CN102047427B - 具有聚焦互连的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器(100)包括在集成电路的衬底(101)中形成的感光区域(102、104、106)。该衬底具有在衬底的表面上形成的第一金属层(m1),因此该第一金属层限定具有第一孔宽度的第一孔,入射光在照射该感光区域之前穿过该第一孔。该第一孔宽度等于或小于位于该第一孔下方的感光区域的宽度。该衬底还具有在该第一金属层上形成的第二金属层(tn2)。第二孔的第二孔宽度比该第一孔宽度宽。第一孔和第二孔将入射光聚焦于该感光区域之上。

Description

具有聚焦互连的图像传感器
本发明一般涉及成像电路,特别地但非排他地涉及图像传感器。
背景技术
集成电路已被研发以减小用于实现电路系统的组件的尺寸。举例来说,集成电路已使用越来越小的设计部件,这些部件减小了用于实现该电路系统的面积,使得设计部件现在远小于可见光的波长。随着作为感测阵列的部分的图像传感器和单个像素的尺寸的日益减小,更有效地捕捉照射该感测阵列的入射光是重要的。因此,更有效地捕捉入射光有助于维持或改善被尺寸越来越小的感测阵列所捕捉的电子图像的质量。
附图简述
参考附图而描述本发明的非限制性和非穷举的实施例,在全部附图中相同附图标记代表相同部分,除非另外指明。
图1是样本前端照明(FSI)图像传感器100的侧视图;
图2是图像传感器的样本传感器阵列的俯视图;
图3是样本图像传感器的样本像素的截面图;
图4是穿过具有不同孔的多种像素的光波的横截面图;
图5是样本图像传感器的另一样本像素的横截面图;
图6是具有通过三个金属层形成的具有孔的像素的横截面图;以及
图7是具有通过具有斜边的两个金属层形成的孔的样本像素的横截面图。
详细描述
本文将描述一种图像传感器反射器的实施例。在如下的描述中,将陈述一些具体细节以彻底理解这些实施例。然而,本领域技术人员将了解本文描述的这些技术可在没有一个或更多个这些具体细节的情况下实施,或使用其它方法、组件、材料等实施。在其它实例中,未详细示出或描述公知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。
在本说明书通篇中,对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着相关于该实施例描述的特定特征、结构或特性被包含于本发明的至少一个实施例中。因此,在本说明书通篇的多个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”并不一定全都指代同一个实施例。此外,这些特定特征、结构或特性可以任何适当方式组合于一个或更多个实施例中。本文中使用的术语“或”通常意味着包含性功能的含义,诸如“和/或”。
一般而言,集成电路包括多种应用所采用的电路系统。这些应用使用诸如逻辑器件、成像器(包括CMOS和CCD成像器)及存储器(诸如DRAM及基于NOR及基于NAND的闪存器件)的广泛的多种器件。这些器件通常将晶体管用于多种功能,包括信号的开关和放大。
晶体管通常通过在硅衬底上执行的光刻工艺而形成于集成电路中。这些工艺包括诸如以下的步骤:将光刻抗蚀剂层涂敷于衬底,利用光(包括深紫外光波长)将该光刻抗蚀剂层曝光为一图案,通过蚀刻去除抗蚀剂层的被曝光部(或未被曝光部,这取决于所使用的是正性光抗蚀剂还是负性光抗蚀剂),并通过(例如)沉积或注入附加材料来整饰被曝光结构以形成用于电子组件(包括晶体管)的多种结构。
术语“衬底”包括使用基于硅、硅-锗、锗、砷化镓及其类似物的半导体形成的衬底。术语衬底也可指代在该衬底上执行以在衬底中形成区域和/或结的先前工艺步骤。术语衬底也可包括多种技术,诸如掺杂和未掺杂半导体、硅外延层及在该衬底上形成的其他半导体结构。
可执行化学机械平坦化(CMP)以呈现适于形成额外结构的被调整衬底的表面。这些额外结构可通过执行额外处理步骤(诸如以上介绍的工艺)而增添于该衬底。
随著作为感测阵列的一部分的个别像素中的图像传感器的尺寸日益缩减,多种设计企图更有效地捕捉照射感测阵列的入射光。例如,像素的光感测元件的面积(诸如光电二极管区域)通常通过在每个像素上方(或下方)设置一微透镜而最大化,以使得入射光更好地被聚焦于光感测元件之上。通过微透镜聚焦光企图捕捉正常将入射于像素中的光感测组件占用的区域外(并因此损耗和/或“泄漏”至其它非所需像素)的光。
根据本发明,不同层级的金属互联线的边缘被用来将来自一被照明对象的入射光聚焦至一图像传感器的像素的感光区域上。至少两层级的金属可用以聚焦入射光。两层级的金属可以是位于感光区域与被成像对象之间的用于互连的金属层和/或用于任何其它目的的金属。
为了说明,图1是示出在图像传感器100中的以一图案设置于感光元件的阵列上的样本滤光器的侧视图。为简化起见,该图解未按比例绘制。一般而言,图像传感器100包括以二维行和列的阵列设置在衬底101上的若干感光元件。图1示出三个感光元件102、104及106,它们被显示为光电二极管区域102、104及106。该阵列可包括上百或上千行和/或列,甚至更多。此外,该阵列可具有不同于直线列和行的配置。
衬底101可以是半导体衬底。对于某些实施例,衬底101是掺杂的硅衬底。
每个感光元件102、104和106通常将所接收的光转换为与所检测的光强度成比例的电信号。感光元件可以是光电二极管或其它固态器件。也可使用其它感光元件。所得像素可包括(例如)诸如一个或多个CMOS晶体管的放大及读出电路(未示出)。所得像素可以是具有约为1.75微米或更小尺寸的器件。或者,所得像素可更大。为清楚起见,仅示出了感光元件102、104及106的附图标记。感光元件102、104及106可以任何合适的已知方式设置于衬底101中。
图像传感器100中的典型单个像素可包括多层的叠层(包括金属层、平坦化层或类似物)的叠层。如图所示,图像传感器100包括具有设置于介电材料108中的M1导体的第一金属层。对于一些实施例,第一金属层可被蚀刻为M1金属导体的形状,且M1导体可通过抛光而平坦化。可沉积和/或生长介电材料108以填充M1导体之间的间隙。介电材料108可将M1导体与衬底101隔离。
介电材料108可以是诸如氧化物的绝缘体。对于一些实施例,该介电材料可以是二氧化硅。
M1导体可以是铜、铝、铝铜混合物或其它适合传输信号的材料(诸如多晶硅)。
如图所示,图像传感器100包括具有设置于介电材料110中的M2导体的第二金属层。对于一些实施例,该第二金属层可被蚀刻为M2金属导体的形状,且M2导体可通过抛光而平坦化。可沉积和/或生长介电材料110以填充M2导体间的间隙。介电材料110可将M1金属导体与M2金属导体隔离。
介电材料110可以是诸如氧化物的任何绝缘体。对于某些实施例,该介电材料可以是二氧化硅。
M2导体可由适合于导体M1的材料制成。
此外,滤光器被设置于由介电材料110限定的层上。这些滤光器可与感光元件对齐,以使得滤光器116与感光元件102对齐,滤光器118与感光元件104对齐,且滤光器120与感光元件106对齐。虚线130指示滤光器与感光元件的对齐。
滤光器116、118及120可按照如下描述的合适图案设置。例如,其中滤光器116、118及120是彩色滤光器,滤光器116、118及120可按照拜耳(Bayer)图案配置。如图所示,滤光器116是基本允许蓝光通过并阻止可见光谱中的基本全部其它光的蓝色滤光器,滤光器118是基本允许绿光通过并阻止可见光谱中的基本全部其它光的绿色滤光器,滤光器120是基本允许红光通过并阻止可见光谱中的基本全部其它光的红色滤光器。在其它实施例中,滤光器可为青色、品红色(作为双色滤光器的示例)、黄色或其它合适的滤光器。
滤光器116、118及120可由任何合适材料制成。一种合适材料是添加了色素或染料的丙烯酸——诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚缩水甘油丙烯酸甲酯(PGMA)。其它添加了染料或色素的光阻型材料亦可用于彩色滤光器。
在一些实施例中,可在滤光器上设置微透镜。如图所示,微透镜122设置于滤光器116之上,微透镜124设置于滤光器118之上,且微透镜126设置于滤光器120之上。这些微透镜被设置成将入射光聚焦于感光元件之上,以使得微透镜122将入射光聚焦于感光元件102上、微透镜124将入射光聚焦于感光元件104上、微透镜126将入射光聚焦于感光元件106上。微透镜、滤光器及其它层可使用任何合适的沉积、蚀刻、掩模技术以及平坦化、加热、回流、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沈积(PECVD)或其它合适技术来设置。
图像传感器通常使用大体上平整的像素叠层中的层制成。一般而言,光电二极管越接近衬底表面,从滤光器传播至光电二极管的光量越多。当电子-空穴对相对远离(所提供的较大区域中)光电二极管耗尽区形成时,所形成的电子-空穴对更可能被毗邻的光电二极管捕捉。由毗邻光电二极管对所形成的电子-空穴对的捕捉通常是一种不希望有的效果,这种效果称为模糊现象(其导致毗邻像素看起来比“真”值更亮)。因此,模糊的机率随着硅衬底的厚度增加而增大,而灵敏度随着所用硅衬底的厚度变薄而降低。
如更详细说明地(参考以下的附图),当较大孔形成于金属的上层且较小孔形成于金属的下层时,两层级的金属可被最佳地设置。例如,从光电二极管的垂直中心线基准到更高层级金属边缘的距离大于从垂直中心线基准至相应的较低层级金属边缘的距离。通过调整从金属结构的边缘至垂直中心线基准的距离,用于“经透镜作用的光”的最佳角度可在金属的上边缘与下边缘之间形成。该最佳角度可被示为垂直中心线基准与通过连接堆叠金属结构的内边缘而形成的线之间的角度。
此配置的效果是建立一光学波导(通过使用金属孔边缘的“透镜作用”效果),以最佳地引导光穿过金属层并将该光聚焦于像素的感光区域上。因为设计部件的尺寸接近并超出待捕捉光的波长(例如集成度增加),所以设计部件的“透镜作用”效果变得更为明确及重要。例如,以下的图4A示出具有一宽度为1.3微米的较低孔(在衬底上方0.5微米处),具有0.620微米波长的光通过该孔的穿过。
因为串扰和泄漏问题也随着集成度的增加而越发重要,所以该波导可用于引导光远离像素中易受串扰和/或泄漏影响的区域。相应地,像素可相距更接近,且/或可使用扩散形成隔离区域(例如,相比于使用浅沟渠隔离区域,其需更多处理步骤)。
图2示出图像传感器的样本传感器阵列的一部的俯视图。阵列200包括像素210。像素210在包括阵列200的衬底中形成。阵列200通常包含上千或上百万量级的像素。为清楚起见,仅示出一个像素。每一像素可通过(例如)隔离区结构205与其它像素分开。
每个像素包括形成于包含阵列200的衬底中的光电二极管区域220。金属化层通常形成于衬底上(或下)的层中。孔230及240可分别形成于(例如)第一金属层和第二金属层中。在另一示例中,孔230和240可分别形成于(例如)第一金属层和第三金属层中。第一金属层和第二金属层可使用前端处理而形成,并可使用光刻工艺形成图案以分别限定孔230及240。孔穴230及240位于处于光电二极管区域220之上(以下图3的描述提供横截面图)的区域中。金属层通常形成于层间介电层内以提供隔离。如图2所示,从孔230之上的角度可以观察到孔240的整个周围。孔230和240可使用诸如二氧化硅及其类似物的半透明材料来填充。
图3示出样本传感器的样本像素的横截面图。像素300通常与其它像素设置在二维阵列(诸如阵列200)中,以使得电子图像可响应于每个像素中的光电二极管区域305捕捉的入射光而形成。每个像素形成于衬底310(其中形成有光电二极管区域305)中。金属层321及322通常形成于层间介电层320内以提供隔离。滤光器330是彩色滤光器和/或红外滤光器。例如,滤光器330被用于捕捉彩色图像或增加像素对特定光波长的灵敏度。
每个像素还可具有与每个像素相关联的微透镜340,以使得入射光被更直接地导入像素。入射光穿过微透镜340及彩色滤光器330,该彩色滤光器330允许经选择波长的光穿过。光穿过像素的金属/介电层320并进入光电二极管区305。在该示例中,光穿过形成于金属化层中的孔321及322。(尽管图3示出孔的截面,但这些孔的形状在以上图2所示出的像素的表面上可不同)。如以下图4中所示,光通过孔的相对尺寸及位置而引导并聚焦。
图4示出穿过具有不同孔的多个像素的光波的横截面图。图4A示出穿过具有1.59微米的上孔422和1.3微米的下孔421的像素的光波的横截面图。因此,上孔大致上比下孔宽(从而具有较大面积)。位于感光区域之上的每个孔中的金属层的相对边缘之间的区域可被视为每个孔的区域。
上孔在约1.5微米的高度处(光电二极管表面之上,该表面被示为Y轴上的0微米处),而下孔形成于约0.5微米的高度处。例如,因此下孔在感光区域之上的光波长范围内的一高度处形成。因此,孔的边缘对穿过孔的光提供透镜作用效果。线426示出两个孔的相对内缘的切线所形成的角度。线426被示为在孔下方的衬底的区域(和/或光电二极管区域)中会聚。
入射光(具有约620纳米的示例波长)穿过微透镜440,以使得入射光更直接地被导入像素。该入射光穿过彩色滤光器430,该彩色滤光器430允许被选择波长的光穿过。如图4A所示,上孔422及下孔421(在金属/介电层420中形成)对光提供透镜作用效果以产生干涉图案412。图案412示出光的上部最初在衬底的上表面周围的光电二极管区域(未示出)(如垂直标度所示的约0微米的深度处)中传播,而随着光更深地穿入衬底(在1至6微米的深度处),光的更深部分并未传播。因此,光被聚焦至像素的感光区域之上,这样此增加了光转换效率。光的更深部朝像素中心聚焦,这增加效率并减少串扰(串扰是由于光生电子迁移至毗邻像素而引发)。
图4B示出穿过具有1.3微米宽的上孔442及1.3微米宽的下孔441的像素的光波的横截面图。上孔在约1.5微米高度处形成,而下孔在约0.5微米的高度处形成。因此(示例)上孔与下孔具有相同宽度。线446示出两个孔边缘的切线形成的垂直角。线446被显示为平行并因而未在衬底中会聚。
入射光(具有约620纳米的示例波长)穿过微透镜440,以使得入射光更直接地被导入像素。该入射光穿过彩色滤光器430,该彩色滤光器430允许经选择波长的光穿过。如图4B所示,上孔442及下孔441对光提供透镜作用效果以产生干涉图案414。图案414示出光的上部最开始以孔穴(442和441)的宽度在衬底410的上表面传播,而随着光更深地穿入衬底(约1至6微米的深度),光的更深部扩展至超过2微米的宽度。因此,光的更深部远离像素的垂直中心轴(在X轴的0微米处)传播,这样增加了串扰(串扰是由于光生电子迁移至毗邻像素而引发)。
图4C示出穿过具有1.0微米宽的上孔462和1.3微米宽的下孔461的像素的光波的横截面图。上孔在金属/介电层420中约1.5微米的高度处形成,而下孔在约0.5微米的高度处形成。因此,(示例)上孔小于下孔。线466示出两个孔穴相对内边缘的切线所形成的角度。线466被显示为在衬底中的在孔下方的区域(和/或光电二极管区域)中会聚。
入射光(具有约620纳米的示例波长)穿过微透镜440,以使得入射光更直接地被导入像素。该入射光穿过彩色滤光器430,该彩色滤光器430容许被选择波长的光穿过。如图4C所示,上孔和下孔462和461对光提供透镜作用效果以产生干涉图案416。图案416示出光的顶部最开始在衬底410的顶面周围(在约0微米深度处)传播,而随着光更深地穿入衬底(在约1至6微米的深度处),光的更深部扩展至超过2微米的宽度。因此,光的更深部远离像素的中心(如测得的X轴的0微米处)而传播,这样增加了串扰(串扰是由于光生电子迁移至毗邻像素而引发)。
图5示出具有1.59微米宽的上孔522A/522B和1.3微米宽的下孔521A/521B的像素的横截面图。像素500包括衬底510、金属/介电层520、彩色滤光器530和微透镜540。上孔在金属/介电层520中约1.5微米的高度处形成,而下孔在约0.5微米的高度处形成。
如图所示,下孔被设置成521B的内边缘相对于522B的内边缘垂直对齐,如线542B所示。此外,下孔被设置成521A的内边缘相对于522A的内边缘对角对齐,如线542A所示。因此,上孔大于下孔,这导致更深地穿入衬底的入射光的传播减少。线542A和542B被示为在衬底的位于孔下方的区域中(和/或光电二极管区域)中会聚。光的更深部朝像素中心聚焦,这样增加了效率并减少串扰(串扰是由于光生电子迁移至毗邻像素而引发)。
图6示出具有通过三个金属层形成的孔的像素的横截面图。上孔623的宽度为1.59微米,而下孔621的宽度为1.3微米。中孔622在上孔623的层与下孔621的层之间的一层中形成。中孔622的宽度至少大于下孔621的宽度。在该示例中,孔622的宽度是上孔和下孔宽度的平均值,以使得线642可绘制成与上孔、中孔和下孔的内边缘相切。在另一实施例中,线642未与中孔的内边缘相交。
像素600包括衬底610、金属/介电层620、彩色滤光器630和微透镜640。上孔在金属/介电层620中约1.5微米的高度处形成,而下孔在约0.5微米的高度处形成。中孔在约0.75微米的高度处形成。因此,可如以上参考图4A所讨论地实现透镜作用。光通过上孔、中孔和下孔被聚焦到像素的感光区域上,这样增加感光区域的光电转换效率。光的更深部朝向像素中心聚焦,这样可增加效率并减少串扰,因为光生电子更可能被感光区域捕捉,而不是穿过毗邻的像素。
图7示出具有通过带斜边的两个金属层形成的孔的样本像素的横截面图。上孔722的宽度为1.59微米,且下孔721的宽度为1.3微米。在该示例中,孔的金属边缘可通过各向异性蚀刻而倾斜。例如,蚀刻工艺可将包含卤素的激发加工气体用于蚀刻孔的金属边缘。可使用具有约1∶1至约1∶3的碳-氢比的烃抑制剂以将抑制剂沉积于蚀刻金属部件上,以实现各向异性蚀刻。
金属边缘的蚀刻形成由两个孔的相对内边缘的切线742所示的角度。因此,第一金属层和第二金属层是倾斜的,使得倾斜角具有正或负斜率类型,该倾斜角的斜率类型与该第一孔和第二孔的毗邻边缘的内边缘的切线(例如线742之一)的斜率类型(正或负)相同。线742显示为在衬底的位于孔下方的区域(和/或光电二极管区域)中会聚。
像素700包括衬底710、金属/介电层720、彩色滤光器730及微透镜740。上孔在金属/介电层720中约1.5微米的高度处形成,而下孔在约0.5微米的高度处形成。因此,可如以上参考图4A的讨论而实现透镜作用。光通过上孔和下孔的内边缘而聚焦于像素的一感光区域之上,这样增加感光区域的光电转换效率。光的更深部朝向像素中心聚焦,这样增加效率并减少串扰,因为光生电子更可能被感光区域捕捉,而不是穿过毗邻的像素。
包括发明摘要所描述的内容的本发明的所示实施例的上述描述旨在或将本发明限制为所揭示的精确形式。虽然在此出于说明目的描述了本发明的特定实施例及示例,但本领域技术人员将理解,本发明范围中的多种修改是可能的。
按照如上的详细描述,可对本发明做出这些修改。在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制为在本说明书中公开的特定实施例。相反地,本发明的范围完全由所附权利要求限定,所附权利要求应根据权利要求解释的既定原则来理解。

Claims (19)

1.一种图像传感器装置,包括:
具有接收入射光的表面的衬底;以及
在所述衬底上及所述衬底内形成的像素阵列,所述像素阵列包括像素,每个像素包括:
感光区域,所述感光区域具有形成于所述衬底中的传感器区域;
隔离区域,所述隔离区域在围绕所述感光区域的区域中形成,且毗邻于毗邻像素的隔离区域;
在所述衬底的表面上形成的第一金属层,所述第一金属层限定具有第一孔面积的第一孔,所述入射光在照射感光区域之前穿过所述第一孔;以及
在所述第一金属层上形成的第二金属层,所述第二金属层限定具有第二孔面积的第二孔,所述第二孔面积大于所述第一孔面积,其中所述第一孔和所述第二孔将所述入射光聚焦到所述感光区域上并远离隔离区域,
其中,所述第一金属层和所述第二金属层包括在所述第一孔和所述第二孔的内边缘上的倾斜边缘,所述倾斜边缘的斜率与所述第一孔和所述第二孔的毗邻边缘的内边缘的切线的斜率相同。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,进一步包括微透镜,所述微透镜设置在所述第二金属层之上的一层上。
3.如权利要求1所述的装置,其特征在于,进一步包括第三金属层,所述第三金属层在所述第一金属层之上且在所述第二金属层之下形成。
4.如权利要求3所述的装置,其特征在于,所述第三金属层限定具有第三孔面积的第三孔,所述第三孔面积大于所述第一孔面积。
5.如权利要求4所述的装置,其特征在于,所述第三孔面积小于所述第二孔面积。
6.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述隔离区域通过将掺杂剂扩散到所述衬底中而形成。
7.如权利要求1所述的装置,其特征在于,当从所述第二孔上方观察时,所述第一孔的整个周围是可见的。
8.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一孔的宽度小于所述入射光的波长的三倍。
9.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一孔为八边形。
10.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第二孔的宽度比所述第一孔的宽度大至少20%。
11.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一孔和第二孔的相对内边缘的切线在所述衬底中相交。
12.如权利要求11所述的装置,其特征在于,所述切线在所述传感器区域中相交。
13.如权利要求11所述的装置,其特征在于,所述第一孔的宽度大于所述入射光的一个波长或小于所述入射光的波长的三倍。
14.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一孔和第二孔在所述衬底的较浅深度处将所述入射光较宽地聚焦,而在所述衬底的较深深度处将所述入射光较窄地聚焦。
15.一种使用图像传感器的方法,其包括:
在图像传感器的像素阵列的每个像素的感光区域中接收入射光,其中每个像素具有隔离区域;
在所述入射光照射所述感光区域之前,使用具有第一孔面积的第一孔对所述入射光进行透镜作用;
使用具有第二孔面积的第二孔对所述入射光进行透镜作用,所述第二孔面积大于所述第一孔面积,其中所述第二孔处于所述第一孔上方,且其中所述第一孔和第二孔将所述入射光聚焦于所述感光区域上并远离所述隔离区域,
其中,所述第一孔和所述第二孔包括在所述第一孔和所述第二孔的内边缘上的倾斜边缘,所述倾斜边缘的斜率与所述第一孔和所述第二孔的毗邻边缘的内边缘的切线的斜率相同。
16.如权利要求15所述的方法,其特征在于,进一步包括使用形成于第一金属层之上和第二金属层以下的第三金属层来对接收的入射光进行透镜作用。
17.如权利要求15所述的方法,其特征在于,所述像素阵列在衬底上及衬底内形成,所述第一孔和第二孔在所述衬底的较浅深度处将所述入射光较宽地聚焦,而在所述衬底的较深深度处将所述入射光较窄地聚焦。
18.一种图像传感器装置,包括:
在集成电路的衬底中形成的感光区域;
在所述衬底的表面上形成的第一金属层,所述第一金属层限定具有第一孔宽度的第一孔,入射光在照射所述感光区域之前穿过所述第一孔,其中所述第一孔宽度小于所述第一孔下方的所述感光区域的宽度;以及
在所述第一金属层上形成的第二金属层,所述第二金属层限定具有第二孔宽度的第二孔,所述第二孔宽度比所述第一孔宽度宽,其中所述第一孔和第二孔将所述入射光聚焦于所述感光区域上,
其中,所述第一金属层和所述第二金属层包括在所述第一孔和所述第二孔的内边缘上的倾斜边缘,所述倾斜边缘的斜率与所述第一孔和所述第二孔的毗邻边缘的内边缘的切线的斜率相同。
19.如权利要求18所述的装置,其特征在于,所述第一孔和第二孔在所述衬底的较浅深度处将所述入射光较宽地聚焦,而在所述衬底的较深深度处将所述入射光较窄地聚焦。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111213239A (zh) * 2017-10-17 2020-05-29 高通股份有限公司 用于在图像传感器中传输光的金属网光管

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5885401B2 (ja) 2010-07-07 2016-03-15 キヤノン株式会社 固体撮像装置および撮像システム
JP5643555B2 (ja) 2010-07-07 2014-12-17 キヤノン株式会社 固体撮像装置及び撮像システム
JP5751766B2 (ja) 2010-07-07 2015-07-22 キヤノン株式会社 固体撮像装置および撮像システム
JP5645513B2 (ja) * 2010-07-07 2014-12-24 キヤノン株式会社 固体撮像装置及び撮像システム
JP5697371B2 (ja) 2010-07-07 2015-04-08 キヤノン株式会社 固体撮像装置および撮像システム
JP2013157367A (ja) * 2012-01-27 2013-08-15 Sony Corp 撮像素子、製造装置および方法、並びに、撮像装置
US9373732B2 (en) * 2012-02-07 2016-06-21 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with reflective optical cavity pixels
JP2013187475A (ja) * 2012-03-09 2013-09-19 Olympus Corp 固体撮像装置およびカメラシステム
JP5542247B2 (ja) * 2012-03-30 2014-07-09 富士フイルム株式会社 撮像素子及び撮像装置
CN102881700B (zh) * 2012-09-18 2017-06-23 上海集成电路研发中心有限公司 一种cmos图像传感器及其制造方法
DE102013112023A1 (de) * 2012-11-02 2014-05-08 Maxim Integrated Products, Inc. System und Verfahren zum Reduzieren der Umgebungslichtempfindlichkeit von Infrarotdetektoren (IR-Detektoren)
US9595553B2 (en) 2012-11-02 2017-03-14 Heptagon Micro Optics Pte. Ltd. Optical modules including focal length adjustment and fabrication of the optical modules
US10203411B2 (en) * 2012-11-02 2019-02-12 Maxim Integrated Products, Inc. System and method for reducing ambient light sensitivity of infrared (IR) detectors
CN103022068B (zh) * 2012-12-24 2017-04-19 上海集成电路研发中心有限公司 一种cmos图像传感器及其制造方法
CN105206631A (zh) * 2014-06-23 2015-12-30 上海箩箕技术有限公司 感光像素阵列、环境光传感器和距离传感器
US10566365B2 (en) 2015-05-27 2020-02-18 Visera Technologies Company Limited Image sensor
US9761623B2 (en) * 2016-02-12 2017-09-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Backside illuminated (BSI) image sensor with a reflector
DE102016208841B4 (de) 2016-05-23 2020-12-31 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Farbsensor mit winkelselektiven Strukturen
DE102018202777A1 (de) * 2018-02-23 2019-08-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Farbsensor mit Mikrolinsen umfassenden winkelselektiven Strukturen
US10916575B2 (en) * 2018-04-04 2021-02-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and method of manufacturing image sensor
KR102606735B1 (ko) * 2018-06-19 2023-11-28 에스케이하이닉스 주식회사 반사 방지층 내에 매립된 그리드 패턴들을 갖는 이미지 센서
KR20200108133A (ko) * 2019-03-06 2020-09-17 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미징 장치
GB2595671B (en) * 2020-06-02 2022-10-19 X Fab Global Services Gmbh Optical sensor comprising a photodiode array
CN112002717B (zh) * 2020-07-31 2023-10-27 奥比中光科技集团股份有限公司 一种图像传感器像素阵列结构及制作方法
US20220238733A1 (en) * 2021-01-28 2022-07-28 Texas Instruments Incorporated Sensor packages with wavelength-specific light filters
TWI828399B (zh) * 2022-10-31 2024-01-01 力晶積成電子製造股份有限公司 影像感測器結構

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4558365A (en) * 1983-06-06 1985-12-10 Fuji Photo Film Co., Ltd. High-resolution high-sensitivity solid-state imaging sensor
JP2731115B2 (ja) * 1994-07-14 1998-03-25 シャープ株式会社 分割型受光素子
JP4652634B2 (ja) * 2001-08-31 2011-03-16 キヤノン株式会社 撮像装置
US7473977B2 (en) * 2003-03-06 2009-01-06 Sony Corporation Method of driving solid state image sensing device
JP4469732B2 (ja) * 2004-05-07 2010-05-26 富士フイルム株式会社 固体撮像素子
KR100745985B1 (ko) * 2004-06-28 2007-08-06 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP4086860B2 (ja) * 2005-05-23 2008-05-14 三洋電機株式会社 半導体装置
US7683407B2 (en) * 2005-08-01 2010-03-23 Aptina Imaging Corporation Structure and method for building a light tunnel for use with imaging devices
US7307327B2 (en) * 2005-08-04 2007-12-11 Micron Technology, Inc. Reduced crosstalk CMOS image sensors
US7598581B2 (en) * 2005-09-12 2009-10-06 Crosstek Capital, LLC Image sensor with decreased optical interference between adjacent pixels
KR100619549B1 (ko) * 2005-09-13 2006-09-01 (주)한비젼 다층 기판을 이용한 이미지 센서의 포토 다이오드 제조방법및 그 콘택방법 및 그 구조
US20070187787A1 (en) * 2006-02-16 2007-08-16 Ackerson Kristin M Pixel sensor structure including light pipe and method for fabrication thereof
JP4774311B2 (ja) * 2006-02-17 2011-09-14 富士フイルム株式会社 固体撮像素子及びその駆動方法並びに撮像装置
JP5108250B2 (ja) * 2006-04-24 2012-12-26 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 半導体装置及びその製造方法
JP4800125B2 (ja) * 2006-06-28 2011-10-26 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 半導体集積回路装置とその製造方法
KR100781545B1 (ko) * 2006-08-11 2007-12-03 삼성전자주식회사 감도가 향상된 이미지 센서 및 그의 제조방법
JP2008091643A (ja) * 2006-10-02 2008-04-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置
EP2218113B1 (en) * 2007-11-01 2016-04-27 Insiava (Pty) Limited Optoelectronic device with light directing arrangement and method of forming the arrangement

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111213239A (zh) * 2017-10-17 2020-05-29 高通股份有限公司 用于在图像传感器中传输光的金属网光管
CN111213239B (zh) * 2017-10-17 2021-07-16 高通股份有限公司 用于在图像传感器中传输光的金属网光管

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Publication number Publication date
WO2009146253A1 (en) 2009-12-03
US8237832B2 (en) 2012-08-07
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EP2283519A1 (en) 2011-02-16
US20090295953A1 (en) 2009-12-03

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