改善cmos图像传感器成像质量的质子辐照方法

专利名称：改善cmos图像传感器成像质量的质子辐照方法
技术领域：
本发明属于图像处理技术领域，特别涉及一种改善CMOS图像传感器成像质量 的质子辐照方法。
背景技术：
CMOS图像传感器通常是在一个Si衬底上的Si外延层上集成了光敏二极管图 像阵列和图像处理控制电路的。各像素元有光敏区、浮动扩散区和转移晶体管。 光敏区的光电转换单元是光电二极管，其结构为MOS电容结构。光敏二极管捕获 光子后产生光生电子。转移晶体管把光生电子从光敏区传感到浮动扩散区。浮动 扩散区存储和积累光生电子。CMOS图像传感器中有很多像素元，每个像素元中都 有几个晶体管，它用于把离散的电荷信息包转换成电压输出，许多像素的输出就 组成高分辨率图像。但是，每个像素中的晶体管放大器和每列共用的读出放大器 的阈值都有一些差别，放大器的这种离散偏差即不均匀性会引起固定图形噪声， 使输出信号的信噪比下降，造成捕获的图像质量劣化，器件成品率下降。因此， 改善CMOS图像传感器的成像质量对于提高器件成品率、优级品率和扩展其应用 领域具有重要意义和经济价值。

发明内容
本发明的目的在于提供一种改善CMOS图像传感器成像质量的质子辐照方法。 其特征在于首先选择合适的质子辐照能量和注量，把CMOS图像传感器在加速 器上进行质子辐照，在CMOS图像传感器各层中产生浓度比较均匀的电子一空穴 对和空位，对CMOS图像传感器的不均匀性有"整平"作用。
所述质子辐照能量为12-16 MeV;注量为5xl09—lxl0'2cm—2。 所述对于CMOS图像传感器而言，质子辐照温度为室温。 辐照时间为质子的注量除以所用加速器的辐照剂量率得到。 本发明的有益效果是质子辐照，在CMOS图像传感器各层中产生浓度比较均 匀的电子一空穴对和空位，能够掩盖和弱化CMOS图像传感器中的光敏二极管及
晶体管放大器因制作工艺而造成的不均匀性，即质子辐照'对CMOS图像传感器的
不均匀性有"整平"作用，因此，质子辐照能改善CMOS图像传感器的成像质量。 这对于不均匀性较大的CMOS图像传感器特别有效，甚至可以把因不均匀性大而 不能出-厂的CMOS图像传感器变成合格品。也适合于厚度和载流子浓度相近的 CM0S器件。'


图1为不同注量9和12 MeV质子辐照后的CMOS图像传感器各层中产生的 电子一空穴对浓度。
图2为不同注量16 MeV质子辐照后的CMOS图像传感器各层中产生的空位浓 度，不同注量9 MeV质子的作为对照。
图3(a)，图3 (b)是不同注量12 MeV质子辐照前后的CMOS图像传感器输出 图像比较，不同注量9 MeV质子的作为对照。
图4(a)，图4 (b)是不同注量16 MeV质子辐照前后的另一种CMOS图像传感 器输出图像比较，不同注量9 MeV质子的作为对照。
具体实施例方式
本发明提供一种改善CMOS图像传感器成像质量的质子辐照方法。 下面结合附图对本发明予以说明。我们用TR頂计算机模拟程序计算了质子 辐照在CM0S图像传感器各层中产生的电子一空穴对和空位的浓度。从图1和图2 可见，在图中竖线左边所示，9MeV质子辐照后，在CM0S图像传感器各层中产生 的电子一空穴对和空位的浓度是相当不均匀的。但是，对于在图中竖线右边所示 的12和16 MeV质子辐照，特别是16 MeV质子辐照，产生的电子一空穴对和空 位的浓度在各层中是相当均匀的，因此，CM0S图像传感器输出图像质量明显改善。 9 MeV质子辐照对于其图像质量改善不明显。上述质子辐照时间可以由该种质子 能量下获得最佳成像质量改善效果的注量除以所用加速器的辐照剂量率得到。 用计算机捕获的样品在辐照前后的自然光下的输出图像。 本发明是这样实施的选择合适的质子辐照能量和注量，把CMOS图像传感 器在加速器上进行质子辐照。12-16 MeV质子辐照在CMOS图像传感器各层中产生
浓度比较均匀的电子一空穴对和空位。它们会影响CMOS—图像传感器的电学性能，
能够掩盖和弱化CMOS图像传感器中的光敏二极管及晶体管放大器因制作工艺而 造成的不均匀性，即质子辐照对CMOS图像传感器的不均匀性有"整平"作用。 因此，质子辐照能改善CMOS图像传感器的成像质量。这对于不均匀性较大的CMOS 图像传感器特别有效，甚至可以把因不均匀性大而不能出厂的CMOS图像传感器 变成合格品。
以下将结合实施例予以说明。
实施例1: 一种彩色CMOS图像传感器，采用的16 MeV质子辐照时，在2. 5x10'" 一lxl0'2cm—2注量区，质子辐照后的输出图像清晰度明显变好。在辐照注量lx1013 ，—2时，输出图像的清晰度明显变差。图3所示图像是采用1/3英寸的镜头，作 为彩色CM0S图像传感器所得到的，从图3(a)，图3 (b)和图4(a)，图4 (b)所 示的图像可见，对于12和16MeV质子辐照，分别在5xl09—5xl0"'cm—2和2. 5xl(T 一lxlO"cra—2注量区，与輻照前比较，CMOS图像传感器输出图像质量明显改善。 在9 MeV质子辐照下，与辐照前比较，其质量改善不明显。
本方法对不均匀性较大的CMOS图像传感器成像质量的改善效果十分明显，可 提高优级品率，也可把不均匀性大而不能出厂的CMOS图像传感器变成合格产品， 大幅度提高成品率。
由此可见，本发明提出的质子辐照方法可改善CMOS图像传感器的成像质量， 有助于大幅度提高产品的成品率和优级品率。本专利方法也适合于厚度和载流子 浓度相近的CMOS器件。
权利要求
1.一种改善CMOS图像传感器成像质量的质子辐照方法，其特征在于首先选择合适的质子辐照能量和注量，把CMOS图像传感器在加速器上进行质子辐照，在CMOS图像传感器各层中产生浓度比较均匀的电子-空穴对和空位，使对CMOS图像传感器的不均匀性具有“整平”作用。
2. 根据权利要求1所述改善CM0S图像传感器成像质量的质子辐照方法，其 特征在于质子辐照能量为12-16 MeV;注量为5xl09—lxl0'2cm—2。
3. 根据权利要求1所述改善CMOS图像传感器成像质量的质子辐照方法，其 特征在于所述对于CMOS图像传感器而言，质子辐照温度为室温，辐照时间为 质子的注量除以所用加速器的辐照剂量率得到。
全文摘要
本发明公开了属于图像处理技术领域的一种改善CMOS图像传感器成像质量的质子辐照方法。选择合适的质子辐照能量和注量，把CMOS图像传感器在加速器上，在室温下进行质子辐照。质子辐照能量和注量分别为在12-16MeV和5×10⁹-1×10¹²cm^-2为宜。在CMOS图像传感器各层中产生浓度比较均匀的电子—空穴对和空位。质子辐照对CMOS图像传感器的不均匀性有“整平”作用，因此，质子辐照能改善CMOS图像传感器的成像质量。它们会影响CMOS图像传感器的电学性能，能够掩盖和弱化CMOS图像传感器中的光敏二极管及晶体管放大器因制作工艺而造成的不均匀性，大大提高产品成品率。
文档编号H01L21/70GK101355052SQ20081014663
公开日2009年1月28日 申请日期2008年9月3日 优先权日2008年6月30日
发明者孟祥提, 强 黄 申请人:清华大学