保陣列中的每個像素傳感器只測量同一位置處三原色(R-G-B)中的一種顏色，從而減少了數字圖像中的顏色混淆假象。
與本發明相關的現有技術一般可歸類為用作彩色傳感器的堆棧式光電二極管，具有堆棧傳感器的成像陣列，以及其他彩色成像陣列方法。
第一類包括用于測量光的顏色的非成像器件。根據光子吸收深度隨波長的變化，已經利用各種技術發展了這些器件。在名為“半導體輻射波長探測器”的美國專利No.4,011,016和名為“用于檢測光的波長和強度的裝置”的美國專利No.4,309,604中公布了一些例子。這兩個專利既沒有公布三色集成電路彩色傳感器的結構，也沒有公布成像陣列。
第二類包括具有多個用于積累和轉移光電荷的掩埋溝道的CCD器件。這些器件難于制作，且制作費用昂貴，并且也不適用于三色應用。在名為“采用依賴于波長的半導體光學吸收的彩色響應成像器件”的美國專利No.4,613,895中公布了一個例子。該類也包括使用了涂敷在成像器集成電路上面的多個薄膜光敏材料層的器件。該技術的例子公布在名為“彩色傳感器”的美國專利No.4,677,289和名為“具有堆棧單元結構的可見光/紅外成像器件”的美國專利No.4,651,001中。這些結構也難于制作，且制作費用昂貴，因此沒有成為實用技術。
第三類包括使用濾色片馬賽克以便在不同光傳感器位置選擇不同波長段的彩色成像集成電路。在名為“彩色成像陣列”的美國專利No.3,971,065中公布了該技術的一個例子。
正如Parulski等人在文章“可用于數字像機家族的技術”，156/SPIE Vo.2654,1996中討論的那樣，在數字像機中通常使用的像素馬賽克圖案是拜耳濾色片陣列(CFA)圖案。如

圖1所示，拜耳CFA具有50％的綠色像素，它們分布在一個方格圖案中，而紅色和藍色像素線交替填充在圖案的剩余部分中。
如圖2所示，拜耳CFA圖案可得到一個鉆石形狀的綠色奈奎斯特區域和較小的矩形形狀的紅色和藍色奈奎斯特區域。人眼對發光的空間頻率要比對色度的空間頻率更敏感，而發光主要由綠光構成。因此，由于拜耳CFA像單色圖像儀那樣，為水平和垂直空間頻率提供了相同的奈奎斯特頻率，所以它改善了數字圖像的可察覺清晰度。
這些馬賽克方法在與嚴重的顏色混淆問題相關聯的技術中是已知的，這個問題的起因是這樣一種事實由于傳感器小于它們之間的間距，使得它們只能對圖像信號進行局域采樣，而且不同顏色的傳感器位于不同的位置，使得采樣在不同顏色之間不能對準。奈奎斯特區域外的圖像頻率分量都混入了被采樣的圖像，而且只有微小的衰減，并且顏色之間的相關性也很微弱。
相應地，本發明的一個目標是提供一種彩色成像陣列，在該彩色成像陣列中，三個顏色波段由在同一位置處只有一個、且敏感區域相對于它們之間的間隔不是太小的探測器來測量，從而衰減了混淆的圖像分量，并且在顏色之間對準了顏色采樣。
本發明更進一步的目標是提供一種可按照標準的現代CMOS存儲器工藝制作的有源像素彩色成像陣列。
參看圖3，許多現代CMOS集成電路制作工藝使用一種“雙阱”或“雙盆”結構，在這種結構中，使用摻雜濃度大約為1017原子/cm2的P阱區域10和N阱區域12作為在其中分別制作N-溝道和P-溝道晶體管的區域。襯底材料14典型地是更輕度摻雜的P-型硅(1015原子/cm2)，所以P阱10并沒有與襯底14隔離。形成于P阱10中的N-溝道FET16包括雜質濃度＞1018原子/cm2的N+垂直源/漏擴散18和濃度大約為1018原子/cm2的N-型淺輕度摻雜漏(LDD)區20。形成于N阱區12中的P-溝道FET22類似地由雜質濃度相近的垂直P+源/漏區24和淺LDD區26構成。
參看圖4，在稱為“三阱”的改進后的現代工藝中，使用另外一個深N隔離阱28來提供P阱10和P襯底14之間的結隔離。N隔離阱28的雜質濃度(1016原子/cc)介于P襯底14和P阱10的雜質濃度(分別為1015原子/cc和1017原子/cc)之間。在名為“制作具有三阱結構的半導體器件的方法”的美國專利No.5,397,734中公布了三阱技術的一個例子。
由于能夠提供動態電荷存儲節點與可能通過襯底擴散的雜散載流子之間的有效隔離，所以三阱工藝正在成為生產MOS存儲器(DRAM)器件的流行和商用技術。
本發明旨在實現一種有源像素MOS成像陣列中的顏色分離，這種有源像素MOS成像陣列使用了三阱像素單元結構，以便利用不同波長的光在硅中的吸收長度的差異來測量位于同一位置處的不同顏色，而且傳感區與它們之間的間隔一般大。
相應地，本發明的一個優選實施例提供了一種形成于P-型硅襯底中的、用于分離藍、綠和紅光的彩色光傳感器結構。該光傳感器結構包括一個形成于襯底中的深N-摻雜區，從而使N-區和襯底之間的pn結在襯底中大約等于紅光在硅中的吸收長度的深度處形成一個紅-敏感的光電二極管。在N-區中形成一個P-摻雜區，從而使P-區和N-區之間的np結在襯底中大約等于綠光在硅中的吸收長度的深度處形成一個綠-敏感的光電二極管。在P-區中形成一個淺N-摻雜區，從而使淺N-區和P-區之間的pn結在襯底中大約等于藍光在硅中的吸收長度的深度處形成一個藍-敏感的光電二極管。傳感電路系統與紅、綠和藍光光電二極管相連接，以便測量各個光電二極管電流。
由于能夠提供一種制作垂直式PNPN器件的實用方法，而且該PNPN器件又是制作三重堆棧光電二極管所必需的，因此在本發明中三阱工藝是有用的。盡管在同一芯片中、成像器單元陣列的外面使用三阱工藝中的普通N阱可能是有用的，但在本發明的像素單元中并沒有使用。三重堆棧光電二極管所需的深N-摻雜區就是一個上面所指的N隔離阱。
本發明通過確保成像陣列中所有像素都測量像素單元同一位置處的紅、綠和藍顏色響應的方法，減小了顏色混淆假象。利用紅、綠和藍光在硅中的吸收長度的差異來實現顏色過濾。
除了減小顏色混淆之外，本發明還具有另一些優點。例如，它可放棄在現有技術中普遍使用的絡合物聚合物濾色片陣列工藝步驟。取而代之的是半導體工業中普遍應用的三阱工藝。另外，可用光子的總使用效率增加了。使用傳統方法，不能穿過濾光片材料的光子將在濾光片中被吸收，從而被浪費掉了。使用本發明的方法，雖然顏色由吸收深度分離，但都被收集并使用。這可使以量子效率的總改進超過三倍。
本發明提供了使用傳統CCD技術難以完成的一種成像儀的優異例子。另外，從每個三色像素中有許多支持晶體管的角度看，本發明得益于規模CMOS工藝的可利用性。
在以下的詳細描述和附圖中，使用本發明的概念建立了示意實施例，參考它們可以更好地理解本發明的特征和優點。
圖1顯示的是廣為人知的拜耳濾色片陣列(CFA)圖案。
圖2顯示的是由拜耳CFA得到的紅、綠和藍奈奎斯特區。
圖3是傳統的雙阱CMOS結構的局部橫截面圖。
圖4是傳統的三阱CMOS結構的局部橫截面圖。
圖5是硅中光吸收長度與波長之間的關系曲線。
圖6是依據本發明的理念使用了三阱結構的三色像素傳感器的局部橫截面圖。
圖7是圖6中的三色像素傳感器結構的平面圖，圖中也給出了相關聯的光電流傳感電路系統的一個實施例的示意圖。
圖8是圖6所示的依據本發明的三阱光電二極管結構的估計敏感性曲線。
圖9是顯示了依據本發明的一個成像陣列中的一部分的局部示意圖，在該成像陣列中，每個單元的光電二極管和讀出放大器電路都安排在一個陣列中，其中的每個單元都具有一條行選擇線和三條列輸出線。
圖10是顯示有依據本發明的一個成像陣列中的一部分的局部示意圖，在該成像陣列中，每個單元的光電二極管和讀出放大器電路都安排在一個陣列中，其中的每個單元具有三條行選擇線和一條列輸出線。
圖11是圖10所示的具有三條行選擇線和一條列輸出線的像素傳感器單元的實施例的示意圖。
圖12A是圖11所示單元的硅層的布置圖，向上直到并包括接觸，即從硅到第一金屬。
圖12B是圖11所示單元的三個金屬互聯層，包括接觸和布線的布置圖。
圖13A是如圖12A/B所示單元的、并帶有一個上金屬光屏蔽層的理想硅表面的橫截面圖。
圖13B是具有N-區外擴散的如圖12A/B所示單元的、并帶有一個上金屬光屏蔽層的理想硅表面的橫截面圖。
眾所周知，入射到硅襯底上的光的波長越大，在被吸收之前光穿透進入硅的距離越大。圖5顯示的是可見光在硅中的光吸收長度。正如圖5所示，波長為400-490nm的藍光在硅襯底中大約0.2-0.5微米的深度最先被吸收。波長為490-575nm的綠光在硅襯底中大約0.5-1.5微米的深度被吸收。波長為575-700nm的紅光在硅襯底中大約1.5-3.0微米的深度被吸收。
利用不同波長的光在硅中的吸收深度的差異，如圖6所示，本發明的一個優選實施例提供了一種形成于P-型(大約1016原子/cm2)硅襯底100中的三阱彩色光傳感器結構。該彩色光傳感器結構包括一個形成于P-型硅襯底100中的深N-型摻雜阱區102(大約1016原子/cm2)。N-摻雜區102的結深大約在1.5-3.0微米之間，最好是大約2微米，換言之，相當于紅光的近似吸收長度。因此，深N-摻雜區102和P-型硅襯底100之間的pn結在這兩個區之間形成一個紅-敏感的光電二極管。
類似地，在N-摻雜區102中形成一個P-型(大約1017原子/cm2)深阱區104。在大約0.5-1.5微米，最好是大約0.6微米，換言之，相當于綠光在硅中的近似吸收長度的深度處形成P-摻雜區104和N-摻雜102之間的pn結。因此，P-區104和深N-區102之間的pn結在這兩個區之間形成一個綠-敏感的光電二極管。
進一步如圖6所示，在P-摻雜區104中形成一個延伸至大約0.2-0.5微米，最好是大約0.2微米，換言之，相當于藍光在硅中的吸收長度的深度的N-型(大約1018原子/cm2)淺摻雜區106。因此，淺N-摻雜區106和P-區104之間的pn結在這兩個區之間形成一個藍-敏感的光電二極管。
該技術領域中的技術人員會認識到，正如上所述，上述二極管的敏感耗盡區將延伸至結深之上或之下的某個位置。
該技術領域中的技術人員也會認識到，也可以使用相反的導電性構成上述三阱結構，換言之，在N-襯底中形成一個深P-摻雜區，在這個深P-區中形成一個N-摻雜區，并在該N-區中形成一個淺P-摻雜區。不過，在工業中不常使用這種結構，相反，由于可以使用標準MOS存儲器技術，圖6所示的結構是優選的。
圖6進一步顯示出，彩色光傳感器結構也包括一種與分別用于測量紅、綠和藍光電流的紅、綠和藍光電二極管相連接、并跨過這三種光電二極管的傳感機構108。
圖6顯示了一個包括與用于測量紅光電流ir跨接的紅光電二極管的第一電流計110的概念性裝置。第二電流計112與用于測量綠光電流ig的綠光電二極管跨接。第三電流計114與用于測量藍光電流ib的藍光電二極管跨接。
假定在耗盡區中收集了光電二極管中的大部分電流，該技術領域中的技術人員會清楚地認識到，電流ib主要由可見光譜藍端的入射光子的光電流構成；電流ig主要是來自綠光子的光電流，電流ir反映了來自紅光子的光電流。
正如圖6所示，假定有一個隔離的P-阱工藝，而且所示的表面結是一個很淺的nldd(N-型輕度摻雜漏)層以便使藍光響應最大化。
圖7顯示的是上述三阱光傳感器結構的布局的一種近似。該技術領域中的技術人員會認識到，三阱結構可能大于現有技術的單像素傳感器單元，但由于傳統的像素陣列圖案的混合顏色的性質，圖7中像素的區域一定相當于三個傳統的像素單元。
在該技術中，常常使用一種結合有一個光電二極管的“有源像素”電路。圖7顯示的是三個這種光電流傳感電路的示意圖，每個光電二極管都擁有一個這種電路。在圖7所示的實施例中，這些電路是傳統的三晶體管電流傳感器(該技術領域中的技術人員會認識到，也可以使用其他電流傳感器電路)。有源像素電路通過在光電二極管和相關聯的電路節點的電容器上積分光電流，然后通過一個讀出放大器緩沖得到的電壓的方法來檢測光致電荷。
如上所述，典型地使用三個晶體管復位晶體管(Re)可將電容器上的電壓復位到一個表征黑態的參考電壓。源極跟隨器放大器晶體管B緩沖光電二極管上的電壓。在選擇讀出一個單元所在的行時，選擇晶體管S將該單元與一個列輸出線相連接。
如圖7所示，在本發明的三重背靠背堆棧光電二極管的情況下，二極管節點中的兩個的復位電壓(Vn)相對于P襯底基本上是正的，中間節點的復位電壓(Vp)也是正的，但其值要稍小一些(即Vn＞Vp)，所以全部三個二極管都從反向偏壓狀態開始。當光電二極管暴露在光線中時，它們的反向偏壓會變小，甚至在某種程度上，在“溢出”之前可能會變為正向偏壓。根據各個光電二極管和電路的雜散電容的值，所檢測的這三個電壓對應于電致電荷的不同線性組合。這些線性組合會影響得到的電壓輸出的敏感曲線，因此在隨后的矩陣變換中需要修正這些線性組合以產生量熱敏感的最終輸出。
圖8以可見光譜中波長的函數的形式，給出了依據本發明的三重堆棧光電二極管裝置的一套估計的敏感性曲線。正如圖所示，這些曲線都是寬調諧的，而在其他一些基于濾色片的顏色分離方法中，這些曲線都是銳調諧的。不過，正如彩色成像技術領域中熟知的那樣，不可能通過適當的矩陣化將來自這樣一套曲線的三個測量結果轉換為更接近量熱正確的一套紅、綠和藍的強度值。估計適當的矩陣轉換的方法在該技術領域中是已知的，作為例子，可參考名為“顏色性能優化的數字成像器件”的美國專利No.5,668,596。
以上結合圖6描述的三光電二極管顏色傳感器結構，和其關聯的光電流傳感電路，例如以上結合圖7描述的，可以用來提供一種基于三阱結構的有源像素單元成像陣列。這樣的成像矩陣包括一個含多個行和列的光電池的矩陣，而且其中的每個光電池包括一個三阱結構和關聯光傳感電路系統。該矩陣的每個行具有三個與之相關聯、并與該行中光傳感電路按照某種方式，舉例來說，如圖7所示的方式連接的讀取選擇線。類似地，該矩陣的每個列具有三個與之相關聯、并與該列中光傳感電路按照某種方式，舉例來說，如圖7所示的方式連接的列輸出線。
不過，在依據本發明的成像陣列中，每個光電池的三個行選擇線和三個列輸出線并非全部都單獨引出，如圖7所示。
作為一種替代方案，通過分別如圖9和圖10所示的或將行選擇線共線連接或將列輸出線共線連接的方法，分別如圖9和圖10所示，可將三個顏色傳感器和讀出放大器作為行或列的短部分引線。在圖9和圖10中并沒有給出陣列中所有單元共有的信號線，如復位和電源信號。
圖11顯示的是依據圖10所示的陣列機制的一個像素的完整示意圖，該像素具有分別為紅、綠和藍傳感器測量/讀出結構中的三個行選擇線RowR,RowG,RowB，以及一個共用列輸出線。圖11中示意圖的排列使MOS晶體管M1到M9的位置和方向與如圖12A/12B所示的布置中它們的位置和方向相吻合。在這個實施例中，讀出電源Vcc和圖7中的復位參考電壓Vn是共享的，而Vp保持獨立。
圖12A/12B顯示的是圖11中的電路的實驗性布局，為使圖示清楚，使用點畫圖案將掩膜層分成兩套。圖12A顯示的是可使硅-有源區，阱，注入，多晶硅柵極和接觸切口-感光的掩膜層，這對該技術領域中的普通技術人員是一目了然的。圖12B顯示的是接觸切口和三個金屬連線和兩個通孔掩膜層。如圖12A/12B所示，使用金屬1作像素內部連線，金屬2作行線，金屬3作列線，多晶硅作行復位線。第四金屬層最好用作光屏蔽，以便使光僅照射在光電二極管上，但在圖中沒有畫出該金屬層。
有源像素傳感器技術領域中的普通技術人員會認識到，復位功能常由行連接，以便使一行中像素的卷簾式電子快門定時在要讀出對應的列某一特定時間值之前被復位，這與全局復位功能相反。因此，像素陣列最好如同圖12A/12B所示的實施例那樣水平連接復位線。同樣也可認識到，當顯示的布局中的單元在陣列內相鄰時，晶體管所在的P阱完全包圍著堆棧光電二極管；最左下邊的像素最好由陣列外的一條P阱構成。
圖13A/13B顯示的是通過依據如圖12所示布局的像素中心的橫截面圖，包括硅的下層摻雜區域，并包括一個光屏蔽層，但是省略了金屬連線和氧化物中間層；圖中也包括有左側相鄰單元的一部分。
圖13A顯示的是理想化的阱，同時也顯示出可利用相同的掩膜和制作步驟，使用標準的三阱CMOS工藝來確定光傳感器中的P阱和讀出電路中的P阱。類似地，可以使用相同的掩膜和制作步驟來制作光傳感器中的淺N+摻雜區，并將之作為讀出電路的淺N+源/漏區。根據實驗設計選擇(橫截面可以解釋為穿過源/漏區的任何部分)，這些N+區可以是CMOS工藝中標準的強N+摻雜有源區，或者是NLDD輕摻雜漏區。
圖13B顯示的是具有中度N-阱注入外擴散的像素中摻雜區域的可能形狀。本發明通過將堆棧光傳感器與CMOS中的有源像素傳感和讀出電路集成在一起的方法，使其中建立有讀出電路的P阱起深N阱間有效隔離勢壘的作用。如圖13B所示，N阱是隔開的，從而使它們既使在沒有插入的P阱或有源像素傳感和讀出電路系統存在的情況下，也不能外擴散很多，以致于改變它們之間的從P到N的間隔。這意味著不能將N阱放置得過于相互靠近，否則會有相鄰的紅-敏感光電二極管短路的危險。N阱光電二極管之間的P阱條可更安全地隔離它們，并且提供一個“自由”區，在其中可以建立N-型場效應晶體管，以用作傳感和讀出電路。因此，相對于已知的現有技術，在三阱CMOS工藝中堆棧硅光電二極管與CMOS電路系統的這種新的結合具有令人吃驚并引人注目的優點。
應該理解，也可以采用這里描述的本發明的實施例的各種替代方案來實現本發明。本發明的范圍由下面的權利要求書限定，以及這些權利要求及其等同物范圍之內的方法和結構也被其覆蓋。
權利要求
1．一種形成于第一種導電類型硅襯底中的、用于分離不同波長的光的彩色光傳感結構，該彩色光傳感器結構包括第一個形成于硅襯底中的、與第一種導電類型相反的第二種導電類型摻雜區，在硅襯底中大約相當于第一個光波長在硅中的吸收長度的深度處形成第一個摻雜區與硅襯底之間的結，以便形成第一個光電二極管；第二個形成于第一個摻雜區中的第一種導電類型摻雜區，在第一個摻雜區中大約相當于第二個光波長在硅中的光吸收長度的深度處形成第二個摻雜區和第一個摻雜區之間的結，以便形成第二個光電二極管；第三個形成于第二個摻雜區中的第二種導電類型摻雜區，在第二個摻雜區中大約相當于第三個光波長在硅中的光吸收長度的深度處形成第三個摻雜區和第二個摻雜區之間的結，以便形成第三個光電二極管；和分別與第一個、第二個和第三個光電二極管跨接，以便測量第一、第二和第三光電流的光電流傳感器。
2．權利要求1所述的彩色光傳感結構，其特征在于第一個摻雜區和硅襯底之間的結形成于硅襯底中大約1.5-3.0微米的深度處；第二個摻雜區和第一個摻雜區之間的結形成于第一個摻雜區中大約O.5-1.5微米的深度處；第三個摻雜區和第二個摻雜區之間的結形成于第二個摻雜區中大約0.2-0.5微米的深度處。
3．權利要求1所述的彩色光傳感結構，其特征在于第一個摻雜區和硅襯底之間的結形成于硅襯底中大約2.0微米的深度處；第二個摻雜區和第一個摻雜區之間的結形成于第一個摻雜區中大約0.6微米的深度處；第三個摻雜區和第二個摻雜區之間的結形成于第二個摻雜區中大約0.2微米的深度處。
4．一種形成于P-型硅襯底中的、用于分離藍、綠和紅波長的光的彩色光傳感器結構，其中藍、綠和紅波長的光分別具有在硅中的第一、第二和第三光吸收長度，該彩色光傳感器結構包括第一個形成于P-型硅襯底中的N-型深區，在P-型硅襯底中大約相當于第三個光吸收長度的深度處形成深N-型區與P-型硅襯底之間的結，以便形成紅光電二極管；第二個形成于深N-型區中的P-型區，在深N-型區中大約相當于第二個光吸收長度的深度處形成P-型區和深N-型區之間的結，以便形成綠光電二極管；第三個形成于P-型區中的淺N-型區，在P-型區中大約相當于第一個光吸收長度的深度處形成淺N-型區和P-型區之間的結，以便形成藍光電二極管；和分別與紅、綠和藍光電二極管跨接，以便測量紅、綠和藍光電流的光電流傳感裝置。
5．一種有源像素成像陣列，該陣列包括(a)一個包括多行和多列的、形成于第一種導電類型硅襯底中的彩色光傳感器結構的矩陣，其中每個彩色光傳感器結構包括(ⅰ)第一個形成于硅襯底中的與第一種導電類型相反的第二種導電類型摻雜區，在硅襯底中大約相當于第一個光波長在硅中的吸收長度的深度處形成第一個摻雜區與硅襯底之間的結，以便形成第一個光電二極管；(ⅱ)第二個形成于第一個摻雜區中的第一種導電類型摻雜區，在第一個摻雜區中大約相當于第二個光波長在硅中的光吸收長度的深度處形成第二個摻雜區和第一個摻雜區之間的結，以便形成第二個光電二極管；(ⅲ)第三個形成于第二個摻雜區中的第二種導電類型摻雜區，在第二個摻雜區中大約相當于第三個光波長在硅中的光吸收長度的深度處形成第三個摻雜區和第二個摻雜區之間的結，以便形成第三個光電二極管；和(ⅳ)分別與第一個、第二個和第三個光電二極管跨接，以便測量第一個、第二個和第三個光電流的光電流傳感器；(b)上述矩陣每一行的，與上述行中每個彩色光傳感器結構相連接的、用于選擇性地指令輸出代表產生于上述行里彩色光傳感器結構中的第一、第二和第三光電流的輸出信號的行選擇電路系統；(c)上述矩陣每一列的，與上述列中每個彩色光傳感器結構相連接的、用于選擇性地輸出代表產生于上述列里彩色光傳感器結構中的第一、第二和第三光電流的輸出信號的列輸出電路系統。
6．權利要求5所述的有源像素成像陣列，其特征在于第一個摻雜區和硅襯底之間的結形成于硅襯底中大約1.5-3.0微米的深度處；第二個摻雜區和第一個摻雜區之間的結形成于第一個摻雜區中大約0.5-1.5微米的深度處；和第三個摻雜區和第二個摻雜區之間的結形成于第二個摻雜區中大約0.2-0.5微米的深度處。
7．權利要求5所述的有源像素成像陣列，其特征在于第一個摻雜區和硅襯底之間的結形成于硅襯底中大約2.0微米的深度處；第二個摻雜區和第一個摻雜區之間的結形成于第一個摻雜區中大約0.6微米的深度處；和第三個摻雜區和第二個摻雜區之間的結形成于第二個摻雜區中大約0.2微米的深度處。
8．權利要求5所述的有源像素成像陣列，其特征在于上述行選擇電路系統包括一個與上述行中每個彩色光傳感器結構中的光電流傳感器相連接的、用于指定要輸出的第一、第二和第三光電流的行選擇線；和上述列輸出電路系統包括與上述列中每個彩色光傳感器結構中的光電流傳感器相連接的、分別用于輸出第一、第二和第三光電流的第一、第二和第三列輸出線。
9．權利要求5所述的有源像素成像陣列，其特征在于上述行選擇電路系統包括與上述行中每個彩色光傳感器結構中的光電流傳感器相連接的、分別用于指定要輸出的第一、第二和第三光電流的第一、第二和第三行選擇線；和上述列輸出電路系統包括一個與上述列中每個彩色光傳感器結構中的光電流傳感器相連接的、用于輸出第一、第二和第三光電流的列輸出線。
10．一種形成于第一種導電類型硅襯底中的、用于分離不同波長的光的彩色光傳感結構，該彩色光傳感器結構包括第一個形成于硅襯底中的、與第一種導電類型相反的第二種導電類型摻雜區，在硅襯底中大約相當于第一個光波長在硅中的吸收長度的深度處形成第一個摻雜區與硅襯底之間的結，以便形成第一個光電二極管；第二個形成于第一個摻雜區中的第一種導電類型摻雜區，在第一個摻雜區中大約相當于第二個光波長在硅中的光吸收長度的深度處形成第二個摻雜區和第一個摻雜區之間的結，以便形成第二個光電二極管；第三個形成于第二個摻雜區中的第二種導電類型摻雜區，在第二個摻雜區中大約相當于第三個光波長在硅中的光吸收長度的深度處形成第三個摻雜區和第二個摻雜區之間的結，以便形成第三個光電二極管；第四個具有與第二個摻雜區大體相同的摻雜濃度的、形成于硅襯底中并完全包圍了第一個摻雜區的第一種導電類型摻雜區；和多個形成于第四個摻雜區中的、并相互連接以提供一個用于測量分別通過第一個、第二個和第三個光電二極管的第一、第二和第三光電流的光電流傳感器的第二種導電類型場效應晶體管。
11．一種有源像素成像矩陣，該矩陣包括(a)一個包括多行和多列的形成于第一種導電類型硅襯底中的彩色光傳感器結構的矩陣，其中每個彩色光傳感器結構包括(ⅱ)第一個形成于硅襯底中的、與第一種導電類型相反的第二種導電類型摻雜區，在硅襯底中大約相當于第一個光波長在硅中的吸收長度的深度處形成第一個摻雜區與硅襯底之間的結，以便形成第一個光電二極管；(ⅱ)第二個形成于第一個摻雜區中的第一種導電類型摻雜區，在第一個摻雜區中大約相當于第二個光波長在硅中的光吸收長度的深度處形成第二個摻雜區和第一個摻雜區之間的結，以便形成第二個光電二極管；(ⅲ)第三個形成于第二個摻雜區中的第二種導電類型摻雜區，在第二個摻雜區中大約相當于第三個光波長在硅中的光吸收長度的深度處形成第三個摻雜區和第二個摻雜區之間的結，以便形成第三個光電二極管；和(ⅳ)第四個具有與第二個摻雜區大體相同的摻雜濃度的、形成于硅襯底中并完全包圍了第一個摻雜區的第一種導電類型摻雜區；和(v)多個形成于第四個摻雜區中的、并相互連接以提供用于測量分別通過第一個、第二個和第三個光電二極管的第一、第二和第三光電流的光電流傳感器的第二種導電類型場效應晶體管；(b)上述矩陣每一行的，與上述行中每個彩色光傳感器結構相連接的、用于選擇性地指令輸出代表產生于上述行里彩色光傳感器結構中的第一、第二和第三光電流的輸出信號的行選擇電路系統；(c)上述矩陣每一列的，與上述列中每個彩色光傳感器結構相連接的、用于選擇性地輸出代表產生于上述列里彩色光傳感器結構中的第一、第二和第三光電流的輸出信號的列輸出電路系統；
全文摘要
一種利用不同波長(400—490nm,490—575nm,575—700nm)的光在硅中的吸收長度的差異進行顏色分離的數字成像儀裝置。一種優選成像陣列(102,104,106)基于使用了一種三阱結構(100)的三色像素傳感器。該陣列通過測量同一位置處各個像素內的三原色(RGB)來消除顏色混淆。
文檔編號H04N3/15GK1298483SQ99805316
公開日2001年6月6日 申請日期1999年3月31日 優先權日1998年4月24日
發明者R·B·默里爾 申請人:福維昂公司