具有用于色彩分離的光柵的圖像傳感器的制作方法

專利名稱：具有用于色彩分離的光柵的圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及具有細(xì)分成若干像素核心的像素陣列的圖像傳感器，且更特定來說涉及具有針對(duì)所述核心中的像素的不同光學(xué)路徑以改進(jìn)色彩分離并增加量子效率的所述圖像傳感器。
背景技術(shù)：
一般來說，隨著使用CMOS過程為圖像傳感器制作的像素按比例調(diào)整到較小尺寸， 使用這些像素的成像器的數(shù)個(gè)性能性質(zhì)降級(jí)。一種性能性質(zhì)(特定來說，量子效率(QE))快速地降級(jí)。性能的損失與濾色器陣列(CFA)在像素陣列頂部上的添加混淆。CFA的用途是允許傳入光的色彩分離以提供重構(gòu)彩色圖像的能力。然而，對(duì)于給定波長(zhǎng)，大多數(shù)的濾波器為吸收的。因此，任一給定波長(zhǎng)有效地經(jīng)歷像素陣列上面的一系列小孔口。隨著像素間距收縮，CFA圖案中的此有效孔口的大小變得與可見光的波長(zhǎng)相當(dāng)。光衍射使光轉(zhuǎn)向到鄰近像素上且減小目標(biāo)色彩陣列的有效QE。舉例來說，考慮圖la。對(duì)于傳入的紅色光，藍(lán)色像素103 及綠色像素101、104的藍(lán)色及綠色CFA有效地進(jìn)行阻擋。針對(duì)拜耳圖案105，圖Ib圖解說明此在紅色像素102上面形成用于紅色光的小孔口 112。尤其在低于2μπι像素間距時(shí)，衍射將傳入的紅色光散布到鄰近的藍(lán)色及綠色像素上，這是因?yàn)镃FA定位于圖像傳感器的其中光子轉(zhuǎn)換成電荷載流子的有源層上面的有限距離處。衍射破壞CFA分離色彩的有效性， 從而增加色彩串?dāng)_。其還有效地減小紅色像素的QE。圖2展示現(xiàn)有技術(shù)的背照式圖像傳感器的四個(gè)pmos像素的穿過紅色及綠色CFA 的橫截面。此還將用作在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中描述本發(fā)明的參考點(diǎn)。仍參考圖2，其展示其中收集光生電荷載流子的光電二極管200。為了讀出，通過調(diào)整傳送柵極201上的電壓將所述電荷載流子電傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散部205。浮動(dòng)擴(kuò)散部信號(hào)饋送源極隨耦晶體管203的輸入。源極隨耦器203的低阻抗輸出驅(qū)動(dòng)輸出線204。在讀出之后，通過控制復(fù)位柵極202上的電壓將浮動(dòng)擴(kuò)散部205中的信號(hào)注入到復(fù)位漏極213中。 所述光電二極管之間的側(cè)壁隔離物210將光生電荷載流子引導(dǎo)到最近的光電二極管200 中，從而減少裝置層內(nèi)的色彩串?dāng)_。為了減少暗電流，接近光電二極管200的硅與電介質(zhì)之間的表面處存在薄釘扎層212。也為了減少暗電流，沿著側(cè)壁隔離物210存在薄η摻雜層 211。傳入光250首先穿過濾色器陣列層230、接著穿過抗反射涂覆層222、接著穿過通常為二氧化硅的間隔物層221，之后到達(dá)有源裝置層220。然而，光學(xué)堆疊221、222及230可取決于應(yīng)用而由更多或更少層組成，且通常包含用于頂部層的微透鏡陣列。圖3提供圖2的此非共享釘扎式光電二極管結(jié)構(gòu)的單個(gè)像素示意圖。圖4展示具有拜耳圖案的現(xiàn)有技術(shù)1. 1 μ m像素陣列的QE的模擬結(jié)果。與藍(lán)色像素103相關(guān)聯(lián)的藍(lán)色響應(yīng)曲線503的峰值QE為40%。與綠色像素101、104相關(guān)聯(lián)的綠色響應(yīng)曲線501、504的峰值QE為35%。與紅色像素102相關(guān)聯(lián)的紅色響應(yīng)曲線502的峰值 QE為23%。對(duì)于這些模擬，電介質(zhì)間隔物221層的厚度為0.5 μ m。增加電介質(zhì)間隔物厚度 221會(huì)使性能降級(jí)，從而導(dǎo)致較低的峰值QE及增加的色彩串?dāng)_。
雖然目前已知及利用的圖像傳感器令人滿意，但需要解決上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是通過用二元光學(xué)路徑光柵替換CFA來改進(jìn)鄰近像素之間的色彩串?dāng)_并增加QE。有效QE可大于100%。此目標(biāo)通過以下操作來實(shí)現(xiàn)調(diào)整色彩核心中的每一像素的光學(xué)路徑差，使得對(duì)于特定波長(zhǎng)，落到圖像傳感器上的光強(qiáng)度接近色彩核心內(nèi)的一個(gè)像素的表面而以相長(zhǎng)方式進(jìn)行干涉且針對(duì)色彩核心內(nèi)的其它像素以相消方式進(jìn)行干涉。對(duì)于另一特定波長(zhǎng)，光接近色彩核心內(nèi)的第二像素的表面而以相長(zhǎng)方式進(jìn)行干涉且針對(duì)色彩核心內(nèi)的其它像素以相消方式進(jìn)行干涉。在結(jié)合其中展示并描述本發(fā)明的說明性實(shí)施例的圖式閱讀下文詳細(xì)說明之后，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將即刻明了本發(fā)明的這些及其它目標(biāo)、特征及優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的有利效果本發(fā)明具有改進(jìn)鄰近像素之間的色彩串?dāng)_且增加QE的優(yōu)點(diǎn)。


盡管本說明書是通過特別指出并明確請(qǐng)求本發(fā)明的標(biāo)的物的權(quán)利要求書而得出結(jié)論，但相信，當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下說明時(shí)將更好地理解本發(fā)明，其中圖Ia到圖Ib展示現(xiàn)有技術(shù)的拜耳濾色器陣列圖案；圖2展示現(xiàn)有技術(shù)的背側(cè)照射式圖像傳感器的四個(gè)像素的穿過拜耳CFA圖案切割的紅色及綠色部分的橫截面。像素電路是針對(duì)pmos圖像傳感器；圖3展示現(xiàn)有技術(shù)的pmos非共享像素示意圖；圖4是拜耳濾色器陣列的波長(zhǎng)對(duì)QE的曲線圖；圖5圖解說明本發(fā)明的第一實(shí)施例。所述平面圖展示具有光學(xué)路徑光柵的像素陣列。W、X、Y及Z表示透明層在色彩核心內(nèi)的每一像素上面的不同厚度；圖6展示具有光學(xué)路徑光柵(W、X、Y及Z)的色彩核心及像素裝置結(jié)構(gòu)的更多細(xì)節(jié)的平面圖；圖7展示背側(cè)照射式圖像傳感器的四個(gè)像素的穿過光學(xué)路徑光柵(Y及Z)的色彩核心的紅色及綠色部分切割的橫截面；圖8是圖4的色彩核心中的每一像素的QE對(duì)波長(zhǎng)的模擬曲線圖(針對(duì)1. 1 μ π!像素)；圖9a到圖9d圖解說明如何使用相長(zhǎng)及相消干涉來改進(jìn)色彩串?dāng)_且針對(duì)給定像素在給定波長(zhǎng)下產(chǎn)生大于100%的峰值的QE值。針對(duì)圖4的色彩核心針對(duì)四個(gè)不同波長(zhǎng)展示恰在硅表面上面的光強(qiáng)度曲線圖。所述曲線圖為平面圖及法向入射的光。對(duì)于四個(gè)曲線圖，波長(zhǎng)為 420nm、470nm、590nm 及 650nm ；圖10圖解說明用以制作光學(xué)路徑光柵的一個(gè)方法的開始。展示各自為四個(gè)像素的兩個(gè)橫截面。一個(gè)橫截面是穿過圖7的像素303及304切割的。另一橫截面是穿過圖7 的像素301及303切割的；圖11是具有微透鏡的光學(xué)路徑光柵的3D視5
圖12a到圖12b圖解說明將微透鏡置于透明層上的方法；圖13a到圖13b圖解說明將微透鏡圖案轉(zhuǎn)移到透明層的方法；圖14a到圖14b圖解說明用于執(zhí)行第一蝕刻的方法；圖1 到圖1 圖解說明在對(duì)第二抗蝕劑進(jìn)行圖案化之后制作光學(xué)路徑光柵的方法；圖16a到圖16b圖解說明在第二蝕刻步驟之后的最終光學(xué)路徑光柵；圖17是使用具有不同折射率的兩種材料的光學(xué)路徑光柵及微透鏡陣列的3D視圖；圖18是使用具有不同折射率的兩種材料的光學(xué)路徑光柵及其中將單個(gè)微透鏡置于四個(gè)像素上方的微透鏡陣列的3D視圖；且圖19是具有圖7的圖像傳感器陣列的成像裝置。
具體實(shí)施例方式如本文中所定義的光學(xué)路徑為光學(xué)路徑=nXd,(方程式1)其中η為折射率且d為光正穿過的材料的厚度?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7，其展示本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖像傳感器的圖像傳感器陣列401 的一部分。注意，雖然為簡(jiǎn)單起見橫截面僅展示四個(gè)像素，但圖像傳感器陣列401通常包含數(shù)千或數(shù)百萬(wàn)個(gè)像素。進(jìn)一步注意，圖像傳感器陣列401通常為如將在圖19中論述的有源像素傳感器的一部分。返回參考圖7，圖像傳感器陣列401包含安置于有源層420中的多個(gè)像素301及302。像素301及302優(yōu)選地被一起分組于2X2陣列中，下文稱所述陣列為色彩核心，其在所述陣列上重復(fù)，如下文將詳細(xì)描述。雖然2X2陣列為優(yōu)選的，但也可使用其它色彩核心大小。每一像素301及302包含稍遠(yuǎn)離接收入射光250的有源層的表面安置的電荷收集區(qū)域(優(yōu)選地為釘扎式光電二極管400)。與有源層420的照射側(cè)相對(duì)的多晶硅柵極401、402、403及金屬導(dǎo)線404的配置稱為背側(cè)照射。釘扎式光電二極管400響應(yīng)于所述入射光而收集電荷。釘扎式光電二極管400包含釘扎層412，其位于安置于其上的相反導(dǎo)電性類型的經(jīng)摻雜區(qū)域下方。雖然釘扎式光電二極管400及背側(cè)照射用于優(yōu)選實(shí)施例，但也可使用光電二極管作為電荷收集區(qū)域且可使用前部照射作為電荷收集區(qū)域，此兩者是眾所周知的且本文中將不加以論述。在被激活時(shí)，傳送柵極401將來自釘扎式光電二極管400的電荷傳遞到將電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的電荷/電壓轉(zhuǎn)換區(qū)域405 (優(yōu)選地為浮動(dòng)擴(kuò)散部)。放大器或緩沖器403 (優(yōu)選地為源極隨耦器放大器)將所述電壓傳遞到輸出線上以供進(jìn)一步處理。激活復(fù)位柵極 402以用于將浮動(dòng)擴(kuò)散部405復(fù)位到預(yù)定信號(hào)電平。具有變化的厚度的透明光柵層300安置成橫跨像素301及302(以及圖式中未展示的像素)以用于將入射光250引導(dǎo)到有源層420中，如下文將詳細(xì)描述。所述透明層可由二氧化硅、氮化硅或透明有機(jī)材料制成。參考圖5中的圖像傳感器陣列401 (通常稱為像素陣列)的平面圖，其展示上面疊加有所述透明層的2X2色彩核心310。色彩核心310中的每一像素301、302、303及304(所有四個(gè)像素參見圖5及圖6)上方的透明層300(參見圖7)的厚度為不同的(Y、Z、W及X)。此形成四個(gè)光學(xué)路徑。雖然本發(fā)明在其優(yōu)選實(shí)施例中使用厚度來形成不同的光學(xué)路徑，但可使用具有不同折射率的材料來形成不同的光學(xué)路徑。在所述實(shí)例中，二氧化硅透明層300 的厚度Y、Z、W及X分別為2. 5 μ m、3. 0 μ m、1. 5 μ m及2. 0 μ m。因此，形成了四個(gè)光學(xué)路徑。 藍(lán)色光恰在像素303上面以相長(zhǎng)方式進(jìn)行干涉且被有效地引導(dǎo)到此像素中。同樣地，綠色-藍(lán)色光被引導(dǎo)到像素301中，綠色-紅色光被引導(dǎo)到像素304中，且紅色光被引導(dǎo)到像素302中。注意，透明層300的重復(fù)圖案針對(duì)每一像素核心而重復(fù)。圖6展示色彩核心310內(nèi)的四個(gè)像素301、302、303及304以及埋置于成像器表面下方的裝置組件的更詳細(xì)平面圖。這些組件包含光電二極管400、傳送柵極401、復(fù)位柵極 402、源極隨耦器403、源極隨耦器輸出404、浮動(dòng)擴(kuò)散部405、側(cè)壁隔離物410、復(fù)位漏極413 及從金屬線(未展示)到柵極401、402、403的觸點(diǎn)350以及源極/漏極植入?yún)^(qū)域405、413、 404。這些裝置組件也圖解說明于圖7的橫截面中。光學(xué)堆疊僅為透明層300。穿過圖7中的此橫截面，僅存在兩個(gè)高度Y及Z。圖8展示使用如圖5到圖7所描述的本發(fā)明第一實(shí)施例的1. 1 μ m像素陣列的QE 的模擬結(jié)果。與藍(lán)色像素303相關(guān)聯(lián)的藍(lán)色響應(yīng)曲線603的峰值QE為120%。與綠色/藍(lán)色像素301相關(guān)聯(lián)的綠色/藍(lán)色響應(yīng)曲線601的峰值QE為116%。與綠色/紅色像素304 相關(guān)聯(lián)的綠色/紅色響應(yīng)曲線604的峰值QE為105%。與紅色像素302相關(guān)聯(lián)的紅色響應(yīng)曲線604的峰值QE為86%。對(duì)于給定像素，給定波長(zhǎng)的QE可大于100%，這是因?yàn)楣鈱W(xué)路徑是以利用相長(zhǎng)及相消干涉的此方式調(diào)整的。圖9a到圖9d圖解說明相長(zhǎng)及相消干涉如何產(chǎn)生具有大于100%的峰值的QE曲線。針對(duì)不同波長(zhǎng)展示恰在照射側(cè)上的硅有源層420上面的光強(qiáng)度的四個(gè)平面圖曲線圖。 對(duì)于藍(lán)色光G20nm)，大多數(shù)的光強(qiáng)度703在像素303上面。同樣地，對(duì)于綠色/藍(lán)色光 G70nm)，大多數(shù)的光強(qiáng)度701在像素301上面。又同樣地，對(duì)于綠色/紅色光(590nm)，大多數(shù)的光強(qiáng)度704在像素304上面。最后，對(duì)于紅色光(650nm)，大多數(shù)的光強(qiáng)度702在像素302上面。為了幫助使光學(xué)路徑光柵可見，圖10展示圖5到圖7的4X4像素剖面。清晰可見的是有源層420的頂部上的光學(xué)堆疊300。識(shí)別單個(gè)色彩核心內(nèi)的四個(gè)像素(301、302、 303及304)，連同四個(gè)透明柱之間的Δ高度差1050。如圖8中所展示，藍(lán)色、綠色/藍(lán)色、綠色/紅色以及紅色響應(yīng)曲線(603、601、604 以及60 的峰值QE分別處于440nm、485nm、585nm及645nm的波長(zhǎng)。此是針對(duì)法向入射。 遺憾地，使傳入光的角度遠(yuǎn)離法向入射傾斜會(huì)增加不同像素的光學(xué)路徑差。此改變相長(zhǎng)及相消干涉的細(xì)節(jié)且導(dǎo)致對(duì)于不同響應(yīng)曲線QE為峰值所處的波長(zhǎng)的微小差。峰值位置的差進(jìn)一步隨著傾斜角度的增加而增加。當(dāng)將此成像器置于相機(jī)系統(tǒng)中時(shí)，像素陣列的中心處的主光線為法向入射；然而，接近所述陣列的邊緣的像素的主光線角度可超過30度。由于響應(yīng)曲線取決于傾斜角度，因此此導(dǎo)致跨越圖像的色彩偏移(色調(diào)偏移)，其并非始終容易校正。存在用以最小化與入射光的傾斜角度的改變相關(guān)聯(lián)的色調(diào)偏移的數(shù)種方式。一種方法是以更多高度差細(xì)化二元光學(xué)路徑光柵且優(yōu)化此經(jīng)細(xì)化系統(tǒng)。此涉及較多蝕刻以在透明層中提供更多可能高度。此細(xì)化還涉及將像素分為若干個(gè)子像素區(qū)域。舉例來說，考慮其中存在八個(gè)可能高度且將每一像素分解為十六個(gè)正方形子區(qū)域的情況。在四個(gè)像素的情
7況下，此給出光學(xué)堆疊的512個(gè)自由度。使用數(shù)值模擬，可針對(duì)一波長(zhǎng)范圍對(duì)所有情況進(jìn)行建模，且可以此方式優(yōu)化系統(tǒng)使得四個(gè)像素均存在良好色彩分離且色調(diào)偏移為最小的。然而，迫使系統(tǒng)最小化色調(diào)偏移與迫使每一像素上面的光學(xué)路徑相同是相同的。此問題的解決方案是看起來像具有恰在硅表面上面的焦點(diǎn)的微透鏡的事物。因此，替代使用二元光學(xué)技術(shù)形成類微透鏡結(jié)構(gòu)，僅形成一系列連續(xù)微透鏡為較容易的。圖11展示類似于圖10的光學(xué)路徑光柵的光學(xué)路徑光柵，其中像素之間的光學(xué)路徑差為Δ 1250，但每一像素1210上面還存在一微透鏡。此新結(jié)構(gòu)將隨著改變的傾斜角度而具有更佳色調(diào)偏移性能。圖12到圖16圖解說明用于制作具有呈如圖11中的微透鏡的形狀具有彎曲表面的光學(xué)路徑光柵的方法。注意圖12到圖16描述通過未直接展示于圖12到圖16中但展示于圖10、圖11、圖17及/或圖18中的編號(hào)參考的Δ改變。以下所描述的程序需要比拜耳 CFA的光刻步驟少的光刻步驟。圖1 到圖12b各自展示四個(gè)像素的兩個(gè)橫截面，一個(gè)橫截面穿過色彩核心的像素303及304，另一個(gè)橫截面穿過色彩核心的像素301及302。完成所述裝置在有源層420內(nèi)的制作，且使背照式成像器變薄。已在有源層420的照射側(cè)上生長(zhǎng)或沉積厚度大于D的二氧化硅或某一其它透明層300。層300的頂部上是經(jīng)圖案化微透鏡陣列1025。存在用于制作此微透鏡陣列的若干種方法，包含微間隙圖案化及回流以及灰度光學(xué)光刻。圖13a到圖13b展示在將微透鏡表面轉(zhuǎn)移到透明層材料中的1 1定向蝕刻之后的二氧化硅層300。層300在微透鏡的邊緣處的厚度為D。將抗蝕劑層1020施加到圖像陣列的一部分且對(duì)其進(jìn)行圖案化使得用抗蝕劑1020覆蓋像素301及302，且所述圖案使得像素303及304內(nèi)的透明層300被暴露。將經(jīng)暴露透明層300蝕刻2 Δ 1030的厚度。圖14a到圖14b展示在如先前段落中所論述的那樣蝕刻并移除透明層的2 Δ 1030 的厚度之后的兩個(gè)橫截面。接著移除抗蝕劑1020。圖1 到圖1 圖解說明過程中的在如先前段落中所論述的那樣移除第一蝕刻的經(jīng)圖案化抗蝕劑1020之后的下一步驟。將第二抗蝕劑層1040施加到圖像陣列且對(duì)其進(jìn)行圖案化。此圖案暴露像素301、303內(nèi)的透明層300且覆蓋像素302及304內(nèi)的透明層300。 蝕刻并移除經(jīng)暴露透明層300。圖16a到圖16b展示在如前面段落中所論述的那樣蝕刻并移除透明層的Δ 1050 的厚度之后的兩個(gè)橫截面。移除(圖15b的)抗蝕劑1040。對(duì)于像素302、301、304及303， 透明層300的最終厚度分別為D、D- Δ、D-2 Δ及D-3 Δ。圖11中的光學(xué)路徑光柵將具有優(yōu)于圖10中的光學(xué)路徑光柵的色調(diào)偏移性能，然而，對(duì)于越來越陡的角度，最高的透明材料柱(像素30 在較短的柱(像素301、304及303) 上投下陰影，因?yàn)樗霾牧喜⒎?00%透明。此陰影導(dǎo)致色調(diào)偏移，其根本原因并非光學(xué)路徑長(zhǎng)度的變化，而是較短像素上的光強(qiáng)度減小。圖17圖解說明用以最小化因陰影及光學(xué)路徑長(zhǎng)度差所致的色調(diào)偏移的方式。在原始光學(xué)路徑光柵300與微透鏡1430之間插入第二透明材料1320。為了維持色彩核心內(nèi)的不同像素之間的光學(xué)路徑差，兩種材料(300及1320)的折射率必須為不同的。將微透鏡陣列1430置于層1320的平面表面的頂部上。所述平面微透鏡陣列消除因陰影所致的問題。最終，圖18展示類似于圖17只不過微透鏡1530的大小等于色彩核心但不等于個(gè)別像素(301、302、303及304)的大小的結(jié)構(gòu)。此具有使來自每一微透鏡1530的光束聚焦穿過每一光學(xué)光柵塊(301、302、303及304)從而甚至在更大程度上減少色調(diào)偏移的優(yōu)點(diǎn)。圖19是可與本發(fā)明的圖像傳感器陣列401 —起使用的成像系統(tǒng)的框圖。成像系統(tǒng)1200包含數(shù)碼相機(jī)電話1202及計(jì)算裝置1204。數(shù)碼相機(jī)電話1202為可使用并入有本發(fā)明的圖像傳感器的圖像捕獲裝置的實(shí)例。其它類型的圖像捕獲裝置也可與本發(fā)明一起使用，例如數(shù)碼靜止相機(jī)及數(shù)碼攝錄像機(jī)。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，數(shù)碼相機(jī)電話1202為便攜式、手持式電池操作的裝置。數(shù)碼相機(jī)電話1202產(chǎn)生存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器1206中的數(shù)字圖像，存儲(chǔ)器1206可為(例如) 內(nèi)部快閃EPROM存儲(chǔ)器或可裝卸存儲(chǔ)器卡。或者，可使用其它類型的數(shù)字圖像存儲(chǔ)媒體(例如，磁性硬驅(qū)動(dòng)器、磁帶或光盤)來實(shí)施存儲(chǔ)器1206。數(shù)碼相機(jī)電話1202使用透鏡1208將來自場(chǎng)景(未展示)的光聚焦到有源像素傳感器1212的圖像傳感器陣列401上。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，圖像傳感器陣列401使用拜耳濾色器圖案來提供彩色圖像信息。圖像傳感器陣列401由定時(shí)產(chǎn)生器1214控制，而定時(shí)產(chǎn)生器1214還控制閃光燈1216以在周圍照射為低時(shí)照射所述場(chǎng)景。從圖像傳感器陣列410輸出的模擬輸出信號(hào)經(jīng)放大且由模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器電路1218轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)于緩沖器存儲(chǔ)器1220中且隨后由數(shù)字處理器1222進(jìn)行處理。數(shù)字處理器1222由存儲(chǔ)于固件存儲(chǔ)器12M中的固件控制，固件存儲(chǔ)器 12 可以是快閃EPROM存儲(chǔ)器。數(shù)字處理器1222包含實(shí)時(shí)時(shí)鐘1226，時(shí)鐘12 甚至在數(shù)碼相機(jī)電話1202及數(shù)字處理器1222處于低功率狀態(tài)中時(shí)仍保持日期及時(shí)間。經(jīng)處理的數(shù)字圖像文件存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器1206中。存儲(chǔ)器1206還可存儲(chǔ)其它類型的數(shù)據(jù)，例如，音樂文件 (例如，MP3文件)、鈴音、電話號(hào)碼、日歷及待辦事項(xiàng)列表。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)碼相機(jī)電話1202捕獲靜止圖像。數(shù)字處理器 1222執(zhí)行色彩內(nèi)插隨后執(zhí)行色彩及色調(diào)校正，以產(chǎn)生經(jīng)再現(xiàn)的sRGB圖像數(shù)據(jù)。所述經(jīng)再現(xiàn)的sRGB圖像數(shù)據(jù)接著經(jīng)壓縮且被作為圖像文件存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器1206中。僅以實(shí)例方式，可按照J(rèn)PEG格式(其使用已知的“Exif”圖像格式)來壓縮所述圖像數(shù)據(jù)。此格式包含使用各種TIFF標(biāo)簽存儲(chǔ)特定圖像元數(shù)據(jù)的Exif應(yīng)用程序段。舉例來說，可使用單獨(dú)TIFF標(biāo)簽來存儲(chǔ)捕獲圖片的日期及時(shí)間、透鏡f/數(shù)以及其它相機(jī)設(shè)定，且存儲(chǔ)圖像標(biāo)題。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，數(shù)字處理器1222產(chǎn)生由用戶選擇的不同圖像大小。 一個(gè)此大小為低分辨率的“拇指指甲”大小圖像。產(chǎn)生拇指指甲大小的圖像描述于庫(kù)赫達(dá) (Kuchta)等人的標(biāo)題為“提供全分辨率圖像和經(jīng)減小分辨率圖像的多格式存儲(chǔ)的電子靜止相機(jī)(Electronic Still Camera Providing Multi-Format Storage Of Full And Reduced Resolution Images) ”的共同轉(zhuǎn)讓的第5，164，831號(hào)美國(guó)專利中。所述拇指指甲圖像存儲(chǔ)于RAM存儲(chǔ)器12 中且供應(yīng)到顯示器1230，舉例來說，顯示器1230可以是有源矩陣IXD或有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)。產(chǎn)生拇指指甲大小圖像允許在彩色顯示器1230上快速觀察所捕獲的圖像。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，數(shù)碼相機(jī)電話1202還產(chǎn)生并存儲(chǔ)視頻剪輯。視頻剪輯是通過將圖像傳感器陣列410的多個(gè)像素一起求和(例如，對(duì)圖像傳感器陣列410的每一4列X4行區(qū)內(nèi)的相同色彩的像素進(jìn)行求和)以形成較低分辨率的視頻圖像幀而產(chǎn)生的。舉例來說，視頻圖像幀是使用每秒15幀的讀出速率以規(guī)律間隔從圖像傳感器陣列410讀取的。音頻編解碼器1232連接到數(shù)字處理器1222且從麥克風(fēng)(Mic) 1234接收音頻信號(hào)。音頻編解碼器1232還向揚(yáng)聲器1236提供音頻信號(hào)。這些組件既用于電話交談?dòng)钟糜谟涗浥c播放音軌連同視頻序列或靜止圖像。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，揚(yáng)聲器1236還用于告知用戶傳入的電話呼叫。此可使用存儲(chǔ)于固件存儲(chǔ)器12M中的標(biāo)準(zhǔn)鈴音或通過使用從移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)1238下載并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器1206中的定制鈴音來完成。另外，振動(dòng)裝置(未展示)可用于提供傳入的電話呼叫的無聲(例如，非可聽的)通知。數(shù)字處理器1222連接到無線調(diào)制解調(diào)器1240，其使數(shù)碼相機(jī)電話1202能夠經(jīng)由射頻(RF)信道1242發(fā)射及接收信息。無線調(diào)制解調(diào)器1240使用例如3GSM網(wǎng)絡(luò)的另一 RF 鏈路(未展示)與移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)1238通信。移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)1238與存儲(chǔ)從數(shù)碼相機(jī)電話 1202上載的數(shù)字圖像的照片服務(wù)提供者1244通信。其它裝置(包含計(jì)算裝置1204)經(jīng)由因特網(wǎng)1246存取這些圖像。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)1238還連接到標(biāo)準(zhǔn)電話網(wǎng)絡(luò)(未展示)以提供正常電話服務(wù)。圖形用戶接口(未展示)顯示于顯示器1230上且由用戶控制件1248控制。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，用戶控制件1248包含用以撥打電話號(hào)碼的專用按鈕(例如，電話小鍵盤)、用以設(shè)定模式(例如，“電話”模式、“日歷”模式、“相機(jī)”模式)的控制件、包含4路控制(向上、向下、向左、向右)的操縱桿控制器及按鈕中心“0K”或“選擇”開關(guān)。塢1251給數(shù)碼相機(jī)電話1202中的電池(未展示)再充電。塢1251經(jīng)由塢接口 1252將數(shù)碼相機(jī)電話1202連接到計(jì)算裝置1204。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，塢接口 1252 實(shí)施為有線接口，例如USB接口?；蛘?，在根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例中，塢接1252實(shí)施為無線接口，例如藍(lán)牙或IEEE 802. Ilb無線接口。塢接口 1252用于將圖像從存儲(chǔ)器1206下載到計(jì)算裝置1204。塢接1252還用于將日歷信息從計(jì)算裝置1204 傳送到數(shù)碼相機(jī)電話1202中的存儲(chǔ)器1206。部件列表
100拜耳CFA圖案
101綠色濾色器
102紅色濾色器
103藍(lán)色濾色器
104綠色濾色器
105拜耳色彩核心
112紅色光的有效孔口
200光電二極管植入物
201傳送柵極
202復(fù)位柵極
203源極/隨耦器晶體
204輸出
205浮動(dòng)擴(kuò)散部
210側(cè)壁隔離物
211N摻雜層
212釘扎植入物
213復(fù)位漏極
220有源層
221電介質(zhì)層
222抗反射層
230CFA層
250法向入射光
300透明層
301綠色/藍(lán)色像素
302紅色像素
303藍(lán)色像素
304綠色/紅色像素
310色彩核心
350觸點(diǎn)
400釘扎式光電二極
401圖像傳感器陣列
401傳送柵極
402紅色響應(yīng)曲線
402復(fù)位柵極
403多晶硅柵極
403藍(lán)色響應(yīng)曲線
403緩沖器
404源極隨耦器輸出
404金屬導(dǎo)線
404植入?yún)^(qū)域
404綠色響應(yīng)曲線
405植入?yún)^(qū)域
405轉(zhuǎn)換區(qū)域
405浮動(dòng)擴(kuò)散部
410側(cè)壁隔離物
412釘扎層
413植入?yún)^(qū)域
413復(fù)位漏極
420有源層
501綠色響應(yīng)曲線
502紅色響應(yīng)曲線
503藍(lán)色響應(yīng)曲線
504綠色響應(yīng)曲線
601綠色/藍(lán)色響應(yīng)曲線
602紅色響應(yīng)曲線
603藍(lán)色響應(yīng)曲線
604綠色/紅色響應(yīng)曲線
701470nm光的強(qiáng)度峰值區(qū)域
702650nm光的強(qiáng)度峰值區(qū)域
703420nm光的強(qiáng)度峰值區(qū)域
704590nm光的強(qiáng)度峰值區(qū)域
1010穿過像素303及304的橫截
1011穿過像素301及302的橫截
1020經(jīng)圖案化抗蝕劑層
1025經(jīng)圖案化微透鏡陣列
1030透明層的經(jīng)蝕刻量
1040第二經(jīng)圖案化抗蝕劑層
1050透明層的經(jīng)蝕刻量
1200成像系統(tǒng)
1202成像裝置
1204計(jì)算裝置
1206存儲(chǔ)器
1208透鏡
1210微透鏡
1212有源像素傳感器
1214定時(shí)產(chǎn)生器
1216閃光燈
1218模/數(shù)轉(zhuǎn)換器
1220緩沖器存儲(chǔ)器
1222處理器
1224固件
1226時(shí)鐘
1228RAM
1230顯不器
1232音頻編解碼器
1234麥克風(fēng)
1236揚(yáng)聲器
1238網(wǎng)絡(luò)
1240無線調(diào)制解調(diào)器
1242連接
1244服務(wù)提供者
1246因特網(wǎng)
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1248用戶控制件1250像素之間的透明層厚度差1251塢1252接口1320第二透明材料層1430微透鏡1530微透鏡
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，其包括(a)像素陣列，其包括周期性重復(fù)的多個(gè)核心，且每一核心包含用于響應(yīng)于光而收集電荷的η個(gè)光敏區(qū)域，η等于或大于2 ；及(b)透明層，其橫跨所述光敏區(qū)域，具有η個(gè)光學(xué)路徑，所述η個(gè)光學(xué)路徑中的至少兩者為不同的，其中每一光學(xué)路徑將預(yù)定光譜帶的光引導(dǎo)到特定光敏區(qū)域中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述光學(xué)路徑的差是通過透明材料的不同厚度形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述光學(xué)路徑的差是通過不同折射率形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中所述透明層為二氧化硅、氮化硅或透明有機(jī)材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述光學(xué)路徑為彼此不同的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所述透明材料包含彎曲表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括安置成橫跨所述透明層的第二層，且所述第二層在與所述第二層的接觸所述透明層的表面相對(duì)的表面上包含平面或大致平面表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括安置成橫跨所述第二層的多個(gè)微透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中每一微透鏡橫跨一個(gè)別像素。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像傳感器，其中每一微透鏡橫跨一像素核心。
11.一種用于制造圖像傳感器的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供具有多個(gè)光電二極管的有源層，每一光電二極管用于響應(yīng)于光而收集電荷；(b)提供橫跨所述有源層的電介質(zhì)；(c)提供橫跨所述電介質(zhì)的多個(gè)微透鏡；(d)蝕刻所述微透鏡以將所述微透鏡的形狀轉(zhuǎn)移到所述電介質(zhì)；(e)對(duì)所述電介質(zhì)的一部分上方的抗蝕劑進(jìn)行圖案化以形成經(jīng)暴露的及未經(jīng)暴露的電介質(zhì)；(g)蝕刻所述經(jīng)暴露的電介質(zhì)；(h)移除所述抗蝕劑；及 ⑴重復(fù)步驟(e)到(h)。
12.—種成像裝置，其包括 圖像傳感器，其包括(a)像素陣列，其包括周期性重復(fù)的多個(gè)核心，且每一核心包含用于響應(yīng)于光而收集電荷的η個(gè)光敏區(qū)域，η等于或大于2 ；及(b)透明層，其橫跨所述光敏區(qū)域，具有η個(gè)光學(xué)路徑，所述η個(gè)光學(xué)路徑中的至少兩者為不同的，其中每一光學(xué)路徑將預(yù)定光譜帶的光引導(dǎo)到特定光敏區(qū)域中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像裝置，其中所述光學(xué)路徑的差是通過透明材料的不同厚度形成的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像裝置，其中所述光學(xué)路徑的差是通過不同折射率形成的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像裝置，其中所述透明層為二氧化硅、氮化硅或透明有機(jī)材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像裝置，其中所述光學(xué)路徑為彼此不同的。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的成像裝置傳感器，其中所述透明材料包含彎曲表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像裝置，其進(jìn)一步包括安置成橫跨所述透明層的第二層，且所述第二層在與所述第二層的接觸所述透明層的表面相對(duì)的表面上包含平面或大致平面表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的成像裝置，其進(jìn)一步包括安置成橫跨所述第二層的多個(gè)微透鏡。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像裝置，其中每一微透鏡橫跨一個(gè)別像素。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像裝置，其中每一微透鏡橫跨一像素核心。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，其包含像素陣列，其包括周期性重復(fù)的多個(gè)核心，且每一核心包含用于響應(yīng)于光而收集電荷的n個(gè)光敏區(qū)域(400)，n等于或大于2；及透明層(300)，其橫跨所述光敏區(qū)域，具有n個(gè)光學(xué)路徑，所述n個(gè)光學(xué)路徑中的至少兩者為不同的，其中每一光學(xué)路徑將預(yù)定光譜帶的光引導(dǎo)到特定光敏區(qū)域中。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102197486SQ200980142487
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者約瑟夫·蘇馬, 約翰·P·麥卡滕 申請(qǐng)人:全視科技有限公司