圖像像素陣列及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及固態(tài)圖像傳感器陣列并且更具體地涉及具有用于執(zhí)行暗電流補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅飨袼氐膱D像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器通常用于諸如蜂窩電話、相機(jī)和計(jì)算機(jī)的電子設(shè)備中以捕獲圖像。在典型布置中，電子設(shè)備設(shè)置有圖像像素陣列。圖像像素在多個(gè)顏色通道中生成圖像信號(hào)。讀出電路(諸如模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路)通常耦合至圖像像素以用于從圖像像素讀出圖像信號(hào)。
[0003]在圖像傳感器中，圖像傳感器襯底的溫度典型地影響由圖像像素生成的圖像信號(hào)。在典型的像素光電二極管中，即使當(dāng)沒有光入射到光電二極管上時(shí)，光電二極管中也有一些電流(即，暗電流)(由于電子穿過對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體結(jié)的固有移動(dòng))。隨著光電二極管的溫度增大，該電子流動(dòng)增大，并且因此暗電流增大。圖像傳感器中增大的暗電流可以弓I起最終圖像信號(hào)中過多并且不雅的噪聲。
[0004]由于由光電二極管生成的暗電流的電平是溫度相關(guān)的，因此能夠檢測(cè)圖像傳感器陣列的溫度是有用的，使得可以補(bǔ)償暗電流對(duì)最終圖像信號(hào)的影響。在一些常規(guī)圖像傳感器中，結(jié)傳感器放置在與像素陣列分離的圖像傳感器襯底上。然而，結(jié)傳感器僅可以測(cè)量放置結(jié)傳感器的位置處的圖像傳感器陣列襯底的溫度，產(chǎn)生表示圖像傳感器上的一個(gè)位置的單個(gè)溫度讀數(shù)。圖像傳感器隨后使用該溫度讀數(shù)生成校正值，用于校正所捕獲圖像信號(hào)中基于溫度的暗電流。然而，在該情形中，校正值將不精確地估算溫度和對(duì)應(yīng)暗電流信號(hào)對(duì)襯底上遠(yuǎn)離結(jié)傳感器的位置處的像素的影響。
[0005]因此，提供具有用于檢測(cè)陣列溫度和補(bǔ)償陣列中的暗電流的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法的成像設(shè)備是合乎需要的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本公開的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)目的是提供具有用于檢測(cè)陣列溫度和補(bǔ)償陣列中的暗電流的改進(jìn)的系統(tǒng)的成像設(shè)備。
[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種成行和列排列并且具有邊界的圖像像素陣列，所述圖像像素陣列包括:圖像傳感器像素，在所述圖像像素陣列的所述邊界內(nèi)形成，其中所述圖像傳感器像素配置為響應(yīng)于圖像光而生成圖像數(shù)據(jù)；以及溫度傳感器像素，沿著所述圖像像素陣列的所述邊界在所述圖像像素陣列的多個(gè)行和多個(gè)列中形成，其中所述溫度傳感器像素配置為生成溫度估計(jì)值，以用于減輕由所述圖像傳感器像素生成的所述圖像數(shù)據(jù)中的暗電流影響。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底上形成所述圖像像素陣列以及所述溫度傳感器像素還包括:在所述半導(dǎo)體襯底上形成的光阻擋構(gòu)件，配置為阻止所述溫度傳感器像素接收所述圖像光。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，所述光阻擋構(gòu)件包括鋁。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，所述圖像傳感器像素包括至少第一光電二極管，配置為產(chǎn)生第一暗電流量，其中所述溫度傳感器像素包括至少第二光電二極管，產(chǎn)生第二暗電流量，以及其中所述第二暗電流量大于所述第一暗電流量。
[0011 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述至少第一光電二極管包括掩埋式η型摻雜層，配置為產(chǎn)生所述第一暗電流量。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二光電二極管包括重?fù)诫sη+型層，所述重?fù)诫sη+型層產(chǎn)生所述第二暗電流量，使得相比所述圖像傳感器像素，所述溫度傳感器像素對(duì)跨越所述陣列的溫度波動(dòng)更敏感。
[0013]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供一種系統(tǒng)，包括:中央處理單元；存儲(chǔ)器；輸入-輸出電路；成像設(shè)備，其中所述成像設(shè)備包括:圖像傳感器像素和溫度傳感器像素的像素陣列；將圖像聚焦在所述像素陣列上的透鏡，其中所述圖像傳感器像素配置為響應(yīng)于所述圖像而生成圖像信號(hào)，以及其中所述溫度傳感器像素配置為響應(yīng)于所述像素陣列的至少一個(gè)溫度生成熱估計(jì)信號(hào)；模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路，配置為基于所述圖像信號(hào)生成數(shù)字圖像像素值并且配置為基于所述熱估計(jì)信號(hào)生成數(shù)字熱估計(jì)值；熱梯度處理電路，配置為基于所述數(shù)字熱估計(jì)值生成暗電流補(bǔ)償值；以及暗電流減法電路，配置為從所述數(shù)字圖像像素值減去所述暗電流補(bǔ)償值。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，所述溫度傳感器像素包括配置為生成第一暗電流量的第一光電二極管，以及其中所述圖像傳感器像素包括配置為生成第二暗電流量的第二光電二極管，所述第二暗電流量小于所述第一暗電流量。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，所述暗電流補(bǔ)償值配置為補(bǔ)償由所述圖像傳感器像素產(chǎn)生的所述第二暗電流量。
[0016]根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)技術(shù)效果是提供具有用于檢測(cè)陣列溫度和補(bǔ)償陣列中的暗電流的改進(jìn)的系統(tǒng)的成像設(shè)備。
【附圖說明】
[0017]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例具有有圖像傳感器和處理電路的成像系統(tǒng)的示例性電子設(shè)備的圖。
[0018]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例具有用于補(bǔ)償陣列中的暗電流影響的圖像傳感器像素和溫度傳感器像素的示例性像素陣列的圖。
[0019]圖3Α是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例供具有η型摻雜層的圖像傳感器像素使用的掩埋式圖像傳感器像素光電二極管的橫截面圖，該η型摻雜層由減少半導(dǎo)體結(jié)處生成的暗電流的P+型摻雜層掩埋。
[0020]圖3Β是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例在使得光電二極管生成增大的暗電流的高摻雜η+型層中形成的溫度傳感器像素光電二極管的橫截面圖。
[0021]圖4是示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例可以如何使用成像系統(tǒng)中的像素讀出和處理電路以使用暗電流補(bǔ)償值對(duì)數(shù)字圖像像素值執(zhí)行暗電流減法運(yùn)算的圖，已經(jīng)使用由圖2和圖3Β所示類型的溫度傳感器像素生成的數(shù)字熱估計(jì)值計(jì)算了該暗電流補(bǔ)償值。
[0022]圖5Α是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例有具有沒有補(bǔ)償暗電流的關(guān)聯(lián)圖像像素值的圖像像素的示例性像素陣列的圖。
[0023]圖5B是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例有具有基于由溫度傳感器像素生成的數(shù)字熱估計(jì)值計(jì)算的關(guān)聯(lián)暗電流補(bǔ)償值的圖像像素的示例性像素陣列的圖。
[0024]圖5C是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例有具有通過從圖像像素值減去關(guān)聯(lián)暗電流補(bǔ)償值生成的暗電流校正的像素值的圖像像素的示例性像素陣列的圖。
[0025]圖6是示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例可以由成像系統(tǒng)中的像素讀出和處理電路執(zhí)行以使用暗電流補(bǔ)償值對(duì)數(shù)字圖像像素值執(zhí)行暗電流減法運(yùn)算的示例性步驟的流程圖，已經(jīng)使用由溫度傳感器像素生成的數(shù)字熱估計(jì)值計(jì)算了該暗電流補(bǔ)償值。
[0026]圖7是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例采用圖1-6的實(shí)施例的處理器系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]電子設(shè)備(諸如數(shù)字相機(jī)、計(jì)算機(jī)、蜂窩電話以及其它電子設(shè)備)包括聚集入射光以捕獲圖像的圖像傳感器。圖像傳感器可以包括圖像傳感器像素陣列(此處有時(shí)稱為圖像像素)。圖像傳感器中的圖像像素可以包括將入射光轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)的光敏元件(諸如光電二極管)。圖像傳感器可以具有任何數(shù)量的像素(例如，數(shù)百、數(shù)千、數(shù)百萬或者更多)。例如，典型的圖像傳感器可以具有數(shù)十萬或者數(shù)百萬像素(例如，兆像素)。圖像傳感器可以包括控制電路(諸如用于操作圖像像素的電路)、讀出電路(用于讀出與由光敏元件生成的電荷相對(duì)應(yīng)的圖像信號(hào))以及(如果需要)其它處理電路(諸如模擬處理電路和數(shù)字處理電路)。圖像傳感器可以耦合至另外的處理電路，諸如圖像傳感器的伙伴芯片上的電路、由一個(gè)或者多個(gè)電纜或者其它導(dǎo)電線路耦合至圖像傳感器的設(shè)備中的電路或者外部處理電路。
[0028]圖1是使用圖像傳感器捕獲圖像的示例性成像系統(tǒng)的圖。圖1的電子設(shè)備10可以是便攜式電子設(shè)備，諸如相機(jī)、蜂窩電話、攝影機(jī)或者捕獲數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的其它成像設(shè)備。相機(jī)模塊12可以用于將入射光轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。相機(jī)模塊12可以包括一個(gè)或者多個(gè)透鏡14以及圖像傳感器電路16 (例如，一個(gè)或者多個(gè)對(duì)應(yīng)圖像傳感器)。圖像傳感器電路16 (此處有時(shí)稱為圖像傳感器16)可以包括圖像傳感器像素陣列18(此處有時(shí)稱為陣列18或者像素陣列18)以及像素控制和讀出電路20 (此處有時(shí)稱為像素讀出電路20或者像素讀出和處理電路20)。在圖像捕獲操作期間，可以由透鏡14將來自場景的光聚焦到圖像傳感器像素陣列18上。圖像傳感器16可以包括任何數(shù)量的像素陣列18 (例如，一個(gè)像素陣列、兩個(gè)像素陣列、十個(gè)像素陣列等等)。如果需要，相機(jī)模塊12可以設(shè)置有透鏡陣列14和對(duì)應(yīng)圖像傳感器陣列16。
[0029]像素陣列18中的圖像傳感器像素可以響應(yīng)于接收來自場景的光生成圖像信號(hào)。例如，陣列18中的圖像傳感器像素可以包括將入射光轉(zhuǎn)換成電荷的光敏元件(諸如光電二極管)?？梢允褂孟袼乜刂坪妥x出電路20控制像素陣列18中的圖像像素。像素控制和讀出電路20可以包括任何需要的像素控制和/或讀出電路(例如，行控制電路、列讀出電路等等)。像素控制和讀出電路20可以包括用于將模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)字圖像像素?cái)?shù)據(jù)(例如，由每個(gè)圖像傳感器像素生成的相應(yīng)像素值)的電路。可以向存儲(chǔ)和處理電路22提供由像素陣列18以及像素控制和讀出電路20生成的像素值。
[0030]如果需要，像素陣列18可以包括溫度傳感器像素，用于估算陣列18的一部分的(例如，形成陣列18的半導(dǎo)體襯底的)局部溫度。例如，溫度傳感器像素可以包括已經(jīng)修改圖像傳感器像素的一部分的圖像傳感器像素。在一個(gè)示例性示例中，溫度傳感器像素可以是已經(jīng)修改的圖像傳感器像素，使得溫度傳感器像素不暴露于入射到像素陣列上的光并且不將入射光轉(zhuǎn)換為電荷。溫度傳感器像素可以響應(yīng)于暗電流而產(chǎn)生信號(hào)(例如，溫度傳感器像素可以不產(chǎn)生光電流或者可以僅產(chǎn)生暗電流)，并且可以配置為生成與陣列中的圖像傳感器像素(例如，用于響應(yīng)于從成像的場景接收的光而捕獲圖像數(shù)據(jù)的像素)相比增大的暗電流電平。
[0031]陣列18中的溫度傳感器像素可以產(chǎn)生熱估計(jì)信號(hào)，表示像素陣列18上期望位置處的溫度傳感器像素的溫度。例如，熱估計(jì)信號(hào)可以是暗電流信號(hào)?？梢詫⑦@些熱估計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換至數(shù)字熱估計(jì)值(例如，在電路20處)，該數(shù)字熱估計(jì)值可以用于生成圖像傳感器像素的暗電流補(bǔ)償值。如果需要，則像素控制和讀出電路20可以包括熱梯度處理電路，用于基于從由溫度傳感器像素生成的熱估計(jì)信號(hào)計(jì)算的暗電流補(bǔ)償值對(duì)由像素陣列18中的圖像傳感器像素生成的數(shù)字圖像像素信號(hào)執(zhí)行暗電流補(bǔ)償操作。
[0032]圖像傳感器16可以從存儲(chǔ)和處理電路22接收控制信號(hào)并且可以向存儲(chǔ)和處理電路22提供像素?cái)?shù)據(jù)。存儲(chǔ)和處理電路22可以包括一個(gè)或者多個(gè)集成電路(例如，圖像處理電路、微處