彩色滤光器阵列及图像传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种彩色滤光器阵列及图像传感器。描述彩色滤光器阵列的实施例，所述彩色滤光器阵列包含多个平铺式最小重复单元。每一最小重复单元包含：不可见波长滤光器层，其包含多个滤光器；及可见波长滤光器层，其定位在所述不可见波长滤光器层上且具有多个滤光器，使得来自所述可见波长层的每一滤光器光学耦合到所述不可见波长层中的对应滤光器。

【技术实现步骤摘要】

所揭示的实施例大体上涉及图像传感器，且尤其但非排他性地涉及包含多层彩色滤光器阵列(CFA)的图像传感器。
技术介绍
图像传感器可与不可见波长滤光器耦合，使得其可在可见波长范围之外的波长下(例如在红外(IR)波长范围中)捕获图像。两种材料用于制造现有红外滤光器：基于颜料的材料及基于C的材料。基于颜料的红外滤光器通常用于像素大小小于1.4μm的图像传感器。其具有转化为较高信噪比(SNR)的高红外透射率，但其不能完全阻断比如蓝色及红色的可见波长，因此其产生较糟的颜色误差。基于C的红外滤光器通常用于像素大小大于1.4μm的图像传感器。其完全阻断比如蓝色及红色的可见波长，且因此具有较小的颜色误差，但其具有转化为较低SNR的低红外透射率。
技术实现思路
一方面，本专利技术提供一种彩色滤光器阵列，其包括：多个平铺式最小重复单元，每一最小重复单元包括：不可见波长滤光器层，其包含多个滤光器，所述不可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一不可见光响应的至少三个滤光器及具有第二不可见光响应的滤光器；及可见波长滤光器层，其定位在所述不可见波长滤光器层上且具有多个滤光器，使得来自所述可见波长层的每一滤光器光学耦合到所述不可见波长层中的对应滤光器，其中所述可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一可见光响应的滤光器、具有第二可见光响应的一对滤光器，及具有第三可见光响应的滤光器；其中具有所述第二可见光响应的所述个别滤光器中的一者光学耦合到具有所述第二不可见光响应的所述一对个别滤光器中的一者，且其中具有所述第一及第三可见光响应的所述滤光器及具有所述第二可见光响应的所述一对滤光器中的另一滤光器光学耦合到具有所述第一不可见光响应的滤光器。另一方面，本专利技术提供一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包含多个个别像素；彩色滤光器阵列，其定位在所述像素阵列上方且光学耦合到所述像素阵列，所述彩色滤光器阵列包括多个平铺式最小重复单元，每一最小重复单元包括：不可见波长滤光器层，其包含多个滤光器，所述不可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一不可见光响应的至少三个滤光器及具有第二不可见光响应的滤光器；及可见波长滤光器层，其定位在所述不可见波长滤光器层上且具有多个滤光器，使得来自所述可见波长层的每一滤光器光学耦合到所述不可见波长层中的对应滤光器，其中所述可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一可见光响应的滤光器、具有第二可见光响应的一对滤光器，及具有第三可见光响应的滤光器；其中具有所述第二可见光响应的所述个别滤光器中的一者光学耦合到具有所述第二不可见光响应的所述一对个别滤光器中的一者，且其中具有所述第一及第三可见光响应的所述滤光器及具有所述第二可见光响应的所述一对滤光器中的另一滤光器光学耦合到具有所述第一不可见光响应的滤光器。附图说明参考以下诸图描述非限制性及非详尽实施例，其中相似参考数字是指贯穿各种视图的相似部分，除非另有指定。图1为包含彩色滤光器阵列的图像传感器的实施例的示意图。图2A到2B分别为一对前侧照明像素的实施例及一对背侧照明像素的实施例的横截面。图3为通过平铺多个最小重复单元(MRU)而形成的彩色滤光器阵列(CFA)的实施例的图解。图4A到4B分别为多层滤光器的最小重复单元的实施例的平面图及横截面图。大体上沿图4A中的剖面线I-I取得图4B的横截面图。图4C为图4B的最小重复单元的分解横截面图，其说明多层滤光器的操作的实施例。图5A到5B分别为多层滤光器的最小重复单元的另一实施例的平面图及横截面图。大体上沿图5A中的剖面线I-I取得图5B的横截面图。具体实施方式描述多层彩色滤光器及包含多层彩色滤光器的图像传感器的实施例。描述特定细节以提供对所述实施例的理解，但所属领域的技术人员将认识到，能够在不具有一或多个所描述细节的情况下或在具有其它方法、组件、材料等等的情况下实践本专利技术。在一些情况下，未展示或详细地描述众所周知的结构、材料或操作，但这些仍涵盖于本专利技术的范围内。贯穿本说明书的对“一个实施例”或“一实施例”的参考意指所描述的特征、结构或特性可包含于一或多个所描述的实施例中，使得“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现未必皆是指同一实施例。此外，所描述的特征、结构或特性可以任何合适方式组合于一或多个实施例中。图1说明互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器100的实施例，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器100包含：彩色像素阵列105；读出电路170，其耦合到所述像素阵列；功能逻辑115，其耦合到所述读出电路；及控制电路120，其耦合到所述像素阵列。彩色像素阵列105为具有X个像素列及Y个像素行的个别成像传感器或像素(例如，像素P1、P2...、Pn)的二维(“2D”)阵列。彩色像素阵列105可被实施为如图2A所展示的前侧照明图像传感器，或被实施为如图2B所展示的背侧照明图像传感器。如所说明，将所述阵列中的每一像素布置成行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)以获取人员、位置或对象的图像数据，其能够随后用于呈现所述人员、位置或对象的2D图像。彩色像素阵列105使用耦合到所述像素阵列的彩色滤光器阵列(CFA)将颜色指派到每一像素，如下文结合彩色滤光器阵列的所揭示的实施例进一步所论述。在像素阵列105中的每一像素已获取其图像数据或图像电荷之后，图像数据由读出电路170读出且传送到功能逻辑115以供存储、额外处理等等。读出电路170可包含放大电路、模/数(“ADC”)转换电路或其它电路。功能逻辑115能够存储图像数据及/或通过应用后图像效果(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或以其它方式)操纵图像数据。在一个实施例中，功能逻辑115也能够用于处理图像数据以校正(即，减少或移除)固定图案噪声。控制电路120耦合到像素阵列105以控制彩色像素阵列105的操作特性。举例来说，控制电路120能够产生用于控制图像获取的快门信号。图2A说明CMOS图像传感器中的一对前侧照明(FSI)像素200的实施例的横截面。FSI像素200的前侧为衬底202的在其上安置光敏区204及关联像素电路且在其上方形成用于重新分布信号的金属堆叠206的侧。金属堆叠206包含金属层M1及M2，其经图案化以形成光学通道，通过所述光学通道，入射在FSI像素200上的光能够到达光敏或光电二极管(“PD”)区域204。为了实施彩色图像传感器，前侧可包含多层彩色滤光器阵列201，其中将其彩色滤光器(在此特定横截面中仅说明两个个别两层滤光器203及205)中的每一者安置于微透镜210下方，微透镜210能够将入射光聚焦到PD区域204上。彩色滤光器阵列201可为用本文所论述的任何最小重复单元形成的多层彩色滤光器阵列。图2B说明CMOS图像传感器中的一对背侧照明(BSI)像素250的实施例的横截面。如在FSI像素200中，像素250的前侧为衬底202的在其上安置光敏区域204及关联像素电路且在其上方形成用于重新分布信号的金属堆叠206的侧。背侧为衬底202的与前侧相对的侧。为了实施彩色图像传感器，背侧可包含多层彩色滤光器阵列201，其中将其个别滤光器(在此特定横截面中说明两层个别滤光器203及205)中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种彩色滤光器阵列，其包括：多个平铺式最小重复单元，每一最小重复单元包括：不可见波长滤光器层，其包含多个滤光器，所述不可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一不可见光响应的至少三个滤光器及具有第二不可见光响应的滤光器；及可见波长滤光器层，其定位在所述不可见波长滤光器层上且具有多个滤光器，使得来自所述可见波长层的每一滤光器光学耦合到所述不可见波长层中的对应滤光器，其中所述可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一可见光响应的滤光器、具有第二可见光响应的一对滤光器，及具有第三可见光响应的滤光器；其中具有所述第二可见光响应的所述个别滤光器中的一者光学耦合到具有所述第二不可见光响应的所述一对个别滤光器中的一者，且其中具有所述第一及第三可见光响应的所述滤光器及具有所述第二可见光响应的所述一对滤光器中的另一滤光器光学耦合到具有所述第一不可见光响应的滤光器。

【技术特征摘要】
2015.10.22 US 14/920,1261.一种彩色滤光器阵列，其包括：多个平铺式最小重复单元，每一最小重复单元包括：不可见波长滤光器层，其包含多个滤光器，所述不可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一不可见光响应的至少三个滤光器及具有第二不可见光响应的滤光器；及可见波长滤光器层，其定位在所述不可见波长滤光器层上且具有多个滤光器，使得来自所述可见波长层的每一滤光器光学耦合到所述不可见波长层中的对应滤光器，其中所述可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一可见光响应的滤光器、具有第二可见光响应的一对滤光器，及具有第三可见光响应的滤光器；其中具有所述第二可见光响应的所述个别滤光器中的一者光学耦合到具有所述第二不可见光响应的所述一对个别滤光器中的一者，且其中具有所述第一及第三可见光响应的所述滤光器及具有所述第二可见光响应的所述一对滤光器中的另一滤光器光学耦合到具有所述第一不可见光响应的滤光器。2.根据权利要求1所述的彩色滤光器阵列，其中所述第一可见光响应为红色，所述第二可见光响应为绿色，且所述第三可见光响应为蓝色。3.根据权利要求2所述的彩色滤光器阵列，其中所述第一不可见光响应为红外阻断的且所述第二不可见光响应为红外通过的。4.根据权利要求2所述的彩色滤光器阵列，其中所述第一、第二及第三可见光响应被布置成拜耳图案。5.根据权利要求1所述的彩色滤光器阵列，其中所述第一可见光响应为品红色，所述第二可见光响应为黄色，且所述第三可见光响应为青色。6.根据权利要求5所述的彩色滤光器阵列，其中所述第一不可见光响应为红外阻断的
\t且所述第二不可见光响应为红外通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱胤，陆震伟，李瑾，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US