CN107818998A - 具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器包括(a)包括光电二极管阵列的硅层以及(b)在硅层的光接收表面上的滤色器层，其中该滤色器层包括：(i)滤色器阵列，该滤色器阵列与光电二极管阵列配合，以形成相应的彩色像素阵列，以及(ii)光阻挡栅，该光阻挡栅设置在滤色器之间，以抑制相邻滤色器之间的光的透射。光阻挡栅在整个滤色器层上是空间不均匀的，以考虑在整个滤色器阵列上的主射线角度的变化。

Description

具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器
背景技术
数字图像传感器实现光电二极管阵列和将光电二极管连接到位于图像传感器板上的读出电子器件的电连接件。在传统的前侧照亮图像传感器中，电连接件被放置成比光电二极管阵列更靠近图像传感器的光接收表面，以使得来自场景的光必须在到达光电二极管阵列之前穿过(容纳电连接件的)布线层。这阻止了很大一部分入射光的检测。背照式图像传感器通过翻转硅衬底并使硅衬底的背侧变薄以允许光通过背侧进入并由光电二极管阵列检测而无需首先穿过布线层来解决这个问题。因此，背照式图像传感器可以实现比前侧照亮的图像传感器更高的灵敏度。
然而，背照式图像传感器的架构存在挑战。例如，背照式图像传感器的硅衬底比前侧照亮的图像传感器的硅衬底明显更薄，这使得背照式图像传感器比前侧照亮的图像传感器更脆弱。另一个挑战是在没有布线层在与不同的光电二极管相关联的光传播路径之间提供至少部分光阻挡的情况下增加了相邻光电二极管之间的串扰。在颜色敏感的背照式图像传感器中，这种光学串扰可能会导致颜色混合，并且因此降低捕获图像中的色彩清晰度。
发明内容
在一个实施方案中，具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器包括硅层和在硅层的光接收表面上的滤色器层。硅层包括光电二极管阵列。滤色器层包括滤色器阵列，所述滤色器阵列与光电二极管阵列配合以形成相应的彩色像素阵列。滤色器层还包括设置在滤色器之间的光阻挡栅，以抑制相邻滤色器之间的光的透射。该光阻挡栅在整个滤色器层上是空间不均匀的，以考虑在整个滤色器阵列上的主射线角度的变化。
在一个实施方案中，一种用于制造具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的方法包括在包括光电二极管阵列的硅衬底的光接收表面上形成滤色器阵列和金属栅格，以产生彩色像素阵列。金属栅格被设置在至少一些滤色器之间以提供部分串扰抑制。该方法还包括将具有比滤色器更低的折射率的第一电介质材料沉积到彩色像素阵列上，以整体地形成：(a)用于彩色像素阵列的微透镜阵列、以及(b)填充滤色器之间的未由金属栅格占据的空间的基于全内反射的光阻挡栅。
附图说明
图1示出根据一个实施方案的具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器。
图2在顶视平面图中示出根据一个实施方案的图1的图像传感器的滤色器层。
图3示出根据一个实施方案的具有金属光阻挡栅的滤色器层的一部分，其在图3所示的部分中基本上由金属组成。
图4示出根据一个实施方案的具有金属光阻挡栅的滤色器层的一部分，其在图4所示的部分中基本上由金属组成但不跨越滤色器层的整个高度。
图5示出根据一个实施方案的具有光阻挡栅的滤色器层的一部分，其在图5所示的部分中包含金属和低n材料。
图6A至图6C示出根据一个实施方案的包括具有金属和低n材料的空间不均匀组成的光阻挡栅的串扰抑制滤色器层。
图7A至图7G示出根据一个实施方案的具有复合金属/低n材料光阻挡栅和空间不均匀宽度以容纳复合光阻挡栅中的空间不均匀量的低n材料的滤色器的串扰抑制滤色器层。
图8A至图8G示出根据一个实施方案的具有堆叠的金属/低n材料光阻挡栅的串扰抑制滤色器层，其中金属部分的高度在整个光阻挡栅上是空间不均匀的。
图9A至图9D示出根据一个实施方案的具有堆叠的金属/低n材料光阻挡栅的另一串扰抑制滤色器层，其中金属部分的高度在整个光阻挡栅上是空间不均匀的。
图10示出根据一个实施方案的用于制造具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的方法。
图11示出根据一个实施方案的具有与微透镜整体形成的低n材料的串扰抑制滤色器层。
图12示出根据一个实施方案的用于制造具有空间不均匀的串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的方法。
图13A和图13B示出根据一个实施方案的具有(a)空间不均匀宽度的滤色器和(b)与微透镜整体形成的低n材料的串扰抑制滤色器层。
图14示出根据一个实施方案的用于制造具有空间不均匀的串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的另一示例性方法。
图15A和图15B示出根据一个实施方案的具有(a)空间不均匀高度的金属光阻挡栅和(b)与微透镜整体形成的低n材料的串扰抑制滤色器层。
图16A和图16B示出根据一个实施方案的具有(a)空间不均匀高度的金属光阻挡栅和(b)与微透镜整体形成的低n材料的另一串扰抑制滤色器层。
图17示出根据一个实施方案的用于制造具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的方法，其中串扰抑制光阻挡栅和微透镜的低n材料分别形成。
具体实施方式
图1示出具有串扰抑制滤色器阵列的一个示例性背照式彩色图像传感器100。图像传感器100是颜色敏感的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且包括硅层110和设置在硅层110的光接收表面118上的滤色器层120。硅层110包括光电二极管阵列112，每个光电二极管112响应于入射光产生电荷。滤色器层120包括滤色器122阵列和光阻挡栅124。滤色器122阵列与光电二极管112阵列配准，以使得每个滤色器122与对应的光电二极管112配合以形成彩色像素，即，对某一波长范围内的光敏感的像素。图1以截面侧视图示出了图像传感器100，其中截面在正交于光接收表面118的平面中。为了清楚起见，不是所有滤色器122都在图1中被标记，并且不是光阻挡栅124的所有部分都在图1中被标记。
硅层110还可以包括将光电二极管112连接到读出电子器件的电连接件114。电连接件114位于光电二极管112的与光接收表面118相反的一侧上，以使得从场景180向光电二极管112传播的光不穿过电连接件114的层。此外，硅层110可以在与滤色器层120的交界面处包括钝化层116。在某些实施方案中，图像传感器100还包括设置在滤色器层120上的微透镜130阵列，以将入射到滤色器层120的光接收表面138上的光在给定滤色器122处聚焦到相关联的光电二极管112上。
光阻挡栅124被放置在相邻的滤色器122之间，以抑制相邻滤色器122之间的光的透射。在没有光阻挡栅124的情况下，来自场景180的光可以进入与图像传感器100的一个彩色像素相关联的一个滤色器122，并且在到达光接收表面118之前传播到相邻的滤色器122。该过程导致相邻彩色像素之间的串扰(诸如光学串扰)。一般来讲，光阻挡栅124用于抑制这种串扰以提供改善的色彩清晰度和分辨率。因此，滤色器层120用作串扰抑制滤色器阵列。光阻挡栅124在整个阵列上是空间不均匀的，以考虑从场景180进入滤色器层120的光的入射角的差异。在本文，“空间不均匀”的光阻挡栅是指这样的光阻挡栅：其具有在整个滤色器阵列上变化的至少一种性质，以使得光阻挡栅的构造在滤色器阵列的所有滤色器之间不是相同的。如本文所公开的，空间不均匀的光阻挡栅可以在一个或多个几何参数(例如高度、宽度和/或形状)和/或组成成分中展示出这种变化。
通常，从场景180到滤色器层120上的光的入射角在远离滤色器122阵列的中心126并朝向滤色器122阵列的边缘的方向上增加。图1示出两个示例性主射线150和160。主射线150和160中的每一个均穿过用于将场景180成像到图像传感器100上的成像物镜140的孔径光阑142的中心。在不脱离本发明的范围的情况下，成像物镜140可以是单透镜(如图1所示)、针孔透镜或包括多个光学元件的复合成像物镜。主射线150入射到中心126附近的滤色器层120上，并且主射线150的入射角152(主射线角152)相对较小。主射线160在更边缘的位置处入射到滤色器层120上，并且主射线160的入射角162(主射线角162)大于入射角152。光阻挡栅124的至少一个特性根据距离中心126的距离而改变，以考虑主射线角根据该距离的改变，并且在整个滤色器122阵列上提供良好的串扰(诸如光学串扰)抑制。在本文，“入射角”被定义为入射光与入射光所入射的界面或表面的法线矢量之间的角度。
在一个实施方案中，光阻挡栅124包括金属和低折射率(低n)材料。在本文，“低n材料”是指对在图像传感器100的灵敏度范围内的光基本上透射或至少部分透射的电介质材料，并且该电介质材料具有的折射率低于滤色器122的折射率。在一种实现方式中，低n材料的折射率小于1.55，例如在1.4至1.52的范围内，并且滤色器122的折射率为约1.7或更大。金属通常可以部分地反射入射在其上的光，以使得从相邻滤色器122入射到光阻挡栅124的金属部分上的光的一部分被反射回该滤色器122中。然而，光的至少很大一部分(例如大部分或超过90％)由金属吸收，并且因此无法由相关联的光电二极管112检测。因此，金属会降低图像传感器100的灵敏度，并且因此会抵消背照式图像传感器100的主要益处。由于低n材料的折射率低于滤色器122的折射率，所以从滤色器122入射到低n材料上的光可经受全内反射并被反射回该滤色器中而不收到任何吸收损失。全内反射发生在入射角(入射到光阻挡栅124上)大于全内反射的临界角的的情况下，即，比临界角距垂直入射更远的角度，诸如掠射角。在小于临界角的角度(即，比临界角距垂直入射更近的角度)下，光的一部分被反射回该光所来自的滤色器122中，而剩余部分被传输到低n材料中，并且可能传输到不同的滤色器122。因此，在大于临界角的入射角下，在与滤色器122的交界面处的低n材料优于金属，因为低n材料避免了金属的吸收损失。然而，在小于临界角的入射角下，在与滤色器122的交界面处的金属可能优于低n材料，以避免由低n材料的光透射所引起的串扰。在滤色器与低n材料交界面处的全内反射的临界角(相对于垂直入射测量)为sin-1(n1/n2)，其中n1为低n材料的折射率，并且n2为滤色器的折射率。在一个示例中，n1在1.4与1.55之间，并且n2是1.7或更大，在这种情况下，全内反射的临界角在55度与65度之间。在任意两个相邻的滤色器122之间，光阻挡栅124可以实施为金属、低n材料或其组合以提供最佳的串扰抑制。
在包含金属和低n材料的光阻挡栅124的实施方案中，空间不均匀性可能是由于例如栅的金属部分的高度、栅的金属部分的宽度、栅的低n材料部分的宽度、金属和低n材料的量之间的比率或者这些参数中的一个或多个的组合而产生。
在具有金属和低n材料的光阻挡栅124的一种实现方式中，低n材料与金属的比率随着远离中心126的距离而减小。这种实现方式在中心126附近放置更多的低n材料，在中心126附近，从相邻滤色器122入射到光阻挡栅124上的入射角相对较大(例如，参见主射线150的入射角154)，以利用在滤色器122与光阻挡栅124之间的交界面处的全内反射。在更边缘的位置处，在滤色器122与光阻挡栅124的低n材料部分之间的交界面处的入射角可能小于的全内反射的临界角(例如，参见主射线160的入射角164)。因此，在这些更边缘的位置处，低n材料可能是不太有效的光阻挡栅。因此，与中心126附近的位置相比，光阻挡栅124的这种实现方式在更边缘的位置处包含较少低n材料或不包含低n材料。
虽然图1示出光阻挡栅124的三个不同区域(中心126附近的中心区域、最外围区域以及中心与最外围区域之间的区域)，但是光阻挡栅124可以被配置成具有两个区域或多于三个区域，这些区域各自具有针对相关联的入射角定制的不同组成，而不脱离本发明的范围。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，光阻挡栅124在组成上可以表现出根据距离中心126的距离而基本上连续的变化。在本文，“连续”变化或改变是指例如从中心126到光阻挡栅124的周边区域的渐变式的、逐个栅元件的变化或改变，其中栅元件是指位于两个相邻滤色器(诸如滤色器122)之间的光阻挡栅的部分。
滤色器122阵列在图1中被描绘为由分别在红色、绿色和蓝色光谱范围内传输光的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤色器组成。在图1的示例性图示中，这些R、G和B型滤色器122在图像传感器100的每个像素行中以重复的RGB图案来布置(图1示出一行像素)。在不脱离本发明的范围的情况下，滤色器层120可以根据不同的图案来布置R、G和B型滤色器，诸如拜耳图案或本领域已知的其他图案。此外，滤色器层120可以被配置成具有不同类型的滤色器122，例如(a)青色、品红色和黄色，(b)青色、品红色、黄色和绿色，(c)红色、绿色、蓝色和白色，或者(d)红色、绿色、蓝色和红外线，而不脱离本文的范围。
图1示出在图1的平面中具有矩形截面的光阻挡栅124。在不脱离本发明的范围的情况下，光阻挡栅124可以具有不同形状的截面，例如梯形、三角形或其他多边形和/或弯曲形状。
图2以顶视平面图示出了到光接收表面138上的滤色器层120。滤色器层120将滤色器122阵列布置成二维阵列，其中相邻的滤色器122通过光阻挡栅124的一部分而彼此分离。为了清楚起见，图2中未标记所有的滤色器122。
尽管图2将光阻挡栅124示出为具有三个不同的区域，但是光阻挡栅124可以被不同地配置，如上面参照图1所讨论的。同样，如上面参考图1所讨论的，滤色器122阵列可以被不同地配置。在不脱离本发明的范围的情况下，光阻挡栅124还可以围绕最边缘的滤色器122的周边存在，以使得在图2的顶视平面图中每个滤色器122均由光阻挡栅124围绕。
在不脱离本发明的范围的情况下，图像传感器100可以包括与图1和图2所示的不同数量的光电二极管112和相应的对应滤色器122。例如，图像传感器100可以包括数千或数百万个光电二极管112和相应的对应滤色器122。另外在不脱离本发明的范围的情况下，光阻挡栅124不需要从光接收表面118一直延伸到光接收表面138。在一个示例中，光阻挡栅124从光接收表面118延伸到滤色器层120中，但是不一直延伸到光接收表面138。
图3示出具有金属光阻挡栅324的一个示例性滤色器层300的一部分，在图3所示的部分中，金属光阻挡栅324基本上由金属组成。滤色器层300是滤色器层120的实施例，并且可以表示滤色器层120的在中心126附近或者距中心126更大的距离处的一部分。金属光阻挡栅324是光阻挡栅124的实施例。金属光阻挡栅324可以包含钨、铜、铝和/或其合金。图3以与图1相同的视角示出了滤色器层300。图3还示出了可选的微透镜130。
在朝向相邻的滤色器122传播的方向上入射到滤色器层300的一个滤色器122上的光350被至少部分地由金属光阻挡栅324的金属所吸收。因此，光350不到达相邻的滤色器122。然而，光350的至少一部分由金属光阻挡栅324所吸收，并且因此不能由滤色器122(光350在光接收表面138处入射到该滤色器122上)下面的光电二极管112检测到。金属光阻挡栅324从光接收表面118延伸到光接收表面138，并且因此跨越了滤色器层300的整个高度326。
可选地，光350由微透镜130(如图3所示)和/或在光接收表面138处折射。图3示出了在图3的平面中具有三角形截面的金属光阻挡栅324。在不脱离本发明的范围的情况下，金属光阻挡栅324可以具有不同形状的截面，例如矩形、梯形、三角形或其他多边形和/或弯曲形状。
图4示出具有金属光阻挡栅424的一个示例性滤色器层400的一部分，在图4所示的部分中，金属光阻挡栅424基本上由金属组成但不跨越滤色器层400的整个高度326。滤色器层400是滤色器层120的实施例，并且除了金属光阻挡栅424从光接收表面118仅延伸到滤色器层400的一部分中之外其它方面类似于滤色器层300。金属光阻挡栅424是光阻挡栅124的实施例，金属光阻挡栅424除了具有小于高度326的高度428之外其它方面类似于金属光阻挡栅324。滤色器层400可以表示滤色器层120的在中心126附近或者距中心126更大的距离处的一部分。图4以与用于图3中的滤色器层300相同的视角来示出滤色器层400。
与金属光阻挡栅324相比，金属光阻挡栅424的减小的高度428允许在相邻的滤色器122之间传输一些光。光350入射到金属光阻挡栅424上，并且光350的至少一部分由金属光阻挡栅424吸收。其他示例性的光450入射在一个滤色器122上并在光阻挡栅424上方传播到相邻滤色器122。这种传输可能会引起比由滤色器层300所表现出的更多串扰。然而，由于金属光阻挡栅424的光吸收而导致的滤色器层400中的光损失通常小于由于金属光阻挡栅324的光吸收而导致的滤色器层300中的光损失。
为了说明的目的，光350可以被认为是在中心126附近入射到滤色器层400(或更一般地，滤色器层120)上的光的示例，而光450可以被认为是在距中心126更大的距离处(诸如在滤色器层400(或滤色器层120)的边缘附近)入射到滤色器层400(或滤色器层120)上的光的示例。
在某些实施方案中，滤色器层400的任何两个相邻的滤色器122被配置来传输基本上不重叠的波长范围内的光。在这类实施方案中，光450在光接收表面138处入射在其上的第一滤色器122至少衰减光450中的在第一滤色器122的传输频带之外的任何光谱分量。在本文，“传输频带”是指所考虑的材料至少部分传输的波长范围。因此，第一滤色器122至少衰减光450中的在相邻滤色器122的传输频带内的任何光谱分量。当光450随后传播到相邻的滤色器122中时，(a)光450中的在相邻滤色器122的传输频带内的任何光谱分量在进入相邻滤色器122中时至少会减少，并且(b)光450中的在第一滤色器122的传输频带内并且因此在进入相邻滤色器122中时相对未衰减的任何光谱分量至少由相邻滤色器122衰减。因此，在本实施方案中，滤色器122固有地有助于抑制串扰。这种固有的串扰抑制对于以较大的入射角482入射在光接收表面上的光特别有效。在较大入射角482的情况下，光450在到达下面的硅层的光接收表面118之前具有穿过滤色器层400的相对较长的传播距离，并且因此通过第一滤色器122和相邻的滤色器122中的至少一个受到相对有效的光谱滤波，从而由于第一滤色器122和相邻的滤色器122的相互不同的传输频带而得到相对有效的串扰抑制。一般来讲，在滤色器层120的更边缘的部分处的入射角482更大。因此，由具有相互不同的传输频带的相邻滤色器122得到的串扰抑制通常在滤色器层120的边缘附近比在中心126附近更有效。
尽管图4示出了在图4的平面中金属光阻挡栅424具有三角形截面，但是金属光阻挡栅424可以具有不同形状的截面，例如梯形、矩形或其他多边形和/或弯曲形状，而不脱离本发明的范围。
图5示出了具有光阻挡栅524的一个示例性滤色器层500的一部分，在图5所示的部分中，光阻挡栅524包含金属和低n材料。滤色器层500是滤色器层120的实施例，并且光阻挡栅524是光阻挡栅124的实施例。光阻挡栅524是光阻挡栅424的延伸。在图5所示的部分中，光阻挡栅524包括金属光阻挡栅424和覆盖金属光阻挡栅424的低n材料526。低n材料526例如是二氧化硅或聚合物(诸如聚苯乙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、氟化有机聚合物、光刻胶或者它们的组合)或者二氧化硅和聚合物的组合。低n材料526可以包含掺杂剂，例如颜料或染料，以产生较低的折射率。滤色器层500可以表示滤色器层120的在中心126附近或者距中心126更大的距离处的一部分。图5以与用于图3中的滤色器层300相同的视角来示出滤色器层500。
低n材料526用于减少由金属光阻挡栅424中的光吸收所引起的光损失。光350以大于全内反射的临界角的角度580入射在滤色器122与低n材料526之间的界面上。因此，光350被低n材料526反射并且继续穿过同一个滤色器122传播到光接收表面118，从而低n材料526：(a)防止了与光350相关联的串扰，并且(b)有助于通过与滤色器122(光350在光接收表面138处入射到该滤色器122上)相关联的光电二极管112对光350进行无损耗检测。为了比较，在不存在低n材料526的情况下，光350的至少一部分将由金属光阻挡栅424吸收并且不能被检测。
光450以小于全内反射的临界角的角度582入射在滤色器122与低n材料526之间的界面上。因此，光450的至少一部分耦合到低n材料526中。此外，光450的传播方向使得光450穿过金属光阻挡栅极424上方的低n材料并进入相邻的滤色器122中，从而潜在地引起串扰。在相邻滤色器122具有相互不同的传输频带的实施例中，可以抑制串扰。然而，低n材料526的存在减小光450在滤色器122内的路径长度。因此，低n材料不太适合于其中入射光处于浅角度，即以较大的入射角(诸如在像素阵列的边缘位置处)的情况。
如以上参考图3所讨论的，为了说明的目的，光350可以被认为是在中心126附近入射到滤色器层500上的光的示例，而光450可以被认为是在距中心126更大的距离处(诸如在滤色器层500的边缘附近)入射到滤色器层500上的光的示例。
图5中的光350和450的传播示出了低n材料526的串扰抑制在滤色器层500(或滤色器层120)的靠近中心126的部分处更有效，其中到光接收表面138上的入射角通常较小。
图5示出了在图5的平面中分别具有三角形和梯形截面的金属光阻挡栅424和低n材料526。在不脱离本发明的范围的情况下，滤色器层500可以实现不同形状的截面的金属光阻挡栅424和/或低n材料526。在图5中，低n材料526跨越滤色器层500的整个高度326。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，低n材料526可以从光接收表面118朝向光接收表面138延伸，但是仅延伸到距光接收表面138的非零距离处。
金属光阻挡栅424和低n材料526均占据空间，因此被占据的空间无法由滤色器122所占据。滤色器层500的由金属光阻挡栅424或低n材料526所占据的部分不提供滤色。在光接收表面138处，两个相邻滤色器122之间的低n材料526具有宽度568，并且每个滤色器122具有宽度564。在光接收表面118处，两个相邻滤色器122之间的低n材料526具有宽度566，而每个滤色器122具有宽度562。在没有金属光阻挡栅424和低n材料526的情况下，每个滤色器122将在滤色器层500的整个高度上具有宽度560。宽度562和564中的每一个都小于在不存在金属光阻挡栅424和低n材料526的情况下滤色器122将具有的宽度560。相邻滤色器122的中心到中心间距等于宽度560，并且通常由硅层110的对应的光电二极管112的中心到中心间距来限定。因此，通常，宽度568和564的总和以及宽度566和562的总和针对任何给定硅层110是固定量，而宽度568与宽度564的比率以及宽度566与宽度562的比率可以被调整以在串扰抑制和滤色之间进行折衷。在一个示例中，宽度566在宽度560的5％至20％的范围内，而宽度562对应地在宽度560的95％至80％的范围内。
再次参考图1，滤色器层120的不同部分可以实现滤色器层300、400和500或类似实施方案中的不同滤色器层，以考虑光到光接收表面138上的入射角的梯度，并且在整个滤色器层120上实现有效和/或最佳的串扰抑制。
图6A至图6C示出了包括光阻挡栅624的一个示例性串扰抑制滤色器层600，串扰抑制滤色器层600由在空间上不均匀分布的金属和低n材料组成。滤色器层600是滤色器层120的实施例，并且光阻挡栅624是光阻挡栅124的实施例。图6A是滤色器层600的光接收表面138的顶视平面图。图6B是滤色器层600(和可选的微透镜130)的在滤色器层600的中心126处的部分610的剖视图。图6C是滤色器层600(和可选的微透镜130)的在滤色器层600的边缘位置处的部分620的剖视图。在图6B和图6C中的每一个中使用的视角与图3中使用的视角相同。图6A至图6C最好一起查看。部分610包含低n材料，以最好地处理以相对较小的入射角入射在光接收表面138上的光。部分620不具有低n材料层，以便最好地处理以相对较大的入射角入射在光接收表面138上的光。
除了部分610内的光阻挡栅624不需要包括金属光阻挡栅424之外，部分610类似于滤色器层500。由于部分610位于中心126处，光通常以相对较小的入射角入射到光接收表面138上，例如如图6B中的光350所示。如以上参考图5所讨论的，光350倾向于由低n材料526向内反射，以保持在滤色器122内。因此，在中心126处，低n材料526用于通过无损耗机制来抑制串扰。
部分620类似于滤色器层400。由于部分620位于滤色器层600的边缘附近，光通常以相对较大的入射角入射到光接收表面138上，例如如图6C中的光450和光650所示。如以上参考图5所讨论的，低n材料526倾向于为光450提供不太有效的串扰抑制。因此，部分620可以被可选地设计成省略低n材料526。相反，部分620内的串扰抑制由金属光阻挡栅424来提供。光650以与光450相同的角度在第一滤色器122处入射到光接收表面138，并且朝向相邻的滤色器122传播。然而，金属光阻挡栅424阻挡光650到达相邻滤色器122，从而抑制串扰。光450穿过(a)第一滤色器122(光450在光接收表面138处入射在其上)与(b)相邻滤色器122之间的界面。然而，在相邻滤色器122具有相互不同的传输频带的实施方案中，光450在到达光接收表面118之前至少被衰减并且可能完全消失。
滤色器层600的位于滤色器层600的中心126与边缘之间的部分可以经历在部分610中的光阻挡栅624的组成和部分620中的光阻挡栅624的组成之间的阶梯式或渐进的过渡。在一个示例中，低n材料526的量从图6B所示的量逐渐减小到如图6C所示的没有低n材料526。在另一个示例中，部分610跨越包括距离中心126一定距离内的所有滤色器122的中心区域，并且部分620跨越滤色器层600的剩余部分。
在部分610内，当包括金属光阻挡栅624时，金属光阻挡栅624可以吸收以小于全内反射的临界角的角度入射在低n材料526上的光的至少一部分。
图6B和图6C示出了在图6B和图6C的平面中分别具有三角形和梯形截面的金属光阻挡栅424和低n材料526。在不脱离本发明的范围的情况下，滤色器层600可以实现不同形状截面的金属光阻挡栅424和/或低n材料526。
图7A至图7G示出了具有复合金属/低n材料光阻挡栅721和滤色器722的一个示例性串扰抑制滤色器层700，滤色器722具有空间不均匀宽度以容纳光阻挡栅721中的空间不均匀量的低n材料。滤色器层700是滤色器层600的实施例。光阻挡栅721是光阻挡栅624的实施例，并且滤色器722是滤色器122的实施例。光阻挡栅721包括金属光阻挡栅724和低n材料726。金属光阻挡栅724是金属光阻挡栅424的实施例。低n材料726是低n材料526的实施例。光阻挡栅721是光阻挡栅624的实施例。光阻挡栅721在滤色器层700的中心126附近包含更多的低n材料，并且在滤色器层700的边缘附近包含更多的金属，以考虑从中心126到边缘的主射线角的梯度。
图7A是滤色器层700的光接收表面138的顶视平面图。图7B是滤色器层700(和可选的微透镜130)的在滤色器层700的中心126处的部分710的剖视图。图7C是滤色器层700(和可选的微透镜130)的在滤色器层700的中心126与边缘之间的中间位置处的部分715的剖视图。图7D是滤色器层700(和可选的微透镜130)的在滤色器层700的边缘位置处的部分720的剖视图。在图7B至图7D中的每一个中使用的视角与图3中使用的视角相同。图7E至图7G进一步示出了如上所述的光阻挡栅的空间不均匀的轮廓。图7E是沿着线7E-7E'并且穿过部分710、715和720的滤色器层700(和可选的微透镜130)的剖视图。图7F和图7G是滤色器层700的在低n材料726的宽度上分别展示出阶梯式梯度和基本上连续的梯度的两个相应实施方案的低n材料726的剖视图。图7F和图7G以与图7E中使用的相同视角来示出低n材料726。图7A至图7G最好一起查看。
金属光阻挡栅724的构型在整个滤色器层700上基本上在空间上是均匀的。具体地，金属光阻挡栅724设置在光接收表面118上，并且在部分710、715和720中的每一个中具有高度730和宽度744。然而，滤色器722的宽度随着远离中心126的距离而增加。
在部分710内，滤色器722在滤色器层700的整个高度326上具有宽度742。宽度742(参见图7B)小于相邻滤色器722的中心到中心间距，从而在每对相邻滤色器722之间留下宽度746的间隙。宽度744可以小于宽度746，以使得在金属光阻挡栅724与滤色器722之间存在宽度748的间隙。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，宽度748可以为零，以使得金属光阻挡栅724与滤色器722之间没有间隙。相邻滤色器722之间的未由金属光阻挡栅724占据的空间由低n材料726所占据。因此，低n材料726的侧面至少在高度730上与滤色器722的面向相邻滤色器722的侧面相接。因此，至少在高度730以上的高度处，部分710内的串扰抑制类似于滤色器层600的部分610内的串扰抑制。在低于高度730的高度处，串扰抑制可以通过金属光阻挡栅724和低n材料726(如果存在)来提供。
在部分720内，光阻挡栅721不包含低n材料726。相反，滤色器722具有(a)在高于高度730的高度处的宽度763和(b)在低于高度730的高度处的宽度752。宽度763等于滤色器722的中心到中心间距，以使得在高于高度730的高度处，相邻滤色器722彼此接触。在低于高度730的高度处，相邻滤色器722通过金属光阻挡栅724而彼此分离。部分720内的串扰抑制类似于滤色器层600的部分620内的串扰抑制。
部分715表示从部分710到部分720的过渡。在部分715内，滤色器722具有(a)在低于高度730的高度处的宽度752和(b)在高于高度730的高度处的宽度753。因此，在低于高度730的高度处，相邻滤色器722通过金属光阻挡栅724而彼此分离。在高于高度730的高度处，相邻滤色器722通过宽度747的低n材料726而彼此分离。宽度747小于宽度746。在部分715内，由低n材料726和金属光阻挡栅724的组合来提供串扰抑制。
应当理解，从部分710到部分720的过渡可以是渐进的，例如如图7G所示是连续的，或者以两个或更多个离散阶梯式发生，例如如图7F所示。部分715可以是渐变式过渡的一个阶段或者阶梯式过渡的一个级别，这都不脱离本发明的范围。在图7F的实施方案中，低n材料726在部分710的整个范围上具有宽度746，(在中心126的两侧上)在部分715的整个范围上具有宽度747，并且(在中心126的两侧上)不存在于部分720中。在图7G的实施方案中，相邻滤色器722之间的低n材料726的宽度在远离中心126的方向790上逐渐减小，从最接近中心126的最大宽度变成在滤色器层700的边缘处不存在。在不脱离本发明的范围的情况下，图7F的实施方案的部分720可以包括少量的低n材料726，如在部分715中的情况，但是相邻滤色器722之间的宽度更小。同样，图7G的实施方案中的相邻滤色器722之间的低n材料726的宽度梯度在滤色器层700的边缘处或边缘之前不需要达到零，在这种情况下，一些量的低n材料726可以存在于滤色器层700的所有相邻滤色器722之间。
在一个实施方案中，宽度744在宽度763的5％至15％的范围内，并且宽度748基本为零。在该实施方案的一个示例中，宽度763在1.0至1.55微米的范围内，而宽度748在0.1至0.15微米的范围内。在一个实施方案中，高度730在高度326的10％至60％的范围内。在该实施方案的一个示例中，高度326在0.6至0.8微米的范围内，并且高度730在0.1至0.4微米的范围内。宽度744、宽度748、高度730和高度326的这些值表示了(a)串扰抑制与(b)灵敏度和充分滤色之间的良好折衷。
图7B至图7G示出了在图7B至图7G的平面中均具有矩形截面的金属光阻挡栅724和低n材料726。在不脱离本发明的范围的情况下，滤色器层700可以实现具有不同形状(例如梯形)截面的金属光阻挡栅724和/或低n材料726。
图8A至图8G示出了具有堆叠的金属/低n材料光阻挡栅821的一个示例性串扰抑制滤色器层800，其中金属部分的高度在整个光阻挡栅821上是空间不均匀的。滤色器层800是滤色器层600的实施例。光阻挡栅821是光阻挡栅624的实施例。光阻挡栅821在滤色器层800的中心126附近包含更多的低n材料，并且在滤色器层800的边缘附近包含更多的金属，以考虑从中心126到边缘的主射线角的梯度。滤色器层800包括多个滤色器822。滤色器822的尺寸在整个滤色器层800上是基本均匀的。滤色器822是滤色器122的实施例。光阻挡栅821包括金属光阻挡栅824和低n材料826。金属光阻挡栅824是金属光阻挡栅424的实施例。低n材料826是低n材料526的实施例。
图8A是滤色器层800的光接收表面138的顶视平面图。图8B是滤色器层800(和可选的微透镜130)的在滤色器层800的中心126处的部分810的剖视图。图8C是滤色器层800(和可选的微透镜130)的在滤色器层800的中心126与边缘之间的中间位置处的部分815的剖视图。图8D是滤色器层800(和可选的微透镜130)的在滤色器层800的边缘位置处的部分820的剖视图。在图8B至图8D中的每一个中使用的视角与图3中使用的视角相同。图8E是沿着线8E-8E’并且穿过部分810、815和820的滤色器层800(和可选的微透镜130)的剖视图。图8F和图8G是滤色器层800在金属光阻挡栅824的高度上分别展示出阶梯式梯度和基本上连续的梯度的两个相应实施方案的金属光阻挡栅824的剖视图。图8F和图8G以与图8E中使用的相同视角来示出金属光阻挡栅824。图8A至图8G最好一起查看。
滤色器822的宽度842(参见图8B至图8D)在整个滤色器层800上基本相同。同样，跨越相邻滤色器822之间的间隙的光阻挡栅821的宽度844(参见图8B至图8D)在整个滤色器层800上基本相同。光阻挡栅821包括具有设置在光接收表面118上的金属光阻挡栅824底层。该底层不需要跨越光接收表面118的全部范围。例如，部分810不包括金属光阻挡栅824。光阻挡栅821还包括离光接收表面118最远的顶层，并且该顶层从光接收表面138在朝向光接收表面118的方向上跨越到(a)金属光阻挡栅824(在存在的情况下)或(b)在没有金属光阻挡栅824的区域中的光接收表面118。光接收表面118上方的金属光阻挡栅824的高度随着远离中心126的距离而增加。
在部分820内，金属光阻挡栅824具有高度840。高度840可以小于滤色器层800的整个高度326(如图8D所示)，或者与整个高度326相同，而不脱离本发明的范围。在部分815内，金属光阻挡栅824具有小于高度840的高度830，以使得部分815具有比部分820更多的低n材料826。在部分810内，金属光阻挡栅具有高度零，即，光阻挡栅821在部分810中不包括金属光阻挡栅824。因此，在部分810中，光阻挡栅821仅借助于低n材料826来提供串扰抑制，以使得部分810不会由于在金属光阻挡栅824中的吸收而引起光损失。
在一个实施方案中，宽度844在宽度844和842之和的5％至15％的范围内。在该实施方案的一个示例中，宽度842和844之和在1.0至1.55微米的范围内，而宽度844在0.1至0.15微米的范围内。在一个实施方案中，高度840在高度326的10％至60％的范围内，并且高度830在高度840的30％至70％的范围内。在另一个实施方案中，高度840在高度326的20％至30％的范围内，并且高度830在高度840的40％至60％的范围内。在该实施方案的一个示例中，高度326在0.7至0.9微米的范围内，并且高度840在0.15至0.25微米的范围内。宽度842、宽度844、高度840、高度830和高度326的这些值表示了(a)串扰抑制与(b)灵敏度和充分滤色之间的良好折衷。
应当理解，从部分810到部分820的过渡可以是渐进的，例如如图8G所示是连续的，或者以两个或更多个离散阶梯过渡，例如如图8F所示。部分815可以是渐变式过渡的一个阶段或者阶梯式过渡的一个级别，而不脱离本发明的范围。在图8F的实施方案中，金属光阻挡栅824(a)在部分810的整个范围上具有零高度，即，金属光阻挡栅824不存在于部分810中，(b)(在中心126的两侧上)在部分815的整个范围上具有高度830，并且(c)(在中心126的两侧上)在部分820的整个范围上具有高度840。在图8G的实施方案中，金属光阻挡栅824的高度在远离中心126的方向890上逐渐增加，从最接近中心126的零变成在滤色器层800的边缘处的最大高度。在不脱离本发明的范围的情况下，图8F的实施方案的部分810可以包括少量的金属光阻挡栅824，如部分815中的情况，但是具有小于高度830的高度。同样，图8G的实施方案中的金属光阻挡栅824的高度梯度在中心126处不需要达到零，在这种情况下，滤色器层800的所有相邻滤色器822之间都可以存在一定量的金属光阻挡栅824。
图8B至图8G示出了在图8B至图8G的平面中均具有矩形截面的金属光阻挡栅824和低n材料826。在不脱离本发明的范围的情况下，滤色器层800可以实现具有不同形状(例如梯形)截面的金属光阻挡栅824和/或低n材料826。
图9A至图9D示出了具有堆叠的金属/低n材料光阻挡栅921的另一示例性串扰抑制滤色器层900，其中金属部分的高度在整个光阻挡栅921上是空间不均匀的，并且该金属部分的高度中在滤色器与光阻挡栅921的金属之间还包含低n材料。滤色器层900是滤色器层600的实施例和滤色器层800的延伸。光阻挡栅921是光阻挡栅624的实施例和金属光阻挡栅824的延伸。
图9A是滤色器层900的光接收表面138的顶视平面图。图9B是滤色器层900(和可选的微透镜130)的在滤色器层900的中心126处的部分910的剖视图。图9C是滤色器层900(和可选的微透镜130)的在滤色器层900的中心126与边缘之间的中间位置处的部分915的剖视图。图9D是滤色器层900(和可选的微透镜130)的在滤色器层900的边缘位置处的部分920的剖视图。在图9B至图9D中的每一个中使用的视角与图3中使用的视角相同。图9A至图9D最好一起查看。
和光阻挡栅821的情况一样，光阻挡栅921在滤色器层900的中心126附近包含更多的低n材料，并且在滤色器层900的边缘附近包含更多的金属，以考虑从中心126到边缘的主射线角的梯度。光阻挡栅921包括金属光阻挡栅824和低n材料826。除了光阻挡栅921在金属光阻挡栅824与滤色器822之间的界面处包含额外的低n材料826之外，滤色器层900类似于滤色器层800。该额外的低n材料826可以是由于在金属光阻挡栅824与滤色器822之间留下间隙的制造公差所造成。
在滤色器层900的部分910、915和920中的每一个中，金属光阻挡栅824具有宽度948，该宽度不足以跨越金属光阻挡栅824与滤色器822之间的间隙的宽度846。该间隙由额外的低n材料826填充。
在不脱离本发明的范围的情况下，滤色器层120的实施方案可以混合滤色器层700、800和900的特性。在一个这种示例中，一些滤色器822与金属光阻挡栅824直接接触，而其他滤色器822与金属光阻挡栅824没有接触。在另一示例中，滤色器之间的低n材料726和金属光阻挡栅824都可以同时具有如上所述的空间不均匀的特征(阶梯式或渐变式)。在滤色器层700、800和900中公开的实施方案可以用作基本设计，这些基本设计可以组合以产生更复杂的设计。
图10示出了用于制造具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的一个示例性方法1000。方法1000可以用于制造图像传感器100，例如实现滤色器层600。
在步骤1010中，方法1000在包括对应的光电二极管阵列的硅衬底的光接收表面上形成滤色器阵列和金属栅格，以产生具有部分串扰抑制的彩色像素阵列。在步骤1010的一个示例中，使用本领域已知的方法在光接收表面118上形成滤色器122阵列和金属光阻挡栅424。在该示例中，每个滤色器122与硅层110的对应的光电二极管112配准，并与其形成彩色像素。
在一个实施方案中，步骤1010包括步骤1012和1014。步骤1012将金属沉积在硅层的光接收表面上以形成金属栅格，并且步骤1014沉积滤色器阵列。在该实施方案的一个示例中，步骤1012将金属层栅格424沉积在光接收表面118上，并且步骤1014将滤色器122沉积在光接收表面118上。
在不脱离本发明的范围的情况下，步骤1012和1014的顺序可以颠倒。
在步骤1020中，方法1000将电介质材料沉积在步骤1010中形成的彩色像素阵列上，以整体地形成：(a)用于彩色像素阵列的微透镜阵列、以及(b)填充滤色器之间的未由金属栅格占据的空间的光阻挡栅。电介质材料的折射率低于滤色器的折射率，以使得光阻挡栅通过对从一个滤色器入射到电介质材料上的光的全内反射来抑制串扰。在一个示例中，步骤1020接受具有滤色器122和金属光阻挡栅424的硅层110作为输入工件。在该示例中，步骤1020在输入工件的与光接收表面118、滤色器122和金属光阻挡栅424相关联的侧面上沉积低n材料526，以整体形成低n材料526和微透镜130。步骤1020可以利用本领域已知的方法。
在某些实施方案中，方法1000在晶片级执行，以产生包括各自具有空间不均匀串扰抑制滤色器阵列的多个背照式彩色图像传感器的晶片。
图11示出了具有与微透镜130整体形成的低n材料526的一个示例性串扰抑制滤色器层1100。滤色器层1100连同整体形成的微透镜130一起形成与微透镜130组合的滤色器层600的实施例。滤色器层1100可以使用方法1000来制造。与图6B和图6C所示的滤色器层600相比，滤色器层1100的低n材料526与微透镜130是整体形成。
图12示出了用于制造具有空间不均匀串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的一个示例性方法1200。方法1200可以用于制造图像传感器100，例如实现滤色器层700。方法1200是方法1000的实施例。方法1200包括步骤1210和1020。步骤1210是步骤1010的实施例。
步骤1210包括步骤1012和步骤1214。步骤1214是步骤1014的实施例，其中将滤色器阵列沉积为使得滤色器的宽度随着远离滤色器阵列的中心的距离而增加。在一个示例中，步骤1214在光接收表面118上形成滤色器722。
可选地，步骤1214包括步骤1216和1218中的一个或两个。步骤1216将滤色器阵列产生为使得在滤色器阵列的中心处的相邻滤色器之间的间距与金属栅格的宽度相同。在步骤1216的一个示例中，将滤色器722在中心126处沉积在光接收表面118上，以使得宽度748为零。步骤1218将滤色器阵列产生为使得相邻滤色器之间的间距在滤色器阵列的最边缘位置处基本为零。在步骤1218的一个示例中，如图7D所示，在中心126处的滤色器722之间没有间隙。
在执行步骤1210之后，方法1200执行步骤1020，如以上参考图10所讨论的。在方法1200中实现的步骤1020的一个示例中，步骤1020整体形成滤色器层700和微透镜130的低n材料726。
图13A和图13B示出了具有(a)空间不均匀宽度的滤色器722和(b)与微透镜130整体形成的低n材料726的一个示例性串扰抑制滤色器层1300。滤色器层1300连同整体形成的微透镜130一起形成与微透镜130组合的滤色器层700的实施例，并且可以使用方法1200来制造。图13A示出了具有整体形成的微透镜130的滤色器层1300的部分1310，部分1310位于中心126处，对应于滤色器层700的部分710。图13B示出了具有整体形成的微透镜130的滤色器层1300的部分1315，部分1315位于中心126与滤色器层1300的边缘之间，对应于滤色器层700的部分715。
与如图7B至图7G所示的滤色器层700相比，滤色器层1300的低n材料726与微透镜130整体形成。当在滤色器层1300的制造中实施步骤1216时，宽度748为零。
图14示出了用于制造具有空间不均匀串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的另一示例性方法1400。方法1400是方法1000的实施例，方法1400将步骤1010实现为步骤1410。
步骤1410包括在硅衬底的光接收表面上沉积金属以形成金属栅格的步骤1412。在光接收表面上方的该金属栅格的高度随着远离滤色器阵列的中心位置的距离而增加。在一个示例中，步骤1412将金属光阻挡栅824沉积在光接收表面118上，如图8A至图8G中的滤色器层800所示。步骤1410还包括沉积滤色器阵列的步骤1416。在一个示例中，步骤1416沉积滤色器822，如图8A至图8E中的滤色器层800所示。步骤1416可以在步骤1412之前或之后执行，而不脱离本发明的范围。
在一个实施方案中，步骤1412利用采用灰度掩模和蚀刻的光刻法来产生具有高度梯度的金属栅格。在该实施方案中，步骤1412包括步骤1413、1414和1415。步骤1413将金属沉积在硅衬底的光接收表面上。光接收表面上方的金属层的高度可以是基本上均匀的。在步骤1413的一个示例中，金属沉积在硅层110的光接收表面118上。步骤1414使用灰度掩模来光刻地形成在整个光接收表面上具有不同高度的光致抗蚀剂。灰度掩模允许将光致抗蚀剂固化成具有变化的高度。在步骤1414之后，光接收表面具有光接收表面上的金属层和沉积在金属层上的光致抗蚀剂。金属层上方的光致抗蚀剂的高度随着远离滤色器阵列的中心位置的距离而增加。在一个实施方案中，光致抗蚀剂仅存在于与金属栅格的预期位置重合的区域中，即，光致抗蚀剂在金属层上形成栅格，并且栅格的高度随着远离滤色器的中心位置的距离而增加。步骤1415将蚀刻工艺应用到硅衬底的保持金属层和光致抗蚀剂的一侧。无论在表面处暴露的材料是金属还是光致抗蚀剂，都可以将蚀刻工艺应用于整个表面。蚀刻工艺继续进行，直到所有光致抗蚀剂已经被去除并且仅保留具有期望高度的金属栅格。在步骤1414和1415的一个示例中，在步骤1415中的去除率针对光致抗蚀剂和金属层是相同的，在这种情况下，在步骤1414中形成的光致抗蚀剂的高度变化与金属栅格的预期高度变化是相匹配的。在步骤1414和1415的另一示例中，在步骤1415中的去除率取决于材料，并且光致抗蚀剂不以与金属层相同的比率而被蚀刻掉。在该示例中，调节在步骤1414中形成的光致抗蚀剂的高度变化以补偿光致抗蚀剂与金属之间的去除率的差异。
在替代实施方案中(图14中未示出)，在步骤1413之后不执行步骤1414和1415，而是执行(a)化学-机械抛光步骤，该步骤研磨金属层以产生高度梯度(高度随远离中心的距离而增加)，以及(b)蚀刻步骤，该蚀刻步骤蚀刻掉金属层的不想要的部分以形成具有高度梯度的金属栅格。
在一个实施方案中，步骤1416实施沉积滤色器阵列的步骤1417，以使得在步骤1412和1416完成之后，滤色器占据硅衬底的光接收表面的在金属栅格的各部分之间的所有部分。在该实施方案的一个示例中，步骤1412、1416和1417协作以确保金属光阻挡栅824的各部分之间的光接收表面118的所有区域由滤色器822所占据，如图8A至图8E中的滤色器层800所示。
在步骤1410之后，方法1400执行步骤1020，如以上参考图10所讨论的。
图15A和图15B示出了具有(a)空间不均匀高度的金属光阻挡栅824和(b)与微透镜130整体形成的低n材料826的一个示例性串扰抑制滤色器层1500。滤色器层1500连同整体形成的微透镜130一起形成与微透镜130组合的滤色器层800的实施方案，并且可以使用实施步骤1417的方法1400的实施方案来制造。图15A示出了具有整体形成的微透镜130的滤色器层1500的部分1510，部分1510位于中心126处，对应于滤色器层800的部分810。图15B示出具有整体形成的微透镜130的滤色器层1500的部分1515，部分1515位于中心126与滤色器层1500的边缘之间，对应于滤色器层800的部分815。
与如图8B至图8E所示的滤色器层800相比，滤色器层1500的低n材料826与微透镜130整体形成。
图16A和图16B示出了具有(a)空间不均匀高度的金属光阻挡栅824和(b)与微透镜130整体形成的低n材料826的另一示例性串扰抑制滤色器层1600。滤色器层1600连同整体形成的微透镜130一起形成与微透镜130组合的滤色器层900的实施方案，并且可以使用不实施步骤1417的方法1400的实施方案来制造。图16A示出了具有整体形成的微透镜130的滤色器层1600的部分1610，部分1610位于中心126处，对应于滤色器层900的部分910。图16B示出了具有整体形成的微透镜130的滤色器层1600的部分1615，部分1615位于中心126与滤色器层1600的边缘之间，对应于滤色器层900的部分915。
与具有整体形成的微透镜130的滤色器层1600相比，在光接收表面118的在金属光阻挡栅824与滤色器822之间的部分上存在低n材料826。
图17示出了用于制造具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的一个示例性方法1700，其中串扰抑制光阻挡栅和微透镜的低n材料分别形成。方法1700是方法1000的延伸，并且可以用于制造图像传感器100，例如实现滤色器层600。方法1700包括步骤1010和两个后续步骤1710和1720。与方法1000相比，步骤1710和1720替换了步骤1020。
步骤1710将第一电介质材料沉积在步骤1010中所产生的彩色像素阵列上，以形成填充滤色器之间未由金属栅格占据的空间的光阻挡栅。第一电介质材料是低n材料，并且光阻挡栅借助于全内反射来提供串扰抑制。在步骤1710的一个示例中，将低n材料526沉积在硅层110的与滤色器122相关联的一侧上，其中硅层110已具有设置在光接收表面118上的滤色器122和金属光阻挡栅424，如图6B和图6C中的滤色器层600所示。
步骤1720将第二电介质材料沉积在由步骤1010和1710协同形成的滤色器层的光接收表面上，以形成微透镜阵列130。在步骤1720的一个示例中，微透镜130形成在滤色器层600上。
方法1700有助于针对串扰抑制光阻挡栅和微透镜的低n材料来使用不同材料。因此，方法1700使得能够分别针对串扰抑制光阻挡栅和微透镜来优化材料选择。在一个示例中，串扰抑制光阻挡栅的低n材料是二氧化硅，其具有1.46的较低折射率，而微透镜由具有在1.5与1.55之间的折射率的光学聚合物形成。
在不脱离本发明的范围的情况下，方法1200和1400中的每一个中的步骤1020均可以由步骤1710和1720所替代。
特征组合
在不脱离本发明的范围的情况下，可以以各种方式来组合上述以及以下所要求的特征。例如，应当理解，本文所述的具有串扰抑制滤色器阵列的一种背照式彩色图像传感器或相关联方法的各方面可以合并或交换本文所述的具有串扰抑制滤色器阵列的另一背照式彩色图像传感器或相关联方法的特征。以下示例示出上述实施方案的可能的非限制性组合。应当清楚的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文的方法和装置进行许多其他改变和修改：
(A1)一种具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器可以包括具有光电二极管阵列的硅层以及在硅层的光接收表面上的滤色器层，其中滤色器层包括：(a)滤色器阵列，该滤色器阵列与光电二极管阵列配合，以形成相应的彩色像素阵列，以及(b)空间不均匀的光阻挡栅，该空间不均匀的光阻挡栅设置在滤色器之间，以抑制相邻滤色器之间的光的透射。
(A2)在表示为(A1)的背照式彩色图像传感器中，该光阻挡栅可以在整个滤色器层上是空间不均匀的，以考虑在整个滤色器阵列上的主射线角度的变化。
(A3)在表示为(A1)和(A2)的背照式彩色图像传感器中的任一者或两者中，光阻挡栅可以包含金属和电介质材料，金属用于吸收从相邻的一个滤色器接收的光的金属，电介质材料具有比滤色器更低的折射率并且对于从相邻的一个滤色器以大于用于全内反射的临界角的角度入射到电介质材料上的反射光来说是至少部分透光的。
(A4)在表示为(A3)的背照式彩色图像传感器中，光阻挡栅内的金属与电介质材料的比例可以随着远离滤色器阵列的中心的距离而增加，以考虑电介质材料在更大的入射角下是更有效的反射器。
(A5)表示为(A3)和(A4)的背照式彩色图像传感器中的任一者或两者还可以包括在滤色器层的光接收表面上的多个微透镜。
(A6)在表示为(A5)的背照式彩色图像传感器中，微透镜可以由电介质材料构成。
(A7)在表示为(A6)的背照式彩色图像传感器中，微透镜和光阻挡栅的电介质材料可以整体形成。
(A8)在表示为(A3)至(A7)的背照式彩色图像传感器中的任一者中，光阻挡栅可以包括：(i)底层，该底层设置在硅层上并且由金属构成，其中底层距硅层的范围从中心处的第一高度增加到在最远离中心的位置处的第二高度，以及(ii)顶层，该顶层距离硅层最远并且距硅层延伸到滤色器的高度，其中顶层由电介质材料构成，以使得电介质材料占据滤色器之间的未由金属所占据的空间。
(A9)在表示为(A8)的背照式彩色图像传感器中，第一高度可以为零。
(A10)在表示为(A8)和(A9)的背照式彩色图像传感器中的任一者或两者中，对于至少部分地通过底层的金属而分开的每对滤色器，该金属可以在底层的高度内并在平行于硅层的光接收表面的维度上跨越该对滤色器之间的间隙，以防止电介质材料被设置在金属与滤色器之间。
(A11)在表示为(A3)至(A7)的背照式彩色图像传感器中的任一者中，在平行于硅层的光接收表面的维度上，滤色器的宽度可以随着远离中心的距离而增加，以使相邻滤色器之间的间距从在中心处的第一间距减小到在最远离中心的位置处的第二间距。
(A12)在表示为(A11)的背照式彩色图像传感器中，光阻挡栅可以：(i)将该金属实现为设置在硅层上并且存在于每对相邻滤色器之间的连续金属栅格，并且(ii)将电介质材料实现为跨越滤色器之间的剩余间隙。
(A13)在表示为(A12)的背照式彩色图像传感器中，硅层上方的连续金属栅格的高度可以小于硅层上方的滤色器的高度。
(A14)在表示为(A12)和(A13)的背照式彩色图像传感器中的任一个或两者中，在平行于光接收表面的维度上，连续的金属栅格可以在所有对相邻滤色器之间具有相同的宽度。
(A15)在表示为(A12)至(A14)的背照式彩色图像传感器中的任一者中，金属栅格的宽度可以大于第二间距。
(A16)在表示为(A12)至(A15)的背照式彩色图像传感器中的任一者中，在平行于光接收表面的维度上，相邻滤色器之间的电介质材料的宽度可以随着到中心的距离增大而减小。
(A17)在表示为(A12)至(A16)的背照式彩色图像传感器中的任一者中，在距离中心最远的位置处，滤色器可以在金属栅格的上方与金属栅格彼此直接接触，以使得在相邻滤色器之间不存在电介质材料。
(B1)一种用于制造具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的方法可以包括：(a)在包含光电二极管阵列的硅衬底的光接收表面上形成滤色器阵列和金属栅格以产生彩色像素阵列，其中金属栅格设置在至少一些滤色器之间以提供部分串扰抑制，以及(b)将具有比滤色器更低的折射率的第一电介质材料沉积到彩色像素阵列上，以整体形成：(i)用于彩色像素阵列的微透镜阵列和(ii)填充滤色器之间的未由金属栅格占据的空间的基于全内反射的光阻挡栅。
(B2)在表示为(B1)的方法中，该形成步骤可以包括将金属沉积在光接收表面上以形成金属栅格，并且在该沉积金属的步骤之后，沉积具有宽度的滤色器阵列，在平行于光接收表面的维度上，该宽度随着远离滤色器阵列的中心的距离而增加。
(B3)在表示为(B2)的方法中，该沉积滤色器阵列的步骤可以包括产生滤色器阵列，其中在中心处的相邻滤色器之间的间距与在中心处的金属栅格的宽度相同，并且在距离中心最远的位置处的相邻滤色器之间具有零间距。
(B4)在表示为(B1)的方法中，该形成步骤可以包括将金属沉积在光接收表面上以形成在光接收表面上方具有高度的金属栅格，该高度随着远离中心的距离而增加。
(B5)在表示为(B4)的方法中，该形成步骤还可以包括沉积滤色器阵列，以在滤色器之间不留下光接收表面的未由金属占据的部分。
在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述系统和方法进行改变。因此，应当注意，上述描述中包含并且在附图中示出的主题应被解释为说明性的而不是限制性的。以下权利要求旨在涵盖本文所述的通用和特定特征，以及就语言而言可以说是落在其间的本方法和系统的范围的所有陈述。

Claims (24)

1.一种具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器，其包括：
硅层，所述硅层包括光电二极管阵列；以及
滤色器层，所述滤色器层在所述硅层的光接收表面上，所述滤色器层包括：
(a)滤色器阵列，所述滤色器阵列与所述光电二极管阵列配合以形成相应的彩色像素阵列，以及
(b)光阻挡栅，所述光阻挡栅设置在所述滤色器阵列中的滤色器之间以抑制相邻的滤色器之间的光的透射，所述光阻挡栅在整个所述滤色器层上是空间不均匀的，以考虑在整个所述滤色器阵列上的主射线角度的变化。
2.如权利要求1所述的背照式彩色图像传感器，所述光阻挡栅包括：
金属，所述金属用于吸收从一个相邻的滤色器接收的光；以及
电介质材料，所述电介质材料具有比所述滤色器更低的折射率，并且对于从一个相邻的滤色器以大于用于全内反射的临界角的角度入射到所述电介质材料上的反射光来说是至少部分透光的。
3.如权利要求2所述的背照式彩色图像传感器，在所述光阻挡栅内，所述金属与所述电介质材料的比例随着远离所述滤色器阵列的中心的距离而增加，以考虑所述电介质材料在更大的入射角下是更有效的反射器。
4.如权利要求2所述的背照式彩色图像传感器，其还包括在所述滤色器层的光接收表面上的多个微透镜，所述微透镜由所述电介质材料构成并且与所述光阻挡栅的所述电介质材料整体形成。
5.如权利要求3所述的背照式彩色图像传感器，所述光阻挡栅包括：
底层，所述底层设置在所述硅层上，所述底层由所述金属构成，所述底层距所述硅层的范围从所述中心处的第一高度增加到在最远离所述中心的位置处的第二高度；以及
顶层，所述顶层距离所述硅层最远并且距所述硅层延伸到所述滤色器的高度，所述顶层由所述电介质材料构成，以使得所述电介质材料占据所述滤色器之间的未由所述金属所占据的空间。
6.如权利要求5所述的背照式彩色图像传感器，所述第一高度为零。
7.如权利要求5所述的背照式彩色图像传感器，对于至少部分地通过所述底层的所述金属而分开的每对所述滤色器，所述金属在所述底层的高度内并在平行于所述硅层的光接收表面的维度上跨越该对滤色器之间的间隙，以防止所述电介质材料处于所述金属与所述滤色器之间。
8.如权利要求5所述的背照式彩色图像传感器，其还包括位于所述滤色器层的光接收表面上的多个微透镜。
9.如权利要求8所述的背照式彩色图像传感器，所述微透镜由所述电介质材料构成。
10.如权利要求9所述的背照式彩色图像传感器，所述微透镜和所述顶层是整体形成的。
11.如权利要求3所述的背照式彩色图像传感器，在平行于所述硅层的光接收表面的维度上，所述滤色器的宽度随着远离所述中心的距离而增加，以使相邻滤色器之间的间距从在所述中心处的第一间距减小到在最远离所述中心的位置处的第二间距，所述光阻挡栅：(i)将所述金属实现为设置在所述硅层上并且存在于每对相邻滤色器之间的连续金属栅格，并且(ii)将所述电介质材料实现为跨越所述滤色器之间的剩余间隙。
12.如权利要求11所述的背照式彩色图像传感器，所述硅层上方的所述连续金属栅格的高度小于所述硅层上方的所述滤色器的高度。
13.如权利要求11所述的背照式彩色图像传感器，在平行于所述光接收表面的维度上，所述连续的金属栅格在所有对相邻滤色器之间具有相同的宽度。
14.如权利要求13所述的背照式彩色图像传感器，所述金属栅格的所述宽度大于所述第二间距。
15.如权利要求14所述的背照式彩色图像传感器，在平行于所述光接收表面的维度上，相邻滤色器之间的所述电介质材料的宽度随着到所述中心的距离增大而减小。
16.如权利要求15所述的背照式彩色图像传感器，在距离所述中心最远的位置处，所述滤色器在所述金属栅格的上方与所述金属栅格彼此直接接触，以使得在相邻滤色器之间不存在电介质材料。
17.如权利要求11所述的背照式彩色图像传感器，其还包括位于所述滤色器层的光接收表面上的多个微透镜。
18.如权利要求17所述的背照式彩色图像传感器，所述微透镜由所述电介质材料构成。
19.如权利要求8所述的背照式彩色图像传感器，所述微透镜和所述滤色器层的所述电介质材料整体形成。
20.一种用于制造具有串扰抑制滤色器阵列的背照式彩色图像传感器的方法，其包括：
在包含光电二极管阵列的硅衬底的光接收表面上形成滤色器阵列和金属栅格以产生彩色像素阵列，所述金属栅格设置在至少一些所述滤色器之间以提供部分串扰抑制，以及
将具有比所述滤色器更低的折射率的第一电介质材料沉积到所述彩色像素阵列上，以整体地形成：(a)用于所述彩色像素阵列的微透镜阵列、以及(b)填充所述滤色器之间的未由所述金属栅格占据的空间的基于全内反射的光阻挡栅。
21.如权利要求20所述的方法，所述形成步骤包括：
将金属沉积在所述光接收表面上以形成所述金属栅格；以及
在沉积金属的步骤之后，沉积所述滤色器阵列，在平行于所述光接收表面的维度上，所述滤色器阵列中的滤色器的宽度随着远离所述滤色器阵列的中心的距离而增加。
22.如权利要求21所述的方法，沉积所述滤色器阵列的步骤包括：产生所述滤色器阵列，其中(i)在所述中心处的相邻滤色器之间的间距与在所述中心处的所述金属栅格的宽度相同，并且(ii)在距离所述中心最远的位置处的相邻滤色器之间的间距为零。
23.如权利要求20所述的方法，形成滤色器阵列和金属栅格的步骤包括将金属沉积在所述光接收表面上以形成在所述光接收表面上方具有高度的所述金属栅格，所述金属栅格的高度随着远离所述中心的距离而增加。
24.如权利要求23所述的方法，形成滤色器阵列和金属栅格的步骤还包括沉积所述滤色器阵列，以在所述滤色器之间不留下所述光接收表面的未由所述金属占据的部分。
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