图像像素制造技术

本实用新型专利技术涉及一种图像像素，其包括：内部子像素，所述内部子像素展示出第一光敏度；以及外部子像素组，所述外部子像素组包括至少一个子像素并展示出大于所述第一光敏度的第二光敏度，其中所述内部子像素嵌套在所述外部子像素组内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】图像像素相关申请的交叉引用本申请要求于由M·米利纳尔，U·博提格和R·莫里兹森专利技术的、2015年9月17日递交的、题目为“Methods,Devices,andApparatusforaPixel(用于像素的方法、装置和设备)”的第62/219985号美国临时申请的优先权。本申请还要求由M·米利纳尔，U·博提格和R·莫里兹森专利技术的、于2015年12月17日递交的、题目为“HighDynamicRangePixelUsingLightSeparation(利用光分离的高动态范围像素)”的第62/268623号美国临时申请的优先权。这两个临时申请通过引用包含于此，在此要求其对于共同主题的优选权。
本文总体上涉及图像像素及成像传感器，更具体地，涉及具有包括多于一个光敏区的像素的成像传感器。
技术介绍
现代电子设备例如蜂窝电话、相机和计算机通常使用数字图像传感器。成像仪(即图像传感器)可由图像感测像素的二维阵列形成。每个像素可包括光敏器件，例如接收入射光子(光)并将光子转换成电荷的光电二极管。传统图像像素阵列包括前部感光式图像像素或背部感光式图像像素。使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或电荷耦合器件(CCD)技术在半导体衬底上制造图像像素。图像传感器可包括光电二极管和其它操作电路，例如形成在衬底的前表面中的晶体管。图像感测像素的二维阵列中的单个图像感测像素包括单个光敏区、形成在光敏区上方的滤色器以及形成在滤色器上方的单个圆顶状微透镜。当作为整体观察时，与图像传感器中的图像感测像素阵列关联的滤色器阵列被称为滤色器阵列。许多成像仪使用拜耳滤色器阵列，其中阵列中竖直地和水平地相邻的滤色器具有不同颜色。拜耳滤色器阵列包括红色、绿色和蓝色滤色器。理想地，与具有红色滤色器的像素关联的光敏区仅会暴露到已经穿过红色滤色器的光，与具有绿色滤色器的像素关联的光敏区仅会暴露到已经穿过绿色滤色器的光，以及与具有蓝色滤色器的像素关联的光敏区仅会暴露到已经穿过蓝色滤色器的光。然而，在与不同颜色关联的相邻像素(即具有不同颜色的滤色器)之间通常存在不期望的光学串扰。不期望的光学串扰由穿过一种颜色的滤色器并妨碍与一不同颜色关联的像素的光敏区的光表征。不期望的光学串扰的示例是当已经穿过红色滤色器的光妨碍与绿色像素(即具有绿色滤色器的像素)关联的光敏区时。光学串扰通常由高入射角的光和闪光条件导致，且可降低成像仪的输出图像质量。电串扰还可对成像仪的性能具有不利影响。理想地，与红色像素关联的光敏区将积聚对应于已经在该光敏区接收到的红光的量的电荷，与绿色像素关联的光敏区将积聚对应于已经在该光敏区接收到的绿光的量的电荷，以及与蓝色像素关联的光敏区将积聚对应于已经在该光敏区接收到的蓝光的量的电荷。然而，在与不同颜色关联的相邻像素之间通常存在不期望的电串扰。不期望的电串扰由在与一种颜色关联的像素的半导体区域中生成的光生电荷被与一不同颜色关联的像素的光敏区(即光电二极管)收集来表征。不期望的电串扰的示例是当响应于红光生成的光生电荷扩散到与绿色像素关联的光敏区(即应该接收绿光且对应于接收到的绿光的量生成电荷的光敏区)中并被该光敏区收集时。电串扰还可降低成像仪的输出图像质量。因此，期望能够提供用于成像设备的改进的图像像素。
技术实现思路
根据一个方面，提供一种图像像素，包括：内部子像素，所述内部子像素展示出第一光敏度；以及外部子像素组，所述外部子像素组包括至少一个子像素并展示出大于所述第一光敏度的第二光敏度，其中所述内部子像素嵌套在所述外部子像素组内。根据另一方面，提供一种图像像素，包括：内部子像素；外部子像素组，直接包围所述内部子像素；滤色器，形成在所述外部子像素组的一部分和所述内部子像素上方；以及至少一个微透镜，形成在所述外部子像素组上方，其中所述外部子像素组具有比所述内部子像素高的光敏度。根据再一方面，提供一种图像像素，包括：内部子像素组；外部子像素组，直接包围所述内部子像素组；以及至少一个微透镜，位于所述外部子像素组上方。根据本技术提供的图像像素，可管理子像素中的光电二极管之间的电串扰，从而提高成像仪的输出图像质量。附图说明图1是根据实施例的例示性电子设备的图。图2A是根据实施例的具有含圆形光收集表面的内部子像素的嵌套子像素的表面视图。图2B是根据实施例的沿着图2A中的A-A’线的嵌套子像素的截面侧视图。图2C是根据实施例的沿着图2A的替代实施例中的A-A’线的嵌套子像素的截面侧视图。图3A是根据实施例的具有含矩形光收集表面的内部子像素的嵌套子像素的表面视图。图3B是根据实施例的沿着图3A中的A-A’线的嵌套子像素的截面侧视图。图4A是根据实施例的具有含矩形光收集表面的内部子像素的嵌套子像素的表面视图，该内部子像素被中间子像素和外部子像素包围。图4B是根据实施例的沿着图4A中的A-A’线的嵌套子像素的截面侧视图。图5是根据实施例的具有含圆形光收集表面的内部子像素的嵌套子像素的表面视图，该内部子像素被具有两个子像素的外部子像素组包围。图6是根据实施例的具有含圆形光收集表面的内部子像素的嵌套子像素的表面视图，该内部子像素被具有四个子像素的外部子像素组包围。图7是根据实施例的放置在嵌套子像素上方的圆形微透镜的图。图8A是根据实施例的放置在嵌套子像素上方的环形微透镜的图。图8B是根据实施例的放置在相邻的嵌套子像素上方的替代环形微透镜的图。图9是根据实施例的放置在嵌套子像素上方的微透镜的图，该嵌套子像素具有以网格布局布置的内部子像素和外部子像素组。图10A是根据实施例的放置在以网格布局布置的内部子像素组和外部子像素组的每个子像素上方的微透镜的图。图10B是根据实施例的仅放置在以网格布局布置的外部子像素组的每个子像素上方的替代微透镜的图。图11是根据实施例的形成在嵌套子像素上方的混合滤色器的图。图12示出了根据实施例的彼此相邻地形成的微透镜。图13示出了根据实施例的具有不同高度且以两层形成的微透镜。图14A、图14B、14C示出了根据实施例的可用于形成两层具有均匀高度的微透镜的步骤。图15示出了根据实施例的在内部子像素上方具有透明过滤器的混合滤色器。图16示出了根据实施例的可使用图1-15的实施例的成像仪的框图。具体实施方式本公开的实施例涉及图像传感器，更具体地，涉及具有多个像素的图像传感器，其中每个像素包含多个子像素结构。本领域技术人员将认识到，本示例性实施例可在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践。在其它实例中，未详细描述公知的操作，以不使本实施例不必要地模糊。电子设备例如数码相机、计算机、蜂窝电话和其它电子设备包括收集入射光以捕捉图像的图像传感器。图像传感器可包括图像像素阵列。图像传感器中的图像像素可包括光敏元件，例如将入射光转换成电荷的光电二极管。电荷可被存储和转换成图像信号。图像传感器可具有任何数量的像素(例如，几百个或几千个或更多个)。典型的图像传感器可例如具有几十万个或几百万个像素(例如百万像素)。图像传感器可包括控制电路，例如用于操作成像像素的电路和用于读出对应于由光敏元件生成的电荷的图像信号的读出电路。图像传感器可设置有多光电二极管图像像素(在本文中有时称为环状光电二极管像素、环状图像像素、环状像素、嵌套子像素、超像素、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像像素，其特征在于，包括：内部子像素，所述内部子像素展示出第一光敏度；以及外部子像素组，所述外部子像素组包括至少一个子像素并展示出大于所述第一光敏度的第二光敏度，其中所述内部子像素嵌套在所述外部子像素组内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.17 US 62/219,985;2015.12.17 US 62/268,6231.一种图像像素，其特征在于，包括：内部子像素，所述内部子像素展示出第一光敏度；以及外部子像素组，所述外部子像素组包括至少一个子像素并展示出大于所述第一光敏度的第二光敏度，其中所述内部子像素嵌套在所述外部子像素组内。2.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述图像像素进一步包括：滤色器，所述滤色器形成在所述内部子像素和所述外部子像素组上方。3.根据权利要求2所述的图像像素，其中，所述滤色器包括：第一过滤区域，所述第一过滤区域形成在所述外部子像素组的第一部分和所述内部子像素上方；以及第二过滤区域，所述第二过滤区域形成在所述外部子像素组的第二部分上方，所述外部子像素组的第二部分不同于所述外部子像素组的第一部分，其中所述第一过滤区域和第二过滤区域分别透射不同的光谱。4.根据权利要求3所述的图像像素，其中，所述第二过滤区域包括滤色器区域。5.根据权利要求3所述的图像像素，其中，所述第二过滤区域包括透明滤色器区域。6.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述第二光敏度是所述第一光敏度的至少四倍。7.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述外部子像素组具有第一几何中心，并且其中，所述内部子像素具有与所述第一几何中心相同的第二几何中心。8.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述内部子像素具有矩形光收集表面。9.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述内部子像素具有椭圆形光收集表面。10.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述外部子像素组中的至少一个子像素包括：多个尺寸相等的子像素，其中所述内部子像素具有与所述多个尺寸相等的子像素中给定的子像素相同的尺寸。11.根据权利要求10所述的图像像素，其中，所述多个尺寸相等的子像素包括八个正方形的子像素，其中所述内部子像素是正方形的内部子像素，具...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·米利纳尔，U·博提格，R·莫里兹森，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US