[发明专利]熔合式多阵列彩色图像传感器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体装置的领域，且更明确地说，涉及多阵列图像传感器装置。

背景技术

半导体行业目前生产使用微透镜的不同类型的基于半导体的图像传感器，例如电荷耦合装置(CCD)、CMOS有源像素传感器(APS)、光电二极管阵列、电荷注入装置和混合焦平面阵列，以及其它图像传感器。这些图像传感器使用微透镜来将电磁辐射聚焦到光电转换装置(例如，光电二极管)上。而且，这些图像传感器可使用彩色滤光片使特定波长的电磁辐射穿过以供光电转换装置进行感测，使得光电转换装置通常与特定色彩相关联。

微透镜有助于增加光学效率，并减少图像传感器的像素单元之间的串扰。图1A和图1B展示使用拜耳彩色滤光片图案化阵列100(下文描述)的常规彩色图像传感器的一部分的俯视图和简化横截面图。阵列100包含像素单元10，其每一者形成于衬底1上。每一像素单元10包含光电转换装置12r、12g、12b(例如，光电二极管)，以及电荷收集阱13r、13g、13b。所说明的阵列100具有微透镜20，其收集光并使光聚焦在光电转换装置12r、12g、12b上，所述光电转换装置又将所聚焦的光转换成电子，所述电子存储在相应的电荷收集阱13r、13g、13b中。

阵列100还可包含彩色滤光片阵列30或由彩色滤光片阵列30覆盖。彩色滤光片阵列30包含彩色滤光片31r、31g、31b，其每一者安置在像素单元10上方。滤光片31r、31g、31b中的每一者只允许特定波长的光穿过而到达相应的光电转换装置。通常，彩色滤光片阵列经布置成重复拜耳图案，所述图案针对每个红色滤光片31r和蓝色滤光片31b包含两个绿色滤光片31g，如图1A所示那样布置。

彩色滤光片阵列30与像素单元10之间是层间电介质(ILD)区域3。ILD区域3通常包含多层层间电介质和导体，所述导体形成像素单元10的装置之间以及从像素单元10到阵列100外围的电路150的连接。介电层5通常提供在彩色滤光片阵列30与微透镜20之间。

拜耳图案彩色滤光片以及在单个阵列上方使用交替RGB滤光片的其它彩色滤光片图案的一个主要缺点在于，像素间的串扰可能有效地降低色彩重构能力。串扰以两种方式出现。光学串扰产生于若干来源，一个来源是当光以广角度进入微透镜且并非适当地聚焦在正确的像素上时。图1B中展示角度光学串扰的实例。经滤波的红光15的大部分到达正确的光电转换装置12r，但是既定用于红色光电转换装置12r的经滤波的红光16中的一些被误导到邻近的绿色像素和蓝色像素。

电学串扰也可通过模糊效应而出现在阵列中。模糊出现在以下情况中：光源的强度太强以致像素单元10的电荷收集阱13r、13g无法存储更多电子，而将额外电子17提供到衬底以及邻近的电荷收集阱中。在特定色彩(例如，红色)特别强的情况下，此模糊效应可能虚假地增加邻近的绿色像素和蓝色像素的响应。

因此，将有利的是，将替代性彩色滤光片布置用于图像传感器中以提供更精确的色彩数据，且这可减轻光学和电学串扰。

发明内容

本发明在各种示范性实施例中将具有分离的相应彩色滤光片的多个图像传感器阵列并入在同一成像器电路小片上。一个示范性实施例是图像传感器，其包括位于衬底表面处的多个像素单元阵列，其中每一像素单元包括光电转换装置。每一阵列经配置以通过光学系统来捕获同一图像，所述光学系统向每一阵列提供相同图像。图像处理器电路连接到所述多个阵列，且经配置以组合由相应阵列捕获的图像，并产生输出图像。

附图说明

从下文参看附图所提供的对示范性实施例的详细描述内容，将更容易明白本发明的上述和其它优点与特征，在附图中：

图1A是常规拜耳图案彩色图像传感器的一部分的俯视平面图；

图1B是常规彩色图像传感器的一部分的横截面图；

图2是根据本发明实施例的2×2阵列图像传感器的俯视平面图；

图3是根据本发明另一实施例的3×1阵列图像传感器的俯视平面图；

图4是根据本发明实施例的阵列的一部分的横截面图；

图5A是根据本发明实施例的展示视差偏移与阵列间的中心到中心距离之间的关系的曲线图；

图5B是根据本发明实施例的展示视差偏移与对象离阵列的透镜的距离之间的关系的曲线图；

图6是根据本发明另一实施例的阵列的一部分的横截面图；

图7是根据本发明另一实施例的阵列的一部分的横截面图；

图8A是根据本发明实施例的采用像素阵列的成像器的俯视平面图；