背照式tdi圖像傳感器及其電子快門控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于TDI圖像傳感器技術領域，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]發明背景
[0003]在CCD圖像傳感器應用中，電子快門技術可以減少運動模糊效應，因此被廣泛應用。但是目前為止，這種技術還沒有被應用于TDI圖像傳感器中。運動模糊是由于在曝光時間內，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的，屬于不連續運動，因此同樣會發生運動模糊效應。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種能夠有效降低運動模糊效應的背照式TDI圖像傳感器及其電子快門控制方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明的背照式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，且阻隔層中心區域摻雜濃度nb^ 100n s，ns為襯底摻雜濃度；阻隔層上方的柵極區為存儲柵極區，相鄰阻隔層間隔處上方的柵極區為積分柵極區，存儲柵極區與積分柵極區之間的柵極區為隔離柵極區；存儲柵極區、積分柵極區、隔離柵極區均至少包含一行柵極。
[0006]存儲柵極區和積分柵極區包含的柵極行數可以相等也可以不相等。
[0007]進一步，本發明的背照式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制作于對應積分柵極區一側的襯底101上，并且各抗暈光柵極104與抗暈光漏極105相接。
[0008]所述隔離柵極區優選包含一行柵極。
[0009]所述阻隔層中心區域至邊緣摻雜濃度呈對數分布逐漸減小。
[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，通過時序控制存儲柵極區S2n、積分柵極區I2lr1、隔離柵極區Gm中的各柵極電壓，使曝光時襯底中產生的電荷在積分柵極區I2lriT的溝道中被收集形成有效信號電荷包，隔離柵極區Gm在相鄰積分柵極區12lri與存儲柵極區S2n下方的溝道之間產生一個勢皇，防止兩邊的電荷包混合；然后通過時序控制隔離柵極區Gm電壓使積分柵極區I 2lri下方有效信號電荷包轉移到相鄰存儲柵極區S2n下方溝道中；其中η = 1,2,……Ν/2，Ν為積分柵極區和存儲柵極區總數，m = 1，2，……M，M為隔離柵極區個數；
[0013]在存儲時間內，通過時序控制存儲柵極區、積分柵極區、隔離柵極區中的各柵極電壓使隔離柵極區Gm在相鄰積分柵極區I 2lri與存儲柵極區S 211下方溝道之間產生一個勢皇，有效信號電荷包留存在存儲柵極區S2n下的溝道中，此時襯底中產生的電子漂移或擴散至積分柵極區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Gm電壓使積分柵極區I2lri下的非有效信號電荷包轉移到相鄰存儲柵極區S2n下方溝道中或被清空，同時存儲柵極區S2n下方溝道中的有效信號電荷包轉移到相鄰積分柵極區I 2n+1下的溝道中，最末一個存儲柵極區Sn下的有效信號電荷包被讀出；
[0014]步驟二、
[0015]在積分時間內，通過時序控制存儲柵極區、積分柵極區、隔離柵極區中的各柵極電壓使曝光時襯底中產生的電荷在積分柵極區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Gm在相鄰積分柵極區12lri與存儲柵極區S 211下方溝道之間產生一個勢皇，防止兩邊的電荷包混合；然后通過時序控制隔離柵極區Gm電壓使積分柵極區121^下方有效信號電荷包轉移到相鄰存儲柵極區S2n下方溝道中；
[0016]在存儲時間內，通過時序控制存儲柵極區、積分柵極區、隔離柵極區中的各柵極電壓使隔離柵極區Gm在相鄰積分柵極區I 2lri與存儲柵極區S 211下方溝道之間產生一個勢皇，有效信號電荷包留存在存儲柵極區S2n下的溝道中，此時襯底中產生的電子漂移或擴散至積分柵極區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Gm電壓使積分柵極區I2lri下的非有效信號電荷包轉移到相鄰存儲柵極區S2n下方溝道中或被清空，同時存儲柵極區S2n下方溝道中的有效信號電荷包轉移到積分柵極區12n+1下的溝道中，最末一個存儲柵極區下的電荷包被讀出；
[0017]重復步驟二，直至完成景物推掃成像；
[0018]所述存儲時間內襯底中產生并漂移或擴散至積分柵極區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]設積分時間為Ti,存儲時間為Ts，優選地T1:T s= 1:2?4。
[0020]本發明在TDI圖像傳感器內部采用一個阻隔層(Blocking Layer)，在存儲時間內，阻隔層之下產生的電荷由于被阻隔而無法進入有效信號電荷包中，將會通過漂移或擴散效應進入柵極之下的相鄰電荷收集區內。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；在積分時間內收集并累加的電荷作為有效電荷被讀出。本發明通過在襯底內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。
【附圖說明】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0022]圖1是本發明的背照式TDI圖像傳感器結構示意圖。
[0023]圖2是本發明的背照式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，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S2.......S2n.......Sn為存儲柵極區，相鄰阻隔層103間隔處上方的柵極區I1.......12lr1.......為積分柵極區，存儲柵極區與積分柵極區之間的柵極區
G1.......Gffl......為隔離柵極區；積分柵極區下的溝道區域為電荷收集區，存儲柵極區下的溝道區域為電荷存儲區；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制作于對應積分柵極區一側的襯底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、積分柵極區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;存儲柵極區與積分柵極區包含的柵極行數可以相等也可以不等。隔離柵極區可以包含多行柵極，最好包含一行柵極。
[0029]當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]所述阻隔層中心區域摻雜濃度nb多100n s，且由阻隔層中心區域至邊緣摻雜濃度呈對數分布逐漸減小。
[0032]本發明的背照式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，通過時序控制存儲柵極區S2n、積分柵極區I2lri為高電平，隔離柵極區Gn^低電平，使曝光時襯底101中產生的電荷在積分柵極區121^下的溝道中被收集形成有效信號電荷包，隔離柵極區Gm在相鄰積分柵極區12lri與存儲柵極區S2n下方的溝道之間產生一個勢皇，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GmS高電平使積分柵極區121^下方有效信號電荷包轉移到相鄰存儲柵極區S2n下方溝道中；其中η = 1，2，……Ν/2，N為積分柵極區和存儲柵極區總數，m = 1，2，……M,M為隔離柵極區個數；
[0035]如圖3c所示，在存儲時間內，通過時序控制存儲柵極區S2n、積分柵極區I2lri為高電平，隔離柵極區GmS低電平，使隔離柵極區Gm在相鄰積分柵極區12lri與存儲柵極區S2n下方溝道之間產生一個勢皇，有效信號電荷包留存在存儲柵極區S2n下的溝道中，此時襯底中產生的電子漂移或擴散至積分柵極區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GmS高電平使積分柵極區12lri下的非有效信號電荷包轉移到相鄰存儲柵極區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S2n下方溝道中的有效信號電荷包轉移到相鄰積分柵極區12n+1下的溝道中，最末一個存儲柵極區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，通過時序控制存儲柵極區S2n、積分柵極區I2lri為高電平，隔離柵極區GmS低電平，使曝光時襯底101中產生的電荷在積分柵極區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Gm在相鄰積分柵極區I 2lri與存儲柵極區S2n下方溝道之間產生一個勢皇，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GmS高電平使積分柵極區I 2lri下方有效信號電荷包