[发明专利]具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器

说明书

背景技术

数字图像传感器实现光电二极管阵列和将光电二极管连接到位于图像传感器板上的读出电子器件的电连接件。在传统的前侧照亮图像传感器中，电连接件被放置成比光电二极管阵列更靠近图像传感器的光接收表面，以使得来自场景的光必须在到达光电二极管阵列之前穿过(容纳电连接件的)布线层。这阻止了很大一部分入射光的检测。背照式图像传感器通过翻转硅衬底并使硅衬底的背侧变薄以允许光通过背侧进入并由光电二极管阵列检测而无需首先穿过布线层来解决这个问题。因此，背照式图像传感器可以实现比前侧照亮的图像传感器更高的灵敏度。

然而，背照式图像传感器的架构存在挑战。例如，背照式图像传感器的硅衬底比前侧照亮的图像传感器的硅衬底明显更薄，这使得背照式图像传感器比前侧照亮的图像传感器更脆弱。另一个挑战是在没有布线层在与不同的光电二极管相关联的光传播路径之间提供至少部分光阻挡的情况下增加了相邻光电二极管之间的串扰。在颜色敏感的背照式图像传感器中，这种光学串扰可能会导致颜色混合，并且因此降低捕获图像中的色彩清晰度。

发明内容

在一个实施方案中，具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器包括硅层和在硅层的光接收表面上的滤色器层。硅层包括光电二极管阵列。滤色器层包括滤色器阵列，所述滤色器阵列与光电二极管阵列配合以形成相应的彩色像素阵列。滤色器层还包括设置在滤色器之间的光阻挡栅，以抑制相邻滤色器之间的光的透射。该光阻挡栅在整个滤色器层上是空间不均匀的，以考虑在整个滤色器阵列上的主射线角度的变化。

在一个实施方案中，一种用于制造具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的方法包括在包括光电二极管阵列的硅衬底的光接收表面上形成滤色器阵列和金属栅格，以产生彩色像素阵列。金属栅格被设置在至少一些滤色器之间以提供部分串扰抑制。该方法还包括将具有比滤色器更低的折射率的第一电介质材料沉积到彩色像素阵列上，以整体地形成：(a)用于彩色像素阵列的微透镜阵列、以及(b)填充滤色器之间的未由金属栅格占据的空间的基于全内反射的光阻挡栅。

附图说明

图1示出根据一个实施方案的具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器。

图2在顶视平面图中示出根据一个实施方案的图1的图像传感器的滤色器层。

图3示出根据一个实施方案的具有金属光阻挡栅的滤色器层的一部分，其在图3所示的部分中基本上由金属组成。

图4示出根据一个实施方案的具有金属光阻挡栅的滤色器层的一部分，其在图4所示的部分中基本上由金属组成但不跨越滤色器层的整个高度。

图5示出根据一个实施方案的具有光阻挡栅的滤色器层的一部分，其在图5所示的部分中包含金属和低n材料。

图6A至图6C示出根据一个实施方案的包括具有金属和低n材料的空间不均匀组成的光阻挡栅的串扰抑制滤色器层。

图7A至图7G示出根据一个实施方案的具有复合金属/低n材料光阻挡栅和空间不均匀宽度以容纳复合光阻挡栅中的空间不均匀量的低n材料的滤色器的串扰抑制滤色器层。

图8A至图8G示出根据一个实施方案的具有堆叠的金属/低n材料光阻挡栅的串扰抑制滤色器层，其中金属部分的高度在整个光阻挡栅上是空间不均匀的。

图9A至图9D示出根据一个实施方案的具有堆叠的金属/低n材料光阻挡栅的另一串扰抑制滤色器层，其中金属部分的高度在整个光阻挡栅上是空间不均匀的。

图10示出根据一个实施方案的用于制造具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的方法。

图11示出根据一个实施方案的具有与微透镜整体形成的低n材料的串扰抑制滤色器层。

图12示出根据一个实施方案的用于制造具有空间不均匀的串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的方法。

图13A和图13B示出根据一个实施方案的具有(a)空间不均匀宽度的滤色器和(b)与微透镜整体形成的低n材料的串扰抑制滤色器层。

图14示出根据一个实施方案的用于制造具有空间不均匀的串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的另一示例性方法。

图15A和图15B示出根据一个实施方案的具有(a)空间不均匀高度的金属光阻挡栅和(b)与微透镜整体形成的低n材料的串扰抑制滤色器层。

图16A和图16B示出根据一个实施方案的具有(a)空间不均匀高度的金属光阻挡栅和(b)与微透镜整体形成的低n材料的另一串扰抑制滤色器层。