CN114156291A - 图像感测装置 - Google Patents
图像感测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114156291A CN114156291A CN202110331768.7A CN202110331768A CN114156291A CN 114156291 A CN114156291 A CN 114156291A CN 202110331768 A CN202110331768 A CN 202110331768A CN 114156291 A CN114156291 A CN 114156291A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- color
- pixel
- color filters
- image sensing
- 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
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 67
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 41
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 32
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 27
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 11
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 7
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000001055 blue pigment Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000001056 green pigment Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010885 neutral beam injection Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000001054 red pigment Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 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
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14632—Wafer-level processed 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
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14621—Colour filter arrangements
-
- 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
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
-
- 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
- H01L27/1462—Coatings
-
- 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
-
- 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
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14645—Colour imagers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
一种图像感测装置包括：半导体基板；多个光电转换元件，其由半导体基板支撑并且被构造为将光转换为电信号；以及滤色器层，其设置在半导体基板上方并且被构造为包括不同的滤色器，不同的滤色器根据与入射光的颜色相对应的入射光的波长范围来过滤朝向光电转换元件的入射光以允许经过滤的光被与入射光的颜色相对应的光电转换元件检测到。滤色器层包括多个第一滤色器，其作为不同的滤色器的一部分并且被构造为允许光处于与第一颜色对应的波长范围并且被布置为彼此相邻。多个第一滤色器中的至少一个与形成在多个第一滤色器中的至少一个下方的对应的光电转换元件之间的距离分别不同于其余第一滤色器与对应的光电转换元件之间的距离。
Description
技术领域
本专利文档中公开的技术和实现方式总体涉及图像感测装置。
背景技术
图像感测装置用在电子装置中以将光学图像转换为电信号。随着汽车、医疗、计算机和通信工业的最近发展，对高度集成的、更高性能的图像传感器的需求在诸如数码相机、可携式摄像机、个人通信系统(PCS)、视频游戏控制台、监视摄像头、医疗微型摄像头、机器人等的各种电子装置中迅速增加。
发明内容
所公开的技术的各种实施方式涉及一种能够仅使用一次曝光来获取长曝光像素信号和正常像素信号两者的图像感测装置。
根据所公开的技术的实施方式，图像感测装置可以包括：半导体基板；由半导体基板支撑并被构造为将光转换为电信号的多个光电转换元件；以及滤色器层，其设置在半导体基板上方并被构造为包括不同的滤色器，不同的滤色器根据与入射光的颜色对应的入射光的波长范围来过滤朝向光电转换元件的入射光，以允许经过滤的光被与入射光的颜色对应的光电转换元件检测到。滤色器层可以包括多个第一滤色器，多个第一滤色器作为不同的滤色器的一部分并且被构造为允许光处于与第一颜色对应的波长范围且彼此相邻布置。第一滤色器中的至少一个第一滤色器和形成在至少一个第一滤色器下方的对应的光电转换元件之间的距离分别不同于其余第一滤色器和对应的光电转换元件之间的距离。
根据所公开的技术的另一实施方式，一种图像感测装置可以包括：第一子像素块，其包括彼此相邻布置并且被构造为将对应于第一颜色的波长范围的光转换为电信号的多个单位像素；第二子像素块，其包括彼此相邻布置并且被构造为将对应于第二颜色的波长范围的光转换为电信号的多个单位像素；以及第三子像素块，其包括彼此相邻布置并且被构造为将对应于第三颜色的波长范围的光转换为电信号的多个单位像素。第一子像素块至第三子像素块中的每一个包括包含与对应的滤色器间隔开第一距离的光电转换元件的至少一个单位像素以及包含与对应的滤色器间隔开第二距离的光电转换元件的其余单位像素，并且其中第一距离不同于第二距离。
要理解的是，所公开的技术的前述总体描述和以下详细描述是例示性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本公开的进一步解释。
附图说明
图1是例示基于所公开的技术的一些实现方式的图像感测装置的示例布局的示意图。
图2是例示基于所公开的技术的一些实现方式的图1所示的像素阵列的示例布局的示意图。
图3A是例示基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图2所示的线A-A’截取的像素阵列的示例的截面图。
图3B是例示基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图2所示的线B-B’截取的像素阵列的示例的截面图。
图4A至图4C是例示基于所公开的技术的一些实现方式的用于形成图3A所示的具有不同深度的沟槽的方法的示例的截面图。
图5A是例示基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图2所示的线A-A’截取的像素阵列的另一示例的截面图。
图5B是例示基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图2所示的线B-B’截取的像素阵列的另一示例的截面图。
具体实施方式
本专利文档提供了图像感测装置的实现方式和示例，并且可以实现所公开的特征以在成像应用中实现一个或更多个优点。所公开的技术的一些实现方式提出了可以使用仅一次曝光来获取长曝光像素信号和正常像素信号两者的图像感测装置的设计。
图1是例示基于所公开的技术的一些实现方式的图像感测装置的示例的框图。图2是例示基于所公开的技术的一些实现方式的图1所示的像素阵列100的示例布局的示意图。
参照图1和图2，图像感测装置可以包括像素阵列100、相关双采样器(CDS)200、模数转换器(ADC)300、缓冲器400、行驱动器500、定时发生器600、控制寄存器700和斜坡信号发生器800。
像素阵列100可以包括以二维(2D)结构连续排列的多个子像素块PB_R、PB_G和PB_B，其中子像素块在行方向和列方向上布置。子像素块PB_R、PB_G和PB_B中的每一个可以包括多个单位像素(PX)，其被配置为通过从外部接收的入射光的光电转换来生成与入射光对应的电信号(即，像素信号)。在这种情况下，子像素块PB_R、PB_G和PB_B中的每一个可以包括其中具有相同颜色的滤色器的单位像素(PX)以(N×N)阵列彼此相邻布置的结构(其中，“N”是2或更大的自然数)。在图1和图2中，像素阵列100可以包括子像素块PB_R、PB_G和PB_B，每个子像素块具有其中具有相同颜色的四个单位像素以(2×2)阵列布置的四元结构。在一些实现方式中，子像素块PB_R可以包括其中具有被配置为选择性地透射第一波长带的可见光同时阻挡其它波长带的光的红色滤色器的四个红色像素以(2×2)阵列布置的结构。子像素块PB_G可以包括其中具有被配置为选择性地透射第二波长带的可见光同时阻挡其它波长带的光的绿色滤色器的四个绿色像素以(2×2)阵列布置的结构。子像素块PB_B可以包括其中具有被配置为选择性地透射第三波长带的可见光同时阻挡其它波长带的光的蓝色滤色器的四个蓝色像素以(2×2)阵列布置的结构。子像素块PB_R、PB_G和PB_B可以按Bayer图案连续且规则地布置。
每个子像素块PB_R、PB_G或PB_B可以包括用于实现高动态范围(HDR)的长曝光像素PXLR、PXLG或PXLB。更详细地，子像素块PB_R可以包括用于HDR实现的长曝光像素(PXLR)。子像素块PB_G可以包括用于HDR实现的长曝光像素(PXLG)。子像素块PB_B可以包括用于HDR实现的长曝光像素(PXLB)。在以下描述中，子像素块PB_R、PB_G和PB_B中除长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB之外的其余单位像素在下文中将被定义为正常像素PXNR、PXNG和PXNB。更详细地，(2×2)阵列中除长曝光像素(PXLR)之外的其余单位像素在下文中将定义为正常像素(PXNR)，(2×2)阵列中除长曝光像素(PXLG)之外的其余单位像素在下文中将定义为正常像素(PXNG)，并且(2×2)阵列中除长曝光像素(PXLB)之外的其余单位像素在下文中将定义为正常像素(PXNB)。长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB可以指被形成为如下的像素：与正常像素PXNR、PXNG和PXNB相比，长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB的光电转换元件可以在相同曝光时间期间快速饱和。因此，尽管像素阵列100仅曝光一次，但像素阵列100可以生成对应于饱和光电转换元件的像素信号(即，长曝光像素信号)和对应于非饱和光电转换元件的像素信号(即，正常像素信号)。
为此，长曝光像素(PXLR)的光电转换元件可以与正常像素(PXNR)的光电转换元件中的每个在尺寸(或体积)上不同，长曝光像素(PXLG)的光电转换元件可以与正常像素(PXNG)的光电转换元件中的每个在尺寸(或体积)上不同，并且长曝光像素(PXLB)的光电转换元件可以与正常像素(PXNB)的光电转换元件中的每个在尺寸(或体积)上不同。此外，根据对应的像素的颜色，长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB的光电转换元件可以形成为具有不同的尺寸。稍后将给出长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB的详细描述。
如上所述，每个单位像素PX可以将像素信号输出到相关双采样器(CDS)200。CMOS图像传感器可以使用相关双采样(CDS)以通过对像素信号采样两次以去除这两次采样之间的差异来去除不期望的像素偏移值。在一个示例中，相关双采样(CDS)可以通过比较在光信号入射到像素上之前和之后获得的像素输出电压来去除不期望的像素偏移值，以使得可以仅测量基于入射光的像素输出电压。在所公开的技术的一些实施方式中，相关双采样器(CDS)200可以依次采样并保持从像素阵列100提供到多条列线中的每一条的参考信号和图像信号的电压电平。例如，相关双采样器(CDS)200可以响应于从定时发生器600接收的时钟信号而执行所接收的像素信号的电压电平和参考电压电平的采样，并且可以将与所接收的像素信号的电压电平和参考电压电平之间的差相对应的模拟信号发送到模数转换器(ADC)300。
模数转换器(ADC)300可以用于将模拟CDS信号转换为数字信号。在一些实现方式中，ADC 300可以被实现为斜坡比较型ADC。斜坡比较型ADC可以包括用于将模拟像素信号与诸如斜坡上升或下降的斜坡信号之类的参考信号进行比较的比较器电路以及进行计数直到斜坡信号的电压与模拟像素信号匹配的定时器。在所公开的技术的一些实施方式中，ADC300可以将由CDS 200针对每一列生成的相关双采样信号转换为数字信号，并且输出数字信号。ADC 300可以基于针对每一列的相关双采样信号和从斜坡信号发生器800接收的斜坡信号来执行计数操作和计算操作。以此方式，ADC 300可以消除或减少在生成数字图像数据时从成像像素中出现的诸如复位噪声之类的噪声。
ADC 300可以包括多个列计数器。像素阵列100的每一列被联接至列计数器，并且可以通过使用列计数器将从每一列接收的相关双采样信号转换为数字信号来生成图像数据。在所公开的技术的另一实施方式中，ADC 300可以包括全局计数器以使用从全局计数器提供的全局码将对应于列的相关双采样信号转换为数字信号。
缓冲器400可以临时保持或锁存从模数转换器(ADC)300接收的数字信号中的每一个，可以感测或检测并放大数字信号中的每一个，并且可以输出经放大的数字信号中的每一个。因此，缓冲器400可以包括存储器(未示出)和感测放大器(未示出)。存储器可以存储计数值，并且计数值可以与多个单位像素PX的输出信号相关联。感测放大器可以感测并放大从存储器接收的每个计数值。
行驱动器500可以用于响应于定时发生器600的输出信号而驱动像素阵列100。在一些实现方式中，行驱动器500可以选择布置在像素阵列100的一个或更多个行中的一个或更多个成像像素。行驱动器500可以生成行选择信号以在多个行当中选择一个或更多个行。行解码器500可以依次使能用于复位与至少一个被选行相对应的成像像素的像素复位信号以及用于与至少一个被选行相对应的像素的传输信号。
定时发生器600可以生成定时信号以控制行驱动器500、相关双采样器(CDS)200、模数转换器(ADC)300和斜坡信号发生器800。
控制寄存器700可以生成控制信号以控制斜坡信号发生器800、定时发生器600和缓冲器400。
斜坡信号发生器800可以响应于控制寄存器700的控制信号和从定时发生器600接收的定时信号而生成斜坡信号，并且可以将斜坡信号输出到模数转换器(ADC)300。
参照图2，像素阵列100包括多个子像素块PB_R、PB_G和PB_B，每个子像素块包括多个单位像素(PX)。在一个实现方式中，每个子像素块PB_R可以包括一个长曝光像素(PXLR)，每个子像素块PB_G可以包括一个长曝光像素(PXLG)，并且每个子像素块PB_B可以包括一个长曝光像素(PXLB)。在另一实现方式中，子像素块PB_R、PB_G和PB_B中的每一个可以包括多个长曝光像素。在一些实现方式中，可以通过增加或减少每次曝光的时间来改变对施加到图像感测装置的光的曝光程度。例如，在HDR成像中，可以通过更改曝光时间来进行曝光变化。在所公开的技术的一些实施方式中，像素阵列中的每一子像素块可以包括至少一个长曝光像素，并且可通过变化布置在滤色器层下方的层的厚度来实现此长曝光像素。尽管图2将子像素块PB_R、PB_G和PB_B中的每一个例示为包括一个长曝光像素(即，分别为长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB)，但所公开的技术的范围不限于此。在另一示例实现方式中，在子像素块PB_R、PB_G和PB_B之间选择的一个子像素块(或两个子像素块)可以包括这样的长曝光像素PXLR、PXLG或PXLB。尽管图2将长曝光像素PXLR、PXLG或PXLB例示为形成于子像素块PB_R、PB_G或PB_B中的相同位置处，但子像素块PB_R、PB_G和PB_B中的长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB的位置可以变化。
图3A是例示基于所公开的技术的一些实现方式沿着图2中所示的线A-A’截取的像素阵列100的示例的截面图。图3B是例示基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图2中所示的线B-B’截取的像素阵列100的示例的截面图。
在所公开的技术的一些实施方式中，像素阵列中的每一子像素块可以包括多个像素，使得长曝光像素包括不同于其它像素(诸如，正常像素或长曝光像素)的材料层和光电转换元件。在一个示例中，长曝光像素可以包括抗反射层和/或硅层，抗反射层和/或硅层形成在滤色器下方并且具有与形成在其它像素(诸如，正常像素或长曝光像素)下方的其它抗反射层和/或硅层不同的厚度。在一个示例中，长曝光像素可以包括比其它像素(诸如，正常像素或长曝光像素)的光电转换元件小的光电转换元件。在一个示例中，可以将长曝光像素形成为使得长曝光光电转换元件与其对应的滤色器之间的距离比正常光电转换元件与其对应的滤色器之间的距离长。参照图3A和图3B，半导体基板110可以包括彼此背离的第一表面和第二表面。半导体基板110可以包括单晶材料层。例如，半导体基板110可以包括包含硅的材料层。在一些实现方式中，半导体基板110可以包括单晶硅层。半导体基板110可以包括多个光电转换元件。如图3A和图3B所示，每个单位像素PX是光电转换元件112a、112b、112c和112d中的一个。光电转换元件112a、112b、112c和112d可以将由滤色器层130过滤的入射光(例如，可见光)转换为电信号。
根据对应的像素的类型和颜色，对应的像素中的半导体基板110形成为具有不同的厚度。例如，在每个子像素块PB_R、PB_G或PB_B中，其中形成长曝光像素PXLR、PXLG或PXLB的区域和其中形成正常像素PXNR、PXNG或PXNB的区域可以具有彼此不同的厚度。更详细地，在子像素块PB_R中，其中形成长曝光像素(PXLR)的第一区域和其中形成正常像素(PXNR)的第二区域可以具有彼此不同的厚度。在子像素块PB_G中，其中形成长曝光像素(PXLG)的第三区域和其中形成正常像素(PXNG)的第四区域可以具有彼此不同的厚度。在子像素块PB_B中，其中形成长曝光像素(PXLB)的第五区域和其中形成正常像素(PXNB)的第六区域可以具有彼此不同的厚度。这里，其中形成长曝光像素PXLR、PXLG、PXLB的第一区域、第三区域和第五区域具有比其中形成正常像素PXNR、PXNG或PXNB的区域小的深度。在一个示例中，长曝光像素PXLR、PXLG、PXLB可以形成为使得其长曝光光电转换元件与滤色器之间的距离长于正常光电转换元件与其对应的滤色器之间的距离。
如上所述，由于半导体基板110的布置在滤色器和光电转换元件之间的与长曝光像素PXLR、PXLG或PXLB对应的部分具有比正常像素PXNR、PXNG或PXNB的深度更大的深度，所以长曝光像素PXLR、PXLG或PXLB的光电转换元件112b、112c或112d的尺寸可以小于正常像素PXNR、PXNG或PXNB的光电转换元件112a中的每一个的尺寸。因此，在相同曝光时间期间，长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB的光电转换元件112b、112c和112d可以比正常像素PXNR、PXNG和PXNB的光电转换元件112a更快地饱和。
长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB根据对应的像素的颜色接收不同波长带的可见光，因此，可以将长曝光像素PXLR、PXLG、PXLB形成为使得其长曝光光电转换元件与滤色器之间的距离可以根据与像素的颜色对应的波长带而变化。如果半导体基板110的对应于长曝光像素PXLR、PXLG、PXLB的部分具有相同的厚度而不论其对应的波长带(颜色)任何，则由光电转换元件112b、112c和112d吸收的光量可以根据对应的像素的颜色而变化。因此，长曝光像素PXLR、PXLG或PXLB的基板形成为比正常像素PXNR、PXNG或PXNB的基板薄，并且长曝光像素PXLR、PXLG或PXLB的基板的厚度可以根据长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB的颜色而不同地形成。
例如，基板的与包括红色滤色器的长曝光像素PXLR相对应并且被构造为转换具有第一波长带的红色可见光的部分可以形成为比基板的与包括绿色滤色器的长曝光像素PXLG相对应并且被构造为转换具有比第一波长带短的第二波长带的绿色可见光的部分厚。此外，基板的与包括绿色滤色器的长曝光像素PXLG相对应的部分可以形成为比基板的与包括蓝色滤色器的长曝光像素PXLB相对应并且被构造为转换具有比第二波长带短的第三波长带的蓝色可见光的部分厚。因此，长曝光像素PXLR的光电转换元件112b与对应的红色滤色器之间的距离可以比长曝光像素PXLG的光电转换元件112c与对应的绿色滤色器之间的距离更近。在一些实现方式中，包括红色滤色器的长曝光像素PXLR的光电转换元件112b可以具有比包括绿色滤色器的长曝光像素PXLG的光电转换元件112c更大的尺寸(体积)。另外，长曝光像素PXLG的光电转换元件112c与对应的绿色滤色器之间的距离可以比长曝光像素PXLB的光电转换元件112d与对应的蓝色滤色器之间的距离更近。在一些实现方式中，包括绿色滤色器的长曝光像素PXLG的光电转换元件112c可以具有比包括蓝色滤色器的长曝光像素PXLB的光电转换元件112d更大的尺寸(体积)。
为了形成半导体基板110的具有如上所述的不同厚度的部分，可以在其中形成长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB的基板区域中分别形成具有不同深度的沟槽114a、114b和114c。通过调整沟槽114a、114b和114c的深度，长曝光像素PXLR的半导体基板110、长曝光像素PXLG的半导体基板110和长曝光像素PXLB的半导体基板110可以具有彼此不同的厚度。
在一些实现方式中，可以在沟槽114a、114b和114c中在半导体基板110的第一表面上方形成抗反射层120。在一个示例中，抗反射层120可以包括由包括氧化物膜、氮化物膜和氧氮化物膜的群组中的至少一个形成的单层结构。在另一示例中，抗反射层120可以包括通过层叠氧化物膜、氮化物膜和氧氮化物膜中的至少两个而形成的多层结构。
滤色器层130可以形成在抗反射层120上方。滤色器层130可以包括多个滤色器(即，RGB滤色器)，每个滤色器形成为选择性地仅过滤具有对应于特定颜色的波长的可见光，使得经过滤的光被馈送到对应的光电转换元件112a、112b、112c和112d。更详细地，包括多个红色滤色器(Rs)、多个绿色滤色器(Gs)和多个蓝色滤色器(Bs)的滤色器层130可以过滤入射光，并且特定波长的可见光(例如，红光、绿光或蓝光)被馈送到对应的光电转换元件112a、112b、112c和112d，同时阻挡其它波长的光。每个红色滤色器(R)允许具有第一波长带的红色可见光通过。每个绿色滤色器(G)允许具有第二波长带的绿色可见光通过。每个蓝色滤色器(B)允许具有第三波长带的蓝色可见光通过。每个单位像素(PX)包括滤色器R、G和B之一。红色滤色器(R)可以包括包含红色颜料的聚合物有机材料，绿色滤色器(G)可以包括包含绿色颜料的聚合物有机材料，并且蓝色滤色器(B)可以包括包含蓝色颜料的聚合物有机材料。例如，滤色器R、G和B中的每一个可以包括抗蚀剂材料。
栅格结构140可以限定形成滤色器R、G和B的区域，并且可以形成在滤色器R、G和B之间，由此防止彼此相邻的滤色器R、G和B之间的串扰。在一些实现方式中，由栅格结构140界定的区域的面积(即，孔径面积)针对长曝光像素(PXLR、PXLG、PXLB)和正常像素(PXNR、PXNG、PXNB)是相同的。
透镜层150可以包括外涂层152和多个微透镜154。在一些实现方式中，外涂层152和微透镜154可以由相同材料形成。可以在滤色器层130上方形成外涂层152。外涂层152可以用于使形成滤色器层130之后的不平坦表面平坦化。微透镜154可以形成于外涂层152上方。微透镜154中的每一个可以形成为半球形并且可以形成于每一对应的单位像素(PX)上方。微透镜154可以将入射光会聚到对应的滤色器R、G和B上。
图4A至图4C是例示基于所公开的技术的一些实现方式的用于形成图3A所示的具有不同深度的沟槽的方法的示例的截面图。
参照图4A，形成掩模图案162以限定将在半导体基板110的第一表面上方形成长曝光像素PXLB的区域。也就是说，掩模图案162可以使将形成长曝光像素PXLB的区域暴露。在一个示例中，掩模图案162可以包括光致抗蚀剂图案。
随后，可使用掩模图案162作为蚀刻掩模来蚀刻半导体基板110以形成沟槽114c’。在这种情况下，沟槽114c’的深度可以对应于图3A所示的沟槽114c的深度和沟槽114b的深度之间的差。
参照图4B，在去除掩模图案162之后，形成掩模图案164以限定将在半导体基板110的第一表面上方形成长曝光像素PXLB和PXLG的区域。也就是说，可以形成掩模图案164以暴露在图4A的工艺中形成的沟槽114c’和长曝光像素PXLG的区域。
此后，可以使用掩模图案164作为蚀刻掩模来蚀刻半导体基板110以形成沟槽114c”和114b’。在这种情况下，沟槽114c”的深度可以对应于图3A所示的沟槽114c的深度和沟槽114a的深度之间的差，并且沟槽114b’的深度可以对应于沟槽114b的深度和沟槽114a的深度之间的差。
换句话说，由于在形成沟槽114c’之后形成沟槽114b’，因此在形成沟槽114b’的工艺期间，可以将沟槽114c’附加地蚀刻到与沟槽114b’的深度对应的程度。以此方式，形成沟槽114c”。
参照图4C，在去除掩模图案164之后，形成掩模图案166以限定将在半导体基板110的第一表面上方形成长曝光像素PXLR、PXLG和PXLB的区域。也就是说，可以形成掩模图案166以暴露由图4B所示的工艺形成的沟槽114c”和114b’以及对应于其余长曝光像素(PXLR)的区域。
随后，可以使用掩模图案166作为蚀刻掩模将半导体基板110蚀刻到沟槽114a的深度以形成沟槽114c、114b和114a。
图5A是例示基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图2中所示的线A-A’截取的像素阵列100的另一示例的截面图。图5B是例示基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图2中所示的线B-B’截取的像素阵列100的另一示例的截面图。
参照图5A和图5B，可以在抗反射层120中的长曝光像素(PXLR、PXLG、PXLB)和正常像素(PXNR、PXNG、PXNB)之间的每个边界区域中附加地形成阻挡膜122。例如，阻挡膜122可以在抗反射层120中形成在滤色器层140与半导体基板110的第一表面之间，使得阻挡膜122可以与设置在长曝光像素(PXLR、PXLG、PXLB)与正常像素(PXNR、PXNG、PXNB)之间的栅格结构140垂直交叠。在这种情况下，阻挡膜122的顶表面可以与栅极结构140的底表面接触，并且阻挡膜122的底表面可以与半导体基板110的第一表面接触。
阻挡膜122可以防止由设置在长曝光像素(PXLR、PXLG、PXLB)与正常像素(PXNR、PXNG、PXNB)之间的抗反射层120引起的串扰。这里，阻挡膜122可以包括金属材料。
从以上描述中显而易见的是，基于所公开的技术的一些实现方式的图像感测装置可以实现具有与其它像素不同的结构的长曝光像素以在不改变曝光时间的情况下获得长曝光像素信号和正常像素信号二者。
尽管已经描述了多个例示性实施方式，但是应当理解，可以基于本专利文档中描述和/或例示的内容来设计对所公开的实施方式的各种修改和其它实施方式。
相关申请的交叉引用
本专利文档要求于2020年9月8日提交的韩国专利申请No.10-2020-0114554的优先权和权益，其全部内容作为本专利文档的公开内容的一部分通过引用并入。
Claims (20)
1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
半导体基板；
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件由所述半导体基板支撑并且被构造为将光转换为电信号；以及
滤色器层，所述滤色器层设置在所述半导体基板上方并且被构造为包括不同的滤色器，所述不同的滤色器根据与入射光的颜色相对应的所述入射光的波长范围来过滤朝向所述光电转换元件的所述入射光以允许经过滤的光被与所述入射光的颜色相对应的所述光电转换元件检测到，
其中，所述滤色器层包括多个第一滤色器，所述多个第一滤色器作为所述不同的滤色器的一部分并且被构造为允许光处于与第一颜色对应的波长范围并且被布置为彼此相邻，并且
其中，所述多个第一滤色器中的至少一个第一滤色器与形成在所述多个第一滤色器中的所述至少一个第一滤色器下方的对应的光电转换元件之间的距离分别不同于其余第一滤色器与对应的光电转换元件之间的距离。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，
所述多个第一滤色器被布置为使得所述多个第一滤色器中的四个第一滤色器以2×2矩阵布置。
3.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述滤色器层还包括：
多个第二滤色器，所述多个第二滤色器被构造为允许光处于与第二颜色对应的波长范围并且被布置为彼此相邻；以及
多个第三滤色器，所述多个第三滤色器被构造为允许光处于与第三颜色的波长范围的光并且被布置为彼此相邻。
4.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，
所述多个第二滤色器中的至少一个第二滤色器和形成在所述多个第二滤色器中的所述至少一个第二滤色器下方的对应的光电转换元件之间的距离分别不同于其余第二滤色器和对应的光电转换元件之间的距离。
5.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，
所述多个第三滤色器中的至少一个第三滤色器和形成在所述多个第三滤色器中的所述至少一个第三滤色器下方的对应的光电转换元件之间的距离分别不同于其余第三滤色器和对应的光电转换元件之间的距离。
6.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述半导体基板包括：
第一沟槽，所述多个第一滤色器中的所述至少一个第一滤色器形成在所述第一沟槽中；
第二沟槽，所述多个第二滤色器中的至少一个第二滤色器形成在所述第二沟槽中；以及
第三沟槽，所述多个第三滤色器中的至少一个第三滤色器形成在所述第三沟槽中，
其中，所述第一沟槽至所述第三沟槽具有彼此不同的深度。
7.根据权利要求1所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
抗反射层，所述抗反射层设置在所述光电转换元件和所述滤色器层之间。
8.根据权利要求7所述的图像感测装置，其中，所述抗反射层的与所述多个第一滤色器中的所述至少一个第一滤色器对应的部分具有与所述抗反射层的与所述其余第一滤色器对应的部分不同的厚度。
9.根据权利要求1所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
抗反射层，所述抗反射层设置在所述半导体基板的第一表面和所述滤色器层之间。
10.根据权利要求9所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
阻挡膜，所述阻挡膜设置在所述抗反射层中并且被构造为与设置在所述多个第一滤色器中的所述至少一个第一滤色器和所述其余第一滤色器之间的栅格结构垂直交叠。
11.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
第一子像素块，所述第一子像素块包括彼此相邻布置并且被构造为将与第一颜色对应的波长范围的光转换为电信号的多个单位像素；
第二子像素块，所述第二子像素块包括彼此相邻布置并且被构造为将与第二颜色对应的波长范围的光转换为电信号的多个单位像素；以及
第三子像素块，所述第三子像素块包括彼此相邻布置并且被构造为将与第三颜色对应的波长范围的光转换为电信号的多个单位像素，
其中，所述第一子像素块至所述第三子像素块中的每一个包括包含与对应的滤色器间隔开第一距离的光电转换元件的至少一个单位像素以及包含与对应的滤色器间隔开第二距离的光电转换元件的其余单位像素，并且其中，所述第一距离不同于所述第二距离。
12.根据权利要求11所述的图像感测装置，其中，
所述第一子像素块至所述第三子像素块中的每一个包括在2×2矩阵阵列中彼此相邻布置的四个相同颜色的像素。
13.根据权利要求11所述的图像感测装置，其中，
在所述第一子像素块至所述第三子像素块中的每一个中，所述至少一个单位像素的光电转换元件具有与所述其余单位像素的光电转换元件不同的厚度。
14.根据权利要求11所述的图像感测装置，其中，所述第一子像素块包括：
多个第一正常像素，所述多个第一正常像素中的每一个包括具有第一高度的第一光电转换元件；以及
至少一个第一长曝光像素，所述至少一个第一长曝光像素包括具有低于第一高度的第二高度的第二光电转换元件。
15.根据权利要求14所述的图像感测装置，其中，所述第二子像素块包括：
多个第二正常像素，所述多个第二正常像素中的每一个包括具有所述第一高度的第三光电转换元件；以及
至少一个第二长曝光像素，所述至少一个第二长曝光像素包括具有低于所述第二高度的第三高度的第四光电转换元件。
16.根据权利要求15所述的图像感测装置，其中，所述第三子像素块包括：
多个第三正常像素，所述多个第三正常像素中的每一个包括具有所述第一高度的第五光电转换元件；以及
至少一个第三长曝光像素，所述至少一个第三长曝光像素包括具有低于所述第三高度的第四高度的第六光电转换元件。
17.根据权利要求11所述的图像感测装置，其中，
所述第一子像素块至所述第三子像素块以Bayer图案布置。
18.根据权利要求11所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
抗反射层，所述抗反射层设置在所述光电转换元件和滤色器层之间。
19.根据权利要求11所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
抗反射层，所述抗反射层设置在半导体基板的第一表面上方。
20.根据权利要求19所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
阻挡膜，所述阻挡膜在所述抗反射层中设置在所述至少一个单位像素和除了所述至少一个单位像素之外的所述其余单位像素之间的边界区域中。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200114554A KR20220032795A (ko) | 2020-09-08 | 2020-09-08 | 이미지 센싱 장치 |
| KR10-2020-0114554 | 2020-09-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114156291A true CN114156291A (zh) | 2022-03-08 |
Family
ID=80460921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110331768.7A Pending CN114156291A (zh) | 2020-09-08 | 2021-03-29 | 图像感测装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11923389B2 (zh) |
| KR (1) | KR20220032795A (zh) |
| CN (1) | CN114156291A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117238941A (zh) * | 2023-11-15 | 2023-12-15 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 背照式图像传感器及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100660714B1 (ko) | 2005-12-29 | 2006-12-21 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 백사이드 조명 구조의 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법 |
| KR20110095696A (ko) * | 2010-02-19 | 2011-08-25 | 삼성전자주식회사 | 씨모스 이미지 센서 |
| JP6148530B2 (ja) * | 2013-05-02 | 2017-06-14 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置及びカメラ |
| KR102066603B1 (ko) | 2013-07-03 | 2020-01-15 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 3차원 광전변환소자를 구비한 이미지 센서 |
| KR102524400B1 (ko) * | 2016-07-04 | 2023-04-24 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 하나의 컬러 필터 및 하나의 마이크로렌즈를 공유하는 다수 개의 포토다이오드들을 갖는 이미지 센서 |
-
2020
- 2020-09-08 KR KR1020200114554A patent/KR20220032795A/ko unknown
-
2021
- 2021-03-29 CN CN202110331768.7A patent/CN114156291A/zh active Pending
- 2021-04-08 US US17/225,656 patent/US11923389B2/en active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117238941A (zh) * | 2023-11-15 | 2023-12-15 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 背照式图像传感器及其制备方法 |
| CN117238941B (zh) * | 2023-11-15 | 2024-02-20 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 背照式图像传感器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220032795A (ko) | 2022-03-15 |
| US20220077211A1 (en) | 2022-03-10 |
| US11923389B2 (en) | 2024-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101683297B1 (ko) | 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법, 전자 기기, 렌즈 어레이 | |
| KR102352333B1 (ko) | 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기 | |
| CN107579084B (zh) | 具有共用一个滤色器和微透镜的光电二极管的图像传感器 | |
| KR20190012806A (ko) | 위상차 검출 픽셀을 구비한 이미지 센서 | |
| US9837454B2 (en) | Image sensor | |
| KR20190012812A (ko) | 위상차 검출 픽셀을 구비한 이미지 센서 | |
| TW202245243A (zh) | 圖像感測器及其製造方法 | |
| WO2016047282A1 (ja) | 撮像素子、撮像装置および撮像素子の製造方法 | |
| TW202201770A (zh) | 影像感測裝置 | |
| KR20160040459A (ko) | 고체 촬상 장치 및 전자 기기 | |
| US11557620B2 (en) | Metal grid structure integrated with deep trench isolation structure | |
| US11923389B2 (en) | Image sensing device | |
| US9564470B1 (en) | Hard mask as contact etch stop layer in image sensors | |
| US11923388B2 (en) | Image sensing device | |
| CN114650375A (zh) | 图像感测装置 | |
| JPWO2020075391A1 (ja) | 固体撮像装置及び電子機器 | |
| US11626387B2 (en) | Image sensing device | |
| US20230083209A1 (en) | Image sensing device | |
| US11764241B2 (en) | Image sensing device including various optical filters | |
| CN112909036B (zh) | 具有偏光片的光感测系统和光传感器 | |
| CN117637782A (zh) | 图像感测装置及其制造方法 | |
| CN115696083A (zh) | 图像感测装置 | |
| US20170162621A1 (en) | Light channels with multi-step etch | |
| CN113471228A (zh) | 图像感测装置 | |
| US20080157134A1 (en) | Cmos image sensor and fabricating method thereof |
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 |