CN205647732U - 图像传感器以及图像传感器系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种图像传感器以及图像传感器系统，具有图像像素阵列的图像传感器包含衬底；微透镜阵列，所述微透镜阵列形成在所述衬底上方；滤色器元件阵列，所述滤色器元件阵列插入在所述微透镜与所述衬底之间；多个介电壁，其中所述介电壁中的每一个插入在一对相应的所述滤色器元件之间；以及多个金属遮光罩，其中所述金属遮光罩中的每一个至少部分地插入在一个相应的所述介电壁与一个相应的所述滤色器元件之间。本实用新型用于图像传感器领域。本实用新型的技术效果是减少光学串扰并且提高量子效率。
Description
技术领域
本实用新型整体涉及成像系统，更具体地讲，涉及利用遮光罩减少光学串扰的成像系统。
背景技术
图像传感器通常用在移动电话、相机和计算机等电子装置中用于捕获图像。在典型布置中，电子装置中配有图像像素阵列以及一个或多个透镜，透镜用于将图像光聚焦到图像像素阵列上。电路通常耦接到每一个像素列，用于从图像像素读出图像信号。
在常规成像系统中，杂散光和光学串扰可造成不需要的图像伪影，诸如光帷眩光、局部闪光，以及量子效率降低。例如，光可进入成像系统，并且可在最终到达图像像素阵列之前在成像系统中的透镜元件的表面之间来回反射。在其他情况下，杂散光可能以高入射角进入成像系统并且可沿着非预定的路径传导，从而导致光学串扰。这种类型的杂散光和光学串扰可造成亮条纹、对比度降低，并且在有些情况下，还可在图像的暗区中造成不希望出现的浅色泽。
因此，期望能够提供减少光学串扰并且提高量子效率的成像系统。
实用新型内容
本实用新型的一个方面的目的是提供一种改进的成像系统。
本实用新型的一个实施例提供一种具有图像像素阵列的图像传感器，所述图像传感器包含：衬底；微透镜阵列，所述微透镜阵列形成在所述衬底上方；滤色器元件阵列，所述滤色器元件阵列插入在所述微透镜与所述衬底之间；多个介电壁，其中所述介电壁中的每一个插入在一对相应的所述滤色器元件之间；以及多个金属遮光罩，其中所述金属遮光罩中的每一个至少部分地插入在一个相应的所述介电壁与一个相应的所述滤色器元件之间。
优选地，所述滤色器元件具有第一折射率，并且其中所述介电壁具有比所述第一折射率小的第二折射率。
优选地，所述金属遮光罩中的每一个具有比所述滤色器元件的高度小的高度。
优选地，所述金属遮光罩中的每一个具有与所述滤色器元件的高度相等的高度。
本实用新型的另一个实施例提供了一种图像传感器，所述图像传感器包含：衬底；微透镜阵列，所述微透镜阵列形成在所述衬底上方；滤色器元件阵列，所述滤色器元件阵列插入在所述微透镜与所述衬底之间；多个滤色器屏障结构，其中所述滤色器屏障结构中的每一个插入在一对相应的所述滤色器元件之间；以及多个挡光板，其中所述挡光板中的每一个至少部分地围绕所述滤色器元件阵列中的相邻滤色器元件，并且其中所述挡光板中的每一个具有接触所述相邻滤色器元件的侧表面的垂直部分，以及接触所述相邻滤色器元件的下表面的水平部分。
优选地，所述滤色器元件中的每一个被一个相应的所述挡光板围绕。
优选地，所述图像像素阵列包含第一图像像素和第二图像像素，其中所述第一图像像素比所述第二图像像素更靠近所述阵列的中心，并且其中所述第二图像像素中的所述挡光板的所述垂直部分比所述第一图像像素中的所述挡光板的所述垂直部分长。
优选地，在所述图像像素阵列内所述挡光板的至少一个特性有所不同，并且其中所述特性选自：高度、宽度、放置和所述挡光板覆盖相邻滤色器元件的量。
优选地，所述多个挡光板包含分别形成在所述相邻滤色器元件的相对的第一拐角和第二拐角上的第一挡光板和第二挡光板。
优选地，所述第一挡光板的所述水平部分和第二挡光板的所述水平部分具有相同的长度。
优选地，所述第一挡光板的所述水平部分与所述第二挡光板的所述水平部分具有不同的长度。
优选地，所述第一挡光板的所述垂直部分与所述第二挡光板的所述垂直部分具有相同的长度。
优选地，所述第一挡光板的所述垂直部分与所述第二挡光板的所述垂直部分具有不同的长度。
优选地，所述挡光板被钝化层覆盖。
本实用新型的另一个实施例提供了一种图像传感器系统，所述图像传感器系统包含：透镜；和图像传感器，光通过所述透镜被聚焦到所述图像传感器上，所述图像传感器包含介电材料栅格，所述介电材料栅格具有开口阵列，以及多个金属遮光罩，所述多个金属遮光罩至少部分地嵌入在所述介电材料内，其中所述金属遮光罩中的每一个至少部分地围绕一个相应的所述滤色器元件。
优选地，所述金属遮光罩中的每一个沿其长度具有均一厚度。
优选地，所述金属遮光罩中的至少一个沿所述金属遮光罩的长度具有不同的厚度。
优选地，所述介电材料在一对相应的滤色器元件之间形成介电壁，并且其中所述金属遮光罩中的至少一个相对于所述介电壁的中心偏移。
优选地，所述金属遮光罩中的至少一个包含第一垂直部分和第二垂直部分，其中所述第一垂直部分的中心相对于所述第二垂直部分的中心偏移。
优选地，所述图像传感器包含具有至少第一像素和第二像素的图像像素阵列，其中所述第一像素比所述第二像素更靠近所述阵列的中心，并且其中围绕所述第二像素的所述金属遮光罩比围绕所述第一像素的所述金属遮光罩大。
本实用新型的一个方面的技术效果是减少光学串扰并且提高量子效率。
附图说明
图1是根据本实用新型的一个实施例的一种示例性成像系统的示意图。
图2是根据本实用新型的一个实施例的一种在滤色器元件之间具有遮光罩的示例性像素阵列的一部分的横截面图。
图3是根据本实用新型的一个实施例的一种具有多个不同尺寸的遮光罩的示例性像素阵列的横截面图。
图4是根据本实用新型的一个实施例的一种具有由钝化材料围绕的遮光罩的示例性像素阵列的横截面图。
图5是根据本实用新型的一个实施例的一种具有多个不同宽度的遮光罩的示例性像素阵列的横截面图。
图6是根据本实用新型的另一个实施例的一种具有相对于介电壁的中心偏移的遮光罩的示例性像素阵列的横截面图。
图7是根据本实用新型的另一个实施例的一种具有倾斜遮光罩的示例性像素阵列的横截面图。
图8是根据本实用新型的一个实施例的一种在滤色器元件之间具有多个不同宽度的延伸遮光罩的示例性像素阵列的横截面图。
图9是根据本实用新型的一个实施例的一种具有多个位置和形状不同的遮光罩的示例性像素阵列的俯视图。
图10是根据本实用新型的一个实施例的一种具有多个位置和形状不同的遮光罩的示例性像素阵列的俯视图。
图11是根据本实用新型的一个实施例的形成具有图2至图4所示的类型的遮光罩的滤色器阵列所涉及的示例性步骤的流程图。
图12是根据本实用新型的一个实施例的形成具有图5至图8所示的类型的遮光罩的滤色器阵列所涉及的示例性步骤的流程图。
图13是根据本实用新型的一个实施例的可用于采用图1至图12的实施例的系统的框图。
具体实施方式
电子装置中的图像传感器，诸如数码相机、计算机、移动电话和其他电子装置中的图像传感器，用于聚集传入的图像光来捕获图像。图像传感器可包含成像像素阵列。图像传感器中的像素可包含光敏元件，诸如光电二极管，用于把传入的图像光转换为图像信号。图像传感器可具有任意数量的像素(例如，几百、几千或更多数量的像素)。典型的图像传感器可例如具有几十万像素或几百万像素(例如，兆像素)。图像传感器可包含控制电路和读出电路，例如用于操作成像像素的电路就是控制电路，而读出电路用于读出光敏元件生成的电荷所对应的图像信号。
图1是一种使用图像传感器捕获图像的示例性电子装置的示意图。图1的电子装置10可为便携式电子装置，诸如相机、移动电话、摄影机或其他捕获数字图像数据的成像装置。相机模块12可用于把传入光转换为数字图像数据。相机模块12可包含一个或多个透镜14和一个或多个对应的图像传感器16。在图像捕获操作期间，透镜14可把从场景传入的光聚焦到图像传感器16上。图像传感器16可包含用于把模拟像素数据转换为对应的数字图像数据的电路，转换后的数字图像数据将被提供到处理电路18。如果需要，相机模块12可配有透镜14的阵列和对应图像传感器16的阵列。
处理电路18可包含一个或多个集成电路(例如，图像处理电路、微处理器、存储装置(诸如随机存取存储器和非易失性存储器等))，并且可使用与相机模块12分开和/或形成相机模块12的一部分的部件来实施(例如，形成包含图像传感器16的集成电路的一部分的电路，或形成模块12内与图像传感器16相关联的集成电路的一部分的电路)。相机模块12捕获的图像数据可使用处理电路18处理并存储。如果需要，可使用耦接到处理电路18的有线和/或无线通信路径把处理后的图像数据提供到外部设备(例如，计算机或其他装置)。
如图2所示，相机模块12的图像传感器16可包含一个或多个图像像素阵列，诸如图像像素阵列102。在图像传感器16的光敏侧上可形成一层抗反射涂层(ARC)200，图像传感器16的光敏侧在本文中可称为衬底103的背侧。ARC层200可用以确保从背侧进入衬底103的光不会沿其进入方向被反射回。在ARC层200上可形成第一介电层(例如，氧化物层)202。在第一介电层202上可形成第一钝化层204。
在第一钝化层204上方可形成滤色器元件206。滤色器元件206可为图1的图像传感器16内的滤色器阵列(CFA)的一部分。滤色器206可包括红色滤色器、绿色滤色器、蓝色滤色器、红外(IR)滤色器、透明滤色器或其他颜色的滤色器。如果需要，滤色器可布置成拜耳图案(Bayer pattern)或任何其他合适的图案。在滤色器元件206之间可插入滤色器壁结构214(例如，氧化物或折射率比滤色器206低的任何其他合适的材料)。滤色器壁结构有时可称为滤色器屏障。在滤色器元件206上方可形成平面化层210。在平面化层210上可形成微透镜212。微透镜212可用来朝光敏区引导光。
如图2所示，图像传感器16可包含遮光罩，诸如遮光罩结构208(有时称为挡光板或金属遮光罩)。遮光罩208可位于相邻滤色器元件之间，并且可用于减少光学串扰，提高图像传感器16中的像素的量子效率。如果需要，遮光罩208可具有L形横截面。例如，遮光罩208可具有一个垂直部分和一个水平部分。垂直部分可插入在一对相邻滤色器元件206之间，并且可接触相邻滤色器元件206的侧壁，而水平部分可在相邻滤色器元件206下方延伸，并且可接触滤色器元件206的下表面。遮光罩208的垂直部分可部分地或全部地跨越滤色器206的高度，而遮光罩208的水平部分可部分地或全部地跨越滤色器206的宽度。在给定滤色器元件206周围可存在一个、两个、三个或三个以上的遮光罩。在一个合适的布置中，第一遮光罩和第二遮光罩208可位于给定滤色器元件206的相对拐角。不过，这仅仅是个示例。如果需要，每个滤色器206都可被遮光罩208完全围绕。
遮光罩208可由铝、钨或任何其他合适的不透明薄膜金属形成。遮光罩208可吸收所有入射光，可反射所有入射光，或可吸收入射光的一部分，同时反射入射光的另一部分。一般来讲，遮光罩208可由任何合适的光阻材料形成。在本文中，有时以遮光罩208由金属形成的布置举例进行说明。
遮光罩208的L形状可帮助在水平方向和垂直方向上减少光学串扰。水平方向上的遮光罩部分可由宽度W1表示。垂直方向上的遮光罩部分可由长度L1表示。
如图3所示，挡光板208和208’可具有不同的尺寸。挡光板208’的水平部分的长度W3，可比挡光板208的水平部分的长度W4长。挡光板208’的延伸部分可有助于减少入射角较高的传入光所导致的光学串扰。虽然，在图3中W3比W4长，不过，这仅仅是个示例。如果需要，W3可以小于W4，也可以等于W4。
如果需要，遮光罩208的垂直部分的长度L1和L2也可以有多种情形。长度L1和L2可以是相等的，也可以是长度L1比长度L2短或者是长度L2比长度L1短。遮光罩208的垂直部分可部分地或全部地跨越滤色器206的高度。
为了优化各个像素的像素响应，像素阵列上的各个遮光罩可以是不同的。例如，为了针对给定像素或像素群组实现所需的像素响应，像素阵列内的各个遮光罩的高度、宽度、厚度、位置(例如，在阵列内的位置和/或在两个相邻滤色器之间的位置)和/或材料可以是各种各样的。这种情形可包括例如使各个遮光罩的一个或多个特性有所不同，以适应具有不同入射角的传入光。像素应做出响应的入射光角度范围(例如，在主光线角度内的光线和边缘光线)可基于在像素阵列上方的相机透镜的特性。由于传入光的角度在阵列的径向上有所不同，所以可以采用径向对称的方式围绕像素布置遮光罩，从而在垂直方向和水平方向以及方位角方向上实现像素优化。在一个示例性例子(例如，如图9和10所示)中，为了优化像素对入射角不同的传入光的响应，对于离阵列中心较远的像素，可让遮光罩围绕滤色器元件较大的部分(例如，可围绕滤色器元件的拐角)。
又如，像素阵列102可包含相位检测像素(例如，用于确定离场景中的物体的距离和/或用于执行自动聚焦操作)。如果需要，可针对相位检测像素定制遮光罩208的特性，以优化相位检测像素性能。
与图2类似，图3的挡光板208和208’可形成在滤色器元件206的内部。这样可有助于显著地减少或消除像素阵列102中的光学串扰。如果需要，可仅在所选的像素中形成挡光板208和/或208’。在一个示例性布置中，可基于像素的光谱敏感性选择是否为像素加上遮罩208。例如，如果是红色像素，不加遮罩208可以让红色像素的量子效率实现最大化，则此时可以选择不加，而如果是蓝色像素，则可以加上遮罩208。不过，这仅仅是个例子。一般来讲，阵列102中的任何一个或多个像素都可配上遮光罩208。在整个像素阵列102上使用位置和形状有所不同的遮罩208，可有助于使像素对有角度的光线的响应最大化，同时还能尽可能减少串扰和遮蔽效应。
图4示出遮光罩208可形成在滤色器206内部的另一个合适的实施例。滤色器壁结构214可插入在滤色器206之间。在遮光罩上方可形成钝化层414，用来防止在滤色器制造过程期间发生腐蚀。钝化层414的材料可以是薄氧化物或其他合适的钝化材料。在钝化层414上方可形成平面化层210。在平面化层212上方可形成微透镜212。
图5示出可部分地嵌入到滤色器屏障结构214内的遮光罩220和220’。在图5的示例性布置中，遮光罩220和220’在垂直方向上延伸，用长度L5表示。金属遮罩220可具有宽度W5，而金属遮罩220’可具有宽度W6。维度W5和W6表示金属遮罩的厚度，在本文中可称为厚度。金属遮罩的厚度可以有所不同，并非一定要限于这个实施例。例如，W5可以大于W6，可以等于W6，也可以小于W6。如果需要，可把金属遮罩放置在所选的位置中(例如，可围绕较易发生串扰的像素放置金属遮罩)。
在图5的示例性布置中，遮光罩220不接触滤色器206。更确切地说，遮光罩可包含在滤色器屏障结构214内，不接触滤色器206。
图6示出遮光罩220至少部分地嵌入在滤色器壁结构214内的另一种合适布置。在这个实施例中，遮光罩220和220’可相对于滤色器壁结构214的中心偏移。改变遮光罩220的放置方式，可提供具有不同的、其中光线可穿过的孔隙的滤色器206。例如，如图6所示，遮光罩220和220’相对于壁结构214的中心的不同位置形成了具有第一尺寸的开口81A和具有第二尺寸的开口81B。如果需要，有些像素(例如，红色像素)中的遮光罩形成的开口可以比其他像素(例如，绿色像素)中的遮光罩形成的开口大，以尽可能减少串扰并且提高像素的量子效率。不过，这仅仅是个示例。如果需要，由遮光罩220界定的孔隙可全部具有相同的尺寸，也可全部具有不同尺寸，或可具有任何其他合适的布置。
图7示出形成在滤色器壁结构214内的遮光罩部分220A和220B。滤色器壁结构214可插入在滤色器206之间。如图所示，遮光罩部分220A和220B可为延伸的遮光罩(例如，可跨越滤色器壁结构214的整个高度)并且可以是倾斜的。倾斜的遮光罩可使用多个彼此偏移的遮光罩材料部分来形成。不同遮光罩部分的偏移可有助于阻断角度较高的杂散光并且防止串扰。在图7的例子中，每个倾斜遮光罩都包含两个遮光罩部分，但这仅仅是个示例。如果需要，可以用三个或更多个遮光罩部分共同形成阻断角度较高的杂散光并且减少串扰所需的倾斜度。
如图所示，遮光罩部分220A和220B可朝滤色器206’的下表面向内倾斜，并且可在下表面处形成较小的孔隙，而在上表面处形成较大的孔隙。相反地，遮光罩部分220A和220B可向外并且远离滤色器206的下表面倾斜，这样可在下表面处形成较小的孔隙，而在上表面处形成较大的孔隙。这样可有助于防止容易把光衍射到相邻滤色器上的滤色器造成串扰。如果需要，可把遮光罩部分220A和220B放置在较易于接收杂散光的滤色器周围，形成漏斗状。在其他像素(例如，红色像素)中，为了提高量子效率，减少光学串扰，可以不放置遮光罩，或者可以不把遮光罩布置成漏斗形状。
在这个实施例中，遮光罩部分220A的垂直长度L6可比遮光罩部分220B的长度L7短。然而，遮光罩部分的长度可以是不同的并且不限于图7的布置。例如，L6可以比L7长，L6也可以等于L7，L6和L7可以等于滤色器206或206’的高度，L6和L7也可以小于滤色器206或206’的高度，或者也可以采用任何其他合适的布置。
图8示出遮光罩220跨越滤色器206的整个高度的另一个合适的实施例。遮光罩220可嵌入在滤色器屏障结构214内。遮光罩220可具有宽度W7，用来表示金属遮罩的厚度。在滤色器206和滤色器屏障结构214上方可形成平面化层210。然后，在平面层210上方可形成微透镜212。
图9是具有图2至图4所示的类型的遮光罩的像素阵列的俯视图。与中心像素900相比，像素阵列102中的像素的位置是任意的。在中心像素900与图9所示的周围像素之间可存在若干个像素。遮光罩902A可在垂直方向上全部地延伸相邻像素壁的长度，阻断角度较高的杂散光。遮光罩902B在水平方向上阻断角度较高的光(以虚线表示)。在这个实施例中，遮光罩可形成在像素内。
光从中心像素900径向涌进像素。如果需要，对于离中心较远的像素来说，遮光罩902A的垂直部分可较长。例如，像素相对于中心像素900越远，遮光罩902A的垂直部分可越长。这样做的主要目的是减少串扰并且遮蔽角度较高的杂散光。例如，[R3,C5]处的遮光罩902A的长度可比[R2,C4]处的遮光罩的长度长。这个概念还可应用于水平遮光罩902B。像素离中心像素900的距离越远，水平遮光罩902B的长度可越长，以减少角度较高的杂散光并且减少光学串扰。不过，这仅仅是个示例。如果需要，遮光罩902A可全都具有相同长度的垂直部分和/或水平部分。
遮光罩902C可部分地延伸相邻像素壁，以便在垂直方向上防止光学串扰。遮光罩902D可在水平方向上减少串扰(以图9中的虚线表示)。与遮光罩902A和902B相比，这些相对较短的遮光罩可用以减少像素内的串扰。像素可由介电材料904(例如，氧化物或其他合适的介电材料)隔离。
图10示出遮光罩可形成在氧化物区904中的布置(例如，如图5至图8所示)。遮光罩950和950A可在垂直方向上减少串扰并且减少角度较高的杂散光。如同图9的布置，可为离中心像素900较远的像素使用较长的遮光罩。例如，[R2,C2]处的遮光罩950的长度可以比[R1,C1]处的遮光罩950短。这样做是为了减少像素之间的串扰并且阻断角度较高的光。如果需要，可在相对的拐角处放置较短的遮光罩(例如，950A)，用来减少串扰和杂散光。
图11是形成与图2至4的实施例相关的、具有遮光罩/吸光器的滤色器阵列所涉及的示例性步骤的流程图，其中遮光罩/吸光器用于减少光学串扰，减少角度高的杂散光，提高图像像素之间的量子效率。
在步骤250中，可在衬底(例如，衬底103)的光敏侧上形成抗反射涂层(ARC)层、第一氧化物层和第一钝化层(例如，氮化物层)。
在步骤252中，沉积用于形成滤色器屏障结构的滤色器屏障材料，并处理成所需的图案。这一过程可包括(例如)沉积滤色器的屏障材料，诸如氧化物材料，或折射率比用于形成滤色器的材料低的任何合适的材料。接着可对这个层进行蚀刻，形成滤色器壁结构。
在步骤254中，在滤色器的屏障材料上方沉积遮光罩材料(例如，铝、钨或其他合适金属)。
在步骤256中，可形成抗蚀剂涂层并且把遮光罩的图案蚀刻成所需的形状，同时去除多余的遮光罩材料。抗蚀剂涂层可用于在蚀刻期间保护遮光罩。
在步骤258中，可去除剩余的抗蚀剂涂料。步骤259是任选步骤，在这一步中，可在遮光罩上方沉积第二钝化层(例如，氮化物层)。
在步骤260中，在滤色器屏障结构与遮光罩结构之间沉积滤色器元件。在步骤262中，可形成其余的像素结构(例如，平面化层、微透镜结构等)。
图12是形成与图5至8的实施例相关的、具有遮光罩/吸光器的滤色器阵列所涉及的示例性步骤的流程图，其中遮光罩/吸光器用于减少光学串扰，减少角度较高的杂散光，提高图像像素之间的量子效率。
在步骤550中，可在光敏侧(例如，衬底103的背侧)上形成抗反射涂层(ARC)层和第一氧化物层。
在步骤552中，沉积用于形成滤色器屏障结构的滤色器屏障材料，并处理成所需的图案。这一过程可包括(例如)沉积滤色器的屏障材料，诸如氧化物材料，或折射率比用于形成滤色器的材料低的任何合适的材料。接着可对这个层进行蚀刻，形成滤色器壁结构。
在步骤554中，在滤色器的屏障材料上方沉积遮光罩材料(例如，铝、钨或其他合适金属)。
在步骤556中，可执行化学机械平面化(CMP)，去除多余的遮光罩材料。
在步骤558中，沉积第三氧化物层并将第三氧化物层处理成所需的图案，形成滤色器狭槽。任选地，在蚀刻滤色器开口之前，可重复执行步骤554和556，形成延伸遮光罩。可对第三氧化物层进行蚀刻处理，以便额外沉积遮光罩材料，并且可执行化学机械平面化，去除多余的遮光罩材料。可重复执行步骤558，直到遮光罩达到所需的高度为止。例如，可形成延伸到滤色器元件高度的遮光罩。
在步骤560中，在滤色器屏障结构与遮光罩结构之间的滤色器狭槽中沉积滤色器元件。
在步骤562中，可形成其余的像素结构(例如，平面化层、微透镜结构等)。
图13以简化形式示出了典型的处理器系统1000，诸如数码相机，该处理器系统包含成像装置1004。成像装置1004可包含具有图1所示类型的像素的像素阵列1002(例如，像素阵列1002可为在图像传感器SOC上形成的图像像素阵列)。处理器系统1000是可包含成像装置1004的具有数字电路的系统的示例。这种系统可包括计算机系统、照相机或摄像机系统、扫描仪、机器视觉、车辆导航、视频电话、监控系统、自动对焦系统、星体跟踪器系统、运动检测系统、图像稳定系统以及其他采用成像装置的系统，但并不限于所述这些系统。
处理器系统1000(其可为数字照相机或摄像机系统)可包含用于在按压快门释放按钮1016时将图像聚焦到像素阵列上的透镜，诸如透镜1018。处理器系统1000可包含中央处理单元，诸如中央处理单元(CPU)1014。CPU1014可以是微处理器，它控制相机功能和一个或多个图像流功能，并通过总线(诸如总线1010)与一个或多个输入/输出(I/O)设备1006通信。成像装置1004也可经由总线1010与CPU 1014通信。系统1000可包含随机存取存储器(RAM)1012和可移动存储器1008。可移动存储器1008可包括通过总线1010与CPU 1014通信的闪存存储器。成像设备1004可在单个集成电路上或在不同芯片上与CPU 1014相组合，并可具有或没有存储器。尽管总线1010被示为单总线，但该总线也可以是一个或多个总线或桥接器或其他用于互连系统组件的通信路径。
本文已经描述了示出包含成像系统和主机子系统的电子装置(例如，见图1的装置10)的各种实施例。成像系统可包含一个或多个图像传感器。每个图像传感器都可包含在半导体衬底上形成的图像像素阵列。每个图像像素都可包含一个或多个被配置为将传入光转换为电荷的光敏元件。
图像像素阵列可具有带有对应微透镜的滤色器。滤色器之间可插入屏障。这些屏障可由氧化物形成，或可由具有低折射率(例如，折射率比滤色器元件的折算率低)的其他合适的材料形成。遮光罩可由金属(例如，铝)制成，并且可形成在氧化物壁内。遮光罩可完全与滤色器元件隔离，或可被直接形成在滤色器元件内。
遮光罩可部分地延伸或全部地延伸滤色器元件的高度。可在所有滤色器元件中都形成遮光罩，也可仅在一些滤色器元件中形成遮光罩。例如，可仅在较易于吸收波长较高的杂散光的滤色器元件和/或较易于吸收反射光的滤色器元件中形成遮光罩。因此，遮光罩可有助于减少串扰和角度较高的杂散光。
在一个实施例中，遮光罩可形成为“L”形状，并且可具有垂直部分和水平部分，其中垂直部分位于滤色器壁结构与滤色器元件之间，可接触相邻滤色器元件的侧表面；水平部分在一个滤色器元件下方延伸，可接触滤色器元件的下表面。滤色器中的两个遮光罩的水平部分可具有相同长度，也可具有不同长度。例如，一个遮光罩的水平段可比另一个遮光罩的水平段长。另外，可用钝化材料覆盖遮光罩，在滤色器元件的制作阶段期间为遮光罩提供保护。
在另一个实施例中，可仅存在形成于氧化物屏障内、不接触滤色器元件的垂直遮光罩。这些遮光罩可具有均一厚度，也可具有不同厚度。在像素阵列内可以使用厚度组合。另外，遮光罩可在施加于滤色器元件之间的屏障内偏离中心形成。遮光罩可形成在更靠近某些具有更敏感的像素的滤色器的位置。例如，遮光罩可形成在更靠近绿色滤色器的位置，与红色滤色器相比，绿色滤色器可吸收更多的杂散光。遮光罩还可由未垂直对准的若干部分形成。例如，如果需要特定倾斜度来减少传入角度较高的杂散光，则可偏移放置遮光罩的各个部分，实现所需的倾斜度。
前述内容仅是对本实用新型原理的示例性说明，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下进行多种修改。上述实施例可单独地或以任意组合方式实施。
虽然出于清晰起见对本实用新型进行了较详细的描述，但是应当了解，可在所附权利要求书的范围内实行某些改变和修改。虽然有些所附权利要求仅单独依赖或单独参考一些前述权利要求，但它们的相应特征可与任何其他权利要求的特征组合。
Claims (20)
1.一种具有图像像素阵列的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包含：
衬底；
微透镜阵列，所述微透镜阵列形成在所述衬底上方；
滤色器元件阵列，所述滤色器元件阵列插入在所述微透镜与所述衬底之间；
多个介电壁，其中所述介电壁中的每一个插入在一对相应的所述滤色器元件之间；以及
多个金属遮光罩，其中所述金属遮光罩中的每一个至少部分地插入在一个相应的所述介电壁与一个相应的所述滤色器元件之间。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述滤色器元件具有第一折射率，并且其中所述介电壁具有比所述第一折射率小的第二折射率。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述金属遮光罩中的每一个具有比所述滤色器元件的高度小的高度。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述金属遮光罩中的每一个具有与所述滤色器元件的高度相等的高度。
5.一种具有图像像素阵列的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包含：
衬底；
微透镜阵列，所述微透镜阵列形成在所述衬底上方；
滤色器元件阵列，所述滤色器元件阵列插入在所述微透镜与所述衬底之间；
多个滤色器屏障结构，其中所述滤色器屏障结构中的每一个插入在一对相应的所述滤色器元件之间；以及
多个挡光板，其中所述挡光板中的每一个至少部分地围绕所述滤色器元件阵列中的相邻滤色器元件，并且其中所述挡光板中的每一个具有接触所述相邻滤色器元件的侧表面的垂直部分，以及接触所述相邻滤色器元件的下表面的水平部分。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述滤色器元件中的每一个被一个相应的所述挡光板围绕。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述图像像素阵列包含第一图像像素和第二图像像素，其中所述第一图像像素比所述第二图像像素更靠近所述阵列的中心，并且其中所述第二图像像素中的所述挡光板的所述垂直部分比所述第一图像像素中的所述挡光板的所述垂直部分长。
8.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，在所述图像像素阵列内所述挡光板的至少一个特性有所不同，并且其中所述特性选自：高度、宽度、放置和所述挡光板覆盖相邻滤色器元件的量。
9.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述多个挡光板包含分别形成在所述相邻滤色器元件的相对的第一拐角和第二拐角上的第一挡光板和第二挡光板。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述第一挡光板的所述水平部分和第二挡光板的所述水平部分具有相同的长度。
11.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述第一挡光板的所述水平部分与所述第二挡光板的所述水平部分具有不同的长度。
12.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述第一挡光板的所述垂直部分与所述第二挡光板的所述垂直部分具有相同的长度。
13.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述第一挡光板的所述垂直部分与所述第二挡光板的所述垂直部分具有不同的长度。
14.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述挡光板被钝化层覆盖。
15.一种图像传感器系统，其特征在于，所述图像传感器系统包含：
透镜；和
图像传感器，光通过所述透镜被聚焦到所述图像传感器上，所述图像传感器包含：
介电材料栅格，所述介电材料栅格具有开口阵列，以及
多个金属遮光罩，所述多个金属遮光罩至少部分地嵌入在所述介电材料内，其中所述金属遮光罩中的每一个至少部分地围绕一个相应的滤色器元件。
16.根据权利要求15所述的图像传感器系统，其特征在于，所述金属遮光罩中的每一个沿其长度具有均一厚度。
17.根据权利要求15所述的图像传感器系统，其特征在于，所述金属遮光罩中的至少一个沿所述金属遮光罩的长度具有不同的厚度。
18.根据权利要求15所述的图像传感器系统，其特征在于，所述介电材料在一对相应的滤色器元件之间形成介电壁，并且其中所述金属遮光罩中的至少一个相对于所述介电壁的中心偏移。
19.根据权利要求15所述的图像传感器系统，其特征在于，所述金属遮光罩中的至少一个包含第一垂直部分和第二垂直部分，其中所述第一垂直部分的中心相对于所述第二垂直部分的中心偏移。
20.根据权利要求15所述的图像传感器系统，其特征在于，所述图像传感器包含具有至少第一像素和第二像素的图像像素阵列，其中所述第一像素比所述第二像素更靠近所述阵列的中心，并且其中围绕所述第二像素的所述金属遮光罩比围绕所述第一像素的所述金属遮光罩大。
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