图像传感器和成像系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种图像传感器和成像系统，并且具体地涉及一种包括具有凸表面的介电元件的图像传感器以及对应的成像系统。本实用新型专利技术所解决的技术问题是在一些像素中发生的低量子效率、信号噪声、电荷迁移和/或串扰。所述图像传感器可包括具有凸表面的滤色器、以及对应的下层介电元件。所述滤色器的所述凸表面平行于所述介电元件的凸表面，其中所述滤色器的所述凸面形状基本上等同于所述介电元件的所述凸面形状。本实用新型专利技术所实现的技术效果是提供具有较高的量子效率、降低的信号噪声、减少的电荷迁移和/或减少的串扰的图像传感器。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器和成像系统
本技术涉及图像传感器和成像系统，并且具体地涉及包括具有凸表面的介电元件的图像传感器以及对应的成像系统。
技术介绍
电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用图像传感器来捕获图像。典型的CMOS(互补金属氧化物半导体)成像器电路包括像素的焦平面阵列，并且每个像素包括用于在衬底的一部分中聚积光生电荷的光传感器，诸如光电门或光电二极管。许多常规高性能图像传感器由一种或多种规范描述，诸如高分辨率、高动态范围、高速度、高量子效率、低噪声、低暗电流、无图像滞后、电荷存储容量、输出电压摆幅等。虽然规范中的一些是相互关联的，但一些是因图像传感器的物理特性和设计而产生的折衷。例如，当像素尺寸减小时，到达光传感器的光的量减少，这可引起低量子效率。另外，具有彼此非常接近的像素和/或电路的图像传感器可表现出因噪声、电荷迁移到相邻光传感器和/或串扰而引起的光学伪影，这会对图像质量产生不利影响。
技术实现思路
本技术所解决的技术问题是在一些像素中发生的低量子效率、信号噪声、电荷迁移和/或串扰。图像传感器可包括具有凸表面的滤色器以及对应的下层介电元件。滤色器的凸表面平行于介电元件的凸表面，其中滤色器的凸面形状基本上等同于介电元件的凸面形状。根据一个方面，图像传感器包括：具有多个像素的衬底；设置在衬底的表面上的介电元件阵列，其中：每个介电元件包括向上远离衬底的表面延伸的凸表面；并且每个介电元件对应于一个像素并与一个像素竖直地对准；滤色器阵列，其中：每个滤色器设置在一个介电元件的凸表面上；并且每个滤色器包括定位在介电元件的凸表面上方的凸表面；并且其中衬底、介电元件阵列和滤色器阵列形成竖直堆叠。在各种实施方案中，图像传感器的特征还在于包括设置在衬底的表面上且在相邻介电元件之间的网格系统。在一个实施方案中，网格系统设置在滤色器与衬底之间；并且至少一个滤色器的一部分邻接网格系统。在替代实施方案中，网格系统设置在介电元件与衬底之间；并且相邻介电元件与网格系统重叠并彼此邻接。在又一个实施方案中，网格系统包括布置在相邻滤色器之间的复合网格结构；并且复合网格结构的第一端从衬底的表面延伸到相邻滤色器的凸表面。在各种实施方案中，每个滤色器的凸表面在形状上基本上等同于下层介电元件的凸表面；并且滤色器的凸表面与下层介电元件的凸表面之间的距离是基本上均匀的。根据另一个方面，成像系统包括：衬底，该衬底包括：被布置成行和列的像素阵列；以及布置在相邻像素之间的多个隔离沟槽；设置在衬底的表面上的介电元件阵列；其中：每个介电元件与该阵列的一个像素竖直地对准；并且每个介电元件包括凸表面，该凸表面从第一边缘延伸到第二边缘并向上远离衬底的表面延伸；网格系统，其中该网格系统设置在相邻介电元件之间且在像素阵列的行和列之间；滤色器阵列，每个滤色器设置在一个介电元件的凸表面上；其中：每个滤色器包括凸表面，该凸表面从第一边缘延伸到第二边缘并定位在介电元件的凸表面上方；并且滤色器的凸表面在形状上基本上等同于介电元件的凸表面；并且其中：衬底、介电元件和滤色器形成竖直堆叠；衬底、介电元件和滤色器中的每一者具有预定折射率；并且竖直堆叠的折射率的值从滤色器向衬底增加。在一个实施方案中，网格系统设置在滤色器与衬底之间；并且至少一个滤色器的一部分邻接网格系统。在替代实施方案中，网格系统设置在介电元件与衬底之间；并且相邻介电元件与网格系统重叠并彼此邻接。在一个实施方案中，网格系统包括布置在相邻滤色器之间的复合网格结构，并且其中复合网格结构的第一端从衬底的表面延伸到相邻滤色器的凸表面。本技术所实现的技术效果是提供具有较高的量子效率、降低的信号噪声、减少的电荷迁移和/或减少的串扰的图像传感器。附图说明当结合以下示例性附图考虑时，可参照具体实施方式更全面地了解本技术。在以下附图中，通篇以类似附图标记指代各附图当中的类似元件和步骤。图1代表性地示出了根据本技术的示例性实施方案的成像系统；图2是根据本技术的示例性实施方案的图像传感器的框图；图3是根据本技术的示例性实施方案的图像传感器的剖视图；图4是根据本技术的示例性实施方案的图像传感器的剖视图；图5是根据本技术的示例性实施方案的图像传感器的剖视图；图6是根据本技术的示例性实施方案的图像传感器的剖视图；图7A、图7B、图7C、图7D、图7E、图7F是根据本技术的示例性实施方案的用于形成图像传感器的方法；并且图8A、图8B、图8C、图8D、图8E、图8F、图8G、图8H、图8I、图8J是根据本技术的示例性实施方案的用于形成图像传感器的方法。具体实施方式本技术可在功能块部件和各种加工步骤方面进行描述。这样的功能块可通过被配置成执行指定功能并且实现各种结果的任何数量的部件来实现。例如，本技术可采用可执行多种功能的各种采样电路、模数转换器、半导体器件，诸如晶体管、电容器、图像处理单元等。此外，本技术可结合任何数量的系统(诸如汽车、航空航天、成像、监视和消费电子器件)实施，并且所述的这些系统仅为该技术的示例性应用。另外，本技术可采用任何数量的常规技术，以用于捕获图像数据、采样图像数据、处理图像数据等。根据本技术的各个方面的用于图像传感器的方法和装置可结合任何合适的电子系统(诸如成像系统、“智能设备”、可穿戴设备、消费电子器件等)一起操作。此外，用于图像传感器的方法和装置可与任何合适的成像系统一起使用，诸如相机系统、视频系统、机器视觉、车辆导航、监视系统、运动检测系统等。参见图1和图2，示例性成像系统可包括电子设备，诸如数字相机100。在一个实施方案中，成像系统可包括通过总线110与各种设备通信的中央处理单元(CPU)105。连接到总线110的一些设备可提供进出系统的通信，例如输入/输出(I/O)设备115。连接到总线110的其他设备提供存储器，例如随机存取存储器(RAM)120、硬盘驱动器以及一个或多个外围存储器设备125，诸如USB驱动器、存储卡和SD卡。虽然总线110被示为单条总线，但可使用任何数量的总线来提供通信路径以使设备互连。成像系统还可包括聚焦图像的设备，诸如透镜130。例如，透镜130可包括固定焦距透镜和/或可调焦距透镜。成像系统还可包括用于捕获图像数据的图像传感器135。例如，光可通过透镜130进入成像系统并击中图像传感器135。图像传感器135可结合任何合适的技术来实施，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)和电荷耦合器件中的有源像素传感器。图像传感器135可包括像素阵列200以检测光并通过以下方式传送构成图像的信息：将波的可变衰减(在它们穿过物体或经物体反射时)转换成电信号。像素阵列200可包括被布置成行和列的多个像素205，并且像素阵列200可包含任何数量的行和列，例如数百或数千行和列。每个像素205可包括光传感器，诸如光电门、光电二极管等，以检测光并将所检测的光转换成电荷。图像传感器135还可包括各种电路以将电荷转变为像素信号，放大该信号，并对该信号执行各种处理。例如，图像传感器135可包括行电路210、列电路215以及定时和控制单元220，以选择性地激活连续像素行并将像素信号传输到采样保持电路225。在采样之后，图像传感器135可将像素信号传输到放大器230，其中放大器230先放大信号，再通过模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：衬底，所述衬底包括多个像素；设置在所述衬底的表面上的介电元件阵列，其中，每个介电元件包括向上远离所述衬底的所述表面延伸的凸表面；并且每个介电元件对应于一个像素并与一个像素竖直地对准；滤色器阵列，其中，每个滤色器设置在一个介电元件的所述凸表面上；并且每个滤色器包括定位在所述介电元件的所述凸表面上方的凸表面；其中，所述衬底、所述介电元件阵列和所述滤色器阵列形成竖直堆叠。

【技术特征摘要】
2017.01.18 US 15/408,8391.一种图像传感器，其特征在于，包括：衬底，所述衬底包括多个像素；设置在所述衬底的表面上的介电元件阵列，其中，每个介电元件包括向上远离所述衬底的所述表面延伸的凸表面；并且每个介电元件对应于一个像素并与一个像素竖直地对准；滤色器阵列，其中，每个滤色器设置在一个介电元件的所述凸表面上；并且每个滤色器包括定位在所述介电元件的所述凸表面上方的凸表面；其中，所述衬底、所述介电元件阵列和所述滤色器阵列形成竖直堆叠。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括设置在所述衬底的所述表面上且在相邻介电元件之间的网格系统。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于：所述网格系统设置在所述滤色器与所述衬底之间；并且至少一个滤色器的一部分邻接所述网格系统。4.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于：所述网格系统设置在所述介电元件与所述衬底之间；并且相邻介电元件与所述网格系统重叠并彼此邻接。5.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于：所述网格系统包括布置在相邻滤色器之间的复合网格结构；并且所述复合网格结构的第一端从所述衬底的所述表面延伸到所述相邻滤色器的所述凸表面。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：每个滤色器的所述凸表面的形状与下层介电元件的所述凸表面的形状相同；并且所述滤色器的所述凸表面与所述下层介电元件的所述凸表面之间的距离是均...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·伯萨克，
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