[發明專利]圖像傳感器的光波導器

有效

• 申請號: 200980142671.9
• 申請日: 2009-09-04
• 公開（公告）號: CN102232199A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發明（設計）人: 穆尼布·沃貝爾
• 申請（專利權）人: 立那工業股份有限公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 張世俊

技術領域

本實施例是關于一種集成電路制作，更特定而言是關于制作更有效的CMOS圖像傳感器。

背景技術

一圖像傳感器具有大量相同傳感器元件(像素)，一般而言在一個笛卡爾(方形)網格中有大于100萬像素。毗鄰像素之間的距離稱為間距(p)。一像素的面積為p²。光敏元件的面積(亦即，像素的對光敏感可將光轉換至一電信號的面積)通常僅是像素的表面面積的20％至30％。

對一設計者的挑戰是將盡可能多的入射于像素上的光引導至像素的光敏元件上。諸多因素可以減少到達光敏元件的光的量的。一個因素是構造圖像傳感器的方式。互補式金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器可以通過在晶體硅的頂部上蝕刻且沉積諸多硅的氧化物、金屬及氮化物層的制程來制作。一典型傳感器的層列舉于表I中且顯示于圖1中。

表I

在表I中，通常一硅襯底上的第一層是ILD層且最頂層是覆蓋層。在表I中，ILD是指層間的介電層；金屬1、金屬2及金屬3是指不同金屬層；IMD1B、IMD2B及IMD5B是指不同金屬間的介電層(其等是間隔件層)；PASS1、PASS2及PASS3指不同鈍化層(通常是介電層)。

在圖像傳感器的硅襯底上面的層的總厚度是圖像傳感器的堆疊高度，堆疊高度是單個層的厚度的總和。在表I的實例中，單個層的厚度的總和是大約11.6微米(μm)。

在一像素的光敏元件上面的空間必須是透光的，以允許來自一全色彩場景的入射光入射于位于硅襯底中的光敏元件上。因此，不能安排金屬層橫跨一個像素的光敏元件，確保讓光敏元件正上面的層是透明的。

像素間距與堆疊高度的比率(p/s)決定了可被像素接受且可被輸送至硅上的光敏元件的光錐(F數目)。當像素變得更小且堆疊高度增加，此比率數目減少，因此像素的效率下降。

更重要地，由于金屬層的數目增加導致的堆疊高度增高，會遮蔽光線，尤其是以一一定角度入射到感測器組件的光線，使其不能透過該堆疊到達光敏元件。一個解決方案是降低堆疊高度達一顯著量(亦即，＞2μm)。然而，在標準CMOS制程中此解決方案難以達成。

另一個限制常用圖像傳感器性能的問題是入射到圖像傳感器上的光的約三分之一或更少的光被透射至諸如一光電二極管的光敏元件。在傳統的圖像傳感器中，為區別光的三種成份以便可再現來自一全色彩場景的色彩，使用一濾光器針對每一像素濾掉光的成份中的兩種。舉例而言，紅色像素具有吸收綠色光及藍色光僅允許紅色光通過到達傳感器的一濾光器。

發明內容

附圖說明

圖1顯示一常用圖像傳感器的一剖面圖。

圖2顯示一圖像傳感器的一實施例的一剖面圖。

圖3顯示具有一微透鏡的一圖像傳感器的另一實施例的一剖面圖。

圖4顯示具有兩個圖像傳感器的一復合像素的一示意性橫截面，該兩個圖像傳感器具有兩個孔徑(d₁及d₂)及用于引導具有不同波長(λ_B及λ_R)的光的光管。

圖5顯示顯示一圖像傳感器的一實施例的構造的不同示意性剖面圖。

圖6顯示包含一第一光電二極管及一第二光電二極管的一雙光電二極管的一實施例的一示意性剖面圖，該第一光電二極管具有與光管的橫截面面積大致相同的一橫截面面積且位于該光管下面，該第二光電二極管具有與堆疊中的孔徑的橫截面面積大致相同或比其大的橫截面面積且位于該第一光電二極管下面，且其中該第一光電二極管及該第二光電二極管是藉由一實體障壁分離以防止串擾。

圖7顯示可操作地耦合至一圖像傳感器的一光耦合器的一實施例的一示意性剖面圖。

圖8顯示可操作地耦合至一圖像傳感器的一光耦合器的一實施例的構造的不同示意性剖面圖。俯視圖及仰視圖是產生色彩的兩個互補像素(具有不同直徑的2管光)的橫截面。

圖9顯示含有本文所揭示的實施例的圖像傳感器的一裝置的一示意性俯視圖，每一圖像傳感器具有代表互補色彩的兩個輸出。

具體實施方式

在以下詳細說明中，參照形成本發明一部分的附圖。在圖式中，類似符號通常識別類似組件，除非上下文以其他方式規定。在詳細說明中、圖式中及申請專利范圍中所闡述的說明性實施例并不意指具有限制性。在不脫離本文所呈現主題的精神或范疇的情形下可利用其他實施例且可做出其他改變。