[发明专利]具有用于色彩分离的光栅的图像传感器

说明书

技术领域

本发明大体来说涉及具有细分成若干像素核心的像素阵列的图像传感器，且更特定来说涉及具有针对所述核心中的像素的不同光学路径以改进色彩分离并增加量子效率的所述图像传感器。

背景技术

一般来说，随着使用CMOS过程为图像传感器制作的像素按比例调整到较小尺寸，使用这些像素的成像器的数个性能性质降级。一种性能性质(特定来说，量子效率(QE))快速地降级。性能的损失与滤色器阵列(CFA)在像素阵列顶部上的添加混淆。CFA的用途是允许传入光的色彩分离以提供重构彩色图像的能力。然而，对于给定波长，大多数的滤波器为吸收的。因此，任一给定波长有效地经历像素阵列上面的一系列小孔口。随着像素间距收缩，CFA图案中的此有效孔口的大小变得与可见光的波长相当。光衍射使光转向到邻近像素上且减小目标色彩阵列的有效QE。举例来说，考虑图1a。对于传入的红色光，蓝色像素103及绿色像素101、104的蓝色及绿色CFA有效地进行阻挡。针对拜耳图案105，图1b图解说明此在红色像素102上面形成用于红色光的小孔口112。尤其在低于2μm像素间距时，衍射将传入的红色光散布到邻近的蓝色及绿色像素上，这是因为CFA定位于图像传感器的其中光子转换成电荷载流子的有源层上面的有限距离处。衍射破坏CFA分离色彩的有效性，从而增加色彩串扰。其还有效地减小红色像素的QE。

图2展示现有技术的背照式图像传感器的四个pmos像素的穿过红色及绿色CFA的横截面。此还将用作在本发明的具体实施方式中描述本发明的参考点。

仍参考图2，其展示其中收集光生电荷载流子的光电二极管200。为了读出，通过调整传送栅极201上的电压将所述电荷载流子电传送到浮动扩散部205。浮动扩散部信号馈送源极随耦晶体管203的输入。源极随耦器203的低阻抗输出驱动输出线204。在读出之后，通过控制复位栅极202上的电压将浮动扩散部205中的信号注入到复位漏极213中。所述光电二极管之间的侧壁隔离物210将光生电荷载流子引导到最近的光电二极管200中，从而减少装置层内的色彩串扰。为了减少暗电流，接近光电二极管200的硅与电介质之间的表面处存在薄钉扎层212。也为了减少暗电流，沿着侧壁隔离物210存在薄n掺杂层211。传入光250首先穿过滤色器阵列层230、接着穿过抗反射涂覆层222、接着穿过通常为二氧化硅的间隔物层221，之后到达有源装置层220。然而，光学堆叠221、222及230可取决于应用而由更多或更少层组成，且通常包含用于顶部层的微透镜阵列。图3提供图2的此非共享钉扎式光电二极管结构的单个像素示意图。

图4展示具有拜耳图案的现有技术1.1μm像素阵列的QE的模拟结果。与蓝色像素103相关联的蓝色响应曲线503的峰值QE为40％。与绿色像素101、104相关联的绿色响应曲线501、504的峰值QE为35％。与红色像素102相关联的红色响应曲线502的峰值QE为23％。对于这些模拟，电介质间隔物221层的厚度为0.5μm。增加电介质间隔物厚度221会使性能降级，从而导致较低的峰值QE及增加的色彩串扰。

虽然目前已知及利用的图像传感器令人满意，但需要解决上述缺点。

发明内容

本发明的目标是通过用二元光学路径光栅替换CFA来改进邻近像素之间的色彩串扰并增加QE。有效QE可大于100％。

此目标通过以下操作来实现：调整色彩核心中的每一像素的光学路径差，使得对于特定波长，落到图像传感器上的光强度接近色彩核心内的一个像素的表面而以相长方式进行干涉且针对色彩核心内的其它像素以相消方式进行干涉。对于另一特定波长，光接近色彩核心内的第二像素的表面而以相长方式进行干涉且针对色彩核心内的其它像素以相消方式进行干涉。

在结合其中展示并描述本发明的说明性实施例的图式阅读下文详细说明之后，所属领域的技术人员将即刻明了本发明的这些及其它目标、特征及优点。

本发明的有利效果

本发明具有改进邻近像素之间的色彩串扰且增加QE的优点。

附图说明

尽管本说明书是通过特别指出并明确请求本发明的标的物的权利要求书而得出结论，但相信，当结合附图阅读以下说明时将更好地理解本发明，其中：

图1a到图1b展示现有技术的拜耳滤色器阵列图案；

图2展示现有技术的背侧照射式图像传感器的四个像素的穿过拜耳CFA图案切割的红色及绿色部分的横截面。像素电路是针对pmos图像传感器；

图3展示现有技术的pmos非共享像素示意图；

图4是拜耳滤色器阵列的波长对QE的曲线图；