CN112689899A - 多光谱图像传感器和用于制造图像传感器的方法 - Google Patents
多光谱图像传感器和用于制造图像传感器的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112689899A CN112689899A CN201880097478.7A CN201880097478A CN112689899A CN 112689899 A CN112689899 A CN 112689899A CN 201880097478 A CN201880097478 A CN 201880097478A CN 112689899 A CN112689899 A CN 112689899A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- imaging
- image sensor
- layer
- light detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 113
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 5
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14645—Colour imagers
- H01L27/14647—Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14645—Colour imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/1469—Assemblies, i.e. hybrid integration
Abstract
本发明涉及一种多光谱图像传感器，该多光谱图像传感器具有用于检测具有不同波长范围的光分量的图像的像素阵列，该多光谱图像传感器包括多个成像层，每个成像层嵌入在半导体基底中，其中在成像层中的每一个中设置有光检测区域阵列，其中，光检测区域配置有不同的吸收特性，其中成像层被堆叠使得阵列的光探测区域被对准，其中吸收特性允许至少一个预定波长范围的光分量的优选吸收。
Description
技术领域
本发明涉及多光谱图像传感器，尤其涉及CMOS兼容图像传感器。此外，本发明涉及用于制造多光谱图像传感器的过程。
背景技术
多光谱图像传感器广泛用于如移动电话和数字相机的装置中。尽管图像分辨率和灵敏度达到了高水平，但是出现了进一步的应用，这些应用仍然需要更高分辨率和在弱光条件下操作的图像传感器。这些应用需要更高的灵敏度和压缩多光谱成像的功能。
多光谱图像传感器通常被配置用于单独地感测具有不同波长的光子，以使得能够检测颜色，即RGB图像。
通常，数字图像传感器使用拜尔滤色镜(Bayer filter)来构建彩色图像。拜尔过滤是数字彩色成像的标准。在这种标准图像传感器中，数字图像传感器的光电探测器的有源像素阵列由带隙能量小于可见光子能量的半导体制造。因此，可见光谱的所有撞击光子以给定概率产生电子空穴对，并且不可能将光子的颜色(其波长)与光子在半导体中产生的电子信号区分开。因此，在相邻像素的顶部上实现不同的滤色器，以便单独地检测图像的每个像素的红色分量、绿色分量和蓝色分量。然后执行后处理以使用其相邻像素将RGB值与每个像素相关联(去马赛克)。
由于滤色过程导致输入信号的至少2/3的损失，所以限制了具有拜尔滤色镜的图像传感器。此外，由于滤色器内的吸收，可检测光子被丢失。概念上，这种图像传感器概念的有效分辨率相对于在图像传感器上实现的像素密度被降低，因为通常使用具有不同滤色器的四个相邻像素来计算一个RGB像素的值。
如从US 2016/0064448进一步可知的，可选的图像传感器技术使用微型分色器，其中光被重定向而不是通过吸收被过滤。在每个像素顶部上的两层微透镜之间使用微偏转器。偏转器衍射一种颜色以使其撞击相邻像素。这种方法以与上述拜尔滤色镜图像传感器类似的方式使用有效分辨率，并且需要由特殊的分色器和顶部透镜组成的特殊的后处理。
US 2010/0157117 A1公开了一种图像传感器技术，该图像传感器技术在单个基底中应用光敏区域的垂直堆叠以检测蓝色像素、绿色像素和红色像素。然而，对应于绿色像素和红色像素的下层难以在普通的CMOS制造过程中实现。
本发明的目的是提供一种具有更高灵敏度和更高分辨率的多光谱图像传感器。本发明的另一个目的是在所获取的像素数据的后处理中的去马赛克过程中进一步避免混叠和莫尔效应。
发明内容
这些目的中的一个或更多个已经通过根据权利要求1的多光谱图像传感器和根据其他独立权利要求的用于制造多光谱图像传感器的过程来实现。
在从属子权利要求中指出了另外的实施例。
根据第一方面，一种多光谱图像传感器，该多光谱图像传感器具有用于检测具有不同波长范围中的光分量的图像的像素阵列，该多光谱图像传感器包括多个成像层，每个成像层嵌入在半导体基底中，其中在成像层中的每一个中设置有光探测区域的阵列，其中光探测区配置有不同的吸收特性，其中成像层特别地单独设置和堆叠，使得阵列的光探测区域被对准，其中吸收特性限定至少一个预定波长范围的光分量的优选吸收。
本发明的思想是提供具有堆叠的成像层的多光谱图像传感器，每个成像层被单独地制造并且每个成像层具有以像素阵列形式布置的多个像素。每个成像层被配置为具有表示像素阵列的像素(或每个像素的一部分)的光探测区域。光探测区域由半导体材料制成，其中所吸收的撞击光子可以产生电子空穴对。光探测区域被配置有选定的厚度以对一个或更多个波长范围的光子具有优选的灵敏度。由此具有不同的波长的光子可以传输通过相应的光探测区域，以落在布置在上成像层下面的成像层的光探测区域上。因此，上成像层可以主要对第一波长范围敏感并且允许穿过其他波长的撞击光的波长，同时下成像层可以具有主要对第二(不同于第一)波长的光敏感的光探测区域。
对于每个像素，上成像层的光探测区域和下层的光探测区域被对准，使得如果到达上层的像素之一的撞击光子具有第一波长范围中的波长，则很可能被吸收在上成像层中，或者如果光子具有第二波长范围中的波长，则很可能穿过上层的光探测区域并被吸收在下成像层的光探测区域中。
因此，上成像层的光探测区域必须由半导体材料提供，该半导体材料具有关于光子方向的厚度，该厚度适合于优选地吸收相应地第一波长范围的光子并且优选地传输具有不落入第一波长范围中的波长的光子。通过堆叠多个这种单独形成的成像层，入射光子将被波长选择性地吸收在其中一层的相应光探测区域中。因此，可以确定所检测光子的波长最可能落入不同成像层的哪个波长范围。
这种布置允许以高分辨率并且没有信号损失地布置每个成像层的光探测区域。撞击在像素结构上的每个光子最终被吸收在其中产生电子空穴对的成像层之一的光探测区域中。这会产生与优选波长范围相关的电信号，以便可以被进一步处理。此外，可以避免去马赛克的过程，使得不会出现莫尔效应和混叠效应。此外，由于不使用滤色器，所以可以避免滤色器中的吸收，并且可以显著地增加灵敏度。
此外，至少上成像层的光探测区域可以具有允许一部分光传输到下成像层中的一个的光探测区域的吸收特性。
可以设置的是，每个成像层的光探测区域关于与相应成像层的主表面的方向正交的方向具有不同的厚度。
多个成像层的对准的光探测区域可以具有从用作光撞击表面的上成像层向下到最下部的成像层厚度增加的光探测区域。
根据实施例，成像层可以被形成在由相同半导体材料(例如硅)或至少两种不同半导体材料制成的半导体基底中。
至少一个成像层可以被承载在特别是由玻璃或任何其他透明材料制成的光透明基底上，玻璃或任何其他透明材料不会在光探测区域的半导体的边界上产生界面问题。
特别地，至少一个成像层可以特别是通过晶片键合被键合至光透明基底。
每个成像层可以具有光接收表面，该光接收表面设置有微透镜布置，该微透镜布置包括多个微透镜，每个微透镜都与光探测区域的至少一部分对准。
特别地，在成像层中的一个上的至少一个微透镜布置与承载堆叠的成像层中的一个相邻的成像层的光透明基底接触。
在微透镜和相关的光探测区域之间可以设置全透明介质。
此外，可以堆叠三个成像层，使得上成像层被配置为具有主要吸收波长在450nm至550nm、特别是至500nm之间的光的吸收特性，中成像层被配置为具有主要吸收波长在550nm至650nm、特别是至600nm之间的光的吸收特性，并且下成像层被配置为具有主要吸收波长在700nm至800nm、特别是至750nm之间的光的吸收特性。
此外，上成像层可以具有厚度为1.5-3μm的光探测区域，另一成像层具有厚度为3-8μm的光探测区域，并且下成像层具有厚度大于9μm、特别是大于10μm的光探测区域。
根据另一方面，一种图像传感器装置，包括上述图像传感器和控制单元，该控制单元被配置为检测每个成像层中的每个像素的光强度，其中基于所检测的每个像素的光强度和每个成像层的光探测层的吸收特性来确定每个像素的不同波长范围的光分量。
根据另一方面，提供了一种用于制造具有用于检测不同波长范围的光分量中的图像的像素阵列的图像传感器的方法，包括以下步骤：
提供具有形成像素的光探测区域的阵列的成像层，其中光探测区域具有不同的吸收特性，其中吸收特性限定至少一个预定波长范围的光分量的优选吸收；以及
堆叠成像层，使得成像层的光探测区域被对准。
此外，提供成像层可以包括：将半导体层键合到透明层。
特别地，可以通过蚀刻或抛光工艺来减薄键合到透明层的半导体层。键合过程允许处理薄至几微米的半导体层，需要该半导体层以用于提供光探测区域，以选择性地吸收不同波长的光。
附图说明
结合附图更详细地描述实施例，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的多光谱图像传感器的示意性横截面图；
图2示意性地示出了多光谱图像传感器的基底层的顶视图；
图3示出了作为波长的函数的在硅中的吸收深度的示意图；
图4示出了针对蓝色、绿色和红色的，作为在硅中的深度的函数的光子强度的示意图；
图5a至5g示出了根据本发明的用于制造多光谱图像传感器的过程步骤；
图6示出了根据本发明的另一实施例的多光谱图像传感器的示意性横截面图；以及
图7示出了封装的成像传感器。
具体实施方式
图1示意性地示出了穿过具有三个堆叠层2的多光谱图像传感器1的一部分的横截面图，三个堆叠层2包含第一成像层L1、第二成像层L2和第三成像层L3。成像层L1、L2、L3中的每一个均具有间隔开的相邻像素31的阵列3，使得层2的像素31的阵列3具有相同栅格。
堆叠层2集成在半导体基底中或由半导体基底形成。作为用于半导体基底的半导体材料，许多不同类型的半导体材料是可能的。为了便于描述，本发明进一步以硅作为优选的半导体材料来描述，当然适于光子检测的其它半导体材料也可以用于实施本发明。使用硅的优点在于，它可以用公知的技术工艺如CMOS工艺来处理。
每个层2的每个像素设有光敏区域4，光敏区域4被配置成优选地吸收具有在专用波长范围内的波长的光子，并且被配置成优选地传输具有更高波长的光子。光敏区域4可以包括pn结、PIN二极管等，其中所吸收的光子可能产生电子空穴对。在吸收时，pn结的带隙将所产生的电子空穴对的电子和空穴分离，从而生成将由感测电路测量的电位。
成像层2、L1、L2、L3被堆叠，使得像素阵列3和光探测区域4沿着基本上垂直于层的表面的方向对准，即，每个层2的光敏区域4彼此对准。因此，基本上正交于上第一成像层L1顶部撞击到像素31上的每个光子被吸收在第一成像层L1的相应光敏区域4中，或者穿过第二成像层L2的光敏区域4。然后，每个通过的光子被吸收在第二成像层2的相应光敏区域4中，或者穿过第三成像层L3的光敏区域4。第三成像层L3的相应光敏区域4可以被配置为吸收每个剩余光子。
上述布置使得撞击到图像传感器1的像素上的每个光子将被吸收在光探测区域4之一中，从而在层L1、L2、L3之一中生成电信号。不同层的各光探测区域4具有预定的吸收特性，以便得知光子的吸收的似然性和波长。
各成像层2(L1、L2、L3)的像素31的每个阵列3可具有微透镜布置5。微透镜布置5具有与相应(相关)光敏区域4对准的微透镜51，以使撞击于相应成像层L1、L2、L3的像素区的光子朝向相关的光敏区域4，微透镜51可被布置成与光探测区域4隔开规定距离，其中，在微透镜51与相关的光探测区域4之间，包含SiN2、SiO2等的全光线传输介质。微透镜51可以配置有与微透镜和相应的光探测区域4之间的距离对应的焦点。
图2示意性地示出了在成像层2之一上的顶视图，以说明像素31的阵列3的栅格。在像素31之间，定位有选择线SL，用于选择一行像素，以便经由数据线DL利用读出放大器进行读出。如本领域公知的，用于选择行和用于读出数据的电路10被布置在阵列3的旁边。这些层L1、L2、L3中的每一个应当被设计用于检测通过波长范围和给定的吸收似然性选择性地检测的光子的一部分。
每个成像层L1、L2、L3中的光敏区域4的厚度根据作为相应光子的波长的函数的在硅中的吸收深度来配置。吸收深度表示距离光子撞击的表面的深度，在该表面处光强度下降到其原始值的36％(1/e)。这意味着光子的吸收似然性大约是64％(1-1/e)。例如，1μm的吸收深度意味着光强度已经下降到其原始值的36％(1/e)。
如图3的图所示，作为示例性半导体的硅中的吸收深度被示出为波长的函数。可以看出，光子吸收的特性强烈地依赖于撞击光子的波长，其中波长越高，(相对于光子撞击的表面)吸收深度越大。反之亦然，波长越低，在硅中的吸收深度越低。
这种效应也可以由图4所示的图来说明，其中对于蓝光、绿光和红光(光子)，光子强度被示出为硅中的深度的函数。特别地，图4示出了在硅中以微米为单位的深度上的相对强度。这里，可以看出，对于较低的波长，在光敏区域4的较低深度中的光子吸收较高。
基本上，硅中的光吸收由比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律描述，其中在硅中深度L处的光强度对应于
I(L)＝I0e-α(λ)L
其中，I(L)是以强度I0撞击的光在深度L处的剩余强度，
是针对波长λ在硅中的吸收深度。
像素阵列的不同层2的光敏区域4被配置成具有不同厚度以主要吸收不同波长范围的光子。因此，基于硅的光吸收特性，具有明智选择的光探测区域4的厚度的像素的垂直堆叠通常可以是执行彩色成像或多光谱成像的有效方式。通过利用吸收深度对撞击到不同层2的光敏区域4的厚度上的光的波长的依赖性，不同颜色的光子可以被选择性地(优选地)吸收在图像传感器1的不同层2中。
在三个层2的示例中，上第一层L1的光敏区域4的厚度可选择为对应于蓝光波长范围的2μm，第二层L2的光敏区域4的厚度可选择为对应于绿光波长范围的4μm，且第三层L3的光敏区域4的厚度可选择为对应于红光波长的大于10μm。根据表示指定波长范围内的光的吸收比率R的下表，可以看出光子的大部分蓝色分量B被吸收在上第一层L1(具有厚度为2μm的光敏区域)中，而光子的绿色分量G的吸收主要在第一成像层L1的光敏区域4和第二成像层L2的光敏区域4之间被分开。尽管光子的绿色分量G的一些部分被吸收在第一成像层L1和第三成像层L3中，但到达第二层L2(具有厚度为4μm的光敏区域)的光的最大部分是绿色分量。尽管光子的红色分量R的一些部分被吸收在第一成像层L1和第二成像层L2中，但是剩余的一半红色分量R被吸收在最下部的第三成像层L3(具有厚度为10μm的光敏区域)中。
通过得知在成像层L1、L2、L3中的每一个中检测到的光的吸收比率R和绝对强度，可以计算与三个成像层L1、L2、L3的波长范围对应的每个分量R、G、B的强度。换句话说，通过求解线性方程
I(L1)＝0,2R+0,5G+0,9B
I(L2)＝0,3R+0,4G+0,1B
I(L3)＝0,5R+0,1G
利用在给定层L1、L2、L3中检测到的光的总强度I，可以确定蓝色分量、绿色分量和红色分量B、G、R。
在图5中，说明了用于制造具有像素31的阵列3的单个基底层2的过程。基底层由各自由减薄的光探测区域4形成的像素来制造。
如图5a所示，设置有透明基底11(如SiO2)，以及可以是p硅基底的半导体基底12。透明基底11可以被设置为具有一定厚度/稳定性，使得透明基底11可以用作半导体基底12的载体，因为半导体基底12将设置有小于10μm的非常低的厚度。
如图5b所示，清洗和键合基底，例如，可以以不引入任何中间层、保持基底之间的界面对光完全透明的方式使用公知的晶片键合工艺。因此，获得硅-玻璃晶片。
图5c示出了减薄过程，其中半导体层12(硅)被减薄以达到期望的硅厚度。可以通过标准的各向异性蚀刻工艺、抛光工艺等来执行减薄。显而易见的是，透明层11用作载体，因为减薄的半导体层12的低机械稳定性不允许其自身进一步处理。因此，将半导体层12键合到透明层11增加了减薄的半导体层12的机械稳定性，并且允许在没有超薄晶片的情况下进行硅减薄。此外，透明层11不阻挡任何被传输通过上成像层L1、L2的光探测区域4的光子到达下层L2、L3的光探测区域4。
如图5d所示，然后处理减薄的硅-玻璃晶片，以实现如图2所示的像素31的阵列3的光探测区域4和电子电路，以及用于以常规方式电连接相应层的接触焊盘11，该常规方式是从图像传感器的标准工艺公知的。此外，任选地，微透镜可以布置在所有成像层L1、L2、L3的顶部上。微透镜由覆盖成像层L1、L2、L3的金属布线的氧化硅制成。
图5e示出了可以采用不同成像层厚度来处理多个硅-玻璃基底成像层。可能的厚度如上所述。
如图5f所示，通常这些层2可以堆叠以形成堆叠的多层图像传感器，以用于彩色成像或多光谱光感测。执行堆叠使得光探测区域4和像素阵列对准。
执行对准使得撞击光子可以穿过层堆叠向下到达最下部的层L3的光探测区域4。
在图5g中，层的边缘部分被蚀刻以可接近堆叠中的下成像层的接触焊盘。
在图6中，示出了替代的多光谱图像传感器，其中微透镜仅被设置在堆叠的多层图像传感器的顶部上。微透镜由覆盖上成像层的金属布线的氧化硅制成，同时省略在图5d的步骤中布置其它层的微透镜。
基本上，层的键合焊盘被布置成靠近层的边缘。这些层设置有不同的尺寸，使得当堆叠时，实现了金字塔状结构，从而利用层的面积朝向上层减小来允许自由接近键合焊盘。
图7示出了图像传感器1的一个示例，其通过封装20中的键合线21进行引线键合。
Claims (16)
1.一种多光谱图像传感器，所述多光谱图像传感器具有用于检测具有不同波长范围中的光分量的图像的像素阵列，所述多光谱图像传感器包括多个成像层，每个成像层嵌入在半导体基底中，其中在每个所述成像层中设置有光探测区域的阵列，其中所述光探测区域配置有不同的吸收特性，其中所述成像层被堆叠使得所述阵列的所述光探测区域被对准，其中所述吸收特性限定至少一个预定波长范围的光分量的优选吸收。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，至少上成像层的光探测区域具有允许一部分光传输到下成像层之一的光探测区域的吸收特性。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其中，每个所述成像层的光探测区域关于与相应成像层的主表面的方向正交的方向具有不同的厚度。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述多个成像层的对准的光探测区域具有从用作光撞击表面的上成像层向下到最下部的成像层厚度增加的光探测区域。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的图像传感器，其中，所述成像层形成在由相同的半导体材料，例如硅或至少两种不同半导体材料制成的半导体基底中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像传感器，其中，所述成像层中的至少一个被承载在光透明基底上，所述光透明基底特别地由玻璃制成。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，至少一个成像层特别是通过晶片键合被键合至所述光透明基底。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的图像传感器，其中，每个成像层具有光接收表面，所述光接收表面设置有包括多个微透镜的微透镜布置，每个所述微透镜与所述光探测区域的至少一部分对准。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述成像层中的一个上的至少一个微透镜布置与承载堆叠的成像层中的一个相邻的成像层的光透明基底接触。
10.根据权利要求8或9所述的图像传感器，其中，在所述微透镜和相关的光探测区域之间设置全透明介质。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的图像传感器，其中，三个成像层被堆叠，使得上成像层被配置为具有主要吸收波长在450nm至550nm、特别是至500nm之间的光的吸收特性，中成像层被配置为具有主要吸收波长在550nm至650nm、特别是至600nm之间的光的吸收特性，并且下成像层被配置为具有主要吸收波长在700nm至800nm、特别是至750nm之间的光的吸收特性。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的图像传感器，其中，上成像层具有厚度为1.5-3μm的光探测区域，另一成像层具有厚度为3-8μm的光探测区域，且下成像层具有厚度大于9μm、特别是大于10μm的光探测区域。
13.一种图像传感器装置，所述图像传感器装置包括根据权利要求1至12中任一项所述的图像传感器和被配置为检测每个成像层中的每个像素的光强度的控制单元，其中，基于所检测的每个像素的光强度和每个成像层的光探测层的吸收特性来确定每个像素的不同波长范围的光分量。
14.一种用于制造具有用于检测不同波长范围的光分量中的图像的像素阵列的图像传感器的方法，包括以下步骤：
提供具有形成像素的光探测区域的阵列的单独的成像层，其中所述光探测区域具有不同的吸收特性，其中所述吸收特性限定至少一个预定波长范围的光分量的优选吸收；以及
堆叠所述成像层，使得所述成像层的所述光探测区域对准。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述提供所述成像层包括：将半导体层键合到透明层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，通过蚀刻或抛光工艺来减薄键合到所述透明层的所述半导体层。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2018/070004 WO2020020439A1 (en) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | Multispectral image sensor and method for fabrication of an image sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112689899A true CN112689899A (zh) | 2021-04-20 |
Family
ID=63350493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201880097478.7A Pending CN112689899A (zh) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | 多光谱图像传感器和用于制造图像传感器的方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220199673A1 (zh) |
| EP (1) | EP3827462A1 (zh) |
| JP (1) | JP2021536122A (zh) |
| KR (1) | KR20210028256A (zh) |
| CN (1) | CN112689899A (zh) |
| WO (1) | WO2020020439A1 (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101266988A (zh) * | 2007-03-14 | 2008-09-17 | 东部高科股份有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| US20090200626A1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-13 | Omnivision Technologies Inc. | Backside illuminated imaging sensor with vertical pixel sensor |
| US20100276736A1 (en) * | 2009-04-30 | 2010-11-04 | Mark Frederick Bocko | Cmos image sensor on stacked semiconductor-on-insulator substrate and process for making same |
| US20130075607A1 (en) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | Manoj Bikumandla | Image sensors having stacked photodetector arrays |
| JP2015099875A (ja) * | 2013-11-20 | 2015-05-28 | オリンパス株式会社 | 撮像素子 |
| US9184198B1 (en) * | 2013-02-20 | 2015-11-10 | Google Inc. | Stacked image sensor with cascaded optical edge pass filters |
| US20170040362A1 (en) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | Artilux Corporation | Germanium-silicon light sensing apparatus |
| US20180175114A1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors and electronic devices including the same |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5332572B2 (ja) * | 2008-12-08 | 2013-11-06 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置、及び電子機器 |
| US20100157117A1 (en) | 2008-12-18 | 2010-06-24 | Yu Wang | Vertical stack of image sensors with cutoff color filters |
| JP5117523B2 (ja) * | 2010-03-09 | 2013-01-16 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
| JP2013070030A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-04-18 | Sony Corp | 撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置 |
| US9496425B2 (en) * | 2012-04-10 | 2016-11-15 | Kla-Tencor Corporation | Back-illuminated sensor with boron layer |
| JP2014107300A (ja) * | 2012-11-22 | 2014-06-09 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 撮像装置、及び、撮像システム |
| JP2014232761A (ja) * | 2013-05-28 | 2014-12-11 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置 |
| US9749553B2 (en) * | 2013-08-23 | 2017-08-29 | Semiconductor Components Industries, Llc | Imaging systems with stacked image sensors |
| KR102316447B1 (ko) | 2014-08-28 | 2021-10-22 | 삼성전자주식회사 | 광 이용 효율이 향상된 이미지 센서 |
-
2018
- 2018-07-24 WO PCT/EP2018/070004 patent/WO2020020439A1/en unknown
- 2018-07-24 US US17/262,409 patent/US20220199673A1/en active Pending
- 2018-07-24 EP EP18759032.8A patent/EP3827462A1/en not_active Withdrawn
- 2018-07-24 CN CN201880097478.7A patent/CN112689899A/zh active Pending
- 2018-07-24 KR KR1020217004909A patent/KR20210028256A/ko not_active Application Discontinuation
- 2018-07-24 JP JP2021504245A patent/JP2021536122A/ja active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101266988A (zh) * | 2007-03-14 | 2008-09-17 | 东部高科股份有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| US20090200626A1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-13 | Omnivision Technologies Inc. | Backside illuminated imaging sensor with vertical pixel sensor |
| US20100276736A1 (en) * | 2009-04-30 | 2010-11-04 | Mark Frederick Bocko | Cmos image sensor on stacked semiconductor-on-insulator substrate and process for making same |
| US20130075607A1 (en) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | Manoj Bikumandla | Image sensors having stacked photodetector arrays |
| US9184198B1 (en) * | 2013-02-20 | 2015-11-10 | Google Inc. | Stacked image sensor with cascaded optical edge pass filters |
| JP2015099875A (ja) * | 2013-11-20 | 2015-05-28 | オリンパス株式会社 | 撮像素子 |
| US20160256039A1 (en) * | 2013-11-20 | 2016-09-08 | Olympus Corporation | Image-capturing element |
| US20170040362A1 (en) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | Artilux Corporation | Germanium-silicon light sensing apparatus |
| US20180175114A1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors and electronic devices including the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210028256A (ko) | 2021-03-11 |
| US20220199673A1 (en) | 2022-06-23 |
| EP3827462A1 (en) | 2021-06-02 |
| JP2021536122A (ja) | 2021-12-23 |
| WO2020020439A1 (en) | 2020-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9749553B2 (en) | Imaging systems with stacked image sensors | |
| US8148762B2 (en) | Photodiodes, image sensing devices and image sensors | |
| US7208811B2 (en) | Photo-detecting device | |
| US8692344B2 (en) | Back side illuminated image sensor architecture, and method of making same | |
| WO2016002574A1 (ja) | 固体撮像素子および電子機器 | |
| US9184198B1 (en) | Stacked image sensor with cascaded optical edge pass filters | |
| KR20170117905A (ko) | 고체 촬상 장치와 그 제조 방법 및 전자 기기 | |
| KR100790225B1 (ko) | 이미지 센서 및 그 제조 방법 | |
| US8686365B2 (en) | Imaging apparatus and methods | |
| CN108807432B (zh) | 影像感测器结构 | |
| US10868071B2 (en) | Method for forming semiconductor image sensor | |
| US11233078B2 (en) | Image sensing device including dummy pixels | |
| JP2014533888A (ja) | 二重感知機能を有する基板積層型イメージセンサ | |
| KR100720461B1 (ko) | 이미지 센서 및 그의 제조방법 | |
| KR102520573B1 (ko) | 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 | |
| KR100723457B1 (ko) | 반도체 소자 | |
| US20200365646A1 (en) | Image sensor and fabrication method thereof | |
| CN112689899A (zh) | 多光谱图像传感器和用于制造图像传感器的方法 | |
| US20210280624A1 (en) | Imaging systems with improved microlenses for enhanced near-infrared detection | |
| US20230361136A1 (en) | Pixel structure and method for manufacturing a pixel structure | |
| KR20090034479A (ko) | 이미지센서 및 그 제조방법 | |
| WO2024077300A2 (en) | A combined short-wavelength infrared and visible light sensor | |
| KR20030002902A (ko) | 이미지센서 및 그 제조 방법 | |
| CN117855234A (zh) | 图像传感器 | |
| KR20030002901A (ko) | 이미지센서 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |