具有增强的感光度的光电传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的各实施例涉及光电传感器以及操作光电传感器的方法。
背景
[0002]相机通常包括光电传感器，例如CXD (电荷耦合器件)或CMOS (互补金属氧化物半导体)光电传感器，在其上，来自由相机成像的场景的光在曝光周期期间被相机的光学器件聚焦以获取该场景的图像。所述光电传感器包括通常被配置在像素的行和列阵列中的多个感光像素。光电传感器中的一个像素通过累积从相机的光学器件在该像素上成像的场景的区域入射的光所生成的电子-空穴偶所提供的正的和负的电荷来收集并记录该入射光。
[0003]电子-空穴偶是在像素的光电二极管区域的耗尽区中生成的。此后也被称为光电二极管的像素的由其光电二极管区域所占据的一部分被称为该像素的填充因子(f i 11factor)。通常，当像素的填充因子增加时，其对入射光的感光度也增加。为了防止曝光期间在相邻像素之间的串扰，相邻像素的光电二极管区域被相对深的势皇区分隔开(称为沟道截断)，所述沟道截断防止了在一个光电二极管区域中生成的光电荷迀移到相邻像素的光电二极管或存储区域。
[0004]光电传感器是累积电子还是空穴以累积测量入射光的光电荷是取决于该光电二极管的掺杂结构。由入射光生成的电子-空穴偶所提供的电荷可以被称为光电荷。源自电子-空穴偶的电子可以被称为光电子。
[0005]在曝光周期期间在像素的光电二极管区域中生成的光电荷通常被临时存储在像素的光电二极管区域中，并且在曝光周期结束前被传送给该像素的光电荷存储区域，所述光电荷存储区域通常位于多个“栅”电极之下。将被传送到每个像素的存储区域的光电荷传送给读出放大器，该放大器响应于其接收的电荷量生成一个电压。所述电压提供了在曝光周期期间在该像素上入射的光量的一个度量。从光电传感器中的像素的光电二极管区域到它们的存储区域和从存储区域到读出放大器的光电荷的传送是通过向该像素的栅电极施加一系列电压来完成的。用于光电传感器中的所有像素的一组电压被称为光电传感器的一帧。一帧中的电压可以被用于显示该场景的一个图像。
[0006]在行间光电传感器中，该光电传感器中所包括的交替的像素行可以被独立控制以收集并记录来自场景的光。具体而言，像素的奇数列和偶数列可交替地被激活以接收并记录来自场景的光。
[0007]例如，在获得与场景中的特征的距离的选通飞行时间(TOF)三维(3D)相机中，可控制相机的行间光电传感器中的像素的奇数列和偶数列以提供对来自场景的光的不同的度量，所述度量被用于确定所述距离。在这样的相机中，来自合适的常用的红外(IR)光源的短光脉冲的脉冲列被发送以照亮场景。在相对短曝光周期的脉冲列中的光脉冲的第一子集中的每个光脉冲之后可以按快门(也被称为“选通”或“开启”)像素的奇数列，以记录由场景中的特征从光脉冲所反射的光。在相对长曝光周期的脉冲列中的光脉冲的第二子集中的每个光脉冲之后可以按快门像素的偶数列，以记录由场景中的特征从光脉冲所反射的光。在短和长曝光周期期间所记录的光传统上经常被分别称为“选通”和“未选通”光。
[0008]在所述光脉冲列中的最后一个光脉冲之后，光电传感器中的像素的奇数和偶数列中的像素被读取以提供电压帧，所述电压帧表示由光电传感器所记录的在像素上成像的场景中的每个特征的选通和未选通光的量。帧中响应于来自特征的选通光的电压可以被标准化为帧中响应于来自该特征的未选通光的电压，并且经标准化的电压被用于确定到该特征的距离。到该特征的距离提供了该场景的深度图。
[0009]通常，在所发射的光脉冲的脉冲列中的光强度是有限的，并且可用于确定到场景中的特征的距离的来自光脉冲的该特征所反射的光量是相对小的。当可用于确定距离的光量减少，则可以被确定的距离的精确度也减少。
[0010]对于使用行间光电传感器的TOF 3D相机(其像素的奇数列被用于测量选通光，而其偶数像素列被用于获取未选通光的测量)来说，仅仅有约一半的光电传感器的可用光收集面积被用于收集和记录每个测量的光。尽管TOF 3D相机在从同一光脉冲列和光电传感器的同一帧中获取选通和未选通光的测量中提供了许多益处，但对于每个测量仅使用约一半的光电传感器的光收集面积可能降低相机所提供的距离测量的精确度。
SM
[0011 ] 本发明的实施例的一方面涉及提供一种控制光电传感器以在该光电传感器中提供具有用于成像来自场景的光的扩大的耗尽区和对应的增加的感光度的像素。为了提供扩大的耗尽区，施加电压以门控该光电传感器中的像素的电极来交替地开启像素的奇数行和偶数行中的像素以接收并记录来自场景的光。当奇数行或偶数行中的像素被开启时，偶数行和奇数行中的像素被分别关闭，以使得它们基本上不感光。被施加用以门控电极来开启奇数行和偶数行的像素的电压在开启的像素中创建了扩大的耗尽区，所述耗尽区分别扩展到偶数和奇数行中相邻的关闭的像素的光电二极管区域中。所述扩大的耗尽区为开启的像素提供了增强的感光度。
[0012]在本发明的一个实施例中，通过在开启的像素的耗尽区中所生成的光电荷基本上刚生成时就移除并存储该光电荷，可以防止在开启和关闭像素之间的串扰。
[0013]本发明的一个方面涉及提供具有行间光传感器和控制器的飞行时间3D相机，所述控制器控制光电传感器中的像素通过扩大的耗尽区获取选通和未选通的光的测量。
[0014]在讨论中，除非另行说明，修改本发明的实施例的特征的条件或关系特性的诸如“基本上”和“大约”的副词应被理解为该条件或特性被定义为针对该实施例所意图的应用在该实施例的操作可接受的容差范围以内。
[0015]提供概述以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念的选集。本
【发明内容】
并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
【附图说明】
[0016]下面将参考在此所附的在此段落之后列出的附图来描述本发明的实施例的非限制性示例。在多幅附图中所出现的相同的结构、元素或部分通常在其出现的所有附图中都以相同的数字来标记。标记表示附图中的本发明的实施例的一个给定特征的图标的标记可被用于参考该给定的特征。附图中所示的组件的尺寸和特征是为了方便和清楚呈现而选择的，并且不一定按比例显示。
[0017]图1A示意性地示出了根据本发明的实施例的在具有扩大的耗尽区的像素的奇数行上成像场景的行间光电传感器；
[0018]图1B示意性地示出了根据本发明的实施例的在具有扩大的耗尽区的像素的偶数行上成像场景的在图1A中示出的行间光电传感器；
[0019]图2A示意性地示出了根据本发明的实施例的包括在图1A和IB所示的行间光电表面的门控3D相机，该3D相机成像场景以确定到场景中的特征的距离。
[0020]图2B示出根据本发明的实施例的说明在图2A中示出的门控3D相机的选通的时间线图。
【具体实施方式】
[0021]下面的详细描述描述了根据本发明的实施例来配置和操作的在具有扩大的耗尽区的像素上成像场景的光电传感器。作为示例，该光电传感器被假定为是CCD行间光电传感器。根据本发明的实施例的在受控以具有扩大的耗尽区的像素的奇数和偶数行上交替成像场景的行间光电传感器的结构和操作的细节将参考图1A和IB来描述。包括被操作以通过具有扩大的耗尽区的像素获取场景的深度图的行间光电传感器的门控TOF 3D相机将参考图2A和2B来描述。
[0022]图1A和IB示意性地示出了 C⑶行间光电传感器20的一部分的透视图，根据本发明的实施例来配置和控制该CCD行间光电传感器20以交替开启在该光电传感器中的像素的奇数和偶数行中的像素，以便它们具有成像来自场景(未示出)的光的扩大的耗尽区。光电传感器20被高度简化示出，并且剖示出两个正交截面A-A和B-B，这两个截面展示了该光电传感器的内部结构。来自场景在光电传感器上入射的光由波形箭头60示意性表示。
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